DE102014216695B4

DE102014216695B4 - Distanzrohr für eine Kraftübertragungseinrichtung eines Drehflügelflugzeuges

Info

Publication number: DE102014216695B4
Application number: DE102014216695.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Platzer; Martin Meunier; Martin Kühne
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: Airbus Helicopters Technik GmbH
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2022-07-14
Anticipated expiration: 2034-08-23
Also published as: JP6632827B2; JP2016043920A; DE102014216695A1

Abstract

Distanzrohr (1) für eine Kraftübertragungseinrichtung eines Drehflügelflugzeuges, welches eine mäandrierende Querschnittsgestalt und mehrere miteinander verbundene gerade Kegelstumpfringsegmente (2) mit einer Grundfläche (3) und einer Deckfläche (4) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Distanzrohr für eine Kraftübertragungseinrichtung eines Drehflügelflugzeuges.
Eine solche Kraftübertragungseinrichtung ist aus der DE 14 56 089 A bekannt. Die Kraftübertragungseinrichtung befindet sich üblicherweise am oberen Ende einer Antriebswelle für die Flügel bzw. Rotorblätter eines Drehflügelflugzeugs. Gewisse Drehflügelflugzeuge haben keine gelenkig gelagerten Rotorblätter, so dass die Kräfte und Vibrationen der Rotorblätter unmittelbar in den Rotormast eingeleitet werden. Dies führt zu erheblichen Belastungen des Rotormastes bei derartigen Drehflügelflugzeugen und so werden Rotormasten insbesondere bei derartigen Drehflügelflugzeugen leicht ausbaubar ausgelegt. Der Rotormast ist dementsprechend üblicherweise lediglich durch eine unterhalb des unteren Lagers befindliche Mastmutter gesichert und kann nach Lösen der Mastmutter nach oben aus einem den Rotormast aufnehmenden und insbesondere das obere Lager abstützenden Lagerkranz herausgezogen werden, um den Rotormast im Rahmen von Wartungsarbeiten auf Defekte zu inspizieren. Der grundsätzliche Aufbau des Rotormastes, den sich vorzugsweise auch die vorliegende Erfindung zu Eigen macht, ist in der DE 199 44 412 C2 beschrieben, die im Übrigen ein Beispiel für eine Lösung vorstellt, den Rotormast auch im Betrieb auf eventuelle Defekte hin zu überprüfen.
Die unmittelbare Einleitung von Kräften und Momenten der Rotorblätter in den Rotormast führt zu einer erheblichen Biegebeanspruchung desselben. So treten zwischen dem unteren und dem oberen Wälzlager, die etwa 300 mm von einander entfernt sind, Biegungen des Rotormastes mit einem Winkel von bis zu 0,5 Grad auf. Dies führt zu einer Ovalisierung der Berührungsflächen zwischen dem oberen Wälzlager und der Abstützung für dieses obere Wälzlager. Als Folge ergibt sich eine relative Drehbewegung zwischen der Abstützfläche und dem oberen Wälzlager entgegen der Drehrichtung des Rotormastes. Um diese Relativdrehung und damit einen abrasiven Verschleiß zu verhindern ist es bekannt, den inneren Ring des oberen Wälzlagers, der üblicherweise unmittelbar mit dem Rotormast zusammenwirkt, verdrehsicher abzustützen. Hierzu weist eine Stirnseite des inneren Rings üblicherweise auf dem Umfang verteilt vorgesehene Ausnehmungen auf, in welche abstützungsseitig gehaltene Stifte bzw. Nasen eingreifen.
Gleichwohl ergibt sich durch die Ovalisierung eine Relativbewegung in axialer Richtung. Die Stifte werden periodisch aus den Ausnehmungen herausgezogen und in diese hereingedrückt. Es ergibt sich ein abrasiver Verschleiß an den Seitenwänden der Stifte, so dass die gewünschte verdrehgesicherte Halterung des Lagers nicht mehr gewährleistet ist. Im Übrigen kann Abrieb dieses Verschleißes in die Lager gelangen, was die Betriebssicherheit des Drehflügelflugzeuges gefährdet.
Aus der nicht vorveröffentlichten Deutschen Patentanmeldung DE 10 2012 203 178 A1 ist eine Kraftübertragungseinrichtung bekannt, bei welcher zwischen dem unteren und dem oberen Wälzlager ein Distanzrohr angeordnet ist, welches einen ersten und einen zweiten Längenabschnitt aufweist, wobei der zweite Längenabschnitt gegenüber dem ersten Längenabschnitt eine erhöhte Biegeelastizität aufweist. Das Distanzrohr dieser Kraftübertragungseinrichtung zeichnet sich allerdings durch einen hohen Fertigungsaufwand aus.
