DE10343055B4

DE10343055B4 - Rotorbremse

Info

Publication number: DE10343055B4
Application number: DE10343055A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Podratzky
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: US20050058536A1; DE10343055A1; US7168533B2

Abstract

Rotorbremse, enthaltend
– ein mit einer Rotorwelle (2) drehfest verbundenes Bremskraft-Aufnahmeelement (1);
– einen raumfesten Bremsaktuator (4) zum Betätigen eines Bremskraftübertragungselements (3), welches zum Ausüben einer Bremswirkung funktional mit dem Bremskraft-Aufnahmeelement (1) koppelbar ist; und
– mindestens eine rotordrehzahlgesteuerte, fliehkraftbetätigte Rotorbremsen-Deaktivierungseinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorbremse.

Rotorbremsen kommen insbesondere bei Drehflügelflugzeugen, wie z. B. Hubschraubern, zur Anwendung und stellen bei einigen Hubschraubertypen ein sicherheitsrelevantes System dar. Sie dienen dazu, die Rotation eines Rotors, insbesondere eines Heckrotors, abzubremsen, wenn sich das Drehflügelflugzeug bzw. der Hubschrauber am Boden befindet. Rotorbremsen werden deshalb üblicherweise an einem Ausgang eines Getriebes des Drehflügelflugzeugs angeordnet, an dem eine Anbindung zu einer Heckrotorwelle besteht. Rotorbremsen sind in der Regel als Scheibenbremsen ausgelegt. Die Bremskraft wird hierbei mit Hilfe von Bremssätteln, Bremsbelägen oder Druckscheiben mittels mechanischer oder hydraulischer Einrichtungen ausgeübt. Bei hydraulischen Bremsen kann das hydraulische Bremssystem entweder ein unabhängiges System oder aber an die Drehflügelflugzeug-Hydraulikanlage gekoppelt sein. Vereinzelt kommen auch Rotorbremsen zum Einsatz, die als Trommelbremsen ausgelegt sind. Rotorbremser für Drehflügelflugzeuge dürfen nur am Boden betätigt werden und nur, nachdem die (Haupt-)Rotordrehzahl einen vorgegebenen Wert erreicht hat, der üblicherweise bei 40-50 % der Nennrotordrehzahl liegt. Eine solche Einschränkung ist sinnvoll, da die Rotordrehzahl durch aerodynamische Kräfte relativ schnell auf ca. 40 50 % der Nennrotordrehzahl absinkt, sich danach jedoch nur relativ langsam vermindert. Eine Auslegung von Rotorbremsen, die bereits bei 70-100% der Nennrotordrehzahl eine effektive Wirkung entfalten, würde sehr starke Bremsen, ein hohes Gewicht der Rotorbremse sowie erhöhte Fertigungskosten verursachen. Besonders im zivilen Bereich ist daher eine solche Auslegung nicht erwünscht und in der Regel auch nicht erforderlich.

Bei konventionellen Rotorbremsanlagen kann eine Betätigung der Rotorbremse oberhalb eines Wertes von 40-50 % der Nennrotordrehzahl zu einer Überhitzung der Bremsscheibe bzw. der Bremstrommel führen, da in diesem Drehzahlbereich an der Bremsanlage eine überhöhte Bremsenergie zugeführt wird. Im Extremfall können sich sicherheitsrelevante Bremskomponenten, wie z. B. die Bremsscheibe bzw. die Bremstrommel, in ihrem Gefüge verändern und versagen. Als Beispiel sei angemerkt, dass eine Betätigung der Rotorbremse bei 70 % statt bei 50 % der Nennrotordrehzahl zur Folge hat, dass von der Rotorbremsanlage ca. die doppelte Bremsenergie aufgenommen werden muss.

Ferner kann bei konventionellen Rotorbremsen leicht eine Fehlerbetätigung auftreten. Zum Beispiel ist es möglich, dass der Pilot die Rotorbremse versehentlich während des Fluges auslöst, was zumeist fatale Folgen hat. Oder die Rotorbremse kann am Boden vor Erreichen der zulässigen Drehzahl von ca. 40-50 % der Nennrotordrehzahl aktiviert werden, was, wie bereits erwähnt, u. U. ein Versagen oder eine sicherheitskritische Veränderung der Bremsanlage nach sich zieht. Bei hydraulisch aktivierbaren Bremsen kann eine Fehlauslösung der Bremsfunktion zudem auch durch einen temperaturbedingt ansteigenden Systemdruck in der Hydraulik oder eine Fehlfunktion der Hydraulikanlage erfolgen.

Gesetzliche bzw. nationale Regelungen, z. B. nach JAR/FAR, schreiben vor, dass eine Bremskraft, die während eines Flugs an einer Rotorbremse auftritt, angezeigt werden muss. Eine solche Anzeige verhindert jedoch nicht, dass die Rotorbremse während des Flugs oder oberhalb einer zulässigen Rotordrehzahl betätigt wird.

