EP3532377A1 - Antriebsanordnung für einen hubschrauber mit mitteln zur zustandsüberwachung - Google Patents

Antriebsanordnung für einen hubschrauber mit mitteln zur zustandsüberwachung

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Publication number
EP3532377A1
EP3532377A1 EP17790751.6A EP17790751A EP3532377A1 EP 3532377 A1 EP3532377 A1 EP 3532377A1 EP 17790751 A EP17790751 A EP 17790751A EP 3532377 A1 EP3532377 A1 EP 3532377A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor element
gear
power path
shaft
drive arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17790751.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Schäfer
Georg TENCKHOFF
Daniel Wolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP3532377A1 publication Critical patent/EP3532377A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04—Helicopters
    • B64C27/12—Rotor drives
    • B64C27/14—Direct drive between power plant and rotor hub
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/82—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto characterised by the provision of an auxiliary rotor or fluid-jet device for counter-balancing lifting rotor torque or changing direction of rotorcraft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/01—Monitoring wear or stress of gearing elements, e.g. for triggering maintenance

Definitions

  • the invention relates to a drive arrangement for a helicopter with means for condition monitoring of a power path. Furthermore, the invention also relates to a method for condition monitoring of a power path of a drive arrangement for a helicopter. Thus, the field of application of the invention extends to drive arrangements for helicopters.
  • Drive assemblies for helicopters are designed against design loads.
  • the real use of the helicopter is not considered individually. Load spectra from measurements and experience are used to design the components. In this case, less harsh applications, such as the use of the helicopter for occasional scenic flights, and hard cases, such as the use of the helicopter in continuous use occur.
  • the drive assembly is usually designed for all applications. In addition, maintenance intervals are selected so that the toughest and most adverse conditions do not lead to unsafe operation or a specific hazard. In other words, the drive arrangement of a helicopter is usually oversized and is maintained independent of load.
  • EP 2 662 741 A2 discloses a system for reconstructing sensor data in a rotor system.
  • the rotor system comprises a rotating component, wherein a plurality of sensors are arranged in the rotating component.
  • the sensors are designed to detect loads and movements in the rotating component and to generate sensor data.
  • the system has an analysis device for reconstructing the sensor data.
  • the object of the present invention is to provide a drive arrangement for a helicopter, with which the condition monitoring of a power path is made possible.
  • the helicopter drive arrangement comprises at least one prime mover and a transmission arrangement with a main transmission, with a deflection gear and with a tail rotor gear, wherein the main gear is provided for driving a main rotor shaft and a remote shaft, wherein the remote shaft is operatively connected to the deflection gear, and wherein Deflection gear is operatively connected via an intermediate shaft to the tail rotor gearbox for driving a tail rotor shaft, wherein the gear assembly comprises means for condition monitoring of a power path, and wherein the means for condition monitoring of the power path at least a first and a second sensor element for detecting at least one state variable of the power path.
  • At least one state variable is detected by means for condition monitoring of the power path in order to indicate and / or document a load of the gear arrangement.
  • the gear assembly includes the main gear, the reversing gear and the tail rotor gear, wherein the main gear is driven by the at least one prime mover.
  • the main transmission is driven by two engines.
  • the drive power of the at least one prime mover is transmitted via the main transmission to a main rotor shaft, which is operatively connected to a main rotor, and to a remote shaft, which is operatively connected to the rear derailleur gear and the tail rotor transmission with a tail rotor indirectly.
  • the term "operatively connected" is to be understood that two elements may be directly connected to each other, or there are other elements between two elements, for example, one or more gears or shafts.
  • condition monitoring is understood to mean that the loads occurring in the gear arrangement are identified during operation of the helicopter, on the one hand current loads can be shown, on the other hand loads can be documented over a period of time to service intervals to the real Operating conditions of the gear assembly adapt. For example, this makes it possible to replace components before failure in a timely manner. Thus, no oversized components need to be used for the construction, which generally have a greater weight and thus in particular also cause higher fuel consumption.
  • Condition monitoring of the power path is performed depending on any measurement method.
  • a torque or a torque difference in the power path is determined by means of the at least two sensor elements.
  • the torque is the predominant load in the gear assembly, wherein other loads, such as gear forces, can be derived from the torque.
  • the torque is detected in the power path between the main transmission and the tail rotor.
  • sensor elements for detecting a rotational speed, a rotational angle, a temperature, a distance, a vibration, etc. may be used. The sensor elements are preferably integrated in the gear arrangement.
  • the first sensor element is arranged functionally on the remote shaft, wherein the second sensor element is arranged functionally on the tail rotor shaft.
