DE60101238T2

DE60101238T2 - Schwingungsdämpfer, insbesondere für Hubschrauberrotor

Info

Publication number: DE60101238T2
Application number: DE60101238T
Authority: DE
Inventors: Patrice Levallard; Thierry Sieg; Marc Runfola
Original assignee: Hutchinson SA
Current assignee: Hutchinson SA
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: JP2001315697A; DE60101238D1; MXPA01002788A; FR2806452B1; US20010022418A1; CA2341132A1; RU2256588C2; US6938888B2; CN1314287A; ES2208527T3; PL346495A1; AR027679A1; FR2806452A1; PL201724B1; KR100797132B1; JP4540870B2; CA2341132C; EP1136719B1; CN1288036C; EP1136719A1

Description

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Vorsehen eines Schwingungsdämpfers, insbesondere für einen Hubschrauberrotor, der ein getriebenes Element bzw. Führungselement mit einer als Hauptachse bezeichneten Achse, das durch ein treibendes Element angetrieben werden soll, sowie ein starres Element aufweist, das an einer Struktur montiert werden soll, und der eine Dämpfungsbaugruppe aufweist, die das getriebene Element und das starre Element zum Dämpfen der Schwingungen in zumindest einer Richtung senkrecht zur Hauptachse funktionell verbindet.
Die französische Patentanmeldung FR 2 754 579, die durch die Gesellschaft der Anmelderin am 15. Oktober 1996 hinterlegt wurde und am 17. April 1998 offengelegt wurde, beschreibt einen Dämpfer von diesem Typ, bei dem die Dämpfungsbaugruppe einerseits eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung, die sich in einem Hohlraum mit viskosem Fluid befindet, und andrerseits eine flexible Vorrichtung aufweist, die eine erhöhte Starrheit in einer Richtung parallel zur Hauptachse und eine geringe Starrheit in der Richtung senkrecht zur Hauptachse aufweist. Die hydraulische Dämpfungsvorrichtung wird durch eine erste und eine zweite Gruppe von ebenen Lamellen gebildet, von denen jede ihre Ebene senkrecht zur Hauptachse aufweist, wobei die erste Gruppe mit dem getriebenen Element fest verbunden ist und die zweite Baugruppe mit dem starren Element fest verbunden ist, wobei die Lamellen der ersten und zweiten Baugruppe in einer versetzten Weise angeordnet sind und mit geringem Abstand in einer solchen Weise vorgesehen sind, dass diese viskose Dämpfungsbereiche aufweisen, die sich jeweils zwischen einer Lamelle der ersten und einer Lamelle der zweiten Baugruppe befinden.
Die Dämpfungsvorrichtung mit versetzten ebenen Lamellen, wie diese in der vorstehend genannten Anmeldung beschrieben ist, gestattet, eine gute Leistung und eine gute Linearität für Vibrationen mit schwacher oder mittlerer Amplitude zu erzielen. Hingegen besteht die Tendenz bei sich erhöhenden Federwegamplituden, dass die Geschwindigkeit bezüglich den Lamellen ebenfalls steigt, was eine Erhöhung der Scherkraft und eine Verringerung der dynamischen Viskosität zur Folge hat, wodurch eine Tendenz auftritt, dass die durch die hydraulische Vorrichtung verursachte Dämpfung vermindert wird.
Es sind ferner viskose Dämpfungsvorrichtungen bekannt, mit denen es möglich ist, eine erhöhte Dämpfung für Federwege mit großer Amplitude zu erzielen, da die verursachte Dämpfung zum Quadrat der Geschwindigkeit proportional ist, es tritt jedoch eine geringe Effizienz bei schwachen Amplituden auf.
Die vorliegenden Erfindung hat die Aufgabe, einen Schwingungsdämpfer umsetzen, insbesondere für einen Hubschrauberrotor, der eine zufriedenstellende Dämpfung sowohl für Federwege mit geringer als auch für Federwege mit hoher Amplitude hat.
Die Grundidee der Erfindung besteht darin, einen Dämpfer von der Art zu schaffen, dass der Dämpfer für geringe Amplituden im Wesentlichen durch die Baugruppen der Lamellen umgesetzt wird, wie diese vorstehend definiert sind, sowie für starke Amplituden die Vorrichtung vom Typ mit viskoser Dämpfung ist, die die Dämpfung ergänzt und/oder umsetzt.
