DE102010060431A1

DE102010060431A1 - Vorgespannte Propellerblattanordnung

Info

Publication number: DE102010060431A1
Application number: DE102010060431A
Authority: DE
Inventors: Michael Fedor Towkan
Original assignee: GE Aviation Systems Ltd
Current assignee: GE Aviation Systems Ltd
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2011-06-01
Also published as: GB0920808D0; JP2011111160A; US20110129345A1; FR2953195A1; GB2475719A; CA2721783A1

Abstract

Eine Propellerblattanordnung weist mehrere Propellerblätter auf, die jeweils mit einer Nabe über wenigstens eine Lageranordnung verbunden sind. Jedes der Blätter und jede der Lageranordnungen ist vorgespannt, wobei die Vorspannung über einen Vorspannungspfad angelegt ist, der einen Blattfußabschnitt jedes Blattes und die Lageranordnungen enthält, wobei in dem Vorspannungspfad eine Feder vorgesehen ist. Bei einem Verschleiß der Komponenten der Propellerblattanordnung erhält die Feder die Vorspannkraft aufrecht. Ein Verfahren zum Anlegen der Vorspannung an die Propellerblattanordnung ist ebenfalls offenbart.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Propellerblattanordnungen und Verfahren zu deren Herstellung.
Es ist bekannt, Propellerblätter mit variablem Anstellwinkel an einer Nabe über innere und äußere Sätze von Lagern zu montieren, die eine Dreheinstellung jedes Blattes um seine Längsachse ermöglichen und ein Halten des Blattes in Stellung unterstützen. Es ist ferner bekannt, das Blatt und die Lager vorzuspannen, um unter den während des Betriebs aufgenommenen hohen Zentrifugal- und Schubkräften ihre Stabilität aufrechtzuerhalten.
GB 2244525 offenbart ein Beispiel für eine vorgespannte Propellerblattnabenanordnung, die ein inneres und äußeres Laufringelement aufweist, wobei die Vorspannung mittels eines Vorspannringes mit einer ein Schraubengewinde tragenden Fläche bewerkstelligt wird, die eingerichtet ist, um auf eine mit einem entsprechenden Gewinde versehene Fläche eines äußeren Laufringelementes eines äußeren Lagers der Anordnung aufgeschraubt zu werden. Durch Festziehen des Vorspannringes wird eine Vorspannkraft auf das äußere Lager ausgeübt, wobei diese Kraft über den Blattfuß auf das innere Lager übertragen wird, so dass auf diese Weise das System verspannt und es gegen betriebliche Zentrifugal- und Schubkräfte abgesteift wird.
Es gibt einige Nachteile bei der Verwendung vorgespannter Lageranordnungen. Zunächst besteht für den Fall, dass eines von den Lagern von der Kegelrollenbauart ist, eine Notwendigkeit, die Nabenanordnung während der Belastung kontinuierlich zu drehen um sicherzustellen, dass die Vorspannung richtig angelegt wird. Zweitens geht, sobald Verschleiß in der Anordnung auftritt, die Vorspannung schnell verloren, was zu vorzeitigem Lagerverschleiß und möglichem Ausfall führt. Es ist auch möglich, dass sich der Vorspannring oder die Vorspannmutter im Laufe der Zeit lockern. Drittens neigen bei Lagern, die in umlaufenden Anordnungen, wie beispielsweise Propellerblattnaben, enthalten sind, bei denen die Achse des Lagers senkrecht zu der Drehachse der Anordnung ausgerichtet ist, die von der Blattwelle aufgenommenen Zentrifugalkräfte dazu, eine Entlastung eines oder mehrerer der Lager in der mehrstufigen Anordnung zu bewirken. Der innere und äußere Laufring der Lager können sich dejustieren bzw. zueinander fehlausgerichtet werden. Alle drei Effekte werden durch die Entspannung der Vorspannung in dem System aufgrund der Relativbewegung der Komponenten in der Vorspannschleife oder dem Vorspannungspfad hervorgerufen, worin kleine Bewegungen erhebliche Auswirkungen auf die beibehaltene Vorspannung haben.
Eine Kompensation der Entlastung der Lager wird normalerweise durch die Anlegung einer zusätzlichen Vorspannung, um die Auswirkungen des Verschleißes auszugleichen, erreicht. In ähnlicher Weise kann für den Fall, dass das Lager während der Montage nicht kontinuierlich gedreht werden kann, eine ähnliche Philosophie der Anlegung einer kompensierenden Vorspannung verwendet werden. Der Verlust von Vorspannung aufgrund von Verschleiß wird derzeit nicht berücksichtigt.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ergibt eine Propellerblattanordnung, die mehrere Propellerblätter aufweist, von denen jedes mit einer Nabe über wenigstens eine Lageranordnung verbunden ist, wobei all die Blätter und Lageranordnungen vorgespannt sind, wobei die Vorspannkraft über einen Vorspannungspfad angelegt wird, der die Lageranordnungen und einen Fußabschnitt der Blätter enthält, und wobei in dem Vorspannungspfad eine elastische Vorspanneinrichtung vorgesehen ist.
