DE3438312C2 - Längsträgerelement für Hubschrauber-Rotorblätter und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
Längsträgerelement für Hubschrauber-Rotorblätter und Verfahren zur Herstellung desselbenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Längsträgerelement für Hub
schrauber-Rotorblätter mit einer äußeren Abdeckung, einer
inneren Abdeckung und einem mittlerem Körper, die sämtlich
aus Kunststoff-Verbundmaterial hergestellt sind, wobei der
mittlere Körper eine vordere Nase, eine obere Lage und eine
untere Lage aus jeweils einer Anzahl von benachbarten axia
len Strängen aufweist, die einen - in Rotor-Drehrichtung
gesehen - nach hinten offenen Körper mit im wesentlichen C-
förmigem Querschnitt bilden, sowie ein Verfahren zur Her
stellung eines solchen Längsträgerelementes.
Solche Längsträgerelemente bzw. Verfahren zu ihrer Herstel
lung sind bekannt, z. B. aus der DE-OS 26 11 235. Bei dem
aus dieser Druckschrift bekannten Hubschrauber-Rotorblatt
ist ein Einlagerohr an seiner in Drehrichtung des Rotor
blatts vorderen Seite von einem zweiteiligen Nasenholm um
geben, wobei Nasenholm und Einlagerohr von einem äußeren
Rohr umschlossen werden. Sowohl die obere Hälfte als auch
die untere Hälfte des zweiteiligen Nasenholms bestehen aus
jeweils nur einem aus faserverstärktem Kunststoff herge
stellten Teil, welches am Wurzelende des Blattes eine Aus
nehmung für eine Befestigungsbuchse besitzt. Dabei werden
die die Hälften bildenden Fasern oder Fäden bereits bei
ihrer Herstellung in einer Übergangsform so ausgebildet,
daß sich die Ausnehmung für die Befestigungsbuchse ergibt.
Ferner sind aus den Druckschriften GB 14 38 184 und US
4,188,171 Rotorblätter bekannt, bei denen ebenfalls alle
Elemente, die das Längsträgerelement bilden, entweder
direkt in einer gemeinsamen Form oder aber zunächst separat
vorgeformt und dann in der gemeinsamen Form angeordnet wer
den, wobei sich der Ausformungsprozeß aus einer Überlage
rung eine Anzahl von Lagen nicht ausgehärteten Kunststoff
materials und anschließende Aushärtung des Materials in der
Form mittels Druck und Wärmeeinfluß zusammensetzt. Dieses
Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es sehr viel hand
werkliche Erfahrung bedarf und daß kein damit hergestelltes
Längsträgerelement exakt dem anderen gleicht, da beim Zu
sammenpressen des nicht-ausgehärteten Materials in der Form
und dem Aushärten unter hohem Druck halbflüssiges Synthe
tikmaterial in nicht vorhersehbarer Weise zwischen den ein
zelnen Elementen und/oder zwischen den einzelnen Lagen je
des Elementes fließt. Deshalb kann auch die Gewichtsvertei
lung sowie die Lage des Schwerpunkts und des Scherzentrums
nicht exakt vorausbestimmt werden.
Schließlich ist aus der DE-OS 27 38 895 ein Rotorblatt be
kannt, zu dessen Herstellung alle Elemente des Längsträger
elementes separat ausgeformt und vorgehärtet werden. Die
Elemente werden dann in einer gemeinsamen Form zusammenge
setzt und unter Druckeinfluß und Wärmeeinwirkung ausgehär
tet. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Gewichtsver
teilung und die Lagen des Schwerpunkts und des Scherzen
trums in der Regel sehr genau vorausberechnet werden kön
nen, jedoch leidet das Verfahren darunter, daß aufgrund der
vorgehärteten Elemente die Verbindung zwischen den einzel
nen Elementen ermüdungsanfällig ist und im Laufe der Zeit
aufbrechen kann.
