DE112006003836T5

DE112006003836T5 - Reibungsarmer Kugelseparator für Propellerblatt-Kugellager

Info

Publication number: DE112006003836T5
Application number: DE112006003836T
Authority: DE
Inventors: Paul Westfield Carvalho; Aron T. Granby Nardi; Robert W. Enfield PRUDEN; Noah M. Wethersfield Toth
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2009-02-19
Also published as: GB2448649A; WO2007136367A1; GB0815240D0; GB2448649B

Abstract

Propeller, aufweisend:
eine Propellernabe, die wenigstens eine Öffnung sowie ein in der wenigstens einen Öffnung aufgenommenes Blatt aufweist;
wobei die Nabe wenigstens eine Nut aufweist und wobei das Blatt wenigstens eine Nut aufweist, die der Nut der Nabe in Verbindung zugeordnet ist, und wobei eine Mehrzahl von Kugelkörpern in den einander zugeordneten Nuten der Nabe und des Blatts angebracht sind, wobei die Mehrzahl von Kugelkörpern an einem Kugelseparator angebracht ist, wobei der Kugelseparator Verbindungsglieder und eine Mehrzahl von Taschen aufweist, die zwischen einander benachbarten der Kugelkörper angeordnet sind, wobei die Taschen eine Oberfläche zum Abstützen der Kugelkörper aufweisen, wobei die Oberfläche wenigstens zwei Bereiche aufweist, die von einem Mittelpunkt eines zugeordneten Kugelkörpers unterschiedliche Abstände haben, wobei ein erster Bereich einen derartigen Abstand hat, dass er in enger Berührung mit dem Kugelkörper steht, und ein zweiter Bereich einen größeren Abstand von dem Mittelpunkt hat.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen verbesserten Kugelseparator zum Anbringen von Kugellagern bzw. Kugelkörpern in Nabennuten einer Propellernabe, an der ein Propellerblatt angebracht ist. Die Taschen im Inneren des Kugelseparators sind auf mindestens zwei Radien ausgebildet, so dass eine Oberfläche mit den Kugellagern bzw. Kugelkörpern in Kontakt steht und eine weitere Oberfläche von den Kugelkörpern eng beabstandet ist.
Propellernaben weisen eine Mehrzahl von Öffnungen auf, die jeweils ein Propellerblatt aufnehmen. Eine typische Art und Weise zum Befestigen eines Blatts an der Nabe besteht in der Verwendung von einer Reihe von Kugelkörpern, die in komplementären Nuten in der Nabe und dem Blatt angebracht werden. Typischerweise erlaubt eine Öffnung in der Nabe die Passage der Kugelkörper in die komplementären Nuten hinein. Das Blatt wird dann mittels einer Art Verriegelungs- oder Abstützring in seiner Position verriegelt.
Ein Typ einer solchen Anordnung gemäß dem Stand der Technik verwendet eine Länge eines Kugelseparatormaterials, das gelegentlich als Kette bezeichnet wird, zum Separieren und Anbringen einer Mehrzahl von Kugelkörpern. Die Kugelkörper können dann durch die Öffnung in der Nabe in die Nut eingesetzt werden, und zwar in Form einer Reihe mit der Länge des Kugelseparators. Der Kugelseparator beinhaltet Verbindungsglieder, die einander benachbarte Kugelseparatortaschen miteinander verbinden. Die Kugeln sitzen zwischen diesen Taschen. Die Kugelseparatoren beim Stand der Technik weisen Taschen auf, die über den gesamten Bereich des Kugelseparators eng an die äußere Oberfläche der Kugelkörper angepasst sind.
Ein bei dieser Ausbildung auftretendes Problem besteht darin, dass beim Anbringen der Kugelseparatorlänge in der Nut durch die Öffnung hindurch die Kugelseparatorlänge mit einer umgekehrten Krümmung gebogen wird. Bei frühen Kugelseparatoren kam es gelegentlich zu einem Herausfallen der Kugeln in einer derartigen Orientierung. Daher weisen derzeitige Kugelseparatoren Taschen mit einer Formgebung auf, die über einen relativ großen Winkelbereich eng an die Formgebung einer Kugel angepasst ist.
Dies führt zu einigen unerwünschten Resultaten. Als erstes ist die Reibung zwischen den Kugelseparatoren und den Kugeln relativ hoch, da sie über einen solchen großen Bereich stattfindet. Da die Taschen eng an den Außenumfang der Kugelkörper angepasst sind, ist es ferner für das Schmieröl schwierig, den Bereich zwischen den Kugelkörpern und den Kugelseparatortaschen zu erreichen.
