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Hubwerk für Personen und/oder Lasten
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Hubwerk für Personen und/oder Lasten.
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Hubwerke in Form von zum Beispiel Hubschraubern oder Helikoptern sind
hinreichend bekannt. Der konstruktive Aufwand ist jedoch erheblich, wodurch sich
eine gewisse Störanfälligkeit ergibt. Eine Handhabung entsprechender Hubschrauber
von nicht oder nur wenig geschulten Personen ist nahezu ausgeschlossen. Auch besteht
nicht die Möglichkeit, mit entsprechenden Hubschraubern Lasten zu transportieren,
ohne daß sich im Hubschrauber selbst zumindest eine Bedienungsperson befindet. Ferner
ist ein erheblicher technischer Aufwand wie elektronische Bauteile, Stabilierungskreisel
etc. erforderlich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hubwerk für Personen
und/oder Lasten zur Verfügung zu stellen, das konstruktiv einfach aufgebaut ist,
so daß sich nicht nur eine Wartungsfreundlichkeit sondern auch eine Bedienungsmöglichkeit
ergibt, die es gestattet, ein Lenken von ungeschultem Personal durchführen zu lassen
oder sogar Lasten allein zu transportieren. Dabei sollen die einzelnen Elemente
von konventioneller Bauart sein, so daß das Hubwerk aus Elementen zusammengesetzt
ist, die quasi aus einem Bausatz zu entnehmen sind.
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Die Aufgabe wird durch eine Kombination von zum Teil bekannten Merkmalen
gelöst und ist gekennzeichnet durch, a) zwei vorzugsweise gleich große gegenläufige
Rotoren, b) ein kardanisch aufgehängtes, den Antrieb aufnehmendes und die Abtriebswellen
für die Rotoren abstützendes Gehäuse sowie c) eine Steuereinheit zum synchronen
oder getrennten Verstellen der Blattwinkel der Rotoren, wobei die Steuereinheit
von dem Gehäuse ausgeht oder im Gehäuse integriert ist.
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Koaxialrotorsysteme für sich sind bekannt. Ihre Konstruktion und ihre
Handhabung ist recht aufwendig, so daß sich eine entsprechende Antriebsart nicht
oder nur wenig durchgesetzt hat. Eine kardanische Verschwenkbarkeit eines Antriebs
im Zusammenhang mit Hubwerken wie zum Beispiel Hubschraubern/Tragschraubern ist
ebenfalls bekannt.
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Eine Verbindung mit Koaxialrotorsystemen ist aus der Praxis nicht
bekannt. Sie dürfte jedoch insbesondere hinsichtlich der einfachen Manövrierb arkeit
gegenüber bekannten Anordnungen erhebliche Vorteile bieten. Steuereinheiten zum
synchronen oder getrennten Verstellen der Blattwinkel der Rotoren sind ebenfalls
als bekannt zu bezeichnen. Die hier bekannten benötigen aufwendigen Bauteile wie
Taumelscheibe, Zwischenlager, zyklische Blattmessung etc.. Dabei geht die Steuereinheit
von einem sogenannten Steuerknüppel aus, der in einer Fahrgastzelle angeordnet und
von einem Piloten zu bedienen ist. Trotz der erwähnterweise zum Teil bekannten Einzelmerkmale
stellt die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kombination -Koaxialrotorsystem, kardanisch
verschwenkbarer Antrieb und einen eigenerfinderischen Vorschlag bildende von dem
den Antrieb aufnehmenden Gehäuse ausgehender Steuereinheit- eine ein Hubwerk für
Personen und/oder Lasten betreffende Lehre dar, die einen einfachen Aufbau, eine
problemlose Bedienung und Wartungsfreundlichkeit bietet, die nicht zu erwarten waren.
Insbesondere erfolgt aus dem bekannten Stand der
Technik dahingehend
keine Anregung, daß alle funktionswichtigen Elemente des Hubwerks von einem einzigen
Gehäuse ausgehen, das selbst nicht eine Fahrgastzelle oder ähnliches darstellt.
