-
Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors, bei dem mehrere Rotorblätter an einem Rotorkopf einer Rotorwelle umfangsseitig verteilt angeordnet sowie jeweils um ihre Blattlängsachse drehbar oder verwindbar gelagert sind, und deren Einstellwinkel jeweils über ein mit dem rotierenden Teil einer Taumelscheibe in Stellverbindung stehendes Steuergestänge einstellbar ist, mit mindestens drei Primäraktuatoren, die umfangsseitig verteilt um die Rotorwelle zwischen einem ersten Basisbauteil, nämlich einem gehäusefesten Bauteil, und einem zweiten Basisbauteil, nämlich dem nichtrotierenden Teil der Taumelscheibe, angeordnet sind, und mit mindestens einem zwischen einem der Primäraktuatoren und einem der Basisbauteile angeordneten Sekundäraktuator.
-
Die Primärsteuerung des Hauptrotors eines Hubschraubers umfasst eine kollektive Blattwinkelverstellung, mittels der die Einstellwinkel der Rotorblätter zur Steuerung von Steig- und Sinkbewegungen des Hubschraubers identisch eingestellt werden, und eine dieser überlagerte zyklische Blattwinkelverstellung, mit der die Einstellwinkel der Rotorblätter zur Steuerung von Längsbewegungen des Hubschraubers, insbesondere für den Vorwärtsflug, phasenverschoben mit gleicher Drehwinkelorientierung sinusförmig mit der Drehfrequenz des Hauptrotors verstellt werden. Durch die zyklische Blattwinkelverstellung wird die durch die Spur der Blattspitzen der Rotorblätter beschriebene Rotorblattebene in Richtung der durch eine entsprechende Verschwenkung eines Steuerknüppels gewählten Flugrichtung geneigt, wodurch der von dem Hauptrotor erzeugte Schubvektor entsprechend gekippt wird und demzufolge eine Antriebskomponente in die gewählte Flugrichtung aufweist.
-
Die Ansteuerung der Rotorblätter des Hauptrotors erfolgt üblicherweise über eine ringscheibenförmige Taumelscheibe, in welche die Steuerbewegungen der kollektiven Blattwinkelverstellung und der zyklischen Blattwinkelverstellung eingeleitet und einander überlagert werden. Die Taumelscheibe besteht aus einem nichtrotierenden Teil und einem mit der Rotorwelle mitrotierenden Teil, die drehbar miteinander verbunden sowie bezüglich der Drehachse der Rotorwelle axial verschiebbar und kippbar gelagert sind. Die Steuerkommandos eines Piloten werden bei einer mechanischen Betätigung über eine Mischhebelanordnung und bei einer hilfskraftgestützten Betätigung über Primäraktuatoren in den nichtrotierenden Teil der Taumelscheibe eingeleitet, wobei eine kollektive Blattwinkelverstellung durch eine Axialverschiebung und eine zyklische Blattwinkelverstellung durch ein Kippen der Taumelscheibe erfolgt. Im rotierenden System werden diese Steuerbewegungen von dem rotierenden Teil der Taumelscheibe über zumeist aus Steuerstangen und Anlenkhebeln bestehende Steuergestänge in die Rotorblätter eingeleitet, und so die entsprechenden Einstellwinkel der Rotorblätter eingestellt.
-
Eine typische Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors, bei dem die Primäraktuatoren als hydraulische Stellzylinder ausgebildet sind, ist in der
US 4 243 358 A beschrieben. Diese bekannte Steuerungseinrichtung weist zur Erhöhung der Betriebssicherheit jedoch mindestens vier Primäraktuatoren auf, die jeweils mit einer autonomen hydraulischen und elektrischen Energieversorgung versehen sind. Die Blattwinkelverstellung der Rotorblätter des Hauptrotors erfolgt wie üblich mittels drei Primäraktuatoren. Bei Auftreten einer Störung an einem der drei verwendeten Primäraktuatoren ist vorgesehen, dass der defekte Primäraktuator abgeschaltet und der vierte Primäraktuator eingeschaltet wird. Die Blattwinkelverstellung der Rotorblätter des Hauptrotors erfolgt dann über die zwei intakten der drei ursprünglich verwendeten Primäraktuatoren und über den vierten Primäraktuator.
-
Durch die zyklische Blattwinkelverstellung und durch aerodynamische Effekte, wie zum Beispiel das Erreichen der kritischen Machzahl an der Blattspitze des jeweils in Flugrichtung vorlaufenden Rotorblattes sowie Blatt-Wirbel-Interferenzen durch das Eintauchen eines Rotorblattes in die Nachlaufwirbel des vorlaufenden Rotorblattes, werden Schlag- und Schwenkbewegungen der Rotorblätter angeregt, die sich in Form von Vibrationen und Lärmemissionen äußern, und die zu einer Reduzierung der aerodynamischen Effizienz des Hauptrotors führen. Da diese Störungen vorwiegend in Schwingungen mit der Rotorblattfrequenz und unmittelbar benachbarten Harmonischen, also ganzzahligen Vielfachen der Rotordrehfrequenz, bestehen, kann diesen unerwünschten Effekten bekanntlich durch eine den Störfrequenzen entgegengerichtete höherharmonische Blattwinkelverstellung (HHC = higher harmonic control) mittels einer Sekundärsteuerung des Hauptrotors entgegengewirkt werden. Hierdurch können die betreffenden Störfrequenzen eliminiert oder zumindest deutlich abgeschwächt werden. Dies hat bei einem entsprechend ausgerüsteten Hubschrauber eine geringere dynamische Belastung und eine entsprechend höhere Lebensdauer der Bauteile, einen geringeren Wartungsaufwand, höhere Flugleistungen sowie einen höheren Flugkomfort für die Hubschrauberinsassen zur Folge.
-
In einer aus der
DE 195 46 929 C2 bekannten Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors weist die Sekundärsteuerung des Hauptrotors eine zweite Taumelscheibe auf, die über drei als hydraulische Stellzylinder ausgebildete Sekundäraktuatoren gegenüber der ersten Taumelscheibe kippbar ist. Zur Überlagerung der Stellbewegungen der Primärsteuerung der Rotorblätter mit den höherharmonischen Stellbewegungen der Sekundärsteuerung steht die zweite Taumelscheibe über mehrere Winkelhebel gelenkig mit der ersten Taumelscheibe und mit den Steuerstangen der Rotorblätter in Stellverbindung.
-
In der
US 5 655 878 A ist dagegen eine Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors beschrieben, bei der die Sekundärsteuerung des Hauptrotors drei als hydraulische Stellzylinder ausgebildete Sekundäraktuatoren aufweist, die jeweils seriell zwischen dem jeweiligen Primäraktuator und dem nichtrotierenden Teil der Taumelscheibe angeordnet sind. Somit werden bei dieser bekannten Steuerungseinrichtung die höherharmonischen Stellbewegungen der Sekundärsteuerung den Stellbewegungen der Primärsteuerung der Rotorblätter unmittelbar additiv überlagert.
-
Für die Erzeugung der erforderlichen hochfrequenten Stellbewegungen weisen Sekundärsteuerungen, bei denen die Sekundäraktuatoren als hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnungen ausgebildet sind, jedoch einen hohen Energiebedarf auf und benötigen entsprechend leistungsfähige Hydraulikpumpen sowie Steuerungsventile. Ebenso müssen die hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnungen sowie die Hydraulikleitungen entsprechend robust und damit zwangsläufig relativ groß ausgeführt sein.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen für die Sekundärsteuerung eines Hubschrauber-Hauptrotors geeigneten Sekundäraktuator vorzuschlagen, der in den stehenden Steuerstrang der Primärsteuerung, vorteilhaft zwischen einem Primäraktuator und dem gehäusefesten Bauteil oder dem nichtrotierenden Teil der Taumelscheibe angeordnet ist, und der gegenüber den bekannten, als hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnungen ausgebildete Sekundäraktuatoren einen geringeren Energiebedarf aufweist.
