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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für einen Hubschrauber. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades einer Antriebsanordnung für einen Hubschrauber. Mithin erstreckt sich das Anwendungsgebiet der Erfindung auf Antriebsanordnungen für Hubschrauber.
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Antriebsanordnungen für Hubschrauber werden gegen Auslegungslasten ausgelegt. Der reale Einsatz des Hubschraubers wird nicht individuell betrachtet. Es werden Lastkollektive aus Messungen und Erfahrungen zur Auslegung der Bauteile herangezogen. Dabei können weniger harte Einsatzfälle, beispielsweise die Nutzung des Hubschraubers für gelegentliche Rundflüge, und harte Einsatzfälle, beispielsweise die Nutzung des Hubschraubers im ununterbrochenen Einsatz, auftreten. Die Antriebsanordnung ist in der Regel für alle Einsatzfälle ausgelegt. Ferner sind auch Wartungsintervalle so gewählt, dass die härtesten und widrigsten Bedingungen nicht zu einem unsicheren Betrieb oder einer konkreten Gefahr führen. Mit anderen Worten ist die Antriebsanordnung eines Hubschraubers in der Regel überdimensioniert und wird belastungsunabhängig gewartet.
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Aus der
EP 2 662 741 A2 geht ein System zur Rekonstruktion von Sensordaten in einem Rotorsystem hervor. Das Rotorsystem umfasst ein rotierendes Bauteil, wobei im rotierenden Bauteil mehrere Sensoren angeordnet sind. Die Sensoren sind dazu vorgehsehen Belastungen und Bewegungen im rotierenden Bauteil zu erfassen und Sensordaten zu generieren. Ferner weist das System eine Analysevorrichtung zur Rekonstruktion der Sensordaten auf.
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Die
DE 698 18 380 T2 , welche den nächstliegenden Stand der Technik darstellt, offenbart ein Verfahren zur Überwachung einer epizyklischen Anordnung eines mit Beschleunigungssensoren ausgestatteten Helikopters. Die Beschleunigungssensoren sind unterschiedlichen Getriebebestandteilen zugeordnet. Eine Auswertung der Sensorsignale ermöglicht es, Störungen oder auftretende Fehlfunktionen frühzeitig zu erkennen und so einen Ausfall während des Fluges zu verhindern.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsanordnung für einen Hubschrauber zu schaffen, mit welcher eine verbesserte Zustandsüberwachung eines Leistungspfades ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Eine bevorzugte Ausführungsform ist Gegenstand des abhängigen Anspruchs.
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Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung für einen Hubschrauber umfasst zumindest eine Antriebsmaschine sowie eine Getriebeanordnung mit einem Hauptgetriebe, mit einem Umlenkgetriebe und mit einem Heckrotorgetriebe, wobei das Hauptgetriebe zum Antrieb einer Hauptrotorwelle und einer Fernwelle vorgesehen ist, wobei die Fernwelle mit dem Umlenkgetriebe wirkverbunden ist, und wobei das Umlenkgetriebe über eine Zwischenwelle mit dem Heckrotorgetriebe zum Antrieb einer Heckrotorwelle wirkverbunden ist, wobei die Getriebeanordnung Mittel zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades aufweist, und wobei die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades mindestens drei Sensorelemente zur Erfassung mindestens einer Zustandsgröße des Leistungspfades aufweisen.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades in der Getriebeanordnung des Hubschraubers wird mindestens eine Zustandsgröße von Mitteln zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades erfasst, um eine Belastung der Getriebeanordnung aufzuzeigen und/oder zu dokumentieren.