Die EP 0 894 712 B1 offenbart eine Rotorbremse mit einem System, das eine Fehlbetätigung der Rotorbremsanlage verhindern soll. Die Rotorbrems umfasst eine Bremsscheibe sowie einen Bremsaktuator mit Bremssattel, der mit der Bremsscheibe zusammenwirkt. Der Bremssattel ist gegenüber der Bremsscheibe schwenkbar bzw. ausfahrbar ausgestaltet. Der Bremssattel wird im Rotornennbetrieb bzw. oberhalb einer zulässigen Rotordrehzahl von der Bremsscheibe wegge schwenkt und kann somit auch im Fall einer Fehlfunktion oder Fehlbetätigung nicht auf die Bremsscheibe einwirken und eine Bremswirkung auslösen. Erreicht der Rotor am Boden hingegen eine entsprechend niedrige, zulässige Rotordrehzahl, so wird der Bremssattel an die Bremsscheibe geschwenkt und kann bei Betätigung eine Bremswirkung auf die Bremsscheibe ausüben. Dieses vorbekannte System ist konstruktiv relativ aufwändig, kostenintensiv und besitzt ein hohes Gewicht, was den in der Luftfahrzeugtechnik existierenden Leichtbauanforderungen abträglich ist.

Aus der DE 195 00 539 A1 ist eine Rotorbremse bekannt, die ein mit einer Rotorwelle drehfest verbindbares Bremskraft-Aufnahmeelement und einen raumfesten Bremsaktuator zum Betätigen eines Bremskraftübertragungselementes umfasst. Das Bremskraftübertragungselement ist zum Ausüben einer Bremswirkung funktional mit dem Bremskraft-Aufnahmeelement koppelbar. Die Rotorbremse weist eine Rotorbremsen-Deaktivierungseinrichtung auf, die eine Kupplungseinrichtung besitzt, die sich während der Nichtbenutzung der Rotorbremse, speziell während eines Fluges, in eine Freilaufstellung auskuppeln und für eine Benutzung der Rotorbremse in einen formschlüssigen Eingriff mit einer Nabe der Rotorbremse einkuppeln lässt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Rotorbremse eine ungewollte Fehlbetätigung oder Fehlfunktion wirkungsvoll zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Rotorbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Diese Rotorbremse umfasst: ein mit einer Rotorwelle drehfest verbundenes Bremskraft-Aufnahmeelement; einen raumfesten Bremsaktuator zum Betätigen eines Bremskraftübertragungselements, welches zum Ausüben einer Bremswirkung funktional mit dem Bremskraft-Aufnahmeelement koppelbar ist; und mindes tens eine rotordrehzahlgesteuerte, fliehkraftbetätigte Rotorbremsen-Deaktivierungseinrichtung.

Bei dem Bremskraft-Aufnahmeelement kann es sich z. B. um eine Bremsscheibe, eine Bremstrommel oder ein vergleichbares Bauteil handeln. Als Bremskraftübertragungselement kann beispielsweise ein Bremsbelag dienen. Obwohl im Rahmen der erfindungsgemäßen Rotorbremse mechanisch bzw. hydraulisch wirkende Bremskomponenten bevorzugt sind, könnten grundsätzlich auch andere geeignete, aber andersartig wirkende Elemente, z. B. induktiv wirkende Bremskraft-Aufnahmeelemente bzw. Bremskraftübertragungselemente, oder dergleichen eingesetzt werden.