Der Schwingungsdämpfer entsprechend der Erfindung ist somit dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Dämp fungsvorrichtung ebenfalls ein Dämpfungselement aufweist, das sich in einem Hohlraum mit viskosem Fluid befindet und das mit dem getriebenen Element bzw. Führungselement fest verbunden ist, wobei das Dämpfungselement eine Außenkontur hat, die sich von einem Grundbauteil, das sich an der Seite eines Axialendes des Dämpfers befindet, bis zu einem Spitzenabschnitt, der sich an der Seite der Baugruppen der vorstehenden ebenen Lamellen befindet, verengt.
Bei geringer Amplitude befindet sich der Schwingungsdämpfer in relativem Abstand zur Wand des Hohlraums oder der Hohlräume und wird die Dämpfung hauptsächlich durch die Lamellenbaugruppen bewirkt. Im Gegensatz dazu besteht bei starker Amplitude die Tendenz, dass sich die flexible Vorrichtung verformt und dass sich bei anwachsender Amplitude die Außenkontur des Dämpfungselements zumindest lokal an die Wand des Hohlraums annähert, woher eine Erhöhung der viskosen Dämpfungswirkung in der Richtung kommt, in der die Verformung auftritt, einerseits aus dem Grunde, dass sich der Querschnitt des Kanals verengt, und andrerseits aufgrund der Nicht-Linearität von dieser Wirkung, die, wie vorstehend genannt, zum Quadrat der Geschwindigkeit proportional ist.
Insbesondere fügt sich das Dämpfungselement in die Maximalverformungskontur der Innenfläche der flexiblen Vorrichtung ein. Vorzugsweise fügt sich die Außenkontur des Dämpfungselements mit einem vorbestimmten Abstand zur Maximalverformungskontur der flexiblen Vorrichtung ein.
Vorzugsweise weist die äußere Kontur des Dämpfungselements einen Querschnitt auf, der durch Geradensegmente gebildet ist, die bezüglich der Hauptachse geneigt sind.
Vorzugsweise ist der Spitzenabschnitt des Dämpfungselements elliptisch und ist die Basis ein Kreis oder ein Kreis, der durch Geradensegmente unterbrochen ist.
Es ist insbesondere vorteilhaft, dass das Dämpfungselement hohl ist und einen Volumenausgleich-Hohlraum aufweist, der mit zumindest einem Hohlraum mit viskosem Fluid in Verbindung steht und in dem sich ein Volumenausgleichelement, insbesondere eine elastische Membran, befindet.
Vorzugsweise bildet die elastische Membran, wenn der Dämpfer auf seine minimale Betriebstemperatur gebracht wird, keine Falte und bleibt in einem Abstand zu einer Innenwand des Dämpfungselements.
Die Außenkontur zumindest eines Hohlraums mit viskosem Fluid kann in einer ersten Richtung länglich sein. Zumindest die Basis des Dämpfungselements kann in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung länglich sein. Diese gestattet, dass mit einem zunehmendem Federweg in der ersten Richtung unterschiedliche Dämpfungseigenschaften entsprechend der ersten und zweiten Richtung erzielt werden.
Eine Vorrichtung von der Art, wie diese in der vorstehenden französischen Anmeldung beschrieben ist, weist eine Volumenausgleichvorrichtung auf. Die Vorrichtungen zum Volumenausgleich werden seit langem in hydraulischen Systemen verwendet, insbesondere in Form von hydraulischen Speichern, beispielsweise OLAER oder LEDUC; diese werden ebenfalls seit langem in vorstehend genannten Schwingungsdämpfern verwendet. In der vorstehend genannten französischen Anmeldung weist die Volumenausgleichsvorrichtung eine gewellte Membran auf, deren eine Fläche sich mit dem Fluid des Hohlraums in Berührung befindet und deren andere Fläche sich mit einem Gas enthaltenden Hohlraum in Berührung befindet. Diese Vorrichtung hat den Nachteil einer bestimmten Anfälligkeit der Membran.
Zu diesem Zweck weist eine Ausführungsform der Erfindung einen Volumenausgleichhohlraum auf, der mit dem zumindest einen Hohlraum mit viskosem Fluid in Verbindung steht und in dessen Inneren eine elastischen Membran angeordnet ist, deren eine Innenwand einen Hohlraum mit variablem Volumen, der durch ein Gas gefüllt ist, abgrenzt und deren eine Außenwand mit einer Innenwand des Volumenausgleichhohlraums einen Fluidausgleichhohlraum abgrenzt, wobei die elastische Membran mit einem vorbestimmten Abstand verschieden von Null zur Innenwand angeordnet ist und keine Falte bildet, wenn der Schwingungsdämpfer seine minimale Betriebstemperatur, die durch seine Spezifikationen vorgesehen ist, hat.
