DE2701945A1

DE2701945A1 - Schwingungsdaempfer

Info

Publication number: DE2701945A1
Application number: DE19772701945
Authority: DE
Inventors: Stephen Peter King; Alan Henry Vincent
Original assignee: Westland Aircraft Ltd
Current assignee: Westland Group PLC
Priority date: 1976-01-20
Filing date: 1977-01-19
Publication date: 1977-07-21
Also published as: JPS6025319B2; US4145936A; FR2339107B1; JPS5289000A; FR2339107A1; GB1528057A; IT1112149B; DE2701945C2

Description

Unser Zeichen
Our Ref.

W/p 8830

Westland Aircraft Limited, Yeovil (Somerset), Großbritannien

Schwingungsdämpfer

Zusammenfassung: Gegenstand der Erfindung ist ein Schwingungsdämpfer mit einer während des Betriebes drehbar um eine Achse angeordneten Nabe, einer die Nabe umgebenden Masse und einer Anzahl von elastisch nachgiebigen Armen , die spiralförmig und im Abstand voneinander zwischen Nabe und Masse verlaufen, so daß die Masse sich mit der Nabe in einer Drehebene senkrecht zur Achse dreht und eine gleichgroße, elastisch nachgiebige Auslenkung in jeder Richtung innerhalb der Drehebene ausführen kann. Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung weist die Masse einen Stahlring auf und die Arme sind aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Im Betrieb arbeitet der Dämpfer als Federmasse und findet insbesondere Anwendung bei der Dämpfung von Schwingungen in einem Hubschrauberrotor aufgrund der Fähigkeit, gleichzeitig Schwingungskräfte unterschiedlicher Frequenzen aufzuheben.

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Konto: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750 200 73) 5 804 248 Postscheckkonto München 893 69-801

Gerichtsstand Regensburg

Die Erfindung bezieht sich auf Schwingungsdämpfer und insbesondere auf solche Schwingungsdämpfer, mit denen auf einen Hubschrauberrotor einwirkende Schwingungskräfte aufgehoben oder wesentlich verringert werden.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Schwingungsdämpfer mit einer Nabe, die während des Betriebes drehbar um eine Achse angeordnet ist, und mit einer die Nabe umgebenden Masse vorgeschlagen, daß eine Anzahl von elastisch nachgiebigen Armen spiralförmig und im Abstand voneinander zwischen der Nabe und der Masse angeordnet sind, derart, daß während des Betriebes die Masse mit der Nabe in einer Drehebene gedreht wird, die etwa senkrecht zur Achse liegt, und eine etwa gleichgroße, elastisch nachgiebige Auslenkung in beliebiger Richtung in der Drehebene ausführen kann.

Zweckmäßigerweise sind bei einem derartigen Schwingungsdämpfer Mittel vorgesehen, um die Auslenkungen der Masse während des Betriebes auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen, und diese Mittel können eine Anzahl von symmetrisch angeordneten Reibungsstoßdämpfern aufweisen, die so angeordnet sind, daß sie mit einer Oberfläche eines benachbarten Armes in Kontakt kommen, wenn die Masse um den vorbestimmten Wert während des Betriebes ausgelenkt wird.

Vorzugsweise sind die Arme aus faserverstärktem Kunststoffmaterial aufgebaut, so daß die Herstellung vereinfacht und das Gewicht verringert wird. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Material faserverstärkter Kunststoff mit gleichgerichteten Glasfasern, und zweckmäßigerweise erstrecken sich wenigstens die Fasern dieses Materiales durch die Nabe so, daß benachbarte Arme miteinander verbunden sind, so daß gute Festigkeitseigenschaften erzielt werden.