Durch die rotordrehzahlgesteuerte, fliehkraftbetätigte Rotorbremsen-Deaktivierungseinrichtung wird ein vergleichsweise einfaches und effektives Sicherheitssystem bereit gestellt, mit dem die Rotorbremse in Abhängigkeit einer vorbestimmten Drehzahl, z. B. oberhalb 40% bis 50% der Rotornenndrehzahl deaktiviert oder blockiert werden kann, so dass eine unerwünschte bzw. ungewollte Aktivierung der Rotorbremse durch manuelle Fehlbetätigungen oder Fehlfunktionen im Bremssystem selbst ausgeschlossen ist. Auf diese Weise ist z. B. sowohl eine manuelle Fehlbetätigung der Rotorbremse im Flugzustand eines Drehflügelflugzeugs als auch eine Fehlfunktion durch temperaturbedingt ansteigenden Druck in einem Rotorbremsen-Hydrauliksystem oder einem Hydrauliksystemfehler wirkungsvoll vermeidbar. Und ein durch eine Bremsbetätigung bei überhöhter Rotordrehzahl bedingtes Versagen oder eine Gefügeveränderung sicherheitsrelevanter Bremskomponenten kann verhindert werden. Da die Funktion eines fliehkraftbetätigten Systems per se an die Drehzahl gekoppelt und leicht einstellbar bzw. auf bestimmte Drehzahlen abstimmbar ist, können die bei einer Rotorbremse zu beachtenden o. g. kritischen Drehzahlbereiche bzw. Drehzahlgrenzen besonders einfach und effektiv als Kontroll- oder Steuerparameter für die Rotorbremsen-Deaktivierungseinrichtung genutzt werden. Die erfindungsgemäße Rotorbremse mit ihrer rotordrehzahlgesteuerten, fliehkraftbetätigten Rotorbremsen- Deaktivierungseinrichtung ist zudem konstruktiv und herstellungstechnisch relativ einfach und kostengünstig und mit einem geringen Gewicht zu realisieren, was besonders für luftfahrtechnische Anwendungen von Vorteil ist. Eine in ein Drehflügelflugzeug, wie z. B. einen Hubschrauber oder eine Drehflügler-Drohne, eingebaute erfindungsgemäße Rotorbremse trägt somit zu einer Erhöhung der Betriebs- und Flugsicherheit des Drehflügelflugzeugs bei.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Rotorbremse sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 10.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
Es zeigt:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine einem Rotor zugeordnete erfindungsgemäße Rotorbremse; und
2 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1.
In der 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine einem Rotor zugeordnete Rotorbremse dargestellt. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei diesem Rotor um einen Heckrotor eines Hubschraubers, der durch eine Heckrotorwelle, nachfolgend kurz Rotorwelle 2 genannt, angetrieben wird. Die Rotorbremse umfasst ein Bremskraft-Aufnahmeelement 1 in Form einer Bremsscheibe, die mit der Rotorwelle 2 drehfest und axial unverschiebbar verbunden ist. Das Bremskraft-Aufnahmeelement 1 könnte grundsätzlich aber auch axial schwimmend an der Rotorwelle 2 befestigt sein. Das Bremskraft-Aufnahmeelement 1 erstreckt sich im Wesentlichen radial um die Rotorwelle 2 herum.
Des Weiteren ist die Rotorbremse mit mehreren jeweils raumfest angeordneten, d. h. z. B. an einem Strukturbauteil eines Getriebegehäuses (nicht angezeigt) befestigten, hydraulischen Bremsaktuatoren 4 zum Betätigen eines Bremskraftübertragungselements 3 (hier: ein Bremsbelag) ausgestattet. Der Einfachheit halber wird nachstehend nur auf einen einzelnen Bremsaktuator 4 Bezug genommen werden. Die diesbezüglichen Ausführungen gelten für den oder die anderen Bremsaktuatoren 4 analog. Eine hydraulische Leitung 5 zur Druckversorgung des Bremsaktuators 4 ist in der 1 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Anstelle eines hydraulischen Bremsaktuators 4 kann generell auch ein anderer geeigneter Aktuator, z. B. ein mechanisch oder elektromechanisch oder piezoelektrisch betätigter Aktuator verwendet werden.
Ferner verfügt die Rotorbremse über eine rotordrehzahlgesteuerte, fliehkraftbetätigte Rotorbremsen-Deaktivierungseinrichtung.
