DE3307311C2 - Hubschrauber-Rotornabe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubschrauber-Rotornabe von platten­ artig ebener Form mit einer Anzahl von gleichmäßig um eine Mit­ telachse herum verteilt angeordneten und radial außen durch je­ weils einen in Umfangsrichtung der Platte verlaufenden Steg ge­ schlossenen Öffnungen für den Anschluß jeweils eines zugeordne­ ten Rotorblatts an der Platte mit einer koaxial zur Mittelachse angeordneten inneren Tragstruktur, einem äußeren, sich entlang der Stege erstreckenden ringförmigen Rahmen und einer starr mit der inneren Tragstruktur einerseits und dem äußeren Rahmen an­ dererseits verbundenen dazwischenliegenden Speichenanordnung.

Es ist eine in dieser Weise ausgestaltete monolithisch aus Me­ tall hergestellte Nabe für Hubschrauber-Rotoren bekannt (DE-OS 23 28 149), welche aufgrund der gewählten Form gegenüber älte­ ren monolithischen Rotor-Naben den Vorteil hat, daß die Spei­ chen oder Stege der Speichenanordnung und die innere Tragstruk­ tur von Blattzentrifugalkräften entlastet und andere Belastun­ gen, wie das Drehmoment der Auftrieb und das Rotorkopfmoment besser aufgenommen werden. Ein Nachteil solcher monolithischer Naben liegt neben dem zwangsläufig hohen Gewicht darin, daß beim Bruch eines Stegs der Speichenanordnung infolge auftreten­ der Belastung in kürzester Zeit das zugeordnete Rotorblatt ab­ getrennt wird.

Daneben ist aus der DE-PS 30 01 207 eine aus einer Metallplatte mit axialen Durchgangsöffnungen für jedes Rotorblatt bestehende Rotornabe bekannt. Jede dieser Durchgangsöffnungen ist auf der den Umfang der Nabe bildenden Seite von einem Arm oder Steg be­ grenzt, der zur Anbringung des zugeordneten Rotorblattes dient und die vom jeweiligen Rotorblatt auf die Nabe ausgeübten Zen­ trifugalkräfte auf eine mittige Welle zu übertragen vermag. Auch bei dieser Rotornabe besteht die Gefahr, daß wegen der monolithischen Struktur der besagten Arme oder Stege ein klei­ ner Defekt innerhalb kurzer Zeit zu einer Abtrennung des zuge­ ordneten Rotorblattes führt. Ähnliche Probleme tauchen auch bei anderen Lösungsversuchen, wie z. B. den in der DE-OS 26 48 343 oder der DE-OS 29 16 727 beschriebenen, auf.

Davon ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nabe zu schaffen, welche die vorerwähnten Nachteile nicht hat, welche also insbesondere die infolge der Zentrifugalkraft ent­ stehenden Kräfte auf verschiedenen alternativen Wegen derart zu übertragen vermag, daß die Beanspruchung eines Teils ihrer Struktur nicht mehr zur fast unmittelbaren Abtrennung eines Rotorblatts führt.

Ausgehend von einer Rotornabe der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mittlere Speichenanordnung einen jeweils kegelstumpfförmigen, koaxial zur Mittelachse ausgerichteten oberen Teil und einen unteren Teil aufweist, die so angeordnet sind, daß ihre schmaleren En­ den voneinander wegweisen, während ihre einander zugewandte Hauptbasis miteinander und mit dem zwischen ihnen angeordneten ringförmigen Rahmen in Berührung steht, und daß die mittlere Speichenanordnung sowohl in ihrem oberen als auch im unteren Teil von jeweils einer Anzahl von ringartig geschlossenen Ele­ menten gebildet wird, von denen jedes Element einen sich ent­ lang eines zugeordneten Stegs erstreckenden Abschnitt und einen mit der inneren Tragstruktur verbundenen Abschnitt aufweist. Durch die Unterteilung der mittleren Speichenanordnung in einen oberen und unteren Teil bestehen die Stege also praktisch aus zwei Teilstegen und jeder Teilsteg wiederum aus zwei aneinan­ derliegenden Abschnitten der ringartig geschlossenen Elemente. Die bei monolithischen Naben bestehende Gefahr des plötzlichen Bruchs eines Steges und ein daraus resultierendes unmittelbares Versagen der Naben wird dadurch weitgehend vermieden, da bei Bruch eines Abschnitts eines Stegs oder Teilstegs die verblei­ benden Abschnitte die eingeleiteten Kräfte noch - zumindest für eine gewisse Zeitdauer - zu übertragen vermögen.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildete Hubschrauber-Rotornabe und

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Nabe 1 eines (nicht gezeigten) Hubschrauber-Rotors, welche in der Draufsicht die Form einer Platte mit vieleckiger Begrenzung hat, mit welcher mehrere - im dargestellten Ausführungsbeispiel 5 (nicht gezeigte) Rotorblät­ ter mit einer (ebenfalls nicht gezeigten) mittigen Welle ver­ bunden werden können.