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Mithin umfasst die Getriebeanordnung das Hauptgetriebe, das Umlenkgetriebe und das Heckrotorgetriebe, wobei das Hauptgetriebe über die mindestens eine Antriebsmaschine angetrieben wird. Insbesondere wird das Hauptgetriebe über zwei Triebwerke angetrieben. Die Antriebsleistung der mindestens einen Antriebsmaschine wird über das Hauptgetriebe auf eine Hauptrotorwelle, die mit einem Hauptrotor wirkverbunden ist, und auf eine Fernwelle, die mittelbar über das Umlenkgetriebe und das Heckrotorgetriebe mit einem Heckrotor wirkverbunden ist, übertragen. Unter dem Begriff „wirkverbunden“ ist zu verstehen, dass zwei Elemente direkt miteinander verbunden sein können, oder sich zwischen zwei Elemente noch weitere Elemente befinden, beispielsweise eine oder mehrere Zahnräder oder Wellen.
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Unter dem Begriff „Zustandsüberwachung“ ist zu verstehen, dass im Betrieb des Hubschraubers die in der Getriebeanordnung auftretenden Belastungen identifiziert werden. Dabei können zum Einen aktuelle Belastungen aufgezeigt werden, zum Anderen können aber auch Belastungen über eine Zeitspanne dokumentiert werden, um Wartungsintervalle an die realen Betriebsbedingungen der Getriebeanordnung anzupassen. Beispielsweise wird dadurch ermöglicht, Bauteile vor einem Versagen rechtzeitig auszutauschen. Mithin müssen keine überdimensionierten Bauteile zur Konstruktion verwendet werden, die in der Regel ein Mehrgewicht aufweisen und dadurch insbesondere auch einen höheren Kraftstoffverbrauch verursachen.
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Erfindungsgemäß ist das erste Sensorelement an einem Gehäuse des Hauptgetriebes oder des Umlenkgetriebes angeordnet, wobei das zweite Sensorelement an einem Gehäuse des Heckrotorgetriebes angeordnet ist. Erfindungsgemäß sind das erste und zweite Sensorelement dazu vorgesehen, zumindest einen Körperschall zu erfassen.
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Mithin sind die Sensorelemente als Schallsensoren ausgebildet. Insbesondere werden die Zahneingriffsfrequenzen der Zahnräder im Hauptgetriebe bzw. im Umlenkgetriebe und im Heckrotorgetriebe erfasst, wobei diese eine Phasenverschiebung gegeneinander aufweisen können. Insbesondere kann die Phasenverschiebung auch Null sein. Jedoch ändert sich die Phasenverschiebung in Abhängigkeit der Belastung im Leistungspfad, wobei die Änderung der Belastung auf den Steifigkeiten bzw. Nachgiebigkeiten der im Kraftfluss angeordneten Bauteile basiert. Aus der Phasenverschiebung kann die Belastung des Leistungspfades bestimmt werden.
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Erfindungsgemäß ist das dritte Sensorelement mit dem ersten und zweiten Sensorelement kombiniert und zur Erfassung eines Drehwinkels und/oder einer Drehzahl vorgesehen, wobei das dritte Sensorelement funktional an einer Welle der Getriebeanordnung angeordnet ist. Das dritte Sensorelement ist vorzugsweise an der Fernwelle, an der Zwischenwelle oder an der Heckrotorwelle angeordnet. Insbesondere wird durch das dritte Sensorelement die Messsicherheit der Mittel zur Zustandsüberwachung erhöht. Bevorzugt wird das dritte Sensorelement mit den beiden Sensorelementen, die zur Erfassung des Körperschalls vorgesehen sind, kombiniert. Dies vereinfacht die Messmethode dahingehend, dass die Drehzahl einer im Leistungspfad befindlichen Welle nicht geschätzt werden muss, sondern mittels des dritten Sensorelements gemessen wird.
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Erfindungsgemäß umfassen die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades zumindest eine Auswertelektronik. Die Sensorsignale aller Sensorelemente werden an die Auswertelektronik übermittelt, wobei die Auswertelektronik zur Weiterverarbeitung, insbesondere zur Verknüpfung und Weiterübermittlung der Sensorsignale vorgesehen ist. Bevorzugt ist die Auswertelektronik in der Getriebeanordnung integriert oder zentral im Hubschrauber angeordnet.