Bei einer solchen Anordnung kann die Nabe ein Nabenmittelteil mit einem Umfang und einer Dickenabmessung aufweisen, und Schlitze können durch einen Teil der Dicke hindurch ausgebildet

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sein, in welchen die inneren Enden der Arme aufgenommen sind; die Schlitze sind dabei mit öffnun-gen im Umfangsteil des Nabenmittelteiles versehen, die in ihrer Anzahl der Anzahl von Armen und in ihrer Breite der Dicke der Arme entsprechen. Jeder dieser Schlitze kann zweckmäßigerweise innerhalb des Nabenmittelteiles in zwei geschlitzte Teile unterteilt sein, die eine Breite etwa gleich einer Hälfte der Dickenabmessung eines jeden Armes haben, und die unterteilten Teile einer jeweiligen öffnung stehen mit der anderen öffnung, oder im Falle einer Anordnung mit drei oder mehr Armen mit den beiden benachbarten öffnungen in Verbindung .

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung weist jeder elastisch nachgiebige Arm mindestens zwei übereinander angeordnete Schichten auf, die in einer gestapelten Anordnung ausgebildet und mit einer gemeinsamen Masse verbunden sind. Zweckmäßigerweise erstreckt sich jede der übereinander angeordneten Schichten von einem einzelnen Nabenmittelteil aus, und jeder Nabenmittelteil ist mit einer Vorrichtung versehen, um die gestapelten Nabenmittelteile miteinander fest zu verbinden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Schwingungsdämpfer für einen Hubschrauberrotor, der während des Betriebes um eine Achse rotiert, vorgeschlagen, der eine Nabe aufweist, die drehbar mit dem Rotor um die Achse angeordnet ist, ferner einen Ring, der um die Nabe und im Abstand von ihr angeordnet ist, sowie eine Anzahl von elastisch nachgiebigen Armen, die die Nabe und den Ring miteinander verbinden und die so ausgebildet sind, daß während des Betriebes der Ring in einer Ebene etwa parallel zu einer Rotationsebene des Rotors gedreht wird; die elastisch nachgiebigen Arme erstrecken sich dabei spiralförmig und im Abstand voneinander zwischen Nabe und Ring und sind so angeordnet, daß der Ring in der Lage ist, eine im wesentlichen gleichgroße elastisch nachgiebige Auslenkung in jeder Richtung innerhalb der Rotationsebene auszuführen.

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Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Aufsicht auf einen Schwingungsdämpfer nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht des Dämpfers nach Fig. 1 längs der Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 3 in Aufsicht ein Detail des Dämpfers nach den Figuren 1 und 2, und

Fig. U eine Schnittansicht längs der Linie B-B der Fig. 3.

Ein Schwingungsdämpfer IO weist eine Nabe 11 auf, die während des Betriebes eine Rotation um eine Achse 12 ausführen kann. Eine Masse in Form eines Stahlringes 13 umgibt die Nabe 11, und vier elastisch nachgiebige Arme IH, die in gleichem Abstand um die Nabe 11 versetzt angeordnet sind, erstrecken sich in einer spiralförmigen Anordnung im Abstand voneinander von der Nabe 11 und verbinden die Nabe 11 mit dem Ring 13.

Die Arme IU nehmen den Ring 13 so auf, daß der Ring 13 in Ruhestellung symmetrisch zur Achse 12 angeordnet ist und während des Betriebes mit der Nabe 11 in einer Rotationsebene senkrecht zur Achse 12 gedreht wird. Die elastische Nachgiebigkeit und die Art der Anordnung der Arme IU gewährleisten, daß der Ring 13 in der Lage ist, gleichgroße elastisch nachgiebige Auslenkungen in allen Richtungen innerhalb der Rotationsebene durchzuführen.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Arme IU aus faserverstärktem Kunststoffmaterial mit gleichgerichteten Glasfasern aufgebaut, und ein äußeres Ende eines jeden Armes IU ist mit dem Ring 13 über zwei Schrauben 16 festgelegt, die durch Bohrungen im Ring 13 und das Ende des Armes IU gesteckt sind und mit einer Klemmplatte 17 festgeschraubt werden.

Das innere Ende eines jeden Armes IU ist gegabelt und durch den Nabenteil 11 geführt sowie mit den inneren Enden der benachbarten Arme in solcher Weise verbunden, daß die Glasfasern der benach-

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barten Arme kontinuierlich ausgebildet sind, wodurch eine kräftige Anordnung erhalten wird. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Nabenmittelteil 18 aus Leichtlegierung (Fig. 3 und 4) mit einer etwa quadratischen Umfa ngsform 19 und einer bei 20 angedeuteten Dickendimension vorgesehen wird.