Allgemein ist der Längsträger von allen aus Kunststoff-Ver
bundmaterial hergestellten Elementen eines Hubschrauber-
Rotorblatts der komplizierteste und teuerste Bauteil, da
jedes Element (Nase, obere und untere Lage sowie rückwärti
ges Abschlußelement) des Längsträgerelementes aus einer An
zahl übereinander geschichteter Lagen aus Kunststoffmate
rial besteht, die miteinander verklebt sind. Dabei beträgt
die Gesamtoberfläche aller miteinander zu verklebender
Lagen übereinander geschichteten Kunststoffmaterials in
einem einzigen Längsträgerelement mehr als 100 m². Eine
einzige fehlerhafte Verklebung, z. B. aufgrund eines kleinen
Lufteinschlusses, die sich vielleicht nur über cm² (also
weniger als 0,00001% bzw. 0,1 ppm der Gesamtfläche)
erstreckt, bedeutet, daß das komplette Längsträgerelement
unbrauchbar ist und nicht verwendet werden kann. Ebenso
führt jeder noch so kleiner Oberflächendefekt, wie er z. B.
auftritt, wenn die äußere Oberfläche des Längsträgerelemen
tes nicht exakt der inneren Oberfläche der Aushärteform
entspricht dazu, daß das gesamte Längsträgerelement un
brauchbar ist.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Längsträgerelement bzw. ein Verfahren zum Herstellen
eines Längsträgerelementes für ein Hubschrauber-Rotorblatt
anzugeben, bei welchem der Ausschuß von fehlerhaften Längs
trägerelementen und damit auch die Herstellungskosten auf
ein Minimum reduziert sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst von einem Längs
trägerelement für ein Hubschrauber-Rotorblatt mit einer
äußeren Abdeckung, einer inneren Abdeckung und einem mitt
leren Körper, die sämtlich aus Kunststoff-Verbundmaterial
hergestellt sind, wobei der mittlere Körper eine vordere
Nase, eine obere Lage und eine untere Lage aus jeweils
einer Anzahl von benachbarten axialen Strängen aufweist,
die einen - in Rotor-Drehrichtung gesehen - nach hinten
offenen Körper mit im wesentlichen C-förmigem Querschnitt
bilden, und wobei ein rückwärtiges axiales Abschlußelement
vorgesehen ist, welches einen im wesentlichen C-förmigen
Querschnitt mit zur Nase gewandter konkaver Seite besitzt
und sich in Anlage an den zugeordneten Strängen teilweise
entlang der oberen Lage und der unteren Lage erstreckt und
aus vorgehärtetem Material hergestellt ist.
Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfin
dungsgemäßen Längsträgerelementes für ein Hubschrauber-
Rotorblatt angegeben, bei welchem eine in ihrer inneren
Form der äußeren Form des herzustellenden Längsträgerele
mentes entsprechende Aushärteform geöffnet und dann ein
Teil der Form mit einem Abschnitt einer Anzahl von Gewebe
streifen, welche aus unausgehärtetem Kunststoff-Verbund
material bestehen und so ausgebildet sind, daß sie eine
äußere Abdeckung des Längsträgerelementes bilden, ausgelegt
wird, worauf auf den Gewebestreifen eine Nase aufgelegt
wird, welche aus unausgehärtetem Kunststoff-Verbundmaterial
hergestellt und Teil eines mittleren Körpers des Längsträ
gerelementes ist, und eine obere Lage und eine untere Lage
des mittleren Körpers durch Auflegen einer Anzahl von axia
len Strängen aus unausgehärtetem Kunststoff-Verbundmaterial
auf der äußeren Abdeckung und auf gegenüberliegenden Seiten
eines in die Form eingebrachten herausnehmbaren Kerns ge
bildet werden, wobei der Kern mit einem Gewebestreifen zur
Bildung eines inneren Kerns des Längsträgerelementes belegt
ist. Dabei wird vor dem Schließen der Form ein rückwärtiges
Abschlußelement in die Form derart eingefügt, daß es an dem
belegten herausnehmbaren Kern und an den axialen Strängen
anliegt, wobei das rückwärtige Abschlußelement einen C-för
migen Querschnitt besitzt und aus vorgehärtetem Kunststoff-
Verbundmaterial besteht. Ferner werden die seitlichen Rän
der der die äußere Abdeckung bildenden Gewebestreifen sich
auf dem rückwärtigen Abschlußelement überlappend übereinan
dergeschlagen und es wird Druck auf das rückwärtige Ab
schlußelement ausgeübt, so daß die Stränge verdichtet und
gegen die Nase und die äußere Abdeckung und den inneren
Kern gedrückt werden.