-
Diese Aufgabe ist durch eine Steuerungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Steuerungseinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die Erfindung geht demnach aus von einer eine Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors, bei dem mehrere Rotorblätter an einem Rotorkopf einer Rotorwelle umfangsseitig verteilt angeordnet sowie jeweils um ihre Blattlängsachse drehbar oder verwindbar gelagert sind, und deren Einstellwinkel jeweils über ein mit dem rotierenden Teil einer Taumelscheibe in Stellverbindung stehendes Steuergestänge einstellbar ist, mit mindestens drei Primäraktuatoren, die umfangsseitig verteilt um die Rotorwelle zwischen einem ersten Basisbauteil, nämlich einem gehäusefesten Bauteil, und einem zweiten Basisbauteil, nämlich dem nichtrotierenden Teil der Taumelscheibe, angeordnet sind, und mit mindestens einem zwischen einem der Primäraktuatoren und einem der Basisbauteile angeordneten Sekundäraktuator. Eine solche Steuerungseinrichtung ist beispielsweise aus der
US 5 655 878 A bekannt.
-
Zur Bereitstellung eines im Vergleich zu einer hydraulischen Kolben-ZylinderAnordnung einen geringeren Energiebedarf aufweisenden Sekundäraktuators ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Sekundäraktuator elektromechanisch wirksam ausgebildet ist und zwei Elektromotoren aufweist, dass die Elektromotoren achsparallel oder koaxial zueinander sowie weitgehend senkrecht zu der Betätigungsachse des zugeordneten Primäraktuators an dem Basisbauteil angeordnet sind, dass mindestens einer der Elektromotoren mit seinem Motorgehäuse an dem Basisbauteil befestigt ist, dass die Triebwellen der Elektromotoren jeweils mit einem Exzenterelement mit gleicher Exzentrizität in Triebverbindung stehen, und dass die Exzenterelemente derart formschlüssig miteinander sowie mit der zugeordneten Anlenkung des Primäraktuators gekoppelt sind, dass sich bei laufenden Elektromotoren eine periodische Stellbewegung zwischen dem Basisbauteil und der Anlenkung des Primäraktuators ergibt, deren Frequenz über die Drehzahl der Elektromotoren und deren Amplitude über die Phasenverschiebung der Elektromotoren einstellbar ist.
-
Der Sekundäraktuator kann antriebstechnisch zwischen einem gehäusefesten Bauteil als Basisbauteil, wie zum Beispiel dem Gehäusedeckel eines Hubschraubergetriebes, und der zugeordneten Anlenkung des Primäraktuators angeordnet sein. Bei dieser Anordnung des Sekundäraktuators wird der Primäraktuator dynamisch mit der Steuerbewegung des Sekundäraktuators bewegt, was zusätzliche Beschleunigungskräfte zur Folge hat. Der Sekundäraktuator kann jedoch auch vorteilhaft antriebstechnisch zwischen dem nichtrotierenden Teil der Taumelscheibe als Basisbauteil und der zugeordneten Anlenkung des Primäraktuators angeordnet sein. Bei dieser Anordnung des Sekundäraktuators werden keine dynamischen zusätzlichen Beschleunigungskräfte durch die Masse des Primäraktuators hervorgerufen.
-
Ein erste Ausführungsform des Sekundärantriebs weist einen allgemeinen funktionstechnischen Aufbau auf, bei dem die Exzenterelemente beider Elektromotoren jeweils als eine Exzenterwelle mit einem exzentrisch angeordneten Exzenterzapfen ausgebildet sind, bei dem die Exzenterwelle des ersten Elektromotors drehbar in dem Basisbauteil und die Exzenterwelle des zweiten Elektromotors drehbar in einem Übertragungselement gelagert ist, welches gegenüber dem Basisbauteil beweglich geführt ist, und an dem der Primäraktuator angelenkt ist, und bei dem die Exzenterzapfen der Exzenterwellen drehbar in achsparallelen Bohrungen einer Koppelstange gelagert sind.
-
Bei einer Drehung der Elektromotoren mit gleicher Drehzahl, die bevorzugt in gleicher Drehrichtung erfolgt, wird der radiale Abstand zwischen den Mittelachsen der Exzenterwellen periodisch verändert. Bei einer Phasenverschiebung der Elektromotoren von 0°, also gleicher umfangsseitiger Ausrichtung der Exzenterzapfen, ist die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung Null. Bei einer Phasenverschiebung der Elektromotoren von 180°, also entgegengesetzter umfangsseitiger Ausrichtung der Exzenterzapfen, entspricht die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung der doppelten Exzentrizität der Exzenterzapfen. Dazwischen kann die Amplitude der periodischen Steuerbewegung über die Phasenverschiebung der Elektromotoren stufenlos eingestellt werden. Die periodische Stellbewegung wird über die Koppelstange in das Übertragungselement übertragen. Abhängig von der Art der Führung des Übertragungselementes gegenüber dem Basisbauteil ist diese Stellbewegung dann unmittelbar oder entsprechend untersetzt auf den Abstand zwischen dem Basisbauteil und der Anlenkung des Primäraktuators wirksam.
-
Zur Erzielung einer kompakten Bauweise dieser ersten Ausführungsform des Sekundäraktuators ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Elektromotoren mit gleicher Orientierung ihrer Triebwellen achsparallel zueinander angeordnet sind, dass die Exzenterwellen jeweils drehfest oder einstückig mit der jeweiligen Triebwelle des zugeordneten Elektromotors verbunden sind, dass der erste Elektromotor mit seinem Motorgehäuse an dem Basisbauteil und der zweite Elektromotor mit seinem Motorgehäuse an dem Übertragungselement befestigt ist, und dass das Übertragungselement als ein Mischhebel ausgebildet ist, der an einem Ende gelenkig mit dem Basisbauteil und an dem anderen Ende starr mit dem Gehäuse des zweiten Elektromotors verbunden ist, und an dem dazwischen der Primäraktuator schwenkbar angelenkt ist.
-
Im Hinblick auf eine Platz sparende und funktionsgünstige Anordnung dieses Sekundäraktuators an dem betreffenden Basisbauteil ist vorzugsweise vorgesehen, dass die beiden Elektromotoren bezüglich der Rotorwelle tangential an dem Basisbauteil angeordnet sind, und dass der Mischhebel radial ausgerichtet sowie an seinem äußeren Ende über ein Drehgelenk an einem radialen Steg des Basisbauteils befestigt ist.
-
Die Exzenterzapfen der Exzenterwellen sind bevorzugt über Wälzlager drehbar in den Bohrungen der Koppelstange gelagert, wodurch ein schneller Verschleiß der betreffenden Lagerungen vermieden und der von den Elektromotoren zu überwindende Betätigungswiderstand reduziert wird.
-
Der Primäraktuator ist gemäß einer anderen Weiterbildung an der dem Sekundäraktuator zugewandten Anlenkung nur über ein Kugelgelenk schwenkbar an dem Mischhebel gelagert, da an dieser Anlenkung nur geringe Schwenkbewegungen auftreten.
-
Ein zweite Ausführungsform des Sekundäraktuators weist einen allgemeinen funktionstechnischen Aufbau auf, bei dem das Exzenterelement des ersten Elektromotors als eine Exzenterwelle mit einem exzentrisch angeordneten Exzenterzapfen und das Exzenterelement des zweiten Elektromotors als eine Exzenterbuchse mit einer exzentrisch angeordneten Exzenterbohrung ausgebildet ist, wobei die Exzenterwelle drehbar gegenüber dem Basisbauteil und die Exzenterbuchse mit der Exzenterbohrung schwenkbar auf dem Exzenterzapfen der Exzenterwelle gelagert ist, und der Primäraktuator über die dem Sekundäraktuator zugewandte Anlenkung dreh- und schwenkbar an der Exzenterbuchse angelenkt ist.