Das Material, das zum Herstellen der Kugelseparatoren des Standes der Technik verwendet wird, besitzt einige unerwünschte Eigenschaften. Beim Stand der Technik wurde Nylon 6/6 mit 0,5 bis 6,5% Molybdändisulfid verwendet. Diese Zusatz- und Materialkombination hat möglicherweise zum Auftreten von einigen unerwünschten Stick-Slip-Effekten bzw. Ruckgleiten geführt. Ein Beispiel für das Material des Standes der Technik ist unter der Handelsbezeichnung Nylatron GS erhältlich.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Bei einem offenbarten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Taschen innerhalb eines Kugelseparators derart ausgebildet, dass sie mindestens zwei Oberflächen aufweisen. Eine erste, zentralere Oberfläche ist an dem Außenumfang der Kugelkörper eng angepasst und sorgt für Führung und Unterstützung der Kugelkörper. Eine zweite Oberfläche, die bei einem offenbarten Ausführungsbeispiel die erste Oberfläche umgibt, ist von den Kugelkörpern geringfügig beabstandet. Diese zweite Oberfläche verhindert ein Herausfallen der Kugelkörper aus dem Kugelseparator oder der Kette, wenn dieser bzw. diese in die Nuten hinein bewegt wird (d. h. sich in einer Orientierung mit umgekehrter bzw. invertierter Krümmung befindet). Dennoch führt die beabstandete Oberfläche nicht zum Auftreten der im Stand der Technik vorhandenen hohen Reibung, wobei sie ferner einen Freiraum für die Zirkulation von Schmieröl schafft.
Bei den offenbarten Ausführungsbeispielen der Erfindung weist die Tasche zwei Oberflächen auf, wobei die enger angepasste Oberfläche sich auf einem Radius von 0,6915 Inch (ca. 17,57 mm) befindet und sich die weiter beabstandete Oberfläche auf einem Radius von 0,7115 Inch (ca. 18,07 mm) befindet. Das heißt, das Ausmaß an Freiraum liegt in der Größenordnung von 0,02 Inch (ca. 0,5 mm). Der relativ kleine zusätzliche Freiraum bzw. Zwischenraum schafft Vorteile beim Reduzieren der Reibung und beim Verbessern der Ölzirkulation. Selbstverständlich liegen auch andere Freiraummaße im Umfang der vorliegenden Erfindung. Der Freiraum ist vorzugsweise ausreichend zum Schaffen des vorstehend genannten Vorteils, jedoch immer noch klein genug, damit er das Kugelrückhaltemerkmal schaffen kann.
Bei einem offenbarten Ausführungsbeispiel liefert ein zur Verwendung bei der vorliegenden Anmeldung entwickeltes Material Vorteile. Im Spezielleren handelt es sich bei dem Material um ein Nylon 6/6 verstärkt mit PTFE und einem fluorierten Schmieröl.
Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind am besten aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen zu verstehen, die im Folgenden kurz umrissen werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine partielle Darstellung einer Propellernabe und eines Blatts;
2 eine Darstellung eines Montageschrittes bei der Befestigung des Blatts in der Nabe;
3 eine weitere Darstellung des Montageschrittes;
4 eine Darstellung eines Kugelseparators gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 eine Darstellung eines Bereichs des Kugelseparators gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 eine Seitenansicht eines Bereichs des Kugelseparators gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 eine Darstellung des gesamten Kugelseparators gemäß der vorliegenden Erfindung; und
8 eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Ein Propellerbefestigungssystem 20 ist in 1 dargestellt. In bekannter Weise weist eine Nabe 22 eine Öffnung 23 zum Aufnehmen eines Blatts 24 auf. Wie bekannt ist, dreht sich die Nabe 22 in Wirklichkeit um eine Achse, die zu einer zentralen Achse des Blatts 24 im Wesentlichen rechtwinklig ist. Eine Mehrzahl von Blättern 24 ist an der Nabe 22 befestigt und dabei umfangsmäßig um die Rotationsachse A beabstandet. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Rotationsachse A in Wirklichkeit weiter von dem Blatt 24 beabstandet ist als dies dargestellt ist. Die Rotationsachse A ist in 1 einfach für Orientierungszwecke enthalten.
