DE2708836A1 - Rotorblatt-haltesystem - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ. FINSTERWALD & CRÄMKOW

München, den 1.3.77 S/3/Co-L 2045

LORD CORPORATION

1635 West 12th Street, Erie, Pennsylvania

USA

Rotorblatt-Haltesystem Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt-Haltesystem.

Eine übliche Methode, die Blätter eines Hubschrauberrotors an der Rotornabe anzubringen, besteht darin, ein gelenkiges Blatt-Halterungssystem zwischen jedem Rotorblatt und der Nabe vorzusehen· früher wurden für gelenkige Rotorblatt-Haltesysteme Wälzlager, z.B. Zylinderlager oder Kugellager verwendet, um die nötige Gelenkigkeit zu schaffen« In letzter Zeit wurden gelenkige Haltesysteme entwickelt, die ein laminiertes elastomeres Lager oder mehrere solche Lager anstelle von Wälzlagern enthalten· Solche laminierten Lager umfassen eine Vielzahl von abwechselnden und miteinander verbundenen Schichten aus elastomerem Material und aus einem im wesentlichen undehnbaren

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O*. O. MANITZ · DIPL-ING. M. NNCTtKWALD DIP L.-IN O. W. CIlAMICOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

• MÖNCHEN 92. ROBERT-KOCH-CTRASSE I 7 STUTTGART SO I BAD CANNSTATTI MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7370

TEL. <0β9> 33 43 II. TELEX β-»967« PATMF SEELBERGSTR. 33/35. TEL.I07I1ISA 73 öl POSTSCHECK! MÖNCHEN 77062 - BOS

Material· Die Lager benötigen keine Schmierung, stellen nur sehr begrenzte Anforderungen an die Wartung und ergeben, verglichen mit den Wälzlagern,eine Gewichtsverminderung. Die Vorteile der laminierten elastomeren Lager sind so, daß diese Lager inzwischen in der Hubschrauberindustrie weithin benutzt und anerkannt sind und in einer ganzen Anzahl, verschiedener Hubsehrauber-Rotorblatt-Haltesysteme enthalten sind·

Ein vollgelenkiges Blatt-Haltesystem unter Verwendung von laminierten elastomeren Lagern ist in einer Anzahl von Patentschriften dargestellt und beschrieben: US-PS 3 759 631, US-PS 3 759 632, US-PS 3 782 854-, US-PS 3 764 230 und US-PS 3 829 239. Wie in jeder der erwähnten Patentschriften gezeigt, werden bei diesen Haltesystemen die Rotorblätter einzeln mit der Rotornabe durch zwei hintereinander verbundene, laminierte elastomere Lager verbunden· Ein laminiertes Lager mit ringförmigen, scheibenartigen Schichten widersteht der Zentrifugalbelastung des Rotorblattes und nimmt die Bewegungen auf, die für die immer wieder eintretende Änderung des Anstiegswinkels des Blattes um seine Längsachse sorgt· Bas andere Lager mit ringförmigen sphärisch geformten Schichten widersteht gleichfalls der Zentrifugalbelastung des Rotorblattes und ermöglicht die Änderung des Anstiegswinkels, das Schlagen und die Nachführbewegungen des Blattes (Nachführbewegung und Schlagbewegungen sind hin- und hergehende Bewegungen innerhalb bzw« senkrecht zur Rotationsebene des Rotorblattes)· Ba die Bewegungen zur Änderung des Anstiegswinkels des Blattes von relativ beträchtlicher Größe (beispielsweise 10 bis 15° oder mehr in jeder Drehrichtung) sind, besonders wann man sie mit der Nachführbewegung unf der Schlagbewegung vergleicht, müssen die zusammengefaßten Fähigkeiten, Torsionsbewegungen aufzunehmen, der beiden laminierten Lager ebenfalls relativ groß sein. Aus wirtschaftlichen und aus Raumgründen werden die Lager mit scheibenförmigen Schichten zur Aufnahme eines größeren Anteils der Torsionsbewegung eingerichtet· Aus

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diesem Grund sind die scheibenförmigen oder Druck-Lager relativ groß oder lang·

Venn die Höhe oder die Länge eines scheibenförmigen laminierten Lagers vergrößert wird, wird das Lager zunehmend unstabil in Quer- oder Badialrichuung· Die Querinstabilität eines großen scheibenartigen Lagers kann in einem Rotorblatt-Haltesystem besonders hervortreten, weil das Rotorblatt in Bewegung dazu neigt, sich körperlich in radialen Richtungen in bezug auf seine Mittellinie zu bewegen· Venn nur ein Ende eines laminierten elastomeren Lagers starr mit dem Rotorblatt verbunden ist, unterwerfen Translationsbewegungen des Blattes das Lager Scherbelastungen sowohl in der Rotationsebene von Blatt und Rotor als auch außerhalb derselben, wie es beispielsweise in den erwähnten US-E3en 3 759 631 und 3 759 632 erklärt ist. Solche Translationsscherbelastungen in der Ebene oder außerhalb der Ebene werden auf das laminierte Lager zusätzlich zu Scherbelastungen ausgeübt, die von den Nachführ- und Schlagbewegungen des Rotorblattes als Schwenkbewegungen herrühren.

