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Die Erfindung betrifft ein System zur Lagerung einer Rotorwelle. Zudem betrifft die Erfindung eine Rotorwelle und einen Innenring eines Wälzlagers. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Rotorwelle und eines Innenrings. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Hubschrauber mit einem System zur Lagerung einer Rotorwelle.
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Die Rotorwelle ist typischerweise an ihrem unteren Ende über ein Getriebe mit einem Antrieb, wie bspw. Verbrennungsmotoren oder Turbinen verbunden. Der Antrieb versetzt die Rotorwelle in eine Drehbewegung. An ihrem oberen Ende der Rotorwelle ist eine Rotornabe starr mit einem Rotorkopf verbunden.
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Ein Hubschrauberhauptgetriebe besteht üblicherweise aus mindestens einer Antriebswelle, Heckrotorabtriebswelle und mindestens einem Rotormast. Manche Hubschrauber weisen keine gelenkig gelagerten Rotorblätter auf, so dass Kräfte wie Biegung, Zug und Scherung und Vibrationen der Rotorblätter unmittelbar in den Rotormast eingeleitet werden. Die dabei entstehenden Belastungen werden durch ein oder mehrere Wälzlager des Rotormasts aufgenommen. Aufgrund der hohen Belastungen bei derartigen Hubschraubern werden Rotormasten zudem leicht zerlegbar oder ausbaubar ausgelegt.
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Ein solches Wälzlager, das beispielsweise einen Innenring und einen Außenring umfassen kann, muss axial gesichert werden. Dabei kommen insbesondere in der Luftfahrt regelmäßig zwei konstruktive Methoden in Betracht. Nach einer ersten Methode wird der Rotormast üblicherweise lediglich durch eine unterhalb eines unteren Lagers befindliche Mastmutter gesichert und kann nach Lösen der Mastmutter nach oben aus einem den Rotormast aufnehmenden und insbesondere ein oberes Lager abstützenden Lagerkranz herausgezogen werden, um den Rotormast im Rahmen von Wartungsarbeiten auf Defekte zu inspizieren. Der grundsätzliche Aufbau des Rotormasts ist beispielsweise in der
DE 199 44 412 C2 beschrieben. Durch diese Methode wird eine Fixierung eines einzelnen Innenrings durch die Mastmutter beziehungsweise Wellenmutter erreicht. Nachteilig daran ist, dass das Gewinde eine erhebliche Kerbwirkung erzeugt, was sich negativ auf die Tragfähigkeit der Bauelemente auswirkt. Der Rotormast muss in einem solchen Fall verstärkt ausgeführt werden und wird dadurch schwerer.
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Eine zweite Methode sieht vor, zwischen einem unteren und einem oberen Lager ein Distanzrohr anzuordnen. So ist aus der
DE 10 2012 203 178 A1 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.
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Aus der
DE 10 2014 216 695 A1 ist ein Distanzrohr für eine Kraftübertragungseinrichtung eines Drehflügelflugzeugs bekannt, welches eine mäandrierende Querschnittsgestalt und mehrere miteinander verbundene gerade Kegelstumpfringsegmente mit einer Grundfläche und einer Deckfläche aufweist.
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Aus der
US 42 40 677 A sind eine Lagermontagevorrichtung und ein Lager mit einem Außenring und einem Innenring bekannt, umfassend eine radial dehnbare Hülse mit radial beweglichen Segmenten entlang ihres Umfangs und eine sich verjüngende Gewindebohrung. Der Außenring hat eine sich verjüngende Außenfläche mit Gewinde, die zur Bohrung komplementär ist. Der Lageraußenring greift über Eingriffsmittel in die konische Gewindebohrung ein. Über Mittel zum Verhindern einer Drehung wird ein Verdrehen der Hülse gegenüber dem Lager verhindert, wenn das Lager gedreht wird.
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Die
US 55 84 584 A offenbart eine Lageranordnung mit einem Außenring, einem Innenring und mehreren Wälzkörpern die in einer Laufbahn zwischen dem Außenring und dem Innenring positioniert sind. Der Innenring weist eine Reihe von Rippen auf, die sich radial nach innen erstrecken.
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Die US 2010 02 32 874 A1 beschreibt ein Antriebssystem und eine Verbindungseinheit für ein Allradfahrzeug. Das Antriebssystem umfasst eine Nebenabtriebseinheit, eine Kardanwelle und ein hinteres Antriebsmodul. Die Kardanwelle und die Nebenabtriebseinheit sind durch ein Gelenk zur Übertragung der Antriebskraft von der Nebenabtriebseinheit auf die Kardanwelle verbunden.
