DE3307625C2 - Hubschrauber-Gelenkrotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubschrauber-Gelenkrotor mit einer um ihre Achse drehbaren Mittelnabe und einer Anzahl von im wesentlichen radial von der Nabe vorstehenden Rotor­ blättern, die jeweils mit einem durch eine zugeordnete Axialöffnung hindurchgreifenden Befestigungselement ver­ sehen sind und über eine zwischengeschaltete erste elasti­ sche Kugelgelenk-Kupplung mit der Innenfläche jeweils eines zugeordneten, in Umfangsrichtung verlaufenden und in Radialrichtung außen liegenden Teils des die Axialöffnung abschließenden Stegelements der Nabe zusammenwirken, wobei die Axialöffnungen in gleichmäßiger Verteilung um eine mittlere Tragstruktur herum verteilt angeordnet sind.

Solche Hubschrauber-Gelenkrotoren sind bekannt, z. B. aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 28 149. Bei den be­ kannten Rotoren dieses Typs wird die zwischen der Nabe und dem jeweiligen Anschlußelement angeordnete erste elastische Kugelgelenk-Kupplung nicht nur durch von der Zentrifugal­ kraft erzeugte Druckspannung, sondern auch durch Schubspan­ nungen beansprucht und kann daher nicht unter optimalen Betriebsbedingungen arbeiten. Insbesondere werden bei dem aus der genannten deutschen Offenlegungsschrift bekannten Rotor sowohl Zentrifugalkräfte als auch Scherkräfte von jedem Rotorblatt über die Stegelemente auf die Nabe über­ tragen.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hubschrauber-Gelenkrotor anzugeben, welcher von der­ artigen Nachteilen im wesentlichen frei ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hubschrau­ ber-Gelenkrotor der eingangs genannten Art gelöst, bei wel­ chem die Nabe eine Anzahl von radialen Vorsprüngen hat, von denen sich jeder in einer zugeordneten Axialöffnung in Richtung auf das jeweilige Stegelement und durch eine radiale Durchgangsöffnung im jeweiligen Befestigungselement erstreckt, wobei jeder Vorsprung unter Zwischenschaltung einer zweiten elastischen Kugelgelenk-Kupplung, welche kon­ zentrisch zu der ersten Kugelgelenk-Kupplung angeordnet ist, axial verschieblich mit der zugeordneten Durchgangs­ öffnung verbunden ist.

Eine solche Ausgestaltung hat unter anderem den Vorteil, daß die Scherkräfte hauptsächlich direkt auf die Nabe mit­ tels der radialen Vorsprünge übertragen werden. Dabei be­ einträchtigen die radialen Vorsprünge und die zugeordneten elastischen Kugelgelenk-Kupplungen die Beweglichkeit der zugeordneten Rotorblätter in keiner Weise. Die Vorsprünge sind vielmehr aus Sicherheitsgründen vorgesehen und redu­ zieren die Belastungen in den zugeordneten Stegelementen. Ähnliche Vorsprünge und Gelenke sind zwar bei einem anderen Typ von Hubschrauber-Rotoren bekannt, nämlich den gelenklo­ sen Rotoren wie z. B. in den deutschen Offenlegungsschriften 28 27 320 oder 28 04 477 beschrieben, jedoch sind die in diesen beiden Druckschriften genannten Vorsprünge und Gelenke dafür vorgesehen, den jeweiligen Rotor starr bzw. halbstarr zu machen und sind daher in keiner Weise redun­ dant, während die erfindungsgemäßen Vorsprünge brechen kön­ nen, ohne daß dann auch der Rotor zusammenbräche.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teil-Draufsicht mit zur besseren Übersichtlichkeit wegge­ lassenen Teilen eines in der erfindungs­ gemäßen Weise ausgestalteten Hubschrauber- Gelenk-Rotors; und

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

Die beigefügten Zeichnungsfiguren zeigen einen in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneten Hubschrauber-Gelenk-Rotor mit einer Mittelnabe 2, die von einer koaxial zur Nabe 2 und zu einer mittigen Rotationsachse 4 ausgerichteten Übertragungswelle 3 getragen wird. Der Rotor 1 ist außer­ dem mit einer Anzahl von gleichmäßig um die mittige Rotorachse 4 verteilt angeordneten Rotorblättern 5 ver­ sehen, welche von der Nabe 2 radial nach außen vor­ stehen.

