DE102022203746A1

DE102022203746A1 - Propulsion device for an aircraft

Info

Publication number: DE102022203746A1
Application number: DE102022203746.4A
Authority: DE
Inventors: Anton Rudenko; William Hunter
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2022-04-13
Filing date: 2022-04-13
Publication date: 2023-10-19

Abstract

Eine Antriebsvorrichtung (1A-1H) für ein Luftfahrzeug (2) umfasst: einen Elektromotor (10A; 10B) mit einem Stator (100) und einem Rotor (101); eine Tragstruktur (11A-11H), an welcher der Stator (100) des Elektromotors (10A; 10B) befestigt ist; eine an der Tragstruktur (11A-11H) um eine Rotationsachse (R) drehbar gelagerte Rotoreinheit (12), die Rotorschaufeln (121) aufweist und an welcher der Rotor (101) des Elektromotors (10A; 10B) montiert ist; und eine Fangvorrichtung (14A-14H) mit einem Fangelement (140A-140H), das einen Halteabschnitt (141A-141H) hintergreift, wobei eines von dem Fangelement (140A-140H) und dem Halteabschnitt (141A-141H) an der Tragstruktur (11A-11H) festgelegt ist und das andere von dem Fangelement (140A-140H) und dem Halteabschnitt (141A-141H) an der Rotoreinheit (12) festgelegt ist.A drive device (1A-1H) for an aircraft (2) comprises: an electric motor (10A; 10B) with a stator (100) and a rotor (101); a support structure (11A-11H) to which the stator (100) of the electric motor (10A; 10B) is attached; a rotor unit (12), which is rotatably mounted on the support structure (11A-11H) about an axis of rotation (R), has rotor blades (121) and on which the rotor (101) of the electric motor (10A; 10B) is mounted; and a catching device (14A-14H) with a catching element (140A-140H) which engages behind a holding section (141A-141H), one of the catching element (140A-140H) and the holding section (141A-141H) being attached to the support structure (11A -11H) is fixed and the other of the catching element (140A-140H) and the holding section (141A-141H) is fixed to the rotor unit (12).

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich insbesondere auf eine Antriebsvorrichtung für ein Luftfahrzeug und auf ein Luftfahrzeug mit einer solchen Antriebsvorrichtung.The present disclosure relates in particular to a propulsion device for an aircraft and to an aircraft with such a propulsion device.

Antriebsvorrichtungen für Luftfahrzeuge werden in vielfältigen Ausgestaltungen verwendet. Verbrennungsmaschinen, z.B. Kolbenmotoren oder Gasturbinentriebwerke, ermöglichen große Reichweiten und hohe Geschwindigkeiten. Antriebsvorrichtungen mit einem Elektromotor ermöglichen einen Einsatz von nachhaltig erzeugter Energie und sind mitunter besonders wartungsarm und leise. Fortschritte in der Batterie- und Brennstoffzellentechnologie ermöglichen immer weitere Einsatzbereiche von elektrischen Antriebsvorrichtungen.Propulsion devices for aircraft are used in a variety of designs. Combustion engines, e.g. piston engines or gas turbine engines, enable long ranges and high speeds. Drive devices with an electric motor enable the use of sustainably generated energy and are sometimes particularly low-maintenance and quiet. Advances in battery and fuel cell technology are enabling ever wider areas of application for electric drive devices.

Im Luftfahrtbereich können Defekte an Bauteilen besonders schwerwiegende Auswirkungen haben. Daher ist es auch stets wünschenswert, möglichst sichere Antriebsvorrichtungen zu schaffen.In the aviation sector, defects in components can have particularly serious consequences. It is therefore always desirable to create drive devices that are as safe as possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Sicherheit einer elektrisch betriebenen Antriebsvorrichtung für ein Luftfahrzeug zu verbessern.The object of the present invention is to improve the safety of an electrically operated drive device for an aircraft.

Gemäß einem Aspekt wird eine Antriebsvorrichtung für ein Luftfahrzeug angegeben. Die Antriebsvorrichtung umfasst einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, eine Tragstruktur, an welcher der Stator des Elektromotors befestigt ist, eine an der Tragstruktur um eine Rotationsachse drehbar gelagerte Rotoreinheit, wobei die Rotoreinheit Rotorschaufeln aufweist und wobei an der Rotoreinheit der Rotor des Elektromotors montiert ist, und eine Fangvorrichtung. Die Fangvorrichtung umfasst ein Fangelement und einen Halteabschnitt. Das Fangelement hintergreift den Halteabschnitt. Eines von dem Fangelement und dem Halteabschnitt ist an der Tragstruktur festgelegt und das andere von dem Fangelement und dem Halteabschnitt ist an der Rotoreinheit festgelegt.According to one aspect, a propulsion device for an aircraft is provided. The drive device comprises an electric motor with a stator and a rotor, a support structure to which the stator of the electric motor is attached, a rotor unit rotatably mounted on the support structure about an axis of rotation, the rotor unit having rotor blades and the rotor of the electric motor being mounted on the rotor unit is, and a safety gear. The safety gear includes a catching element and a holding section. The catching element engages behind the holding section. One of the catching element and the holding section is fixed to the support structure and the other of the catching element and the holding section is fixed to the rotor unit.