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Aus der
DE 15 06 613 A ist ein Hubschrauber mit einem Rumpf und einer Rotornabe, die aus dem Rumpf herausragt und mindestens drei Blätter aufweist, bekannt.
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Die
US 58 63 137 A offenbart eine Lageranordnung, bei der der Innendurchmesser eines ringförmigen Verriegelungskragens mit einem Vorsprung versehen ist, der sich radial nach innen erstreckt. Fingerartige Verlängerungen des Innenrings sind mit einer vertieften Nut versehen, die sich zumindest teilweise entlang der kollektiven äußeren ringförmigen Oberfläche des Fingerverlängerungen erstrecken. Wenn der Verriegelungskragen um die Fingerverlängerungen des Innenrings angeordnet ist, ist der Vorsprung in der vertieften Nut angeordnet, um den Verriegelungskragen am Innenring zu halten.
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Die
DE 10 2013 004 324 A1 schlägt eine Gelenkwelle vor, umfassend ein zylindrisches Innenelement, das eine mittige Durchgangsbohrung aufweist, in die eine Welle eingefügt ist, und ein zylindrisches Außenelement, das um das zylindrische Innenelement herum angeordnet ist. Eine Drehmoment-Übertragungseinheit ist zwischen den zylindrischen Innen- und Außenelementen angeordnet. Die
DE 24 27 006 C2 offenbart eine Vorrichtung zur kraftschlüssigen Arretierung eines ringförmigen Körpers auf einer zylindrischen Halterung, bei der ein Zwischenelement in Form eines federnden und geschlitzten Rings in einer entsprechenden Ausnehmung aufgenommen ist, die sich in der in Kontakt mit der Halterung stehenden Oberfläche des ringförmigen Körpers befindet.
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Die
DE 10 2016 008 002 A1 offenbart eine Verbindungseinrichtung, welche eine erste Welle und eine Gleichlaufgelenkwelle eines Fahrzeugs miteinander verbindet. Für die Verbindung der beiden Wellen wird ein separat ausgebildetes Adapterelement vorgeschlagen. Die Verbindung erfolgt formschlüssig über erste und zweite Verzahnungen mit den Wellen. Gesichert wird die Verbindung über eine Überwurfmutter.
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Aus der
US 30 66 000 A ist eine Lagerbefestigungsanordnung zum Befestigen eines Lagers auf einer Welle bekannt, umfassend eine Welle, ein inneres Laufringelement mit einem inneren Abschnitt, der eine Bohrung definiert, und einem äußeren Abschnitt, der eine Laufbahn definiert. Ein äußeres Laufringelement umfasst einen inneren Abschnitt, der ebenfalls eine Laufbahn darin definiert. Das innere Laufringelement steht entlang der Achse der Welle vor und ist von der Welle beabstandet, wobei eine Verlängerung eine Vielzahl von Zähnen auf ihrer Innenfläche aufweist. Verriegelungsmittel auf der Welle weisen ebenfalls eine Vielzahl von Zähnen auf, welche in die Zähne der Verlängerung eingreifen.
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Die
DE 10 2016 213 719 B3 beschreibt eine Lagersicherungsvorrichtung für ein eine Welle drehbar lagerndes Lager, wobei ein segmentförmig und zumindest teilweise ringförmig ausgebildetes, zu einer Welle koaxial anordenbares erstes Fixiermittel mit einer Aufnahmefläche und ein zumindest teilweise ringförmiges ausgebildetes, zur Welle koaxial anordenbares zweites Fixiermittel, das ferner ausgebildet ist, mittels der Aufnahmefläche aufgenommen zur werden, vorgesehen ist. Das zweite Fixiermittel ist in Umfangsrichtung mit Abstandselementen zur axialen Distanzierung des zweiten Fixiermittels von einem axial benachbarten Bauelement verbindbar, sodass in einem zusammengesetzten Zustand der Lagersicherungsvorrichtung das erste Fixiermittel mittels des zweiten Fixiermittels durch Aufliegen desselben auf der Aufnahmefläche axial und radial an der Welle fixiert ist. Das zweite Fixiermittel ist im zusammengesetzten Zustand mit den Abstandselementen verbunden und mit einem Element eines die Welle drehbar lagernden Lagers verbunden.
