DE2129066A1 - Starre Nabe fur Schrauben, Rotoren oder dergleichen - Google Patents

Description

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Patentanwälte Dipl. Ing. F.Weickmann,.': Dipl. Ing.. H. Weickmann, Dipl. Phys. Dr. K. Fincke Dipl. Ing. F. A. Weickmann, Dipl. Chem. B. Kuber

8 München 27, MBhlstr. 22

SOGIETE BE CONSTRUCTION ET I)'EXPLOITATION DE MTERIEIS

ET MOTSÜRS S.C.E.M.M.
14, Rue de Lübeck
Paris ( 16e) Frankreich

3300/71

Starre Nate fur Schrauben, Rotoren oder dergleichen .

Zusatz zu dem Patent .... (ausgeschiedene Anmeldung P 19 66

vom 11.Februar 1969)

Gegenstand der Erfindung ist eine Weiterbildung des Gegenstands der Bauptanmeldung .... (ausgeschiedene Anmeldung P 19 66 039 vom 11.Februar 1969) und "betrifft Naben für Versteilschrauben, Hubschrauben, Luftmotoren, Lüfter und axiale Turbomaschinen der sogenannten "starren" Bauart, welche folgende Teile aufweisen !

- eine sich drehende Achse ;

- einen starr an dieser Achse befestigten

flachen Nabenkörper mit wenigstens zwei Zonen zur Befestigung der Schraubenflügel an seinem Umiangsabschnitt, wobei die
Mittelebene des Nabenkörpers senkrecht zu dieser Achse liegt und der Nabenkörper in einer zu seiner Ebene senkrechten
Richtung biegsam ist ;

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- gelenklose Verbindungsmittel zwischen den Befestigungszonen des Nabenkörpers und jedem Schraubenflügel, welche starr an dem Nabenkörper befestigte Befestigungsgabel·* köpfe aufweisen, welche Fortsätze besitzen, welche sich von der Mittelebene des Nabenkörpers in einer zu dieser senkrechten Richtung entfernen }

- Anschlagmittel mit nachgiebigen Verbindungsgliedern, welche sich einer Verformung des Nabenkörpers durch eine gleichzeitige Schlagbewegung aller Flügel in wenigstens einem Sinn der Richtung der sich drehenden Achse widersetzen.

Die Erfindung betrifft im besonderen, wenn auch nicht ausschliesslich, von derartigen Naben solche für luftfahrzeuge, wie Drehflügler, Hubschrauber usw.

Bekanntlich kann bei den starren Haben der oben definierten Art der Nabenkörper erheblichen Biegungskräften ausgesetzt werden. Dies ist insbesondere bei einem Hubschrauberrotor mit lotrechter, sich drehender Achse der Fall, wenn die Drehzahl des Rotors gering oder Null ist, da dann die Wirkung der Fliehkraft die des Gewichts der Plugel ungenügend oder überhaupt nicht ausgleicht, so dass dann der Nabenkörper bedeutenden nach unten gerichteten Biegungskräften ausgesetzt ist. Ferner kann bei der Landung eine heftige Berührung des Hubschraubers mit dem Boden diese -von. einer gleichseitigen Schlagbewegung aller Flügel nach unten herrührenden Biegungskräfte erhöhen.

Es sind daher bereits für starre Naben,

bei welchen der Nabenkörper biegsam ist und die Flügel gelenklos an dem Ilabenkörper befestigt sind, Anschlagmittel vorgeschlagen worden, welche nachgiebige Verbindungsgliedes? enthalten, v/elche sich der Durchbiegung des Nabenkörpers nach unten widersetzen, wenn die Drehzahl des Rotors klein oder Null ist.

Diese bekannten Anschlagmittel mit nachgiebigen Verbindungsgliedern besitzen zwar die Vorteile, leicht zu sein, hohe Anschlagkräfte auszuhälten und billig zu sein, sie weisen jedoch den Nachteil auf, die Hachgiebigkeit des Nabenkörpers für eine Kippbewegung der VQH

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Plugelenden beschriebenen Ebene zu verringern, welche auftritt, wenn die Flügel eine ebene Flache oder eine Kegelflache um eine von der s ich drehenden Achse verschiedene Achse beschreiben. Diese Kippbewegung kann sogar Jenseits einer gewissen Amplitude von diesen Anschlagmittel überhaupt unmöglich gemacht werden.