Wie insbesondere in Fig. 2 gezeigt ist, weist die Nabe 2 einen mittigen Rohrkörper 6 mit zwei äußeren ring­ förmigen Endflanschen 7 auf, die in Axialrichtung von zwei ebenen Ringflächen 8 begrenzt sind, welche ihrer­ seits rechtwinklig zur mittigen Achse 4 liegen, zu der der Rohrkörper 6 koaxial ausgerichtet ist.

Die Ringflächen 8 sind mit einer Anzahl von im wesent­ lichen U-förmigen Kanälen 9 versehen, die gleichmäßig um die mittige Achse 4 herum verteilt und in Radial­ richtung nach außen gesehen konkav gekrümmt ausgebildet sind. Die Kanäle 9 sind durch zwei ringförmige Platten 10 geschlossen, die mittels Schrauben 11 (Fig. 1) auf den zugeordneten Ringflächen 8 befestigt sind und mit dem Rohrkörper 6 eine rohrförmige metallische Trag­ struktur 12 bilden, die an ihrer Oberseite durch einen Deckel 13 verschlossen und an ihrer Unterseite an einem Flansch 14 am Ende der Welle 3 befestigt ist. Die Verbindung zwischen dieser Welle, der Trag­ struktur 12 und dem Deckel 13 wird von einem Ring von axialen Durchsteckbolzen 15 gebildet.

Jeder der Kanäle 9 wird vom inneren Teil eines ring­ förmigen Bandes oder Strangs 16 durchsetzt, welcher von der Tragstruktur 12 aus nach außen vortritt und mittels umhüllender Abdeckungen 17 in der Nähe der Tragstruktur 12 starr mit zwei benachbarten Strängen 16 verbunden ist. Die Stränge 16 bestehen vorzugsweise aus orientierten Kunststoffasern und liegen in zwei gegen­ überstehenden kegelstumpfförmigen Flächen, die mit ihrer größeren Basis im wesentlichen in Anlage aneinander stehen, während ihre im Durchmesser kleineren Endflächen an den gegenüberliegenden axialen Stirnflächen der Tragstruktur 12 befestigt sind. Die besagten kegel­ stumpfförmigen Flächen werden von zwei hohlen zusammen­ gepaßten Gehäusen 18 begrenzt, welche außen durch die Abdeckung 17 verstärkt sind und die Stränge 16 und ein Füllmaterial 19 umschließen.

Die äußeren Umfänge der beiden Gehäuse 18 sind aufein­ ander aufgesetzt und bilden einen Kanal 20, der von einem ringförmigen Band oder Strang 21 (Fig. 2) aus­ gefüllt ist, welcher wiederum vorzugsweise aus orientierten Kunststoffasern hergestellt ist und sich über den gesamten Umfang der Nabe 2 erstreckt.

Jeder obere Strang 16 ist mit einem zugeordneten unteren Strang 16 ausgerichtet und bildet mit diesem eine axiale Durchgangsöffnung 22 (Fig. 1), welche im Bereich des Umfangs der Nabe 2 durch einen Steg 23 abgeschlos­ sen ist. Dieser Steg wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, hauptsächlich von drei übereinanderliegenden Schichten gebildet, von denen die äußere Schicht von Abschnitten der Stränge 16 und die dazwischenliegende Schicht von jeweils einem Abschnitt des Strangs 21 gebildet wird.

