DE1954062A1 - Propellerblatt und Verfahren fuer seine Herstellung - Google Patents

Description

DR. KURT-RUDOLF EIKENBERG PATENTANWALT SCHACKtTIIAtSI 1 · TILEPON (Oiti) ·1«0·· · KAiEL PATEMTIOH HAHHOVIB

Hawker Siddeley Dynamics Ltd. 240/446

Propellerblatt und Verfahren für seine Herstellung

Zum Erzielen ausreichender Antriebsschübe insbesondere für zukünftige, amphibische Luftkissenfahrzeuge werden Propeller von größerem Durchmesser benötigt, als sie momentan für irgendwelche Zwecke gebraucht werden. Um bei solchen Propellern ein zu großes Gewicht und zu große Trägheitsmomente zu vermeiden, ist es sehr erstrebenswert, eine Propellerblattkonstruktion zu verwenden, die günstiger ist als die bisherigen massiven, aus Aluminiumlegierung hergestellten Propellerblätter.

Erfindungsgemäß wird deshalb ein Propellerblatt vorgeschlagen, das aus einer zumindest teilweise mit einem faserfc5rmigen Material mit hohem Modul, wie beispielsweise mit Koh-

lenstoffasern verstärkten Kunststoffkonstruktion besteht.

Ein auf diese Art und Weise ausgebildetes Propelleriblatt genießt folgende Vorteile: !

1. Die Propellergewichte und die Trägheitsmomente ; werden sehr stark auf weniger als 1/3 der für j

einen äquivalenten Propeller mit massiven AlIu- ; miniumblättern geltenden Werte oder auf die Hälfte j des Gewichtes eines äquivalenten Propellers, des- i sen Blätter aus Alluminium und Fiberglas zusammengesetzt sind, reduziert. I

2. Die Propellerblätter können in zufriedenstellender ; Weise viel breiter, als bisher gemacht werden. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, den Geräusch- i spiegel aufgrund der gleichmäßigeren Verteilung i der aerodynamischen Belastung solcher Propeller- * |

blätter, zu senken. . j

3. Der hohe Elastizitätsmodul und die geringe Dichte
der Kohlenstoffasern erhöht die natürlichen Fre quenzen der Propellerblätter, so daß die Resonanzprobleme beseitigt werden, die im Moment noch bei
Propellern für Luftkissenfahrzeuge vorhanden sind. '.

k. Das günstigere Material und der Aufbau der Propeller- ^; blätter machen die Konstruktion von viel größeren _; Propellern möglich, als dieses bei der Verwendung
von Metall oder von Metall und Fiberglas erreicht : werden kann.

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Durch die Erfindung wird es möglich sein, Propeller bis zu einem Durchmesser von 15 m mit einer statischen Druckkraft von 36 000 Kg pro Einheit herzustellen. Dadurch werden auch die Anforderungen für die größten in der Zukunft vorgesehenen Luftkissenfahrzeuge erfüllt, wobei diesen großen Fahrzeugen, die bisher häufig nur als Seefahrzeuge angesehen worden sind, amphibische Eigenschaften erteilt werden können.

Die Herstellung einer Form eines erfindungsgemäßen Propellerblattes ist anhand der Zeichnungen beschrieben worden. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine räumliche Darstellung eines erfinungsgentfßen Propellerblattes, wobei Teile des Blattes der besseren Übersicht wegen weggeschnitten gezeigt sind,

Fig. 2 eine räumliche Darstellung eines Formblockes, der zur Herstellung des Propellerblattes benutzt werden kann, und

Fig.'3 eine räumliche Ansicht eines Teils eines erfindungsgenrißen Propellerblattes während seiner Herstellung.

Das in Fig. 1 dargestellte Propellerblatt besitzt einen tragenden Holm 11 aus hochfestem Material, der von einer wenig beanspruchten Außenhaut 12 umgeben ist. Diese Konstruktion

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bietet die folgenden Vorteile:

1. Der tragende Holm, der notwendigerweise aus teurem, wertvollem Material bestehen muß, wird vor OberflKchenzerstörungen geschützt und besitzt deshalb eine lange, bestimmbare Dauerfestigkeit.

2. Die wenig beanspruchte Außenhaut kann aus einem relativ billigen Material hergestellt werden, indem einfache Herstellungsverfahren"angewandt werden, die keine hohen Maschinen- und Werkzeugkosten erfordern.

• 3· Umfassende Reparaturen der Außenhaut können mit nur einer einfachen Orundausrüstung durchgeführt werden.

4. Die aerodynamische Gestaltung der Außenhaut ist j leicht zu modifizieren, so daß die Form des Pro-.

pellers leicht den verschiedenen Erfordernissen

bei unterschiedlicher Anwendung angepaßt werden

kann.

Im Gegensatz hierzu können diese Eigenschaften nicht im gleichen Maße mit Propellerblättern erreicht werden, die in Schalenbauweise hergestellt sind oder die eine kompliziertere innere Struktur von der Art besitzen, die bei

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Helikopterrotoren Anwendung findet.

Das vorgeschlagene Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäßen Propellerblätter erfordert die Herstellung einer in Pig. 2 gezeigten Form, deren äußere Form 13 der inneren Kontur einer Hälfte des fertigen Propellerblattes entspricht. Kohlenstoffasern von ungefähr Im Länge werden in die Kanäle 14 der Form gelegt, so daß sie sich in geeigneter Weise überlappen. Daraufhin werden sie mit Epoxy-Harz getränkt. Danach werden weitere Fasern in die Kanäle und über die zentrale Wölbung 15 der Form gelegt, bis die Menge der Kohlenstoffasern und des Harzes nach dem Zusammendrücken gerade ausreicht, um die obere Oberfläche der Form in eine glatte stromlinienförmige Form zu bringen, die sich dem äußeren bogenförmigen Oberflächen 1-6 der Form anpaßt. An dem äußeren Endschaft 17 der Form werden die Kbhlenstoffasern zu diesem Zeitpunkt noch nicht mit Harz getränkt. Sie bleiben zu diesem Zeitpunkt noch trocken und ragen aus der Form heraus.

