DE2942519C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gabelkopf zur Verbin­ dung von Hubschrauber-Rotorblättern mit einem Rotormast mit ihren Längsachsen quer zur Rotormastachse, in Form einer ebenen, länglichen Schleife mit Seitenbereichen und Endbereichen, die mehrere erste und zweite Schichten enthält, die im wesentlichen parallel zueinander und mit ihren Schichtebenen senkrecht zur Rotorachse angeordnet sind.

Bei einem bekannten Gabelkopf dieser Art (US-PS 33 84 185) werden ein mittlerer Trägerteil und jeweils ein Endab­ schnitt verwendet, die Aufnahmenuten bilden, in die Schich­ ten aus Fäden gewickelt werden. Zwischen diesen Schichten werden Füllstoffschichten angeordnet, die beispielsweise auch durch Wickeln von Fäden hergestellt werden können.

Ein derartiger Gabelkopf ist nicht nur schwierig herzu­ stellen, sondern er erfordert darüber hinaus unterschied­ liche Materialien nämlich für das Trägerteil, de Endab­ schnitte und die verschiedenen zu wickelnden bzw. einzu­ setzenden Schichten, wobei das Trägerteil und die Endab­ schnitte einer Vorbearbeitung unterzogen werden müssen. Darüber hinaus ist mit einem solchen Gabelkopf auch keine besonders gute Festigkeit zu erreichen, da die Fäden der einzelnen Schichten nach dem Wickeln dadurch verbun­ den werden, daß man das für ihre Imprägnierung verwendete Harz erwärmt und aushärten läßt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Gabelkopf zu schaffen, der sich einfach herstellen läßt und eine große Festigkeit aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Gabelkopf der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß derart ausgestaltet, daß die ersten Schichten aus zusammenhängenden Fasern bestehen und ebene Schleifen bilden, daß die zweiten Schichten jeweils zwischen zwei ersten Schichten liegen und sich überkreuzende Fasern enthalten und daß die ersten und zweiten Schichten zu einem Laminat verbunden sind, das die Seiten- und die Endbereiche der Schleife bildet.

Der erfindungsgemäße Gabelkopf besteht also aus einem Laminat von ersten und zweiten Schichten, wobei diese Schichten als vorgefertigte ebene Schleifen vorliegen und durch Aufeinanderlegen und Verkleben zu einem Laminat verbunden werden. Dadurch bildet also das Laminat den Gabelkopf, ohne daß an dessen Enden aus anderem Material bestehende Endabschnitte oder im Mittelbereich ein aus anderem Material bestehender Trägerabschnitt für die Verbindung mit dem Rotormast vorgesehen wäre. Vielmehr bildet der erfindungsgemäße Gabelkopf eine durchgehende, im wesentlichen einheitliche Struktur und weist daher eine große Festigkeit auf.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Gabel­ kopf;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gabelkopfes gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt entlang der Linie 3-3 aus Fig. 1 in Richtung der Pfei­ le gesehen;

Fig. 4 eine vergrößerte Seitenansicht eines Teils des in Fig. 2 dargestellten Gabelkopfes;

Fig. 5 eine auseinandergezogene Darstellung des er­ findungsgemäßen Gabelkopfes;

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf einen eingebauten Gabelkopf; und