Wie insbesondere in Fig. 2 gezeigt ist, ist auf jeden Steg 23 eine U-förmige Klammer 24 aufgepaßt, welche in einer senkrechten Ebene liegt und mit ihrer konkaven Öffnung radial zur Tragstruktur 12 weist. Die freien Enden jeder Klammer 24 sind mit Schrauben 25 an einem äußeren Schuh 26 einer elastischen Kupplung 27 befestigt. Diese Kupplung weist außerdem einen inneren Schuh 28 und einen Block 29 aus elastomerem Material auf, welcher zwischen einer konkaven kugelabschnittsförmigen Fläche 30 des äußeren Schuhs 26 und einer konvexen kugelabschnitts­ förmigen Fläche 31 des inneren Schuhs 28 angeordnet ist. Der innere Schuh ist in einer im wesentlichen senkrechten Position innerhalb der zugeordneten Axialöffnung 22 angeordnet und weist einen nach außen konvexen, von der Fläche 31 begrenzten Teil und einen ebenen Umfangsteil auf, an dem die Außenfläche einer Platte 32 angeschlossen ist. Die Platte 32 ist mit einer mittigen Durchgangs­ öffnung 33 versehen, welche in bezug auf die Tragstruktur 12 im wesentlichen radial ausgerichtet ist.

Jede Platte 32 bildet einen Zwischenabschnitt oder Steg einer zugeordneten, im wesentlichen U-förmigen gegabelten Halterung 34, welche in einer im wesentlichen senkrechten Ebene angeordnet ist und bezüglich der Nabe 2 mit dem geöffneten Ende radial nach außen weist. Jede Halterung 34 weist eine ebene obere Platte 35 und eine ebene im wesentlichen horizontale untere Platte 36 auf, welche mit Abstand übereinander angeordnet sind, den zugeordneten Steg 23 umgreift und miteinander an der Platte 32 befestigt sind. Diese Befestigung erfolgt mit Bolzen 37, welche in Dickenerstreckung der Platte 32 parallel zur Achse 4 in der Platte vorgesehene Durchgangsbohrungen 38 durchsetzen. Die freien äußeren Enden der Platten 35 und 36 nehmen zwischen sich das Befestigungsende eines zugeordneten Rotorblatts 5 auf, welches mit zwei parallel zu den Bolzen 37 verlaufenden Bolzen 39 an den Platten 35 und 36 befestigt ist.

Der innere Schuh 28 weist einen rohrförmigen Vorsprung 40 auf, welcher in der Durchgangsöffnung 33 der zugeordneten Platte 32 liegt und als äußerer Halterungsteil einer elastischen Kugelgelenk-Kupplung 41 dient, welche ein konzentrisch zu den Flächen 30 und 31 angeordnetes elastisches Gelenk 42 aufweist. Der Vorsprung 40 ist in eine im wesentlichen koaxial zur Durchgangsöffnung 33 ange­ ordnete rohrförmige Hülse 43 eingepaßt. Die Hülse ist mit einer inneren Keilverzahnung versehen und axial verschiebbar auf einem zylindrischen mit einer Keilver­ zahnung versehenen Abschnitt 44 am Ende eines kegelstumpf­ förmigen rohrförmigen Vorsprungs 45 angeordnet. Der Vor­ sprung 45 erstreckt sich von einer Grundplatte 46 bezogen auf die Achse 4 im wesentlichen radial in die zugeordnete Axialöffnung 22. Die Grundplatten 46 sind jeweils an ihrem oberen Rand 47 über die obere ringförmige Platte 10 umgekantet und an dieser Platte und dem oberen Endflansch 7 durch parallel zur Achse 4 verlaufende Schrauben 48 befestigt. Im unteren Bereich sind die Grundplatten 46 mit radialen Schrauben 49 am unteren Endflansch 7 befestigt.

