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Lagerungsteil für Rotorblätter
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Die Erfindung bezieht sich auf ein tagerungsteil für die Rotorblätter
von Drehflüglern, die um ihre Längsachse drehbar sind bzw. eine Veränderung der
Flügelsteigung erlauben.
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Solche Lagerungsteile sind an sich in verschiedenen Ausführungsformen
bekanntgeworden. So offenbart beispielsweise die DELOS 25 41 637 einen Schwanzrotor
für Drenflügler,bei dem jede Profilschale im Bereichrndes Flügelfußes progressiv
im Querschnitt vom eigentlichen Flügelprofil in einen Umdrehungszylinder übergeht,
der seinerseits einen zylindrischen Flansch umfaßt und damit verbunden ist, und
innerhalb dieses zyllndrischen Flansches beiderseits der die Nabe bildenden Platten
zwei biegsame Klötze aufweist, welche paarweise jeweils eine Flansch mit der Rotornabe
elastisch verbinden. Diese Klötze sind in Aufnahmen gepreßt eingesezt, wodurch sie
ohne zusätzliche Befestigung festgehalten werden und im Betrieb ohne larwierige
Demontage ersetzt werden können. Sie dienen als Abstützung für den Flügelfuß und
zwar hauptsächlich während des Startes oder während der Ruhelage des Rotors, also
in den Zuständen, in denen eine Zentrifugalkraft nicht ausreicht, um den Holm zu
spannen und zu stabilisieren. Andererseits erlauben die Klötze infolge ihrer sehr
großen Biegsamkeit bei Veränderungen der Steigung relativ große Verschiebungen der
Flansche gegenüber der Nabe, ohne hierbei ein ungünstiges Rückholmoment hervorzurufen,
und bilden gleichzeitig einen GelenkpiMikt für den gesamten Flügel.
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Diese Ausführungsform erfordert jedoch einen relativ hohen Aufwand
an Einzelbauteilen, die in genau tolerierten Passungen gelagert sein müssen, insbesondere
hierbei die genannten Klbtze, die außerdem noch einen großen Platzbedarf erfordern.
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Eine weitere Ausführungsform einer wälzlagerlosen Drehflügelanordnung
ist aus der tE-Offenlegungsschrift 22 14 252 bekanntgeworden. Hier wird das von
der Stoßstange-über den Blatthebel auf das Rotorblatt übertragene Moment über eine
tragflügelförmige Hülse weitergegeben. Letztere ist sehr torsionssteif.
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Das Moment wird auf den radial inneren Teil des Holmes übertragen,
der bezüglich der Torsionsbewegungen eine große Flexibilität aufweist. Um den Blattanstellwinkel
verändern zu können, ist die Hülse gegenüber dem Holm sowohl bezüglich der Torsionsbewegungen
als auch bezüglich der Biegebewegungen frei beweglich.
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Auch diese Ausführungsform erfordert einen hohen Aufwand an Einzelbauteilen
und Torsionsrückstellkräfte aus der Zentrifugelkraft.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lagerungsteil
der eingangs genannten Art zu schaffen, das Längskräfte, Querkräfte und Momente
überträgt, dabei winkelbeweglich ist und keine zusätzlichen Einzelbauteile erfordert.
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Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen
gelöst. In der Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung abgehandelt
und in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig~.1 eine schematische
Darstellung des Lagerungsteils mit Angabe der angreifenden Momente und Kräfte, Fig.
2 Darstellung der Winkelbewegung des Lagerungsteils bis zu 150 Auslenkung, Fig.
3 Darstellung eines unsymmetrisch geformten Lagerungsteils mit verschobener Drehachse,
Fig.
