DE10219925A1

DE10219925A1 - Planetenkoppelgetriebe für Hubschrauber

Info

Publication number: DE10219925A1
Application number: DE2002119925
Authority: DE
Inventors: Michael Platzer
Original assignee: ZF Luftfahrttechnik GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Technik GmbH
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2003-12-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hubschraubergetriebe zum Antrieb eines Rotormasts (2) eines Hauptrotors mit mindestens einer Antriebswelle (4), deren Drehachse (8) in einem Winkel zu einer Drehachse (6) des Hauptrotors verläuft. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass es eine Planetengetriebestufe umfaßt, welche mehrere Planetenräder (14) aufweist, die auf einem, den Antrieb bildenden Planetenträger (10) gelagert sind, wobei die Planetenräder (14) in gleichzeitigem Zahneingriff mit einem Sonnenrad (16) und einem Hohlrad (18) sind, und wobei trieblich zwischen dem Sonnenrad (16) und dem Hohlrad (18) ein Koppelmechanismus vorgesehen ist, welcher ihnen entgegengesetzte Drehrichtung aufprägt. Der Koppelmechanismus besteht aus einem mit dem Sonnenrad (16) drehfest verbundenen ersten Zahnrad (20) und einem mit dem Hohlrad (18) drehfest verbundenen zweiten Zahnrad (22), welche auf sich gegenüberliegenden Seiten der Antriebswelle (4) mit jeweils einem auf der Antriebswelle angeordneten Ritzel (24, 26) in Eingriff sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubschrauber zum Antrieb eines Rotormasts eines Hauptrotors mit mindestens einer Antriebswelle, deren Drehachse in einem Winkel zur Drehachse des Hauptrotors verläuft sowie ein Koppelgetriebe mit einer Planetengetriebestufe.

Zwischen der oder den Antriebsmaschinen eines Hubschraubers und dem Hauptrotor dient ein Hubschraubergetriebe zur Drehmoment- und Leistungsübertragung. Die Abtriebswelle des Hubschraubergetriebes ist koaxial mit einem senkrecht stehenden Rotormast, an dem die Rotorblätter befestigt sind, während die Antriebsmaschinen üblicherweise liegend in der Hubschrauberzelle angeordnet sind. Je nachdem, wie hoch die Drehzahl der Antriebsmaschinen ist, sind Übersetzungen im Bereich vom 1 : 14 und darüber gefordert. Solche hohen Übersetzungen werden bei bekannten Hubschraubergetrieben durch Hintereinanderschalten mehrerer Teilstufen realisiert. Bekannte Hubschraubergetriebe weisen daher eine hohe Teileanzahl und ein relativ hohes Gewicht auf und nehmen einen entsprechend hohen Bauraum in Anspruch. Um die Abwinkelung zwischen Antriebswellen und der Abtriebswelle bzw. dem Rotormast darstellen zu können, sind außerdem im Hubschraubergetriebe Kegeltrieb- und/oder Tellerradstufen notwendig, welche die Komplexität und damit auch die Kosten weiter erhöhen.

Die DE 199 10 448 C1 offenbart ein Hubschraubergetriebe, in welchem ein sich trichterförmig erweiternder Rotormast gelagert ist, wobei innerhalb des Getriebegehäuses bzw. Rotormasts Einrichtungen zur Ansteuerung der Rotorblätter angeordnet sind.

Aus Looman, Johannes: Zahnradgetriebe, 3. Auflage, Springer, 1996, ist ein Planetenkoppelgetriebe, bestehend aus zwei gekoppelten Planetengetriebestufen, bekannt. Eine der Planetengetriebestufen weist mehrere Planetenräder auf, die auf einem den Abtrieb bildenden Planetenträger gelagert sind, welcher um eine Getriebehauptachse drehbar gelagert ist. Die Planetenräder sind in gleichzeitigem Zahneingriff mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad. Zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad ist ein Koppelmechanismus vorgesehen, welcher ihnen entgegengesetzte Drehrichtung und ein Drehzahlverhältnis aufprägt, das nicht gleich dem Verhältnis der Zähnezahlen von Sonnenrad und Hohlrad ist.

Dieses bekannte Planetenkoppelgetriebe ermöglicht mit einer relativ geringen Teilezahl eine hohe Übersetzung, ist jedoch nur für zueinander koaxialen An- und Abtrieb geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hubschraubergetriebe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs anzugeben, welches mit einer geringen Teilezahl eine hohe Übersetzung ermöglicht. Gegenüber bekannten Hubschraubergetrieben soll es einen einfacheren Aufbau und ein geringeres Gewicht aufweisen sowie weniger Bauraum in Anspruch nehmen. Ferner soll es gut geeignet sein, im Bereich der Drehachse des Rotormasts Steuerungseinrichtungen für die Rotorblätter aufzunehmen.