-
Bei einer Drehung der Elektromotoren, die zur Vermeidung einer permanenten Relativdrehung bevorzugt derart erfolgt, dass die Exzenterwelle und die Exzenterbuchse mit gleicher Drehzahl in derselben Drehrichtung rotieren, wird der in die Betätigungsachse des Primäraktuators projizierte Abstand zwischen der Mittelachse der Exzenterwelle sowie der Mittelachse der Exzenterbuchse und somit der Abstand zwischen dem betreffenden Basisbauteil und der zugeordneten Anlenkung des Primäraktuators periodisch verändert. Bei einer Phasenverschiebung der Exzenterelemente von 180°, also entgegengesetzter umfangsseitiger Ausrichtung des Exzenterzapfens und der Exzenterbohrung, ist die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung Null. Bei einer Phasenverschiebung der Exzenterelemente von 0°, also gleicher umfangsseitiger Ausrichtung des Exzenterzapfens und der Exzenterbohrung, entspricht die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung der doppelten Exzentrizität des Exzenterzapfens und der Exzenterbohrung. Dazwischen kann die Amplitude der periodischen Steuerbewegung über die Phasenverschiebung der Exzenterelemente bzw. der Elektromotoren stufenlos eingestellt werden.
-
Zur Erzielung einer kompakten Bauweise dieser zweiten Ausführungsform des Sekundäraktuators ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Elektromotoren mit einander zugewandten Triebwellen koaxial sowie axial benachbart zueinander angeordnet und mit ihren Motorgehäusen an dem Basisbauteil befestigt sind, und dass die Exzenterwelle drehfest oder einstückig mit der Triebwelle des ersten Elektromotors sowie die Exzenterbuchse über eine Kreuzscheibenkupplung drehfest und radial verschiebbar mit der Triebwelle des zweiten Elektromotors verbunden ist.
-
Zur Vermeidung einer permanenten Relativdrehung zwischen der Exzenterwelle und der Exzenterbuchse sind die beiden Elektromotoren vorzugsweise zur Durchführung entgegengesetzter Drehrichtungen ausgebildet.
-
Im Hinblick auf eine Platz sparende und funktionsgünstige Anordnung dieses Sekundäraktuators an dem betreffenden Basisbauteil ist vorzugsweise vorgesehen, dass die beiden Elektromotoren bezüglich der Rotorwelle tangential an dem Basisbauteil angeordnet sind.
-
Da außerhalb einer Verstellung der Phasenverschiebung der Elektromotoren keine Relativdrehung zwischen der Exzenterwelle und der Exzenterbuchse auftritt, ist die Exzenterbuchse mit ihrer Exzenterbohrung auf dem Exzenterzapfen der Exzenterwelle vorzugsweise gleitgelagert angeordnet. Hierdurch wird gegenüber einer Lagerung mittels eines Wälzlagers Bauraum eingespart und der Herstellungsaufwand sowie der Montageaufwand reduziert.
-
Um einen schnellen Verschleiß der betreffenden Anlenkung des Primäraktuators zu vermieden und den von den Elektromotoren zu überwindenden Betätigungswiderstand zu reduzieren, ist der Primäraktuator an der dem Sekundäraktuator zugewandten Anlenkung vorzugsweise über ein inneres Wälzlager und ein äußeres Kugelgelenk drehbar und schwenkbar auf dem Außenumfang der Exzenterbuchse gelagert.
-
Ein dritte Ausführungsform des Sekundäraktuators weist einen allgemeinen funktionstechnischen Aufbau auf, bei dem das Exzenterelement des ersten Elektromotors als eine Exzenterwelle mit einem exzentrisch angeordneten Exzenterzapfen und das Exzenterelement des zweiten Elektromotors als eine Exzenterbuchse mit einer exzentrisch angeordneten Exzenterbohrung ausgebildet ist, wobei die Exzenterbuchse drehbar gegenüber dem Basisbauteil und die Exzenterwelle schwenkbar in der Exzenterbohrung der Exzenterbuchse gelagert ist, und bei dem der Primäraktuator drehbar und schwenkbar an dem Exzenterzapfen der Exzenterwelle angelenkt ist.
-
Bei einer Drehung der Elektromotoren, die zur Vermeidung einer permanenten Relativdrehung bevorzugt derart erfolgt, dass die Exzenterwelle und die Exzenterbuchse mit gleicher Drehzahl in derselben Drehrichtung rotieren, wird der in die Betätigungsachse des Primäraktuators projizierte Abstand zwischen der Mittelachse der Exzenterbuchse und der Mittelachse des Exzenterzapfens der Exzenterwelle und somit der Abstand zwischen dem betreffenden Basisbauteil und der zugeordneten Anlenkung des Primäraktuators periodisch verändert. Bei einer Phasenverschiebung der Exzenterelemente von 180°, also entgegengesetzter umfangsseitiger Ausrichtung des Exzenterzapfens und der Exzenterbohrung, ist die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung Null. Bei einer Phasenverschiebung der Exzenterelemente von 0°, also gleicher umfangsseitiger Ausrichtung des Exzenterzapfens und der Exzenterbohrung, entspricht die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung der doppelten Exzentrizität des Exzenterzapfens und der Exzenterbohrung. Dazwischen kann die Amplitude der periodischen Steuerbewegung über die Phasenverschiebung der Exzenterelemente bzw. der Elektromotoren stufenlos eingestellt werden.
-
Zur Erzielung einer kompakten Bauweise dieser dritten Ausführungsform des Sekundäraktuators ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Elektromotoren mit gleicher Orientierung ihrer Triebwellen achsparallel und unmittelbar radial benachbart zueinander angeordnet sowie mit ihren Motorgehäusen an dem Basisbauteil befestigt sind, dass die Exzenterwelle über eine Untersetzungsstufe, die aus einem mit der Triebwelle des ersten Elektromotors drehfest verbundenen Ritzel und einer in einer Zentralbohrung der Exzenterwelle angeordneten Innenverzahnung besteht, mit der Triebwelle des ersten Elektromotors in Triebverbindung steht, und dass die Exzenterbuchse koaxial zu der Triebwelle des ersten Elektromotors drehbar gelagert ist sowie über eine Untersetzungsstufe, die aus einem mit der Triebwelle des zweiten Elektromotors drehfest verbundenen Stirnrad und einer am Außenumfang der Exzenterbuchse angeordneten Außenverzahnung besteht, mit der Triebwelle des zweiten Elektromotors in Triebverbindung steht.
-
Zur Vermeidung einer permanenten Relativdrehung zwischen der Exzenterwelle und der Exzenterbuchse sind die beiden Elektromotoren vorteilhaft so angeordnet oder ausgebildet, dass diese entgegengesetzte Drehrichtungen aufweisen.
-
Zur Vereinfachung der Drehzahlsteuerung der Elektromotoren ist zudem bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Untersetzungsstufen dieselbe Übersetzung aufweisen. Hierdurch weisen die Elektromotoren bei Synchronlauf der Exzenterelemente dieselbe Drehzahl auf.
-
Im Hinblick auf eine Platz sparende und funktionsgünstige Anordnung dieses Sekundäraktuators an dem betreffenden Basisbauteil ist vorzugsweise vorgesehen, dass die beiden Elektromotoren bezüglich der Rotorwelle tangential an dem Basisbauteil angeordnet sind.
-
Die Exzenterbuchse ist bevorzugt an ihrem Außenumfang über ein Wälzlager drehbar in einem Gehäusedeckel gelagert, der die Untersetzungsstufen und die Exzenterbuchse umschließt sowie an den Motorgehäusen der Elektromotoren befestigt ist.
-
Da außerhalb einer Verstellung der Phasenverschiebung der Elektromotoren keine Relativdrehung zwischen der Exzenterwelle und der Exzenterbuchse auftritt, ist die Exzenterwelle in der Exzenterbohrung der Exzenterbuchse bevorzugt gleitgelagert angeordnet.
-
Um einen schnellen Verschleiß der betreffenden Anlenkung des Primäraktuators zu vermieden, und um den von den Elektromotoren zu überwindenden Betätigungswiderstand zu reduzieren, ist der Primäraktuator an der dem Sekundäraktuator zugewandten Anlenkung bevorzugt über ein inneres Wälzlager und ein äußeres Kugelgelenk drehbar und schwenkbar auf dem Exzenterzapfen der Exzenterwelle gelagert.