4 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform in zusammengebauter Stellung, Fig. 5
einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 4 Fig. 6 einen Schnitt entlang der
Linie A-A gemäß Fig. 4 bei Blattanstellung von 15° Die Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze
des erfindungsgemäßen Lagerungsteils für die Rotorblätter in einem Ausführungsbeispiel,
wobei die angreifenden Kräfte und Momente eingezeichnet sind. Dieses Lagerungsteil
ist nun aus einem Werkstück so gefertigt, daß von zwei torsionssteifen Balken 10a
und 10b - wovon der Balken 10a fest eingespannt ist und der Balken 10t freibeweglich
ist und das Rotorblatt 20 trägt - Stäbe 11, 11a und ein Schubsteg 12 ausgehen und
gewissermaßen beide Balken miteinander verbinden. An den Anschlußstellen 14 dieser
Stäbe und Stege 11, 12 sind letztere mit Verjüngungen 13 des Querschnitts versehen,
die den Zweck haben, in einem gewissen UTmfang beweglich elastische Quasigelenke
zu schaffen, wobei durch diese Verjüngungen eine Drillbeweglichkeit um die Achse
15 ermöglicht wird. Durch diese Ausgestaltung wird der Forderung bei Drehflüglern
Genüge getan, daß die Rotorblätter um ihre Längsachse drehbar gelagert sein müssen,
um durch veränderliche Blattanstellwinkel einen variablen Schub erzeugen zu können.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel überträgt nun das aus einem einzigen
Stück bestehende Lagerteil 10 die Längs-, Quer- und Biegekräfte vom Rotorblatt 20
auf den Kopfanschluß und ist dabei noch winkelbeweglich. Es versteht sich, daß die
geometrische Ausgestaltung des Lagerungsteils 10 den aufzunehmenden Lastverhältnissen
entsprechend durchgeführt wird. Somit ist nun eine Konzeption geschaffen, bei der
ein aus einem Stück bestehendes Lagerungsteil Kräfte und Momente in jeder Richtung
aufnehmen und übertragen kann und obendrein den Vorzug besitzt, um eine Achse auch
drillweich zu sein. Dies erbringt eine
Reihe von wesentlichen Vorteilen.
So ist die Winkelbewegung in den einzelnen Gelenken nur halb so groß wie die Gesamtverdrehung
des angeschlossenen Rotorblattes, woraus sich eine Verkleinerung der Biegespannungen
ergibt. Die Torsionsbeweglichkeit ist hier völlig unabhängig von- - der Größe und
der Richtung der zu übertragenden Kräfte. Es entstehen also keine schädlichen rückstellenden
Momente aus den äußeren Kräften.
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Schmierungs- und Dichtungsprobleme gibt es iiberhaupt nicht mehr,
der Bauteilaufwand ist bis auf das Letzte minimiert und die Montagearbeiten absolut
aufwandslos. Durch den Wegfall der bisher erforderlichen großen Anzahl an Einzelbauteilen
und Lagerungen, die nicht nur einem relativ starken Verschleiß unterworfen sind,
sondern auch laufender Wartung bedürfen, wird aber auch die Zuverlässigkeit und
Funktionssicherheit bei Drehflüglern wesentlich erhöht.
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Das vorbeschriebene Lagerung steil wird aus Faser-Verbundwerkstoff
hergestellt, wodurch eine spezielle richtungsbezogene Elastizität von Anfang an
schon gegeben ist, die durch die Verjüngungen 13 an den Anschlußstellen 14 erhöht
wird. Das Verhältnis von Länge zu Breite und Höhe des Lagerungsteils 10 läßt sich
gemäß den auftretenden Kraftgrößen optimieren.
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Die Fig. 2 gibt an einem Ausführungsbeispiel die Winkelbewegung des
Lagerungsteils 10 bis zu 150 Auslenkung wieder. Bei der Verdrehung des Elementes
um kleine Winkel wird die Drehachse 15 mit geringen Abweichungen gleichzeitig die
Mittelachse des Elementes bilden. Werden die Drehwinkel jedoch grö-Ber, so werden
auch die Abweichungen von Mittelachse und Drillachse größer.
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Die Fig. 3 zeigt ein weiteies Ausfüurungsbeispiel der Brfindung, wobei
durch eine unsnmetrische Bauweise des Lagerungsteils 10 die Drehachse verschoben
wird. In diesem Falle werden die elastischen Gelenke 13 verschieden stark gebogen,
was
in speziellen Fällen erwünscht ist.
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Die Fig. 4 bis 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Lagerungsteiles 10 im eingebauten Zustand sowie im Funktionszustand bei einer Blattanstellung
von 150. Hier ist die besondere Einfachheit der vorbeschriebenen Konzeption gegenüber
den Ausfüurungen des Standes der Technik deutlich erkennbar.
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