Die Erfindung bezweckt insbesondere, derartige "starre™ Haben so auszubilden, dass sie den obigen Nachteil nicht mehr aufweisen. .

Die erfindungsgemässe "starre" Ifabe der

oben definierten Art für Verstellschrauben ist dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebigen "Verbindungsmittel miteinander die Fortsatze der Gabelköpfe bildenden Teile verbinden und in I einer zu der Ebene des Nabenkörpers parallelen Ebene liegen, aber von dieser in einer zu dieser Ebene senkrechten Richtung entfernt sind.

Die nachgiebigen Verbindungsglieder werden zweckmassig durch mit Spannern versehene Metallkabel gebildet.

Diese Spanner weisen vorzugsweise elastische Mittel auf, welche die Entspannung der nachgiebigen Verbindungsglieder begrenzen.

Wenn die Zahl der Schraubenflügel wenigstens drei beträgt, ist der Fortsatz eines einem Flügel zugeordneten Gabelkopfs durch die nachgiebigen Verbindungsmittel vorzugsweise mit den beiden Fortsätzen der benachbarten A Gabelköpfe verbunden, so dass der von den nachgiebigen Verbindungsmitteln gebildete Umriss ein geschlossenes Vieleck ist.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1 zeigt schaubildlich: eine erfindungsgemässe starre ITabe.

Fig« 2 ist ein Längsschnitt eines Spanners für ein nachgiebiges Verbindungsglied in grösserem Maßstab als Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt einer Ausführungsabwandlung des Spanners der Fig. 2.

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Die Zeichnungen, insbesondere Pig. 1, zeigen die Anwendung der Erfindung auf "starre" Haben für Hubschrauberrotoren.

Die Nabe weist eine sich drehende Achse 1,

einen mit dieser durch geeignete (nicht dargestellte) Mittel verbundenen flachen Nabenkörper 2 und Verbindungsarme 3 zwischen dem Nabenkörper 2 und den Flügeln 4 einer Verstellschraube auf.

Die Mittelebene des Nabenkörpers 2 liegt senkrecht zu der sich drehenden Achse 1.

Jedem Verbindungsarm 3 entspricht ein

Steuerarm 49 zur Verstellung der Steigung des Flügels 4. Der Arm 49» v/elcher für Biegungen und Torsionen starr ist, ist an einem Beschlagteil 42 befestigt. Dieser ist an dem auf der Seite des Flügels 4 liegenden Ende des Verbindungsarms 3 für die Befestigung des Flügels an dem .Arm 3 vorgesehen. Der Arm 49 liegt etwa in der Ebene des Nabenkörpers 2 und ist an seinem von dem Beschlagteil 42 entfernten Ende 50 mit einem an sich bekannten Mittel 51 > 52,53 zur Regelung der Flügelsteigung verbunden.

Der Arm 49 gestattet, dem Flügel 4 eine

Drehbewegung um eine "Steigungsänderungsachse" genannte Längsachse I-I zu erteilen·

Der Nabenkörper 2 hat die Form eines

m Sterns mit mehreren Schenkeln, drei bei dem dargestellten Beispiel, welche in gleichmässigen Winkelabständen um die Achse 1 heruu angeordnet sind. Das Ende eines jeden Schenkels des liabenkörpers 2 besteht aus einer Zone zur Befestigung der Flügel, an welcher ein Verbindungsarm 3 befestigt ist. Der Nabenkörper 2 ist in einer zu seiner Ebene senkrechten Richtung biegsam.

Jeder Verbindungsarm 3 ist an seinem der Achse 1 am nächsten liegenden Ende an dem Habenkörper 2 durch Rücktriftgabelköpfe 24, 26 und Flattergabelköpfe 25, 27 befestigt, welche beiderseits der Ebene des Nabenkörpers liegen und starr an diesem angebracht sind.