Auf diese Weise wird eine Wirksamkeit des Volumenausgleiches unter alle Bedingungen abgesichert, unter denen sich der Dämpfer befinden kann, und gestattet andrerseits die Innenwand des Ausgleichhohlraums die Absicherung eines Schutzes der elastischen Membran.
Der Ausgleichhohlraum ist vorzugsweise im Inneren eines erweiterten Hohlstücks ausgebildet, das sich zwischen der hydraulischen Dämpfungsvorrichtung und einem axialen Ende des Dämpfers erstreckt.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen besser aus dem Studium der sich anschließenden Beschreibung, die beispielhaft und nicht beschränkend vorgenommen ist, im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor, in denen:
die 1a und 1b zwei Längsschnitte in senkrechten Ebenen eines Dämpfers entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellen,
die 2a bis 2c ein Dämpfungselement entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Perspektivansicht, im Schnitt und in der Untersicht darstellen,
3 die Außenkontur des Fluidhohlraums oder der Fluidhohlräume darstellt.
Wie es die 1a und 1b zeigen, weist der Schwingungsdämpfer ein getriebenes Element bzw. führendes Element 10 auf, dessen Achse die Hauptasche des Dämpfers ist und das durch ein treibendes Element 100 angetrieben werden soll. Eine erste Baugruppe von Lamellen 40 ist mit dem getriebenen Element 10 zur Entkopplung nahe diesem fest verbunden, während eine zweite Baugruppe von Lamellen 50, die mit der ersten Baugruppe versetzt angeordnet ist, mit dem starren Element 6 zur Entkopplung nahe von diesem fest verbunden ist. Im dargestellten Beispiel wird eine Kompressionserregungs-Entkopplung durch ein teilweises Bedecken der Lamellen erreicht; diese Funktion könnte jedoch durch jede andere Einrichtung, die in der vorstehenden Anmeldung FR 2 754 579 beschrieben ist, umgesetzt werden.
Im dargestellten Beispiel ist die Struktur bezüglich einer mittleren Ebene, die zur Hauptachse des getriebenen Elements 10 senkrecht verläuft, symmetrisch. Die Baugruppe 40 und 50 der Lamellen befindet sich in mittlerer Position und ist bezüglich einer flexiblen Vorrichtung 1 zentriert, die eine Laminatstruktur aufweist, die durch die Aufstapelung von Metallscheiben 4 und Elastomerscheiben 5 gebildet wird, deren Ebene senkrecht zur Achse des Zylinders 10 verläuft. Die Laminatstruktur 1 weist eine Innenkontur 11 auf, die die Außenkontur der zwei Hohlräume 3 begrenzt, die sich zu beiden Seiten der Baugruppe 40 und 50 der Lamellen befinden und die durch ein viskoses Fluid gefüllt sind, das ebenfalls die Lamellen und den Raum, der sich zwischen diesen befindet, in einer solchen Weise umhüllt, dass die beabsichtigte Dämpfung herbeigeführt wird.
Die Vorrichtung ist an ihrem oberen Teil und an ihrem unteren Teil, d. h. an ihren axialen Endabschnitten durch Deckel 80 wieder verschlossen, an denen die Dämpfungselemente 20 fest angebracht sind, die einen Spitzenabschnitt 21, der sich in der Nähe der Baugruppe 40 und 50 der Lamellen befindet, und ein Grundbauteil 23 aufweisen, wobei der Spitzenabschnitt 21 und das Grundbauteil 23 durch eine Außenkontur 22 verbunden sind, die sich vom Spitzenabschnitt 21 zum Grundabschnitt 23 hin fortlaufend erweitert.
Vorzugsweise ist das Dämpfungselement 20 hohl und grenzt dieses einen Dämpfungshohlraum ab, der in einen Lufthohlraum 33 und einen Fluidhohlraum 34 durch eine Membran 70 unterteilt ist, die an ihrem Spitzenabschnitt 71 benachbart zu einer Innenfläche 25 des Elements 20 untergebracht ist und die an ihrem Grundabschnitt 73 zwischen dem Grundabschnitt 23 des Dämpfungselements 20 und der Abdeckung 80 festgeklemmt bzw. zusammengepresst ist. Die Membran 70 weist einen aktiven Bereich 72 auf, der sich längs einer erweiterten Innenwand 26 erstreckt, die den Hohlraum 34 nach außen hin abgrenzt. Der Fluidhohlraum 34 steht mit dem Hohlraum 3 durch eine Öffnung 31 oder mehrere Öffnungen in Verbindung, um die beabsichtigte Volumenausgleichwirkung herbeizuführen.