-
Eine vierte Ausführungsform des Sekundärantriebs gemäß der Erfindung weist einen allgemeinen funktionstechnischen Aufbau auf, bei dem das Exzenterelement des ersten Elektromotors als eine Exzenterwelle mit einem exzentrisch angeordneten Exzenterzapfen und das Exzenterelement des zweiten Elektromotors als eine Exzenterbuchse mit einer exzentrisch angeordneten Exzenterbohrung ausgebildet ist, wobei die Exzenterbuchse schwenkbar in einer Lagerbohrung des Basisbauteils und die Exzenterwelle schwenkbar in der Exzenterbohrung der Exzenterbuchse gelagert ist, und bei dem der Primäraktuator schwenkbar an dem Exzenterzapfen der Exzenterwelle angelenkt ist.
-
Bei einer Drehung der Elektromotoren, die zur Vermeidung einer permanenten Relativdrehung bevorzugt derart erfolgt, dass die Exzenterwelle und die Exzenterbuchse mit gleicher Drehgeschwindigkeit in derselben Drehrichtung verschwenken, wird der in die Betätigungsachse des Primäraktuators projizierte Abstand zwischen der Mittelachse der Exzenterbuchse und der Mittelachse des Exzenterzapfens der Exzenterwelle und somit der Abstand zwischen dem betreffenden Basisbauteil sowie der zugeordneten Anlenkung des Primäraktuators periodisch verändert. Bei einer Phasenverschiebung der Exzenterelemente von 180°, also entgegengesetzter umfangsseitiger Ausrichtung des Exzenterzapfens und der Exzenterbohrung, ist die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung Null. Bei einer Phasenverschiebung der Exzenterelemente von 0°, also gleicher umfangsseitiger Ausrichtung des Exzenterzapfens und der Exzenterbohrung, entspricht die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung der doppelten Exzentrizität des Exzenterzapfens und der Exzenterbohrung. Dazwischen kann die Amplitude der periodischen Steuerbewegung über die Phasenverschiebung der Exzenterelemente bzw. der Elektromotoren stufenlos eingestellt werden.
-
Zur Erzielung eines Schwenkantriebs der Exzenterelemente und einer kompakten Bauweise dieser vierten Ausführungsform des Sekundäraktuators ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Elektromotoren mit gleicher Orientierung ihrer Triebwellen achsparallel zueinander und zu den Exzenterelementen angeordnet sowie mit ihren Motorgehäusen an dem Basisbauteil befestigt sind, und dass die Exzenterwelle sowie die Exzenterbuchse jeweils über einen Kurbeltrieb mit der Triebwelle des zugeordneten Elektromotors in Triebverbindung stehen, wobei die Kurbeltriebe jeweils eine Pleuelstange aufweisen, die endseitig gelenkig mit einem exzentrischen Kurbelzapfen der Triebwelle des jeweiligen Elektromotors und mit einem starr an dem zugeordneten Exzenterelement befestigten radialen Kurbelhebel verbunden ist. Hierbei versteht es sich in Kenntnis der Erfindung von selbst, dass innerhalb der beiden Kurbeltriebe die Länge des Kurbelhebels jeweils deutlich größer ist als die Exzentrizität des Kurbelzapfens, um eine nur über einen Teilkreis verlaufende Verschwenkung der Exzenterelemente zu erreichen.
-
Um eine permanente Relativdrehung zwischen der Exzenterwelle und der Exzenterbuchse zu vermeiden, sind die beiden Elektromotoren vorzugsweise derartig angeordnet oder ausgebildet, dass diese dieselbe Drehrichtung aufweisen.
-
Zu diesem Zweck ist es auch vorteilhaft, wenn die Hebelverhältnisse der beiden Kurbeltriebe weitgehend identisch sind, da dann neben der Schwenkrichtung auch der Winkelbereich der Schwenkbewegung der beiden Exzenterelemente gleich ist.
-
Im Hinblick auf eine Platz sparende und funktionsgünstige Anordnung dieses Sekundäraktuators an dem betreffenden Basisbauteil ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Elektromotoren bezüglich der Rotorwelle tangential an dem Basisbauteil angeordnet sind, und dass die Exzenterbuchse radial weiter außen in der Lagerbohrung eines radialen Stegs des Basisbauteils schwenkbar gelagert ist.
-
Da die Exzenterbuchse bei laufendem zweitem Elektromotor keine vollständige Drehbewegung sondern nur einen über einen Teilkreis erfolgende Schwenkbewegung ausführt, kann die Exzenterbuchse in der Lagerbohrung des Basisbauteils gemäß einer Weiterbildung der Erfindung gleitgelagert angeordnet sein. Hierdurch wird gegenüber einer Lagerung mittels eines Wälzlagers Bauraum eingespart und der Herstellungs- und Montageaufwand reduziert.
-
Da außerhalb einer Verstellung der Phasenverschiebung der Elektromotoren keine oder nur eine geringe Relativverschwenkung zwischen der Exzenterwelle und der Exzenterbuchse auftritt, ist die Exzenterwelle in der Exzenterbohrung der Exzenterbuchse ebenfalls bevorzugt gleitgelagert angeordnet.
-
Aufgrund der geringen Schwenkbewegung der Exzenterwelle ist es für eine verschleiß- und widerstandsarme Lagerung ausreichend, wenn der Primäraktuator an der dem Sekundäraktuator zugewandten Anlenkung nur über ein Kugelgelenk schwenkbar auf dem Exzenterzapfen der Exzenterwelle gelagert ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vierten Ausführungsform des Sekundäraktuators ist vorgesehen, dass der radiale Steg des Basisbauteils eine nach radial außen offene und die Lagerbohrung des Basisbauteils in zwei Bohrungsabschnitte unterteilende Ausnehmung aufweist, dass die Exzenterbuchse zwei axial beabstandete und durch einen Bügel miteinander verbundene Buchsenabschnitte aufweist, die jeweils schwenkbar in einem Bohrungsabschnitt des Basisbauteils schwenkbar gelagert sind, und dass die Exzenterwelle zwei durch den Exzenterzapfen unterbrochene Wellenabschnitte aufweist, die unter Eingriff des Exzenterzapfens in die Ausnehmung des radialen Stegs schwenkbar in der Exzenterbohrung der Buchsenabschnitte gelagert sind. Durch die dadurch gegebene Zweipunktlagerung der Exzenterwelle in der Exzenterbuchse und der Exzenterbuchse in der Lagerbohrung weisen diese Lagerungen eine deutlich verringerte Kippbelastung und eine insgesamt größere Lagerbasis auf, wodurch die Robustheit erhöht und die Gebrauchsdauer des Sekundäraktuators verlängert ist.
-
Unabhängig von der Ausführungsform des Sekundäraktuators sind die jeweiligen Elektromotoren bevorzugt als weitgehend baugleiche Getriebemotoren mit jeweils einer integrierten Untersetzungsstufe ausgebildet. Hierdurch kann die Baugröße der Elektromotoren und damit des jeweiligen Sekundäraktuators weiter reduziert werden, wodurch die Anordnung des Sekundäraktuators an dem betreffenden Basisbauteil vereinfacht ist.
