DE19944412C2 - Hohlwelle als Rotormast eines Hubschraubers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle als Rotormast eines Drehflüglers. Die Hohlwelle ist mit einem Antrieb verbunden und dient einer Kraftübertragung vom Antrieb zu den Rotorblättern.

Der Antrieb besteht beispielsweise aus einem Motor oder einem Triebwerk, welches über ein Getriebe mit der Hohlwelle verbunden ist. Die Rotorblätter können beispielsweise direkt an einer Nabe der Hohlwelle oder über ein Kraftübertragungsmittel mit der Nabe der Hohlwelle verbunden sein. Die Hohlwelle dient der Kraftübertragung vom Antrieb zu den Rotorblättern und ist somit starken dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt. Es machen sich Inspektionen der Hohlwelle erforderlich.

Die DE 26 43 826 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige von Rissen in Blättern von Hubschrauberrotoren. Dabei werden Rotorblätter mit einem inneren Hohlraum eingesetzt. Um eine Rissanzeige zu ermöglichen ist auf dem Rotorblatt ein Drucksensor befestigt der mit einer Anzeigevorrichtung in Verbindung steht. Nachteilig ist, dass der Drucksensor eine zusätzliche Bohrung im Rotorblatt erfordert. Eine solche Bohrung ist eine Störquelle in der dynamisch äußerst beanspruchten Struktur des Rotorblattes.

Die DE 37 26 069 A1 betrifft eine Rahmenkonstruktion für Fahrzeuge oder dergleichen. Dieses Dokument lehrt eine oder mehrere Kammern der Rahmenkonstruktion mit einem gasförmigen Medium füllbar zu machen und mit einem Ventil zu versehen. Damit sei eine Kontrollmöglichkeit gegenüber Metallmüdigkeit oder Haarrissen möglich. Die bekannte technische Lösung hat den Nachteil, dass beim Einsatz in Drehflüglern während des Fluges keine Kontrollmöglichkeit existiert. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die Rahmenkonstruktion keine Sensorik integriert hat, sondern diese extern bereitgestellt werden müsste.

Eine permanente Überwachung der Hohlwelle während des Flugbetriebes ist bei den auf dem Markt vorhandenen Hubschraubertypen nicht bekannt geworden.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer rotierenden Hohlwelle als Rotormast eines Hubschraubers während des Flugbetriebes auftretende Ermüdungsrisse erkennbar und anzeigbar zu machen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Wellenhohlraum eine Vorrichtung zum Auffinden von Rissen in der Hohlwelle angeordnet ist, die mindestens zwei Dichtmittel hat zur Abdichtung des Wellenhohlraums gegenüber der Atmosphäre und der abgedichtete Wellenhohlraum mit einem Gasüberdruck gegenüber der Atmosphäre einstellbar ist und im abgedichteten Wellenhohlraum eine Gasdruckänderung mittels Gasdrucksensor füllbar ist und die Gasdruckänderung als Signal vom Sensor an einer Auswerte- und Anzeigeeinrichtung lieferbar ist. Damit wird erreicht, daß die Aufgabe nach der Erfindung lösbar ist. Die Erfindung ermöglicht eine leichte und schnelle Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor Ort, ohne aufwendiges Spezialwerkzeug. Damit ist ein kostengünstiges Nachrüsten bestehender Hubschrauber möglich, ohne bisher zeit- und kostenaufwendige Demontage des Rotormastes zwecks Inspektion. Bei der Erfindung bestehen keine Dichtungsprobleme infolge von Toleranzen in der Mittelbohrung der Hohlwelle. Die Erfindung ermöglicht eine volle Ausnutzung der Lebensdauer der Hohlwelle und ist gleichzeitig ein Beitrag zu Erhöhung der Flugsicherheit.

Das Dichtmittel wird von einer Felge und einem auf der Felge angeordneten Schlauchring gebildet. Die Felge bildet eine Kammer, die von den Felgenwänden und dem Schlauchring gebildet wird. Die Kammer der Felge ist mit dem Innenraum des Schlauchrings verbunden. Die Kammern können mittels Zentrierrohr miteinander verbunden sein. Damit wird das Positionieren der Dichtmittel in der Hohlwelle erleichtert. Eine der Kammern hat ein Ventil, welches mit einer Gasdruckerzeugungsanlage verbunden ist. Diese Kammer nimmt zugleich einen Durchgangskanal auf, der mittels anderem Ventil ebenfalls mit der Gasdruckerzeugungsanlage verbunden ist. Der Durchgangskanal ermöglicht eine separate Verbindung zum Überwachungsraum der Hohlwelle.