  • the associated deflection gear with its shafts and its gears located in the power path between the two sensor elements at least a portion of the remote shaft, the associated deflection gear with its shafts and its gears, between the reversing and tail rotor gear arranged intermediate shaft, the tail rotor gear with its shafts and gears and at least a portion of the tail rotor shaft .
  • the term functional in this context means that the first sensor element is intended to cooperate with the remote shaft and that the second sensor element is intended to cooperate with the tail rotor shaft.
  • the first sensor element can be arranged directly, ie directly on the remote shaft, wherein the second sensor element can be arranged directly, ie directly on the tail rotor shaft.
  • the respective sensor element can also be arranged on a stationary fixed housing.
  • the housing may be formed, for example, as a shaft housing and surround the remote shaft or the tail rotor shaft.
  • the housing may be a housing of the main gearbox, tail rotor gearbox or reversing gearbox. acting act. Consequently, the respective sensor element in the region of a transmission input or transmission output of the main transmission, tail rotor gear or deflection gear can be arranged on the respective housing and preferably sensed without contact the respective shaft.
  • the first and second sensor elements are provided to detect at least one rotational angle and / or one rotational speed in each case. Consequently, the two sensor elements are designed as rotational angle sensors or rotational speed sensors.
  • a differential angle in the power path is measured by means of the two sensor elements.
  • the deformation in the power path between the two sensor elements can be detected during load introduction.
  • a phase shift between the first and the second sensor element is detected. This allows a torsion in the power path to be measured.
  • the torsion in the power path is essentially dependent on the softness of the arranged in the power path components and the amount of torque introduced.
  • an angular difference between the two measured angles of rotation can be concluded on the Torisionsbelastung arranged in the power path components, from which a torque load of the power path can be determined.
  • the speed or the number of revolutions can also be generated from the sensor signals.
  • the time derivative of the rotation angle in dependence of the selected sensor element corresponds to a rotational angular velocity.
  • rotation angle sensors can perform an absolute, magnetically coded angle measurement.
  • magnetic sensor elements in combination with the toothed wheels present in the gear arrangement, this representing a cost-effective and robust measuring variant.
  • Other sensor elements for rotation angle or angular velocity measurement may also be used.
  • the first sensor element is arranged on a housing of the main transmission, wherein the second sensor element is arranged on a housing of the tail rotor gear.
  • the first sensor element is arranged on a housing of the deflection gear, wherein the second sensor element is arranged on a housing of the tail rotor gear.
  • the first and second sensor elements are provided to detect at least one structure-borne noise.
  • the sensor elements are designed as sound sensors.
  • the tooth meshing frequencies of the gears in the main gear or in the deflection gear and in the tail rotor gear are detected, which may have a phase shift against each other.
  • the phase shift may also be zero.
  • the phase shift changes depending on the load in the power path, wherein the change of the load on the stiffness or
  • the means for condition monitoring of the power path at least a third sensor element for detecting a rotation angle and / or a rotational speed, wherein the third sensor element is arranged functionally on a shaft of the transmission arrangement.
  • the third sensor element is preferably arranged on the remote shaft, on the intermediate shaft or on the tail rotor shaft.
  • the measuring reliability of the condition monitoring means is increased by the third sensor element.
  • the means for condition monitoring of the power path preferably comprise at least one evaluation electronics.
  • the sensor signals of all sensor elements are transmitted to the evaluation electronics, the evaluation electronics being provided for further processing, in particular for linking and relaying the sensor signals.
  • the evaluation electronics are preferably integrated in the gear arrangement or arranged centrally in the helicopter.
  • the evaluation electronics are provided to cooperate wirelessly with a central computer unit.
  • the computer unit is provided to create or supplement a service scope for an imminent maintenance by processing the transmitted from the evaluation electronics sensor signals and adjust the service interval, in particular to extend or shorten.
  • FIG. 1 is a simplified schematic block diagram of a drive arrangement according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a simplified schematic block diagram of a drive arrangement according to the invention according to a second embodiment
  • Fig. 3 is a simplified schematic block diagram of a drive arrangement according to the invention according to a third embodiment.
  • a drive arrangement according to the invention for a helicopter (not shown here) has an engine 1 and a transmission arrangement 2.
  • the gear arrangement 2 comprises a main gear 3 with a housing 10, a deflection gear 4 with a housing 12 and a tail rotor gear 5 with a housing 1 1.
  • the prime mover 1 is operatively connected to the main transmission 3 via a drive shaft 14 in order to feed a drive power of the engine 1 into the main transmission 3.
  • the main transmission 3 is on the one hand operatively connected via a main rotor shaft 6 with a main rotor 15 and on the other via a remote shaft 7 with the reversing gear 4 operatively connected.