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Die
JP 2016 - 113 937 A und die
JP 2017 - 144 984 A zeigen jeweils eine Lagervorrichtung mit einer Welle, einem Lager und einem Innenring. Die Welle weist entlang ihres Umfangs erste Hervorhebungen auf, zwischen denen erste Freiräume liegen. Der Innenring weist an seiner Stirnseite zweite Hervorhebungen auf zwischen denen zweite Freiräume liegen. Die ersten Hervorhebungen greifen in die zweiten Zwischenräume ein und die zweiten Hervorhebungen greifen in die ersten Zwischenräume ein, so dass ein Verdrehen der Welle zum Innenring verhindert wird. Ein Sicherungselement fixiert die ersten und zweiten Hervorhebungen axial, so dass auch eine axiale Verschiebung der Welle zum Innenring verhindert wird.
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Der Nachteil der zweiten Methode ist, dass das Distanzstück beziehungsweise Distanzrohr oder Distanzbuchse zum Verschleiß neigt, was einen Verlust an Vorspannung hervorruft und möglicherweise zu einem Schaden am Getriebe führen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein System zur Lagerung einer Rotorwelle, insbesondere einer Rotorwelle eines Hubschraubers bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein konstruktiv einfaches und kostengünstiges System bereitzustellen. Ein weiterer Aspekt ist es, eine Rotorwelle für ein solche System sowie einen Innenring eines Wälzlagers für ein solches System bereitzustellen. Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung ist es, einen Hubschrauber mit einem solchen System zur Lagerung einer Rotorwelle bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht demnach von einem System zur Lagerung einer Rotorwelle aus.
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Gemäß der Erfindung weist das System eine Rotorwelle, ein Wälzlager und ein erstes Verschlusselement auf, wobei die Rotorwelle formschlüssig mit dem Innenring des Wälzlagers verbunden ist und das erste Sicherungselement diese Formschlussverbindung axial sichert.
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Sichern oder Fixieren kann sowohl ein Festhalten einer Position oder Lage eines Bauelements als auch eine Befestigung eines Bauelements bedeuten. Axial fixiert oder gesichert bedeutet, dass eine Bewegung des fixierten Bauelements in axialer Richtung verhindert wird. Es kann auch bedeuten, dass eine Bewegung des fixierten Bauelements auf einen bestimmten Bereich in axialer Richtung begrenzt wird und somit etwas Spiel zugelassen wird.
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Das Wälzlager in der Form eines Kugel- oder Zylinderrollenlagers ist ein an sich bekanntes Wälzlager bei dem zwei zueinander bewegliche Bauelemente, der sogenannte Innenring sowie der Außenring, durch rollende Körper beziehungsweise Wälzkörper getrennt werden. Im Betrieb rollen diese Wälzkörper zwischen Innen- und Außenring ab. Dies geschieht auf gehärteten Stahlflächen, den sogenannten Laufbahnen.
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Die formschlüssige Verbindung zwischen Rotorwelle und Innenring ist derart, dass eine Verdrehung in Umfangsrichtung verhindert wird.
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Es hat sich herausgestellt, dass durch die Erfindung eine konstruktiv einfache, kompakt bauende und insbesondere kostengünstige Lagersicherungsvorrichtung bereitgestellt werden kann. In vorteilhafter Weise verhindert die Erfindung die negativen Auswirkungen der Kerbwirkung bei Verwendung einer Wellenmutter als auch den möglichen verschleißbedingten Verlust der Vorspannung bei Verwendung eines Distanzrohrs zur Sicherung des Lagers. Zudem kommt die Erfindung gänzlich ohne Kerbungen aus, sodass auch kein Kerbwirkungsfaktor aus der Abstützung der Sicherung des Innenrings entsteht.
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Gemäß der Erfindung der Erfindung weisen der Innenring und die Rotorwelle in Umfangsrichtung eine Nut oder Vertiefung aufweisen, in die das Sicherungselement eingreift.
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Bevorzugt ist es, wenn das erste Sicherungselement einteilig ausgebildet ist. Einteilig ausgebildet kann es bspw. ein als ein Runddrahtsprengring ausgebildeter Sicherungsring, Splint, oder ein anderes derartiges Element sein, dass eine Formschlussverbindung zwischen Rotorwelle und Innenring axial sichert.
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Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn das erste Sicherungselement zumindest zweiteilig ausgeführt ist. Der Vorteil von mehrteiligen ersten Sicherungselementen ist derjenige, dass die Montage erleichtert wird. Ein mehrteiliges Sicherungselement sichert axial, kann jedoch in radialer Richtung aus der Nut herausfallen.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn ein zweites Sicherungselement das erste Sicherungselement radial sichert. Das zweite Sicherungselement kann bspw. ein Ring sein, der über das erste Sicherungselement geschoben wird. Die Sicherung kann unmittelbar, d.h. in direktem Kontakt, oder auch mittelbar erfolgen.