Falls sich infolge eines Defekts, wie beispielsweise eines Wellenbruchs oder eines Lagerschadens, die ordnungsgemäße Verbindung der Rotoreinheit mit der Tragstruktur löst, wird die Rotoreinheit durch die Fangvorrichtung dennoch sicher an der Tragstruktur gehalten. So kann verhindert werden, dass die Rotoreinheit bei einem derartigen Defekt von der übrigen Antriebsvorrichtung getrennt wird und beispielsweise andere Teile des Luftfahrzeugs beschädigt oder für Personen im Luftfahrzeug oder am Boden eine Gefahr darstellt. Auf diese Weise kann die Sicherheit der elektrisch betriebenen Antriebsvorrichtung verbessert werden. Die Rotoreinheit bildet mit den Rotorschaufeln z.B. einen Propeller oder einen Fan aus.If the proper connection of the rotor unit to the support structure becomes loose as a result of a defect, such as a broken shaft or bearing damage, the rotor unit is still held securely on the support structure by the safety gear. This makes it possible to prevent the rotor unit from being separated from the rest of the drive device in the event of such a defect and, for example, damaging other parts of the aircraft or posing a danger to people in the aircraft or on the ground. In this way, the safety of the electrically operated drive device can be improved. The rotor unit forms, for example, a propeller or a fan with the rotor blades.

Das Fangelement und der Halteabschnitt sind z.B. in einer Richtung parallel zur Rotationsachse voneinander beabstandet. Hierdurch können Reibungsverluste vermieden werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Fangelement und der Halteabschnitt einander nicht berühren.The catching element and the holding section are, for example, spaced apart from one another in a direction parallel to the axis of rotation. This allows frictional losses to be avoided. In particular, it can be provided that the catching element and the holding section do not touch each other.

Die Rotoreinheit kann mittels der Fangvorrichtung formschlüssig an der Tragstruktur gesichert sein. Das ermöglicht eine besonders robuste Sicherung der Rotoreinheit gegen eine Trennung von der übrigen Antriebsvorrichtung.The rotor unit can be positively secured to the support structure by means of the safety gear. This enables the rotor unit to be particularly robustly secured against separation from the rest of the drive device.

Die Rotoreinheit ist z.B. mittels eins Lagers oder mehrerer Lager an der Tragstruktur drehbar gelagert. Bei dem Lager oder den Lagern handelt es sich beispielsweise um Kugellager. Das ermöglicht eine leichtgängige Rotation.The rotor unit is rotatably mounted on the support structure, for example by means of one or more bearings. The bearing or bearings are, for example, ball bearings. This enables smooth rotation.

Optional ist an der Tragstruktur eine Gleitfläche für eine Kontaktfläche der Rotoreinheit ausgebildet. Im Normalbetrieb berühren sich die Gleitfläche und die Kontaktfläche nicht. Geraten die Gleitfläche und die Kontaktfläche miteinander in Berührung, z.B. infolge eines Defekts, dann ermöglicht die Berührung der Gleitfläche mit der Kontaktfläche es, die Rotoreinheit in einer vorbestimmten Lage zu halten.Optionally, a sliding surface for a contact surface of the rotor unit is formed on the support structure. During normal operation, the sliding surface and the contact surface do not touch each other. If the sliding surface and the contact surface come into contact with one another, for example as a result of a defect, then the contact of the sliding surface with the contact surface makes it possible to hold the rotor unit in a predetermined position.

Die Gleitfläche und die Kontaktfläche sind insbesondere infolge einer Zerstörung einer Welle und/oder des Lagers oder der Lager miteinander in Berührung bringbar. Die Gleitfläche und die Kontaktfläche können gemeinsam ein Gleitlager ausbilden. Das ermöglicht eine kontrollierte Bewegung der Rotoreinheit.The sliding surface and the contact surface can be brought into contact with one another, in particular as a result of a shaft and/or the bearing or bearings being destroyed. The sliding surface and the contact surface can together form a sliding bearing. This enables controlled movement of the rotor unit.

Die Gleitfläche ist z.B. an einem von dem Fangelement und dem Halteabschnitt ausgebildet und die Kontaktfläche ist an dem anderen von dem Fangelement und dem Halteabschnitt ausgebildet. Dies ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau.For example, the sliding surface is formed on one of the catching element and the holding section and the contact surface is formed on the other of the catching element and the holding section. This enables a particularly simple structure.

Optional weist/weisen die Gleitfläche und/oder die Kontaktfläche eine reibungserhöhende und/oder strukturierte Oberfläche auf. Das ermöglicht ein Abbremsen der Rotoreinheit im Falle eines Defekts.Optionally, the sliding surface and/or the contact surface has/have a friction-increasing and/or structured surface. This enables the rotor unit to be braked in the event of a defect.

Optional ist der Halteabschnitt in Form einer umlaufenden Nut ausgebildet In die Nut greift z.B. das Fangelement ein. Das ermöglicht einen besonders einfachen und zugleich robusten Aufbau.Optionally, the holding section is designed in the form of a circumferential groove. The catching element, for example, engages in the groove. This enables a particularly simple and at the same time robust construction.

Die Rotoreinheit weist z.B. eine Nabe auf, an welcher die Rotorschaufeln montiert sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Halteabschnitt an der Nabe angeordnet ist. Auch dies ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau.The rotor unit has, for example, a hub on which the rotor blades are mounted. It can be provided that the holding section is arranged on the hub. This also enables a particularly simple structure.

Das Fangelement kann einen Flansch aufweisen, der den Halteabschnitt hintergreift. So kann mit einem einfachen Aufbau eine besonders sichere Halterung geschaffen werden.The catching element can have a flange that engages behind the holding section. In this way, a particularly secure holder can be created with a simple structure.