  • the reversing gear 4 is operatively connected via an intermediate shaft 8 with the tail rotor gear 5, wherein the tail rotor gear 5 via a tail rotor shaft 9 with a tail rotor 1 6 is operatively connected.
  • the gear arrangement 2 has means for condition monitoring of a power path, the means for condition monitoring of the power path having a first and a second sensor element S1, S2 for detecting a rotation angle on the power path.
  • the first sensor element S1 is arranged on the remote shaft 7, the second sensor element S2 being arranged on the tail rotor shaft 9. From a difference of the two angles of rotation can be closed on a Torisionsbelastung arranged in the power path components, from which a torque load of the power path is determined.
  • the means for monitoring the condition of the power path also include an evaluation electronics 13, wherein the evaluation electronics 13 is provided to cooperate wirelessly with a central computer unit 17 to plan a scope of service and adjust a service interval.
  • the gear arrangement 2 has means for condition monitoring of a power path, wherein the means for condition monitoring of the power path have a first and a second sensor element S1, S2 for detecting structure-borne noise at the power path.
  • the first sensor element S1 is arranged on the housing 12 of the deflection gear 4, wherein the second sensor element S2 is arranged on the housing 1 1 of the tail rotor gear 5.
  • the tooth engagement frequency at the deflection gear 4 is determined, wherein the tooth engagement frequency at the tail rotor gear 5 is determined by means of the second sensor element S2.
  • the means for condition monitoring of the power path to a third sensor element S3 for detecting a rotation angle.
  • the third sensor element S3 is arranged upstream of the deflection gear 4 at the remote shaft 7 of the gear arrangement 2 and detects the rotational speed at the remote shaft 7.
  • the gear arrangement 2 has means for condition monitoring of a power path, wherein the means for condition monitoring of the power path of a first and a second sensor element S1, S2 for detecting at least one structure-borne noise of the power path.
  • the first sensor element S1 is arranged on the housing 10 of the main transmission 3, wherein the second sensor element S2 is arranged on the housing 1 1 of the tail rotor gear 5.
  • the tooth engagement frequency is determined on the main transmission 3, wherein the tooth engagement frequency at the tail rotor gear 5 is determined by means of the second sensor element S2.
  • the means for condition monitoring of the power path have a third sensor element S3 for detecting a rotational speed.
  • the third sensor element S3 is arranged downstream of the main transmission 3 to the remote shaft 7 of the gear assembly 2 and detects the speed of the remote shaft 7. It should be noted that in Figure 3 on the representation of an evaluation electronics 13 and a computer unit 1 7 according to FIG Simplification of the representation of Figure 3 has been omitted. With regard to the function of the evaluation electronics 13 and computer unit 17 (not shown in FIG. 3), reference is made to the exemplary embodiment according to FIG.
  • the first sensor element S1 according to FIG. 1 can also be arranged directly downstream of the main transmission 3 on the remote shaft 7, in order to extend the power path serving for condition monitoring, whereby in particular the measurement quality increases.
  • the first sensor element S1 can also be arranged directly downstream of the main transmission 3 on the remote shaft 7, in order to extend the power path serving for condition monitoring, whereby in particular the measurement quality increases.
  • the first sensor element S1 can also be arranged to the intermediate shaft 8 in order to shorten the power path for condition monitoring.
  • the second sensor element S2 can also be moved in order to lengthen or shorten the power path used for condition monitoring.
  • the arrangement of the third sensor element S3 according to FIGS. 2 and 3 on each shaft of the gear arrangement 2 is conceivable. In this case, waves with a higher speed are to be preferred in principle, since with the same effort a higher-quality signal can be realized.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für einen Hubschrauber, umfassend zumindest eine Antriebsmaschine (1) sowie eine Getriebeanordnung (2) mit einem Hauptgetriebe (3), mit einem Umlenkgetriebe (4) und mit einem Heckrotorgetriebe (5), wobei das Hauptgetriebe (3) zum Antrieb einer Hauptrotorwelle (6) und einer Fernwelle (7) vorgesehen ist, wobei die Fernwelle (7) mit dem Umlenkgetriebe (4) wirkverbunden ist, und wobei das Umlenkgetriebe (4) über eine Zwischenwelle (8) mit dem Heckrotorgetriebe (5) zum Antrieb einer Heckrotorwelle (9) wirkverbunden ist, wobei die Getriebeanordnung (2) Mittel zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades aufweist, und wobei die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades mindestens ein erstes und ein zweites Sensorelement (S1, S2) zur Erfassung mindestens einer Zustandsgröße des Leistungspfades aufweisen.

