DE102012206755B4

DE102012206755B4 - Steuerstangenanordnung

Info

Publication number: DE102012206755B4
Application number: DE102012206755.8A
Authority: DE
Inventors: Uwe Arnold; Matthias Müller; Jürgen Götte
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: Airbus Helicopters Technik GmbH
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2022-11-24
Anticipated expiration: 2032-04-26
Also published as: US20140064914A1; DE102012206755A1; US9315257B2; KR20130120406A; KR102059566B1

Abstract

Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers mit einer Steuerstange (12), die an ihrem einen Ende mit einem taumelscheibenseitigen Lagerauge (11) versehen ist, wobei ein Kugelgelenkkörper (10) in einem taumelscheibenseitigen Lagerauge (11) aufgenommen ist, wobei der Kugelgelenkkörper (10) von einem Achskörper (5) durchsetzt ist, der in zwei taumelscheibenseitigen Lagerböcken (2) gelagert ist, wobei der Achskörper (5) in den Lagerböcken (2) jeweils in einer Lagerhülse gelagert ist, die in den Lagerbohrungen (7) der Lagerböcke (2) aufgenommen und konzentrisch zueinander vorgesehen sind, wobei die Lagerböcke (2) von dem Achskörper (5) durchsetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der Achskörper (5) einen Exzenterabschnitt (8) ausbildet, der einen Kugelgelenkkörper (10) durchsetzt, wobei der Kugelgelenkkörper (10) konzentrisch zu dem Exzenterabschnitt (8) angeordnet und ausgeformt ist, oder der Achskörper (5) nicht exzentrisch ausgeformt ist und der Kugelgelenkkörper (10) eine exzentrische Bohrung hat und verdrehfest auf dem Achskörper (5) angeordnet ist..