Als Gas zum Aufblasen der Schlauchringe wird vorzugsweise Stickstoff verwendet, während der Überwachungsraum vorzugsweise Luft als Gas verwendet. Die Dichtmittel sind in Abhängigkeit des Durchmessers der Mittelbohrung (entspricht dem Innendurchmesser der Hohlwelle) radial gegenüber der Hohlraumwandung abdichtend einstellbar.

Es wäre auch eine Vorrichtung ohne Zentrierrohr denkbar. Dann müßten jedoch beide Dichtmittel zwecks Dichtung separat durch die Gasdruckerzeugungsanlage mit Gas gefüllt werden. Das würde erfordern, daß beide Dichtmittel einen Ventilanschluß zum Aufblasen des Schlauchrings besitzen, wobei eines der Dichtmittel den Durchgangskanal mit Ventil aufnehmen müßte.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispiels mit Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 schematische Darstellung des Rotormastes eines Hubschraubers,

Fig. 2 schematische Darstellung zur erfindungsgemäßen Vorrichtung im Rotormast

Die Erfindung wird am Beispiel eines Hubschraubers erläutert. Der Hubschrauber (nicht dargestellt) besitzt einen zur Hohlwelle 1 (siehe Fig. 1) ausgebildeten Rotormast des Hauptrotors. Das untere Ende der Hohlwelle 1 ist auf bekannte Art und Weise mit dem Antrieb des Hubschraubers verbunden. Am Schaft der Hohlwelle 1 sind Anlageflächen 2 für eine Mitnehmerschelle angebracht und am Schaft befinden sich Paßflächen für eine Mastlagerung und eine Mastverzahnung 3, die in ein Getriebe eingreift. Das obere Ende der Hohlwelle 1 ist zu einer Rotornabe 5 ausgebildet. An der Rotornabe 5 sind im einfachsten Fall die Rotorblätter mittels Befestigungsmittel (Schraubbolzen) befestigt. Es sind aber auch andere Arten der Befestigung möglich. Die Rotorblätter entsprechen im allgemeinen einem Arbeitsmittel am Ende des Antriebsstrang. Die Rotornabe 5 ist mit einer Rotorkappe 4 abgedeckt, die von einem Distanzrohr 6 getragen ist. Rotornabe 5, Distanzrohr 6 und Rotorkappe 4 bilden im wesentlichen den Rotorkopf 50.

Der Rotormast überträgt das Antriebsdrehmoment auf die Hauptrotorblätter. Die den Hauptrotormast bildende Hohlwelle 1 ist dynamisch sehr stark beansprucht. Bei Rotation der Rotorblätter greifen am Rotorkopf, insbesondere an der Rotornabe 5, hohe Fliehkräfte an. Ebenso übertragen sich aus dem Schwenken und Schlagen eines Rotorblattes auftretende Kräfte auf die Hohlwelle 1. Diese starke dynamische Beanspruchung der Hohlwelle 1 kann Ursache einer frühzeitigen Materialermüdung sein. Damit besteht die Gefahr eines vorzeitigen und völlig unerwarteten Anrisses der Hohlwelle 1 im Flugbetrieb, ausgelöst durch Schwingungsrißkorrosion.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 im Hohlraum einer Hohlwelle 1. Die Hohlwelle 1 besitzt einen im wesentlichen konstanten Außendurchmesser. Die Mittelbohrung der Hohlwelle kann unterschiedliche (Innen-)Durchmesser haben. Die Vorrichtung 10 besteht aus einem Zentrierrohr 11 und zwei Dichtmitteln 12, 13. Jedes Dichtmittel 12, 13 besteht aus einer Felge 14, 15 und einem am Umfang der Felge 14, 15 angeordneten, aufblasbaren Schlauchring 16, 17. Die beiden am Zentrierrohr 11 angeordneten Dichtmittel 12, 13 sollten zueinander entlang des Zentrierrohr 11 bereits eine Distanz L aufweisen, die beispielsweise bereits der Länge eines Überwachungsraums 19 in der Hohlwelle 1 entspricht. Zu überwachen ist ein möglichst langgestreckter Überwachungsraum, d. h. die Distanz L sollte möglichst einer großen Länge der Mittelbohrung der Hohlwelle 11 entsprechen. Hat die Hohlwelle 1 bei der Mittelbohrung unterschiedliche (Innen-)Durchmesser, sollte die Abmessung des Dichtmittels 14, 15 kleiner als der kleinste (Innen-)Durchmesser sein. Somit kann die Vorrichtung 10 vorteilhafterweise vom geöffneten Rotorkopf 50 in axialer Richtung in die Mittelbohrung der Hohlwelle eingeführt werden. Das Zentrierrohr 11 ermöglicht eine Zentrierung, d. h. eine koaxiale Stellung beider Dichtmittel 12, 13 zueinander. Das Zentrierrohr 11 gewährleistet auch einen gewünschten Abstand L der Dichtmittel zueinander und fixiert diesen Abstand L. Es besteht die Möglichkeit diesen Abstand L der Dichtmittel 12, 13 untereinander einstellbar und fixierbar zu machen. Die Felge 14, 15 ist im wesentlichen kreisrund und bildet eine Kammer, die von den Felgenwänden und dem Schlauchring 1b, 17 gebildet wird. Die Kammer ist mit dem Innenraum des Schlauchrings verbunden. Das Zentrierrohr 11 ist vorteilhafterweise zentrisch an der Felge angeordnet und gewährleistet eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Zentrierrohres 11 und den Kammern der Felgen. Das Zentrierrohr 11 bildet mit den Dichtmitteln 12, 13 einen hermetisch abschließbaren Raum.