Vorteilhafterweise wird ein Spiel, der ansonsten unter Zentrifugalbelastung im Betrieb in die Anordnung eingebracht würde, durch die elastische Vorspanneinrichtung aufgenommen. Auf diese Weise bewahrt die Erfindung die auf das Blatt und die Lageranordnungen angelegte Vorspannung. Das Spiel kann durch Verschleiß der Lageranordnung, Lockerung des Vorspannringes oder irgendeine sonstige Entspannung, die in der Propellerblattanordnung auftreten kann, hervorgerufen sein. Die Propellerblattanordnung gemäß der Erfindung weist eine hohe Festigkeit und Dauerhaftigkeit auf. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Vorspannung ohne die Notwendigkeit einer Drehung der Propellerblattanordnung angelegt werden kann, indem die Rate der Vorspanneinrichtung eingestellt wird, um eine erforderliche minimale Vorspannung zu ergeben.
Die vorliegende Erfindung liefert ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Propellerblattanordnung, das ein Verbinden mehrerer Propellerblätter mit einer Nabe, jedes über wenigstens eine Lageranordnung, wobei Fußabschnitte der Propellerblätter und der Lageranordnungen einen Vorspannungspfad bilden, und Anordnen einer elastischen Vorspanneinrichtung in dem Vorspannungspfad sowie Anlegen einer Vorspannkraft über dem Vorspannungspfad aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es folgt eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung lediglich zu Beispielszwecken unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Propellerblattanordnung, geschnitten durch die Mitte der Anordnung, wobei auf der rechten Seite von der Linie A-A eine Propellerblattanordnung veranschaulicht ist, die die Erfindung nicht enthält, während auf der linken Seite der Linie A-A eine Propellerblattanordnung gemäß der Erfindung veranschaulicht ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt im Querschnitt eine Propellerblattanordnung 1, die ein Propellerblatt 10 aufweist, das mit einer Nabe 2 über eine innere Lageranordnung 3 und eine äußere Lageranordnung 4 verbunden ist. Das Blattflügelprofil ist nicht veranschaulicht, würde sich jedoch in der Ansicht nach 1 zuoberst befinden. Die Linie A-A repräsentiert die Achse des Propellerblattes. Ein Pfeil 14 zeigt die Richtung der Zentrifugallast während des Betriebs des Propellers an. Das Blatt 10 weist einen Fußabschnitt 11 auf, der zwischen der inneren und der äußeren Lageranordnung 3, 4 sicher eingesetzt ist. Die Nabe weist gewöhnlich vier oder sechs eingebaute Blätter auf, die rings um den Umfang der Nabe 2 gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind, so dass die auf all die Blätter einwirkende Zentrifugallast durch die Nabe übertragen wird.
Die innere Lageranordnung 3 ist von der Kugellagerbauart und weist ein inneres Laufringelement 12 und ein äußeres Laufringelement 15 auf, die entlang der Achse des Blattes zueinander versetzt angeordnet sind. Der Aufbau der inneren Lageranordnung 3 ermöglicht dieser, eine auf das Blatt 10 einwirkende Zentrifugalbelastung auf die Nabe 2 zu übertragen. Die äußere Lageranordnung 4 weist ein Kegelrollenlager auf, das einen inneren Laufring 13 und einen äußeren Laufring 7 aufweist. Die äußere Lageranordnung 4 überträgt Propellerblattschublasten, deren Richtung durch einen Pfeil 16 angezeigt ist, auf die Nabe 2. Die schräge Ausrichtung des inneren und des äußeren Laufringelementes der äußeren Lageranordnung 4 ermöglicht dieser, auch Axialkräfte zu übertragen. Sowohl die innere als auch die äußere Lageranordnung 3, 4 ermöglichen dem Blatt, sich um seine Achse herum zu verwinden, wodurch der Anstellwinkel der Blätter variiert werden kann.