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Zudem ist es bevorzugt, wenn das zweite Sicherungselement zusätzlich zur Sicherung eine weitere Funktion ausführt, insbesondere als Lauffläche für ein weiteres Bauteil dient, wie etwa einen Radialwellendichtring.
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Das zweite Sicherungselement kann auch in Verbindung mit einem einteiligen ersten Sicherungselement verwendet werden.
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Weiterhin ist gemäß der Erfindung ein System mit folgenden Merkmalen vorgesehen: Die Rotorwelle weist entlang ihres Umfangs angeordnete mehrere erste Hervorhebungen auf, die sich ausgehend von der Rotorwelle radial nach außen erstrecken, wobei zwischen benachbarten ersten Hervorhebungen erste Freiräume liegen.
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Der Innenring des Wälzlagers weist angeordnete mehrere zweite Hervorhebungen auf, die sich ausgehend von einer Stirnseite des Innenrings axial erstrecken, wobei zwischen benachbarten zweiten Hervorhebungen zweite Freiräume liegen.
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Die ersten Hervorhebungen ragen in die zweiten Freiräume und die zweiten Hervorhebungen ragen in die ersten Freiräume. Dies erfolgt derart, dass in Umfangsrichtung abwechselnd erste und zweite Hervorhebungen benachbart sind, so dass eine Verdrehung zwischen Innenring und Rotorwelle verhindert wird.
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Das erste Sicherungselement fixiert formschlüssig die ersten und zweiten Hervorhebungen, derart, dass eine axiale Verschiebung des Innenrings gegen über der Rotorwelle verhindert wird.
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Hervorhebungen können bspw. Vorsprünge oder Fortsätze eines Bauteils wie bspw. einer Rotorwelle oder reines Innenrings sein. Die Fortsätze können entweder einteilig oder zweiteilig an das entsprechende Bauteil angeformt sein. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es jedoch bevorzugt, wenn das Bauteil und die Hervorhebungen einteilig sind, d.h. eine einzige Baueinheit bilden.
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Die Vorsprünge können sich im Falle des Innenrings insbesondere in axiale Richtung erstrecken. Die Vorsprünge können sich im Falle der Rotorwelle insbesondere in radiale Richtung erstrecken, insbesondere beginnend von der Oberfläche der Rotorwelle nach radial außen.
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Die Vorsprünge werden bisweilen auch „Zähne“ und die zwischen den Vorsprüngen liegenden Freiräume auch „Zahnlücken“ genannt.
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Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn die ersten und zweiten Hervorhebungen im Querschnitt ein U-Profil aufweisen und das erste Verschlusselement einen zum U-Profil korrespondierenden T-förmigen Querschnitt aufweist.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Rotorwelle für einen Hubschrauber vorgesehen, wobei die Rotorwelle entlang ihres Umfangs angeordnete mehrere erste Hervorhebungen aufweist, die sich ausgehend von der Rotorwelle radial erstrecken. Die Hervorhebungen sind ausgebildet, ein erstes Sicherungselement formschlüssig aufzunehmen.
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Weiterhin ist eine Rotorwelle bevorzugt, wobei die Hervorhebungen zur formschlüssigen Aufnahme des ersten Verschlusselements jeweils eine entlang des Umfangs angeordnete Nut oder Vertiefung aufweisen.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist Innenring für ein Wälzlager vorgesehen. Der Innenring weist in Umfangsrichtung angeordnete mehrere zweite Hervorhebungen auf, die sich ausgehend von einer Stirnseite des Innenrings axial erstrecken. Die Hervorhebungen sind ausgebildet, ein erstes Sicherungselement formschlüssig aufzunehmen.
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Bevorzugt ist es wenn die Hervorhebungen zur formschlüssigen Aufnahme des ersten Verschlusselements jeweils eine entlang des Umfangs angeordnete Nut oder Vertiefung aufweisen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Rotorwelle bereitzustellen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- Verfahren zur Herstellung einer Rotorwelle, umfassend die Schritte: Zurverfügungstellung einer Rotorwelle mit einem in Umfangsrichtung der Rotorwelle verlaufenden Bund in einem ersten Schritt. Eindrehen einer Nut oder Vertiefung in die ersten Hervorhebungen in einem zweiten Schritt. Einfräsen des Bundes, sodass ausgehend von der Manteloberfläche der Rotorwelle mehrere sich radial nach außen erstreckende erste Hervorhebungen entstehen, in einem dritten Schritt.