Optional ist das Fangelement elektrisch leitfähig. Das ermöglicht den zusätzlichen Einsatz des Fangelements als Blitzableiter und zum Ableiten von Lagerströmen. Damit erhält das Fangelement einen Doppelnutzen und ermöglicht eine besondere Verbesserung der Sicherheit trotz eines einfachen Aufbaus.Optionally, the catching element is electrically conductive. This enables the additional use of the catching element as a lightning rod and to divert bearing currents. This gives the catching element a double use and enables a particular improvement in safety despite a simple structure.

Optional ist am Fangelement oder am Halteabschnitt ein elektrisch leitfähiger Schleifleiter befestigt (z.B. in Form einer Schleifbürste), der (die) bei einer Drehung der Rotoreinheit um die Rotationsachse am anderen des Fangelements und des Halteabschnitts entlangschleift und so eine elektrische Verbindung zwischen dem Fangelement und dem Halteabschnitt herstellt. Das Fangelement und der Halteabschnitt können ebenfalls elektrisch leitfähig sein. So wird ein besonders effektiver Blitzableiter ermöglicht.Optionally, an electrically conductive contact conductor is attached to the catching element or to the holding section (e.g. in the form of a grinding brush), which grinds along the other of the catching element and the holding section when the rotor unit rotates about the axis of rotation, thus establishing an electrical connection between the catching element and the Holding section produces. The catching element and the holding section can also be electrically conductive. This makes a particularly effective lightning rod possible.

Gemäß einem Aspekt wird ein Luftfahrzeug bereitgestellt, umfassend die Antriebsvorrichtung nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung. Die Antriebsvorrichtung erzeugt Schub für das Luftfahrzeug.According to one aspect, an aircraft is provided comprising the propulsion device according to any embodiment described herein. The propulsion device generates thrust for the aircraft.

Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben; in den Figuren zeigen in schematischen Darstellungen:

1 ein Luftfahrzeug in Form eines Flugzeugs mit einem elektrisch angetriebenen Propeller;
2 bis 9 mehrere Antriebsvorrichtungen für das Luftfahrzeug gemäß 1, jeweils mit einem Elektromotor, einer Tragstruktur, einer Rotoreinheit und einer Fangvorrichtung; und
10 einen vergrößerten Ausschnitt der Antriebsvorrichtung gemäße 1.

Embodiments will now be described by way of example with reference to the figures; in the figures show in schematic representations:

1 an aircraft in the form of an airplane with an electrically driven propeller;
2 until 9 several drive devices for the aircraft according to 1 , each with an electric motor, a support structure, a rotor unit and a safety gear; and
10 an enlarged section of the drive device according to 1 .

1 zeigt ein Luftfahrzeug 2 in Form eines elektrisch angetriebenen Flugzeugs mit einem Rumpf 20 und Flügeln 21. 1 shows an aircraft 2 in the form of an electrically powered aircraft with a fuselage 20 and wings 21.

Das Luftfahrzeug 2 umfasst eine Antriebsvorrichtung mit einer Rotoreinheit 12, die durch einen Elektromotor angetrieben wird. Die Rotoreinheit 12 umfasst mehrere, hier exemplarisch zwei Rotorschaufeln 121. Die Rotorschaufeln 121 sind im gezeigten Beispiel an einer Nabe montiert und bilden damit einen Propeller. In alternativen Ausgestaltungen umfasst das Luftfahrzeug 2 einen Fan anstelle eines Propellers und/oder mehrere Antriebsvorrichtungen mit jeweils zumindest einem Propeller oder Fan.The aircraft 2 includes a drive device with a rotor unit 12, which is driven by an electric motor. The rotor unit 12 comprises several, here as an example two rotor blades 121. In the example shown, the rotor blades 121 are mounted on a hub and thus form a propeller. In alternative embodiments, the aircraft 2 includes a fan instead of a propeller and/or several drive devices, each with at least one propeller or fan.

2 zeigt die Antriebsvorrichtung 1A des Luftfahrzeugs 2. Die 3 bis 9 zeigen alternative Ausgestaltungen jeweils einer Antriebsvorrichtung 1B-1H für das Luftfahrzeug 2. Die 2-9 zeigen dabei jeweils eine aufgeschnittene Teilansicht der jeweiligen Antriebsvorrichtung 1A-1H. Da die Antriebsvorrichtungen 1A-1H symmetrisch aufgebaut sind, ist die zur vereinfachten Darstellung nicht abgebildete untere Hälfte der jeweiligen Antriebsvorrichtung 1A-1H spiegelbildlich zur abgebildeten oberen Hälfte ausgebildet. 2 shows the drive device 1A of the aircraft 2. The 3 until 9 show alternative embodiments of a drive device 1B-1H for the aircraft 2. The 2-9 each show a cut-away partial view of the respective drive device 1A-1H. Since the drive devices 1A-1H are constructed symmetrically, the lower half of the respective drive device 1A-1H, which is not shown for simplified illustration, is designed as a mirror image of the upper half shown.