Diese Aufgabe wird durch ein, auch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs aufweisendes Hubschraubergetriebe gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die Unteransprüche gegeben. Die Bauform des erfindungsgemäßen Koppelgetriebes eignet sich auch für weitere Anwendungen.

Erfindungsgemäß umfaßt das Hubschraubergetriebe also eine Planetengetriebestufe, deren Planetenträger den Abtrieb bildet. Die Planetenräder, welche auf dem Planetenträger drehbar gelagert sind, sind in gleichzeitigem Zahneingriff mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad, welchen entgegengesetzte Drehrichtung aufgeprägt wird. Dies hat zur Folge, daß der Planetenträger langsamer rotiert als dies der Fall wäre, wenn entweder das Sonnenrad oder das Hohlrad festgesetzt wären. Zum Antrieb des Sonnenrads und des Hohlrads in entgegengesetzte Richtungen dient ein Koppelmechanismus, der gebildet ist aus einem mit dem Sonnenrad drehfest verbundenen ersten Zahnrad und einem mit dem Hohlrad drehfest verbundenen zweiten Zahnrad, welche zur Drehachse des Hauptrotors koaxial sind. Das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad sind auf sich gegenüberliegenden Seiten der Antriebswelle mit einem oder jeweils einem auf der Antriebswelle angeordneten Ritzel in Eingriff. Das erste und das zweite Zahnrad können also mit dem selben Ritzel in Eingriff sein oder es kann für das erste Zahnrad ein erstes Ritzel und für das zweite Zahnrad ein zweites Ritzel auf der Antriebswelle in axialem Abstand angeordnet sein.

Mit der Räderanordnung sind sehr hohe Übersetzungen, theoretisch bis unendlich, möglich. Bei dem in der Praxis interessanten Übersetzungsbereich sind die im Getriebe umlaufenden Blindleistungen gering. Das erfindungsgemäße Hubschraubergetriebe ist aus sehr wenigen Bauteilen zusammengesetzt und ist daher leichtgewichtig und benötigt wenig Bauraum. Die Teilezahl ist selbst gegenüber dem eingangs erwähnten, in Looman: Zahnradgetriebe, gezeigten Planetenkoppelgetriebe geringer, obwohl bei dem erfindungsgemäßen Getriebe An- und Abtriebswelle im Winkel zueinander verlaufen. Hierdurch erhöht sich einerseits die Nutzlast des Hubschraubers und andererseits kann der freigewordene Bauraum der Kabine zugeschlagen werden oder für die Unterbringung von Steuerungseinrichtungen dienen.

Für den Zweck, Steuerungseinrichtungen für die Ansteuerung der Rotorblätter unterzubringen, ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entlang der Drehachse des Hauptrotors ein Zentraldurchlaß vorgesehen.

Bei Hubschraubern ist aus Redundanzgründen oftmals eine zweite Antriebsmaschine vorgesehen. Diese kann auf einfache Weise dadurch angeschlossen werden, dass eine weitere, vorzugsweise identische Antriebswelle vorgesehen ist, deren Ritzel ebenfalls mit dem ersten und dem zweiten Zahnrad in Eingriff ist bzw. sind. Dabei können die Antriebswellen parallel zueinander verlaufen, wenn die Ritzel mit dem ersten bzw. zweiten Zahnrad Hypoid-Radpaare bilden.

Das erfindungsgemäße Getriebe eignet sich auch für andere Anwendungen, bei denen eine hohe Übersetzung mit einer geringen Teilezahl realisiert werden muß, und die Antriebswelle sich im Winkel zur Getriebehauptachse bzw. zur Abtriebswelle erstreckt.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die Erfindung und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen näher erläutert, wobei

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Hubschraubergetriebes;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Planetengetriebestufe eines erfindungsgemäßen Hubschraubergetriebes;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubschraubergetriebes und

Fig. 4 eine alternative Ausführungsform der Erfindung
zeigen.