Description

ANTRIEBSANORDNUNG FÜR EINEN HUBSCHRAUBER MIT MITTELN ZUR
ZUSTANDSÜBERWACHUNG
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für einen Hubschrauber mit Mittel zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades einer Antriebsanordnung für einen Hubschrauber. Mithin erstreckt sich das Anwendungsgebiet der Erfindung auf Antriebsanordnungen für Hubschrauber.
Antriebsanordnungen für Hubschrauber werden gegen Auslegungslasten ausgelegt. Der reale Einsatz des Hubschraubers wird nicht individuell betrachtet. Es werden Lastkollektive aus Messungen und Erfahrungen zur Auslegung der Bauteile herangezogen. Dabei können weniger harte Einsatzfälle, beispielsweise die Nutzung des Hubschraubers für gelegentliche Rundflüge, und harte Einsatzfälle, beispielsweise die Nutzung des Hubschraubers im ununterbrochenen Einsatz, auftreten. Die Antriebsanordnung ist in der Regel für alle Einsatzfälle ausgelegt. Ferner sind auch Wartungsintervalle so gewählt, dass die härtesten und widrigsten Bedingungen nicht zu einem unsicheren Betrieb oder einer konkreten Gefahr führen. Mit anderen Worten ist die Antriebsanordnung eines Hubschraubers in der Regel überdimensioniert und wird belastungsunabhängig gewartet.
Aus der EP 2 662 741 A2 geht ein System zur Rekonstruktion von Sensordaten in einem Rotorsystem hervor. Das Rotorsystem umfasst ein rotierendes Bauteil, wobei im rotierenden Bauteil mehrere Sensoren angeordnet sind. Die Sensoren sind dazu vorgehsehen Belastungen und Bewegungen im rotierenden Bauteil zu erfassen und Sensordaten zu generieren. Ferner weist das System eine Analysevorrichtung zur Rekonstruktion der Sensordaten auf.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsanordnung für einen Hubschrauber zu schaffen, mit welcher die Zustandsüberwachung eines Leistungspfades ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 . Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung für einen Hubschrauber umfasst zumindest eine Antriebsmaschine sowie eine Getriebeanordnung mit einem Hauptgetriebe, mit einem Umlenkgetriebe und mit einem Heckrotorgetriebe, wobei das Hauptgetriebe zum Antrieb einer Hauptrotorwelle und einer Fernwelle vorgesehen ist, wobei die Fernwelle mit dem Umlenkgetriebe wirkverbunden ist, und wobei das Umlenkgetriebe über eine Zwischenwelle mit dem Heckrotorgetriebe zum Antrieb einer Heckrotorwelle wirkverbunden ist, wobei die Getriebeanordnung Mittel zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades aufweist, und wobei die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades mindestens ein erstes und ein zweites Sensorelement zur Erfassung mindestens einer Zustandsgröße des Leistungspfades aufweisen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades in der Getriebeanordnung des Hubschraubers wird mindestens eine Zustandsgröße von Mitteln zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades erfasst, um eine Belastung der Getriebeanordnung aufzuzeigen und/oder zu dokumentieren.
Mithin umfasst die Getriebeanordnung das Hauptgetriebe, das Umlenkgetriebe und das Heckrotorgetriebe, wobei das Hauptgetriebe über die mindestens eine Antriebsmaschine angetrieben wird. Insbesondere wird das Hauptgetriebe über zwei Triebwerke angetrieben. Die Antriebsleistung der mindestens einen Antriebsmaschine wird über das Hauptgetriebe auf eine Hauptrotorwelle, die mit einem Hauptrotor wirkverbunden ist, und auf eine Fernwelle, die mittelbar über das Umlenkgetriebe und das Heckrotorgetriebe mit einem Heckrotor wirkverbunden ist, übertragen. Unter dem Begriff „wirkverbunden" ist zu verstehen, dass zwei Elemente direkt miteinander verbunden sein können, oder sich zwischen zwei Elemente noch weitere Elemente befinden, beispielsweise eine oder mehrere Zahnräder oder Wellen.
Unter dem Begriff „Zustandsüberwachung" ist zu verstehen, dass im Betrieb des Hubschraubers die in der Getriebeanordnung auftretenden Belastungen identifiziert werden. Dabei können zum Einen aktuelle Belastungen aufgezeigt werden, zum Anderen können aber auch Belastungen über eine Zeitspanne dokumentiert werden, um Wartungsintervalle an die realen Betriebsbedingungen der Getriebeanordnung anzupassen. Beispielsweise wird dadurch ermöglicht, Bauteile vor einem Versagen rechtzeitig auszutauschen. Mithin müssen keine überdimensionierten Bauteile zur Konstruktion verwendet werden, die in der Regel ein Mehrgewicht aufweisen und dadurch insbesondere auch einen höheren Kraftstoffverbrauch verursachen.