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In Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der Antrieb ein von einem oder
mehreren Antriebsaggregaten betätigtes Untersetzungsgetriebe wie lastteilendes Kegelradgetriebe,
zwischen dessen Teller- oder Kegelrädern, deren Hälse in die Antriebswellen für
die Rotoren übergehen oder diese selbst darstellen, eine um ihre Längsachse drehbare
Querwelle geführt ist, mittels der zumindest eine das Gehäuse durchsetzende parallel
zu den Antriebswellen für die Rotoren geführte Schubstange verschiebbar ist, wobei
die Schubstange oberhalb des Gehäuses mit einem die Antriebswelle des unteren Rotors
umgebenden und zu dieser axial verschiebbaren Ringelement in Wechselwirkung tritt,
dessen Lage die Blattwinkeleinstellung bestimmt, und unterhalb des Gehäuses entkuppelbar
mit der innerhalb der Antriebswelle für den oberen Rotor geführten die Blattwinkelstellung
bestimmenden Steuerstange verbunden ist. Selbstverständlich kann sich die Querwelle
auch oberhalb oder unterhalb des Tellerrades bzw. des Gehäuses befinden, ohne daß
dadurch die Einfachheit der Konstruktion berührt wird.
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Dabei sind vorzugsweise zwei Schubstangen diametral zu den Antriebswellen
für die Rotoren angeordnet und weisen Verzahnungen auf, die mit an der Querwelle
angeordneten Zahnrädern kämmen. Wird nun die Querwelle mittels eines von einer Bedienungsperson
oder durch Fernsteuerung mittels beispielsweise eines Elektromotors gedreht, so
erfolgt durch das Wechselwirken mit den Hubstange ein Verschieben des Ringelementes,
das sich mit der Antriebswelle für den unteren Rotor dreht, so daß auf diese Weise
die Blattwinkeleinstellung im gewünschten Umfang verändert werden kann. Dabei weist
die Querwelle selbstverständlich eine Selbsthemmung auf, die ein ungewolltes Drehen
unterbindet.
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Selbstverständlich braucht das Verschieben der Schubstangen nicht
mechanisch, sondern kann hydraulisch oder auf andere Weise erfolgen.
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Um das Hubwerk bei einem Einsatz zum Befödern von Personen manövrieren
zu können, geht von dem Gehäuse ein Schwenkhebel aus, mit dem das Gehäuse zusammen
mit den Rotoren in Bezug auf einen Tragrahmen, der die Fahrgastzelle umfaßt, kardanisch
verschwenkt werden kann. Sofern mit dem erfindungsgemäßen Hubwerk Lasten allein
transportiert werden sollen, kann durch elektrische, hydraulisch -oder ähnlich betätigbare
Stellelemente ein Verschwenken der Lasten in Bezug auf das Gehäuse erfolgen, wobei
dieses ferngesteuert oder vorprogrammiert möglich ist.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann das den Antrieb und
die Steuereinheit aufnehmende Gehäuse zu dem Tragrahmen in Form zum Beispiel der
Fahrgastzelle verschiebbar und/oder verschwenkbar ausgebildet sein. Dabei kann das
Gehäuse mit der Zelle über ein Rohr verbunden sein, das seinerseits drehsteif mit
der Zelle verbunden ist.
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Alternativ kann von dem Tragrahmen in Form der Zelle eine Gabel ausgehen,
die das Gehäuse schwenkbar aufnimmt, wobei die Befestigungsachse vorzugsweise oberhalb
des Untersetzungsgetriebes verläuft. Dadurch ergibt sich eine optimale Gewichtsverteilung.
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Zur kardanischen Verschwenkbarkeit des Gehäuses und damit der Rotoren-Antriebs-Einheit
und der Steuerung kann das Gehäuse mit einem in dem Tragrahmen horizontal oder nahezu
horizontal zu einer tragenden Verstrebung verlaufenden Rohr in Wechselwirkung treten,
das um seine Längsachse drehbar ist und einen Lagerzapfen aufweist, der von dem
Gehäuse ausgehende und in diesem verlaufende Langlochanordnung durchsetzt. Dabei
ist das Gehäuse in Bezug auf den Zapfen derart verschiebbar, daß der Drehpunkt des
Gehäuses außermittig liegen kann. Das hieraus resultierende Moment kann dabei auf
einen vorgespannten Hubzylinder, der sich zwischen dem Gehäuse und dem Tragrahmen
befindet, wirken. Dabei wird durch die Position des Lagerzapfens in der Langlochanordnung
das Moment bestimmt. Die sich daraus ergebende einfache Manövrierbarkeit liegt auf
der Hand. Die Verschiebbarkeit des Gehäuses kann dabei durch ein Trimmrad erfolgen.