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Vorzugsweise ist die Auswertelektronik dazu vorgesehen, kabellos mit einer zentralen Rechnereinheit zusammenzuwirken. Die Rechnereinheit ist dazu vorgesehen, durch Verarbeitung der von der Auswertelektronik übermittelten Sensorsignale einen Serviceumfang für eine bevorstehende Wartung zu erstellen oder zu ergänzen und das Serviceintervall anzupassen, insbesondere zu verlängern oder zu verkürzen.
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Im Folgenden werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine vereinfachte schematische Blockdarstellung einer Antriebsanordnung,
- 2 eine vereinfachte schematische Blockdarstellung einer Antriebsanordnung und
- 3 eine vereinfachte schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Gemäß den 1, 2 und 3 weist eine Antriebsanordnung für einen - hier nicht dargestellten - Hubschrauber eine Antriebsmaschine 1 sowie eine Getriebeanordnung 2 auf. Die Getriebeanordnung 2 umfasst ein Hauptgetriebe 3 mit einem Gehäuse 10, ein Umlenkgetriebe 4 mit einem Gehäuse 12 und ein Heckrotorgetriebe 5 mit einem Gehäuse 11. Die Antriebsmaschine 1 ist über eine Antriebswelle 14 mit dem Hauptgetriebe 3 wirkverbunden, um eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine 1 in das Hauptgetriebe 3 einzuspeisen. Das Hauptgetriebe 3 ist zum Einen über eine Hauptrotorwelle 6 mit einem Hauptrotor 15 wirkverbunden und zum Anderen über eine Fernwelle 7 mit dem Umlenkgetriebe 4 wirkverbunden. Ferner ist das Umlenkgetriebe 4 über eine Zwischenwelle 8 mit dem Heckrotorgetriebe 5 wirkverbunden, wobei das Heckrotorgetriebe 5 über eine Heckrotorwelle 9 mit einem Heckrotor 16 wirkverbunden ist.
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Nach 1 weist die Getriebeanordnung 2 Mittel zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades auf, wobei die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades ein erstes und ein zweites Sensorelement S1, S2 zur Erfassung eines Drehwinkels am Leistungspfad aufweisen. Das erste Sensorelement S1 ist an der Fernwelle 7 angeordnet, wobei das zweite Sensorelement S2 an der Heckrotorwelle 9 angeordnet ist. Aus einer Differenz der beiden Drehwinkel kann auf eine Torisionsbelastung der im Leistungspfad angeordneten Bauteile geschlossen werden, wobei daraus eine Drehmomentbelastung des Leistungspfads bestimmt wird. Ferner umfassen die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades auch eine Auswertelektronik 13, wobei die Auswertelektronik 13 dazu vorgesehen ist, kabellos mit einer zentralen Rechnereinheit 17 zusammenzuwirken, um einen Serviceumfang zu planen und ein Serviceintervall anzupassen.
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Gemäß 2 weist die Getriebeanordnung 2 Mittel zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades auf, wobei die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades ein erstes und ein zweites Sensorelement S1, S2 zur Erfassung eines Körperschalls am Leistungspfad aufweisen. Das erste Sensorelement S1 ist an dem Gehäuse 12 des Umlenkgetriebes 4 angeordnet, wobei das zweite Sensorelement S2 an dem Gehäuse 11 des Heckrotorgetriebes 5 angeordnet ist. Somit wird mittels des ersten Sensorelements S1 die Zahneingriffsfrequenz am Umlenkgetriebe 4 ermittelt, wobei mittels des zweiten Sensorelements S2 die Zahneingriffsfrequenz am Heckrotorgetriebe 5 ermittelt wird. Ferner weisen die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades ein drittes Sensorelement S3 zur Erfassung eines Drehwinkels auf. Das dritte Sensorelement S3 ist leistungsflussaufwärts des Umlenkgetriebes 4 an der Fernwelle 7 der Getriebeanordnung 2 angeordnet und erfasst die Drehzahl an der Fernwelle 7. Es wird darauf hingewiesen, dass in 2 auf die Darstellung einer Auswertelektronik 13 und einer Rechnereinheit 17 gemäß 1 zur Vereinfachung der Darstellung von 2 verzichtet wurde. Bezüglich der Funktion der - in 2 nicht dargestellten - Auswertelektronik 13 und Rechnereinheit 17 wird auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1 verwiesen.