Die Nabe 1 weist eine koaxial zu einer mittigen Drehachse der Nabe 1 ausgerichtete, vorzugsweise aus Metall hergestellte Tragstruktur 2, einen äußeren, vorzugsweise aus synthetischen Fasern hergestellten, koaxial zur besagten mittigen Achse aus­ gerichteten ringförmigen Rahmen 3 und eine ebenfalls vorzugs­ weise aus Kunststoffmaterial hergestellte dazwischenliegende Speichenanordnung 4 auf, welche starr mit der Tragstruktur 2 und dem äußeren Rahmen verbunden ist und so Öffnungen 4a bil­ det, in welche jeweils ein (nicht gezeigtes) Befestigungsele­ ment eines Rotorblattes eingesetzt werden kann.

Wie insbesondere in Fig. 2 gezeigt ist, weist die innere Trag­ struktur 2 eine mit seiner Achse im wesentlichen senkrecht aus­ gerichteten und von einer zylindrischen Axialbohrung 6 durch­ setzten Ringkörper 5 auf. Der Ringkörper 5 ist an seinen axial gegenüberliegenden äußeren Enden mit zwei ringförmigen Rippen 7 und 8 mit ebenen Flächen 9 versehen, welche koplanar zu den zu­ geordneten axialen Stirnflächen des Ringkörpers 5 verlaufen und von einer Anzahl von nach außen gekrümmt geformten Kanälen 10 durchsetzt werden, deren Zahl der Zahl der (nicht gezeigten) Rotorblätter entspricht.

Die Kanäle 10 sind durch zwei ringförmige Platten 11 und 12 ge­ schlossen, welche in Anlage an den zugeordneten Flächen 9 durch einen Ring von Schrauben 13 mit der jeweils zugeordneten Rippe 7 bzw. 8 verbunden sind.

Die vom Ringkörper 5 und den Platten 11 und 12 gebildete Anord­ nung ist vorzugsweise aus Aluminium hergestellt und an ihrer Oberseite durch einen ebenfalls vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Deckel 14 geschlossen, der mittels einer Reihe von Schrauben 15 (Fig. 1) mit der Platte 11 verbunden ist. An sei­ ner Unterseite wird der Ringkörper 5 von einem Rohrkörper 16 getragen, welcher vorzugsweise aus Metall hergestellt ist und einen oberen Flansch 17 aufweist, der mittels (nicht gezeigter) Schrauben mit der Platte 12 verbunden ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, setzt sich die mittlere Speichenan­ ordnung 4 aus einem oberen Teil 18 und einem unteren Teil 19 zusammen, von denen jeder koaxial zum Ringkörper 5 angeordnet und jeweils kegelstumpfförmig ausgebildet ist, wobei die Anord­ nung so getroffen ist, daß die Teile 18 und 19 mit ihren größe­ ren Endflächen entlang des Rahmens 3 aneinander anliegen und sich in Richtung voneinander weg verjüngen.

Jeder der Teile 18 und 19 ist mit einem Halter 20 aus Kunst­ stoff versehen, der außen durch eine Abdeckung 21 aus Kunst­ stoff geschlossen ist. Im Inneren des Halters 20 ist eine der Anzahl der an der Rotornabe 1 zu befestigenden Rotorblätter entsprechende Anzahl von jeweils in der Draufsicht (Fig. 1) ein "U" bildenden Profilen 22 vorgesehen, welche gleichmäßig um die mittlere Speichenanordnung 4 verteilt und derart radial zu ihr ausgerichtet sind, daß die offene Seite des jeweils von einem Profil 22 gebildeten "U" zum Mittelpunkt der Rotornabe 1 hin­ weist.

Radial einwärts läuft jeder Außenschenkel eines ein "U" bilden­ den Profiles 22 mit einem Außenschenkel eines benachbarten Pro­ files 22 zusammen und bildet so ein Radialprofil 23, das die doppelte Breite der Profile 22 besitzt. Auf diese Weise sind eine der Anzahl der an der Rotornabe zu befestigende Rotorblät­ ter entsprechende Anzahl von Radialprofilen 23 gebildet, welche sich jeweils zur inneren Tragstruktur hin erstrecken und denen jeweils ein in Umfangsrichtung verlaufendes Profil 24 zugeord­ net ist, welches rechtwinklig zum zugeordneten Radialprofil 23 verläuft und das an seinen Enden mit den Enden der das jewei­ lige Radialprofil 23 bildenden, vom Radialprofil 23 aus gesehen V-förmig auseinanderlaufenden Schenkeln der Profile 22 verbunden ist. An der Stelle, an der jeweils zwei benachbarte Profile 22 zu einem Radialprofil 23 zusammenlaufen, ist der Halter 20 durch ein äußeres Abdeckelement 25 verstärkt.