Gemäß 2 umfasst die Antriebsvorrichtung 1A einen Elektromotor 10A mit einem Stator 100 und einem Rotor 101. Beispielsweise umfasst der Rotor 101 Permanentmagnete, der Stator 100 kann z.B. mehrere elektrische Spulen umfassen. Der Elektromotor 10A ist im gezeigten Beispiel als Innenläufer ausgebildet, d.h. der Rotor 101 wird außen vom Stator 100 umgeben. Der Rotor 101 ist relativ zum Stator 100 um eine Rotationsachse R drehbar. Eine Aktivierung des Elektromotors 10A bewirkt eine Drehung des Rotors 101 um die Rotationsachse R.According to 2 The drive device 1A includes an electric motor 10A with a stator 100 and a rotor 101. For example, the rotor 101 includes permanent magnets; the stator 100 can, for example, include a plurality of electrical coils. In the example shown, the electric motor 10A is designed as an internal rotor, ie the rotor 101 is surrounded on the outside by the stator 100. The rotor 101 is rotatable relative to the stator 100 about an axis of rotation R. Activation of the electric motor 10A causes the rotor 101 to rotate about the axis of rotation R.

Die Antriebsvorrichtung 1A umfasst ferner eine Tragstruktur 11A. An der Tragstruktur 11 A ist der Stator 100 des Elektromotors 10A befestigt. Die Tragstruktur 11 A ist im gezeigten Beispiel in Form eines Gehäuses ausgebildet und nimmt den Elektromotor 10A auf. Die Tragstruktur 11A kann einen Teil des Rumpfes 20 des Luftfahrzeugs 2 ausbilden und ist am (übrigen) Rumpf 20 des Luftfahrzeugs 2 befestigt.The drive device 1A further comprises a support structure 11A. The stator 100 of the electric motor 10A is attached to the support structure 11A. In the example shown, the support structure 11A is designed in the form of a housing and accommodates the electric motor 10A. The support structure 11A can form part of the fuselage 20 of the aircraft 2 and is attached to the (remaining) fuselage 20 of the aircraft 2.

Eine Rotoreinheit 12 der Antriebsvorrichtung 1A ist an der Tragstruktur 11A um die Rotationsachse R drehbar gelagert. Die Rotoreinheit 12 weist die Rotorschaufeln 121 und eine Nabe 120A auf. Die Rotorschaufeln 121 sind an der Nabe 120A montiert. An der Rotoreinheit 12 ist ferner der Rotor 101 des Elektromotors 10A montiert. Konkret umfasst die Rotoreinheit 12 eine Welle 122A, welche drehfest mit dem Rotor 101 des Elektromotors 10A verbunden ist. Vorliegend ist der Rotor 101 des Elektromotors 10A an der Welle 122A fest montiert. Die Welle 122A ist um die Rotationsachse R drehbar gelagert, und zwar vorliegend über zwei (in Bezug auf die Rotationsachse R) axial voneinander beabstandete Lager 13 an der Tragstruktur 11 A. Bei den Lagern 13 handelt es sich jeweils um ein Kugellager. Die Lager 13 sind an einer Innenseite der Tragstruktur 11A angeordnet. Die Nabe 120A ist fest mit der Welle 122A verbunden. Vorliegend weist die Welle 122A einen Flansch auf, welcher an der Nabe 120A anliegt. Die Welle 120A ist mittels Befestigungselementen, z.B. Schrauben, an der Nabe 120A befestigt, wie in 1 mit einer gestrichelten Linie veranschaulicht. Eine Aktivierung des Elektromotors 10A bewirkt somit eine Rotation der Welle 122A und damit der Nabe 120A mit den Rotorschaufeln 121, sodass ein Schub erzeugt wird.A rotor unit 12 of the drive device 1A is mounted on the support structure 11A so that it can rotate about the axis of rotation R. The rotor unit 12 has the rotor blades 121 and a hub 120A. The rotor blades 121 are mounted on the hub 120A. The rotor 101 of the electric motor 10A is also mounted on the rotor unit 12. Specifically, the rotor unit 12 includes a shaft 122A, which is connected in a rotationally fixed manner to the rotor 101 of the electric motor 10A. In the present case, the rotor 101 of the electric motor 10A is firmly mounted on the shaft 122A. The shaft 122A is rotatably mounted about the axis of rotation R, in the present case via two bearings 13 which are axially spaced apart from one another (with respect to the axis of rotation R) on the support structure 11A. The bearings 13 are each a ball bearing. The bearings 13 are arranged on an inside of the support structure 11A. The hub 120A is firmly connected to the shaft 122A. In the present case, the shaft 122A has a flange which rests on the hub 120A. The shaft 120A is attached to the hub 120A by fasteners, such as screws, as shown in 1 illustrated with a dashed line. Activation of the electric motor 10A thus causes rotation of the shaft 122A and thus the hub 120A with the rotor blades 121, so that a thrust is generated.

Versagen die Lager 13 oder bricht die Welle 122A, könnte sich die Nabe 120A mit den Rotorschaufeln 121 für gewöhnlich vom Luftfahrzeug 2 trennen und eine Gefahr darstellen. Um dies zu verhindern, umfasst die Antriebsvorrichtung 1A eine Fangvorrichtung 14A.If the bearings 13 fail or the shaft 122A breaks, the hub 120A with the rotor blades 121 could usually separate from the aircraft 2 and pose a hazard. To prevent this, the drive device 1A includes a safety gear 14A.

