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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Antriebseinheit für
einen Modellhubschrauber gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
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Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung
auf eine Antriebseinheit für
einen Modellhubschrauber mit einem Rumpf, an dessen Mittelbereich
Lagerpunkte für
die lösbare
Befestigung eines Trägers ausgebildet
sind, welche eine Rotorwelle, ein Getriebe und einen Antrieb lagert.
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Aus dem Modellbau sind unterschiedlichste Ausgestaltungsformen
von Antriebseinheiten für
Modellhubschrauber bekannt. Diese umfassen üblicherweise Zweitakt-Verbrennungs-Modellmotoren,
wie sie auch bei Flächen-Flugzeugmodellen
zur Anwendung kommen.
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Im Modellbau und dabei insbesondere
im Flugzeug- und Hubschrauber-Modellbau ist es wünschenswert, die Modelle nicht
nur optisch, sondern auch hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit
möglichst realitätsgetreu
zu bauen. Aus diesem Grunde hat es sich stets als nachteilig erwiesen,
Verbrennungsmotoren üblicher
Bauart in Hubschraubermodelle einzubauen. Kolben-Verbrennungsmotoren
erzeugen einen sehr charakteristischen Sound, der zu Vorbildern,
die im Original mit Turbinen betrieben werden, nicht passt. Hinzu
kommt die nicht realitätskonforme Abgasentwicklung
von Zweitaktmotoren. Gleiches gilt für Flugmodelle von Strahltriebwerks-Flugzeugen,
die zusätzlich
das Manko aufweisen, dass Propeller vorgesehen sein müssen, die
das Erscheinungsbild ganz erheblich beeinträchtigen.
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Aus diesem Grunde wurde jüngst damit
begonnen, Miniaturturbinen zu bauen, die sowohl von der Form, als
auch von ihrer Geräuschentwicklung und
ihrem Abgasverhalten Originalturbinen bzw. Strahltriebwerken entsprechen.
Derartige Miniatur-Turbi nen in Flächenflugzeuge einzubauen, bereitet
keine Probleme, da den Original-Vorbildern gefolgt werden kann.
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Demgegenüber ist es nicht möglich, Miniaturturbinen
in Hubschrauber-Modelle üblicher
Größe einzusetzen,
da sowohl die Einbaulage, als auch die Getriebeanordnungen nicht
im verkleinerten Maßstab
exakt nachgebildet werden können.
Zudem bereitet es Probleme, ausreichende Luft-Einströmöffnungen
sowie Ausströmöffnungen
im Original-Design nachzubauen, da die Modell-Turbinen, bezogen auf
den Maßstab
derartiger Hubschrauber, nicht klein genug sind.
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Zum Anderen war es bisher nicht möglich, Getriebeanordnungen
zu schaffen, die sich für
einen Modellantrieb eigenen würden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu
Grunde, eine Antriebseinheit für
einen Modellhubschrauber der eingangs genannten Art zu schaffen,
welche unter Verwendung einer Turbine bei einfachem Aufbau und betriebssicherer
Handhabbarkeit in einem Modellhubschrauber einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die
Merkmale des Hauptanspruchs gelöst,
die Unteransprüche
zeigen weitere Vorteile auf die Ausgestaltung der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Antriebseinheit zeichnet
sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.
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Durch die horizontale Anordnung der
Turbine ist es zum Einen möglich,
die Durchströmungsrichtung
der Turbine des Modelhubschraubers den Original-Vorbildern von Hubschraubern
anzupassen und insbesondere die Rumpfgestaltung entsprechend modellgetreu
auszuführen.
Dies gilt insbesondere für den
Einlaufbereich und die Luftzuführung
zu der Turbine.
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Durch die verlängerte Ausgestaltung der Turbinenwelle
im Einlaufbereich ist es auf besonders einfache Weise möglich, die
Turbine betriebssicher zu lagern und die Abtriebskraft auf das Getriebe
zu übertragen.