Bei dem vorhin beschriebenen Blatt-Haltesystem wurde dahingehend gearbeitet, die Querstabilität des verwendeten scheibenförmigen laminierten Lagers dadurch zu verbessern, daß man sicherstellte, daß einander gegenüberliegende Enden des Lagere sich nicht aus ihrer axialen Ausrichtung herausbjtwegen· Sie Endplatten des scheibenförmigen Lagers sind dicht um das Unterteil oder den Montageschaftabschnitt des zugehörigen Rotorblattes gepaßt, so daß Querbewegungen des Blattes oder Schwenkbewegungen des Blattes um eine andere als ihre Längsachse die Enden des Lagers nicht gegeneinander in Querrichtung bewegen· Venn jedoch das scheibenartige Lager Anstellwinkel-Veränderungsbewegungen des Blattes aufnehmen muß, wird ein Ende des Üfeere in bezug auf das andere Ende um

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die Längsachse des Blattes in Drehung versetzt. Wie in den vorerwähnten Patentschriften gezeigt, gleitet eine Endplatte des scheibenförmigen Lagers oder ein starres, mit der End plstte verbundenes Teil an dem und um den Umfang des Hontageschaftes des Rotorblattes. Eine solche Gleitbewegung ergibt notwendigerweise ein ernstes Versohleieproblem. Obwohl diese erwähnten Patentschriften die Verwendung von Teflon- oder Graphit-Lagern für das Gleiten oder Scheren zwischen der Endplatte des laminierten Lagers und dem Schaft des Blattes zeigen, erweisen sich doch solche Scherlager nur teilweise als erfolgreich, wenn der Verschleiß über längere Zeitabschnitte ausgeschaltet und die Enden des laminierten scheibenförmigen Lagers in Ausrichtung gehalten werden soll.

Eine andere Ausführung des Haltesysteme, wie es in der US-PS 3 764 230 beschrieben ist, umfaßt ein zylindrisches laminiertes elastomeres Lager zwischen dem scheibenförmigen Drucklager und tem sphärischen Lager, das parallel zu dem scheibenförmigen Lager Last übernimmt. Da die ringförmigen oder rohrförmiggen Schichten des zylindrischen laminierten Lagers konzentrisch mit dem Montageschaft des Eotorblattes angeordnet sind, kann die radial innengelegene "End"-Platte oder der Innenlauf des Lagers an dem Sohaft der Platte befestigt werden. Die Bewegungen zur Änderung des Anstellwinkels des Blattes werden durch eine relative Drehung zwisohen den undehnbaren Schichten im Lager and zugehörigem Seheren der elastomeren Sohiohten aufgenommen. Obwohl die Verwendung eines solchen laminierten Soherlagers das mit einem Gleitlager verbundene Versohleißproblem reduziert, bleibt doch immer noch die liohkeit eines Gleitens zwisohen dem inneren starren Lauf des Lagers und dem Hontagesehaft und, was nooh wiohtiger ist, es droht eine schwierige und teure Anstrengung, um das Lager zu ersetzen, wenn es sehlieilieh ersetzt wertem muS.

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Eine Möglichkeit, die bei dem besprochenen Rotorblatt-Aufhängungssystem auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden, wird in der OS-PS 3 862 812 beschrieben. In diesem Haltesystem werden ebenfalls zwei in Reihe verbundene laminierte Lager benutzt· Bas innenliegende laminierte Lager ist jedoch ein kegelstumpfförmiges laminiertes Lager statt ein scheibenförmiges laminiertes Lager· Das kegeistumpfförmige laminierte Lager besitzt die Querstabilität, die dem scheibenförmigen Lager des ersten Blatthaltesystems fehlt. So ist bei diesem Haltesystem nur ein Kontakt zwischen dem Rotorblatt und den zwei hintereinander verbundenen laminierten Lagern am Ende des Rotorblattes nötig, wo eine Verbindung zu dem kegelstumpfförmlgen laminierten Lager besteht· Die beiden laminierten Lager sind durch ein starres ringförmiges Verbindungsglied miteinander verbunden, das den Halteschaft des Rotorblattes umgibt, jedoch in Radialrichtung einen Abstand von diesem aufweist.

Obwohl mit diesem Blatthaltesystem die durch Reibung hervorgerufenen Verschleißprobleme überwunden sind, muß das kegelstumpfförmige Lager der letzterwähnten Lösung außerordentlich große Außenabmessungen haben, um einen genügenden Betrag von Torsionsbewegung zur Veränderung des Anstellwinkels zu übernehmen, verglichen mit der Torsionsbewe- gungen, die von den scheibenförmigen Lagern des erst_besprochenen Haltesystems übernommen werden können. Darüberhlnaus wird mit der Vergrößerung der Abmessungen des konischen Lagers die Torsionsfederkonatante dea Lagers ebenso vergrößert und das Lager erhält also eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen eine Torsionsbewegung· So erbringt eine Erhöhung der Abmessungen des konischen Lagers, um die Anzahl von elastomeren Schichten, die nötig sind, um große