Die Fangvorrichtung 14A umfasst ein Fangelement 140A und einen Halteabschnitt 141A. Das Fangelement 140A hintergreift den Halteabschnitt 141A. Konkret erstreckt sich das Fangelement 140A über den Halteabschnitt 141A hinweg und ist dahinter eingesteckt. Dabei ist eines von dem Fangelement 140A und dem Halteabschnitt 141A an der Tragstruktur 11 A festgelegt und das andere von dem Fangelement 140A und dem Halteabschnitt 141A ist an der Rotoreinheit 12 festgelegt. Vorliegend ist das Fangelement 140A an der Tragstruktur 11 A befestigt. Der Halteabschnitt 141A ist an der Nabe 120A ausgebildet. Durch den Hintergriff des Fangelements 140A mit dem Halteabschnitt 141A wird eine formschlüssige Sicherung der Rotoreinheit 12 an der Tragstruktur 11A gewährleistet.The catching device 14A includes a catching element 140A and a holding section 141A. The catching element 140A engages behind the holding section 141A. Specifically, the catching element 140A extends over the holding section 141A and is inserted behind it. One of the catching element 140A and the holding section 141A is fixed to the support structure 11A and the other of the catching element 140A and the holding section 141A is fixed to the rotor unit 12. In the present case, the catching element 140A is attached to the support structure 11A. The holding portion 141A is formed on the hub 120A. The gripping element 140A with the holding section 141A ensures that the rotor unit 12 is securely secured to the support structure 11A.

Das Fangelement 140A ist entlang der Rotationsachse R betrachtet an einer Seite des Halteabschnitts 141A an der Tragstruktur 11 A befestigt und erstreckt sich bis zur (der einen Seite gegenüberliegende) anderen Seite des Halteabschnitts 141A und entlang dieser anderen Seite.The catching element 140A is attached to the support structure 11A on one side of the holding section 141A, viewed along the axis of rotation R, and extends to the other side of the holding section 141A (opposite the one side) and along this other side.

Das Fangelement 140A ist innerhalb der Welle 122A angeordnet.The catching element 140A is arranged within the shaft 122A.

Das Fangelement 140A weist einen entlang der Rotationsachse R erstreckten rohrförmigen Abschnitt auf, dessen eines Ende an der Tragstruktur 11A befestigt ist und an dessen anderen Ende ein radial nach außen vorstehender Flansch 144 angeordnet ist. Der Flansch 144 hintergreift den Halteabschnitt 141A. Der Halteabschnitt 141A ist in Form eines radial nach innen vorstehenden Bereichs ausgebildet. Vorliegend bildet der Halteabschnitt 141A eine umlaufende Nut, in welche der Flansch 144 eingreift.The catching element 140A has a tubular section extending along the axis of rotation R, one end of which is attached to the support structure 11A and at the other end of which a flange 144 projecting radially outwards is arranged. The flange 144 engages behind the holding section 141A. The holding portion 141A is formed in the shape of a radially inwardly projecting portion. In the present case, the holding section 141A forms a circumferential groove into which the flange 144 engages.

Zwischen dem Halteabschnitt 141A und dem Fangelement 140A ist in axialer Richtung ein Abstand A ausgebildet. Auch in radialer Richtung ist ein Abstand ausgebildet. Im Normalbetrieb berühren sich der Halteabschnitt 141A (und auch die übrige Nabe 120A) und das Fangelement 140A nicht.A distance A is formed in the axial direction between the holding section 141A and the catching element 140A. A distance is also formed in the radial direction. During normal operation, the holding section 141A (and also the remaining hub 120A) and the catching element 140A do not touch each other.

Am Halteabschnitt 141A ist eine Kontaktfläche 142 ausgebildet. An dem Fangelement 140A (konkret am Flansch 144) ist eine Gleitfläche 143 ausgebildet. Im Falle eines Wellenbruchs berühren die Kontaktfläche 142 und die Gleitfläche 143 einander und bilden ein Gleitlager aus. Die Gleitfläche 143 und die Kontaktfläche 142 weisen jeweils eine strukturierte Oberfläche auf, um eine Bremswirkung zu erzeugen. So kann eine weitergehende Rotation der Nabe 120A mit den Rotorblättern 121 z.B. infolge eines Winds, insbesondere Fahrtwinds (auch als „Windmilling“ bezeichnet) verhindert werden.A contact surface 142 is formed on the holding portion 141A. A sliding surface 143 is formed on the catch element 140A (specifically on the flange 144). In the event of a shaft break, the contact surface 142 and the sliding surface 143 touch each other and form a sliding bearing. The sliding surface 143 and the contact surface 142 each have a structured surface to produce a braking effect. In this way, further rotation of the hub 120A with the rotor blades 121 can be prevented, for example as a result of a wind, in particular headwind (also referred to as “windmilling”).

Das Fangelement 140A weist entlang der Rotationsachse R eine größere Länge aus als die Welle 122A. Das Fangelement 140A ist an einer Stelle jenseits der Welle 122A an der Tragstruktur 11 A befestigt.The catching element 140A has a greater length along the axis of rotation R than the shaft 122A. The catching element 140A is attached to the support structure 11A at a location beyond the shaft 122A.

Die Anordnung des Fangelements 140A im Inneren der Welle 122A ermöglicht eine besonders einfache Integration in bestehende Designs. Durch die Fangvorrichtung 14A kann die Rotoreinheit 12 auch im Falle eines schwerwiegenden Defekts bis zur Landung sicher an der Tragstruktur 11 A gehalten werden.The arrangement of the catching element 140A inside the shaft 122A enables particularly easy integration into existing designs. By means of the safety gear 14A, the rotor unit 12 can be held securely on the support structure 11A until landing, even in the event of a serious defect.