Ein Abstützring 25 verriegelt das Blatt 24 mit der Nabe 22. Wie gezeigt ist, stehen Nuten 26 und 30 in der Nabe 22 in Verbindung mit Nuten 28 und 32 in dem Blatt 24 und nehmen Kugellager bzw. Kugelkörper 34 auf. Die Kugelkörper 34 stützen das Blatt 24 innerhalb der Nabe 22 ab und verriegeln es mit dieser.
Wie in 2 gezeigt ist, erlauben Öffnungen 38 in der Nabe 22 eine Bewegung der Kugelkörper in Form einer montierten bzw. zusammenhängenden Reihe 40 in die Nuten 30–32 und 26–28 hinein. Die Kugeln 34 beinhalten einen Kugelseparator 42, an dem alle der Kugeln angebracht sind und damit ein einziges Element bilden, das gelegentlich als Kette bezeichnet wird.
Wenn in der in 3 darstellten Weise die Kette 40 in die Öffnung 38 hinein bewegt wird, muss sie sich manchmal in einer umgekehrten bzw. invertierten Kurvenorientierung biegen. Diese Orientierung könnte dazu führen, dass die Kugeln 34 den Separator 42 verlassen, wenn der Separator keine Abstützflächen hätte, die sich über einen relativ großen Winkelbereich erstrecken. Wie im Stand der Technik erwähnt ist, führte diese relativ große Abstützfläche zu unerwünscht hoher Reibung.
4 zeigt einen Bereich des erfindungsgemäßen Kugelseparators 42 und der Kette 40. Wie gezeigt ist, verbindet ein Verbindungsglied 43 Taschen 44. Die Kugeln 34 sind zwischen den Taschen 44 angebracht. Es sind diese Taschen 44, die sich über einen relativ großen Winkelbereich erstrecken müssen, um ein Austreten der Kugeln aus dem Kugelseparator 42 bei Anordnung mit umgekehrter Winkelorientierung zu verhindern.
5 veranschaulicht zwei Taschen 44, die eine Kugel 34 aufnehmen. Wie gezeigt ist, ist eine erste Oberfläche 46 in enger Berührung mit der äußeren Oberfläche der Kugel 34. Eine zweite Oberfläche 48 ist mit einer geringfügig kleineren Distanz von der Kugel 34 beabstandet. Diese größere Distanz ist klein und liegt bei einem Ausführungsbeispiel in der Größenordnung von 0,02 Inch (ca. 0,5 mm).
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser der Kugelkörper 0,6875 Inch (ca. 17,46 mm). Der Durchmesser der ersten Oberfläche der Tasche beträgt 0,6915 Inch (ca. 17,57 mm), und der Durchmesser der lose sitzenden zweiten Oberfläche der Tasche beträgt 0,7115 Inch (ca. 18,07 mm). Die Stufe zwischen den beiden Oberflächen beträgt somit 0,02 Inch (ca. 0,5 mm), wie dies vorstehend erwähnt wurde. Der Durchmesser der zweiten Oberfläche ist ca. 3,5% größer als ein Kugelkörper. Es gibt eine maximale Grenze hinsichtlich der Größe, um die die zweite Oberfläche relativ zu den Kugelkörpern größer sein kann, um immer noch die Rückhaltefunktion zu zei gen. Die exakten Abmessungen variieren in Abhängigkeit von der Geometrie der Nabe, der Größe der Kugel usw. Im Allgemeinen ist man der Ansicht, dass die zweite Oberfläche der Tasche keinen Durchmesser aufweisen sollte, der mehr als 10% größer ist als der Durchmesser der Kugelkörper.
Die größere Beabstandung der Oberfläche 48 schafft einen Freiraum, der Schmieröl das Erreichen der Oberflächen der Kugel 34 und der Taschen 44 ermöglicht. Indem die Oberfläche 48 weiter von der Kugel 34 beabstandet ist, wird ferner das Ausmaß an Reibung zwischen der Kugel 34 und den Taschen 44 reduziert. Andererseits ist immer noch der Winkelbereich der gesamten Oberfläche gegeben, um ein Austreten der Kugel aus dem Separator 42 bei Anordnung in einer umgekehrten Orientierung zu verhindern.
6 veranschaulicht ein Verbindungsglied 43 sowie eine innere Oberfläche eines Bereichs 44. Wie gezeigt ist, kann ein eng beabstandeter Bereich 46 im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet sein und sich in einem zentralen Teil der Tasche 44 befinden, während die Oberfläche 48 um diesen Bereich 46 herum ausgebildet ist.