Vier Schlitze 21 sind in einer Oberfläche des Nabenmittelteiles 18 ausgebildet; sie erstrecken sich bis zu einer Tiefe, die mit 22 bezeichnet ist und die kleiner ist als die Dickendimension 20. Jeder Schlitz 21 weist eine öffnung 23 im Umfang 19 des Nabenmittelteiles 18 auf, die öffnungen 23 sind symmetrisch angeordnet und haben eine Breite, die etwa gleich der Breite eines jeden Armes 14 ist. Der Schlitz 21 erstreckt sich in den Nabenmittelteil 18 aus jeder öffnung 23 durch einen Teil 21a voller Breite und wird dann in zwei geschlitzte Teile 21b und 21c unterteilt, deren jeder eine Breitenabmessung hat, die gleich einer Hälfte der Dickenabmessung eines jeden Teiles 21a ist. Die geschlitzten Teile 21b und 21c verlaufen innerhalb des Nabenmittelteiles 18 und verbinden sich mit den Teilen 21a voller Breite bei benachbarten öffnungen 23. Auf diese Weise wird erreicht, daß die gleichgerichteten Fasern eines jeden Armes IU mit den Fasern der beiden benachbarten Arme 14 verbunden werden, damit die Herstellung erleichtert und eine kräftige Anordnung erzielt wird.

Der Nabenmittelteil 18 weist eine zentrische axiale Bohrung 24 und einen Ring aus acht symmetrischen, axial angeordneten, im gleichen Abstand versetzten Bohrungen 25 auf, deren Aufgabe nachstehend erläutert wird.

Nach Fig. 1 enthält der Schwingungsdämpfer 10 Amplitudenbegrenzungsmittel in Form von vier Reibungsstoßdämpfern 15. Diese Reibungsstoßdämpfer 15 sind in gleichem Abstand versetzt und symmetrisch in Bezug auf die Achse 12 angeordnet; auf jedem Arm 14 ist einer dieser Reibungsstoßdämpfer etwas innerhalb seiner Befestigung mit dem Ring 13 angeordnet. Jeder Reibungsstoßdämpfer 15 weist einen Gummiblock auf, der mit seinem zugeordneten Arm 14 fest verbunden ist und sich nach innen er-

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streckt, wo er an einer inneren Kante endet, die in Ruhestellung im Abstand von einer äußeren Oberfläche des benachbarten Armes 14 angeordnet ist.

Aus Fig. 2 ergibt sich, daß bei der beschriebenen Ausführungsform jeder Arm 14 eine Schichtung von drei Schichten 14a, 14b und IUc aufweist, die von einzelnen Nabenmittelteilen 18 ausgehen, und die mit einem gemeinsamen Ring 13 in der vorbeschriebenen Weise verbunden sind.

Ein angeflanschtes Haltelager 26 ist über die mittleren öffnungen der drei Nabenmittelteile 18 gesetzt, wobei der Flansch mit einem Ring von Bohrungen versehen ist, die den Bohrungen 25 durch die Nabenmittelteile 18 entsprechen. Eine obere Klemmplatte (die in Fig. 1 der besseren Obersicht wegen weggelassen ist) ist über einem vorstehenden Ende des Lagers 26 angeordnet und mit entsprechenden Bohrungen versehen, wodurch das Festziehen der Anordnung durch einen Ring mit acht Schrauben (nicht dargestellt) vereinfacht wird.

Ein Ansatz 28 ist am unteren Ende des Haltelagers 26 konzentrisch zur Achse 12 vorgesehen und ergibt eine Positionierung für den Dämpfer 10 durch Obereinstimmung mit einer/komplementären Aussparung in einem Hubschrauberrotor (nicht gezeigt), und der Ring mit acht Schrauben wird verwendet, um den Dämpfer mit dem Rotor zu befestigen.