Es sind ebenfalls Öffnungen 27, die das Auffüllen der Hohlräume 3 gestatten, sowie die Öffnungen 28 für das Auffüllen der Hohlräume 33 mit Gas, die dem Inneren der elastischen Membranen 70, beispielsweise aus Elastomer, entsprechen, vorgesehen. Dieses Auffüllen kann eine Gas-Druckbeaufschlagung nach sich ziehen. Das Ausgleichsystem kann jedes elastisches System sein, beispielsweise ein System, das einen Kolben und eine Feder vereinigt.
Es sind ebenfalls Zusammenbauplatten 60 vorgesehen, die sich an beiden Seiten der Baugruppe der Lamellen 40 und 50 befinden und die Öffnungen (1b) aufweisen, in denen viskoses Fluid, die die Hohlräume 3 ausfüllen, läuft. Streben ermöglichen, dass die Stapelung der Abdeckung 80, der Dämpfungselemente 20 und der Baugruppe 40 und 50 der Lamellen entlang der Achse 10 abgesichert ist, während am Außenteil Komplementärklammern 61 und 62 zum Zusammenbau in Bezug auf die flexible Laminatvorrichtung 1 dienen, wo die Stapelung ebenfalls aufgrund der Abdeckung 80 abgesichert ist.
Das Dämpfungselement 20 ist vorzugsweise in Form eines Schnittes umgesetzt, der einen Spitzenabschnitt 21, der eine mittlere kreisförmige Öffnung 24 und eine äußere im wesentlichen elliptische Kontur 21 hat, sowie ein Grundbauteil 23 aufweist, das Kreisabschnitte 23₁ , die miteinander durch Geradensgemente 23₂ verbunden sind, aufweist. Die Außenkontur 22 stellt im Schnitt Geradensegmente dar, die die elliptische Kontur des Spitzenabschnitts 21 und die Kontur des Grundbauteils 23 verbinden.
Die erweiterte Außenkontur 22 gestattet ein Einfügen des Elements 20 in die Kontur der maximalen Verformungen der Laminatvorrichtung 1 unter härtesten Betriebsbedingungen, dieses jedoch mit einem Spiel, das in Abhängig keit von der gewünschten Dämpfung ausgewählt wird. Dadurch ist einerseits sichergestellt, dass die Außenkontur 22 des Dämpfungselements 20 nie mit der Innenkontur 11 der Laminatstrukturen 1 in Berührung gelangt, und dieses sogar unter härtesten Betriebsbedingungen, und dass das Dämpfungselement 20 einen deutlichen Dämpfungseffekt bezüglich Federwegen mit großer Amplitude hat.
Wie es in 3 dargestellt ist, hat die Kontur 11, die das Äußere der Hohlräume 3 definiert, eine längliche Form, die an den Endabschnitten durch Kreisbögen 11₁ abgegrenzt ist, die durch Geradensegemente 11₂ verbunden sind. In 2c ist durch XX die Hauptachse der Ellipse 21 und durch YY ihre Nebenachse angezeigt; diese Richtungen wurden auf die 3 übertragen, um die Relativposition des Stücks 20 bezüglich des Elements 1 anzuzeigen. Der Schnitt in 1a ist an der Ebene ausgeführt, die die Achse XX und die Hauptachse aufweist, während der Schnitt von 1b an der Ebene umgesetzt wurde, die die Achse YY und die Hauptachse aufweist. Die Richtung YY entspricht den größten möglichen Federwegen des Dämpfungselements.
Wie es insbesondere die 1a und 1b zeigen, folgt bei minimaler Betriebstemperatur der aktive Teil 72 der elastische Membran 70 der Innenwand 26 des Elements 20 mit einem gegebenen verbleibenden Abstand und ohne Ausbildung von Falten, was ermöglicht, dass die Wirksamkeit des Volumenausgleichs unter allen Betriebsbedingungen aufrechterhalten wird. Bei Umgebungstemperatur (20°C) nimmt die Membran 70 die in 1a gepunktet bzw. gestrichelt dargestellte Position ein. Bei sinkender Temperatur zieht sich das viskose Fluid zusammen; dieses Zusammenziehen erzeugt eine Volumenverringerung der Hohlräume 34. Da die Membran 70 keine Falten aufweist, zieht sich diese gleichmäßig zusammen und erstreckt sich diese längs der Wand 26 ohne Ausbildung von Falten. Das Fehlen von Falten bei minimaler Betriebstemperatur ermöglicht eine Verhinderung, dass die Membran lokal mit der Innenwand in Berührung gelangt, was durch das Isolieren von einem Teil des Fluidhohlraums 34 die Wirksamkeit des Volumenausgleichs verringert.