Die Antriebsvorrichtung 1B gemäß 3 ist ähnlich zur Antriebsvorrichtung 1A gemäß 2 ausgebildet, sodass nachfolgend nur die Unterschiede erläutert werden und im Übrigen auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird.The drive device 1B according to 3 is similar to the drive device 1A according to 2 designed, so that only the differences are explained below and reference is otherwise made to the above statements.

Das Fangelement 140B der Fangvorrichtung 14B gemäß 3 ist außerhalb der Welle 122A angeordnet. Ein Ende des Fangelements 140B ist an der Tragstruktur befestigt, und zwar an einer Stelle zwischen einem der Lager 13 und dem Stator 100 des Elektromotors 10A. Das andere Ende des Fangelements 140B ist in Form eines nach innen vorstehenden Flansches 144 (allgemeiner: Materialabschnitts) ausgebildet. Dieses Ende greift radial nach innen in eine umlaufende Nut an einer Außenseite der Nabe 120B ein. Dabei hintergreift es einen entsprechenden Halteabschnitt 141B.The catching element 140B of the catching device 14B according to 3 is located outside the shaft 122A. One end of the catching element 140B is attached to the support structure at a location between one of the bearings 13 and the stator 100 of the electric motor 10A. The other end of the catching element 140B is in the form of an inwardly projecting flange 144 (more generally: material section). This end engages radially inwardly in a circumferential groove on an outside of the hub 120B. It engages behind a corresponding holding section 141B.

Bei der Antriebsvorrichtung 1B gemäß 3 kann ein zusätzlicher Schutz des vorderen Lagers 13 erzielt werden, welches durch das Fangelement 141B abgedeckt wird.In the drive device 1B according to 3 Additional protection of the front bearing 13 can be achieved, which is covered by the catch element 141B.

Die Antriebsvorrichtung 1C gemäß 4 ist ähnlich zur Antriebsvorrichtung 1B gemäß 3 ausgebildet, sodass nachfolgend wiederum nur die Unterschiede erläutert werden und im Übrigen auf die obigen Ausführungen zu 3 Bezug genommen wird.The drive device 1C according to 4 is similar to the drive device 1B according to 3 trained, so that only the differences will be explained below and the rest of the above statements 3 is referred to.

Gemäß 4 ist eine Fangvorrichtung 14C mit einem Fangelement 140C vorgesehen, das an der Nabe 140C befestigt ist und einen Halteabschnitt 141C hintergreift, der an der Tragstruktur 11C befestigt ist. Dabei erstreckt sich das Fangelement 140C nach außen (von der Rotationsachse R weg) in eine durch den Halteabschnitt 141C gebildete Tasche. Konkret ist der Halteabschnitt 141C an einer Stelle zwischen dem einen Lager 13 und dem Stator 100 des Elektromotors 10A an der Tragstruktur 11C befestigt.According to 4 a catching device 14C is provided with a catching element 140C, which is attached to the hub 140C and engages behind a holding section 141C, which is attached to the support structure 11C. The catching element 140C extends outwards (away from the axis of rotation R). pocket formed by the holding portion 141C. Specifically, the holding portion 141C is attached to the support structure 11C at a location between the one bearing 13 and the stator 100 of the electric motor 10A.

Das Fangelement 140C und die Welle 122A sind mittels demselben Befestigungselement an der Nabe 120C befestigt. Das ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau und eine einfache Herstellung.The catch member 140C and the shaft 122A are attached to the hub 120C by the same fastener. This enables a particularly simple structure and simple production.

Die Antriebsvorrichtung 1D gemäß 5 weist wie die Antriebsvorrichtung 1A gemäß 2 eine Nabe 120D auf, in welche ein Fangelement 140D einer Fangvorrichtung 14D an einer Stelle näher an der Rotationsachse R als eine Welle 122B eingreift.The drive device 1D according to 5 has like the drive device 1A according to 2 a hub 120D, in which a catching element 140D of a catching device 14D engages as a shaft 122B at a point closer to the axis of rotation R.

Bei der Antriebsvorrichtung 1D ist ein Elektromotor 10B als Außenläufer ausgebildet, bei dem ein radial innen liegender Stator 100 von einem radial weiter außen liegenden Rotor 101 umgeben wird. Der Stator 100 ist an einer Tragstruktur 11 D befestigt, an welcher auch das Fangelement 1400 befestigt ist. Das Fangelement 1400 ist im Querschnitt L-förmig. Das Fangelement ist an einem der Nabe 120D zugewandten Ende der Tragstruktur 11D montiert.In the drive device 1D, an electric motor 10B is designed as an external rotor, in which a stator 100 located radially on the inside is surrounded by a rotor 101 located radially further out. The stator 100 is attached to a support structure 11D, to which the catching element 1400 is also attached. The catching element 1400 is L-shaped in cross section. The catch element is mounted on an end of the support structure 11D facing the hub 120D.

Die Welle 122B umgibt die Tragstruktur 11 D. Lager 13, über welche die Welle 122B an der Tragstruktur 11D gelagert ist, sind an einer Außenseite der Tragstruktur 11D angeordnet. Die Welle 122B ist an der Nabe 120D befestigt.The shaft 122B surrounds the support structure 11D. Bearings 13, via which the shaft 122B is mounted on the support structure 11D, are arranged on an outside of the support structure 11D. The shaft 122B is attached to the hub 120D.