Die Rotorbremsen-Deaktivierungseinrichtung umfasst im Wesentlichen folgende Komponenten: eine Trägereinrichtung T, an welcher das Bremskraftbetätigungselement 3 angeordnet ist, wobei die Trägereinrichtung T, um eine Bremswirkung durch den raumfesten Bremsaktuator 4 auszuüben, relativ zum Bremskraft-Aufnahmeelement 1 beweglich ist; und eine von der Rotorwelle 2 direkt angetriebene Fliehkraftkupplung K, die bei Erreichen einer vorbestimmten Rotordrehzahl auf die bewegliche Trägereinrichtung T bzw. eine ihrer Komponenten wirkt und die Beweglichkeit der Trägereinrichtung T in Bezug Bremskraft-Aufnahmeelement hemmt bzw. blockiert. Zum Ausüben einer Bremswirkung ist die Trägereinrichtung T mit ihrem Bremskraft-Übertragungselement 3 durch Betätigung des Bremsaktuators 4 in axialer Richtung A der Rotorwelle 2 gegen das Bremskraft-Aufnahmeelement beweglich bzw. verschiebbar. Das Bremskraft-Übertragungselement 3 wirkt in diesem Ausführungsbeispiel einseitig.
Die Trägereinrichtung T umfasst eine auf der Rotorwelle 2 mittels eines Lagers 11 (nachfolgend auch inneres Lager 11 genannt) drehbar gelagerte, axial feste Nabe 9 und eine Trommel 8, die drehfest und axial verschiebbar an dem Außenumfang der Nabe 9 befestigt ist. Ferner weist die Trägereinrichtung eine Halterung 6 auf, die über ein auf dem Außenumfang der Trommel 8 angebrachtes Lager 7 (nachfolgend auch äußeres Lager 7 genannt) axial fest auf der Trommel 8 angeordnet ist. Zusätzlich ist die Halterung 6 mittels einer nicht gezeigten Verdrehsicherung in Bezug zu dem Bremsaktuator 4 verdrehgesichert. Das äußere Lager 7 stellt hierbei sicher, dass die Trommel 8 relativ zu der Halterung 6 drehbar ist. Die Halterung 6 besitzt einen flanschartigen Abschnitt 6a mit einer dem Bremskraft-Aufnahmeelement 1 gegenüber liegenden Stirnfläche 6b, an welcher das Bremskraft-Übertragungselement 3 fixiert ist. Je nach Ausführungsform können zwischen der Stirnfläche 6b bzw. zwischen der dem Bremsaktuator 4 zugewandten Rückenfläche 6c der Halterung 6 zusätzliche Zwischenelemente, z. B. in Form eines Rings, vorgesehen sein.
Die aus der Trommel 8, dem äußeren Lager 7, der Halterung 6 und dem Bremskraft-Übertragungselement 3 gebildete Einheit ist zum Ausüben einer Bremswirkung mittels des Bremsaktuators 4 auf der Nabe 9 in axialer Richtung A zu dem Bremskraft-Aufnahmeelement 1 hin und wieder zurück bewegbar, wie durch einen Doppelpfeil an der Trommel 8 angedeutet ist. Der Bremsakuator 4 wirkt bei einem Bremsvorgang auf die Rückenfläche 6c des flanschartigen Abschnitts 6a oder ein optional vorgesehenes Zwischenelement.
Wie in der 1 erkennbar, ist zwischen einem in der 1 linken, flanschartigen Ansatz 9a der Nabe 9 und einer linken Stirnseite 8a der Trommel 8 ein Vorspannelement 10 (hier: eine Druckfeder) angeordnet, gegen dessen Vorspannkraft die Trommel 8 zusammen mit den weiteren, an ihr befestigen o. g. Komponenten in der axialen Richtung A zum Bremskraft-Aufnahmeelement 1 hin verschiebbar ist. Der Ansatz 9a bildet zusammen mit dem Vorspannelement 10 gleichzeitig einen linken Anschlag für die Trommel 8 aus, der die axiale Beweglichkeit der Trommel 8 in Richtung des Bremskraft-Aufnahmeelements 1 begrenzt. An der in 1 rechten Seite der Nabe 9 ist ein rechter Anschlag 9b vorgesehen, welcher die axi ale Beweglichkeit der Trommel 8 und der an ihr befestigen o. g. Komponenten in Gegenrichtung begrenzt.
Wie aus der 1 des Weiteren zu entnehmen ist, greift die Fliehkraftkupplung K in die Trommel 8 ein und erstreckt sich zumindest teilweise durch die Rotorwelle 2 hindurch. Die Fliehkraftkupplung K umfasst als wesentliche Komponenten eine Führungshülse 12, die rechtwinkelig zur axialen Richtung der Rotorwelle 2 durch die Rotorwelle 2 durch verläuft und sich an dieser abstützt. In der Führungshülse 12 ist ein zentrales Vorspannelement 14 (hier: eine Zugfeder) angeordnet. In den zu der Innenumfangsfläche 8b der Trommel 8 weisenden Enden der Führungshülse 12 sind zwei Kupplungsbacken 13 angeordnet. Die inneren Enden der Kupplungsbacken 13 sind mit dem zentralen Vorspannelement 14 verbunden und gegen die Zugkraft des zentralen Vorspannelements 14 in Längsrichtung der Führungshülse 12 und damit in radialer Richtung in Bezug zur Rotorwelle 2 beweglich. An den äußeren Enden der Kupplungsbacken 13 sind jeweils Kupplungsbeläge 15 fixiert. Bei den Kupplungsbelägen 15 handelt es sich in diesem Beispiel um Reibbeläge. Sie können jedoch auch als Beläge oder Verriegelungselemente ausgebildet sein, die z. B. mit einer entsprechend ausgestatteten Innenumfangsfläche 8b oder korrespondierenden Verriegelungselementen an der Trommel 8 einen formschlüssigen Eingriff bzw. eine formschlüssige Verriegelung herstellen. Auch hierbei muss jedoch stets gewährleistet sein, dass die axiale Verschiebbarkeit der Trommel 8 wieder möglich ist, sobald sich die Kupplungsbeläge der Fliehkraftkupplung bei einer zulässigen niedrigen Drehzahl zurückziehen und den formschlüssigen Eingriff bzw. die Verriegelung freigeben.