Die Zustandsüberwachung des Leistungspfades erfolgt in Abhängig von einer beliebigen Messmethode. Insbesondere wird mittels der mindestens zwei Sensorelemente ein Drehmoment bzw. ein Drehmomentunterschied im Leistungspfad bestimmt. Dabei ist das Drehmoment die vorherrschende Belastung in der Getriebeanordnung, wobei andere Belastungen, beispielsweise Verzahnungskräfte, aus dem Drehmoment abgeleitet werden können. Insbesondere wird das Drehmoment im Leistungspfad zwischen dem Hauptgetriebe und dem Heckrotor erfasst. Ferner können Sensorelemente zur Erfassung einer Drehzahl, eines Drehwinkel, einer Temperatur, eines Abstands, einer Schwingung etc. verwendet werden. Die Sensorelemente sind vorzugsweise in der Getriebeanordnung integriert.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste Sensorelement funktional an der Fernwelle angeordnet, wobei das zweite Sensorelement funktional an der Heckrotorwelle angeordnet ist. Mit anderen Worten befinden sich im Leistungspfad zwischen den beiden Sensorelementen zumindest ein Abschnitt der Fernwelle, das damit verbundene Umlenkgetriebe mit seinen Wellen und seinen Zahnräder, die zwischen Umlenkgetriebe und Heckrotorgetriebe angeordnete Zwischenwelle, das Heckrotorgetriebe mit seinen Wellen und seinen Zahnräder sowie zumindest ein Abschnitt der Heckrotorwelle. Der Begriff funktional bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das erste Sensorelement dazu vorgesehen ist, mit der Fernwelle zusammenzuwirken und, dass das zweite Sensorelement dazu vorgesehen ist, mit der Heckrotorwelle zusammenzuwirken. Dabei kann das erste Sensorelement direkt, also unmittelbar an der Fernwelle angeordnet sein, wobei das zweite Sensorelement direkt, also unmittelbar an der Heckrotorwelle angeordnet sein kann. Alternativ kann das jeweilige Sensorelement auch an einem stationär festgelegten Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse kann beispielsweise als Wellengehäuse ausgebildet sein und die Fernwelle bzw. die Heckrotorwelle umgeben. Alternativ kann es sich bei dem Gehäuse um ein Gehäuse des Hauptgetriebes, Heckrotorgetriebes oder Umlenkge- triebes handeln. Mithin kann das jeweilige Sensorelement im Bereich eines Getriebeeingangs oder Getriebeausgangs des Hauptgetriebes, Heckrotorgetriebes oder Umlenkgetriebes am jeweiligen Gehäuse angeordnet sein und vorzugsweise kontaktlos die jeweilige Welle sensieren.
Vorzugsweise sind das erste und zweite Sensorelement dazu vorgesehen, zumindest jeweils einen Drehwinkel und/oder jeweils eine Drehzahl zu erfassen. Mithin sind die beiden Sensorelemente als Drehwinkelsensoren bzw. Drehzahlsensoren ausgebildet. Insbesondere wird mittels der beiden Sensorelemente ein Differenzwinkel im Leistungspfad gemessen. Mittels der Differenzwinkelmessung kann bei Lasteinleitung die Verformung im Leistungspfad zwischen den beiden Sensorelementen erfasst werden. Insbesondere wird eine Phasenverschiebung zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement erfasst. Dadurch kann eine Torsion im Leistungspfad gemessen werden. Die Torsion im Leistungspfad ist im Wesentlichen von der Weichheit der im Leistungspfad angeordneten Bauteile sowie vom Betrag des eingeleiteten Drehmoments abhängig. Mithin kann eine Winkeldifferenz der beiden gemessenen Drehwinkel auf die Torisionsbelastung der im Leistungspfad angeordneten Bauteile geschlossen werden, wobei daraus eine Drehmomentbelastung des Leistungspfads bestimmt werden kann. Ferner kann auch die Drehzahl oder die Anzahl der Umdrehungen ebenfalls aus den Sensorsignalen erzeugt werden. Beispielsweise entspricht die zeitliche Ableitung des Drehwinkels in Abhängigkeit des gewählten Sensorelements einer Drehwinkelgeschwindigkeit.