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Diese drei Schritte zur Herstellung der Rotorwelle können bevorzugt in zeitlicher Reihenfolge aufeinander folgen, da das Eindrehen der Nut in einen zusammenhängend umlaufenden Bund seitens der Werkzeughandhabung einfacher ist, als abschnittsweises Eindrehen. Es ist jedoch denkbar den dritten Schritt zeitlich vor dem zweiten Schritt durchzuführen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Innenrings für ein Wälzlager bereitzustellen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Zurverfügungstellung eines Innenrings für ein Wälzlager in einem ersten Schritt. Eindrehen einer Nut oder Vertiefung in die zweiten Hervorhebungen in einem zweiten Schritt. Einfräsen des Innenrings, sodass ausgehend von einer Stirnseite des Innenrings mehrere sich axial erstreckende zweite Hervorhebungen entstehen, in einem dritten Schritt.
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Diese drei Schritte zur Herstellung des Innenrings können bevorzugt in zeitlicher Reihenfolge aufeinander folgen, da das Eindrehen der Nut in einen zusammenhängend umlaufenden Bund seitens der Werkzeughandhabung einfacher ist, als abschnittsweises Eindrehen. Es ist jedoch denkbar den dritten Schritt zeitlich vor dem zweiten Schritt durchzuführen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, einen Hubschrauber mit einem vorstehendbeschriebenen System zur Lagerung einer Rotorwelle bereitzustellen.
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Die Erfindung, ihre Ausführungsformen und die weiteren Aspekte der Erfindung bieten einen Kostenvorteil, insbesondere in der Serienproduktion und Wartung des Getriebes, da ein Bauteil entfällt - entweder das Distanzrohr oder Gewinde mit Mutter - und keine Verschleißteile ausgetauscht werden müssen. Zudem wird das Gewicht reduziert, sodass die Nutzlast oder die maximale Startmasse erhöht werden kann (engl.: maximum take off weight, MOTW). Bei Verwendung eines einteiligen ersten Sicherungselements kann auf das zweite Sicherungselement verzichtet werden.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgend aufgeführten Figuren näher erläutert:
- Es zeigen
- 1 ein Wälzlager zur Lagerung einer Rotorwelle mit einem Distanzrohr nach dem Stand der Technik;
- 2 eine Rotorwelle in einer ersten Ausführungsform nach einem ersten Aspekt der Erfindung;
- 3 einen Innenring in einer ersten Ausführungsform nach einem zweiten Aspekt der Erfindung;
- 4 ein Systems zur Lagerung einer Rotorwelle in einer ersten Ausführungsform nach einem weiteren Aspekt der Erfindung;
- 5 das System aus 4 in einer weiteren Ansicht und mit eingesetztem erstem Sicherungselement;
- 6 das System aus 5 mit zweitem Sicherungselement;
- 7 ein Systems zur Lagerung einer Rotorwelle in einer zweiten Ausführungsform;
- 8 das System aus 4 bis 6 in montiertem Zustand in einem Längsschnitt;
- 9 das System aus 7 in montiertem Zustand in einem Längsschnitt; und
- 10 einen Hubschrauber mit einem System zur Lagerung einer Rotorwelle. 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte als Hauptrotorwelle eines Hubschraubers ausgebildete Welle 1, die links an einem Lagerpaket 11 und rechts an einem Wälzlager 5 drehbar gelagert ist. In axialer Richtung gesehen bildet das Lagerpaket ein unteres Lager und das Wälzlager 5 ein oberes Lager. Das Lagerpaket 11 umfasst ein Wälzlager in der Form eines Zylinderrollenlagers 11 a und ein Vierpunktlager 11 b.
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Das mit einer Schraubenverbindung an einem nicht dargestellten Gehäuse festgesetzte Zylinderrollenlager 11a umfasst in an sich bekannter Weise einen Innenring, einen Außenring und einen Wälzkäfig mit insbesondere kreiszylinderförmigen Wälzkörpern, die radial zwischen Innen- und Außenring laufen. Das Zylinderrollenlager 11a hat eine große radiale Tragfähigkeit, allerdings ist es in axialer Richtung nur gering bis nicht belastbar. Zur Aufnahme dieser Kräfte ist das Vierpunktlager 11b vorgesehen.