Details der Fliehkraftkupplung K sind auch nochmals in 2 erkennbar, die eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1 zeigt.
Wird die Fliehkraftkupplung K bei einer Rotation der Rotorwelle 2 durch diese in Drehung versetzt, haben die Kupplungsbacken 13 infolge der auftretenden Fliehkräfte die Bestrebung, sich radial nach außen in Richtung zur Innenumfangsfläche 8b der Trommel 8 zu bewegen. Ab einer vorbestimmten ersten Rotorwellendrehzahl, die vorzugsweise oberhalb von 40% bis 50% der Rotornenndrehzahl liegt, werden sich die Kupplungsbacken 13 mit ihren Kupplungsbelägen 15 also mit einer bestimmten Kraft fest an die Innenumfangsfläche 8b der Trommel 8 drücken. Dadurch wird die Axialbeweglichkeit der Trommel 8 bzw. der Trägereinrichtung T zum Bremskraft-Aufnahmeelement 1 hin gehemmt bzw. blockiert. In umgekehrter Weise werden sich die Kupplungsbacken 13 mit ihren Kupplungsbelägen 15 ab einer vorbestimmten zweiten Drehzahl, die niedriger als die o. g. erste Drehzahl ist, wieder von der Innenumfangsfläche zurückziehen, wodurch die Axialbeweglichkeit der Trommel 8 freigegeben wird. Die Drehzahl, ab der die Fliehkraftkupplung die Trommel 8 für axiale Bewegungen blockiert bzw. freigibt, lässt sich insbesondere durch das Gewicht der beweglichen Kupplungsbacken 13 und ihrer Kupplungsbeläge 15 sowie der Federkennwerte des zentralen Vorspannelements 14 bestimmen.
In der 1 ist ferner erkennbar, dass die in der Zeichnung rechte Seite der Trommel 8 bei Betrachtung im Querschnitt eine Abweisungseinrichtung in Form eines umlaufenden, abgeschrägten Randes (oder in einer anderen möglichen Ausführungsform eine Art Klaue) besitzt welcher, wenn die Kupplungsbeläge 15 die Innenumfangsfläche der Trommel 8 kontaktieren und die axiale Beweglichkeit der Trommel 8 hemmen, über eine rechte Stirnfläche 15a der Kupplungsbeläge 15 bzw. angrenzende Bereiche der Kupplungsbacken 13 greift. Diese Ausgestaltungsweise bildet eine zusätzliche formschlüssige Sicherung, welche verhindert, dass bei einer Fehlfunktion im Hydrauliksystem des Bremsaktuators 4 bzw. bei einem selbstständigen, z. B. temperaturbedingten Druckanstieg im Hydrauliksystem der Bremsaktuator 4 die durch die eingreifenden Kupplungsbeläge 15 gegebene Hemmwirkung überwindet und die Rotorbremse betätigt.
Ferner bildet die Abweisungseinrichtung 8c der Trommel 8 eine Abweisungseinrichtung oder eine Art Abstandshalter für die Fliehkraftkupplung K bzw. deren Kupplungsbacken 13 und Kupplungsbeläge 15. Diese Abweisungseinrichtung hat folgende Funktion. Ist die Rotorbremse im Stillstand des Rotors betätigt, so ist die Trägereinrichtung T mit ihrem Bremskraft-Übertragungselement 3 zum Bremskraft-Aufnahmeelement 1 hin bewegt und das Bremskraft-Übertragungselement 3 übt eine Bremswirkung aus. Falls der Rotor nun ausgehend von diesem Zustand hochgefahren, also in Rotation versetzt wird und die Abweisungseinrichtung nicht vorhanden wäre, könnte es passieren, dass die Fliehkraftkupplung K in die Trommel 8 eingreift und in diese einkuppelt. Dadurch könnte die Trägereinrichtung T mit ihrem Bremskraft-Übertragungselement 3 nicht mehr zurückgezogen und die Bremswirkung nicht zuverlässig aufgehoben werden. Durch die Abweisungseinrichtung wird genau dies jedoch verhindert. Denn im Stillstand des Rotors und bei betätigter Bremse sind die Kupplungsbacken 13 zurückgezogen und liegen der abgeschrägten Abweisungseinrichtung 8c genau gegenüber. Wird der Rotor nun hochgefahren, so stoßen die Kupplungsbacken 13 bzw. ihre Kupplungsbeläge 15 in radialer Richtung an die Abweisungseinrichtung 8c und können sich nicht an die Innenumfangsfläche der Trommel 8 anlegen und einkuppeln. Deshalb ist es möglich, die Trägereinrichtung T mit ihrem Bremskraft-Übertragungselement 3 wieder soweit zurück zu bewegen, dass die Bremswirkung zuverlässig aufgehoben und eine Fehlfunktion für diesen speziellen Fall vermieden wird.
