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Die vorliegende Erfindung betrifft
Rotorblätter,
insbesondere die eines verkleideten hinteren Heckrotors (Fenestron:
eingetragene Marke der Firma EUROCOPTER) für Hubschrauber. Sie betrifft insbesondere
die Vorrichtung zur Befestigung eines derartigen Blattes auf der
Nabe des Rotors.
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Bekanntlich werden die Blätter des
hinteren Heckrotors für
Hubschrauber im Allgemeinen mit ihrem Fuß in die Nabe des Rotors mit
Hilfe von zwei Lagern, die über
die Länge
des Fußes
einen gewissen Abstand voneinander haben, eingesetzt. Außerdem werden
sie in der Nähe
der Nabenmitte durch bei Drehung elastisch verformbares Teil befestigt,
welche die Änderung
des Anstellwinkels ermöglichen, indem
sie die Zentrifugalkraft aufnehmen, die auf die rotierenden Blätter ausgeübt wird.
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Je nach der Ausführungsform der Blätter sind
diese bei Drehung elastisch verformbaren Teile entweder aus Metall
(beispielsweise einem Bündel von übereinanderliegenden
Blechen aus nichtrostendem Stahl) gefertigt oder aus einem Verbundwerkstoff
auf Faser-Harz-Grundlage (wobei jedes elastische Element dann eine
Verlängerung
eines Blattes darstellen kann, welches selbst aus Verbundwerkstoff
besteht).
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Das Dokument FR-A-1.593.008 zeigt
ein Blatt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Wie auch diese bei Drehung elastisch
verformbaren Teile ausgeführt
sein mögen,
sie bilden die kritischen Bauteile der Rotoren, denn sie werden durch
die Zentrifugalkraft stark auf Zug und für die Steuerung des Anstellwinkels
vor allem stark auf Verdrehungsermüdung beansprucht. Um die Verdrehungsspannung
der Elemente zu verringern und ihre Lebensdauer zu verlängern, ist
man gezwungen, sie so lang wie möglich
zu machen, was dagegen die radialen Abmessungen der Rotornabe vergrößert.
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Die vorliegende Erfindung hat zur
Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden, indem sie die Verwirklichung
eines solchen Rotors ermöglicht,
dessen radiale Abmessungen klein bleiben, wobei dennoch jegliche
Gefahr des Bruchs der bei Drehung elastisch verformbaren Teile vermieden
wird.
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Zu diesem Zweck zeichnet sich das
erfindungsgemäße Rotorblatt,
insbesondere das für
den hinteren Heckrotor eines Hubschraubers, welches enthält:
- – einen
Fuß des
Blattes, welcher drehbar in der Nabe des Rotors angebracht werden
kann, um es dem Blatt zu ermöglichen,
sich um seine Blattgelenkachse zu drehen; und
- – Mittel
zur Befestigung des Fußes
des Blattes an der Nabe des Rotors, welche ein bei Drehung um die
Blattgelenkachse elastisch verformbares Teil umfassen,
- – wobei
der Fuß des
Blattes hohl und an seinem Innenende offen ist, dadurch aus, dass
- – das
bei Drehung elastisch verformbare Teil aus einem elastischen Axiallager
gebildet wird, welches sich in dem Fuß des Blattes befindet und
geeignet ist, in der Art eines auf der Blattgelenkachse zentrierten
Kugelgelenks mit eingeschränkter Wirkung
zu funktionieren; und
- – ein
starrer Zugstab das elastische Axiallager mit der Nabe des Rotors
verbindet.
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Daher vermeidet ein derartiges elastisches Axiallager
jegliche Gefahr eines verdrehungsbedingten Ermüdungsbruchs. Es kann daher
reichlich dimensioniert werden und kann eine lange Betriebsdauer
bieten, ohne dass während
dieser ein merklicher Verschleiß auftritt
und ohne dass es zu einem heftigen Ermüdungsbruch kommt.
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Außerdem ist ein derartiges elastisches
Axiallager besonders kompakt und weist daher geringe Abmessungen
insbesondere in radialer Richtung in Bezug auf den Rotor auf.