Das Zentrierrohr 11 besitzt in der Richtung des Rotorkopfes 50 ein Ventil 20 mit Leitungsanschluß. Der Öffnungs- und Schließzustand des Ventils 20 ist in Abhängigkeit des im Schlauchring 16, 17 vorhandenen Gasdruckes steuerbar. Im weiteren besitzt eine der beiden Felgen, vorzugsweise Felge 14, einen Durchgangskanal 210 mit Ventil 21 und Leitungsanschluß. Dieser Durchgangskanal 210 bildet einen hermetisch abgeschlossenen Durchgang durch die Felge 14 und verbindet den Überwachungsraum 19 mit dem Ventil 21 und dessen Leitungsanschluß. Im Überwachungsraum 19 ist weiterhin ein Druckmeßsensor 22 installiert, der dortige Druckänderungen detektiert. Dieser Drucksensor 22 ist vorteilhafterweise drahtlos, d. h. er übermittelt seine Meßsignale mittels einer drahtlosen Signalverbindung an eine außerhalb der Hohlwelle liegende Auswerte- und Anzeigeeinrichtung 23. Der Druckmeßsensor 22 kann an der Vorrichtung 10 oder der Wandung des Überwachungsraumes 19 angeordnet sein.

Die Montage erfolgt durch Einführen der Vorrichtung 10 von der Seite des geöffneten Rotorkopfs 50 in den Hohlraum der Hohlwelle 1. Sind die Dichtmittel 12, 13 in gewünschter Lage innerhalb der Hohlwelle 1 positioniert, wird das Ventil 20 geöffnet und mittels Anschluß an eine Gasdruckerzeugungsanlage 25 wird Gas in das Zentrierrohr 11 gedrückt. Das eingeblasene Gas strömt in die beiden Felgen 14, 15 und bläst die beiden Schlauchringe 16, 17 auf. Die beiden Schlauchringe 16, 17 pressen sich an die Wandung der Mittelbohrung der Hohlwelle 1. Sie bilden eine Dichtung, die den Überwachungsraum 19 hermetisch abschließen. Bei einem aus Erfahrungswerten zu bestimmenden Gasdruck, schaltet die Steuerung 250 der Gasdruckerzeugungsanlage 25 das Ventil 20 in gesperrten Zustand. Als Gas eignet sich vorzugsweise Stickstoff. Damit entsteht innerhalb der Hohlwelle 1 ein vollständig durch die Schlauchringe 16, 17 abgeschlossener und somit gasdichter Raum, der Überwachungsraum 19.