Die Antriebsvorrichtung 1E gemäß 6 ist ähnlich zur Antriebsvorrichtung 1D gemäß 5 ausgebildet, sodass nachfolgend nur die Unterschiede erläutert werden und im Übrigen auf die obigen Ausführungen zu 5 Bezug genommen wird.The drive device 1E according to 6 is similar to the drive device 1D according to 5 trained, so that only the differences are explained below and the rest of the statements above 5 is referred to.

Gemäß 6 ist ein Fangelement 140E einer Fangvorrichtung 14E an der Nabe 120E befestigt, und zwar an einer radialen Stelle näher zur Rotationsachse R als die Welle 122B. Ferner erstreckt sich das Fangelement 140E in die Tragstruktur 11 E hinein und hintergreift darin mit einem radial nach außen erstreckten Abschnitt einen radial nach innen erstreckten Halteabschnitt 141E. Das ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau.According to 6 is a catching element 140E of a catching device 14E attached to the hub 120E, at a radial location closer to the axis of rotation R than the shaft 122B. Furthermore, the catching element 140E extends into the support structure 11E and, with a section extending radially outwards, engages behind a holding section 141E which extends radially inwards. This enables a particularly simple structure.

Die Antriebsvorrichtung 1F gemäß 7 ist ähnlich wie die Antriebsvorrichtung 1E gemäß 6 aufgebaut, jedoch weist eine Tragstruktur 11F der Antriebsvorrichtung 1F einen zusätzlichen Abschnitt auf, der die Welle 122B außen umgibt. Der Elektromotor 10B und die Welle 122B sind also zwischen zwei Abschnitten der Tragstruktur 11 F angeordnet und damit besonders gut geschützt. Ein Fangelement 140F einer Fangvorrichtung 14F der Antriebsvorrichtung 1F ist an diesem äußeren Abschnitt der Tragstruktur 11F befestigt und hintergreift einen Halteabschnitt 141F an der Nabe 120F. Dabei greift das Fangelement 140F in eine außen an der Nabe 120F ausgebildete umlaufende Nut ein.The drive device 1F according to 7 is similar to the drive device 1E according to 6 constructed, but a support structure 11F of the drive device 1F has an additional section that surrounds the shaft 122B on the outside. The electric motor 10B and the shaft 122B are therefore arranged between two sections of the support structure 11F and are therefore particularly well protected. A catching element 140F of a catching device 14F of the drive device 1F is attached to this outer section of the support structure 11F and engages behind a holding section 141F on the hub 120F. The catching element 140F engages in a circumferential groove formed on the outside of the hub 120F.

Die Antriebsvorrichtung 1G gemäß 8 weist eine an der Nabe 120G befestigte Welle 122C auf, an deren Außenseite Lager 13 vorgesehen sind, über welche die Welle 122C innen an einer Tragstruktur 11 G drehbar gelagert ist. Dabei sind die Lager 13 jeweils an einem Ende eines Arms der Tragstruktur 11G montiert.The drive device 1G according to 8th has a shaft 122C attached to the hub 120G, on the outside of which bearings 13 are provided, via which the shaft 122C is rotatably mounted on the inside of a support structure 11G. The bearings 13 are each mounted at one end of an arm of the support structure 11G.

Die Tragstruktur 11 G trägt ferner einen Stator 100 eines Elektromotors 10A, welcher als Innenläufer ausgebildet ist. Ein entsprechender Rotor 101 des Elektromotors 10A ist an einem Abschnitt der Welle 122C montiert, der eine axiale Endfläche aufweist, die als Halteabschnitt 141G für ein an der Tragstruktur 11G befestigten Fangelements 140G einer Fangvorrichtung 14G dient. Das Fangelement 140G hintergreift dabei den Halteabschnitt 141G und sichert diesen gegen eine axiale Verlagerung relativ zur Tragstruktur 11 G.The support structure 11G also carries a stator 100 of an electric motor 10A, which is designed as an internal rotor. A corresponding rotor 101 of the electric motor 10A is mounted on a portion of the shaft 122C, which has an axial end surface which serves as a holding portion 141G for a catching element 140G of a safety gear 14G attached to the support structure 11G. The catching element 140G engages behind the holding section 141G and secures it against axial displacement relative to the support structure 11G.

Die Antriebsvorrichtung 1H gemäß 9 ist ähnlich zur Antriebsvorrichtung 1G gemäß 8 ausgebildet, sodass nachfolgend nur die Unterschiede erläutert werden und im Übrigen auf die obigen Ausführungen zu 8 Bezug genommen wird.The drive device 1H according to 9 is similar to the drive device 1G according to 8th trained, so that only the differences are explained below and the rest of the statements above 8th is referred to.

Gemäß 9 ist ein Fangelement 140H einer Fangvorrichtung 14H an der Welle 122C befestigt, und zwar vorliegend an einem Arm der Welle 122C, der auch den Rotor 101 des Elektromotors 10A trägt. Dieses Fangelement 140H hintergreift einen benachbart zum Stator 100 des Elektromotors 10A angeordneten Halteabschnitt 141H an der Tragstruktur 11H.According to 9 a catching element 140H of a catching device 14H is attached to the shaft 122C, in the present case on an arm of the shaft 122C, which also carries the rotor 101 of the electric motor 10A. This catching element 140H engages behind a holding section 141H on the support structure 11H which is arranged adjacent to the stator 100 of the electric motor 10A.