-
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
- 1a eine Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors mit einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sekundäraktuators in einer ersten perspektivischen Seitenansicht,
- 1 b die Steuerungseinrichtung des Hubschrauber-Hauptrotors mit der ersten Ausführungsform des Sekundäraktuators gemäß 1a in einer zweiten perspektivischen Seitenansicht,
- 1 c die Steuerungseinrichtung des Hubschrauber-Hauptrotors mit der ersten Ausführungsform des Sekundäraktuators gemäß 1a und 1b in einer dritten perspektivischen Seitenansicht,
- 1d die erste Ausführungsform des Sekundäraktuators gemäß 1 a bis 1c in einem vergrößerten Ausschnitt von 1c,
- 2a eine Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors mit einer zweiten Ausführungsform eines Sekundäraktuators in einer ersten perspektivischen Seitenansicht,
- 2b die Steuerungseinrichtung des Hubschrauber-Hauptrotors mit der zweiten Ausführungsform des Sekundäraktuators gemäß 2a in einer zweiten perspektivischen Seitenansicht,
- 2c die zweite Ausführungsform des Sekundäraktuators gemäß 2a und 2b in einem vergrößerten Ausschnitt von 2b,
- 3a eine Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors mit einer dritten Ausführungsform eines Sekundäraktuators in einer perspektivischen Seitenansicht,
- 3b die dritte Ausführungsform des Sekundäraktuators gemäß 3a in einer perspektivischen Ansicht,
- 3c die dritte Ausführungsform des Sekundäraktuators gemäß 3a und 3b in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,
- 3d die dritte Ausführungsform des Sekundäraktuators gemäß 3a bis 3c in einer geschnittenen Axialansicht von 3c,
- 4a eine Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors mit einer vierten Ausführungsform eines Sekundäraktuators in einer ersten perspektivischen Seitenansicht,
- 4b die Steuerungseinrichtung des Hubschrauber-Hauptrotors mit der vierten Ausführungsform des Sekundäraktuators gemäß 4a in einer zweiten perspektivischen Seitenansicht,
- 4c die Steuerungseinrichtung des Hubschrauber-Hauptrotors mit der vierten Ausführungsform des Sekundäraktuators gemäß 4a und 4b in einer Axialansicht, und
- 4d die vierte Ausführungsform des Sekundäraktuators gemäß 4a bis 4c in einem vergrößerten Ausschnitt von 4c.
-
In den nachfolgend beschriebenen Figuren sind vier verschiedene Ausführungsformen eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Sekundäraktuators abgebildet, die im nichtrotierenden Bereich der Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors angeordnet sind und zur Einsteuerung von periodischen höherharmonischen Steuerbewegungen in die Taumelscheibe dienen.
-
In den 1a, 1b und 1c ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sekundäraktuators 1.1 innerhalb der Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors in verschiedenen perspektivischen Seitenansichten abgebildet. Von dem Hubschrauber-Hauptrotor ist jeweils nur die Rotorwelle 2 abgebildet, die größtenteils von einem kegelzylindrischen Gehäusedeckel 3 eines nicht näher dargestellten Hubschraubergetriebes umgeben ist. Die Steuerungseinrichtung weist eine ringförmige Taumelscheibe 4 auf, die aus einem nichtrotierenden Teil 5 und einem mit diesem verdrehbar in Verbindung stehenden drehbaren Teil 6 besteht, sowie drei vorliegend als hydraulische Stellzylinder ausgebildete Primäraktuatoren 7. Die Primäraktuatoren 7 sind jeweils über eine gehäuseseitige Anlenkung 8 und eine rotorseitige Anlenkung 9 gelenkig zwischen dem Gehäusedeckel 3 und dem nichtrotierenden Teil 5 der Taumelscheibe 4 angeordnet. Zur Übersichtlichkeit der Abbildungen ist in den 1a, 1b und 1c jeweils nur einer der Primäraktuatoren 7 dargestellt. Die Befestigungsvorrichtungen für einen der zwei nicht dargestellten Primäraktuatoren sind jedoch auf der linken Zeichnungshälfte erkennbar.
-
An dem rotierenden Teil 6 der Taumelscheibe 4 sind nicht dargestellte Steuerstangen angelenkt, über welche die Einstellung des Einstellwinkels der Rotorblätter des Hubschrauber-Hauptrotors erfolgt. Auch deren taumelscheibenseitigen Befestigungsvorrichtungen dargestellt, jedoch nicht weiter bezeichnet. Zur Verdeutlichtung des Aufbaus des Sekundäraktuators 1.1 ist in 1d zusätzlich ein Ausschnitt A aus 1c mit teilweise geschnittenen Bauteilen vergrößert abgebildet.
-
Wie auch bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sekundäraktuators ist der in den 1a bis 1c dargestellte Sekundäraktuator 1.1 elektromechanisch wirksam ausgebildet und weist zwei Elektromotoren 11, 12 auf, die achsparallel zueinander und weitgehend senkrecht zu der Betätigungsachse 10 des Primäraktuators 7 an dem nichtrotierenden Teil 5 der Taumelscheibe 4 angeordnet sind (1c). Die Betätigungsachse 10 des Primäraktuators 7 ist eine gedachte Linie, welche die Schwenkachsen der beiden Anlenkungen 8, 9 des Primäraktuators 7 miteinander verbindet.
-
Die Triebwellen der beiden Elektromotoren 11, 12 stehen jeweils mit einem Exzenterelement 13, 14 mit gleicher Exzentrizität in Triebverbindung, die derart formschlüssig miteinander und mit der rotorseitigen Anlenkung 9 des Primäraktuators 7 gekoppelt sind, dass sich bei laufenden Elektromotoren 11, 12 eine periodische Stellbewegung zwischen dem nichtrotierenden Teil 5 der Taumelscheibe 4 und der rotorseitigen Anlenkung 9 des Primäraktuators 7 ergibt, deren Frequenz über die Drehzahl der Elektromotoren 11, 12 und deren Amplitude über die Phasenverschiebung der Elektromotoren 11, 12 einstellbar ist.
-
Zur Reduzierung ihrer Baugröße und ihrer Leistungsaufnahme sind die beiden Elektromotoren 11, 12 vorzugsweise als Getriebemotoren mit integrierten Untersetzungsstufen ausgebildet. Zur Reduzierung der Herstellungs- oder Beschaffungskosten sind die beiden Elektromotoren 11, 12 bevorzugt weitgehend baugleich ausgeführt und unterscheiden sich höchstens durch im Betrieb entgegengesetzte Drehrichtungen.
-
Vorliegend sind die beiden Elektromotoren 11, 12 mit gleicher Orientierung ihrer Triebwellen achsparallel zueinander und bezüglich der Rotorwelle 2 tangential an dem nichtrotierenden Teil 5 der Taumelscheibe 4 angeordnet. Die Exzenterelemente 13, 14 sind jeweils als eine Exzenterwelle 15, 17 mit einem exzentrisch angeordneten Exzenterzapfen 16, 18 ausgebildet und drehfest oder einstückig mit der Triebwelle des zugeordneten Elektromotors 11, 12 verbunden.
-
Der erste Elektromotor 11 ist mit seinem Motorgehäuse 19 an dem nichtrotierenden Teil 5 der Taumelscheibe 4 befestigt. Der zweite Elektromotor 12 ist mit seinem Motorgehäuse 20 an einem Mischhebel 21 befestigt. Der Mischhebel 21 ist bezüglich der Rotorwelle 2 radial ausgerichtet und an seinem äußeren Ende über ein Drehgelenk 22 an einem radialen Steg 23 des nichtrotierenden Teils 5 der Taumelscheibe 4 befestigt ist. Zwischen der Befestigung des zweiten Elektromotors 12 und dem Drehgelenk 22 ist der Primäraktuator 7 über die rotorseitige Anlenkung 9 schwenkbar an dem Mischhebel 21 angelenkt. Die Exzenterzapfen 16, 18 der Exzenterwellen 15, 17 sind drehbar in achsparallelen Bohrungen 25, 26 einer Koppelstange 24 gelagert.
-
Bei einer Drehung der beiden Elektromotoren 11, 12 mit gleicher Drehzahl, die bevorzugt in gleicher Drehrichtung erfolgt, wird der radiale Abstand zwischen den Mittelachsen der Exzenterwellen 15, 17 und somit der Abstand zwischen der Taumelscheibe 4 und dem inneren Ende des Mischhebels 21 periodisch verändert. Bei einer Phasenverschiebung der Elektromotoren 11, 12 von 0°, also bei gleicher umfangsseitiger Ausrichtung der beiden Exzenterzapfen 16 und 18, ist die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung Null. Bei einer Phasenverschiebung der Elektromotoren von 180°, also bei entgegengesetzter umfangsseitiger Ausrichtung der Exzenterzapfen 16, 18, entspricht die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung der doppelten Exzentrizität der Exzenterzapfen 16, 18. Dazwischen kann die Amplitude der periodischen Steuerbewegung über die Phasenverschiebung der beiden Elektromotoren 11, 12 stufenlos eingestellt werden. Aufgrund der Positionierung der Anlenkung 9 wird diese periodische Steuerbewegung über den Mischhebel 21 entsprechend den Hebelverhältnissen reduziert auf den Abstand zwischen der Taumelscheibe 4 und der rotorseitigen Anlenkung 9 des Primäraktuators 7 übertragen.