Die US 5 421 656 A offenbart einen Abstandshalter für eine Helikopter-Hauptrotorwelle. Der Abstandshalter ist derart angeordnet, dass er einen inneren Laufring einer oberen Lageranordnung der Hauptrotorwelle stützt und gleichzeitig eine axiale Beweglichkeit des inneren Laufrings einschränkt. Der Abstandshalter umfasst ein Körperelement mit einer gestuften Ausbildungsform, die durch ein oberes zylindrisches Segment und ein unteres zylindrisches Segment definiert ist. Das obere zylindrische Segment umfasst einen oberen ringförmigen Kragen, einen mittleren ringförmigen Kragen und einen unteren ringförmigen Kragen. Das untere zylindrische Segment umfasst einen ringförmigen Schnittstellenkragen und einen unteren ringförmigen Kragen. Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein verbessertes Distanzrohr für eine Kraftübertragungseinrichtung eines Drehflügelflugzeugs anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung ein Distanzrohr mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Distanzrohr weist eine mäandrierende Querschnittsgestalt auf und ist aus mehreren miteinander verbundenen geraden Kegelstumpfringsegmenten mit einer Grundfläche und einer Deckfläche gebildet. Als Grundfläche wird dabei derjenige Bereich eines Kegelstumpfringsegments bezeichnet, an welchem das Kegelstumpfringsegment seinen maximalen Durchmesser aufweist. Als Deckfläche wird im Gegensatz hierzu derjenige Bereich bezeichnet, an welchem das Kegelstumpfringsegment seinen minimalen Durchmesser aufweist.
Einem Fachmann ist bekannt, dass das Distanzrohr für eine Kraftübertragungseinrichtung eines Drehflügelflugzeugs zwischen einem oberen und einem unteren Wälzlager angeordnet ist.
Das Distanzrohr ist dabei üblicherweise so ausgebildet, dass dieses eine durch die Mastmutter bewirkte bzw. gesicherte Vorspannkraft zwischen den beiden Lagern überträgt. Dies bedeutet, dass das Distanzrohr über seine gesamte Länge als Hülse mit hoher Biegesteifigkeit und üblicherweise den Rotormast unmittelbar umgebend ausgebildet ist. Das eine Ende des Distanzrohres ist benachbart zu dem unteren Wälzlager vorgesehen und stützt sich üblicherweise über eine Sicherungshülse ab, die von der Mastmutter übergriffen ist, eine Anlagefläche für das untere Wälzlager ausbildet und mit welcher der Rotormast üblicherweise verschraubt ist.
Das andere Ende des Distanzrohres stellt für das obere Wälzlager eine ringförmige Anlagefläche bereit, welche durch die mäandrierende Querschnittsgestalt des Distanzrohres durch die mehreren miteinander verbundenen geraden Kegelstumpfringsegmenten der Ovalisierun,g bedingt durch die biegemäßige Auslenkung des Rotormastes jederzeit folgen kann. Der Innenring des oberen Wälzlagers liegt dementsprechend auf dem Distanzrohr vollflächig auf, auch wenn erhebliche Biegekräfte in den Rotormast eingeleitet werden und dieser um seine Längsachse erheblich gebogen wird.
Nach Einbau wirken auf das Distanzrohr beim Betrieb dementsprechend zum einen die Vorspannkräfte, die durch die Mastmutter eingebracht bzw. gesichert werden und welche zwischen dem unteren und dem oberen Wälzlager übertragen werden, um diese in axialer Richtung zu positionieren. Des Weiteren wirkt auf das Distanzrohr die Biegebeanspruchung, welche indes aufgrund des Kegelstumpfringsegmente so kompensiert wird, dass die Wälzlager mit ihren zugehörigen und den Rotormast abstützenden Innenringen axial vollflächig abgestützt sind, auch dann, wenn der Rotormast eine erhebliche Durchbiegung erfährt.