Fig. 7 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des montierten Gabelkopfes gemäß Fig. 6.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen. Fig. 1 zeigt einen Gabelkopf 10 für die Befestigt an einem Rotormast 12 sowie an zwei sich in Richtung der Pfeile 14 und 16 erstreckenden Rotorblät­ tern. Die Grundform des Gabelkopfes 10 ist eine längliche Schleife oder eine Acht. Sie weist zwei im Abstand zuein­ ander liegende längliche Seitenbereiche 18 auf, die durch einen Mittelbereich 20 quer miteinander verbunden sind. Die Enden der länglichen Seitenbereiche 18 sind durch abgerun­ dete Außenbereiche 22 miteinander verbunden. Der Rotormast 12 sitzt in einem im Mittelbereich 20 vorgesehenen Loch, so daß die Achse des Rotormastes 12 mit der Mittellinie des Gabelkopfes 10 zusammenfällt. Der Gabelkopf 10 besteht aus einem Laminataufbau, der ohne besondere Klammern oder sonstige Befestigungseinrichtungen unmittelbar verschraub­ bar ist. Fig. 2 zeigt im länglichen Seitenbereich 18 des Gabelkopfes 10 vorgesehene Einbuchtungen 24. Diese beiden Einbuchtungen 24 vermindern den Querschnitt und liegen außerhalb des Mittelbereichs 20. Dadurch können sich die Hubschrauberblätter in Richtung der Pfeile 26 und 28 mit etwa in den Einbuchtungen 24 liegenden Drehpunkten bewe­ gen. Die Größe der Einbuchtungen 24 hängt von den jeweils erforderlichen Blattauslenkungen ab.

Fig. 3 zeigt den Aufbau des Gabelkopfes 10, wobei der Rotormast 12 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelas­ sen wurde. Der Gabelkopf 10 besteht aus einem Laminatauf­ bau aus Glasfasermaterial. Hierzu sind die verschie­ densten Faserstoffe verwendbar. Vorzugsweise verwendet man in Epoxidharz getränkte Glasfasern oder vorimprägnier­ te Glasfasergewebe.

Der Gabelkopf 10 besitzt eine Vielzahl von ersten oder Schleifen­ schichten 30 und zweiten oder Verstärkungsschichten 32, die parallel zueinander angeordnet sind. Die jeweilige Anzahl von ersten und zweiten Schichten 30 und 32 hängt von der jeweiligen Rotorkon­ struktion ab. Die Schichten 30 und 32 wechseln einander ab. Die Schleifenschichten 30 besitzen gleichgerichtete Faserverläufe, die entsprechend der den Gabelkopf 10 bil­ denden Schleife verlaufen. Die jede der Schleifenschicht 30 bildenden Fasern sind nebeneinander in ebener Konfigu­ ration angeordnet und erstrecken sich somit innerhalb der länglichen Seitenbereiche 18 in deren Längsrichtung. Es wird darauf hingewiesen, daß in Fig. 3 ein Teil der rechten Hälfte dieser Figur aus Platzgründen weggelassen worden ist. Die Verstärkungsschichten 32 enthalten Fasern, die gegenüber den Fasern der Schleifenschichten 30 vorge­ spannt angeordnet sind. Vorzugsweise besteht jede der Verstärkungsschichten 32 aus sich unter 45° überkreuzen­ den Fasern. Die Verstärkungsschichten 32 erstrecken sich zur Gänze über den Gabelkopf 10 und bilden dessen Mittel­ bereich 20.