Bei der Auslegung eines Schwingungsdämpfers nach vorliegender Erfindung ist es erforderlich, zuerst die Kräfte festzulegen, die erzeugt werden sollen, und die Schwingungsfrequenzen, die auftreten werden, so daß ein entsprechendes Maß für den Dämpfungsring 13 festgelegt werden kann. Die Anzahl und die Steifigkeit der Federn, die den Ring aufnehmen und die durch die Arme 14 gebildet werden, damit die richtige Frequenz und Amplitude der Ringbewegung zur Erzielung der gewünschten Kräfte erreicht werden, können dann berechnet werden.

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Die Veränderlichen, die bei der Konstruktion der Arme 14 zu berücksichtigen sind, sind folgende:

1. die Anzahl von Armen,

2. das verwendete Material,

3. die Länge eines jeden Armes,

U. der Gesamtradius des Dämpfers 10 und infolgedessen im Hinblick auf 3. das Ausmaß, um das jeder Arm sich um den Mittelpunkt wickelt,

5. die Dicke der Arme, und

6. die Tiefe der Arme.

Ein geeignetes Material und die Anzahl von Armen werden in Abhängigkeit von Materialeigenschaften (Young Modul, zulässige Beanspruchungsgrenzen und Dichte) sowie von Herstellungsgesichtspunkten ausgewählt; bei der dargestellten Ausführungsform sind vier Arme vorgesehen, die aus glasfaserverstärktem Kunststoff mit gleichgerichteten Glasfasern hergestellt sind.

Kennt man den Abstand, der zwischen den Armen 11 erforderlich ist, um Ringbewegungen einer gewünschten Amplitude zuzulassen, und die Anzahl von Armen, und schätzt man die erforderliche Dicke eines jeden Armes 11, kann ein maximales Maß für die Biegung (Umwickelung) um die Achse 12 bestimmt werden. Es wurde festgestellt, daß die Zunahme des Maßes der Biegung der Arme zu einer Abnahme des parasitären Gewichtes und des Gesamtradius der Vorrichtung für eine gegebene Leistung führt.

Hat man ein entsprechendes Maß der Biegung und Länge für jeden Arm IU festgelegt, können die exakte Dicke und die Tiefe der Arme IH berechnet werden, damit die gewünschte Steifigkeit und zufriedenstellende Beanspruchungsgrenzen erzielt werden.

Die Lösung mit den am meisten gewünschten Eigenschaften, z.B. minimales parasitäres Gewicht, minimaler Gesamtradius und eine annehmbare Tiefe, wird aus der Gruppe möglicher Lösungen ausgewählt, die sich aus den obigen Berechnungen ergeben.

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Die Steifigkeit in der Ebene, und die Beanspruchungsverteilung aufgrund einer Bewegung in der Ebene hängt nur von der Gesamttiefe der Arme und nicht der Anzahl von übereinander angeordneten Schichten ab. Somit hat eine Schicht der Tiefe "d" die gleichen Eigenschaften in der Ebene (in-plane properties) wie zwei Schichten der Tiefe "d/2". Dies gilt jedoch nicht für eine Bewegung außerhalb der Ebene des Ringes, d.h. eine Translation und Rotation des Ringes in bezug auf die Nabe (vertikale Translations- und Nick- und Rollbewegungen), für welche die Steifigkeit abnimmt, wenn die Anzahl von Schichten zunimmt, falls die Gesamtarmtiefe konstant gehalten wird.

Sowohl axiale als auch Translationsfrequenzen in der Ebene sind unabhängig von der Massenverteilung im Ring 13, die Torsion und die außerhalb der Ebene erfolgende Rotation - z.B. Nick- und Rollfrequenzen - hängen von dieser Verteilung ab. Dies trifft zu, unabhängig davon, ob die Masse die Form eines einfachen Ringes 13 annimmt oder beispielsweise kuppenförmig oder tellerförmig ausgebildet ist und aus einem Ring mit einer Platte über der Oberseite besteht. In allen Fällen ist es von Bedeutung, daß der Ring 13 steif ist.