Auf diese Weise werden drei wesentliche Vorteile erzielt:
- 1. Es wird eine Verdichtung der einzelnen Elemente des Längsträgerelementes in der Form nicht durch Handarbeit, sondern durch Anwendung eines vordefinierten Druckes auf das vorgehärtete Abschlußelement erzielt.
- 2. Das Abschlußelement kann vor dem Zusammenbau des Längs trägerelementes ausgewogen und bearbeitet werden, um sowohl die Lagen von Schwerpunkt und Scherzentrum als auch die Ge wichtsverteilung zu beeinflussen.
- 3. Ein so erhaltenes Längsträgerelement ist ermüdungsfrei, da die Verbindung der nicht-vorgehärteten Elemente mit dem vorgehärteten Element durch Aushärten unter Druck und Wär meeinfluß extrem dauerhaft ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs
beispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert,
und zwar zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines
erfindungsgemäßen Längsträgerelementes
und
Fig. 2 eine im Maßstab vergrößerte Schnitt
ansicht durch das in Fig. 1 gezeigte,
in die Form eingelegte Längsträger
element.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Längsträgerelement für ein
(nicht gezeigtes) Hubschrauber-Rotorblatt bezeichnet,
welches an einem Ende einen Wurzelabschnitt 2 mit
Bohrungen 3 zur Befestigung des Rotorblatts an einer
(nicht gezeigten) Nabe aufweist.
Das Längsträgerelement 1 zeigt - wie in Fig. 2 erkenn
bar ist - einen rohrförmigen Aufbau und weist einen
inneren rohrförmigen verdrehungsversteifenden Körper 4
aus einem zu einem rohrartigen Gebilde gewickelten,
aus kreuzweise verwebten Fasern hergestellten Gewebe
streifen 5 aus Kunststoff-Verbundmaterial und eine
rohrförmige äußere Abdeckung 6 auf, welche aus einer
Anzahl von aus kreuzweise verwebten Fasern hergestellten
Gewebestreifen 7 (beim dargestellten Ausführungs
beispiel 3) aus Kunststoff-Verbundmaterial hergestellt ist, welche
ebenfalls dadurch zu rohrförmigen Gebilden gewickelt
sind, daß ihre Seitenränder entlang einer rückwärtigen
Kante des Längsträgerelements 1 überlappt sind.
Ein vorderer Teil der äußeren Abdeckung 6 ist mit einer
vereisungssicheren Abdeckung 8 belegt, welche üblicher
weise aus einem Glasfasermaterial mit (nicht gezeigten)
eingearbeiteten elektrischen Widerstandselementen
hergestellt ist.
Der innere rohrförmige Körper 4 und die äußere Abdeckung 6
umschließen gemeinsam einen mittleren rohrförmigen
Körper 9 aus Kunststoff-Verbundmaterial, der eine
sich über seine Vorderkante erstreckende vordere Nase 10
aufweist, welche sich aus einem im Querschnitt im
wesentlichen dreieckigen vorderen Abschnitt 11 und
einem im Querschnitt im wesentlichen C-förmigen rück
wärtigen Abschnitt 12 zusammensetzt, der mit seiner
konkaven Seite nach rückwärts weist. Die Abschnitte 11
und 12 begrenzen zusammen eine zylindrische Ausnehmung 13,
welche sich über wenigstens einen Teil der Länge des
Körpers 9 erstreckt und einen üblicherweise aus Blei
hergestellten zylindrischen Einsatz 14 als Auswucht
gewicht aufnimmt.