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Um jedoch die radialen Abmessungen
des Rotors weiter zu verringern, ist es aufgrund der Tatsache, dass
das elastische Axiallager auf die bekannte Art und Weise eine größere Anzahl
von lamellierten Elementen aus Elastomer aufweist, die zwischen
zwei Einlagen angeordnet sind, vorteilhaft, dass
- – im Innern
des Fußes
des Blattes das elastische Axiallager dergestalt angeordnet ist,
dass die eine seiner Einlagen, die sogenannte Äußere, sich auf der profilierten
Seite des Blattes befindet, während
die andere der Einlagen, die sogenannte Innere, sich auf der Seite
der Achse des Rotors befindet;
- – das
elastische Axiallager eine zentrale Aussparung aufweist, welche
koxial zur Blattgelenkachse verläuft;
- – der
starre Zugstab mit Spiel durch die zentrale Aussparung führt und
sein äußeres Ende,
welches sich auf der Seite des mit Profil versehenen Teils des Rotorblattes
befindet, fest mit der äußeren Einlage
des elastischen Axiallagers verbunden ist; und
- – die
innere Einlage des elastischen Axiallagers, die mit Spiel vom Zugstab
durchquert wird, fest mit dem inneren Ende des Fußes des
Blattes verbunden ist, das sich auf der Seite der Achse des Rotors
befindet.
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Daher ermöglichen die geringen Abmessungen
des elastischen Axiallagers und des Zugstabs, dass der Durchmesser
der Nabe des Rotors, welche die Stützlager der Blätter trägt, stark
verringert werden kann, was zu einer Verbesserung der Schubleistung
und besonders zu einer Herabsetzung der Masse der Nabe sowie der
Masse der Halterung des Getriebekastens (der den Rotor in Drehung
versetzt) führt,
der sich in der Verlängerung
und hinter der Nabe befindet.
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Das elastische Lager kann kugelförmig sein, d.
h. dass seine lamellierten, aus Elastomer bestehenden Elemente dann
kugelförmig
und auf der Blattgelenkachse zentriert sind. Jedoch kann angesichts des
geringen Federungswegs des elastischen Axiallagers dieses Axiallager
auch konisch sein, d. h. dass seine lamellierten Elemente ebenfalls
konisch und auf der Blattgelenkachse zentriert sind.
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Außerdem ist es vorteilhaft,
ein Kipplager, welches auf der Blattgelenkachse zentriert ist, zwischen
dem äußeren Ende
des Zugstabs und dem äußeren Ende
des Fußes
des Blattes vorzusehen.
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Indem man im Innern des Fußes des
Blattes eine derartige Stütze
für das äußere Ende
des Zugstabs schafft, kann man somit den Zugstab unbeweglich machen,
und das elastische Lager, das axial durch die Zentrifugalkraft belastet
wird, unterliegt nur der Drehung, die den Änderungen des Anstellwinkels entspricht.
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Außerdem wird es dank dieser
Stütze
möglich,
dass man nur ein einziges Lager benötigt, das sich auf der Seite
des äußeren Endes
des Fußes
des Blattes befindet, um den Fuß des
Blattes auf der Nabe anzubringen. In der Tat sind bei der Drehung die
Schlagbewegungen des Blattes gering (kleiner als 1°), und die
entsprechenden Verformungen des elastischen Lagers führen zu
sehr geringen Bewegungen. Außerdem
werden im Stillstand die Schlagbewegungen durch den Kontakt der
inneren Einlage des elastischen Lagers mit dem Zugstab begrenzt.
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Man kann leicht erkennen, dass der
Wegfall eines Lagers des Blattes im Vergleich mit dem Stand der
Technik eine merkliche Gewichtsreduzierung und eine beachtliche
Vereinfachung der Nabe des Rotors bringt, die beispielsweise nunmehr
durch einen Ziehvorgang wie bei einer Pfanne verwirklicht werden kann.
Außerdem
fällt durch
den Wegfall eines Lagers der größte Teil
des Aufwands für
die Steuerung weg, nämlich
der Teil, der sich aus der Reibung in den wegen dem Einbau des Blattes
stark belasteten Lagern ergibt. Es ist daher nicht mehr nötig, eine
Servosteuerung einzusetzen, ohne dennoch auf beträchtliche Ausgleichsmassen
auf den Blättern
verzichten zu müssen.
Daraus ergibt sich zudem eine Vereinfachung und eine Gewichtsreduzierung.
Daher sind dank der vorliegenden Erfindung die Mittel für die Befestigung
der Blätter
einfacher, kompakter, sicherer und weniger kostenaufwendig als diejenigen
der bisherigen Technik.
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Die Figuren der Zeichnung verdeutlichen, wie
die Erfindung verwirklicht werden kann. In diesen Figuren bezeichnen
identische Bezugszahlen ähnliche
Bauteile.