Die Gabelkopfe 25, 27 besitzen Fortsätze, ■ welche öich von der Mittelebene des Nabenkörpers 2 in einer

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. zu dieser senkrechten Richtung entfernen. Diese Portsätze werden durch in zu der Ebene des NabenkSrpers senkrechten Ebenen liegende Lappen gebildet» zwischen welche die Enden der Arme treten. Diese Lappen besitzen von der Ebene des itfabenkörper3 2 entfernte köcher, welchen an den Enden der Arme 3 vorgesehe-· ne Löcher gegenüberliegen. Durch die Löcher der Lappen und der Portsätze treten Bolzen 40 zur Herstellung der Verbindung zwischen den Armen 3 und den Gabelköpfe 25, 27. Aus Pig. 1 geht deutlich hervor, dass die Bolzen 40 von der Ebene des Nabenkörpers 2 entfernt sind.

Eine derartige starre Nabe ist in der fran-

ssischen Patentschrift Nr*. 1.568.117 vom 12.Pebruar 1968 be- · schrieben.

Anschlagmittel 120j welche etwa in einer

zu der Ebene des Nabenkörpers parallelen Ebene liegen, aber von dem Nabenkörper in Richtung der Achse 1 entfernt sind, erstrecken sich zwischen den über der Ebene des Nabenkörpers ■ 2 liegenden Plattergabelköpfen 25.

Diese Anschlagmittel 120 enthalten nachgiebige Verbindungsglieder 121, welche miteinander die von der Ebene des Nabenkörpers 2 entfernten Zonen der Lappen der Plattergabelköpfe 25 verbinden.

Die nachgiebigen Verbindungsglieder 121

werden zweckmässig durch verdrillte Metallkabel gebildet, an deren einem Ende eine Schleife 122 gebildet und in ein Befestigungsglied 123 oder einen Schäkel in" For in eines TJ eingeführt ist, welcher die Lappen der Gabelköpfe 25 umfasst. An den Enden der Befestigungsglieder 123 sind Löcher für den Durchtritt der Bolzen 40 vorgesehen, welche so die Verbindung zwischen den Befestigungsgliedern 123, den Gabelköpfen

■ 25 und den Armen 3 herstellen. Die Befestigungsglieder 123 . sind um^die Bolzen 40 drehbar.

Jedes nachgiebige Verbindungsglied 121 ist

·'. " an seinem von der Schleife 122 entfernten Ende mit dem Ende eines anderen nachgiebigen Verbindungsgliedss 121 durch Spanner 124 verbunden, welche im einzelnen in Pig. 2 und 3 Aar-

' gestellt sind. Bei dem dargestellten Beispiel, bei welchem

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der Nabenkörper 2 die Form eines dreischenkligen Sterns hat, sind die nachgiebigen Verbindungsglieder 121 längs der Seiten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet, dessen Ecken auf den der sich drehenden Achse 1 am nächsten liegenden Buden der Arme 3 liegen.

Bei dem in Fig« 2 dargestellten Aus.fShrungs-

beispiel besteht jeder Spanner 124 aus drei Elementen 125, 126, 127.

Das Element 125 wird durch eine Muffe mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 125a gebildet, welcher an seinem Ende kleinen Durchmessers in einen zylindrischen Abschnitt 125b, dessen Durchmesser etwas grosser als der des Kabels 121 ist, und an seinem Ende grosseren Durchmessers in einen mit Aussengewinde versehenen zylindrischen Abschnitt 125c; ausläuft. An der Verbindungsstelle der Abschnitte 125a, 125£ ist ein Bund 125d, vorgesehen. Dieser Bund 125d, kann aussen durch eine prismatische Fläche begrenzet werden, z.B. mit · Sechseckquerschnitt, was das Festhalten des Elements 125 mittels eines Sohraubenschlüssels beim Aufschrauben des Elements * 126 gestattet. Der zylindrische Abschnitt 125.b ist an dem Ende eines nachgiebigen Verbindungsgliedes 121 durch ein geeignetes Verfahren befestigt, z.B. durch Bordein.