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Das Vierpunktlager 11b ist ein einreihiges Radial-Schrägkugellager, dessen Laufbahnen so ausgebildet sind, dass Axialbelastungen in beiden Richtungen aufgenommen werden können. Radiale Belastungen können nur bis zu einem Bruchteil der axialen Belastung aufgenommen werden. Das Vierpunktlager 11b hat einen geteilten Innenring und ist nicht selbsthaltend. Der geteilte Innenring ermöglicht die Aufnahme mehrerer Kugeln im Lager wodurch sich eine relativ hohe Tragfähigkeit ergibt.
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Das obere Rotormastlager 5 umfasst einen Innenring 5a, einen Außenring 5b und einen Wälzkörperkäfig mit Wälzkörpern 5c, der radial zwischen Innen- und Außenring 5a, 5b angeordnet ist. Der Außenring 5b ist mittels einer Schraubenverbindung über einen Dichtungsträger bzw. Buchse 3 gehäusefest (nicht dargestellt) montiert. Radial zwischen der Welle 1 und dem Dichtungsträger bzw. der Buchse 3 sind ein Laufring 2 und ein Wellendichtring 4 angeordnet, wobei der Laufring 2 mit der Welle 1 mitdreht. Der Innenring 5a weist zwei feste Borde 7, 8 auf die die Wälzkörper 5c führen.
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Zu erkennen ist, dass das Wälzlager 5 durch ein Zusammenwirken der Elemente Dichtungsträger 3, Wellendichtring 4 und Laufring 2 mit der Welle 1 nach axial rechts fixiert ist und dass der Innenring 5a, der sich gegenüber der Lastrichtung dreht, nicht wie üblich mit einer Presspassung an der Welle 1 montiert ist.
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Die Summenwelle 17 überträgt ein Antriebsmoment zweier nicht dargestellter Getriebe auf die Rotorwelle 1. Die Summenwelle 17 ist hierzu mit einer Steck- bzw. Klemmverbindung 17a formschlüssig zwischen Lagerpaket 11 und Rotorwelle 1 gesteckt bzw. geklemmt.
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Um während des Betriebs ein Wandern des Innenrings 5a zu verhindern bzw. abzustützen ist nach dem Stand der Technik ein Distanzrohr 10 vorgesehen, das koaxial zur Rotorwelle angeordnet ist und das Lagerpaket 11 zu dem Wälzlager 5 bzw. zum Innenring 5a auf Distanz hält. Dadurch ist der Innenring und somit auch das Wälzlager 5 gegen axiales Verrutschen nach links bzw. unten gesichert.
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Diese im Stand der Technik bekannte Lösung mittels Distanzrohr neigt stark zum Verschleiß, was einen Verlust an der Vorspannung hervorrufen und zu einem Schaden am Getriebe führen kann.
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2 zeigt eine Rotorwelle 1 in einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Rotorwelle 1 weist sechs in Umfangsrichtung der Rotorwelle 1 verlaufende erste Hervorhebungen 21 auf. Jede dieser Hervorhebungen 21 weist eine Nut 22 auf. Zwischen in Umfangsrichtung benachbart liegenden Hervorhebungen 21 liegen Freiräume 23. Die ersten Hervorhebungen 21 erstrecken sich in radialer Richtung nach außen.
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3 zeigt einen Innenring 30 des Wälzlagers 5 in einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Bis auf den Innenring 30 ist das Wälzlager der 3 mit dem der 1 identisch, sodass dieselben Bezugszeichen verwendet werden können. Der Innenring 30 weist sechs in Umfangsrichtung verlaufende zweite Hervorhebungen 31 auf. Jede dieser Hervorhebungen 31 weist eine zweite Nut 32 auf. Zwischen in Umfangsrichtung benachbart liegenden Hervorhebungen 31 liegen Freiräume 33. Die zweiten Hervorhebungen 31 erstrecken sich ausgehend von der Stirnseite des Innenrings 30 in axialer Richtungen und bilden sozusagen axiale Vorsprünge.
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Die ersten Hervorhebungen 21 wurden ausgehend von einem in Umfangsrichtung der Rotorwelle 20 verlaufenden Bund eingefräst, sodass sechs gleich große und gleich beabstandete Hervorhebungen 21 entstehen. Die zweiten Hervorhebungen 31 wurden in den Innenring 30 eingefräst, sodass sechs gleich große und gleich beabstandete Hervorhebungen 31 entstehen. Die ersten und zweiten Nuten 22, 32 wurden eingedreht.