Zugleich führt
der Einlauf-Luftstrom zu der Turbine zu einer effektvollen Kühlung des
Getriebes.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass
die Turbinenwelle an einem Träger
gelagert ist, der das Getriebe trägt. Hierdurch ist eine sichere
Zuordnung zwischen der Turbine und dem Getriebe gewährleistet.
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Die Lagerung der Turbinenwelle an
dem Träger
erfolgt bevorzugter Weise mittels einem vorgespannten Lagers. Dieses
ist in günstiger
Ausgestaltung am freien Endbereich der Turbinenwelle montiert, so
dass das Getriebe an dem hinter dem Lager befindlichen Bereich der
Turbinenwelle angeflanscht werden kann. Durch diese Maßnahme erhöht sich
die Gesamtstabilität
der Anordnung.
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Sowohl aus Gründen einer optimalen Schwerpunktslage
und um die Abgase günstig
ableiten zu können,
ist vorgesehen, dass die Turbine in Durchströmungsrichtung hinter der Rotorwelle
eingebaut ist.
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Das Getriebe ist erfindungsgemäß bevorzugter
Weise dreistufig ausgebildet, es kann als Riemengetriebe, als Zahnradgetriebe
oder als Reibradgetriebe ausgeführt
sein.
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Bevorzugter Weise hat das Getriebe
eine Untersetzung von 100.000 U/min auf 1.200 bis 1.800 U/min.
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Zwischen dem Getriebe und der Rotorwelle ist
bevorzugter Weise eine Kupplung angeordnet, um eine Trennung zwischen
dem Getriebe und dem Rotor vornehmen zu können, insbesondere wenn es
zu Betriebsstörungen
des Getriebes beziehungsweise Turbine kommt. In diesem Falle kann
der Modellhubschrauber durch Autorotation des Rotors sicher gelandet
werden.
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Besonders günstig ist es, wenn die Turbine mit
einer Drehzahlbegrenzungseinrichtung versehen ist. Diese kann beispielsweise
eine Steuerung für eine
Treibstoffpumpe umfassen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispieles
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Damit zeigt:
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1 eine
schematische Teil-Seiten-Ansicht der erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
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2 eine
vereinfachte Teil-Seiten-Ansicht, analog der Darstellung der 1,
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3 eine
stirnseitige Ansicht, der in 2 gezeigten
Anordnung unter Darstellung des Getriebes,
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4 eine
Ansicht einer hinteren Trägerplatte
des Trägers,
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5 eine
Ansicht einer vorderen Trägerplatte
des Trägers,
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6 eine
perspektivische Ansicht, teils im demontierten Zustand, eines Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
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7 eine
Seitenansicht, teils im Schnitt, der in 6 gezeigten Antriebseinheit, und
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8 eine
stirnseitige Ansicht der in den 6 und 7 gezeigten Antriebseinheit.
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In den Figuren wurde darauf verzichtet,
den Rumpf des Modellhubschraubers im Einzelnen zu zeigen, da dieser
in unterschiedlichster Weise ausgestaltet werden kann und im Übrigen aus
dem Stand der Technik bekannt ist. Der Modellhubschrauber umfasst
einen Hauptrotor sowie einen Heckrotor.
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Wie sich aus den 1 und 2 ergibt,
ist eine Turbine 2 horizontal in Durchströmungsrichtung
und damit auch in Flugrichtung hinter einer vertikal gelagerten
Rotorwelle 1 angeordnet. Eine Turbinenwelle 3 der
Turbine 2 ist in Durchströmungsrichtung nach vorne verlängert und
wird mittels eines Lagers 6 an einem Träger 5 gelagert.
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Der Träger 5 umfasst sowohl
die Lagerung eines Getriebes 4 als auch der Rotorwelle 1.
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Im Einzelnen ist die Turbinenwelle 3 an
einer Jochplatte 10 mittels des Lagers 6 gelagert.
Das Lager 6 kann als Schulterkugellager ausgebildet sein, es
wird mittels eines Federpaketes 11 vorgespannt. Das Federpaket 11 umfasst
Tellerfedern.