Eine Vorspannung der Anordnung wird mittels eines Vorspannringes oder einer Vorspannmutter 5 bewerkstelligt, der bzw. die mit einer Außenfläche des äußeren Laufringes 7 der äußeren Lageranordnung 4 in Eingriff steht. In der veranschaulichten Ausführungsform weist der Ring 5 eine mit einem Schraubengewinde versehene Innenfläche 5a zum Aufschrauben auf eine ein entsprechendes Gewinde tragende Außenfläche des äußeren Laufringes 7 auf. Wenn der Ring 5 auf das äußere Laufringelement 7 aufgeschraubt ist, liegt er an einer elastischen Vorspanneinrichtung 6 an (oder liegt unmittelbar an der Nabe 2 an auf der rechten Seite von 1); wobei die elastische Vorspanneinrichtung zwischen dem Vorspannring 5 und der Nabe 2 eingefügt ist. Ein weiteres Anschrauben des Ringes 5 übt eine Vorspannung erzeugende Zugkraft auf das äußere Laufringelement 7 der äußeren Lageranordnung 4 aus. Die Kraft wird über die äußere Lageranordnung 4 auf den Blattfußabschnitt 11 übertragen, wodurch der Fußabschnitt 11 in der Richtung des Pfeils 14 vorgespannt wird. Die Kraft wird ferner über den Blattfußabschnitt 11 auf die innere Lageranordnung 3 und folglich zurück zu der Nabe 2 übertragen. Dadurch ist ein Vorspannungspfad definiert, der die innere und die äußere Lageranordnung 3, 4, die elastische Vorspanneinrichtung 6, den Blattfußabschnitt 11 und die Nabe 2 enthält. Die innere Lageranordnung 3 und die Nabe 2 stehen unter Druck, während der Blattfußabschnitt 11 unter Zug steht. Das äußere Laufringelement 7 der äußeren Lageranordnung 4 steht unter Zug, während die anderen Komponenten der äußeren Lageranordnung 4 unter Druck stehen.
Die elastische Vorspanneinrichtung 6 weist eine Feder 6 auf, die sich in Umfangsrichtung rings um das Propellerblatt erstreckt und einen Durchmesser aufweist, der demjenigen des Vorspannringes 5 entspricht. Die Feder 6 weist eine federringartige Feder, insbesondere eine Belleville- bzw. Tellerfeder auf. In der veranschaulichten Ausführungsform sind zwei Tellerfedern in Reihe zueinander, d. h. in entgegengesetzte Richtungen zueinander weisend angeordnet. Die Federkonstante der Feder 6 und der Abstand zwischen der Nabe 2 und dem Vorspannring 5 können durch die Verwendung mehrerer Federn 6 und/oder (nicht veranschaulichter) Unterlegscheiben angepasst werden. Die Federkonstante wird gewählt, um eine hinreichende Kraft zu erzielen, um die anfängliche Vorspannung aufrechtzuerhalten. Insbesondere ist die Feder entworfen, um während des Vorspannvorgangs vollständig zusammengedrückt zu werden.
Während der Herstellung der Propellerblattanordnung kann der Schritt des Anlegens einer Vorspannkraft ausgeführt werden, während die Propellerblattanordnung stillsteht. In anderen Worten besteht keine Notwendigkeit, die Anordnung während des Vorspannvorgangs zu drehen.
Wenn der Propeller rotiert, führt die auf das Blatt 10 einwirkende Zentrifugallast zu einer zunehmenden Last auf die innere Lageranordnung 3 und einer abnehmenden Last auf die äußere Lageranordnung 4. Falls eine unzureichende Vorspannung auf die äußere Lageranordnung 4 vorliegt, wird das Lager unter zyklischen Schubbelastungsbedingungen instabil, und es tritt eine seitliche Relativbewegung zwischen den Lagerlaufringen und den Rollen auf. Dies hat einen vorzeitigen Lagerverschleiß und schließlich einen Ausfall der Laufringe oder Rollen zur Folge. Die Feder 6 mindert dieses Problem. Die Rate der Feder ist derart festgelegt, dass, wenn die volle Zentrifugallast auf das Blatt aufgebracht wird, der vom Spiel in der Anordnung resultierende Vorspannungsverlust durch die Ausdehnung der Feder 6 vollständig abgefedert bzw. ausgeglichen wird. Sofern die Restkraft der Feder die zur Stabilisierung des äußeren Lagers 4 erforderliche Vorspannung übersteigt, wird die Vorspannung aufrechterhalten.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Ausdehnung der Feder 6 während des Einsatzes überwacht werden, wodurch Mittel zur Anzeige der Größe des Spiels in dem System sowie Mittel zur Anzeige, wann eine Wartung der Propellerblattanordnung 1 durchgeführt werden sollte, bereitgestellt werden können.
Eine Propellerblattanordnung weist mehrere Propellerblätter auf, die jeweils mit einer Nabe über wenigstens eine Lageranordnung verbunden sind. Jedes der Blätter und jede der Lageranordnungen ist vorgespannt, wobei die Vorspannung über einen Vorspannungspfad angelegt ist, der einen Blattfußabschnitt jedes Blattes und die Lageranordnungen enthält, wobei in dem Vorspannungspfad eine Feder vorgesehen ist. Bei einem Verschleiß der Komponenten der Propellerblattanordnung erhält die Feder die Vorspannkraft aufrecht. Ein Verfahren zum Anlegen der Vorspannung an die Propellerblattanordnung ist ebenfalls offenbart.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GB 2244525 [0003]