7 zeigt den gesamten Kugelseparator 42. Zwei Enden 100 liegen typischer weise aneinander an, wenn der gesamte Kugelseparator 42 in einer Propellernabe angebracht ist.
Die vorliegende Erfindung verwendet vorzugsweise ein Kunststoffmaterial zum Bilden des Kugelseparators. Ein Ausführungsbeispiel verwendete Nylon 6/6 (Polyiminoadipoyl-Iminohexamethylen) verstärkt mit PTFE (Polytetrafluorethylen) sowie einem fluorierten Schmieröl, wie z. B. Perfluorpolyetheröle oder Fluoroguard^®, bis zu einem kombinierten Zusatzniveau von insgesamt 6 bis 12 Gew.-%. Selbstverständlich können auch andere Materialien verwendet werden.
Hinsichtlich dieses speziellen Materials hat sich herausgestellt, dass es wertvolle Vorteile bei der vorliegenden Anwendung hat. Die bisher verwendeten Materialien lieferten gute Reibungseigenschaften, zeigten jedoch gewisse Stick-Slip-Probleme. Die vorliegende Erfindung, die ein Nylon 6/6-Material verstärkt mit PTFE und einem fluorierten Schmieröl verwendet, schafft ein Material mit minimalen Stick-Slip-Problemen, während es dennoch den bevorzugten Nylon 6/6-Basispolymer beibehält. Die vorliegende Erfindung schafft somit ein Produkt, das gute Kompressionsfestigkeit, Flexibilität und Kriechfestigkeit besitzt, während die Kosten immer noch minimiert sind. Im Allgemeinen wäre es wünschenswert, mehr PTFE zu verwenden, jedoch sind diese Materialien recht teuer.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 8 veranschaulicht. Darin ist eine Kugelseparatortasche 150 dargestellt, die eine lose sitzende Oberfläche 152 und eine enger sitzende Oberfläche 154 aufweist. Die enger sitzende Oberfläche 154 kann vollständig aus einem PTFE-Einsatz gebildet werden, während der Rest der Tasche aus Nylon 6/6 gebildet werden kann.
Es sind zwar bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, jedoch ist für einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet erkennbar, dass gewisse Modifikationen im Umfang der vorliegenden Erfindung möglich sind. Aus diesem Grund sind die nachfolgenden Ansprüche für die Bestimmung des wahren Umfangs und Gehalts der vorliegenden Erfindung heranzuziehen.
Zusammenfassung
Ein Kugelseparator wird dafür verwendet, eine Mehrzahl von Kugelkörpern anzubringen und in komplementäre Nuten in einer Propellernabe sowie in einem Propellerblatt einzusetzen. Der Kugelseparator weist einen Verbindungsgliedbereich auf, der eine Mehrzahl von Taschen verbindet. Die Taschen stützen einander benachbarte Kugelkörper ab. Die Taschen weisen eine Oberfläche auf, die wenistens zwei unterschiedliche Oberflächenbereiche hat. Ein zentraler Oberflächenbereich ist an den Außenumfang der Kugelkörper eng angepasst, während ein zweiter Bereich, der um den ersten Bereich herum ausgebildet ist, um einen geringfügig größeren Betrag beabstandet ist. Der zweite Bereich befindet sich nicht in Kontakt mit einem Kugelkörper, so dass Reibung reduziert ist und ein Freiraum für die Zirkulation von Öl geschaffen ist. Andererseits schafft der zweite Bereich dennoch eine Abstützwirkung zum Halten der Kugelkörper innerhalb des Kugelseparators, wenn der Kugelseparator in die Nuten eingesetzt oder aus diesen entfernt wird. Weiterhin wird ein Material zum Bilden des Kugelseparators entwickelt, wobei das Material Stick-Slip-Probleme minimiert. Bei dem Material handelt es sich um ein Nylon 6/6 verstärkt mit PTFE und ein fluorierten Schmieröl bis zu einem kombinierten Zusatzniveau von insgesamt 6 bis 12 Gew.-%.