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Anstellwinkeländerungen auf zunehme^ zu erhöhen, auch eine Erhöhung der Torsionssteifigkeit des Lagers und damit wird das sphärische laminierte Lager vor dem konischen Lager abgelenkt werden, wenn eine Anstiegswinkeländerung des Rotorblattes aufzunehmen ist· Damit wird aber wieder ein größeres sphärisches Lager erforderlich, was wiederum einen Anstieg in der Torsionssteifigkeit herbeiführt. Ein Versuch, auf diese Weise die Nachteile des erstgenannten Haltesystems zu überwinden, ergibt deshalb ein größeres und schwereres System mit einer höheren Gesamtfederkonstante bei Torsion,,

Die vorliegende Erfindung soll ein vollgelenkiges Rotorblatt-Haltesystem schaffen,in dem eine Vielzahl von laminierten elastomer en Lagern enthalten ist und das als Ersatz für das erstgenannte Haltesystem dienen kann.

Erfindungsgemäß umfaßt das Rotorblatt-Haltesystem mindestens drei laminierte elastomere Lager, die so miteinander verbunden sind, daß sie hintereinander Drucklasten übertragen können. Jedes laminierte Lager umfaßt eine Vielzahl abwechselnder miteinander verbundener Schichten oder Laminierungen aus elastomerem Material und aus im wesentlichen undehnbarem Material· Jede Schicht jedes der hintereinander verbundenen laminierten Lager ist zumindest teilweise in bezug auf die Längsachse des Rotorblattes geneigt, das durch das jeweilige System gehalten wird. In einem radial zur Längsachse des Blattes geführten Schnitt steht zumindest ein Abschnitt jeder Schicht jedes laminierten Lagers in Längsrichtung gegen ein Ende des Rotorblattes hin vor.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, die besonders als ein Ersatz für das als erstes angeführte Blatthaltesystem gedacht ist, ist das Rotorblatt in Radialrichtung in beaug auf

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. ή/Ι.

seine Längsachse von mindestens allen Abschnitten des Haltesystems außer einem einzigen laminierten Lager, mit dem es starr verbunden ist, mit einem Abstand versehen· Eines der in Reihe verbundenen laminierten Lager besitzt ringförmige sphärisch geformte Schichten oder !aminierungen, während die anderen beiden in Reihe miteinander verbundenen laminierten Lager ringförmige kegelstumpfartig geformte Schichten aufweisen· Die beiden kegelstumpfförmig geschichteten Lager sind einander benachbart so angeordnet, daß die Schichten des einen kegelstumpfförmigen Lagers umfangmäßig gegen ein Ende des Rotorblattes hin sich verjüngen, während die Schichten des anderen kegelstumpfförmigen Lagers sich umfangmäßig gegen das andere Ende des Rotorblattes hin verjüngen. Die Hontagewelle oder der Schaftabschnitt des Rotorblattes tritt durch eine in jedem laminierten Lager vorhandene Mittelöffnung hindurch· Das sphärische laminierte Lager ist starr mit der Rotornabe verbunden, während das kegelstumpfförmige Lager, das am weitesten von dem sphärischen Lager entfernt ist, starr mit dem Schaftabschnitt des Rotorblattes verbunden ist. Alle drei hintereinander verbundenen laminierten Lager teilen die Schwenkbewegungen des Rotorblattes um seine Längsachse untereinander auf·

Die benachbarten kegelstumpfförmigen laminierten Lager der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ersetzen sozusagen das scheibenförmige laminierte Lager des ersterwähnten Blatthalte-Systems. Vie das scheibenartige laminierte Lager nehmen die beiden kegelstumpfförmigen Lager die Schwenkbewegungen zur Änderung des Anstellwinkele des Rotorblattes auf· Gleichseitig ergibt die legelstumpfform der Schichten dieser beiden Lager eine Quersteifigkeit für die Lageranordnung und dadurch wird ermöglicht, daß die Lager in radialer Richtung von dem Schaftabschnitt des Rotorblattes einen Abstand

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aufweisen. Auf diese Welse ist kein Gleit- oder Scherlager nötig und das dauernde Verschleißproblem des bekannten Blatthaltesystems ist gänzlich beseitigt·

Die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung ist auch besser zum Ersatz des ersterwähnten Haltesystems geeignet als das in der US-PS 3 862 812 erwähnte Haltesystem· Die Benutzung zweier laminierter Lager mit kegelstumpfförmigen Schichten erlaubt, daß jedes Lager eine relativ geringe Größe (z.B. Außenumfang) aufweist und daß trotzdem die Lager zusammen eine solche Anstellwinkelveranderunga-vBewegung aufnehmen, die dem Betrag entspricht, den das scheibenförmige Lager des erstgenannten Systems aufnimmt· Die geringe Größe der ^ager bedeutet ein geringes Gesamtgewicht gegenüber einem einzelnen großen konischen Lager, da die Metallteile, beispielsweise die undehnbaren Schichten, die in den beiden Lagern enthalten sind,von wesentlich reduzierter Größe sind· Die Benutzung von zwei kegelstumpfförmigen Lagern ergibt auch wegen der geringen Größe eines jeden Lagers eine Torsionsfederkonstante für jedes der Lager, die geringer als die Federkonstante eines einzelnen, großen kegelstumpfförmigen Lagers ist· Die kleinere Torsionsfederkonstante erlaubt den beiden kegelstumpfförmigen Lagern einen größeren Anteil der Anstellwinkelwechsel-Bewegung aufzunehmen gegenüber dem sphärisch laminierten Lager als ein einzelnes größeres kegelstumpfförmiges Lager. Da die Fähigkeit, Anstellwinkel Wechselbewegung aufzunehmen,der kritische Entwurffaktor für das sphärische laminierte Lager ist, kann dieses umso kleiner und leichter ausgeführt werden, je weniger Bewegung zur Änderung des Anstellwinkels das sphärische Lager aufzunehmen hat·