Da im Mittelbereich 20 des Gabelkopfes 10 keine Schleifen­ schichten 30 vorgesehen sind, sind an dieser Stelle Füll­ schichten 34 eingebracht. Diese haben im wesentlichen die gleiche Dicke wie die Schleifenschichten 30; sie erstrec­ ken sich lediglich im Mittelbereich 20 des Gabelkopfes 10 zwischen den länglichen Seitenbereichen 18. Die Füllschich­ ten 34 halten die Verstärkungsschichten 32 praktisch ko­ planar zum Mittelbereich 20. Hierzu ist jeder geeignete Füllstoff verwendbar. Vorzugsweise sind die Füllschich­ ten 34 zusätzliche Faserbahnen mit sich überkreuzenden Fasern. Die Verstärkungsschichten 32 sind mit Ausnahme in der Nachbarschaft der Einbuchtungen 24 innerhalb der läng­ lichen Seitenbereiche 18 und der Außenbereiche 22 zusammenhän­ gend. Der Gabelkopf 10 hat somit einen Laminataufbau aus einer Vielzahl von Schichten, in denen Fasern jeweils in vorgegebener Weise angeordnet sind.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer Ein­ buchtung 24 des Gabelkopfes 10. Hierbei sind einige der Verstärkungsschichten 32 im Bereich der länglichen Seiten­ bereiche 18 unterbrochen. Hingegen erstreckt sich jede Schleifenschicht 30 innerhalb der länglichen Seitenbereiche 18 in ununterbrochener Weise. Zur einfacheren Darstellung sind lediglich die beiden mittleren Verstärkungsschich­ ten 32 a und 32 b innerhalb der Seitenbereiche 18 zusammen­ hängend dargestellt. Bei den übrigen Verstärkungsschich­ ten 32 sind im Bereich der Einbuchtungen 24 Abschnitte weggelassen, die dadurch den Querschnitt reduzieren. Vor­ zugsweise erstreckt sich mindestens eine Verstärkungs­ schicht 32 ohne Unterbrechung durch jede der Einbuchtun­ gen 24. Es ist klar, daß die Anzahl der sich ohne Unter­ brechung durch die Einbuchtungen 24 erstreckenden Ver­ stärkungsschichten 32 von der angestrebten Biegsamkeit des Gabelkopfes 10 abhängt.

Fig. 5 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung des Gabelkopfes 10. Zunächst wird hierzu ein Bindegerät 36 mit einer Ausnehmung 38 für die Aufnahme der einzelnen Gabelkopfschichten ausgewählt. Hierauf wird eine erste Schicht 30 mit in glei­ cher Richtung verlaufenden Fasern in das Bindegerät 36 eingelegt. Eine erste Verstärkungsschicht 32 der zuvor beschriebenen Art wird dann über die erste Schleifen­ schicht 30 gelegt. Hierauf werden eine mittlere Füll­ schicht 34 und eine weitere Schleifenschicht 30 (mit in einer Richtung verlaufenden Fasern) über die zuvor aufge­ legte Verstärkungsschicht 32 gelegt. Auf diese Weise läßt sich eine beliebige Anzahl von Schichten 30, 32 und 34 übereinander stapeln. In einer Ausführung liegen beispielsweise zwischen sieben Schleifenschichten 30 sechs Verstärkungsschichten 32. Nach dem erwähnten Zu­ sammenlegen werden die Schichten 30, 32 und 34 zwischen einer Druckplatte 40 und dem Bindegerät 36 zusammenge­ preßt. Auf diese Weise werden die einzelnen Schichten zur Bildung eines Laminataufbaus verbunden. In einem Prüf­ versuch wurde der Gabelkopf 10 bei etwa 120°C ungefähr eine Stunde lang einem Druck von 3 bis 7 kg/cm² aus­ gesetzt und dabei ausgehärtet.

Obgleich in den Figuren die Schichten 32 und 34 jeweils mit einer Öffnung für die Aufnahme des Rotormastes 12 dargestellt sind, ist es klar, daß diese Öffnung oder Bohrung erst nach der Herstellung des Gabelkopfes 10 her­ stellbar ist.

Da alle zum Aufbau des Gabelkopfes 10 dienenden Schichten parallel liegen, ist das Montageverfahren im wesentlichen auf einen Stapelvorgang reduziert. Ein derartiges Verfah­ ren ist äußerst zeitunaufwendig und einfach. Durch die parallele Anordnung der Schichten 30, 32 und 34 läßt sich ein Kegelwinkel vorgefertigt, der dem Grundkegelwinkel des Gabelkopfes 10 entspricht. Der Gabelkopf 10 besitzt ferner in der Blattebene überlegene Scherfestig­ keit, so daß er ohne zusätzliche Befestigungseinrichtungen am Rotormast verschraubbar ist.