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Gegebenenfalls kann die Trimmung/Steuerung auch dadurch hervorgerufen
werden, daß das Gehäuse in Bezug auf den Lagerzapfen mittig oder außermittig angeordnet
ist und die Vorspannung des Hubzylinders, welcher sich zwischen dem Tragrahmen und
dem Gehäuse befindet, variiert wird. Auch kann die Verschwenkbarkeit dadurch erzielt
werden, daß das mit dem Gehäuse drehsteif verbundene Rohr von einer in dem Tragrahmen
horizontal oder nahezu horizontal verlaufenden tragenden Verstrebung ausgeht, die
um ihre Längsachse drehbar und um eine senkrecht zur Längsachse verlaufende Achse
verschwenkbar ist.
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Auch besteht die Möglichkeit, das Gehäuse von einer oberhalb des Gehäuses
mit dem Tragrahmen verbundenen Halterung um um 900 versetzte Achsen zu verschwenken,
um so die kardanische Beweglichkeit zu erreichen.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben
sich nicht nur aus den Ansprüchen, sondern auch aus den in der Zeichnung dargestellten
bevorzugten Ausführung sbeispielen, die jedoch keine Einschränkung der Erfindung
darstellen. Vielmehr bleibt es einem Durchschnittsfachmann unbenommen, die entsprechenden
Elemente durch gleichwirkende zu ersetzen, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hubwerks in
Seitenansicht, Fig. 2 das Hubwerk nach Fig. 1 in Vorderansicht und Fig. 3 ein Hubwerk
nach Fig. 1 und 2 zum Transport von Lasten, In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes
Hubwerk 10 dargestellt, das ein Rotoren 12 und 14 umfassendes Koaxialrotorsystem,
ein Gehäuse 16
sowie einen Tragrahmen 19 umfaßt. Die Rotoren 12
und 14, die gleich große und gegenläufige Rotorblätter aufweisen, werden über Antriebswellen
18 und 20, die von einem lastteilenden Kegelradgetriebe 22 ausgehen, von einem Antriebsaggregat
24 zum Beispiel in Form eines Verbrennungsmotors oder einer Turbine betätigt. Zwischen
dem Antriebsaggregat 24 kann ferner ein Freilauf 26 sowie eine Lastschaltkupplung
28 geschaltet sein, worauf nachdrücklich hingewiesen werden soll. Auch besteht die
Möglichkeit, das Kegelradgetriebe 22 mit mehr als einem Antriebsaggregat 24 anzutreiben.
Das Kegelradgetriebe 22 selbst umfaßt zwei Kegel- oder Tellerräder 30 und 32, deren
Hälse in die Antriebswellen 18 und 20 übergehen. Ferner sind die Antriebswellen
18 und 20 gegenüber dem Gehäuse 16 durch schematisch dargestellte Lagerungen 72,
74 und 76 abgestützt.
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Das Gehäuse 16 ist von einer Lagerung 34 aufgenommen, um ein kardanisches
Verschwenken zu ermöglichen. Die Lagerung 34, die oberhalb des Gehäuses 16 angeordnet
ist, geht von dem Tragrahmen 19 aus. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, das Gehäuse
16 zusammen mit dem Antriebsaggregat 24 und den Rotoren 12 und 14 in Bezug auf den
Tragrahmen 19 kardanisch zu verschwenken, woraus sich bei einfacher Konstruktion
eine gute Manövrierbarkeit ergibt.
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Um nun die Blattwinkel der Rotoren 12 und 14 einzustellen, wird in
eigenerfinderischer Ausgestaltung vorgeschlagen, daß im Gehäuse 16 eine Steuereinheit
36 vorgesehen oder von diesem ausgeht, die es ermöglicht, daß die Blätter der Rotoren
12 und 14 synchron oder entkoppelt -letzteres zum Drehmomentenausgleich- verstellt
werden. Die Steuereinheit 36 weist im Ausführungsbeispiel nun folgenden Aufbau auf.