Durch Ausnutzung der vorstehend angegebenen Informationen ist es möglich, den Dämpfer so zu bauen, daß er ein gewünschtes Ansprechen in bezug auf verschiedene in der Ebene und außerhalb der Ebene liegende Schwingungsfrequenzen besitzt.

Beispielsweise weist der Dämpfer 10, der in der Zeichnung dargestellt ist, in einer speziellen Anwendungsform einen Stahlring 13 mit einem Außendurchmesser von 45 cm, einem Innendurchmesser von 3 9 cm und einer Tiefe von 10 cm auf. Für die Arme l«t wurde glasfaserverstärktes Gewebematerial gewählt, hauptsächlich wegen des geringen Gewichtes und wegen der einfachen Herstellung, und es wurden vier Arme gewählt, deren jeder eine wirksame Länge von 62,5 cm, eine Dicke von 1,3 5 cm und eine Gesamttiefe von 7,5 cm besitzt. Die vertikale, gestapelte An-

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Ordnung aus drei Schichten nach Fig. 2 wurde gewählt, um die Herstellung der Arme IU zu erleichtern, die infolgedessen jeweils eine Tiefe von 2,5 cm besitzen, so daß eine Gesamttiefe von 7,5 cm erhalten wird. Diese Art von gestapelter bzw. geschichteter Konstruktion hat jedoch auch andere Vorteile, z.B., daß die Möglichkeit besteht, die relativen Steifigkeiten in benachbarten Schichten dadurch einzustellen, daß eine Schicht relativ zu einer anderen gedreht wird, um Fehler in der Gesamtanordnung zu ermitteln.

ist
Jeder Arm/in seiner Erstreckung zwischen Nabe 11 und Ring 13

spiralförmig um die Achse 12 über einen Betriebswinkel von etwa 300° gewickelt.

Das für die Arme gewählte Material bestand aus vorimprägnierten, gleichgerichteten Platten aus 0,025 cm dickem Glasfasermaterial

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mit einer Druckdehnung von 11,9 t/cm (170 000 pounds per square

0 G

inch) und einem Modul von 413 t/m (5,9 χ 10 pounds per square inch).

Als Material für die Arme 14 können auch andere Materialien mit entsprechenden Eigenschaften, z.B. Stahl oder Titan verwendet werden. Es ist jedoch wegen der Bearbeitungsprobleme weit schwieriger, Arme aus derartigen Materialien herzustellen als aus dem oben genannten, glasfaserverstärkten Verbundkunststoff. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung eines derartigen Verbundmateriales besteht darin, daß es sich langsam aufspaltet, bevor es endgültig bricht, so daß die Möglichkeit besteht, die Gefahr des Brechens rechtzeitig zu erkennen. Gleichgültig, welches Material für die Arme verwendet wird, wird erreicht, daß der Bruch eines Armes nur eine Verstimmung des Dämpfers bewirkt, nicht aber eine sofortige Zerstörung, weil die übrigen Arme die sich daraus ergebenden erhöhten Belastungen aufnehmen, falls die Beanspruchungspegel durch die ursprüngliche Auslegung in geeigneter Weise gewählt worden sind. Der Dämpfer nach vorliegender Erfindung hat deshalb eine fehlersichere Eigenschaft.

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Bei der Konstruktion der Verbundarme 14 werden die gleichgerichteten Glasfasern zuerst in einer Matrize aufgelegt, so daß sie die gleiche Querschnittsfläche wie in der gewünschten fertigen Gestalt haben, jedoch eine reduzierte Dickendimension besitzen, und werden teilweise gehärtet. Dies geschieht, um das Einsetzen der Arme 14 in den Schlitz 21 im Nabenmittelteil 18 bei der nächsten Phase des Betriebsablaufes zu vereinfachen, in der die Arme 14 in axialer Richtung konsolidiert werden, so daß sie mit dem Nabenmittelteil mit der gewünschten Dicke und Tiefe (durch Kleben bzw. Schweißen) verbunden werden.