Insbesondere mit Blick auf diese Vorspannung und den Umstand, dass bei einer erheblichen Biegebeanspruchung der Rotormast einseitig auf Druck beansprucht und auf der anderen Seite auf Zug beansprucht wird und dass auf der Zugseite vorzugsweise das Distanzrohr dem sich daraus ergebenden Anheben des inneren Lagerrings folgen sollte, wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass die Kegelstumpfringsegmente alternierend über die Deckflächen und Grundflächen miteinander verbunden sind. Dadurch ergibt sich eine hohe axiale Kompressibilität des Distanzrohres über die gesamte Länge.
Die hohe axiale Kompressibilität und hohe Biegeelastizität kann dadurch verbessert werden, dass wenigstens zwei Kegelstumpfringsegmente unterschiedliche Radien der Grund- oder Deckflächen und/oder unterschiedliche Mantellinien aufweisen.
Zweckmäßig ist vorgesehen, dass das Distanzrohr verdrehfest gegenüber dem oberen Wälzlager gehalten wird. Hierzu können entsprechende Formschlusselemente vorgesehen werden, die zwischen dem Distanzrohr und dem oberen Wälzlager vorgesehen sind und durch welche das Distanzrohr verdrehfest an dem oberen Wälzlager, speziell an dem auf dem Rotormast aufsitzenden inneren Laufring des oberen Wälzlagers gesichert ist.
Durch die unterschiedlichen Mantellinien oder Radien der Grund- oder Deckflächen der Kegelstumpfringsegmente kann die Biegesteifigkeit angepasst werden. Eine weitere Anpassung der Biegesteifigkeit kann durch die Materialwahl und/oder die Wandstärke erfolgen. Es sind zwar auch Lösungen denkbar, bei welchen die Längenabschnitte mit Blick auf die unterschiedliche Biegeelastizität durch unterschiedliche Materialien ausgeformt und miteinander verbunden werden. Die Herstellung des Distanzrohres aus einem einheitlichen Werkstoff wird aber aus Gründen der Dauerfestigkeit bevorzugt.
Das Distanzrohr ist zweckmäßig aus einem zunächst geschmiedeten Rohling hergestellt. Die mäandrierende Querschnittsgestalt wird in diesem üblicherweise durch spanabhebende Bearbeitung ausgeformt. An den Übergängen zwischen zwei Kegelstumpfringsegmenten wird an der Innenumfangsfläche und/oder an der Außenumfangsfläche ein Radius angedreht, so dass ein stetiger Übergang zwischen benachbarten Kegelstumpfringsegmenten vorhanden ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer einzigen Zeichnung.
Die einzige Figur zeigt eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Distanzrohres. Das Distanzrohr 1 weist mehrere Kegelstumpfringsegmente 2 auf. Jedes Kegelstumpfringsegment 2 weist eine Grundfläche 3 und eine Deckfläche 4 auf, wobei der Durchmesser der Grundfläche 3 größer als der Durchmesser der Deckfläche 4 ist. Benachbarte Kegelstumpfringsegmente 2 sind derart miteinander verbunden, dass die Grundfläche 3 des einen Kegelstumpfringsegments 2 mit der Deckfläche 4 eines direkt benachbarten Kegelstumpfringsegments 2 verbunden ist.
Ein Kegelstumpfringsegment 2 weist eine Mantellinie 5 auf. Diese Mantellinie 5 ist definiert als die direkte Verbindung zwischen der Grundfläche 3 und der Deckfläche4 und verläuft auf der Mantelfläche 6 des Kegelstumpfringsegments 2. Die Mantellinien 5 der Kegelstumpfringsegmente 2 können unterschiedlich lang sein. Ebenso ist es möglich, dass die Materialstärken der einzelnen Kegelstumpfringsegmente 2 unterschiedlich sind.
Bezugszeichenliste

1: Distanzrohr
2: Kegelstumpfringsegment
3: Grundfläche
4: Deckfläche
5: Mantellinie
6: Mantelfläche

Claims

Distanzrohr (1) für eine Kraftübertragungseinrichtung eines Drehflügelflugzeuges, welches eine mäandrierende Querschnittsgestalt und mehrere miteinander verbundene gerade Kegelstumpfringsegmente (2) mit einer Grundfläche (3) und einer Deckfläche (4) aufweist.
Distanzrohr (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Kegelstumpfringsegmente (2) unterschiedliche Mantellinien (5) oder Radien der Grund- oder Deckflächen (3, 4) aufweisen.
Distanzrohr (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelstumpfringsegmente (2) alternierend über die Deckflächen (4) und Grundflächen (3) miteinander verbunden sind.
Distanzrohr (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzrohr (1) entlang der gesamten Länge eine axiale Kompressibilität aufweist.