Eine Querwelle 38, die zwischen den Teller- oder Kegelrädern 30 und 32 des Untersetzungsgetriebes
22 verläuft, wirkt mit zwei Schubstangen 40 und 42 zusammen, die ihrerseits über
ein Lager 44 mit einem Ring- oder Zylinderelement 46 wechselwirken, über die die
Blattwinkeleinstellung des Rotors 14 erfolgt. Dabei dreht sich das Ringelement 46
mit der Antriebswelle 20, ist jedoch in Abhängigkeit
von der Schubstangenstellung
axial zu jener verschiebbar. Die Schubstangen 40 und 42 sind in Bezug auf die Antriebswellenachse
diametral zueinander angeordnet. Um ein axiales Verschieben der Schubstangen 40
und 42 in Abhängigkeit von der Drehung der Querwelle 38 zu ermöglichen, weisen erstere
eine Außenverzahnung 48 und 50 auf, die mit Zahnrädern 52 und 54 kämmen, die an
der Querwelle 38 angeordnet sind. Die Querwelle 38 ihrerseits mündet in einen Hebel
56, der in den Bereich unterhalb des Gehäuses 16 erfaßbar ist und zum Beispiel von
einer Bedienungsperson im gewünschten Umfang verschwenkt werden kann, um so die
erforderliche Blattwinkeleinstellung herbeizuführen. Dabei kann selbstverständlich
das Betätigen der Querwelle auch über einen nicht dargestellten Elektromotor oder
ähnlich wirkendes Element erfolgen, wobei dessen Betätigung gegebenenfalls ferngesteuert
oder vorprogrammierbar erfolgt. Dieses ist dann von Vorteil, wenn das erfindungsgemäße
Hubwerk 10 zum Beispiel nur zum Transport von Lasten oder ähnliches benutzt werden
soll, ohne daß selbst Bedienungspersonal im Hubwerk sitzt.
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Damit eine synchrone Verstellung der Rotoren 12 und 14 erfolgt, münden
die Schubstangen 40 und 42 unterhalb des Gehäuses 16 in eine Querstange 58, von
der fest eine Steuerstange 60 ausgeht, die innerhalb der Antriebswelle 18 verläuft.
Über die Steuerstange 60 kann dann -wie dargestellt- die Blattverstellung des Rotors
12 erfolgen. Um ein Entkoppeln der Blattverstellung zu ermöglichen, also zu einem
Drehmomentenausgleich die Rotorblätter des oberen Rotors 12 allein zu verstellen,
kann ein Griff 62 betätigt werden. Dieses Entkoppeln kann jedoch auch über einen
nicht dargestellten elektrischen Motor oder ähnliches erfolgen. Hierdurch kann sich
auch die Möglichkeit einer automatischen Drehmomentenregelung ergeben.
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Die erfindungsgemäße Steuerung, die im Gehäuse 16 angeordnet ist bzw.
von diesem ausgeht, stellt sicher, daß bei einfacher Konstruktion ein sicheres Einstellen
der Blattwinkel der Rotoren 12 und
14 erfolgt, ohne daß hierzu
konstruktiv aufwendige Steuerknüppel im Bereich des Tragrahmens 19 erforderlich
sind.
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Um das Gehäuse 16 in Bezug auf den Tragrahmen 19 verschwenken zu können,
also die Flugbahn des Hubwerks 10 zu bestimmen, geht von dem Gehäuse 16 ein Hebel
64 aus, der am unteren Ende einen Gashebel aufweisen kann. Ebenso kann der Gashebel
am Hebel 56 angeordnet sein. Wird der Hebel 64 in Bezug auf den Tragrahmen herangezogen,
nach vorne bewegt oder seitlich verschwenkt, so erfolgt im entsprechenden Umfang
eine Flugbahnänderung.
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Auch sei darauf hingewiesen, daß eine automatische Konstantdrehzahlregelung
vorgesehen sein kann.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 soll verdeutlichen, daß das erfindungsgemäße
Hubwerk 10 allein zum Transport von Lasten 66 benutzt werden kann, die von einem
Tragrahmen 68 aufgenommen sind, der oberhalb des Gehäuses 16 ausgeht und in Bezug
auf diesen kardanisch verschwenkbar ist. Ansonsten sind die weiteren Elemente des
Hubwerks 10 gemäß Fig. 3 mit denen der Fig. 1 und 2 gleich ausgebildet, so daß sich
ein weiteres Eingehen erübrigt. Zusätzlich geht von dem Gehäuse 16 ein Gestell 70
aus, um so ein sicheres Landen bzw. Starten des Hubwerks 10 zu ermöglichen. Der
in der Figur angedeutete Hebel 56 wird dann ferngesteuert oder vorprogrammiert betätigt,
wobei gegebenfalls die Querwelle 38 über von einem Elektromotor oder einem ähnlich
wirkendem Element betätigbar ist, so daß der Hebel 46 wegfallen kann.
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Ist im Ausführungsbeispiel ein mechanisches Betätigen der Schubstangen
40 und 42 wiedergegeben, so ist auch ein hydraulisches, elektrisches oder ähnliches
Betätigen möglich. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, daß das Ringelement
46 nur von einer einzigen Schubstange axial in Bezug auf die Antriebswelle 20 verschoben
wird. Vorteilhaft sind jedoch zwei Schubstangen diametral zueinander angeordnet.