Description

Hubschrauber leiden systembedingt unter einem hohen Vibrationsniveau, das durch die drehenden Rotorblätter verursacht wird. Aus Festigkeitsgründen und zur Minderung der Belastung von Material und Besatzung werden für den Flugbetrieb bestimmte Grenzwerte für die 1/Rev Vibrationen (aerodynamische Unwucht) vorgeschrieben. Dazu werden mit Hilfe eines Meßsystems Trackingflüge durchgeführt, um den Istzustand zu ermitteln. Daraus wird die erforderliche Verstellung der Steuerstangen zwischen der Taumelscheibe und dem jeweiligen Rotorblatt ermittelt, um die Unwuchten zu minimieren. Zur Verstellung der Steuerstangen muss der Hubschrauber jedes Mal landen, da sich die Verstellung nur am stehenden Rotor durchführen lässt. Nach jeder Verstellung erfolgt eine Überprüfung des Zustandes durch einen erneuten Flug, wobei die Prozedur solange wiederholt werden muss, bis die geforderten Grenzwerte eingehalten werden. Diese Prozedur wird als Rotor Track & Balance (RT&B) bezeichnet.
Da aber die aerodynamischen Unwuchten flugzustandsabhängig sind, stellt dieses Verfahren selbst nach erfolgreichem Abschluss der RT&B-Prozedur nur einen Kompromiss dar. Diesem wird abgeholfen durch fortlaufendes Nachstellen der Steuerstangen im Flug (In-Flight Tuning). Das entsprechende Vorgehen und hierzu geeignete Steuerstangenanordnungen sind beispielsweise aus der US 5 511 944 A ; der DE 32 25 571 C2 bzw. der DE 10 2009 001 393 A1 bekannt. Die letztgenannte deutsche Offenlegungsschrift wird auch als gattungsgemäß für die vorliegende Erfindung angesehen.
Die dort beschriebene Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers hat eine Steuerstange mit zwei endseitig vorgesehenen Lageraugen und einen zwischen den Lageraugen angeordneten längenverstellbaren Stellbereich. Die Steuerstange ist an ihrem rotorblätterseitigen Ende über das eine Lagerauge mit dem Rotorblatt und an ihrem anderen, taumelscheibenseitigen Ende über das andere Lagerauge mit einer Taumelscheibe verbunden. Der Abstand zwischen den beiden Lageraugen ist durch den längenverstellbaren Stellbereich mit einem in dem Stellbereich angeordneten Antrieb während des Flugs einstellbar. Zur Längenverstellung der Steuerstange sind bei der vorbekannten Steuerstangenanordnung als Antrieb im Stellbereich ein Elektromotor und ein Getriebe vorgesehen. Die Integration der zusätzlichen Teile in die Steuerstange ist komplex, fehleranfällig, und kostenträchtig. Die Integration erhöht das Gewicht der mit den Rotorblättern drehenden Steuerstangen.
Aus der US 5 431 540 A ist eine Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers mit einer Steuerstange bekannt. Die Steuerstangenanordnung umfasst ein oberes Stangenendsegment mit einer Lageranordnung, ein unteres Stangenendsegment mit einer Lageranordnung, eine exzentrische Buchse, die in drehbarere Verbindung mit der oberen Lageranordnung angeordnet ist, um die Axiallänge der Steuerstange zu ändern.
Die DE 60 2004 000 201 T2 beschreibt eine Vorrichtung zum Steuern der Länge einer Stange, die eine Türe, welche eine Öffnung in einem Gasturbinen-Motor schließt, bedient. Die Stange hat ein Gabelgelenk mit einem Querstift, der an dem Gabelgelenk mittels Vorrichtungen, welche Lager bilden, jeweils im Inneren einer im Gabelgelenk angeordneten Aufnahme befestigt ist. Die Lager arretieren den Bolzen in wenigstens zwei Positionen gegenüber dem Gabelgelenk.
Aus der DE 60 2005 002 444 T2 ist ein Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Teilen bekannt, umfassend einen Schwingarm, der zwischen den Teilen angelenkt ist. Wenigstens eines der Enden des Schwingarms umfasst einen Schwingarmkopf, der in einem Gabelkopf an dem entsprechenden Teil angelenkt ist. Ein Gelenklagerzapfen, der zwischen dem Gabelkopf und dem Schwingarm angebracht ist, ist mit einem Exzenterteil mit einstellbarer Winkelpositionierung ausgestattet. Die Winkelpositionierung wird durch das Zusammenwirken zweier radial gezahnter Scheibe, die mit dem Gabelkopf bzw. mit dem Lagerzapfen fest verbunden sind, stabilisiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Steuerstangenanordnung anzugeben, die einen einfachen und robusten Aufbau aufweist. Darüber hinaus will die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verstellung von jeweils einem Rotorblatt eines Hubschraubers zugeordneten Steuerstangen angeben.