Es wird nun die weitere Funktionsweise der Rotorbremse und ihrer rotordrehzahlgesteuerten, fliehkraftbetätigten Rotorbremsen-Deaktivierungseinrichtung im Detail beschrieben wurden.
REGULÄRE BETÄTIGUNG DER ROTORBREMSE
Bei stehender Rotorwelle 2 oder bei einer zulässigen Drehzahl, die vorzugsweise kleiner gleich 40 bis 50% der Rotornenndrehzahl ist, und bei nicht betätigtem Bremsaktuator 4 befindet sich die Rotorbremse in dem in den 1 und 2 gezeigten Ausgangszustand. Die Kupplungsbacken 13 der Fliehkraftkupplung K sind soweit zurückgezogen, dass weder die Kupplungsbeläge 15 die Innenumfangsfläche 8b der Trommel 8 kontaktieren noch die Kupplungsbeläge 15 bzw. ihre Stirnflä chen 15a durch den abgeschrägten Rand 8c in axialer Richtung A (und auch in radialer Richtung) blockiert sind. Die Trommel 8 ist dadurch ungehindert in axialer Richtung A bewegbar. Die Rotorbremse kann folglich aktiviert werden:
Bei einer Betätigung des Bremsaktuators 4 wird hierbei die Trägereinrichtung T, d. h. die aus der Trommel 8, dem äußeren Lager 7 und der Halterung 6 gebildete Einheit, zusammen mit dem an der Halterung 6 befestigten Bremskraft-Übertragungselement 3 gegen die Vorspannkraft des Vorspannelements 10 in axialer Richtung A nach links zum Bremskraft-Aufnahmeelement 1 verschoben, bis das Bremskraft-Übertragungselement 3 an dem Bremskraft-Aufnahmeelement 1 zur Anlage kommt und eine Bremskraft auf dieses ausübt. Die Rotorwelle 2 kann somit mittels der Rotorbremse normal abgebremst werden. Wird die Betätigung des Bremsaktuators 4 wieder aufgehoben, drückt das Vorspannelement 10 die Trägereinrichtung T selbsttätig in ihre in 1 gezeigte Ausgangsposition zurück.
Aus der 1 wird deutlich, dass bei dem zuvor beschriebenen Vorgang einer regulären Bremsbetätigung die Trommel 8 mit dem Vorspannelement 10 und die Nabe 9 einen indifferenten Bewegungszustand aufweisen, d. h. die Drehzahl der aus diesen Teilen gebildeten Einheit ist nicht eindeutig definierbar, weil sie mittels des inneren Lagers 11 von der drehenden Rotorwelle 2 und mittels des äußeren Lagers von der verdrehfest angeordneten Halterung 6 entkoppelt sind. Eine geringfügige Drehbewegung dieser Teile kann sich also allenfalls durch Lagerreibung ergeben.
DEAKTIVIERUNG BZW. BLOCKIERUNG DER ROTORBREMSE GEGEN FEHLBETÄTIGUNG UND FEHLFUKTION:
Dreht sich die Rotorwelle 2 hingegen z. B. im Flug des Hubschraubers oder auch am Boden oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl, d. h. hier einer Drehzahl, die größer als ca. 40% bis 50% der Rotornenndrehzahl ist, wird eine Betätigung der Rotorbremse mittels der rotordrehzahlgesteuerten, fliehkraftbetätigten Rotorbrem sen-Deaktivierungseinrichtung verhindert. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Rotorbremsen-Deaktivierungseinrichtung wird von einem nicht bestätigten Zustand der Rotorbremse ausgegangen, der dem in 1 und 2 gezeigten Zustand ähnelt. Anders als bei 1 und 2 drücken sich die Kupplungsbeläge 15 bei dieser hohen Drehzahl jedoch fest an die Innenumfangsfläche 8b der Trommel 8 an und stellen einen Reibschluss her. Dadurch wird die Axialbeweglichkeit der Trommel 8 bzw. der Trägereinrichtung T zum Bremskraft-Aufnahmeelement 1 hin gehemmt und die Rotorbremse auch für den Fall einer Betätigung des Bremsaktuators 4 blockiert bzw. deaktiviert.
Durch die eingreifende Fliehkraftkupplung K wird gleichzeitig die Trommel 8 in eine Drehbewegung versetzt. Da die Trommel 8 drehfest mit der Nabe 9 verbunden ist, drehen sich nunmehr die Trommel 8 und die Nabe 9 mit der Rotorwelle 2 mit. Das innere Lager 11 hat hierbei im Wesentlichen keine Relativbewegung zwischen seinem Innen- und Außenring, und es dreht sich wiederum mit der Rotorwelle 2 und der Nabe 9 mit. Aufgrund des äußeren Lagers 7 kann die Trommel 8 relativ zur Halterung 6, die infolge ihrer Verdrehsicherung stillsteht, rotieren. Die Drehbewegung der Rotorwelle 2, der Trommel 8 und der Nabe 9 ist also durch das äußere Lager 7 von der Halterung 6 entkoppelt. Der an der Halterung 6 befestigte äußere Lagerring des äußeren Lagers 7 steht immer still und ist aus diesem Grund zweckmäßiger Weise in der Halterung 6 gegen Verdrehen gesichert (z. B. durch eine geeignete Presspassung).