Im Betrieb gewährleistet die spiralförmige Anordnung und federnde Nachgiebigkeit der Arme 14, daß der Dämpfer 10 als Federmasse arbeitet, die in der Lage ist, in jeder Richtung innerhalb der Rotationsebene eine gleichgroße elastisch nachgiebige Auslenkung auszuführen, damit gleichzeitig Schwingungskräfte unterschiedlicher Frequenzen in der Rotationsebene aufgehoben werden. Eine entsprechende Abstimmung des Dämpfers 10 wird bei der Konstruktion in der vorbeschriebenen Weise durch entsprechende Wahl der Masse des Ringes 13 und der Dimensionen und anderen Eigenschaften der flexiblen Arme 14 vorgenommen; eine Feinabstimmung wird dadurch erzielt, daß zusätzliche Gewichte (nicht dargestellt) symmetrisch zur Achse 12 angeordnet werden.

Die Fähigkeit, gleichzeitig Schwingungskräfte unterschiedlicher Frequenzen aufzuheben, ist insbesondere von Vorteil zum Eliminieren von in der Ebene liegenden (oder horizontalen) Schwingungskräften, die auf einen Hubschrauberrotor einwirken. Die störenden Schwingungskräfte enthalten Schwingungen der Frequenz (n-1) und Schwingungen der Frequenz (n+1). Unter Schwingungen der Frequenz (n-1) werden die Schwingungen verstanden, die mit einer Frequenz gleich der Anzahl von Blättern (n) vermindert um das Einfache der Rotordrehzahl oszillieren, d.h. (n-1) χ Rotordrehzahl, und unter Schwingungen der Frequenz (n+1) werden Schwingungen verstanden, die mit einer Frequenz gleich der Anzahl von Blättern (n) plus dem Einfachen der Rotordreh„2ahl

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oszillieren, d.h. (n+1) χ Rotordrehzahl. Bei einem Rotor mit vier Rotorblättern werden diese Schwingungen manchmal als 3R- und 5R- Schwingungen bezeichnet.

Bei einer solchen Anlage wird die Nabe 11 des Dampfers 10 mit einem Hubschrauberrotor so befestigt, daß die Achse 12 mit der Rotationsachse des Rotors zusammenfällt, und daß der Dämpfer 10 in einer Rotationsebene parallel zur Rotationsebene des Rotors umläuft. Der Dämpfer 10 wird im nichtrotierenden Zustand auf eine Frequenz gleich N χ Rotordrehzahl (UR für einen Rotor mit vier Rotorblättern) bei normaler Betriebsdrehzahl abgestimmt, so daß er in rotierendem Zustand bei normaler Betriebsdrehzahl sowohl auf Schwingungen mit (n-1) Frequenz als auch (n+1) Frequenz (3R und 5R für einen Rotor mit vier Rotorblättern) anspricht, wodurch die gewünschten longitudinalen und seitlichen Komponenten fest vorgegebener Richtung der korrekten relativen Größe und Phase in einer einzigen Anlage erzeugt werden. Ferner können ungleiche Kraftvektoren wirksam gelöscht werden, wobei keine Möglichkeit der Induzierung einer Ungleichgewichtskraft am Rotorkopf des Hubschraubers besteht.

Durch die in der dargestellten Ausführungsform vorgesehenen Reibungsstoßdämpfer 15 wird eine Amplitudenbegrenzungsvorrichtung erreicht, um den Dämpfer gegen Beschädigung zu schützen, die durch zu hohe Auslenkungen bei Rotordrehzahlen auftreten können, die verschieden von der Konstruktionsrotordrehzahl sind, auf die die Frequenz des Dämpfers abgestimmt ist. Derartige zu starke Auslenkungen können beispielsweise während des Startens des Rotors auftreten, bevor die Rotornenndrehzahl erreicht wird.

Der Schwingungsdämpfer nach vorliegender Erfindung ist nicht auf die Verwendung bei einem Rotor mit vier Rotorblättern beschränkt, sondern kann ebenso verwendet werden, um in der Ebene auftretende Schwingungskräfte sowohl bei (n-1) als auch (n+1) Frequenzen in Hubschrauberrotoren mit einer beliebigen Anzahl von Rotorblättern aufzuheben.