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

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Fig. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht eines ▼ollgelenkigen Hubschrauberrotors mit dem erfindungsgemäfien Rotorblatt-Haltesystem, und

Pig· 2 eine Teilansicht des Rotorblatt-Haltesystems nach Pig· 1 in vergrößertem Maßstab.

Der Abschnitt eines vollgelenkigen Hubschrauberrotors 10 in Pig. 1 umschließt eine Rotornabe 12, die um ihre Mittelachse 14- durch eine übliche Antriebsanordnung (nicht gezeigt) angetrieben wird· Eine Vielzahl von Rotorblättern 16 sind so mit der ^aabe 12 verbunden, daß sie sich mit dieser um deren Hittelachse 14 drehen· Jedes Blatt 16 ist normalerweise so angeordnet, daß seine Längsachse 18 sich im allgemeinen radial von der Habe 12 weg erstreckt· Von den typischerweise an der Rotornabe 12 angebrachten vier Rotorblättern 16 ist nur ein einzelnes solches Blatt gezeigt·

Das dargestellte Rotorblatt 16 ist mit der Nabe 12 durch ein Blatthaltesystem 20 verbunden. Das Haltesystem 20 enthält einen rohrförmigen Gehäuseabschnitt 22 der Nabe 12, der sich im allgemeine radial von der Mittelachse 14 der Nabe nach außen erstreckt· In der dargestellten Ausführung ist der Gehäuseabschnitt 22 der Nabe 12 ein starr/inS; dem Tcreisförmigen Hittelabschnitt 24 der Nabe verbundenes Teil, es kann jedoch auch möglich sein, den Gehäuseabschnitt als getrenntes Teil auszubilden, das starr an dem Kittelabschnitt befestigt ist· Am außengelegenen Ende des Gehäuseabschnitts 22 der Nabe 12 ist eine ringförmige Hontagefläche 26 ausgebildet· Die Hontagefläche 26 ist in Radialrichtung von der Rotornabe 12 nach außen gewandt und umgibt die längliche Hittelöffnung 28 im Gehäuseabschnitt 22.

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Sas Endteil oder innengelegene Ende des Rotorblattes 16 erstreckt sich in die Mittelöffnung 28 des Gehäuseabschnittes 22 der Rotornabe 12 hinein. Bas innengelegene Ende des Blattes 16 ist als Befestigungschaft oder Montagewelle 30 ausgebildet und starr mit dem Blattabschnitt 32 des Rotorblattes verbunden· Der Montageschaftabschnitt 30 besitzt einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Öffnung 28 in dem Gehäuseabschnitt 22 der ^abe 12, so daß eine Bewegung des Blattes in bezug auf das Gehäuse, wie später beschrieben wird, möglich ist· Das Ende 34- des Montageschaftabschnitts 30, das dem Luftblattabschnitt 32 gegenüberliegt, ist etwas vergrößert oder mit einem Flansch versehen, so daß sich eine zweite ringförmige Montagefläche 36 ergibt, die den Schaft umgibt und von der Mittelachse 14 der Rotornabe radial nach außen gewandt ist·

Zwischen den beiden Montageflächen 26 und 36 sind drei ringförmige laminierte elastomere Lager 38, 40 und 42 angebracht. Jedes laminierte Lager 38, 40 und 42 umgibt eine Mittelöffnung, die durch das Lager hindurchtritt und die so groß bemessen ist, daß die innere Umfangsflache jedes ^agers mit einer Ausnahme einen Abstand in Radialrichtung des Schaftes 30 vom Außenumfang des Schaftes aufweist. Die einzige Berührung zwischen dem Schaft 30 und den Lagern 38, 40 und 42 findet am inneren Ende des Lagers 38 statt. Jedes Leger 38, 40 und 42 besteht aus einer Vielzahl einander abwechselnder und miteinander verbundener ringförmiger Schichten oder Laminierungen aus elastomerem und aus im wesentlichen nicht dehnbarem Material. Die elastomeren und die nichtdehnbaren Schichten wechseln sowohl in Radialrichtung als auch längs der Längsachse 18 des Blattes 16 ab. Vie aus der Zeichnung zu ersehen ist, ist jede Schicht in jedem der Lager 38, 40 und 42 gegen die Längsachse 18 des Rotorblattes 16 geneigt, statt parallel zu ihr zu verlaufen, doch ist keine Schicht an keiner