-
Wie in dem in 1d vergrößert abgebildeten Ausschnitt A von 1c erkennbar ist, sind die Exzenterzapfen 16, 18 der Exzenterwellen 15, 17 über vorliegend als Kugellager ausgebildete Wälzlager 27, 28 drehbar in den Bohrungen 25, 26 der Koppelstange 24 gelagert. Hierdurch wird zum einen ein vorzeitiger Verschleiß der betreffenden Lagerungen vermieden und der von den Elektromotoren 11, 12 zu überwindende Betätigungswiderstand reduziert. Da in der rotorseitigen Anlenkung 9 des Primäraktuators 7 an dem Mischhebel 21 nur geringe Schwenkbewegungen auftreten, ist der Primäraktuator 7 an der rotorseitigen Anlenkung 9 nur über ein Kugelgelenk 29 schwenkbar an dem Mischhebel 21 gelagert.
-
In den 2a und 2b ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sekundäraktuators 1.2 innerhalb der Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors in zwei unterschiedlichen perspektivischen Seitenansichten abgebildet. Zur Verdeutlichtung des Aufbaus des Sekundäraktuators 1.2 ist in 2c zusätzlich ein Ausschnitt B aus 2b mit teilweise geschnittenen Bauteilen vergrößert abgebildet.
-
Der Sekundäraktuator 1.2 ist wie der Sekundäraktuator 1.1 elektromechanisch wirksam ausgebildet und umfasst ebenso zwei Elektromotoren 31 und 32, die jeweils mit einem Exzenterelement 33, 34 mit gleicher Exzentrizität in Triebverbindung stehen, die formschlüssig miteinander sowie mit der rotorseitigen Anlenkung 9 des Primäraktuators 7 gekoppelt sind. Während das Exzenterelement 33 des ersten Elektromotors 31 als eine Exzenterwelle 35 mit einem exzentrisch angeordneten Exzenterzapfen 36 ausgebildet ist, ist das Exzenterelement 34 des zweiten Elektromotors 32 als eine Exzenterbuchse 37 mit einer exzentrisch angeordneten Exzenterbohrung 38 ausgebildet. Die Exzenterbuchse 37 ist mit der Exzenterbohrung 38 schwenkbar auf dem Exzenterzapfen 36 der Exzenterwelle 35 gelagert, und der Primäraktuator 7 ist über die rotorseitige Anlenkung 9 dreh- und schwenkbar an der Exzenterbuchse 37 angelenkt.
-
Die beiden Elektromotoren 31, 32 sind vorliegend mit einander zugewandten Triebwellen koaxial und axial benachbart zueinander sowie bezüglich der Rotorwelle 2 tangential an dem nichtrotierenden Teil 5 der Taumelscheibe 4 angeordnet und mit ihren Motorgehäusen 39, 40 an diesem befestigt. Die Exzenterwelle 35 ist drehfest oder einstückig mit der Triebwelle des ersten Elektromotors 31 verbunden, und die Exzenterbuchse 37 ist über eine Kreuzscheibenkupplung 41 drehfest sowie radial verschiebbar mit der Triebwelle des zweiten Elektromotors 32 verbunden.
-
Bei einer Drehung der beiden Elektromotoren 31, 32 mit gleicher Drehzahl, die zur Vermeidung einer permanenten Relativdrehung zwischen der Exzenterwelle 35 und der Exzenterbuchse 37 zweckmäßig in entgegengesetzten Drehrichtungen erfolgt, wird der in die Betätigungsachse 10 des Primäraktuators 7 projizierte Abstand zwischen der Mittelachse der Exzenterwelle 35 sowie der Mittelachse der Exzenterbuchse 37 und somit der Abstand zwischen der Taumelscheibe 4 sowie der rotorseitigen Anlenkung 9 des Primäraktuators 7 periodisch verändert.
-
Bei einer Phasenverschiebung der beiden Elektromotoren 31, 32 von 180°, also entgegengesetzter umfangsseitiger Ausrichtung des Exzenterzapfens 36 und der Exzenterbohrung 38, ist die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung Null. Bei einer Phasenverschiebung der Elektromotoren von 0°, also gleicher umfangsseitiger Ausrichtung des Exzenterzapfens 36 und der Exzenterbohrung 38, entspricht die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung der doppelten Exzentrizität des Exzenterzapfens 36 und der Exzenterbohrung 38. Dazwischen kann die Amplitude der periodischen Steuerbewegung über die Phasenverschiebung der Elektromotoren 31, 32 stufenlos eingestellt werden.
-
Wie der in 2c vergrößert abgebildeten Ausschnitt B der 2b zeigt, ist der Primäraktuator 7 an der rotorseitigen Anlenkung 9 über ein inneres, vorliegend als ein zweireihiges Kugellager ausgebildetes Wälzlager 42 und ein radial äußeres Kugelgelenk 43 dreh- und schwenkbar auf dem Außenumfang der Exzenterbuchse 37 gelagert. Hierdurch wird ein schneller Verschleiß der rotorseitigen Anlenkung 9 des Primäraktuators 7 vermieden und der von den Elektromotoren 31, 32 zu überwindende Betätigungswiderstand reduziert. Da außerhalb einer Verstellung der Phasenverschiebung der Elektromotoren 31, 32 keine Relativdrehung zwischen der Exzenterwelle 35 und der Exzenterbuchse 37 auftritt, ist die Exzenterbuchse 37 mit ihrer Exzenterbohrung 38 auf dem Exzenterzapfen 36 der Exzenterwelle 35 gleitgelagert.
-
In 3a ist eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sekundäraktuators 1.3 innerhalb der Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors in einer perspektivischen Seitenansicht abgebildet. Zur Verdeutlichtung des Aufbaus des Sekundäraktuators 1.3 ist dieser in 3b zusätzlich in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht, in 3c in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht, und in 3d in einer axialen Schnittansicht D-D gemäß 3c abgebildet.
-
Der Sekundäraktuator 1.3 ist ebenfalls elektromechanisch wirksam ausgebildet und weist zwei Elektromotoren 51, 52 auf, die jeweils mit einem Exzenterelement 53, 54 mit gleicher Exzentrizität in Triebverbindung sind, welche formschlüssig miteinander und mit der rotorseitigen Anlenkung 9 des Primäraktuators 7 gekoppelt sind. Wie zuvor ist das Exzenterelement 63 des ersten Elektromotors 51 als eine Exzenterwelle 55 mit einem exzentrisch angeordneten Exzenterzapfen 56 ausgebildet, während das Exzenterelement 54 des zweiten Elektromotors 52 als eine Exzenterbuchse 57 mit einer exzentrisch angeordneten Exzenterbohrung 58 ausgebildet ist. Die Exzenterwelle 55 ist schwenkbar in der Exzenterbohrung 58 der Exzenterbuchse 57 gelagert, und der Primäraktuator 7 ist über die rotorseitige Anlenkung 9 dreh- und schwenkbar an dem Exzenterzapfen 56 der Exzenterwelle 55 gelagert.
-
Die beiden Elektromotoren 51, 52 sind vorliegend mit gleicher Orientierung ihrer Triebwellen achsparallel und unmittelbar radial benachbart zueinander sowie bezüglich der Rotorwelle 2 tangential an dem nichtrotierenden Teil 5 der Taumelscheibe 4 angeordnet sowie mit ihren Motorgehäusen 59, 60 an diesem befestigt. Die Exzenterwelle 55 steht über eine erste Untersetzungsstufe 61 mit der Triebwelle des ersten Elektromotors 51 in Antriebsverbindung. Die erste Untersetzungsstufe 61 besteht aus einem mit der Triebwelle des ersten Elektromotors 51 drehfest verbundenen Ritzel 62 und einer in einer Zentralbohrung 63 der Exzenterwelle 55 angeordneten Innenverzahnung 64.