Nunmehr werden Lagen von Glaswolle mit Harz getränkt und über die Form gelegt, so daß sie die Oberflächen 16 aber nicht den Endschaft 17 -bedecken. Auf diese Weise wird die Außenhaut des Propellerblattes gebildet. Wenn genügend Lagen auf der Form aufgelegt worden sind, wird das Ganze durch Vakuum zusammengedrückt. Das irr den Blatthälften vorhandene Harz wird daraufhin teilweise durch Erhitzen in einem Ofen ausgehärtet, so daß das entstehende Propellerblatt ausreichend steif ist, um aus der Form entnommen werden zu können.

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Danach wird in gleicher Weise die andere Blatth^Klfte hergestellt. Die beiden Blatthälften werden daraufhin

an der Oberfläche 18 (Fig. l) mittels eines. Epoxy-Harz-Kletoers j miteinander verbunden.

Die herausragend.en Enden 19 der trockenen Kohlen- ;

stoffasern von beiden Hälften des Propellerblattes werden ;

nun mit Harz getränkt und zwischen zwei Formteilen 20 und 21 !

wie in Fig. 35 gezeigt zusammengedrückt, so daß eine mit einem j

Plansch versehene Blattwurzel 22 entsteht, deren Plansch dem j

Befestigungsflansch gleicht, der an massiven Alluminiumpro- !

pellerblättern vorgesehen ist. Der Laufring 23, über den eine \

variable Blattsteigungslagerung erfolgen kann, wird über die

Kohlenstoffasern herübergeschoben, bevor der Flansch 24 ge- ^;

formt wird. Zum Schluß werden die überschüssigen Längen der i

Kohlenstoffasern abgeschnitten und die gesamten Blätter er_r !

hitzt, bis das Harz völlig ausgehärtet ist. :

Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem beschrie- j benen Herstellungsverfahren die kritische Blattwurzelregion i des Propellerblattes als ein homogenes Stück hergestellt wird
und daß die Verbindungslinie, entlang der die beiden Holmhälften miteinander verbunden werden, so gelegt werden kann, daß \ sie in der neutralen Faser liegt. Hierdurch werden große Be- ; anspruchungen in der Klebemittelschicht verhindert.

- Ansprüche -

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Claims (1)

1. - 7 Ansprüche

   1. Propellerblatt, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer zumindest teilweise mit einem faserförmigen Material mit hohen Modul wie beispielsweise mit Kohlenstoffasern verstärkten Kunststoffkonstruktion besteht.

   2. Propellerblatt nach Anspruch 1, gekennzeichnet duroh mindestens einen längsverlaufenden, tragenden Holm 11 aus Material hoher Festigkeit, der in eine einteilige, wenig beanspruchte Außenhaut {12) eingehüllt ist.

   J. Propellerblatt nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei individuell geformte Blatthälften, deren jede aus mindestens einer Holmhälfte und einer einteiligen Außenhauthälfte besteht, wobei die beiden Blatthälften miteinander verbunden sind und eine geneinsame, nach dem Verbinden geformte Blattwurzel (22) besitzen.

   %· Propellerblatt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsebene beider Blatthälften die neutrale Faser des Propellerblattes enthält.

   5, Verfahren zur Herstellung eines Propellerblattes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst zwei getrennte Blatthälften aus mit durch lHngs ausgerichtete Fasern mit hohem Modul, wie beispielsweise Kohlenstoffasern , verstärktem Kunstharzmaterial hergestellt werden* die dann miteinander verbunden werden und danach eine Blattwurzel (22) in einem weiteren Arbeitsgang angeformt wird.

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   6f Verfahren nach Anspruch 5# dadurch gekennzeichnet, daß jede Blatthälfte auf einer Form geformt .wird, deren äußere Form (15) der inneren Form einer Blattthälfte entspricht, Verstärkungsfasern mit hohem Modul und Kunstharz in Längskanäle (i4) der Form angeordnet werden, so daß längsverlaufende Holmhälften entstehen,und kura tharzgetränktes Veraltärkungsmaterial über die konvexen Oberflächen der Form gelegt wird so daß eine beschichtete und mit den Holmhälften eine Einheit bildende Außenhauthälfte entsteht.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Blatthälfte zwei Holmhälften umfaßt, die miteinander durch eine Brücke aus Fasern mit hohem Modul und Kunststoff verbunden sind, die auf eine zentrale Wölbung der Form zwischen den Kanälen gelegt ist, wobei die niateri al verstärkte Außenhaut« halfte über diese Brücke gelegt ist.

   8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7» daduroh gekennzeichnet, daß während des Formens und Verbindens der Blatthälften längsausgfcrichtete Verstärkungsfasern mit hohem Modul am Schaftende des Blattes herausragen und zur Verstärkung des Schaftendes und der Blattwurzel (22) während des nachfolgenden Formarbeitsganges dienen wobei nach diesem Arbeitsgang die überschüssigen Längen der Fasern abgeschnitten werden.

   •9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laufring (25) für eine variable Blattsteigungslagerung über die herausragenden Fasern geschoben und ausgerichtet wird, bevor der Endschaft und die Blattwurzel geformt werden.

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