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Stelle senkrecht zur Längsachse des lattes· Die Schichten der Lager 38 und 40 weisen eine kegelstumpfförmige Gestalt auf, während die Schichten des Lagers 42 nach Art von Kugelschalen geformt sind· Sie elastomeren Schichten sind vorzugsweise aus Naturgummi gebildet, während die nicht-dehnbaren Schichten vorzugsweise aus Stahl hergestellt sind. Venn es angemessen erscheint, können andere elastomere und nichtdehnbare Materialien den Gummi und den Stahl ersetzen. Alternative elastomere Materialien können z.B. synthetische Gummiarten sein, während alternative nicht-dehnbare Materialien andere Metalle, Fiberglasschichten oder Schichten aus verstärktem Kunststoff umfassen können.

An jedem Ende jedes laminierten Lagers 38, 40 oder 42 ist, wie am besten in Fig. 2 zu sehen, eine relativ massive ringförmige und steife Endplatte mit der benachbarten elastomeren Schicht verbunden. Eine Endplatte 44 des konischen laminierten Lagers 38 ist mit seiner Fläche an die Montagefläche 36 des vergrößerten Endes 34 des Schaftes 30 so angelegt, daß eine Drucklast übertragen werden kann. In einer beispielsweisen Befestigungsanordnung sind Gewindeschrauben 46 durch Offnungen in dem vergrößerten Schaftende 34 hindurchgesteckt und in mit Gewinde versehene Bohrungen in der Endplatte 44 eingeschraubt. Radial ausgebildete Zahnleisten 43 an dem Innenumfang der Endplatte 44 stehen mit gleichartigen Zahnleisten am Außenumfang des Schaftes 30 in Eingriff, um Drehbewegungen des Schaftes auf das Lager 38 zu übertragen. Die entgegengesetzt liegende Endplatte 48 des konischen Lagers 38 ist benachbart zu einem steifen Ring 50 angeordnet, der einen größeren Durchmesser als das Lager 38 aufweist, und ist in einer geeigneten Weise an ihm befestigt. Zur Befestigung können Kopf schrauben 52 durch Offnungen hindurchtreten,

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die in der Nähe der einen Kante des Rings angeordnet sind und sie können in mit Gewinde versehenen Bohrungen in der Endplatte eingeschraubt sein·

Neben der Endplatte 48 des konischen Lagers 38 und neben dem Hing 50 ist eine Endplatte 54 des zweiten konischen Lagers 40 angeordnet. Sie beiden Endplatten 48 und 54 werden durch den starren Ring 50 so aneinander befestigt, daß Flächen gegeneinander anliegen, indem die Endplatte 54 beispielsweise ähnlich wie die Endplatte 48 durch Kopfschrauben 56 befestigt ist· Die entgegengesetzt liegende Endplatte 58 des konischen Lagers 40 ist mit der radial innersten Endplatte 60 des sphärischen laminierten Lagers 42 fest verbunden« Die Verbindung zwischen den beiden Endplatten 58 und 60 wird durch starve Stahlfetifte 62 und beispielsweise durch fein Bebmittel hergestellt. Die Stahlstifte 62 erstrecken sich parallel zur Längsachse 18 des Rotorblattes 16 und sind in miteinander ausgerichteten Bohrungen aufgenommen, die in beiden Endplatten 58 und 60 ausgebildet sind. Das Klebmittel ist längs der benachbarten einander berührenden Oberflächen der beiden Endplatten aufgetragen. Eine Torsionsbewegung wird zwischen den beiden Lagern 40 und 42 durch die Stifte 62 übertragen, während das Klebmittel sicherstellt, daß die Endplatten 58 und 60 in Berührung miteinander bleiben· Andere Befestigungsanordnungen können verwendet werden, oder die Endplatten 58 und 60 konnten als ein Stück ausgeführt sein· Obwohl getrennte Endplatten leichter herzustellen sind, kann ein aus einem Stück bestehendes Teil, das die beiden Endplatten ersetzt, Schwierigkeiten beim Zusammenbau vermeiden helfen·

Die radial am weitesten außen liegende Endplatte 64 des sphärischen laminierten Lagers 42 besitzt einen flansch 66, der sich von djfr Längsachse 18 des Rotor^lattes so radial nach außen erstreckt, daß er mit seiner fläche an der Montage-

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fläche 26 anliegt, die an dem Lagergehäuse 22 der Rotornabe 12 gebildet ist· Der Flansch 66 ist an der Montagefläche 26 durch Schrauben 68 befestigt, die durch Öffnungen in dem Flansch hindurchtreten und in Gewindebohrungen in der Hontageflache 26 eingeschraubt sind· Wenn das Blatthaltesystem in der beschriebenen Veise zusammengebaut ist, ergibt es eine in Reihe geschaltete Lastübertragungsstrecke durch alle laminierten Lager 38, 40, 42 hindurch, die das Rotorblatt 16 an seiner Stelle festhält und Zentrifugalbelastungen aufnimmt, wie es im folgenden Abschnitt dargelegt wird.