-
Die Exzenterbuchse 57 ist koaxial zu der Triebwelle des ersten Elektromotors 51 drehbar gelagert und steht über eine zweite Untersetzungsstufe 65 mit der Triebwelle des zweiten Elektromotors 52 in Triebverbindung. Die zweite Untersetzungsstufe 65 besteht aus einem mit der Triebwelle des zweiten Elektromotors 52 drehfest verbundenen Stirnrad 66 und einer am Außenumfang der Exzenterbuchse 57 angeordneten Außenverzahnung 67.
-
Wenn die beiden Untersetzungsstufen 61 und 65, wie zur Vereinfachung der Drehzahlsteuerung vorzugsweise vorgesehen ist, dieselbe Übersetzung aufweisen, wird bei einer Drehung der beiden Elektromotoren 51, 52 mit gleicher Drehzahl der in die Betätigungsachse 10 des Primäraktuators 7 projizierte Abstand zwischen der Mittelachse der Exzenterbuchse 57 und der Mittelachse des Exzenterzapfens 56 der Exzenterwelle 55 und somit der Abstand zwischen der Taumelscheibe 4 sowie der rotorseitigen Anlenkung 9 des Primäraktuators 7 periodisch verändert. Die Drehung der beiden Elektromotoren 51, 52 erfolgt zur Vermeidung einer permanenten Relativdrehung zwischen der Exzenterwelle 55 und der Exzenterbuchse 57 vorteilhaft in entgegengesetzten Drehrichtungen.
-
Bei einer Phasenverschiebung der Elektromotoren 51, 52 von 180°, also entgegengesetzter umfangsseitiger Ausrichtung des Exzenterzapfens 56 und der Exzenterbohrung 58, ist die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung Null. Bei einer Phasenverschiebung der Elektromotoren von 0°, also gleicher umfangsseitiger Ausrichtung des Exzenterzapfens 56 und der Exzenterbohrung 58, entspricht die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung der doppelten Exzentrizität des Exzenterzapfens 56 und der Exzenterbohrung 58. Dazwischen kann die Amplitude der periodischen Steuerbewegung über die Phasenverschiebung der Elektromotoren 51, 52 stufenlos eingestellt werden.
-
Wie in der vergrößerten perspektivischen Ansicht von 3b und der teilweise geschnittenen Seitenansicht von 3c erkennbar ist, sind die beiden Untersetzungsstufen 61, 65 sowie die Exzenterbuchse 57 von einem Gehäusedeckel 68 umschlossen, der an den Motorgehäusen 59, 60 der beiden Elektromotoren 51, 52 befestigt ist. In dem geschnittenen Bereich der 3c ist zudem erkennbar, dass die Exzenterbuchse 57 an ihrem Außenumfang über ein vorliegend als Nadellager ausgebildetes Wälzlager 69 drehbar in dem Gehäusedeckel 68 gelagert ist. Hierdurch ist die Exzenterbuchse 57 verschleiß- und widerstandsarm in dem Gehäusedeckel 68 gelagert.
-
Der Primäraktuator 7 ist an der rotorseitigen Anlenkung 9 über ein inneres Wälzlager 42 und ein äußeres Kugelgelenk 43 dreh- und schwenkbar auf dem Exzenterzapfen 56 der Exzenterwelle 55 gelagert, was in den 3a bis 3d allerdings nicht erkennbar ist. Hierdurch wird ein vorzeitiger Verschleiß der rotorseitigen Anlenkung 9 des Primäraktuators 7 vermieden und der von den beiden Elektromotoren 31, 32 zu überwindende Betätigungswiderstand reduziert. Da außerhalb einer Verstellung der Phasenverschiebung keine Relativdrehung zwischen der Exzenterwelle 55 und der Exzenterbuchse 57 auftritt, ist die Exzenterwelle 55 in der Exzenterbohrung 58 der Exzenterbuchse 57 gleitgelagert.
-
In den 4a und 4b ist eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sekundäraktuators 1.4 innerhalb der Steuerungseinrichtung eines Hubschrauber-Hauptrotors in zwei unterschiedlichen perspektivischen Seitenansichten abgebildet. Zur weiteren Verdeutlichtung des Aufbaus des Sekundäraktuators 1.4 ist dieser in 4c zusätzlich innerhalb der Steuerungseinrichtung in einer axialen Draufsicht mit teilweise geschnittenen Bauteilen und in 4d in einem vergrößerten Ausschnitt C aus 4c abgebildet.
-
Der Sekundäraktuator 1.4 ist wie bei den anderen Ausführungsformen elektromechanisch wirksam ausgebildet und weist ebenfalls zwei Elektromotoren 71, 72 auf, die jeweils mit einem Exzenterelement 73, 74 mit gleicher Exzentrizität in Triebverbindung stehen, welche formschlüssig miteinander sowie mit der rotorseitigen Anlenkung 9 des Primäraktuators 7 gekoppelt sind. Während das Exzenterelement 73 des ersten Elektromotors 71 als eine Exzenterwelle 75 mit einem exzentrisch angeordneten Exzenterzapfen 76 ausgebildet ist, ist das Exzenterelement 74 des zweiten Elektromotors 72 als eine Exzenterbuchse 77 mit einer exzentrisch angeordneten Exzenterbohrung 78 ausgebildet. Die Exzenterbuchse 77 ist schwenkbar in einer Lagerbohrung 79 des nichtrotierenden Teils 5 der Taumelscheibe 4 gelagert, und die Exzenterwelle 75 ist schwenkbar in der Exzenterbohrung 78 der Exzenterbuchse 77 gelagert. Der Primäraktuator 7 ist schwenkbar an dem Exzenterzapfen 76 der Exzenterwelle 75 angelenkt.
-
Die beiden Elektromotoren 71, 72 sind mit gleicher Orientierung ihrer Triebwellen achsparallel zueinander und zu den Exzenterelementen 75, 77 sowie bezüglich der Rotorwelle 2 tangential an dem nichtrotierenden Teil 5 der Taumelscheibe 4 angeordnet und mit ihren Motorgehäusen 80, 81 an diesem befestigt. Die Exzenterbuchse 77 ist radial weiter außen in der Lagerbohrung 79 eines radialen Stegs 82 des nichtrotierenden Teils 5 der Taumelscheibe 4 schwenkbar gelagert. Die Exzenterwelle 75 und die Exzenterbuchse 77 stehen jeweils über einen Kurbeltrieb 83, 84 mit der Triebwelle des zugeordneten Elektromotors 71, 72 in Triebverbindung. Die Kurbeltriebe 83, 84 weisen jeweils eine Pleuelstange 85, 88 auf, die endseitig gelenkig mit einem exzentrischen Kurbelzapfen 86, 89 der Triebwelle des jeweiligen Elektromotors 71, 72 sowie mit einem starr an dem zugeordneten Exzenterelement 75, 77 befestigten radialen Kurbelhebel 87, 90 in Verbindung steht.
-
Um eine nur über einen Teilkreis verlaufende Verschwenkung der Exzenterelemente 75, 77 zu erreichen, ist die Länge der Kurbelhebel 87, 90 jeweils deutlich größer als die Exzentrizität der Kurbelzapfen 86, 89. Zur Vermeidung von relativen Verschwenkungen der Exzenterwelle 75 und der Exzenterbuchse 77 sind die Hebelverhältnisse der beiden Kurbeltriebe 83, 84 bevorzugt weitgehend identisch ausgeführt.
-
Bei einer Drehung der beiden Elektromotoren 71, 72 mit gleicher Drehzahl, welche zur Vermeidung einer permanenten Relativdrehung zwischen der Exzenterwelle 75 und der Exzenterbuchse 77 vorzugsweise in gleicher Drehrichtung erfolgt, wird der in die Betätigungsachse 10 des Primäraktuators 7 projizierte Abstand zwischen der Mittelachse der Exzenterbuchse 77 sowie der Mittelachse des Exzenterzapfens 76 der Exzenterwelle 75 und somit der Abstand zwischen der Taumelscheibe 4 und der rotorseitigen Anlenkung 9 des Primäraktuators 7 periodisch verändert.