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Ein weiterer Vorteil des Dämpfers nach vorliegender Erfindung besteht darin, daß mechanische Komponenten, z.B. Federn und gleitende sowie rollende Fläc-hen entfallen, wie sie in Federmassendämpfern üblich sind. Derartige mechanische Bestandteile unterliegen der Abnutzung, was zu einer Verstimmung und zu einer Erhöhung des Wartungsaufwandes führen kann.

Falls erwünscht, können zwei oder mehr Schwingungsdämpfer 10 in einer gestapelten Anordnung auf einem Hubschrauberrotor angebracht werden, und können so abgestimmt werden, daß sie Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen oder Schwingungen mit (n-1) und (n+1) Frequenzen bei unterschiedlichen Betriebsdrehzahlen aufheben, wodurch die Betriebsbandbreite eines Gesamtschwingungsdämpfungssystems erweitert wird. Ferner können die elastisch nachgiebigen Arme bei einer (nicht dargestellten) Ausführungsform auch so ausgebildet werden, daß sie federnd flexibel in einer Richtung parallel zur Rotationsachse 12 sind, so daß eine gleichzeitige Aufhebung oder Reduzierung von Kräften in der Ebene und außerhalb der Ebene (vertikal), die auf einen Hubschrauberrotor einwirken, erzielt werden kann.

Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und dargestellt, im Rahmen der Erfindung sind jedoch verschiedene Modifikationen möglich. Beispielsweise ist der Dämpfer nicht darauf beschränkt, daß er eine bestimmte Anzahl von Armen 14 besitzt; aus Symmetriegründen ist jedoch eine minimale Anqahl von drei Armen erwünscht. Der Betriebswinkel, um den sich jeder Arm um die Achse wickelt, kann so verändert werden, daß er den jeweiligen Konstruktionen angepaßt wird, obgleich in einer bestimmten Anlage der Winkel eines jeden Armes konstant ist. Andere entsprechende Fabrikationsmethoden können bei der Konstruktion des Dämpfers ebenfalls verwendet werden: Beispielsweise können die NaJbe 11, die Arme 14 und der Ring 13 als integrale Anordnung hergestellt werden. In ähnlicher Weise können entsprechende Mittel verwendet werden, um den Dämpfer an einer rotierenden Maschine anzuordnen und zu befestigen,

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z.B. einem Hubschrauberrotor, in Verbindung mit welchem er betrieben wird. Die Arme 14 können aus anderem Verbundmaterial hergestellt sein, z.B. aus faserverstärktem Material mit Kohlenstoff asern oder Borfasern, und das faserverstärkende Material kann im Gegensatz zu dem gleichgerichtet ausgebildeten Material gewebeartig sein. Die Arme IU sind nicht darauf beschränkt, daß sie über ihre gesamte Länge die gleichförmige Dicke haben, sie können beispielsweise örtlich an hoch beanspruchten Stellen verdickt sein.

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Claims

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Patentansprüche

1. Schwingungsdämpfer mit einer Nabe, die während des Betriebes drehbar um eine Achse angeordnet ist, und mit einer die Nabe umgebenden Masse, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von elastisch nachgiebigen Armen (14) spiralförmig und im Abstand voneinander zwischen der Nabe (11) und der Hasse (13) angeordnet sind, derart, daß während des Betriebes die Masse (13) mit der Nabe (11) in einer Drehebene gedreht wird, die etwa senkrecht zur Achse (12) liegt, und eine etwa gleich große, elastisch nachgiebige Auslenkung in beliebiger Richtung in der Drehebene ausführen kann.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse ein Ringbauteil (13) aufweist.

3· Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (15) zur begrenzten Auslenkung der Masse (13) um einen vorbestimmten Wert während des Betriebes vorgesehen ist.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Auslenkung begrenzende Vorrichtung eine Anzahl von symmetrisch angeordneten Reibungsstoßdämpfern (15) aufweist, die so angeordnet sind, daß sie mit einer Oberfläche eines benachbarten Armes (14) in Eontakt kommen, wenn die Masse um den vorbestimmten Wert während des Betriebes ausgelenkt wird.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (14) aus faserverstärktem Kunststoff aufgebaut sind.