Zur Lösung des vorrichtungsmäßigen Problems wird mit der vorliegenden Erfindung eine Steuerstangenanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Steuerstangenanordnung hat in an sich bekannter Weise eine Steuerstange, die an ihrem einen Ende mit einem taumelscheibenseitigen Lagerauge versehen ist, wobei ein Kugelgelenkkörper in einem taumelscheibenseitigen Lagerauge aufgenommen ist, wobei der Kugelgelenkkörper von einem Achskörper durchsetzt ist, der in zwei taumelscheibenseitigen Lagerböcken gelagert ist, wobei der Achskörper in den Lagerböcken jeweils in einer Lagerhülse gelagert ist, die in den Lagerbohrungen der Lagerböcke aufgenommen und konzentrisch zueinander vorgesehen sind, wobei die Lagerböcke von dem Achskörper durchsetzt sind. Die Erfindung ist gekennzeichnet dadurch, dass entweder der Achskörper einen Exzenterabschnitt ausbildet, der einen Kugelgelenkkörper durchsetzt, wobei der Kugelgelenkkörper konzentrisch zu dem Exzenterabschnitt angeordnet und ausgeformt ist, oder der Achskörper nicht exzentrisch ausgeformt ist und der Kugelgelenkkörper eine exzentrische Bohrung hat und verdrehfest auf dem Achskörper angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung bietet die Möglichkeit, die Verstellung der Länge der Steuerstange während des Fluges nicht innerhalb der Steuerstange zu bewirken, sondern im Wesentlichen im Bereich des taumelscheibenseitigen Lagers. Insbesondere kann der Antrieb für die Steuerstangenverstellung außerhalb der Steuerstange vorgesehen sein, sodass die Steuerstangen selbst relativ schlank und mit geringem Gewicht ausgebildet werden können. Jenseits einer erfindungsgemäßen Verstellung mittels Exzenterantrieb, die ein In-Flight Tuning erlaubt, kann die Steuerstange selbstverständlich in an sich bekannter Weise längenverstellbar sein, um Rotor Track & Balancing durchzuführen. Die tatsächliche Länge der Steuerstange kann dazu konstant bleiben. Lediglich die effektive Länge zwischen dem taumelscheibenseitigem Lager und dem gegenüberliegenden Ende der Steuerstange wird durch den erfindungsmäßigen Exzenter verändert.
Die Steuerstange ist taumelscheibenseitig verschwenkbar gelagert, und zwar auf einem Kugelgelenkkörper, der von dem zuvor erwähnten Achskörper durchsetzt ist. Der erfindungsgemäße Exzenter ist dabei üblicherweise so ausgebildet, dass eine durch den Kugelgelenkkörper ausgebildete Lagerfläche für die Steuerstange exzentrisch zu dem Lagerbock ausgebildet und der Achskörper mit einem Steuerantrieb verbunden ist. Der Steuerantrieb dreht den Achskörper und bewirkt damit aufgrund des Exzenters eine Lageänderung der Steuerstange im Bereich des taumelscheibenseitigen Lagers relativ zu dem Lagerbock und danach eine Änderung der effektiven Länge der Steuerstange. Der Abstand zwischen dem Lagerbock und dem rotorblattseitigen Lagerauge wird demnach durch Verschiebung des taumelscheibenseitigen Anlenkpunktes der Steuerstange verändert. Als Steuerantrieb kann jeder beliebige Antrieb, beispielsweise ein Elektromotor dienen, dessen Abtriebswelle verdrehfest mit dem Achskörper verbunden ist.
Der Exzenter kann durch einen Exzenterabschnitt des Achskörpers gebildet sein, welcher in dem taumelscheibenseitigen Lagerauge der Steuerstange aufgenommen ist. Dieser Exzenterabschnitt durchsetzt üblicherweise den zuvor erwähnten Kugelgelenkkörper.
Alternativ kann der Exzenter auch dadurch ausgebildet sein, dass der zuvor erwähnte Kugelgelenkkörper eine Bohrung aufweist, deren Mittellängsachse exzentrisch zu der Mittellängsachse einer Lagerbohrung des Lagerbocks liegt, wobei der Achskörper verdrehfest in der Bohrung des Kugelgelenkkörpers gehalten ist.
Gemäß ihrem nebengeordneten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verstellung von einer einem Rotorblatt eines Hubschraubers zugeordneten Steuerstange , die an ihrem einen Ende mit einem taumelscheibenseitigen Lagerauge versehen ist, wobei ein Kugelgelenkkörper in einem taumelscheibenseitigen Lagerauge aufgenommen ist, wobei der Kugelgelenkkörper von einem Achskörper durchsetzt ist, der in zwei taumelscheibenseitigen Lagerböcken gelagert ist, wobei der Achskörper in den Lagerböcken jeweils in einer Lagerhülse gelagert ist, die in den Lagerbohrungen der Lagerböcke aufgenommen und konzentrisch zueinander vorgesehen sind, wobei die Lagerböcke von dem Achskörper durchsetzt sind. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass entweder der Achskörper einen Exzenterabschnitt ausbildet, der einen Kugelgelenkkörper durchsetzt, wobei der Kugelgelenkkörper konzentrisch zu dem Exzenterabschnitt angeordnet und ausgeformt ist, oder der Achskörper nicht exzentrisch ausgeformt ist und der Kugelgelenkkörper eine exzentrische Bohrung hat und verdrehfest auf dem Achskörper angeordnet ist und dass zur Verstellung der effektiven Länge der Steuerstange ein Elektromotor angetrieben wird, dessen Abtriebswelle verdrehfest mit dem Achskörper verbunden ist, so dass der Achskörper während des Fluges verschwenkt wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:

1 eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels mit Teilen einer Taumelscheibe eines Hubschraubers,
2 eine Längsschnittansicht des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels; und
3 eine Längsschnittansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerstangenanordnung verdeutlicht. Gezeigt ist eine mit Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Taumelscheibe eines im Übrigen nicht dargestellten Hubschraubers. Diese Taumelscheibe 1 trägt zwei Lagerböcke 2, die über eine Lagerbockbasis 3 an der Taumelscheibe 1 angeschlossen sind, welche Lagerbockbasis 3 eine Antriebshalterung 4 abstützt, die seitlich neben einem der Lagerböcke 2 abgeht und mit der Taumelscheibe 1 verschraubt ist.
Die Lagerböcke 2 werden in an sich bekannter Weise von einem Achskörper 5 durchsetzt. Dieser Achskörper 5 ist in den Lagerböcken 2 jeweils in Lagerhülsen 6 gelagert, die in Lagerbohrungen 7 der Lagerböcke 2 aufgenommen und konzentrisch zueinander vorgesehen sind. Zwischen den Lagerböcken 2 befindet sich ein Exzenter-abschnitt 8, der wie die in den Lagerhülsen 6 vorgesehenen Lagerabschnitte 9 des Achskörpers 5 einen kreisförmigen Querschnitt hat, dessen Mittellängsachse allerdings versetzt zu der Mittellängsachse dieser Lagerabschnitte 9 bzw. der Lagerbohrungen 7 vorgesehen ist. Der Exzenterabschnitt 8 durchsetzt einen Kugelgelenkkörper 10, der konzentrisch zu dem Exzenterabschnitt 8 angeordnet und ausgeformt ist und der in einem taumelscheibenseitigen Lagerauge 11 aufgenommen ist, welches durch eine Steuerstange 12 ausgeformt wird. Die Steuerstange 12 ist in 1 verdeutlicht und hat im Gewindeeingriff stehende Abschnitte, die durch Kontermuttern für das Rotor Track & Balancing gegeneinander verschraubt und festgelegt werden können, um die Grundlänge der Steuerstange 12 zu ändern, d. h. den Abstand zwischen dem taumelscheibenseitigen Lagerauge 11 und einem rotorblattseitigen Lagerauge 13 zu verändern.
Wie 2 verdeutlicht, ist der Achskörper 5 an einer Seite über eine Befestigungsmutter 14 gegen den zugeordneten Lagerbock 2 verschraubt, wohingegen auf der anderen Seite der Achskörper 5 den zugeordneten Lagerbock 2 überragt und in einem auf der Antriebshalterung vorgesehenen Antriebsgehäuse 15 aufgenommen ist, welches einen nicht näher dargestellten Elektromotor mit zugeordnetem Getriebe umgibt, dessen Abtriebswelle verdrehfest mit dem Achskörper 5 verbunden ist.
Zur Verstellung der effektiven Länge der Steuerstange 12 wird der Elektromotor angetrieben. Hierdurch wird der Achskörper 5 verschwenkt. Durch die exzentrische Ausgestaltung des Exzenterabschnitts 8 relativ zu den Lagerbohrungen 7 der Lagerböcke 12 ergibt sich ein Heben bzw. Senken der Mittellängsachse des Exzenterabschnitts 8 relativ zu den Lagerböcken und damit eine effektive Längenänderung der Steuerstange 12.
3 verdeutlicht ein alternatives Ausführungsbeispiel anhand der wesentlichen Bauteile nach 1. Gleiche Bauteile sind gegenüber dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Ausführungsbeispiel unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch, dass der Kugelgelenkkörper 10 eine exzentrische Bohrung hat und verdrehfest auf dem Achskörper 5 angeordnet ist. Hierdurch wird der erfindungsgemäße Exzenter gebildet. Der Achskörper 5 selber ist nicht exzentrisch ausgeformt. Aufgrund der Exzentrizität des Kugelgelenkkörpers 10 wird bei einer Schwenkbewegung des Achskörpers 5 die effektive Länge der Steuerstange, d.h. der Abstand zwischen der Mittellängsachse des Achskörpers 5 und der Mittellängsachse des rotorblattseitigen Lagerauges 13 verändert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorgezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise der Achskörper 5 des in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels zweiteilig ausgebildet sein mit einem ersten Teil, welcher einen Lagerabschnitt 9 und einen Exzenterabschnitt 8 mit verringertem Durchmesser ausformt, welcher mit seinem freien Ende in den gegenüberliegenden Lagerbock eingreift und dort in einem separaten Lagerzylinder gehalten ist, der drehbar in dem anderen Lagerbock aufgenommen und relativ hierzu axial festgelegt ist. Der Kugelgelenkkörper 10 kann auch geteilt ausgebildet sein und durch Verschrauben der beiden Teile im Exzenterabschnitt 8 umgreifen, wie dies bei Pleuelstangen für Kurbelwellen in Ottomotoren üblich ist.
Bezugszeichenliste