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Die Anzahl der Hervorhebungen kann variieren. Es können auch 3, 4, 5, 7, 8 oder 9 Hervorhebungen gebildet werden. Besonders bevorzugt ist eine Anzahl von 6, 7 oder 8 Hervorhebungen. Die Hervorhebungen unterliegen in aller Regel Fertigungsabweichungen, sodass die Abmessungen nicht identisch sind. Es hat sich herausgestellt, dass sich mit einer Anzahl von 6, 7 oder 8 Hervorhebungen die Flächenpressung in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Hervorhebungen optimal reduzieren lässt wodurch sich in vorteilhafter Weise Verschleißerscheinungen reduzieren lassen.
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Auch ist es denkbar, dass die Abstände benachbarter Hervorhebungen variiert. Der Vorteil der gleich großen Hervorhebungen und Abstände ist der der einfacheren Montage.
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Die ersten Hervorhebungen 21 sind zu den zweiten Hervorhebungen 31 korrespondierend. Ebenso sind die ersten und zweiten Nuten 22, 32 zueinander korrespondierend. D.h., dass in einem zusammengesetzten oder montierten Zustand die ersten Hervorhebungen 21 in die zweiten Freiräume 33 und die zweiten Hervorhebungen 31 in die ersten Freiräume 23 greifen, während die ersten und zweiten Nuten 22, 32 eine gemeinsame umlaufende Nut bilden.
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4 zeigt ein System 100 zur Lagerung einer Rotorwelle und einen Ausschnitt der Montage des Wälzlagers 5 mit dem Innenring 30 und der Rotorwelle 1. Der Innenring 30 ist relativ zur Rotorwelle 1 derart ausgerichtet, dass der Innenring 30 mit seinen zweiten Hervorhebungen 31 in die ersten Freiräume 23 geschoben werden kann.
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4 zeigt zusätzlich ein erstes Sicherungselement 40 in der Form eines geteilten Ringes. Der geteilte Ring ist ein Beispiel eines mehrteiligen ersten Sicherungselements. Der geteilte Ring 41 bildet ein komplementäres Gegenstück zu den Nuten 22, 32 und kann in diese eingreifen. 4 zeigt ferner ein zweites Sicherungselement 42. Dieses ist vorliegend erforderlich wird, da der geteilte Ring 41 radial nicht fixiert ist und herausfallen könnte. Vorteilhafter Weise dient das zweite Sicherungselement 42 zugleich als Laufring für einen nicht dargestellten Radialwellendichtring 43. Das Stützrohr 44 kann mit dem Außenring 5b und dem Gehäuse 45 verschraubt werden. Der geteilte Ring kann bspw. dadurch hergestellt werden, dass ein zylinderförmiges Bauteil mit einem radial innen verlaufenden Bund in zwei gleich große Teile oder Halbringe geteilt wird.
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5 zeigt das Wälzlager 5 mit Innenring 30, die Rotorwelle 1 und den geteilten Ring 41 in einem Schnitt. Gut zu erkennen ist eine zweite Hervorhebung des Innenrings 30 und ein in diese Hervorhebung eingreifender geteilter Ring 41. Die Hervorhebungen 31 des Innenrings 30 und die nicht dargestellten Hervorhebungen der Rotorwelle 1 weisen hierzu in einem Querschnitt ein rechtwinkliges U-förmiges Profil auf. Der geteilte Ring 41 weist ein korrespondierendes F-förmiges Profil auf. Denkbar wäre jedoch auch ein T-förmiges Profil des geteilten Ringes 41. Die Dichtigkeit des Innenrings kann durch entstehende Spalten zwischen den einzelnen Hervorhebungen verringert werden. Das F-Profil (auch Doppelring genannt) verbessert die formschlüssige Verbindung und erleichtert aufgrund der planen Abdeckung der ersten und zweiten Hervorhebungen in axialer Richtung eine spätere Abdichtung. Eine Abdichtung bspw. durch eine Gummimasse kann derart erfolgen, dass Rotorwelle 1, geteilter Ring 41 und Laufring 42 abgedichtet sind. 6 zeigt zusätzlich zu 5 das zweite Sicherungselement 42 auf, das zugleich als Laufring des Radialwellendichtrings 43 dient. Der Laufring 42 fixiert den geteilten Ring 41 radial. Das L-förmige Profil des Laufrings 42 dient der zusätzlichen axialen Fixierung und Abdichtung. Auf der radialen Rückseite des Laufrings 42 läuft der Radialwellendichtring 43. Der axiale Spalt zwischen der Stirnseite des Innenrings 30 und dem Laufring 42 dient dem Werkzeugeingriff zum Abziehen des Laufrings.