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1 zeigt
einen teilweisen Längsschnitt
einer Ansicht eines Blattes gemäß der vorliegenden
Erfindung, das mit seinen Befestigungsmitteln ausgestattet ist,
gemäß der Linie
I-I in 2.
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2 zeigt
eine um 90° zu 1 gedrehte Außenansicht
des in 1 dargestellten
Blattes.
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Die 3, 4 und 5 veranschaulichen teilweise als Schnittdarstellung
verschiedene Ausführungsformen
des Blattes der 1 und 2.
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6 zeigt
einen Teilschnitt gemäß der Linie VI-VI
in 5.
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Das erfindungsgemäße Rotorblatt 1, das
in den 1 und 2 dargestellt ist, enthält einen
(teilweise dargestellten) stromlinienförmigen Teil 2 und
einen Fuß 3 des
Blattes. Es dient zusammen mit anderen identischen Blättern dazu,
den hinteren Heckrotor eines Hubschraubers zu bilden, also den Rotor, der
sich um eine Achse X-X dreht und eine Nabe enthält, welche aus einem (nur in 2 dargestellten) zentralen
Teil 4C und einem äußeren Teil 4E besteht.
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Der Fuß 3 des Blattes ist
drehbar in den äußeren Nabenteil 4E mittels
eines Einzelzapflagers 5 eingebaut, welches auf der Seite
des profilierten Teils 2 des Blattes angeordnet ist, um
zu ermöglichen, dass
sich das besagte Blatt 1 um seine Blattgelenkachse P-P
dreht. Außerdem
ist das Blatt 1 am zentralen Nabenteil 4C über einen
Zugstab 6 befestigt. Zu diesem Zweck ist das freie Ende 7 des
Zugstabs 6 zu einem Gabelkopf-Element ausgebildet, und
dieses wirkt mit einem komplementären, mit dem zentralen Teil 4C fest
verbundenen Gabelkopf-Element 8 zusammen, um das besagte
Blatt an der Nabe zu befestigen, wobei der Gabelkopf 7, 8 eine
Achse l-l parallel zur Achse X-X aufweist. Auf die bekannte Art und
Weise, wie das in
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2 dargestellt
ist, steuert eine Spindel 9, welche zur Achse X-X des Rotors
koaxial verläuft
und parallel zur Achse gleiten kann (siehe Doppelpfeil F), die Drehung
des Blattes 1 um seine Blattgelenkachse P-P mittels eines
Verbindungselements 10, welches einerseits mit der Spindel 9 und
andererseits mit einem von dem Fuß 3 des Blattes getragenen
exzentrischen Zapfen 11 fest verbunden ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung:
- – ist
der Fuß 3 des
Blattes hohl und legt eine innere Aussparung 12 fest, die
von der Innenseite her (in Richtung der Achse X-X) offen und von
der Außenseite
her (in Richtung des stromlinienförmigen Teils 2) durch
einen Boden 14 abgedeckt ist; und
- – befindet
sich in der inneren Aussparung 12 des Fußes 3 des
Blattes ein kugelförmiges
elastisches Axiallager 15, welches einen Satz 16 aus
zwischen einer äußeren Einlage 17 und
einer inneren Einlage 18 angeordneten lamellierten Elementen 16A aus
Elastomer enthält
und zwischen dem profilierten Teil 2 des Blattes und dem
Zugstab 6 gelagert ist, um die Funktion eines bei Drehung um
die Blattgelenkachse P-P elastisch verformbares Teil zu gewährleisten.
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Das kugelförmige elastische Axiallager 15 ist auf
der Blattgelenkachse P-P zentriert und ist zu einer begrenzten Kippbewegung
imstande. Es enthält eine
zentrale Aussparung 19, welche zur Blattgelenkachse PP
parallel ist.
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Der starre Zugstab 6 führt mit
Spiel durch die zentrale Aussparung 19, und sein Außen-Ende 6E ist an
der äußeren Einlage 17 des
elastischen Axiallagers befestigt. Diese äußere Einlage 17 ist
beispielsweise aus Stahl gefertigt, und die Befestigung kann, wie
das in 1 dargestellt
ist, durch Einschrauben des mit Gewinde versehenen Außen-Endes 6A in
die äußere Einlage 17,
welche die Mutter bildet, erfolgen. Ein Stift 20 gewährleistet
die Arretierung des starren Zugstabs gegen Rotation bezüglich der äußeren Einlage 17.