Drehwinkelsensoren können beispielsweise eine absolute, magnetkodierte Winkelmessung durchführen. Alternativ können auch magnetische Sensorelemente in Kombination mit den in der Getriebeanordnung vorhandenen Zahnrädern genutzt werden, wobei dies eine kostengünstige und robuste Messvariante darstellt. Andere Sensorelemente zur Drehwinkel oder Drehwinkelgeschwindigkeitmessung können ebenfalls verwendet werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste Sensorelement an einem Gehäuse des Hauptgetriebes angeordnet, wobei das zweite Sensorelement an einem Gehäuse des Heckrotorgetriebes angeordnet ist. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste Sensorelement an einem Gehäuse des Umlenkgetriebes angeordnet, wobei das zweite Sensorelement an einem Gehäuse des Heckrotorgetriebes angeordnet ist. Vorzugsweise sind das erste und zweite Sensorelement dazu vorgesehen, zumindest einen Körperschall zu erfassen.
Mithin sind die Sensorelemente als Schallsensoren ausgebildet. Insbesondere werden die Zahneingriffsfrequenzen der Zahnräder im Hauptgetriebe bzw. im Umlenkgetriebe und im Heckrotorgetriebe erfasst, wobei diese eine Phasenverschiebung gegeneinander aufweisen können. Insbesondere kann die Phasenverschiebung auch Null sein. Jedoch ändert sich die Phasenverschiebung in Abhängigkeit der Belastung im Leistungspfad, wobei die Änderung der Belastung auf den Steifigkeiten bzw.
Nachgiebigkeiten der im Kraftfluss angeordneten Bauteile basiert. Aus der Phasenverschiebung kann die Belastung des Leistungspfades bestimmt werden.
Bevorzugt weisen die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades zumindest ein drittes Sensorelement zur Erfassung eines Drehwinkels und/oder einer Drehzahl auf, wobei das dritte Sensorelement funktional an einer Welle der Getriebeanordnung angeordnet ist. Das dritte Sensorelement ist vorzugsweise an der Fernwelle, an der Zwischenwelle oder an der Heckrotorwelle angeordnet. Insbesondere wird durch das dritte Sensorelement die Messsicherheit der Mittel zur Zustandsüberwachung erhöht. Bevorzugt wird das dritte Sensorelement mit den beiden Sensorelementen, die zur Erfassung des Körperschalls vorgesehen sind, kombiniert. Dies vereinfacht die Messmethode dahingehend, dass die Drehzahl einer im Leistungspfad befindlichen Welle nicht geschätzt werden muss, sondern mittels des dritten Sensorelements gemessen wird.
Ferner bevorzugt umfassen die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades zumindest eine Auswertelektronik. Die Sensorsignale aller Sensorelemente werden an die Auswertelektronik übermittelt, wobei die Auswertelektronik zur Weiterverarbeitung, insbesondere zur Verknüpfung und Weiterübermittlung der Sensorsignale vorgesehen ist. Bevorzugt ist die Auswertelektronik in der Getriebeanordnung integriert oder zentral im Hubschrauber angeordnet. Vorzugsweise ist die Auswertelektronik dazu vorgesehen, kabellos mit einer zentralen Rechnereinheit zusammenzuwirken. Die Rechnereinheit ist dazu vorgesehen, durch Verarbeitung der von der Auswertelektronik übermittelten Sensorsignale einen Serviceumfang für eine bevorstehende Wartung zu erstellen oder zu ergänzen und das Serviceintervall anzupassen, insbesondere zu verlängern oder zu verkürzen.
Im Folgenden werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
Fig. 1 eine vereinfachte schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine vereinfachte schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 3 eine vereinfachte schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Gemäß den Figuren 1 , 2 und 3 weist eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung für einen - hier nicht dargestellten - Hubschrauber eine Antriebsmaschine 1 sowie eine Getriebeanordnung 2 auf. Die Getriebeanordnung 2 umfasst ein Hauptgetriebe 3 mit einem Gehäuse 10, ein Umlenkgetriebe 4 mit einem Gehäuse 12 und ein Heckrotorgetriebe 5 mit einem Gehäuse 1 1 . Die Antriebsmaschine 1 ist über eine Antriebswelle 14 mit dem Hauptgetriebe 3 wirkverbunden, um eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine 1 in das Hauptgetriebe 3 einzuspeisen. Das Hauptgetriebe 3 ist zum Einen über eine Hauptrotorwelle 6 mit einem Hauptrotor 15 wirkverbunden und zum Anderen über eine Fernwelle 7 mit dem Umlenkgetriebe 4 wirkverbunden. Ferner ist das Umlenkgetriebe 4 über eine Zwischenwelle 8 mit dem Heckrotorgetriebe 5 wirkverbunden, wobei das Heckrotorgetriebe 5 über eine Heckrotorwelle 9 mit einem Heckrotor 1 6 wirkverbunden ist. Nach Figur 1 weist die Getriebeanordnung 2 Mittel zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades auf, wobei die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades ein erstes und ein zweites Sensorelement S1 , S2 zur Erfassung eines Drehwinkels am Leistungspfad aufweisen. Das erste Sensorelement S1 ist an der Fernwelle 7 angeordnet, wobei das zweite Sensorelement S2 an der Heckrotorwelle 9 angeordnet ist. Aus einer Differenz der beiden Drehwinkel kann auf eine Torisionsbelastung der im Leistungspfad angeordneten Bauteile geschlossen werden, wobei daraus eine Drehmomentbelastung des Leistungspfads bestimmt wird. Ferner umfassen die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades auch eine Auswertelektronik 13, wobei die Auswertelektronik 13 dazu vorgesehen ist, kabellos mit einer zentralen Rechnereinheit 17 zusammenzuwirken, um einen Serviceumfang zu planen und ein Serviceintervall anzupassen.