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7 zeigt im Unterschied zu 5 und 6 ein einteiliges erstes Sicherungselement 41 in der Form eines Runddrahtsprengrings. Dieser reicht aus um den Formschluss axial zu sichern, da er radial nicht aus der Nut 22, 32 herausfällt. Um die Hervorhebungen besser abzudichten ist ein im Querschnitt L-förmiges Dichtelement vorgesehen, dass radial zwischen Hervorhebungen 21, 31 und Laufring 42 angeordnet ist. Das Dichtelement 41a greift nicht in die Nuten 22, 32 ein. Im Vergleich zum System nach 6 ist nach 7 zumindest ein zusätzlich Bauteil erforderlich, da beim System nach 6 der geteilte Ring sowohl in die Nut eingreift als auch abdichtet.
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8 zeigt das System zur Lagerung der Rotorwelle in einem montierten Zustand in einem Längsschnitt in einer bevorzugten ersten Ausführungsform:
- Das Wälzlager 5 mit Innenring 30, Wälzkörperkäfig 5c und Außenring 5b ist auf die Rotorwelle 1 aufgeschoben. Der Wälzkörperkäfig 5c liegt radial zwischen Innenring 30 und Außenring 5b. Ein zweiteiliges Sicherungselement 41, greift mit seinem T-Teil seines F-Profils in die Nut 22, 32 der ersten und zweiten Hervorhebungen 21, 31 ein und umschließt die Hervorhebungen 21, 31 an deren Stirnseite. Der zweiteilige Ring 41 wird mittels eines Rings 42 radial gesichert. Der Ring 42 dient zugleich als Laufring für den Radialwellendichtring 43. Das Stützrohr 44 ist mit dem Außenring und dem Gehäuse verschraubt.
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9 zeigt das System zur Lagerung der Rotorwelle in einem montierten Zustand in einem Längsschnitt in einer bevorzugten weiteren Ausführungsform:
- Im Unterschied zu 8 ist das erste Sicherungsmittel 41 ein Runddrahtsprengring. Dementsprechend ist der Laufring nicht zusätzlich dazu ausgebildet formschlüssig in die Nut 21, 31 einzugreifen und weist daher kein T-Profil auf.
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10 zeigt einen Hubschrauber mit einem System 100 zur Lagerung einer Rotorwelle. Das System 100 kann an einem Hauptrotorgetriebe 50, an einem Heckrotorgetriebe 60 und/oder an einem Umlenkgetriebe 70 eines Hubschraubers 80 verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle, Rotorwelle
- 2
- Laufring
- 3
- Dichtungsträger, Buchse
- 4
- Wellendichtring
- 5
- Rollenlager, Zylinderrollenlager
- 5a
- Innenring
- 5b
- Außenring
- 5c
- Wälzkörper, Wälzkäfig
- 6
- Verbindungsmittel, Schraubenverbindung
- 7
- erstes Bord
- 8
- zweites Bord
- 9
- drittes Bord
- 10
- Distanzrohr, Distanzstück
- 11
- Lagerpaket
- 11a
- Zylinderrollenlager
- 11b
- Vierpunktlager
- 12
- Wellenmutter
- 13
- Stahlring
- 14
- Verzahnungsauslaufzone
- 15
- Nase
- 16
- Mittel, Anlagebereich
- 17
- Summenwelle
- 17a
- Mittel zur formschlüssigen Verbindung, Steckarm, Klemmarm
- 21
- erste Hervorhebung, Vorsprung, Zahn
- 22
- erste Nut, Vertiefung
- 23
- erster Freiraum, Lücke
- 30
- Innenring
- 31
- zweite Hervorhebung, Vorsprung, Zahn
- 32
- zweite Nut, Vertiefung
- 33
- zweiter Freiraum, Lücke
- 41
- erstes Sicherungselement, ein-/mehrteilig, Runddrahtsprengring, Sicherungsring, Splint, geteilter Ring
- 41a
- Dichtelement
- 42
- zweites Sicherungselement, Ring, Laufring
- 43
- Radialwellendichtring
- 44
- Stützrohr
- 45
- Gehäuse
- 50
- Hauptrotorgetriebe
- 60
- Heckrotorgetriebe
- 70
- Umlenkgetriebe
- 80
- Hubschrauber
- 100
- System zur Lagerung einer Rotorwelle