Außerdem weist der Körper eine obere und eine untere
Lage 15 bzw. 16 auf, welche jeweils aus einer Anzahl
von benachbart angeordneten axial verlaufenden Strängen
17 aus Kunststoff-Verbundmaterial besteht. (Im gezeigten
Ausführungsbeispiel sind jeweils vier solcher Stränge 17
gezeigt).
Schließlich weist der Körper 9 noch ein im Querschnitt
im wesentlichen C-förmiges rückwärtiges Abschluß
element 18 auf, dessen konkave Seite zur vorderen
Nase 10 weist und das aus Kunststoff-Verbundmaterial
besteht, welches durch Vorverdichtung oder Voraushärtung
vorgehärtet ist. Das Abschlußelement 18 weist einen
im Körper 9 eine im wesentlichen ebene Rückwand
bildenden Kern 19 und zwei Flügelansätze 20 auf, welche
Teil der oberen und unteren Lage 15 bzw. 16 bilden
und in seitlicher Anlage an den zugeordneten Strängen
17 angeordnet sind.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird das Längsträger
element 1 unter Verwendung einer Form 21 hergestellt,
welche zwei einander zugewandte vordere Formhälften 22 und
23 und einen rückwärtigen Formenabschluß 24 aufweist.
Die Form 21 ist außerdem mit einem Kern 25 versehen,
welcher aus einem inneren Metalleinsatz 26 besteht,
der innerhalb einer üblicherweise aus Gummi hergestellten
Hülle 27 angeordnet und von dieser durch eine ungleich
mäßige Schicht aus aufgeschäumten Material 28 getrennt
ist. Diese Schicht besteht üblicherweise aus (nicht
dargestellten) Kugeln aus aufgeschäumten Polystyrol.
Das Längsträgerelement wird in der nachstehend ge
schilderten Weise hergestellt:
Zunächst wird die Form 21 geöffnet und die Arbeits flächen der unteren Formhälfte 23 überlappend und in offener Weise mit Gewebestreifen 7 ausgelegt, von denen nur ein Abschnitt die Formenhälfte 23 berührt. Auf die Oberseite dieser auf der Formenhälfte 23 ruhenden Gewebestreifen 7 werden aufeinanderfolgend die Nase 10 und Stränge 17 der Bodenlage 16 aufgelegt, auf deren Oberseite dann wieder offen ein Abschnitt des Gewebestreifens 5 aufgelegt wird. Auf dessen Ober seite wird dann der Kern 25 gesetzt, über den der Streifen 5 zurückgefaltet und so der innere Abdeck körper 4 gebildet wird.
Zunächst wird die Form 21 geöffnet und die Arbeits flächen der unteren Formhälfte 23 überlappend und in offener Weise mit Gewebestreifen 7 ausgelegt, von denen nur ein Abschnitt die Formenhälfte 23 berührt. Auf die Oberseite dieser auf der Formenhälfte 23 ruhenden Gewebestreifen 7 werden aufeinanderfolgend die Nase 10 und Stränge 17 der Bodenlage 16 aufgelegt, auf deren Oberseite dann wieder offen ein Abschnitt des Gewebestreifens 5 aufgelegt wird. Auf dessen Ober seite wird dann der Kern 25 gesetzt, über den der Streifen 5 zurückgefaltet und so der innere Abdeck körper 4 gebildet wird.
Alternativ kann der Kern 25 bereits mit dem Gewebe
streifen 5 bedeckt sein, bevor er auf die untere
Formenhälfte 23 aufgesetzt wird.