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5« dadurch gekennzeichnet, daß das Armmaterial gleichgerichtete Glasfasern aufweist.

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7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Armmaterial sich durch die Nabe (11) erstreckt und mit dem eines anderen Armes (14) verbunden ist.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 7« dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (11) ein Nabenmittelteil (18) einem Umfang (19) und einer Dickenabmessung (20) aufweist, daß Schlitze (21) durch einen Teil der Dicke (20) ausgebildet sind, und daß Offnungen (23) im Umfang (19) entsprechend der Anzahl von Armen (14) vorgesehen sind, wobei die Schlitze (21) ein Gehäuse für den Durchgang des Armes durch die Nabe (11) bilden.

9· Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß sich wenigstens drei elastisch nachgiebige Arme zwischen Nabe (11) und Ring (13) erstrecken.

10. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Breite der Schlitzöffnungen (23) mit einer Dicke der Arme (14) übereinstimmt, daß der Schlitz (21) im Nabenmittelteil (18) in zwei geschlitzte Teile (21b und 21c) unterteilt ist, die eine Breite aufweisen, die etwa gleich einer Hälfte der Dickendimensionen eines jeden Armes (14) ist, und daß die unterteilten, geschlitzten Teile (21b und 21c) einer jeweiligen öffnung (23) mit den beiden benachbarten öffnungen (23) verbunden sind.

11. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elastisch nachgiebige Arm (14) wenigstens zwei übereinander liegende Schichten (14a und 14b) aufweist, die in einer gestapelten Anordnung ausgebildet und alt einer gemeinsamen Masse (13) verbunden sind.

12. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der übereinanderliegenden Schichten (14a und 14b) sich von einem einzelnen Nabemittelteil (18) aus erstreckt, und daß jeder Nabenmittelteil (18) einen Hing aus symmetrischen Schraublöchern (25) zur Befestigung der gestapelten

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Nabenmittelteile (18) miteinander besitzt.

13· Schwingungsdämpfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Haltelager (26) sich durch eine zentrische öffnung (24) in jedem der gestapelten Nabenmittelteile (18) erstreckt, und daß das Lager (26) ein Flanschteil mit einem Hing von Schraublöchern entsprechend den Löchern (25) in den Nabenmittelteilen zur Befestigung des Lagers (26) mit den gestapelten Nabenmittelteilen besitzt.

14. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einstellansatz (28) auf dem Haltelager (26) vorgesehen und konzentrisch in bezug auf die Drehachse (12) so angeordnet ist, daß eine Festlegung für die Dämpfungsvorrichtung (10) auf einer Einrichtung, in Verbindung mit der sie betrieben wird, erfolgt.

15- Schwingungsdämpfer für einen Hubschrauberrotor, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nabe (11) drehbar mit dem Rotor um die Achse vorgesehen ist, daß ein Ring (13) um die Nabe (11) positioniert und im Abstand davon angeordnet ist, daß eine Anzahl von elastisch nachgiebigen Armen (14) die Nabe (11) und den Ring (13) miteinander verbinden und so ausgebildet sind, daß während des Betriebes der Ring (13) in einer Ebene etwa parallel zur Rotationsebene des Rotors gedreht wird, daß die elastisch nachgiebigen Arme (14) sich spiralförmig und im Abstand voneinander zwischen Nabe (11) und Ring (13) erstrecken und so angeordnet sind, daß der Ring (13) in der Lage ist, eine im wesentlichen gleich große elastisch nachgiebige Auslenkung in jeder Richtung innerhalb der Rotationsebene auszuführen.

16. Hubschrauberrotor mit einem Schwingungsdämpfer naoh einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse (12) des Dämpfers (10) mit einer Rotationsachse des Rotors zusammenfällt.

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17· Hubschrauber mit einem einen Schwingungsdämpfer nach Anspruch 16 aufweisenden Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsdämpfer (10) so abgestimmt ist, daß er mit einer Frequenz gleich der Anzahl der Rotorblätter auf dem Hubschrauberrotor multipliziert mit der Rotorkonstruktionsdrehzahl arbeitet.

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