Gemäß Figur 2 weist die Getriebeanordnung 2 Mittel zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades auf, wobei die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades ein erstes und ein zweites Sensorelement S1 , S2 zur Erfassung eines Körperschalls am Leistungspfad aufweisen. Das erste Sensorelement S1 ist an dem Gehäuse 12 des Umlenkgetriebes 4 angeordnet, wobei das zweite Sensorelement S2 an dem Gehäuse 1 1 des Heckrotorgetriebes 5 angeordnet ist. Somit wird mittels des ersten Sensorelements S1 die Zahneingriffsfrequenz am Umlenkgetriebe 4 ermittelt, wobei mittels des zweiten Sensorelements S2 die Zahneingriffsfrequenz am Heckrotorgetriebe 5 ermittelt wird. Ferner weisen die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades ein drittes Sensorelement S3 zur Erfassung eines Drehwinkels auf. Das dritte Sensorelement S3 ist leistungsflussaufwärts des Umlenkgetriebes 4 an der Fernwelle 7 der Getriebeanordnung 2 angeordnet und erfasst die Drehzahl an der Fernwelle 7. Es wird darauf hingewiesen, dass in Figur 2 auf die Darstellung einer Auswertelektronik 13 und einer Rechnereinheit 17 gemäß Figur 1 zur Vereinfachung der Darstellung von Figur 2 verzichtet wurde. Bezüglich der Funktion der - in Figur 2 nicht dargestellten - Auswertelektronik 13 und Rechnereinheit 17 wird auf das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 verwiesen.
Nach Figur 3 weist die Getriebeanordnung 2 Mittel zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades auf, wobei die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfa- des ein erstes und ein zweites Sensorelement S1 , S2 zur Erfassung mindestens eines Körperschalls des Leistungspfades aufweisen. Das erste Sensorelement S1 ist an dem Gehäuse 10 des Hauptgetriebes 3 angeordnet, wobei das zweite Sensorelement S2 an dem Gehäuse 1 1 des Heckrotorgetriebes 5 angeordnet ist. Somit wird mittels des ersten Sensorelements S1 die Zahneingriffsfrequenz am Hauptgetriebe 3 ermittelt, wobei mittels des zweiten Sensorelements S2 die Zahneingriffsfrequenz am Heckrotorgetriebe 5 ermittelt wird. Ferner weisen die Mittel zur Zustandsüberwa- chung des Leistungspfades ein drittes Sensorelement S3 zur Erfassung einer Drehzahl auf. Das dritte Sensorelement S3 ist leistungsflussabwärts des Hauptgetriebes 3 an der Fernwelle 7 der Getriebeanordnung 2 angeordnet und erfasst die Drehzahl an der Fernwelle 7. Es wird darauf hingewiesen, dass in Figur 3 auf die Darstellung einer Auswertelektronik 13 und einer Rechnereinheit 1 7 gemäß Figur 1 zur Vereinfachung der Darstellung von Figur 3 verzichtet wurde. Bezüglich der Funktion der - in Figur 3 nicht dargestellten - Auswertelektronik 13 und Rechnereinheit 17 wird auf das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 verwiesen.
Die dargestellten Antriebsanordnungen, insbesondere die jeweilige Positionierung der Sensorelemente S1 , S2 und ggf. S3 in der jeweiligen Getriebeanordnung 2 sind nur beispielhaft. Die Zustandsüberwachung des Leistungspfades lässt sich auch auf andere Getriebeanordnung 2 von Hubschraubern übertragen.