Claims

Schwingungsdämpfer, insbesondere für einen Hubschrauberrotor, der ein getriebenes Element (10), das eine als Hauptachse bezeichnete Achse hat und dazu bestimmt ist, durch ein Antriebselement (100) angetrieben zu werden, und ein starres Element (6) aufweist, das dazu bestimmt, an einer Struktur befestigt zu werden, und das eine Dämpfungsbaugruppe hat, die das getriebene Element (10) und das starre Element (6) funktionell verbindet, um die Schwingungen in zumindest einer Richtung senkrecht zur. Hauptachse zu dämpfen, wobei die Dämpfungsbaugruppe einerseits eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung, die sich in zumindest einem Hohlraum (3) mit viskosem Fluid befindet, und andrerseits eine flexible Vorrichtung (1) aufweist, die eine erhöhte Starrheit in einer Richtung parallel zur Hauptachse und eine geringe Starrheit in der Richtung senkrecht zur Hauptachse aufweist, wobei die hydraulische Dämpfungsvorrichtung eine erste (40) und eine zweite (50) Baugruppe von ebenen Lamellen aufweist, bei denen die jeweilige Ebene senkrecht zur Hauptachse verläuft, wobei die erste Baugruppe (40) an dem getriebenen Element mittels einer ersten mechanischen Verbindung montiert ist und die zweite Baugruppe (50) an dem starren Element (6) mittels einer zweiten mechanischen Verbindung (60) montiert ist, wobei die Lamellen (40, 50) der ersten (40) und der zweiten (50) Baugruppe zueinander versetzt angeordnet sind und in einer solchen Weise eng beabstandet vorgesehen sind, dass viskose Dämpfungszonen gebildet werden, die sich jeweils zwischen einer Lamelle (40) der ersten Baugruppe und einer Lamelle (50) der zweiten Baugruppe befinden, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Dämpfungsvorrichtung (20) ebenfalls zumindest ein Dämpfungselement (20) aufweist, das sich in dem zumindest einen Hohlraum (3) mit viskosem Fluid befindet und das mit dem getriebenen Element (10) fest verbunden ist, wobei das Dämpfungselement (20) eine Außenkontur (22) aufweist, die sich vom Grundabschnitt (23), der sich an der Seite von einem axialen Endabschnitt des Dämpfers befindet, zu einem Spitzenabschnitt (21), der sich an der Seite der Baugruppen (40, 50) mit ebenen Lamellen befindet, verengt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Außenkontur (22) des Dämpfungselements (20) in eine Maximalverformungskontur der Innenfläche (11) der flexiblen Vorrichtung (1) einfügt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (22) des Dämpfungselements mit einem vorbestimmten Abstand zur Maximalverformungskontur eingefügt ist.
Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (22) des Dämpfungselements einen Querschnitt bildet, der durch Geradensegmente gebildet ist, die bezüglich der Hauptachse geneigt sind.
Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur von zumindest einem Hohlraum (3) mit viskosem Fluid in einer ersten Richtung (YY) senkrecht zur Hauptachse länglich ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Grundabschnitt des Dämpfungselements entsprechend einer zweiten Richtung (XX) senkrecht zur ersten Richtung (YY) länglich ist.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenabschnitt (21) des Dämpfungselements (20) elliptisch ist und dass der Grundabschnitt ein Kreis oder ein von Geradensegmenten unterbrochener Kreis ist.
Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (20) hohl ist und einen Volumenausgleichhohlraum aufweist, der mit zumindest einem genannten Hohlraum (3) mit viskosem Fluid in Verbindung steht und in dem sich ein Volumenausgleichelement (70) befindet.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenausgleichelement eine elastische Membran (70) ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn dieser bei seiner minimalen Betriebstemperatur ist, die elastische Membran (70) keine Falten aufweist und bezüglich einer Innenwand (26) des Dämpfungselements (20) in einem Abstand verbleibt.