10 veranschaulicht am Beispiel der Fangvorrichtung 14A der in 2 gezeigten Antriebsvorrichtung 1A, dass Schleifleiter 145 zwischen dem Fangelement 140A und dem Halteabschnitt 141A angeordnet sein können. Diese sind z.B. am Fangelement 140A befestigt und schleifen am Halteabschnitt 141A (genauer: an der Kontaktfläche 142). Diese Schleifleiter 145 können eine Schleifbürste bilden. Somit kann die Fangvorrichtung 14A zusätzlich als Blitzableiter dienen. Das Fangelement 140A ist elektrisch leitfähig. Vorliegend sind auch die Nabe 120A und der Halteabschnitt 141A elektrisch leitfähig. 10 illustrated using the example of the safety gear 14A in 2 shown drive device 1A, that contact conductors 145 can be arranged between the catching element 140A and the holding section 141A. These are, for example, attached to the catch element 140A and rub on the holding section 141A (more precisely: on the contact surface 142). These contact conductors 145 can form a grinding brush. The safety gear 14A can therefore also serve as a lightning rod. The catching element 140A is electrically conductive. In the present case, the hub 120A and the holding section 141A are also electrically conductive.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beliebige der Merkmale können separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese.It is to be understood that the invention is not limited to the embodiments described above and various modifications and improvements may be made. without deviating from the concepts described here. Any of the features may be used separately or in combination with any other features unless they are mutually exclusive, and the disclosure extends to and includes all combinations and subcombinations of one or more features described herein.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1A-1H1A-1H: AntriebsvorrichtungDrive device
10A; 10B10A; 10B: ElektromotorElectric motor
100100: Statorstator
101101: Rotorrotor
11A-11H11A-11H: TragstrukturSupport structure
1212: RotoreinheitRotor unit
120A-120H120A-120H: Nabehub
121121: RotorschaufelRotor blade
122A-122C122A-122C: WelleWave
1313: Lagercamp
14A-14H14A-14H: FangvorrichtungSafety gear
140A-140H140A-140H: FangelementCatch element
141A-141H141A-141H: Halteabschnittholding section
142142: KontaktflächeContact surface
143143: Gleitflächesliding surface
144144: Flanschflange
145145: SchleifleiterConductor conductor
22: Luftfahrzeugaircraft
2020: Rumpfhull
2121: Flügelwing
AA: AbstandDistance
RR: RotationsachseAxis of rotation

Claims

Drive device (1A-1H) for an aircraft (2), comprising: - an electric motor (10A; 10B) with a stator (100) and a rotor (101); - a support structure (11A-11H) to which the stator (100) of the electric motor (10A; 10B) is attached; - a rotor unit (12), which is rotatably mounted on the support structure (11A-11H) about an axis of rotation (R), has rotor blades (121) and on which the rotor (101) of the electric motor (10A; 10B) is mounted; and - a safety gear (14A-14H) with a catching element (140A-140H) which engages behind a holding section (141A-141H), one of the catching element (140A-140H) and the holding section (141A-141H) being attached to the support structure (11A -11H) is fixed and the other of the catching element (140A-140H) and the holding section (141A-141H) is fixed to the rotor unit (12).

Drive device (1A-1H). Claim 1 , wherein the catching element (140A-140H) and the holding section (141A-141H) are spaced apart from one another in a direction parallel to the axis of rotation (R).

Drive device (1A-1H). Claim 1 or 2 , wherein the rotor unit (12) is positively secured to the support structure (11A-11H) by means of the safety gear (14A-14H).

Drive device (1A-1H) according to one of the preceding claims, wherein the rotor unit (12) is rotatably mounted on the support structure (11A-11H) by means of a plurality of bearings (13).

Drive device (1A-1H) according to one of the preceding claims, wherein a sliding surface (143) for a contact surface (142) of the rotor unit (12) is formed on the support structure (11A-11H).

Drive device (1A-1H). Claim 4 and after Claim 5 , wherein the sliding surface (143) and the contact surface (142) can be brought into contact with one another as a result of a defect and together form a sliding bearing.

Drive device (1A-1H). Claim 6 , wherein the sliding surface (143) is formed on one of the catching element (140A-140H) and the holding section (141A-141H) and the contact surface (142) is formed on the other of the catching element (140A-140H) and the holding section (141A- 141H).

Drive device (1A-1H) according to one of the Claims 5 until 7 , wherein the sliding surface (143) and / or the contact surface (142) has a structured surface.

Drive device (1A; 1B, 1D, 1F) according to one of the preceding claims, wherein the holding section (141A; 141B; 141D; 141F) is designed in the form of a circumferential groove into which the catching element (140A; 140B; 140D; 140F) engages .

Drive device (1A; 1B; 1D; 1F) according to one of the preceding claims, wherein the rotor unit (12) has a hub (120A; 120B, 120D, 120F) on which the rotor blades (121) are mounted, the holding section (141A ; 141B, 141D; 141F) is arranged on the hub (120A; 120B, 120D, 120F).

Drive device (1A-1H) according to one of the preceding claims, wherein the catching element (140A-140H) has a flange (144) which engages behind the holding section (141A-141H).

Drive device (1A-1H) according to one of the preceding claims, wherein the catching element (140A-140H) is electrically conductive.

Drive device (1A-1H) according to one of the preceding claims, wherein an electrically conductive contact conductor (145) is attached to the catching element (140A-140H) or to the holding section (141A-141H), which when the rotor unit (12) rotates about the axis of rotation (R) grinds along the other of the catching element (140A-140H) and the holding section (141A-141H) and establishes an electrical connection between the catching element (140A-140H) and the holding section (141A-141H).

Aircraft (2), comprising the drive device (1A-1H) according to one of the preceding claims.