Beispielsweise kann das erste Sensorelement S1 gemäß Figur 1 auch unmittelbar leistungsflussabwärts des Hauptgetriebes 3 an der Fernwelle 7 angeordnet sein, um den zur Zustandsüberwachung dienenden Leistungspfad zu verlängern, wobei sich dadurch insbesondere die Messqualität erhöht. Es ist aber ebenso möglich das erste Sensorelement S1 an die Zwischenwelle 8 anzuordnen, um den zur Zustandsüberwachung dienenden Leistungspfad zu verkürzen. Ebenso kann auch das zweite Sensorelement S2 verschoben werden, um den zur Zustandsüberwachung dienenden Leistungspfad zu verlängern oder zu verkürzen. Ferner ist die Anordnung des dritten Sensorelements S3 gemäß den Figuren 2 und 3 an jeder Welle der Getriebeanordnung 2 denkbar. Dabei sind Wellen mit höherer Drehzahl grundsätzlich zu bevorzugen, da bei gleichem Aufwand ein höherwertiges Signal realisierbar ist. Bezuqszeichen Antriebsmaschine
Getriebeanordnung
Hauptgetriebe
Umlenkgetriebe
Heckrotorgetriebe
Hauptrotorwelle
Fernwelle
Zwischenwelle
Heckrotorwelle
Gehäuse des Hauptgetriebes
Gehäuse des Heckrotorgetriebes Gehäuse des Umlenkgetriebes
Auswertelektronik
Antriebswelle
Hauptrotor
Heckrotor
Rechnereinheit erstes Sensorelement
zweites Sensorelement
drittes Sensorelement

Claims

Patentansprüche
1 . Antriebsanordnung für einen Hubschrauber, umfassend zumindest eine Antriebsmaschine (1 ) sowie eine Getriebeanordnung (2) mit einem Hauptgetriebe (3), mit einem Umlenkgetriebe (4) und mit einem Heckrotorgetriebe (5), wobei das Hauptgetriebe (3) zum Antrieb einer Hauptrotorwelle (6) und einer Fernwelle (7) vorgesehen ist, wobei die Fernwelle (7) mit dem Umlenkgetriebe (4) wirkverbunden ist, und wobei das Umlenkgetriebe (4) über eine Zwischenwelle (8) mit dem Heckrotorgetriebe (5) zum Antrieb einer Heckrotorwelle (9) wirkverbunden ist, wobei die Getriebeanordnung (2) Mittel zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades aufweist, und wobei die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades mindestens ein erstes und ein zweites Sensorelement (S1 , S2) zur Erfassung mindestens einer Zustandsgröße des Leistungspfades aufweisen, wobei zumindest eines der Sensorelemente (S1 , S2) in der Getriebeanordnung (2) integriert ist.
2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensorelement (S1 ) funktional an der Fernwelle (7) angeordnet ist, wobei das zweite Sensorelement (S2) funktional an der Heckrotorwelle (9) angeordnet ist.
3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Sensorelement (S1 , S2) dazu vorgesehen sind, zumindest jeweils einen Drehwinkel und/oder eine Drehzahl zu erfassen.
4. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensorelement (S1 ) an einem Gehäuse (10) des Hauptgetriebes (3) angeordnet ist, wobei das zweite Sensorelement (S2) an einem Gehäuse (1 1 ) des Heckrotorgetriebes (5) angeordnet ist.
5. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensorelement (S1 ) an einem Gehäuse (12) des Umlenkgetriebes (4) angeordnet ist, wobei das zweite Sensorelement (S2) an einem Gehäuse (1 1 ) des Heckrotorgetriebes (5) angeordnet ist.
6. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Sensorelement (S1 , S2) dazu vorgesehen sind, zumindest einen Körperschall zu erfassen.
7. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Sensorelemente ausgebildet sind, einen ersten und einen zweiten Drehwinkel zu erfassen.
8. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades zumindest ein drittes Sensorelement (S3) zur Erfassung eines Drehwinkels und/oder einer Drehzahl aufweisen, wobei das dritte Sensorelement (S3) funktional an einer Welle der Getriebeanordnung (2) angeordnet ist.
9. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades zumindest eine Auswertelektronik (13) umfassen.
10. Antriebsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertelektronik (13) dazu vorgesehen ist, kabellos mit einer zentralen Rechnereinheit (17) zusammenzuwirken.
1 1 . Verfahren zur Zustandsüberwachung eines Leistungspfades in einer Getriebeanordnung (2) eines Hubschraubers, wobei mindestens eine Zustandsgroße von Mitteln zur Zustandsüberwachung des Leistungspfades erfasst wird, um eine Belastung der Getriebeanordnung (2) aufzuzeigen und/oder zu dokumentieren.
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