Venn im Betrieb die Rotornabe 12 durch ihre (nicht gezeigte) Antriebseinrichtung in Drehung versetzt wird, wird eine Zentrifugalbelastung auf das Rotorblatt 16 in Richtung seiner Längsachse 18 ausgeübt und ergibt eine Kraft, die das Blatt 16 radial von der ^abe wegzieht· Die Zentrifugallast wird von dem Blatt 16 durch das vergrößerte Ende 34 des Montageschaftes 30 auf das laminierte elastomere Lager 38 übertragen· Da die drei laminierten elastomeren Lager 38, 40 und 42 so miteinander verbunden sind, daß sie in Reihe eine Last übertragen, wird die Zentrifugalbelastung durch eine Druckbelastung der verschiedenen elastomeren und nicht-dehnbaren Schichten der Lager auf die Montagefläche 26 des Gehäuseabschnitts 22 der Nabe 12 übertragen«

wahrend die laminierten elastomeren Lager 38, 40 und 42 der Zentrifugalbelastung des Rotorblattes 16 widerstehen, erlauben sie gleichzeitig dem Blatt, sich frei in Abhängigkeit von aerodynamischen Kräften zu bewegen, die in anderen Richtungen als der Längsachse des Blattes, auftreten. Solche Kräfte können z.B. Hachführ- und Schlagbewegungen des Rotorblattes erzeugen, die Schwenkbewegungen des Blattes um senkrecht zu seiner Längsachse stehende Achsen darstellen· Das sphärisch geformte laminierte Lager 42 nimmt solche Bewegungen durch Scheren

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der elastomereu Lagerschichten auf· Die beiden kegelstumpfförmig ausgebildeten Lager 38 und 40 sind andererseits so geformt und ausgerichtet, daß Translationsbewegungen des Rotorblattes 16 in Sadialrichtung seiner Längsachse 18 oder Schwenkbewegungen des Blattes um quer zu seiner Längsachse stehende Achsen immer eine primär in Druckrichtung erfolgende Belastung der beiden Lager darstellt. Im einzelnen sind die Lager 38 und 40 so gegeneinander ausgerichtet, daß die Schichten jedes Lagers gegen das andere Lager hin zulaufen. Das gleiche Ergebnis könnte erreicht werden, wenn man die Schichten beide nach der anderen Seite, also voneinander weg sich verjüngen ließe. Die hohe Drucksteifheit der Lager 38 und 40, die allen laminierten Lagern gemeinsam ist, bringt die zwei Lager dazu,daß sie sich wie eine im wesentlichen steife Einheit verhalten, die nicht-axiale translationale, Nachfuhr- und Schlagbewegungen des Blattes 16 ohne bedeutsame Verformung auf das sphärische ^ager 42 überträgt. Alle drei Lager 38, 40 und 42 verformen sich jedoch, um die Rotationsbewegungen des Blattes 16 um seine Längsachse 18 aufzunehmen, um den Anstellwinkel des Blattes zu ändern. Bei einer Bewegung zur Änderung des Anstellwinkels des Blattes 16 wird jede elastomere Schicht in jedem der Lager 38, 40 und 42 scherend so verformt, daß alle drei Lager die Veränderung des Anstellwinkels oder diese Torsionsbewegung unter sich aufteilen.

Das Blattbefestigungssystem nach der vorliegenden Erfindung ergibt einen wirksamen Ersatz für das anfangs besprochene Rotorblatt-Befestigungssystem, das in anfangs genannten Patentschriften erläutert ist. Das vorliegende Befestigungssystem ergibt die Fähigkeit, allgemein die gleichen Zentrifugalbelastungen,i.nstellwinkeländerungen, Nachführ- und Schlagbewegungen aufzunehmen wie das genannte Haltesystem

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wobei annähernd der gleiche Raumbedarf vorhanden ist· Gleichzeitig ist nur eine einzige Verbindung zwischen dem Rotorblatt 16 und dem Haltesystem 20 erforderlich und so ergibt sich nur eine einzige Berührungsfläche zwischen dem kältesystem und dem Rotorblatt «Anders als bei dem erstbesprochenen Haltesystem ergibt sich bei cbr vorliegenden Erfindung keine Möglichkeit eines Reibungsverschleißes bei einer zwischenliegenden Verbindung zwischen dem Blatt und dem Haltesystem·