Claims

Propellerblattanordnung, die mehrere Propellerblätter aufweist, von denen jedes über wenigstens eine Lageranordnung mit einer Nabe verbunden ist, wobei all die Blätter und Lageranordnungen vorgespannt sind, wobei die Vorspannung über einen Vorspannungspfad angelegt ist, der einen Blattfußabschnitt jedes Blattes und die Lageranordnungen enthält, wobei in dem Vorspannungspfad eine elastische Vorspanneinrichtung vorgesehen ist.
Propellerblattanordnung nach Anspruch 1, wobei der Fußabschnitt jedes Blattes mit einer inneren Lageranordnung und einer äußeren Lageranordnung verbunden ist, die innere und äußere Laufringelemente aufweisen, und wobei die Vorspannung mittels eines Vorspannringes angelegt ist, der mit dem äußeren Laufring der äußeren Lageranordnung in Eingriff steht.
Propellerblattanordnung nach Anspruch 2, wobei die elastische Vorspanneinrichtung zwischen dem Vorspannring und der Nabe eingefügt ist.
Propellerblattanordnung nach Anspruch 1, wobei die elastische Vorspanneinrichtung eine Federkonstante aufweist, die ausgewählt ist, um eine zur Aufrechterhaltung einer anfänglichen Vorspannung hinreichende Kraft bereitzustellen.
Propellerblattanordnung nach Anspruch 1, wobei die elastische Vorspanneinrichtung eine Feder aufweist.
Propellerblattanordnung nach Anspruch 5, wobei die Feder einen Federring aufweist.
Propellerblattanordnung nach Anspruch 6, wobei die Feder eine oder mehrere Tellerfedern aufweist, die parallel oder in Reihe zueinander angeordnet sind, um eine gewünschte Federrate zu erzielen.
Propellerblattanordnung nach Anspruch 1, wobei die elastische Vorspanneinrichtung vollständig zusammengedrückt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Propellerblattanordnung, das ein Verbinden mehrerer Propellerblätter mit einer Nabe, jeweils über wenigstens eine Lageranordnung, wobei wenigstens ein Fußabschnitt der Propellerblätter und/oder die Lageranordnungen einen Vorspannungspfad bilden, und Anordnen einer elastischen Vorspanneinrichtung in dem Vorspannungspfad sowie Anlegen einer Vorspannkraft über dem Vorspannungspfad aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Anlegens der Vorspannkraft ausgeführt wird, während die Propellerblattanordnung stillsteht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die elastische Vorspanneinrichtung in dem Schritt des Anlegens der Vorspannkraft vollständig zusammengedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Vorspannkraft angelegt wird, indem ein Vorspannring auf einen äußeren Laufring einer äußeren Lageranordnung aufgeschraubt wird.