Das Element 126 besteht aus zwei konzentrischen Muffen 126a, 126b_, welche miteinander an einem Ende durch einen zu ihrer Achse senkrechten Flansch 126je verbunden. sind. Der Innendurchmesser der Muffe 126a ist gleich dem Aussendurcimesser des zylindrischen Abschnitts 125£« und auf <L&T Innenfläche der Muffe 126a ist ein mit dem Gewinde des Abschnitts 125£ zusammenwirkendes Gewinde vorgesehen. Der radi- . ale Abstand zwischen der Aussenf lache der Muffe 126b und der Innenfläche der Muffe 126a ist so gross, dass der Abschnitt 126_c zwischen die Muffen 126ja und T26b treten kann. Die Aussenf lache der liuffe 126a ist prismatisch und hat z.B. Sechseckquer schnitt, so dass das Element 126 die Form einer Mutter hat. .

Die Muffe 126b besitzt eine Bohrung, deren

Durchmesser etwas grosser als der des nachgiebigen Verbindungsgliedes 121 ist, so dass dieses mit einem Ende in das-Element

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126 eingesteckt werden kann. Das Element 126ist so angeordnet, dass das offene Ende des radialen Eaums zwischen den Muffen 126b und 126|i dein Abschnitt 125£ zugewandt ist·

Das Element 127, welches die Porm einer

zylindrischen Muffe hat, welche an einem Ende in einen kreisförmigen Bund ausläuft, dessen Aussendurchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser des Abschnitts 125£ ist, ist an dem Ende des nachgiebigen Verbindungsgliedes 121, auf welches das Element 126 aufgeschoben ist, z.B. durch Bördelung befestigt. Das Element 127» dessen Bund dem Element 126 zugewandt ist, schlägt an diesem an.

Zur Regelung der Spannung der durch den ,

Spanner 124 "vereinigten nachgiebigen Verbindungsglieder 121 genügt es, die Elemente 125 und 126 ineinander oder auseinander zu schrauben.

• Fig. 3 zeigt eine Ausführungsabwandlung

des Spanners .124a, bei welcher elastische Elemente 128 zwischen dem Element 127 und der Muffe I26b_ angeordnet sind. Die elastischen Elemente 128 werden zweekmässig durch Tellerfedern gebildet. §£β gleichen das lose aus und verhindern eine zu weit gehende/spannung der nachgiebigen Verbindungsglieder 121,- wenn die Schenkel des den Nabenkörper 2 bildenden Sterns sich in dem Sinn durchbiegen, welcher dem entgegengesetzt ist, in welchem die Verbindungsglieder 121 auf Zug arbeiten. Bei dem Beispiel der Fig· 1 ist dies der Fall, worin die Schenkel des Eabenkörpers 2 durch die Verbindungsarme 3 und die Flügel 4 nach oben gerichteten Biegungakräften unterworfen werden.

Die obige starre Nabe verhalt sich folgendermaßen.

Wenn die Flügel 4 und die Verbindungsarme

3 auf den Nabenkörper 2 identische gleichseitige, nach unten gerichtete Biegungskrafte aasüben, suchen." sich die Enden der Gabelkopfe 25, an welchen die Glieder 123 mittels der Bolsen 40 befestigt isind, auseinanderzuspreizen, da sich die Enden der Schenkel des Babenkörpers 2 nach unten durchbiegen. Die nachgiebigen Verbindungsmittel·-121 arbeiten dann auf Zug und widersetzen sich dieser Verformung. Der Nabenkörper 2 hat also eine hohe Festigkeit gegen eine Verformung nach unten.

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■ Wenn dagegen die Flügel 4 und die Arme

auf den Habenkörper 2 nach oben gerichtete Biegungskraftg ausüben, suchen sich die Befestigungsglieder 123 einander zu nähern. Die nachgiebigen Verbindungsglieder 1.21 suchen sich dann EU entspannen und widersetzen sich nicht der Verformung des Nabenkörpers 2 nach oben· Wenn der Spanner elastische Glieder 128 aufweist, wie der Spanner 124a, wird die Entspannung der Verbindungsglieder 121 begrenzt oder aufgehoben. Der Nabenkörper 2 und die gesamte Nabe behalten also eine Nachgiebigkeit für eine Verformung nach oben.