Hieran anschließend werden die Stränge 17 der oberen
Lage 15 auf die Oberseite des Gewebestreifens 5
gebracht, worauf die Gewebestreifen 7 über die Stränge 17
gefaltet werden. Bei diesem Verfahrensstand kann die
obere Formenhälfte 22 auf die untere Formenhälfte 23
so aufgesetzt werden, daß ein lediglich noch an der
Rückseite offener Formenhohlraum für das herzustellende
Längsträgerelement 1 entsteht. Durch die offene Rück
seite der Form 21 wird dann das rückwärtige Abschluß
element 18 eingeführt, welches steif genug ist, um
die zuvor eingelegten unausgehärteten Materialien,
insbesondere die Stränge 17 zu verdichten und in
enge Anlage an die Gewebestreifen 5 und 7 zu pressen.
Die gegenüberliegenden Ränder der Streifen 7 werden
dann unter Anlage an der Außenfläche des Kerns 19 des
Elements 18 überlappend übereinandergelegt, und die
Form 21 wird dann durch Aufsetzen des rückwärtigen
Formenabschlusses 24 geschlossen. Das Kunststoff
material wird innerhalb der Form 21 ausgehärtet, in
dem Hitze zur Einwirkung gebracht wird, welche die
Polystyrol-Schicht 28 weitestgehend zusammenschmelzen
läßt, wodurch der Metalleinsatz 26 und die Hülle 27
nach dem Öffnen der Form 21 aus dem Längsträgerelement 1
herausgenommen werden können.
Eine Alternative zum vorstehend beschriebenen Ver
fahren besteht darin, die Formhälften 22 und 23
von Anfang an zusammenzusetzen.
In diesem Fall werden die U-förmig gebogenen Gewebe
streifen 7, die Nase 10, die Stränge 17 sowohl der
unteren wie der oberen Lage 16 bzw. 15 und der mit
dem Gewebestreifen 5 belegte Kern 25 nacheinander
von der offenen nach oben gerichteten Rückseite der
Form 21 aus eingebracht. Das Abschlußelement 18 wird
dann eingeführt und die Streifen 7 werden in der
bereits beschriebenen Weise überlappend übereinander
gefaltet.
Auch die Nase 10 ist vorzugsweise durch Vorverdichtung
vorgehärtet, um die Verdichtungswirkung des Abschluß
elements 18 zu unterstützen.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung eines Längsträgerelementes (1) für
ein Hubschrauber-Rotorblatt, bei welchem eine in ihrer inneren
Form der äußeren Form des herzustellenden Längsträgerelements
entsprechende Aushärte-Form (21) geöffnet und dann ein Teil der
Form (21) mit einem Abschnitt einer Anzahl von Gewebestreifen
(7), weiche aus unausgehärtetem Kunststoff-Verbundmaterial
bestehen und so ausgestaltet sind, daß sie eine äußere
Abdeckung (6) des Längsträgerelements bilden, ausgelegt wird,
worauf auf den Gewebestreifen (7) eine Nase (10) aufgelegt
wird, welche aus unausgehärtetem Kunststoff-Verbundmaterial
hergestellt und Teil eines mittleren Körpers (9) des Längs
trägerelementes (1) ist, und eine obere Lage (15) und eine
untere Lage (16) des mittleren Körpers (9) durch Auflegen einer
Anzahl von axialen Strängen (17) aus unausgehärtetem Kunst
stoff-Verbundmaterial auf der äußeren Abdeckung (6) und auf
gegenüberliegenden Seiten eines in die Form eingebrachten her
ausnehmbaren Kerns (25) gebildet werden, wobei der Kern (25)
mit einem Gewebestreifen zur Bildung eines inneren Kerns (4)
des Längsträgerelementes (1) belegt ist;
dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Schließen der Form (21) ein rückwärtiges Abschluß element (18) in die Form derart eingefügt wird, daß es an dem belegten herausnehmbaren Kern (25) und an den axialen Strängen (17) anliegt, wobei das rückwärtige Abschlußelement (18) einen C-förmigen Querschnitt besitzt und aus vorgehärtetem Kunst stoff-Verbundmaterial besteht;
daß die seitlichen Ränder der die äußere Abdeckung (6) bilden den Gewebestreifen (7) sich auf dem rückwärtigen Abschluß element überlappend übereinandergeschlagen werden und
das Druck auf das rückwärtige Abschlußelement (18) ausgeübt und so die Stränge (17) verdichtet und gegen die Nase (10) und die äußere Abdeckung (6) und den inneren Kern (4) gedrückt werden.