Sie vorliegende Erfindung ergibt aber ebenso Vorteile gegenüber de« kältesystem nach der US-PS 3 862 812,in-dem in gleicher Weise nur eine einzige Verbindung zwischen einem Rotorblatt und seinem Haltesystem vorgesehen ist· Die vorliegende Erfindung benutzt zwei konische Lager mit relativ kleinem Außendurchmesser statt eines einzelnenytonischen Lagers wie in der letztgenannten Patentschrift. Das Ergebnis ist nicht nur ein Auswechseln von zwei für einen, sondern bietet auch Vorteile von wesentlicher Bedeutung· Nimmt man an, daß alle Lager ein gesamtes elastomeres Teil mit gleichförmiges Elastizitätsmodul verkörpern, so wird die Torsionsfederkonstante jedes Lagers durch das Quadrat des Abstandes vom Mittelpunkt des Lagers bis zu der radial am weitesten außen liegenden elastomeren Schicht bestimmt. Eine Verringerung des Außendurchmessers eines laminierten Lagers bewirkt deshalb eine weit mehr als lineare proportionale Verkleinerung der Torsionsfederkonstante des Lagers· Andererseits bedeutet eine kleinere Torsionsfederkonstante eine größere Fähigkeit, Rotationsbewegungen auf eine gegebene Torsionsbelastung hin aufzunehmen· Die gesteigerte Fähigkeit der beiden konischen Lager, eine solche Bewegung aufzunehmen, verglichen mit einem einzelnen großen konischen Lager ergibt eine bedeutende Verkleinerung der erforderlichen RotationsbewegungsJtldHfkeit und deshalb der fresamtgröße des sphärischen laminierten

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Lagers. Ein kleineres sphärisches Lager verkleinert wiederum den Gesamtraum, der zur Aufnahme des Haltesystems erforder-

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lieh ist. Eine Abnahme des Gesamtraumes, der für das altesystem erforderlich ist erlaubt eine Verkleinerung der Größe der Rotornabe, die ein einzelner massiver Metallblock mit einem Durchmesser von 1,07 bis 1,22 m sein kann, und bearbeitet werden muß, um die erforderlichen öffnungen, Lagergehäuseabschnitte und andere Aufbauten zu ergeben· Auch eine relativ gemäßigte Verkleinerung der Ausmaße der Nabe kann beträchtliche Einsparungen im Gewicht und in den Materialkosten ergeben·

Es sollte beachtet werden, daß die vorangehende Diskussion nur Verbindungen zwischen dem Rotorblatt 16 und der Nabe 12 betrifft, die durch das Blatthaltesystem 20 hergestellt werden· Es sind noch weitere Verbindungen zwischen der Rotor nabe 12 und dem Rotorblatt 16 vorhanden, die keine wesentliche Haltewirkung des Rotorblattes ergeben· Beispielsweise ist das Rotorblatt und im besonderen der Blattabschnitt 32 des Blattes 16 mit der Rotornabe 12 über einen Anstellwinkel-Bügel 70 verbunden· Der Anstellwinkel-Bügel 70 ist an einem Ende mit dem Blattabschnitt 32 des Rotorblattes 16 und am anderen Ende mit dem Stabendlager 72 eines Anstellwinkel-Steuerstabes verbunden· Der Anstellwinkel-Steuerstab, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist wiederum üblicherweise mit einer Taumelplatte 74- so verbunden, daß eine Bewegung der Taumelplatte das Rotorblatt 16 zu Anstellwinkelveränderungen um seine Längsachse 18 zwingt· Gleicherweise ist ein Nachführbewegungs-Dämpfer 76, der aus einem hydraulischen oder pneumatischen Zylinderkolbengerät besteht, mit einem Ende mit dem vergrößerten Ende JA des Montageschaftes 30 des Rotorblattes 16 verbunden. Der Dämpfer 76, dessen

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anderes Ende an der Rotornabe 12 befestigt ist, dämpft die Nachführbewegung oder die in der Drehebene stattfindende Bewegung des Rotorblattes 16. Die obige Beschreibung schöpft dabei den Rahmen der Erfindung nicht vollständig aus· Beispielsweise können zwei benachbarte Lagerendplatten in der dargestellten Ausführung der Erfindung durch eine ein seine, aus einem Stück bestehende Platte ersetzt werden,wie es mit Besug auf die Endplatten 58 und 60 dargelegt ist.

- Patentansprüche -

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ( 1. #0

   torblatt-Haltesystem zur Verbindung mindestens eines

   ichen Rotorblattes mit einer um eine Mittelachse drehbaren Rotornabe, wobei das verbundene Rotorblatt sich normalerweise allgemein in Radialrichtung von der Nabe weg erstreckt und mit der Nabe um deren Mittelachse drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei laminierte elastomere Lager miteinander in Reihe so verbunden sind, daß Drucklasten übertragen werden, daß jedes laminierte Lager eine Vielzahl abwechselnd angebrachter und miteinander verbundener Schichten aus elastomerem Material und aus im wesentlichen undehnbarem Material enthält, daß jede Schicht der in Reihe verbundenen laminierten Lager zumindest teilweise gegen die Längsachse des Rotorblattes geneigt ist und in einem radial zur Längsachse des Rotorblattes geführten Schnitt zumindest einen Abschnitt aufweist, der in Längsrichtung gegen ein Ende des Rotorblattes hin vorragt·

   2· Haltesystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die in Reihe miteinander verbundenen laminierten Lager an Schwenkbewegungen des Rotorblattes um seine Längsachse zusammen Anteil· haben, daS »ur eines der in Reihe verbundenen laminierten Lager starr mit dem Rotorblatt verbunden ist und daß das Rotorblatt in Radialrichtung bezogen aif seine Längsachse von mindestens allen Abschnitten des Haltesystems außer dem einen laminierten Lager einen Abstand aufweist.