Innerhalb jedes Halters 20 sind ringartig geschlossene Elemente 26 angeordnet, die aus Bändern oder Strängen 26 aus vorzugs­ weise mit axial orientierten Fasern verstärktem Kunststoffmate­ rial hergestellt sind. Jeder ein ringartig geschlossenes Ele­ ment bildende Strang 26 hat in der Draufsicht innerhalb des in gestrichelten Linien dargestellten ringförmigen Verlaufs einen ersten Abschnitt 27, der durch den dem jeweiligen ringartig ge­ schlossenen Element 26 zugeordneten Kanal 10 verläuft und der mit zwei zweiten Abschnitten 28 verbunden ist, die sich entlang der zugeordneten Radialprofile 23 erstrecken. Die freien Enden der zweiten Abschnitte 28 eines jeden ringartig geschlossenen Elementes 26 sind jeweils durch einen dritten Abschnitt 29 mit­ einander verbunden, der der Form eines ein "U" bildenden Profi­ les 22 entspricht.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der nicht von den Strängen 26 be­ legte Innenraum jedes Halters 20 mit einem Kunststoff-Füllmate­ rial 30 ausgefüllt. Entlang ihres äußeren Umfangs sind die Hal­ ter 20 mit zwei umlaufenden Axialrippen 31 (Fig. 2) versehen, die den äußeren Rahmen 3 bilden und die zwischen sich einen Kanal 32 einschließen, welcher durch einen ringförmig geschlos­ senen Strang 33 ausgefüllt ist.

Der Strang 33 bildet zusammen mit den äußeren Teilen der ring­ artig geschlossenen Elemente 26 die Stege 34, die jeweils eine zugeordnete Öffnung 4a auf der Außenseite abschließen und zur Halterung eines an der Nabe 1 zu befestigenden Rotorblattes dienen.

Während des Betriebes tragen die Speichenanordnung 4 und der äußere Rahmen 3 zur gleichmäßigen Verteilung der infolge der von den Rotorblättern ausgeübten Zentrifugalkraft entstehenden Kräfte bei und übertragen diese Kräfte auf die innere Tragstruktur 2.

Eine Besonderheit der beschriebenen Nabe 1 besteht darin, daß die ringartig geschlossenen Elemente 26 und der Strang 33 durch die von ihnen jeweils gebildeten Stege 34 hindurchtreten, so daß im Falle des Bruchs eines oder beider ringartig geschlosse­ nen Elemente 26 eines Steges 34 die infolge der Zentrifugal­ kraft in diesen Steg 34 eingeleiteten Kräfte auf den verblei­ benden Strang 33 übertragen werden können, so daß ein plötz­ licher Bruch der Nabe 1 ausgeschlossen ist.

Claims (6)

1. Hubschrauber-Rotornabe (1) von plattenartig ebener Form mit einer Anzahl von gleichmäßig um eine Mittelachse herum verteilt angeordneten und radial außen durch jeweils einen in Umfangs­ richtung der Platte verlaufenden Steg (34) geschlossenen Öff­ nungen (4a) für den Anschluß jeweils eines zugeordneten Rotor­ blatts an der Platte, mit einer koaxial zur Mittelachse ange­ ordneten inneren Tragstruktur (2), einem äußeren, sich entlang der Stege (34) erstreckenden ringförmigen Rahmen (3) und einer starr mit der inneren Tragstruktur (2) einerseits und dem äuße­ ren Rahmen (3) andererseits verbundenen dazwischenliegenden Speichenanordnung (4), dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Speichenanordnung (4) einen jeweils kegel­ stumpfförmigen, koaxial zur Mittelachse ausgerichteten oberen Teil (18) und einen unteren Teil (19) aufweist, die so angeord­ net sind, daß ihre schmaleren Enden voneinander wegweisen, wäh­ rend ihre einander zugewandte Hauptbasis miteinander und mit dem zwischen ihnen angeordneten ringförmigen Rahmen (3) in Be­ rührung steht, und daß die mittlere Speichenanordnung (4) sowohl in ihrem oberen als auch im unteren Teil (18; 19) von jeweils einer Anzahl von ringartig geschlossenen Elementen (26) gebildet wird, von denen jedes Element einen sich entlang eines zugeordneten Stegs (34) erstreckenden Abschnitt (29) und einen mit der inneren Tragstruktur verbundenen Abschnitt (27) auf­ weist.

2. Rotornabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Speichenanordnung (4) und der äußere Rahmen (3) aus Kunststoffmaterial hergestellt sind.

3. Rotornabe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Tragstruktur (2) aus Metall hergestellt ist.

4. Rotornabe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der äußere Rahmen (3) einen ringförmigen Strang (33) aus orientierten synthetischen Fasern aufweist.

5. Rotornabe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes der besagten ringartig geschlossenen Ele­ mente (26) von einem ringförmigen Strang aus orientierten syn­ thetischen Fasern gebildet wird.

6. Rotornabe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sowohl der obere als auch der untere Teil (18; 19) jeweils einen zugeordneten äußeren Halter (20) mit die ringartig geschlossenen Elemente (26) aufnehmenden U-Profilen (22; 23) aufweist, wobei die beiden Halter (20) zusammen einen äußeren in Umfangsrichtung verlaufenden Kanal (32) bilden, in welchem der äußere ringförmige Rahmen (3) aufgenommen ist.