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Die Jochplatte 10 ist mit
einer vorderen Trägerplatte 8 verbunden,
welche Teil des Trägers 5 ist. Eine
hintere Trägerplatte 9 dient
zur weiteren Halterung der Turbine 2.
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Wie sich aus Figur weiterhin ergibt,
ist ein Lagerkäfig 12 vorgesehen,
an welchem mittels Lagern 13 und 14 die Rotorwelle 1 gelagert
ist. An ihrem unteren Ende trägt
die Rotorwelle 1 ein Kegelrad 15 welches als Zahnrad
oder als Reibrad ausgebildet sein kann. Dieses Kegelrad 15 kämmt mit
einem weiteren Kegelrad 16, welches zwischen der vorderen und
der hinteren Trägerplatte 8, 9 gelagert
ist und mit einem Abtrieb 18 für den Heckrotor versehen ist.
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Auf der Hilfswelle 17 sitzt
eine Kupplung 7, welche als Freilaufkupplung ausgebildet
ist. Diese wiederum steht in Verbin dung mit einem Rad 19,
welches einen Teil einer zweiten Getriebestufe bildet. Hierzu ist
ein Rad 21 auf einer Zwischenwelle 20 gelagert,
welche wiederum von den beiden Trägerplatten 8,9 gelagert
wird. Ein weiteres Rad 22, welches auf der Zwischenwelle 20 befestigt
ist, bildet einen Teil einer ersten Getriebestufe, deren zugeordnetes Rad 23 auf
der Turbinenwelle 3 sitzt. Es versteht sich, dass die Räder 19, 21, 22, 23 als
Zahnräder
oder als Reibräder
ausgebildet sein können.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist ein Riemengetriebe vorgesehen, so wie sich dies aus der Darstellung
der 3 ergibt. Aus der 3 ist dabei insbesondere ersichtlich,
dass die Zwischenwelle 20 auf einem Schlitten 24 gelagert
ist, welcher relativ zu dem Träger 5,
insbesondere zu der vorderen Trägerplatte 8 verschiebbar
ist. Hierdurch ist es möglich,
die Riemenspannung entsprechend einzujustieren.
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Die 4 und 5 zeigen jeweils die Trägerplatten 8 beziehungsweise 9.
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Es versteht sich, dass der Träger 5 insgesamt
so ausgebildet ist, dass er an Anlenkpunkten des Rumpfes in üblicher
Weise befestigbar ist, so dass die Antriebseinheit als gesamte Einheit
in einfacher Weise aus dem Modellhubschrauber entnommen werden kann.
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Die Kupplung 7 ist so ausgebildet,
dass bei einer Beschädigung
oder einem Stillstand der Turbine sowie des Getriebes der Heckrotor
mit dem Hauptrotor weiterhin fest verbunden sind, so dass eine sichere
Landung des Modellhubschraubers durch Autorotation möglich ist.
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Die beiden Kegelräder 15 und 16 bilden
ein Getriebe mit i = 1:4, so dass der Heckrotor beispielsweise mit
7.200 U/min antreibbar ist, wenn die Rotorwelle 1 sich
mit 1.800 U/min dreht. Bei diesem Beispiel ist eine Turbinendrehzahl
von 100.000 U/min zugrundegelegt.
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Auf die Darstellung einer Treibstoffpumpe sowie
von Zusatzaggregaten wurde bei dem Ausführungsbeispiel verzichtet.
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Erfindungsgemäß ist es weiterhin auf besonders
einfache Weise möglich,
mittels einen angeflanschten Elektro-Motors die Antriebseinheit
zu starten.
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Die 6 bis 8 zeigen ein weites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern wie bei den vorangegangenen
Figuren versehen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 bis 8 ist das Getriebe als Riementrieb ausgebildet.