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Nach 3 weist die Getriebeanordnung 2 Mittel zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades auf, wobei die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades ein erstes und ein zweites Sensorelement S1, S2 zur Erfassung mindestens eines Körperschalls des Leistungspfades aufweisen. Das erste Sensorelement S1 ist an dem Gehäuse 10 des Hauptgetriebes 3 angeordnet, wobei das zweite Sensorelement S2 an dem Gehäuse 11 des Heckrotorgetriebes 5 angeordnet ist. Somit wird mittels des ersten Sensorelements S1 die Zahneingriffsfrequenz am Hauptgetriebe 3 ermittelt, wobei mittels des zweiten Sensorelements S2 die Zahneingriffsfrequenz am Heckrotorgetriebe 5 ermittelt wird. Ferner weisen die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades ein drittes Sensorelement S3 zur Erfassung einer Drehzahl auf. Das dritte Sensorelement S3 ist leistungsflussabwärts des Hauptgetriebes 3 an der Fernwelle 7 der Getriebeanordnung 2 angeordnet und erfasst die Drehzahl an der Fernwelle 7. Es wird darauf hingewiesen, dass in 3 auf die Darstellung einer Auswertelektronik 13 und einer Rechnereinheit 17 gemäß 1 zur Vereinfachung der Darstellung von 3 verzichtet wurde. Bezüglich der Funktion der - in 3 nicht dargestellten - Auswertelektronik 13 und Rechnereinheit 17 wird auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1 verwiesen.
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Die dargestellten Antriebsanordnungen, insbesondere die jeweilige Positionierung der Sensorelemente S1, S2 und ggf. S3 in der jeweiligen Getriebeanordnung 2 sind nur beispielhaft. Die Zustandsüberwachung des Leistungspfades lässt sich auch auf andere Getriebeanordnung 2 von Hubschraubern übertragen.
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Beispielsweise kann das erste Sensorelement S1 gemäß 1 auch unmittelbar leistungsflussabwärts des Hauptgetriebes 3 an der Fernwelle 7 angeordnet sein, um den zur Zustandsüberwachung dienenden Leistungspfad zu verlängern, wobei sich dadurch insbesondere die Messqualität erhöht. Es ist aber ebenso möglich das erste Sensorelement S1 an die Zwischenwelle 8 anzuordnen, um den zur Zustandsüberwachung dienenden Leistungspfad zu verkürzen. Ebenso kann auch das zweite Sensorelement S2 verschoben werden, um den zur Zustandsüberwachung dienenden Leistungspfad zu verlängern oder zu verkürzen. Ferner ist die Anordnung des dritten Sensorelements S3 gemäß den 2 und 3 an jeder Welle der Getriebeanordnung 2 denkbar. Dabei sind Wellen mit höherer Drehzahl grundsätzlich zu bevorzugen, da bei gleichem Aufwand ein höherwertiges Signal realisierbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsmaschine
- 2
- Getriebeanordnung
- 3
- Hauptgetriebe
- 4
- Umlenkgetriebe
- 5
- Heckrotorgetriebe
- 6
- Hauptrotorwelle
- 7
- Fernwelle
- 8
- Zwischenwelle
- 9
- Heckrotorwelle
- 10
- Gehäuse des Hauptgetriebes
- 11
- Gehäuse des Heckrotorgetriebes
- 12
- Gehäuse des Umlenkgetriebes
- 13
- Auswertelektronik
- 14
- Antriebswelle
- 15
- Hauptrotor
- 16
- Heckrotor
- 17
- Rechnereinheit
- S1
- erstes Sensorelement
- S2
- zweites Sensorelement
- S3
- drittes Sensorelement