Falls der Bremsaktuator 4 infolge einer Fehlfunktion im Hydrauliksystem oder durch temperaturbedingten Druckanstieg im Hydrauliksystem die durch die eingreifenden Kupplungsbeläge 15 gegebene Hemmwirkung bzw. deren Reibschluss überwindet, kommt die Abweisungseinrichtung 8c der Trommel 8 mit der rechten Stirnfläche 15a der Kupplungsbeläge 15 bzw. der Kupplungsbacken 13 formschlüssig zur Anlage. Folglich kann die Trägereinrichtung T nicht axial verschoben werden, und folglich ist eine Betätigung der Rotorbremse auch für diesen Fall verhindert.
Wird die vorbestimmte bzw. definierte Rotordrehzahl wieder unterschritten, ziehen sich die Kupplungsbacken 13 mit ihren Kupplungsbelägen 15 von selbst wieder zurück, da die auf diese Komponenten wirkenden Fliehkräfte dann geringer als die vorbestimmte Vorspannkraft des zentralen Vorspannelementes 14 werden, und geben auch den formschlüssigen Eingriff an der Abweisungseinrichtung frei. Die Rotorbremse kann nunmehr wieder in der bereits oben beschriebenen Art und Weise normal betätigt werden.
Anstelle eines Bremsscheibe kann z. B. auch eine Bremstrommel verwendet werden. Sofern die im Zusammenhang mit dem obigen Ausführungsbeispiel erläuterte axiale Verschiebbarkeit der Trägereinrichtung beibehalten werden soll, kann diese Bremstrommel dann beispielsweise über eine konische Form verfügen, die mit einer entsprechend ausgebildeten Trägereinrichtung bzw. Halterung und entsprechend angeordneten Bremsbelägen korrespondiert. Es ist jedoch auch denkbar, eine konventionelle Bremstrommel mit zylindrischen Innenflächen zu verwenden und die verschiebbare Trägereinrichtung bzw. die Halterung mit zylindrischen Außenflächen zu versehen, an denen dann die Bremsbeläge angeordnet sind. Diese Anordnung erfordert jedoch einen etwas größeren Verschiebungsweg der Trägereinrichtung, um die Rotorbremse regulär betätigen zu können.
Grundsätzlich kann die Rotorbremse über einen oder mehrere Bremsaktuatoren verfügen. Bei axial fest angeordneter Bremsscheibe, wie in dem obigen Beispiel, wirken die Bremsbeläge vorzugsweise einseitig. Bei einer Rotorbremse mit einer schwimmend gelagerten Bremsscheibe oder einem Bremsaktuator mit einem schwimmend gelagerten Bremssattel sind vorzugsweise zweiseitig wirkende Bremsbeläge vorgesehen.
Die Abweisungseinrichtung kann auch durch andere Mittel als den abgeschrägten Rand realisiert werden, so z. B. durch andere geeignete Distanzstücke oder -elemente, deren Funktion auch fliehkraftabhängig gesteuert sein kann. Ein dem abgeschrägten Rand ähnelnder Bereich oder ähnelndes Element der Trommel 8 kann je nach Ausgestaltungsvariante der Trommel und ihrer Komponenten auch an der in 1 linken Seite von den Kupplungsbacken 13 vorgesehen sein. Der abgeschrägte Rand kann in Abhängigkeit eines bestimmten Betriebszustands der Rotorbremse ferner dazu dienen, eine (Gegen-) Kraft auf die Kupplungsbacken 13 auszuüben und diese aktiv von der Trommel zurück oder an diese heran zu drücken. Es ist in bestimmten Fällen jedoch auch möglich, auf die Abschrägung der Abweisungseinrichtung 8c zu verzichten und eine andere Formgebung und dadurch ein anderes Betriebsverhalten vorzusehen.
Anstelle einer Fliehkraftkupplung, die sich zumindest teilweise durch die Rotorwelle hindurch erstreckt, ist auch eine Fliehkraftkupplung realisierbar, die um die Rotorwelle herum angeordnet und z. B. über eine Innenverzahnung drehfest mit einer Außenverzahnung der Rotorwelle verbunden ist. Zudem ist es möglich, die Fliehkraftkupplung separat von der Rotorwelle anzuordnen und z. B. durch ein Zwischengetriebe oder dergleichen anzutreiben. Für eine derartige Anordnung wäre auch eine entsprechend abgeänderte Trommel bzw. ein andersartig ausgestattetes, die Funktion der Trommel übernehmendes Bauteil erforderlich.
Obwohl die Rotorbremse in dem o. g. Ausführungsbeispiel in Zusammenhang mit einer Heckrotorwelle eingesetzt wurde, kann sie grundsätzlich auch bei beliebigen anderen schnelldrehenden Wellen Anwendung finden, so z. B. bei Drehflügelflugzeugen, die nicht mit Heckrotorwellen ausgestattet sind, also z. B. bei Hubschraubern oder Drohnen mit Koaxialrotoren, wobei die Rotorbremse auch auf die Hauptrotorwelle(n) wirken kann.
Es bezeichnen:

1: Bremskraft-Aufnahmeelement
2: Rotorwelle
3: Bremskraftübertragungselement
4: Bremsaktuator
5: hydraulische Leitung
6: Halterung
6a: Flanschartiger Abschnitt von 6
6b: Linke Stirnfläche von 6a
6c: Rückenfläche
7: Äußeres Lager
8: Trommel
8a: Linke Stirnseite von 8
8b: Innenumfangsfläche von 8
8c: Abweisungseinrichtung
9: Nabe
9a: Flanschartiger Ansatz
9b: Rechter Anschlag
10: Vorspannelement
11: Inneres Lager
12: Führungshülse von K
13: Kupplungsbacken von K
14: Vorspannelement von K
15: Kupplungsbeläge von K
15a: Rechte Stirnfläche von 15
A: axiale Richtung
K: Fliehkraftkupplung
T: Trägereinrichtung

Claims

Rotorbremse, enthaltend – ein mit einer Rotorwelle (2) drehfest verbundenes Bremskraft-Aufnahmeelement (1); – einen raumfesten Bremsaktuator (4) zum Betätigen eines Bremskraftübertragungselements (3), welches zum Ausüben einer Bremswirkung funktional mit dem Bremskraft-Aufnahmeelement (1) koppelbar ist; und – mindestens eine rotordrehzahlgesteuerte, fliehkraftbetätigte Rotorbremsen-Deaktivierungseinrichtung.
Rotorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorbremsen-Deaktivierungseinrichtung folgende Komponenten um fasst: – eine Trägereinrichtung (T), an der das Bremskraftübertragungselement (3) angeordnet ist, wobei die Trägereinrichtung (T), um eine Bremswirkung durch den raumfesten Bremsaktuator (4) auszuüben, relativ zum Bremskraft-Aufnahmeelement (1) beweglich ist, und – eine von der Rotorwelle (2) direkt oder indirekt antreibbare Fliehkraftkupplung (K), die bei Erreichen einer vorbestimmten Rotordrehzahl auf die bewegliche Trägereinrichtung (T) wirkt und deren Beweglichkeit in Bezug zum Bremskraft-Aufnahmeelement (1) hemmt.
Rotorbremse nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremskraft-Aufnahmeelement (1) sich radial um die Rotorwelle (2) herum erstreckt und die Trägereinrichtung (T) mit ihrem Bremskraftübertragungselement (3) durch den Bremsaktuator (4) in axialer Richtung (A) der Rotorwelle (2) gegen das Bremskraft-Aufnahmeelement (1) beweglich ist.
Rotorbremse nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (T) umfasst: – eine auf der Rotorwelle (2) drehbar und axial fest lagerbare Nabe (9), – eine Trommel (8), die drehfest und axial verschiebbar an der Nabe (9) befestigt ist, – eine Halterung (6), an der das Bremskraftübertragungselement (3) fixiert ist, und die axial fest an der die Trommel (8) angeordnet und relativ zu der Trommel (8) drehbar ist, wobei – die aus der Trommel (8), der Halterung (6) und dem Bremskraft-Übertragungselement (3) gebildete Einheit zum Ausüben einer Bremswirkung durch den Bremsaktuator (4) an der Nabe (9) axial zu dem Bremskraft-Aufnahmeelement (1) hin bewegbar ist, und – die Fliehkraftkupplung (K) in die Trommel (8) eingreift und ab einer vorbestimmten ersten Rotorwellendrehzahl die Axialbeweglichkeit der Trommel (8) blockiert und ab einer vorbestimmten zweiten, niedrigeren Drehzahl die Axialbeweglichkeit der Trommel (8) freigibt.
Rotorbremse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftkupplung (K) drehfest mit der Rotorwelle (2) verbindbar ist.
Rotorbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die drehfest mit der Rotorwelle (2) verbindbare Fliehkraftkupplung (K) sich zumindest teilweise durch die Rotorwelle (2) hindurch erstreckend anzuordnen ist.
Rotorbremse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Vorspannelement (10) aufweist, gegen dessen Vorspannkraft zumindest die Trommel (8) im nicht blockierten Zustand in axialer Richtung (A) verschiebbar ist.
Rotorbremse nach einem der Ansprüche 1, 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorbremsen-Deaktivierungseinrichtung eine rotordrehzahlgesteuerte Zusatzsicherung (8c, 15a) aufweist, welche die Rotorbremse bei einer Fehlfunktion des Bremsaktuators (4) oder einem Überwinden der blockierenden Funktion der Fliehkraftkupplung (K) ab der vorbestimmten ersten Rotorwellendrehzahl deaktiviert und die Axialbeweglichkeit der Trommel (8) blockiert und ab der vorbestimmten zweiten, niedrigeren Drehzahl die Axialbeweglichkeit der Trommel (8) wieder freigibt.
Rotorbremse nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (8) eine Abweisungseinrichtung (8c) für die Fliehkraftkupplung (K) besitzt, welche, ausgehend von einem Zustand, in dem die Trägereinrichtung (T) mit ihrem Bremskraftübertragungselement (3) im Stillstand des Rotors relativ zum Bremskraft-Aufnahmeelement (1) bewegt ist und eine Bremswirkung ausübt, die Fliehkraftkupplung (K) beim Hochfahren des Rotors von der Trommel (8) abweist und einen Eingriff und ein Einkuppeln in die Trommel (8) verhindert und dadurch sicherstellt, dass die Trägereinrichtung (T) zurückbewegt und die Bremswirkung aufgehoben werden kann.
Rotorbremse nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorbremse mit wenigstens einem Rotor eines Drehflügelflugzeugs, insbesondere eines Hubschraubers, verbunden ist.