Dabei sind zwei Getriebestufen vorgesehen, nämlich eine Getriebestufe mit
einem ersten Zahnriemen 25 sowie eine zweite Stufe mit
einem zweiten Zahnriemen 26. Der Zahnriemen 25 der
ersten Stufe läuft über verzahnte
Räder 27; 28,
während
der Zahnriemen 26 der zweiten Stufe über verzahnte Räder 29; 30 läuft.
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Die dritte Getriebestufe wird gebildet
durch die Kegelräder 15; 16,
wobei das Kegelrad 15 koaxial zu der Rotorwelle 1 angeordnet
ist, während
das Kegelrad 16 auf einer Hilfswelle 17 sitzt.
Die Hilfswelle 17 ist mit einer Fliehkraftkupplung 31 verbunden,
welche wiederum in lösbarer
Verbindung mit dem Rad 30 steht.
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Der durch die Kegelräder 15;16 gebildete Kegelradtrieb
(dritte Getriebestufe) kann unterschiedlich ausgestaltet und angeordnet
sein. Hierdurch ist die Drehrichtung eines weiteren Kegelrads 32,
welches auf einer Heckrotorwelle 33 sitzt, änderbar.
Es ist somit möglich,
eine Drehänderung
für den Hauptrotor
und den Heckrotor vorzusehen.
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Die Turbine dreht beispielsweise
mit einer Drehzahl von 85000 min-1, die
Heckrotorwelle weist eine Drehzahl von 5886 min-1 auf,
während
die Hauptrotorwelle sich mit 1260 min-1 dreht.
Es versteht sich, dass diese Drehzahlangaben beispielhaft ca-Angaben sind. Insgesamt
liegt somit ein Gesamtübersetzungsverhältnis des
Getriebes von i = 67,29 vor. Die erste Stufe weist eine Übersetzung von
3,8:1 auf, während
die zweite Stufe ein Übersetzungsverhältnis von
3,8:1 hat. Für
die dritte Stufe, die durch das Kegelrad 15 gebildet wird,
beträgt
die Übersetzung
4,66:1.
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Aus den Darstellungen ergibt sich,
dass die Rotorwelle 1 durch eine eigenständige Domplatte 34 mit
einem entsprechenden Lager gelagert wird.
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Weiterhin ergibt sich aus den Abbildungen, dass
die Turbinenwelle 3 direkt, ohne ein vorgespanntes Lager
mit der Zahnriemenscheibe (Rad 27) verbunden ist und somit
direkt an das Getriebe angeflanscht ist.
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Zum Starten der Turbine kann ein
Elektrostarter 34 vorgesehen sein, der fest mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
verbunden ist.
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Mit dem Bezugszeichen 35 ist
eine Wellenkupplung bezeichnet, die der Verbindung zwischen der
Turbinenwelle 3 und dem Getriebe dient. Weiterhin ist an
der Rotorwelle 1 ein Freilauf 36 vorgesehen.
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Weiterhin ergibt sich aus den Darstellungen der 6 bis 8, dass insgesamt zwei Seitenplatten 37 vorgesehen
sind, wobei eine der beiden Seitenplatten 37 zum Zwecke der deutlicheren
Darstellung entfernt wurde. Die beiden Seitenplatten 37 werden durch
Lagerstreben 38 verbunden, welche auch zusätzliche
Funktionen, wie etwa die Befestigung von Lagern oder ähnlichem
ermöglichen.
Wie insbesondere aus der 8 ersichtlich
ist, ist zum Spannen der Riementriebe ein Schlitten 39 vorgesehen,
an welchem die Zwischenwelle 21 gelagert ist. Durch seitliches
Verschieben des Schlittens 39 kann eine Spannung der Zahnriemen 2
5;26 erfolgen.
Zu diesem Zwecke weist der Schlitten 39 Langlöcher auf,
in denen Schrauben geführt
sind, die gegen einen Querträger 40 verspannbar
sind.
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Weitere konstruktive Details ergeben
sich aus den 6 bis 8.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten
Ausführungsbeispiele
beschränkt,
vielmehr ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und
Modifikationsmöglichkeiten.