daß vor dem Schließen der Form (21) ein rückwärtiges Abschluß element (18) in die Form derart eingefügt wird, daß es an dem belegten herausnehmbaren Kern (25) und an den axialen Strängen (17) anliegt, wobei das rückwärtige Abschlußelement (18) einen C-förmigen Querschnitt besitzt und aus vorgehärtetem Kunst stoff-Verbundmaterial besteht;
daß die seitlichen Ränder der die äußere Abdeckung (6) bilden den Gewebestreifen (7) sich auf dem rückwärtigen Abschluß element überlappend übereinandergeschlagen werden und
das Druck auf das rückwärtige Abschlußelement (18) ausgeübt und so die Stränge (17) verdichtet und gegen die Nase (10) und die äußere Abdeckung (6) und den inneren Kern (4) gedrückt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorhärtung des rückwärtigen Abschlußelements (18) durch Ver
dichtung erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorhärtung des rückwärtigen Abschlußelements (18) durch Voraus
härtung erzielt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die innerhalb der Form (21) befindlichen unausge
härteten Kunststoff-Verbundmaterialien in einem Warmaushär
tungsschritt ausgehärtet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
herausnehmbare Kern (25) eine elastomere Hülle (27) aufweist,
die wenigstens teilweise mit einem bei Wärmeeinwirkung schrum
pfenden Material (28) gefüllt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Nase (10) vorgehärtet ist.
7. Längsträgerelement für Hubschrauber-Rotorblätter mit einer
äußeren Abdeckung (6), einer inneren Abdeckung (4) und einem
mittleren Körper (9), die sämtlich aus Kunststoff-Verbundmate
rial hergestellt sind, wobei der mittlere Körper (9) eine vor
dere Nase (10), eine obere Lage (15) und eine untere Lage (16)
aus jeweils einer Anzahl von benachbarten axialen Strängen (17)
aufweist, die einen - in Rotor-Drehrichtung gesehen - nach hin
ten offenen Körper mit im wesentlichen C-förmigem Querschnitt
bilden,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein rückwärtiges axiales Abschlußelement (18) vorgesehen
ist, welches einen im wesentlichen C-förmigen Querschnitt mit
zur Nase (10) gewandter konkaver Seite besitzt und sich in An
lage an den zugeordneten Strängen (17) teilweise entlang der
oberen Lage (15) und der unteren Lage (16) erstreckt und aus
vorgehärtetem Material hergestellt ist.
8. Längsträgerelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Abdeckung (6) eine Anzahl von aus kreuzweise
verwebten Fasern bestehenden Gewebestreifen (7) aus Kunststoff-
Verbundmaterial aufweist.
9. Längsträgerelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Gewebestreifen (7) durch Überlappung seiner seitli
chen Ränder entlang der rückwärtigen Kante des mittleren Kör
pers (9) in eine rohrartig geschlossene Form gewickelt ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=11307933
Family Applications (1)
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DE3438312A Expired - Fee Related DE3438312C2 (de) | 1983-10-26 | 1984-10-19 | Längsträgerelement für Hubschrauber-Rotorblätter und Verfahren zur Herstellung desselben |
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GB (1) | GB2148821B (de) |
IT (1) | IT1161534B (de) |
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