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Eine aus Leichtmetalllegierung bestehende Abstandhülse 21 ist
auf den starren Zugstab 6 zwischen dem Gabelkopfelement 7 und
der äußeren Einlage 17 geschoben,
um als Axiallager für
die Positionierung dieses Letzteren zu dienen. Die Hülse 21 ermöglicht außerdem,
eine gute Verlängerung
des Zugstabs zur Schraubverbindung 6–17 zu gewährleisten.
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Die innere Einlage 18 des
elastischen Axiallagers 15 wird mit Spiel von dem Zugstab
und der Abstandhülse 21 durchquert
und ist fest mit dem Innen-Ende des Fußes 3 des Blattes
verbunden. Zu diesem Zweck ist diese innere Einlage 18 in
der Aussparung 12 des Fußes 3 des Blattes
zwischen einer Schulter 22 und einem in die Aussparung 12 eingeschraubten
Teil 23 unbeweglich gestaltet. Die Positionierung bei der
Rotation der inneren Einlage 18 kann durch verschiedene
Vorrichtungen, die in 1 schematisch
dargestellt sind, durch eine Stellschraube 24 erreicht
werden.
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Außerdem ist ein auf der Blattgelenkachse P-P
zentrierter Stützpunkt 25 zwischen
dem Außen-Ende 6E des
Zugstabs 6 und dem Außen-Ende des
Fußes 3 des
Blattes vorhanden. In der Ausführungsform
der 1 wird dieser Stützpunkt 25 aus einem
Kniegelenk 26 gebildet, welches mit dem Zugstab 6 fest
verbunden ist und in einen Käfig 27 eingreift,
der sich im Boden 14 der Aussparung 12 befindet.
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Die Kippbewegungen des kugelförmigen Axiallagers 15 sind
sehr gering und betragen maximal 0,7° und werden außerdem durch
das Spiel begrenzt, das in der zentralen Aussparung 19 zwischen der
inneren Einlage 18 und der Gesamtheit Zugstab 6/Hülse 21 vorhanden
ist. Folglich kann, wie das in 3 veranschaulicht
ist, das kugelförmige
Axiallager 15 durch ein einfacheres Axiallager 28 mit
konusförmigen
Elementen 28A ersetzt werden. In dieser 3 ist die Ausführungsform 29 identisch
mit der Ausführungsform 1 mit
Ausnahme der Tatsache, dass das kugelförmige Lager 17 durch
des konusförmige
Lager 28 ersetzt worden ist.
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In der Ausführungsform 30 des
in der 4 gezeigten erfindungsgemäßen Rotorblattes
findet man die bereits bezüglich 1 beschriebenen Bauteile
mit folgenden Ausnahmen wieder:
- – das Axiallager 31 ist
nicht mehr kugelförmig, sondern
konusförmig
(wie in 3), d. h. seine Bauteile 31A aus
Elastomer sind konusförmig
und zur Achse P-P zentriert;
- – der
Zugstab 6 umfasst an seinem Außen-Ende einen Ventilteller 32,
welcher das konusförmige Lager 31 hält, indem
er auf die Außenseite
der äußeren Einlage 33 des
Axiallagers drückt;
und
- – das
Gabelkopf-Element 34, welches dazu bestimmt ist, den Zugstab 6 mit
dem zentralen Teil 4C der Nabe zu verbinden, wird – mit einer
Gegenmutter 35 – auf
das innere, mit Gewinde versehene Ende 6I des Zugstabs
geschraubt.
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In diesem Fall kann die äußere Einlage 33, welche
kein Gewinde mehr enthält,
aus einer Leichtmetalllegierung gefertigt werden.
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Die in den 5 und 6 dargestellte
Ausführungsform 40 des
erfindungsgemäßen Rotorblattes ist
der Ausführungsform 30 der 4 ähnlich bis auf die folgenden
Unterschiede:
- – der Stützpunkt 25, 26 und 27 ist
weggefallen und durch eine ringförmige
runde Auflagefläche 33A ersetzt
worden, die auf dem Umfang der äußeren Einlage 33 des
elastischen Axiallagers 31 ausgebildet ist und sich auf
die Wandung der inneren Aussparung 12 stützt;
- – das
mit Gewinde versehene Innen-Ende 6I des Zugstabs ist direkt
durch Schraubverbindung mit dem mittleren Nabenteil 4C ohne
Zwischenschaltung des Gabelkopfelements 34, aber mit der
Gegenmutter 35 verbunden.