In Fig. 1 ist mit 2 ein Rotormast eines Hubschraubers bezeichnet, an dessen oberem, nicht dargestellten Ende mehrere Rotorblätter angeordnet sind. Die Antriebswelle 4 ist in trieblicher Verbindung mit einer nicht dargestellten Antriebsmaschine. Die Drehachse 6 des Hauptrotors verläuft im rechten Winkel zur Drehachse 8 der Antriebswelle 4. Der Rotormast 2 erweitert sich nach unten trichterförmig. An seinem unteren Ende ist ein Planetenträger 10 angeordnet, welcher mehrere nach unten auskragende Planetenbolzen 12 aufweist, von denen in der Fig. 1 zwei gezeigt sind. Auf den Planetenbolzen sind Planetenräder 14 drehbar gelagert, welche in gleichzeitigem Zahneingriff mit einem Sonnenrad 16 und einem Hohlrad 18 sind. Der Rotormast 2 und der Planetenträger 10 sind einstückig, vorzugsweise als Gußteil, ausgebildet. Das Sonnenrad 16 und das Hohlrad 18 rotieren ebenfalls um die Drehachse 6 des Hauptrotors. Mit dem Sonnenrad 16 ist ein erstes Zahnrad 20 und mit dem Hohlrad 18 ein zweites Zahnrad 22 drehfest verbunden. Die Zahnräder 20, 22 sind als Tellerräder dargestellt, können aber auch als Kegelräder ausgebildet sein. Die Zahnräder 20, 22 sind auf sich gegenüberliegenden Seiten der Antriebswelle 4 mit auf der Antriebswelle angeordneten Ritzeln 24, 26 in Eingriff. Das erste Zahnrad 20 ist mit einem ersten Ritzel 24 und das zweite Zahnrad 22 ist mit einem zweiten Ritzel 26 in Eingriff.

Dadurch, dass die Zahnräder 20, 22 auf gegenüberliegenden Seiten der Antriebswelle mit den Ritzeln 24, 26 in Eingriff sind, werden sie in entgegengesetzte Drehrichtungen angetrieben, wodurch dem Sonnenrad 16 entgegengesetzte Drehrichtung, wie dem Hohlrad 18, aufgeprägt wird, was aus Fig. 2 anhand der Drehrichtungspfeile ersichtlich ist.

In Fig. 2 ist die an der Verzahnung des Hohlrads 18 wirksame Umfangsgeschwindigkeit größer als die an der Verzahnung des Sonnenrads 16 wirksame Umfangsgeschwindigkeit, so dass der Planetenträger mit den Planetenbolzen 12 mit einer langsamen Umfangsgeschwindigkeit in derselben Drehrichtung, wie das Hohlrad 18, dreht.

Durch Variation der Durchmesser bzw. Zähnezahlen der Ritzel 24, 26 und der Zahnräder 20, 22 lassen sich verschiedene Übersetzungsverhältnisse darstellen.

In Fig. 3 sind dieselben Positionen mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1 und 2. Bei dieser Ausführungsform sind das erste Zahnrad 20 und das zweite Zahnrad 22 mit demselben Ritzel 24 in Eingriff, welches auf der Antriebswelle 4 angeordnet ist. Entlang der Drehachse 6 des Hauptrotors erstreckt sich ein Zentraldurchlaß 26 durch das Getriebe und das Getriebegehäuse 28 hindurch. In dem freien Bauraum sind Einrichtungen zur Ansteuerung der Rotorblätter 28 angeordnet, welche aus Stellgliedern 30, einer Taumelscheibe 32, Steuerstangen 34 und Umlenkhebeln 36 bestehen. Die Umlenkhebel 36 führen die Bewegung der Steuerstangen 34 durch die Wand des Rotormasts 2 hindurch nach außen, so dass die Blatthörner 38 der Rotorblätter 28 angesteuert werden können.

Das Getriebegehäuse 28 weist einen ringförmigen Bereich 40 auf, in dessen Zentrum der Zentraldurchlaß 26 vorgesehen ist.

Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung. Bei diesem Koppelgetriebe sind anstelle von Planetenrädern Zwischenräder 42 vorgesehen, welche auf radial nach außen weisenden Bolzen 44 drehbar gelagert sind. Die Antriebswelle ist mit 46 und die Abtriebswelle, welche um die Getriebehauptachse 50 rotiert, mit 48 bezeichnet. Das Zwischenrad 42 ist in gleichzeitigem Zahneingriff mit einem ersten Zahnrad 52 und einem zweiten Zahnrad 54, welche sich gegenüberliegen und welche um die Getriebehauptachse 50 entgegengesetzt drehantreibbar gelagert sind. Das erste Zahnrad 52 ist einstückig mit einem dazu koaxialen dritten Zahnrad 56 ausgebildet. Die beiden Zahnräder 52, 56 sind durch ein Lager 58 auf der Abtriebswelle 48 gelagert. Ein zum zweiten Zahnrad 54 koaxiales viertes Zahnrad 60 ist einstückig mit dem zweiten Zahnrad 54 verbunden und weist einen größeren Durchmesser als das Zahnrad 54 auf. Das zweite Zahnrad 54 und das vierte Zahnrad 60 sind durch ein gemeinsames Lager 62 auf der Abtriebswelle 48 gelagert. Die Antriebswelle 46 erstreckt sich im rechten Winkel zur Getriebehauptachse 50. Auf der Antriebswelle 46 ist ein erstes Ritzel 64 und in axialem Abstand ein zweites Antriebsritzel 66 angeordnet. Das erste Antriebsritzel 64 ist mit dem dritten Zahnrad 56 und das zweite Antriebsritzel 66 mit dem vierten Zahnrad 60 in ständigem Zahneingriff, so dass das dritte und vierte Zahnrad und mit ihnen das erste und zweite Zahnrad in entgegengesetzter Richtung angetrieben werden. Die Drehzahlen der entgegengesetzt rotierenden Bauteile weichen jedoch voneinander ab, so dass infolge der Drehzahldifferenz das Zwischenrad 42 bzw. die Zwischenräder 42, wenn mehrere davon gleichmäßig am Umfang der Abtriebswelle 48 verteilt angeordnet sind, um die Getriebehauptachse 50 rotieren, wobei sie die Abtriebswelle 48 antreiben. In der dargestellten Ausführungsform sind die ersten bis vierten Zahnräder als Kronräder und die Ritzel 64, 66 sowie das Zwischenrad 54 als Stirnräder ausgebildet. Anstelle von Kron- bzw. Stirnrädern können jedoch auch Kegelräder zum Einsatz kommen.

Eine weitere Vereinfachung im Aufbau ergibt sich dadurch, dass das erste Zahnrad 52 und das dritte Zahnrad 56 oder das zweite Zahnrad 54 und das vierte Zahnrad 60 von einem durchgehenden Verzahnungsbereich gebildet werden, in den sowohl das Zwischenrad 42 als auch ein Antriebsritzel eingreifen. Bezugszeichen 2 Rotormast
4 Antriebswelle
6 Drehachse
8 Drehachse
10 Planetenträger
12 Planetenbolzen
14 Planetenräder
16 Sonnenrad
18 Hohlrad
20 erstes Zahnrad
22 zweites Zahnrad
24 Ritzel
26 Zentraldurchlaß
28 Rotorblatt
30 Stellglied
32 Taumelscheibe
34 Steuerstange
36 Umlenkhebel
38 Blatthorn
40 ringförmiger Bereich
42 Zwischenrad
44 Bolzen
46 Antriebswelle
48 Abtriebswelle
50 Getriebehauptachse
52, 54, Zahnrad
56, 60 Zahnrad
58 Lager
62 Lager
64 Antriebsritzel
66 Antriebsritzel

Claims

1. Hubschraubergetriebe zum Antrieb eines Rotormasts (2) eines Hauptrotors mit mindestens einer Antriebswelle (4), deren Drehachse (8) in einem Winkel zu einer Drehachse (6) des Hauptrotors verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Planetengetriebestufe umfaßt, welche mehrere Planetenräder (14) aufweist, die auf einem, den Abtrieb bildenden Planetenträger (10) gelagert sind, wobei die Planetenräder (14) in gleichzeitigem Zahneingriff mit einem Sonnenrad (16) und einem Hohlrad (18) sind, und wobei trieblich zwischen dem Sonnenrad (16) und dem Hohlrad (18) ein Koppelmechanismus vorgesehen ist, welcher ihnen entgegengesetzte Drehrichtung aufprägt, wobei der Koppelmechanismus gebildet ist aus einem mit dem Sonnenrad (16) drehfest verbundenen ersten Zahnrad (20) und einem mit dem Hohlrad (18) drehfest verbundenen zweiten Zahnrad (22), welche zur Drehachse (6) des Hauptrotors koaxial sind, und auf sich gegenüberliegenden Seiten der Antriebswelle (4) mit einem oder jeweils einem auf der Antriebswelle angeordneten Ritzel (24, 26) in Eingriff sind.

2. Hubschraubergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Antriebswelle (4) ein erstes Ritzel (24) und ein zweites Ritzel (26) angeordnet sind, wobei das erste Ritzel (24) mit dem ersten Zahnrad (20) und das zweite Ritzel (26) mit dem zweiten Zahnrad (22) in Eingriff ist.

3. Hubschraubergetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich entlang der Drehachse (6) des Hauptrotors ein Zentraldurchlaß (26) erstreckt.

4. Hubschraubergetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gehäuse (28) mit einem ringförmigen Bereich (40) aufweist, in dessen Zentrum ein Zentraldurchlaß (26) vorgesehen ist.

5. Hubschraubergetriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (30, 32, 34, 36) zur Ansteuerung von Rotorblättern (28) im Bereich des Zentraldurchlasses (26) angeordnet sind.

6. Hubschraubergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere, vorzugsweise identische Antriebswelle vorgesehen ist, deren Ritzel ebenfalls mit dem ersten und zweiten Zahnrad in Eingriff ist bzw. sind.

7. Hubschraubergetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswellen parallel zueinander verlaufen und die Ritzel mit dem ersten bzw. zweiten Zahnrad Hypoid-Radpaare bilden.

8. Hubschraubergetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rotormast (2) nach unten hin trichterförmig erweitert und an seinem unteren Ende der Planetenträger (10) angeordnet ist, welcher nach unten auskragende Planetenbolzen (12) aufweist, auf denen die Planetenräder (14) gelagert sind.

9. Hubschraubergetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormast (2) und der Planetenträger (10) einstückig ausgebildet sind.

10. Koppelgetriebe mit einer Planetengetriebestufe und mehreren Planetenrädern (14), die auf einem den Abtrieb bildenden Planetenträger (10) gelagert sind, welcher um eine Getriebehauptachse (6) drehbar gelagert ist, wobei die Planetenräder (14) in gleichzeitigem Zahneingriff mit einem Sonnenrad (16) und einem Hohlrad (18) sind, und wobei trieblich zwischen dem Sonnenrad (16) und dem Hohlrad (18) ein Koppelmechanismus vorgesehen ist, welcher ihnen entgegengesetzte Drehrichtung aufprägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelmechanismus gebildet ist aus einem mit dem Sonnenrad (16) drehfest verbundenen ersten Zahnrad (20) und einem mit dem Hohlrad (18) drehfest verbundenen zweiten Zahnrad (22), welche zur Getriebehauptachse (6) koaxial sind und auf sich gegenüberliegenden Seiten einer sich im Winkel zur Getriebehauptachse (6) erstreckenden Antriebswelle (4) mit einem oder jeweils einem auf der Antriebswelle (4) angeordneten Ritzel (24, 26) in Eingriff sind.

11. Koppelgetriebe mit mindestens einer Antriebs- (46) und einer Abtriebswelle (48), wobei die Antriebswelle (46) sich im Winkel zur Abtriebswelle (48) erstreckt, die Abtriebswelle (48) um eine Getriebehauptachse (50) drehbar gelagert ist und mindestens einen radial von der Getriebehauptachse (50) nach außen weisenden Bolzen (44) aufweist, auf welchem ein Zwischenrad (42) drehbar gelagert ist, welches in gleichzeitigem Zahneingriff mit einem ersten (52) und einem zweiten Zahnrad (54) ist, welche sich gegenüberliegen und um die Getriebehauptachse (50) entgegengesetzt drehantreibbar gelagert sind, wobei das erste Zahnrad (52) mit einem koaxialen dritten (56) und das zweite Zahnrad (54) mit einem koaxialen vierten Zahnrad (60) drehfest verbunden ist und wobei auf der Antriebswelle (46) ein erstes (64) und ein in axialem Abstand ein zweites Antriebsritzel (66) angeordnet ist, wobei das erste Antriebsritzel (64) mit dem dritten Zahnrad (56) und das zweite Antriebsritzel (66) mit dem vierten Zahnrad (60) in ständigem Zahneingriff ist.

12. Koppelgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das dritte und/oder das zweite und das vierte Zahnrad gemeinsam durch jeweils mindestens ein Lager (58, 62) gelagert sind, dessen Innenring auf der Abtriebswelle (48) angeordnet ist.

13. Koppelgetriebe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das dritte oder das zweite und das vierte Zahnrad durch einen durchgehenden Verzahnungsbereich gebildet werden.

14. Koppelgetriebe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten bis vierten Zahnräder als Kronenräder und die Antriebsritzel (64, 66) sowie das Zwischenrad (42) als Stirnräder ausgebildet sind.