Jeder Vorsprung 45 weist einen Ansatz 50 auf, der mit einem zugeordneten Ansatz 51 der Platte 32 derart zusammenzuwirken vermag, daß ein Abwärtsschwingen des zugeordneten Rotorblatts 5 begrenzt wird. Außerdem ist jeder Vorsprung 45 mit einer einen schwenkbar gelagerten Kipphebel 53 tragenden oberen Gabelung 52 versehen. Der Kipphebel ist so gelagert, daß er in einer im wesentlichen senkrechten Ebene schwingen und mit einem Ansatz 54 der zugeordneten Platte 32 derart zusammenwirken kann, daß er das Aufwärtsschwingen des zugeordneten Rotorblatts 5 in veränderlicher Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Rotors 1 begrenzt.

Schließlich ist jede Platte 32 seitlich mit einer Gabelung 55 versehen, welche zur Übertragung der Schwenk-Steuerbewegungen auf das zugeordnete Rotor­ blatt 5 dient.

Im Betrieb erlaubt das Vorhandensein der elastischen Kugelgelenk- Kupplung 41 die direkte Übertragung aller vom jeweiligen Rotorblatt 5 auf die Nabe übertragenen Scherkräfte direkt auf die metallische Tragstruktur 12, wodurch in der elastischen Kupplung 29 im wesentlichen nur Druckbeanspruchungen wirken, d. h. beide Kupplungen arbeiten im Hinblick auf die Betriebsbedingungen und die Lebensdauer unter optimalen Bedingungen.

Claims (4)

1. Hubschrauber-Gelenkrotor mit einer um ihre Achse drehbaren Mittelnabe und einer Anzahl von im wesentlichen radial von der Nabe vorstehenden Rotorblättern, die jeweils mit einem durch eine zugeordnete Axialöffnung hindurchgreifenden Befestigungs­ element versehen sind und über eine zwischengeschaltete erste elastische Kugelgelenk-Kupplung mit der Innenfläche jeweils ei­ nes zugeordneten, in Umfangsrichtung verlaufenden und in Ra­ dialrichtung außen liegenden Teils des die Axialöffnung ab­ schließenden Stegelementes der Nabe zusammenwirken, wobei die Axialöffnungen (22) in gleichmäßiger Verteilung um eine mitt­ lere Tragstruktur (12) herum verteilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet
daß die Nabe eine Anzahl von radialen Vorsprüngen (45) hat, von denen jeder sich in einer zugeordneten Axialöffnung (22) in Richtung auf das jeweilige Stegelement (23) und durch eine ra­ diale Durchgangsöffnung (33) im jeweiligen Befestigungselement (34) erstreckt, und
daß jeder der Vorsprünge (45) unter Zwischenschaltung einer zweiten elastischen Kugelgelenk-Kupplung (41), welche kon­ zentrisch mit der ersten Kugelgelenk-Kupplung angeordnet ist, axial verschieblich mit der zugeordneten Durchgangsöffnung (33) verbunden ist.

2. Hubschrauber-Gelenkrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
daß jedes Befestigungselement (34) zwei Platten (35, 36) auf­ weist, welche im wesentlichen radial von der Nabe (2) vorstehen und über bzw. unter dem zugeordneten Stegelement (23) angeord­ net sind und
daß ein im wesentlichen parallel zur Rotor-Drehachse (4) und sich durch die zugeordnete Axialöffnung (2) erstreckender Bau­ teil (32) die inneren Enden der beiden Platten (35, 36) verbin­ det, wobei die Durchgangsöffnung (33) den verbindenden Bauteil (32) durchsetzt.

3. Hubschrauber-Gelenkrotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite elastische Kupplung (41) ein Gelenk (42) aus elastischem Material aufweist, welches innerhalb der zugeordne­ ten Durchgangsöffnung (33) angeordnet und mit dem zugeordneten radialen Vorsprung (45) über eine keilverzahnte Kupplung (43, 44) gekoppelt ist.

4. Hubschrauber-Gelenkrotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gelenk (42) in einem rohrförmigen Vorsprung (40) an­ geordnet ist, der innerhalb der zugeordneten Durchgangsöffnung (33) liegt und starr mit einem inneren Schuh (28) der ersten elastischen Kupplung (27) verbunden ist.