Wenn die an den verschiedenen Schenkeln

des Nabenkörpers angreifenden Biegungsmomente nicht identisch und gleichzeitig sind, sondern so, dass sie ein Kippen der W von den Flugelenden beschriebenen Ebene zu erzeugen suchen, verändern die nachgiebigen Verbindungsglieder 121 nicht die Nachgiebigkeit des Nabenkörpers, so dass die Achse der von den Flügeln beschriebenen Scheibe oder des von diesen beschriebenen Kegels einen Winkel mit der Achse der Welle' 1 bilden kann. .

Aus den obigen Ausführungen geht hervor,

dass die Anschlagmittel 120 dem Nabenkörper 2 tatsächlich eine hohe Widerstandsfähigkeit für die Verformung geben, welche durch eine gleichzeitige Schlagbewegung aller Flügel erzeugt wird, welche eine Kraft nach unten ausübt, d.h. in der Richtung der sich drehenden Achse 1 .

m Die Nachgiebigkeit des Nabenkörpers 2

für ein Kippen der von den Flügelenden beschriebenen Ebene wird nicht verändert.

Die Anschlagmittel 120 verringern z.B.

bei der Landung die Durchbiegung der Flügel 4 nach unten, insbesondere bei einer heftigen Berührung mit dem Boden. Dies ergibt eine Herabsetzung der Gefahr der Berührung der Flügel mit anderen Teilen des Apparats oder mit am Boden befindlichen Personen.

Die Anschlagmittel 120 ermöglichen die

Verringerung der Abmessungen des Nabenkörpers 2 und des allgemeinen Platzbedarfs der Schraube. Um nämlich dem Nabenkörper 2 eine genügende Nachgiebigkeit su erhalten, muss seine

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Dicke gleichzeitig mit seinen Abmessungen verringert werden. Bei Fehlen der Anschlagmittel 120 tritt bei dieser Herabs schnell eine Beschränkung durch die Verringerung der mechanischen Festigkeit des Nabenkörpers auf'

Bisher war nur der Fall betrachtet, dass

die Anschlagmittel 120 auf einer Seite des Nabenkörpers über diesem vorgesehen sind, wie in Fig. 1 dargestellt·

Bei gev;issen Anwendungen kann es wünschenswert sein, Anschlagmittel 120 beiderseits des Nabenkörpers 2 vorzusehen, um diesem eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen die Verformung zu geben, welche durch eine gleichzeitige Schlag-'bewegung aller Flügel in beiden Richtungen längs der Achse 1 ' erzeugt wird, wobei ihm jedoch eine grosse Nachgiebigkeit für ein Kippen der von den Flügelenden beschriebenen Ebene gelassen wird. Insbesondere bei einer Schraube mit waagerechter Achse kann man mit Hilfe von beiderseits des Nabenkörpers 2 angeordneten Anschlagmitteln 120 zu starke Verformungen der Schraube nach vorn, z.B. wenn eine starke Zugwirkung erforderlich ist, und/oder nach hinten, z.B. bei einer Umkehrung der Steigung, verhindern.

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Claims (12)