-
Bei einer Phasenverschiebung der Elektromotoren 71, 72 von 180°, also entgegengesetzter umfangsseitiger Ausrichtung des Exzenterzapfens 76 und der Exzenterbohrung 78, ist die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung Null. Bei einer Phasenverschiebung der Elektromotoren von 0°, also gleicher umfangsseitiger Ausrichtung des Exzenterzapfens 76 und der Exzenterbohrung 78, entspricht die Amplitude dieser periodischen Steuerbewegung der doppelten Exzentrizität des Exzenterzapfens 76 und der Exzenterbohrung 78. Dazwischen kann die Amplitude der periodischen Steuerbewegung über die Phasenverschiebung der Elektromotoren 71, 72 stufenlos eingestellt werden.
-
In der Axialansicht von 4c und dem in 4d vergrößert dargestellten Ausschnitt C von 4c ist besonders gut erkennbar, dass der radiale Steg 82 des nichtrotierenden Teils 5 der Taumelscheibe 4 eine nach radial außen offene und die Lagerbohrung 79 in zwei Bohrungsabschnitte 79a, 79b unterteilende Ausnehmung 91 aufweist. Die Exzenterbuchse 77 weist zwei axial beabstandete und durch einen Bügel 92 miteinander verbundene Buchsenabschnitte 77a, 77b auf, die jeweils schwenkbar in einem Bohrungsabschnitt 79a, 79b der Lagerbohrung 79 schwenkbar gelagert sind. Die Exzenterwelle 75 weist zwei durch den Exzenterzapfen 76 unterbrochene Wellenabschnitte 75a, 75b auf, die unter Eingriff des Exzenterzapfens 76 in die Ausnehmung 91 des radialen Stegs 82 schwenkbar in der Exzenterbohrung 78 der Buchsenabschnitte 77a, 77b gelagert sind. Durch die dadurch gegebene Zweipunktlagerung der Exzenterwelle 75 in der Exzenterbuchse 77 und der Exzenterbuchse 77 in der Lagerbohrung 79 weisen diese Lagerungen eine deutlich verringerte Kippbelastung sowie eine insgesamt größere Lagerbasis auf, wodurch die Robustheit und die Lebensdauer des Sekundäraktuators 1.4 erhöht ist.
-
Wie besonders in dem in 4d vergrößert abgebildeten Ausschnitt C von 4c erkennbar ist, ist der Primäraktuator 7 an der rotorseitigen Anlenkung 9 über ein Kugelgelenk 93 schwenkbar auf dem Exzenterzapfen 76 der Exzenterwelle 75 gelagert, was aufgrund der nur über einen Teilkreis verlaufenden Verschwenkung der Exzenterwelle 75 für eine verschleiß- und widerstandsarme Lagerung ausreichend ist. Ebenso sind die beiden Buchsenabschnitte 77a, 77b der Exzenterbuchse 77 aus diesem Grund in den Bohrungsabschnitten 79a, 79b der Lagerbohrung 79 nur gleitgelagert. Da außerhalb einer Verstellung der Phasenverschiebung je nach Ausführung der Kurbeltriebe 83, 84 nur eine geringe oder idealerweise keine Relativverschwenkung zwischen der Exzenterwelle 75 und der Exzenterbuchse 77 auftritt, ist auch die Exzenterwelle 75 in der Exzenterbohrung 78 der Exzenterbuchse 77 gleitgelagert.
-
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Sekundäraktuatoren 1.1 - 1.4, die in den 1a bis 4d jeweils an dem nichtrotierenden Teil 5 der Taumelscheibe 4 zwischen dieser und der rotorseitigen Anlenkung 9 des Primäraktuators 7 angeordnet sind, können auf prinzipiell gleiche Art und Weise auch an dem Gehäusedeckel 3 des Hubschraubergetriebes zwischen diesem und der gehäuseseitigen Anlenkung 8 des Primäraktuators 7 angeordnet sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1.1 - 1.4
- Sekundäraktuator
- 2
- Rotorwelle
- 3
- Gehäusefestes Bauteil, Gehäusedeckel; erstes Basisbauteil
- 4
- Taumelscheibe
- 5
- Nichtrotierender Teil der Taumelscheibe 4; zweites Basisbauteil
- 6
- Rotierender Teil der Taumelscheibe 4
- 7
- Primäraktuator
- 8
- Gehäuseseitige Anlenkung des Primäraktuators 7
- 9
- Rotorseitige Anlenkung des Primäraktuators 7
- 10
- Betätigungsachse des Primäraktuators 7
- 11
- Erster Elektromotor
- 12
- Zweiter Elektromotor
- 13
- Erstes Exzenterelement
- 14
- Zweites Exzenterelement
- 15
- Exzenterwelle
- 16
- Exzenterzapfen
- 17
- Exzenterwelle
- 18
- Exzenterzapfen
- 19
- Motorgehäuse des Elektromotors 11
- 20
- Motorgehäuse des Elektromotors 12
- 21
- Mischhebel
- 22
- Drehgelenk des Mischhebels 21
- 23
- Radialer Steg des nichtrotierenden Teils der Taumelscheibe 5
- 24
- Koppelstange
- 25
- Erste Bohrung der Koppelstange 24
- 26
- Zweite Bohrung der Koppelstange 24
- 27
- Wälzlager von Exzenterzapfen 16, 25
- 28
- Wälzlager von Exzenterzapfen 18, 26
- 29
- Kugelgelenk
- 31
- Erster Elektromotor
- 32
- Zweiter Elektromotor
- 33
- Erstes Exzenterelement
- 34
- Zweites Exzenterelement
- 35
- Exzenterwelle
- 36
- Exzenterzapfen
- 37
- Exzenterbuchse
- 38
- Exzenterbohrung
- 39
- Motorgehäuse des Elektromotors 31
- 40
- Motorgehäuse des Elektromotors 32
- 41
- Kreuzscheibenkupplung
- 42
- Wälzlager
- 43
- Kugelgelenk
- 51
- Erster Elektromotor
- 52
- Zweiter Elektromotor
- 53
- Erstes Exzenterelement
- 54
- Zweites Exzenterelement
- 55
- Exzenterwelle
- 56
- Exzenterzapfen
- 57
- Exzenterbuchse
- 58
- Exzenterbohrung
- 59
- Motorgehäuse von Elektromotor 51
- 60
- Motorgehäuse von Elektromotor 52
- 61
- Erste Untersetzungsstufe
- 62
- Ritzel der ersten Untersetzungsstufe 61
- 63
- Zentralbohrung der Exzenterwelle 55
- 64
- Innenverzahnung
- 65
- Zweite Untersetzungsstufe
- 66
- Stirnrad der zweiten Untersetzungsstufe 65
- 67
- Außenverzahnung von Exzenterbuchse 57
- 68
- Gehäusedeckel
- 69
- Wälzlager
- 71
- Erster Elektromotor
- 72
- Zweiter Elektromotor
- 73
- Erstes Exzenterelement
- 74
- Zweites Exzenterelement
- 75
- Exzenterwelle
- 75a, 75b
- Wellenabschnitt der Exzenterwelle 75
- 76
- Exzenterzapfen
- 77
- Exzenterbuchse
- 77a, 77b
- Buchsenabschnitt der Exzenterbuchse 77
- 78
- Exzenterbohrung
- 79
- Lagerbohrung des nichtrotierenden Teils der Taumelscheibe 5
- 79a, 79b
- Bohrungsabschnitt der Lagerbohrung 79
- 80
- Motorgehäuse des Elektromotors 71
- 81
- Motorgehäuse des Elektromotors 72
- 82
- Radialer Steg des nichtrotierenden Teils der Taumelscheibe 5
- 83
- Erster Kurbeltrieb
- 84
- Zweiter Kurbeltrieb
- 85
- Pleuelstange des ersten Kurbeltriebs 83
- 86
- Kurbelzapfen des ersten Kurbeltriebs 83
- 87
- Kurbelhebel des ersten Kurbeltriebs 83
- 88
- Pleuelstange des zweiten Kurbeltriebs 84
- 89
- Kurbelzapfen des zweiten Kurbeltriebs 84
- 90
- Kurbelhebel des zweiten Kurbeltriebs 84
- 91
- Ausnehmung
- 92
- Bügel an Exzenterbuchse 77
- 93
- Kugelgelenk