Claims

Propeller, aufweisend: eine Propellernabe, die wenigstens eine Öffnung sowie ein in der wenigstens einen Öffnung aufgenommenes Blatt aufweist; wobei die Nabe wenigstens eine Nut aufweist und wobei das Blatt wenigstens eine Nut aufweist, die der Nut der Nabe in Verbindung zugeordnet ist, und wobei eine Mehrzahl von Kugelkörpern in den einander zugeordneten Nuten der Nabe und des Blatts angebracht sind, wobei die Mehrzahl von Kugelkörpern an einem Kugelseparator angebracht ist, wobei der Kugelseparator Verbindungsglieder und eine Mehrzahl von Taschen aufweist, die zwischen einander benachbarten der Kugelkörper angeordnet sind, wobei die Taschen eine Oberfläche zum Abstützen der Kugelkörper aufweisen, wobei die Oberfläche wenigstens zwei Bereiche aufweist, die von einem Mittelpunkt eines zugeordneten Kugelkörpers unterschiedliche Abstände haben, wobei ein erster Bereich einen derartigen Abstand hat, dass er in enger Berührung mit dem Kugelkörper steht, und ein zweiter Bereich einen größeren Abstand von dem Mittelpunkt hat.
Propeller nach Anspruch 1, wobei die Taschen aus einem Nylon 6/6-Polymer mit zugesetztem PTFE sowie einem fluorierten Schmieröl gebildet sind.
Propeller nach Anspruch 2, wobei das kombinierte Zusatzniveau insgesamt 6 bis 12 Gew.-% beträgt.
Propeller nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich um den ersten Bereich herum ausgebildet ist.
Propeller nach Anspruch 1, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich im Wesentlichen kreisförmig sind.
Propeller nach Anspruch 1, wobei die Kugelkörper einen Durchmesser aufweisen und wobei der zweite Bereich von dem Mittelpunkt durchmessermäßig beabstandet ist, wobei der Durchmesser des zweiten Bereichs nicht größer ist als 110% des Durchmessers der Kugelkörper.
Propeller nach Anspruch 1, wobei der erste Bereich aus einem anderen Material als der zweite Bereich gebildet ist.
Kette zur Verwendung bei einem Propellernaben- und Blattbefestigungssystem, aufweisend: einen Kugelseparator, an dem eine Mehrzahl von Kugelkörpern angebracht ist, wobei der Kugelseparator Verbindungsglieder und eine Mehrzahl von Taschen aufweist, die zwischen einander benachbarten der Kugelkörper angeordnet sind, wobei die Taschen eine Oberfläche zum Abstützen der Kugelkörper aufweisen, wobei die Oberfläche wenigstens zwei Bereiche aufweist, die von einem Mittelpunkt eines zugeordneten Kugelkörpers unterschiedliche Abstände haben, wobei ein erster Bereich einen derartigen Abstand hat, dass er in enger Berührung mit dem Kugelkörper steht, und ein zweiter Bereich einen größeren Abstand von dem Mittelpunkt hat.
Kette nach Anspruch 1, wobei die Taschen aus einem Nylon 6/6-Polymer mit zugesetztem PTFE sowie einem fluorierten Schmieröl gebildet sind.
Kette nach Anspruch 2, wobei das kombinierte Zusatzniveau insgesamt 6 bis 12 Gew.-% beträgt.
Kette nach Anspruch 8, wobei der zweite Bereich um den ersten Bereich herum ausgebildet ist.
Kette nach Anspruch 8, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich im Wesentlichen kreisförmig sind.
Kette nach Anspruch 8, wobei die Kugelkörper einen Durchmesser aufweisen und wobei der zweite Bereich von dem Mittelpunkt durchmessermäßig beabstandet ist, wobei der Durchmesser des zweiten Bereichs nicht größer ist als 110% des Durchmessers der Kugelkörper.
Propeller nach Anspruch 8, wobei der erste Bereich aus einem anderen Material als der zweite Bereich gebildet ist.
Kette zur Verwendung bei einem Propellernaben- und Blattbefestigungssystem, aufweisend: einen Kugelseparator, an dem eine Mehrzahl von Kugelkörpern angebracht ist, wobei der Kugelseparator Verbindungsglieder und eine Mehrzahl von Taschen aufweist, die zwischen einander benachbarten der Kugelkörper angeordnet sind, wobei die Taschen eine Oberfläche zum Abstützen der Kugelkörper aufweisen; und wobei der Kugelseparator wenigstens einen Bereich aufweist, der aus Nylon 6/6-Polymer mit zugesetztem PTFE sowie einem fluorierten Schmieröl gebildet ist, wobei ein kombiniertes Zusatzniveau insgesamt 6–12 Gew.-% beträgt.