. - -10- 3300/71 P a te η t a η s ρ r ü c h e

1.) Starre Nabe für Verstellschrauben mit

wenigstens zwei Flügeln mit einer sich drehenden Achse, einem flachen starr an dieser Achse befestigten Nabenkörper mit wenigstens zwei Zonen zur Befestigung der Schraubenflügel an seinem ITmfangsabschnitt, wobei die Mittelebene des Nabenkörpers senkrecht zu dieser Achse liegt und der nabenkörper in einer zu seiner Ebene senkrechten Richtung biegsam ist, ge-* lenklosen Verbindungsmitteln zwischen den Befestigungszonen des -Ifabenkörpers und jedem Schraubenflügel, welche starr an dem Nabenkörper angebrachte Befestigungsgabelköpfe aufweisen, welche Fortsätze besitzen, welche sich von der Mittelebene des Nabenkörpers in einer zu dieser Mittelebene senkrechten Richtung entfernen, und Anschlagmitteln mit nachgiebigen Verbindungsgliedern, welche sich einer durch eine gleichzeitige Sehlagbewegung aller Flügel in wenigstens einer Richtung der sich drehenden Achse erzeugten Verformung des NabenfcÖrpers widersetzen, nach dem Hauptpatent .... (ausgeschiedene Anmeldung P 19 66 039 vom 11. Februar 1969)» dadurch gekennzeichnet« dass die nachgiebigen Verbindungsglieder (121) miteinander die Fortsätze der Gabelköpfe (25) verbinden und etwa in einer zu der Ebene des Nabenkörpers (2) parallelen Ebene liegen aber von diesem in einer zu seiner Ebene senkrechten Richtung entfernt sind· -

2.) Starre Nabe nach Anspruca 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die nachgiebigen Verbindungsglieder "(121) durch durch Spanner. (124, 124a) vereinigte Metallkabel gebildet v/erden. .

3.) Starre Nabe nach Anspruch-2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende eines Metallkabels (121) eine Schleife (122) aufweist, welche in ein an dem Fortsatz der Gabelköpfe (25) schwenkbares U-förmiges Befestigungsglied (123) eingeführt ist, und dass das andere Ende des Kabels (121) mit einem benachbarten Ende des Nachbarkabels durch den Spanner (124) verbunden ist·

4.) Starre Nabe nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Spanner (124) eine an einem Ende eines Kabele (121) befestigte Muffe (125) mit Aussenvge-

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•winde, 'ein an dem benachbarten Ende des Nachbarkabels befestigtes Anschlagglied (127) und eine Mutter (126) aufweist, durch welche das Nachbarkabel tritt, und welche sich an dem Anschlagglied (127) abstützt, wobei die Mütter (126) zur Regelung der Spannung der Kabel (121) auf die Muffe (125) aufgeschraubt wird.

5.) Starre Nabe nach einem der Ansprüche 2

bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanner (124a) elastische Mittel (128) zur Begrenzung des Nachlassens der nachgie*· bigen Verbindungsglieder (12.1) aufweisen.

6.) Starre Nabe nach den Ansprüchen 4 und

5, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Mittel (128) durch zwischen den Anschiagglied (127) und der Mutter (126) angeordnete Tellerfedern (128) gebildet werden. ί

7.) Starre Nabe nach einem der Ansprüche

1 bis 6, gekennzeichnet durch zwei Gruppen von nachgiebigen Verbindungsgliedern (121), welche in zu der Ebene des Nabenkörpers (2) parallelen Ebenen beiderseits desselben liegen.

8.) Starre Nabe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der nabenkörper (2) durch einen mehrschenkligen Stern gebildet wird.

9.) Starre Nabe nach einem der Ansprüche

1 bis 8 für Schrauben mit wenigstens drei Flügeln, dadurch gekennzeichnet, dass,der Portsatz eines Gabelkopfs (25) durch zwei nachgiebige Verbindungsglieder (21) mit den Portsätzender beiden benachbarten Gabelköpfe (25) verbunden ist, derart, i dass der von den nachgiebigen Verbindungsgliedern (121) gebildete Umriss ein geschlossenes Vieleck ist.

10.) Starre Nabe nach Anspruch 9, bei v/elcher der Nabenkörper durch einen dreischenkligen Stern gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebigen Verbindungsglieder (121) gemäss den Seiten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind«

11.) Starre Nabe nach einem der Ansprüche

1 bis 10, gekennzeichnet durch ihre Anwendung auf einen Rotor eines Drehflüglers mit lotrechter sich drehender Achse.

12.) Starre Nabe nach einem der Ansprüche

1 bis 10, gekennzeichnet durch ihre Anwendung auf eine Schraube mit etwa waagerechter sich drehender Achse.

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