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   3. Haltesystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t, daß die Schicht . mindestens eines der in Reihe verbundenen laminierten Lager ein sphärisch geformter Ringteil ist und daß jede Schicht von mindestens zwei anderen der in Reihe verbundenen laminierten Lager ein kegelstumpfartig geformter Ring ist.

   4. Haltesystem nach Anspruch 3 9 dadurch g e k e η nzeichnet, daß die zwei laminierten Lager mit kegelstumpf artig geformten Schichten einander benachbart angeordnet sind, daß die Schichten des einen der kegelstumpfförmig geschichteten Lager umfangsmäßig gegen ein Ende des Rotorblattes hin verjüngt sind und daß die Schichten des anderen kegel stumpf förmig geschichteten Lagers sich umfangsmäßig gegen das andere Ende des Rotorblattes hin verjüngen·

   5· Haltesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten des einen kegelstumpfförmig geschichteten Lagers sich gegen das andere kegelstumpfförmig geschichtete Lager hin verjüngen·

   6· Haltesystem nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η zeichnet, daß die ringförmigen Schichten jedes laminierten Lagers eine durch das Lager hindurchreichende Hittelöffnung umgeben und daß die Mittelöffnungen aller in Reihe miteinander verbundener laminierter Lager in Axialrichtung ausgerichtet sind, daß das Rotorblatt einen Montageschaftabschnitt besitzt, der in Richtung der Längsachse des Blattes liegt und sich durch die miteinander ausgerichteten Mittelöffnungen erstreckt, daß der -Sehaf.tabschnitt des Blattes einen Außenumfang besitzt, der kleiner ist als der kleinste Innenumfang

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   mindestens zweier einander benachbarter in Reihe miteinander verbundener laminierter Lager, so daß die Außenumfangsfläche des Schaftabschnittes des Blattes über seine gesamte Länge sowohl von (a) den Innenumfangsflachen der mindestens zwei einander benachbarten in Reihe miteinander verbundenen laminierten Lager und (b) jedem anderen Bauteil, das zwischen den voneinander abgewandten Enden der mindestens zwei benachbarten Lager angeordnet ist, einen Abstand aufweist·

   7· Rotorblatt-^altesystem zur Verbindung mindestens eines länglichen Rotorblattes mit einer um eine Mittelachse drehbaren Rotornabe, wobei das verbundene Rotorblatt normalerweise sich in allgemein radialer Richtung von der ^abe weg erstreckt und mit der Nabe um deren Mittelachse drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotornabe einen Lagergehäuseabschnitt aufweist, der eine radial von der Rotornabe nach außen gewandte öffnung und eine erste ringförmige Montagefläche bestimmt, die der Öffnung benachbart, diese umgibt, daß drei laminierte elastomere Lager miteinander so in Reihe verbunden sind, daß Drucklasten übertragen werden, daß jedes laminierte Lager eine Vielzahl einander abwechselnder und miteinander verbundener ringförmiger Schichten aus elastomerem Material und aus im wesentlichen undehsbarem Material umfasst, daß die Schichten eines laminierten Lagers sphärisch geformte Ringe und die Schichten der anderen beiden laminierten Lager kegelstumpf artig geformte Hinge sind, daß die ringförmigen Schichten aller der in Reihe miteinander verbundenen Lager eine Mittelöffnung umgeben, die sich durch das jeweilige Lager erstreckt und daß all· Mittelöffnungen miteinander axial ausgerichtet sind, daß das Rotorblatt einen Montageschaftabschnitt

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   aufweist, der sich in Richtung der Längsachse des Blattes in die Öffnung des Lagergehäuseabschnittes der Rotornabe hinein und durch jede der miteinander ausgerichteten Mittelöffnungen der in Reihe miteinander verbundenen laminierten Lager hindurch erstreckt, daß der Schaftabschnitt eine Einrichtung aufweist, die eine zweite Ringmontagefläche bildet, welche konzentrisch zur Längsachse und quer zu ihr ausgerichtet ist, daß die in Reihe miteinander verbundenen laminierten Lager so angebracht sind, daß. sie sich zwischen den ersten und zweiten Montageflächen befinden, daß das laminierte Lager mit sphärisch geformten Schichten der ersten Hontageflache benachbart und mit dieser verbunden ist und daß die laminierten Lager mit kegelstumpfartig geformten Schichten in einander entgegengesetzter Ausrichtung zwischen dem sphärisch geformten Lager und der zweiten Montagefläche angebracht sind, daß eines der kegelstumpfförmig geschichteten Lager mit der zweiten Montagefläche und das andere kegelstumpfförmige Lager mit dem sphärisch geschichteten Lager verbunden ist, daß die Lager in bezug auf den Schaftabschnitt des Rotorblattes so angeordnet sind, daß zwischen der ersten und der zweiten Montagefläche der Schaftabschnitt von dem gesamten Haltesystem bis auf das eine kegelstumpfförmige Lager in Radialrichtung zur LäHJsachse des Rotorblattes einen Abstand aufweist und daß alle drei laminierten Lager an Schwenkbewegungen des Blattes um seine Längsachse Anteil haben·

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