Die Fig. 6 und 7 zeigen einen unter Verwendung des Gabelkopfes 10 montierten Rotorkopf. Der Gabelkopf 10 verbindet zwei Rotorblätter 42 und 44 mit dem Rotormast 12. Ein ähnlicher zweiter Gabelkopf 46 befestigt zwei weitere, nicht dargestellte Rotorblätter am Rotormast 12. Die beiden Gabelköpfe 10 und 46 sind in einem am Rotormast 12 angebrachten Nabenstück 48 befestigt. Das Nabenstück 48 weist ein kerbverzahntes Anpassungsstück 50 sowie zusam­ men mit dem Rotormast 12 drehbare Platten 52 und 54 auf. Durch die länglichen Seitenbereiche des Gabelkopfs 10 er­ strecken sich Bolzen 56, die die beiden Platten 52 und 54 miteinander verschrauben. In ähnlicher Weise erstrecken sich Bolzen 58 durch die länglichen Seitenbereiche des zwei­ ten Gabelkopfes 46 und verschrauben die Platten 52 und 54. Ferner erstrecken sich dritte Bolzen 60 durch die Mittelbereiche der Gabelköpfe 10 und 46 und umgeben den Rotormast 12.

Die Rotorblätter 42 und 44 sind mit dem Gabelkopf 10 über Blattspindeln 62 und 64 verbunden. Der radial außen lie­ gende Teil der Spindel 62 ist mit Hilfe eines Kugel­ gleitlagers 66 über Bolzen 68 mit einem Außenbereich des Gabelkopfs 10 verbunden. Ebenso ist das äußere Ende der zweiten Spindel 64 mit dem Außenbereich des Gabelkopfes 10 über ein Kugelgleitlager 70 mit Hilfe von Bolzen 72 verbunden. Die Kugelgleitlager 66 und 70 erlauben eine Schwenksteuerung der Rotorblätter 42 und 44. Das radial innen liegende Ende der Spindel 62 ragt durch ein in einer Dämpfungseinrichtung 78 liegendes inneres Kugelgleitlager und ist mit einer Blattsteuerstange 80 verbunden. Die Dämpfungseinrichtungen 74 und 78 sind un­ mittelbar mit dem Gabelkopf 10 verschraubt. Die zum Gabel­ kopf 46 gehörenden Rotorblätter sind auf ähnliche Weise angebracht.

Claims (6)

1. Gabelkopf zur Verbindung von Hubschrauber-Rotorblättern mit einem Rotormast (12) mit ihren Längsachsen quer zur Rotormastachse, in Form einer ebenen, länglichen Schleife mit Seitenbereichen (18) und Endbereichen (22), die mehrere erste und zweite Schichten (30; 32) enthält, die im wesentlichen parallel zueinander und mit ihren Schichtebenen senkrecht zur Rotormast­ achse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schichten (30) aus zusammenhängenden Fasern bestehen und ebene Schleifen bilden, daß die zweiten Schichten (32) jeweils zwischen zwei ersten Schichten (30) liegen und sich überkreuzende Fasern enthalten und daß die ersten und zweiten Schichten (30; 32) zu einem Laminat verbunden sind, daß die Seiten- und die Endbereiche (18; 22) der Schleife bildet.

2. Gabelkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schichten (30) aus in Klebstoff einge­ betteten Glasfasern bestehen.

3. Gabelkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schichten (30) aus in Klebstoff einge­ betteten Glasfasermatten gebildet sind.

4. Gabelkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schichten (32) aus in Klebstoff eingebetteten Glasfasern bestehen.

5. Gabelkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweiten Schichten (32) in den Seitenbereichen (18) der Schleife erstrecken und einen Mittelteil bilden, und daß im Mittelteil zwischen den zweiten Schichten (32) eine Anzahl von Füllschichten (34) liegen.

6. Gabelkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der zweiten Schichten (32) in den Seitenbereichen (18) zur Bildung von der Flexibilität erhöhenden Einbuchtungen (24) unterbrochen sind.