Mit dem Aufblasen der Schlauchringe 16, 17 ist auch die Lage der Vorrichtung 10 gegen axiales Verrutschen gesichert. Eine solche Sicherung ist wichtig bei einer rotierenden Hohlwelle. Über das andere Ventil 21 mit Durchgangskanal 210 wird nun Gas in den Überwachungsraum 19 eingeführt und dieser unter Druck gesetzt. Zu diesem Zweck ist das Ventil 21 geöffnet und über den Leitungsanschluß mit der Gasdruckanlage 25 verbunden. Das im Überwachungsraum 19 eingeblasene Gas ist vorteilhafterweise Luft unter erhöhtem Druck gegenüber der Atmosphäre. Dieses Gas wirkt als sogenanntes Warngas, da es bei einem gebildeten Riß in der Wandung der Hohlwelle 1 durch diesen entweichen kann. Der Drucksensor 22 fühlt diese Druckänderung im Überwachungsraum 19 und liefert über die drahtlose Datenleitung ein (Meß-)Signal an eine Auswerte- und Anzeigeeinrichtung 23. Diese Auswerte- und Anzeigeeinrichtung 23 mit einer entsprechenden Empfangsanlage für das drahtlos übermittelte Meßsignal des Drucksensors 22 kann sich vorteilhafterweise im Cockpit des Hubschraubers befinden. Dieses Meßsignal wird von der Auswerte- und Anzeigeeinrichtung 23 als Warnung angezeigt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 hat den Vorteil, daß sie ohne Spezialwerkzeuge schnell und ohne größeren Aufwand vor Ort an der Hohlwelle 1 montiert werden kann. Es wird damit eine kostengünstige Nachrüstung, ohne teuere Rotormastdemontage möglich. Das ist eine kundenfreundliche Lösung.

Vorhandene Toleranzen im Innendurchmesser der Hohlwelle 1 oder Kleberversagen bei anderen Dichtmitteln (hervorgerufen durch Mikrobewegungen infolge mechanischer Spannungen, Temperaturspannungen oder Feuchtigkeitseinflüsse) stellen kein Problem dar für eine Abdichtung mittels des aufblasbaren Schlauchringes 16, 17. Die Funktion der Vorrichtung 10 ist leicht überwachbar und es machen sich keine Inspektionsintervalle erforderlich.

Die Vorrichtung 10 ermöglicht eine volle Ausnutzung der Lebensdauer des Rotormastes und liefert andererseits einen Beitrag zur Erhöhung der Flugsicherheit. Die Erfindung wäre auch anwendbar beim Heckrotor oder anderen dynamischen belasteten Hohlwellen eines Drehflüglers.

Claims (3)

1. Hohlwelle als Rotormast eines Drehflüglers, mit einem Antrieb verbunden, einer Kraftübertragung vom Antrieb zu den Rotorblättern dienend, dadurch gekennzeichnet, daß im Wellenhohlraum (19) eine Vorrichtung (10) zum Auffinden von Rissen in der Hohlwelle (1) angeordnet ist, die mindestens zwei Dichtmittel (12, 13) hat zur Abdichtung des Wellenhohlraums (19) gegenüber der Atmosphäre und der abgedichtete Wellenhohlraum (19) mit einem Gasüberdruck gegenüber der Atmosphäre einstellbar ist und im abgedichteten Wellenhohlraum (19) eine Gasdruckänderung mittels Gasdrucksensor (22) fühlbar ist und die Gasdruckänderung als Signal vom Sensor (22) an eine Auswerte- und Anzeigeeinrichtung (23) lieferbar ist.

2. Hohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtmittel (12, 13) aus einer Felge (14, 15) und einem am Umfang der Felge angeordneten Schlauchring (16, 17) besteht, wobei die Felge (14, 15) eine Kammer (140, 150) bildet, die von den Felgenwänden und dem Schlauchring gebildet wird und die Kammer (140,150) mit dem Innenraum (160, 170) des Schlauchrings verbunden ist und eine Kammer (140) mittels Zentrierrohr (11) mit der anderen Kammer (150) verbunden ist und eine der Kammern (140) über Ventil (20) mit einer Gasdruckerzeugungsanlage (25) verbunden ist und diese Kammer (140) einen Durchgangskanal (210) aufnimmt, der mittels Ventil (21) mit der Gasdruckerzeugungsanlage (25) verbunden ist.

3. Hohlwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes im Wellenhohlraum (19) der Hohlwelle (1) positionierbare Dichtmittel (12, 13) radial gegenüber der Hohlraumwandung abdichtend einstellbar ist.