1: Taumelscheibe
2: Lagerbock
3: Lagerbockbasis
4: Antriebshalterung
5: Achskörper
6: Lagerhülse
7: Lagerbohrung
8: Exzenterabschnitt
9: Lagerabschnitt
10: Kugelgelenkkörper
11: taumelscheibenseitiges Lagerauge
12: Steuerstange
13: rotorblattseitiges Lagerauge
14: Befestigungsmutter
15: Antriebsgehäuse

Claims

Steuerstangenanordnung zum Verstellen von Rotorblättern eines Hubschraubers mit einer Steuerstange (12), die an ihrem einen Ende mit einem taumelscheibenseitigen Lagerauge (11) versehen ist, wobei ein Kugelgelenkkörper (10) in einem taumelscheibenseitigen Lagerauge (11) aufgenommen ist, wobei der Kugelgelenkkörper (10) von einem Achskörper (5) durchsetzt ist, der in zwei taumelscheibenseitigen Lagerböcken (2) gelagert ist, wobei der Achskörper (5) in den Lagerböcken (2) jeweils in einer Lagerhülse gelagert ist, die in den Lagerbohrungen (7) der Lagerböcke (2) aufgenommen und konzentrisch zueinander vorgesehen sind, wobei die Lagerböcke (2) von dem Achskörper (5) durchsetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der Achskörper (5) einen Exzenterabschnitt (8) ausbildet, der einen Kugelgelenkkörper (10) durchsetzt, wobei der Kugelgelenkkörper (10) konzentrisch zu dem Exzenterabschnitt (8) angeordnet und ausgeformt ist, oder der Achskörper (5) nicht exzentrisch ausgeformt ist und der Kugelgelenkkörper (10) eine exzentrische Bohrung hat und verdrehfest auf dem Achskörper (5) angeordnet ist..
Steuerstangenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Achskörper (5) an einer Seite über eine Befestigungsmutter (14) gegen einen zugeordneten Lagerbock (2) verschraubt ist, wohingegen auf einer anderen Seite der Achskörper (5) einen zugeordneten Lagerbock (2) überragt und in einem auf einer Antriebshalterung vorgesehenen Antriebsgehäuse (15) aufgenommen ist, welches einen Elektromotor mit zugeordnetem Getriebe umgibt, dessen Abtriebswelle verdrehfest mit dem Achskörper (5) verbunden ist, wobei zur Verstellung der effektiven Länge der Steuerstange (12) der Elektromotor antreibbar ist.
Verfahren zur Verstellung von einer einem Rotorblatt eines Hubschraubers zugeordneten Steuerstange (12), die an ihrem einen Ende mit einem taumelscheibenseitigen Lagerauge (11) versehen ist, wobei ein Kugelgelenkkörper (10) in einem taumelscheibenseitigen Lagerauge (11) aufgenommen ist, wobei der Kugelgelenkkörper (10) von einem Achskörper (5) durchsetzt ist, der in zwei taumelscheibenseitigen Lagerböcken (2) gelagert ist, wobei der Achskörper (5) in den Lagerböcken (2) jeweils in einer Lagerhülse gelagert ist, die in den Lagerbohrungen (7) der Lagerböcke (2) aufgenommen und konzentrisch zueinander vorgesehen sind, wobei die Lagerböcke (2) von dem Achskörper (5) durchsetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der Achskörper (5) einen Exzenterabschnitt (8) ausbildet, der einen Kugelgelenkkörper (10) durchsetzt, wobei der Kugelgelenkkörper (10) konzentrisch zu dem Exzenterabschnitt (8) angeordnet und ausgeformt ist, oder der Achskörper (5) nicht exzentrisch ausgeformt ist und der Kugelgelenkkörper (10) eine exzentrische Bohrung hat und verdrehfest auf dem Achskörper (5) angeordnet ist und dass zur Verstellung der effektiven Länge der Steuerstange (12) ein Elektromotor angetrieben wird, dessen Abtriebswelle verdrehfest mit dem Achskörper (5) verbunden ist, so dass der Achskörper (5) während des Fluges verschwenkt wird.