DE3438312C2 - Längsträgerelement für Hubschrauber-Rotorblätter und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Längsträgerelement für Hub­ schrauber-Rotorblätter mit einer äußeren Abdeckung, einer inneren Abdeckung und einem mittlerem Körper, die sämtlich aus Kunststoff-Verbundmaterial hergestellt sind, wobei der mittlere Körper eine vordere Nase, eine obere Lage und eine untere Lage aus jeweils einer Anzahl von benachbarten axia­ len Strängen aufweist, die einen - in Rotor-Drehrichtung gesehen - nach hinten offenen Körper mit im wesentlichen C- förmigem Querschnitt bilden, sowie ein Verfahren zur Her­ stellung eines solchen Längsträgerelementes.

Solche Längsträgerelemente bzw. Verfahren zu ihrer Herstel­ lung sind bekannt, z. B. aus der DE-OS 26 11 235. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Hubschrauber-Rotorblatt ist ein Einlagerohr an seiner in Drehrichtung des Rotor­ blatts vorderen Seite von einem zweiteiligen Nasenholm um­ geben, wobei Nasenholm und Einlagerohr von einem äußeren Rohr umschlossen werden. Sowohl die obere Hälfte als auch die untere Hälfte des zweiteiligen Nasenholms bestehen aus jeweils nur einem aus faserverstärktem Kunststoff herge­ stellten Teil, welches am Wurzelende des Blattes eine Aus­ nehmung für eine Befestigungsbuchse besitzt. Dabei werden die die Hälften bildenden Fasern oder Fäden bereits bei ihrer Herstellung in einer Übergangsform so ausgebildet, daß sich die Ausnehmung für die Befestigungsbuchse ergibt.

Ferner sind aus den Druckschriften GB 14 38 184 und US 4,188,171 Rotorblätter bekannt, bei denen ebenfalls alle Elemente, die das Längsträgerelement bilden, entweder direkt in einer gemeinsamen Form oder aber zunächst separat vorgeformt und dann in der gemeinsamen Form angeordnet wer­ den, wobei sich der Ausformungsprozeß aus einer Überlage­ rung eine Anzahl von Lagen nicht ausgehärteten Kunststoff­ materials und anschließende Aushärtung des Materials in der Form mittels Druck und Wärmeeinfluß zusammensetzt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es sehr viel hand­ werkliche Erfahrung bedarf und daß kein damit hergestelltes Längsträgerelement exakt dem anderen gleicht, da beim Zu­ sammenpressen des nicht-ausgehärteten Materials in der Form und dem Aushärten unter hohem Druck halbflüssiges Synthe­ tikmaterial in nicht vorhersehbarer Weise zwischen den ein­ zelnen Elementen und/oder zwischen den einzelnen Lagen je­ des Elementes fließt. Deshalb kann auch die Gewichtsvertei­ lung sowie die Lage des Schwerpunkts und des Scherzentrums nicht exakt vorausbestimmt werden.

Schließlich ist aus der DE-OS 27 38 895 ein Rotorblatt be­ kannt, zu dessen Herstellung alle Elemente des Längsträger­ elementes separat ausgeformt und vorgehärtet werden. Die Elemente werden dann in einer gemeinsamen Form zusammenge­ setzt und unter Druckeinfluß und Wärmeeinwirkung ausgehär­ tet. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Gewichtsver­ teilung und die Lagen des Schwerpunkts und des Scherzen­ trums in der Regel sehr genau vorausberechnet werden kön­ nen, jedoch leidet das Verfahren darunter, daß aufgrund der vorgehärteten Elemente die Verbindung zwischen den einzel­ nen Elementen ermüdungsanfällig ist und im Laufe der Zeit aufbrechen kann.

Allgemein ist der Längsträger von allen aus Kunststoff-Ver­ bundmaterial hergestellten Elementen eines Hubschrauber- Rotorblatts der komplizierteste und teuerste Bauteil, da jedes Element (Nase, obere und untere Lage sowie rückwärti­ ges Abschlußelement) des Längsträgerelementes aus einer An­ zahl übereinander geschichteter Lagen aus Kunststoffmate­ rial besteht, die miteinander verklebt sind. Dabei beträgt die Gesamtoberfläche aller miteinander zu verklebender Lagen übereinander geschichteten Kunststoffmaterials in einem einzigen Längsträgerelement mehr als 100 m². Eine einzige fehlerhafte Verklebung, z. B. aufgrund eines kleinen Lufteinschlusses, die sich vielleicht nur über cm² (also weniger als 0,00001% bzw. 0,1 ppm der Gesamtfläche) erstreckt, bedeutet, daß das komplette Längsträgerelement unbrauchbar ist und nicht verwendet werden kann. Ebenso führt jeder noch so kleiner Oberflächendefekt, wie er z. B. auftritt, wenn die äußere Oberfläche des Längsträgerelemen­ tes nicht exakt der inneren Oberfläche der Aushärteform entspricht dazu, daß das gesamte Längsträgerelement un­ brauchbar ist.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Längsträgerelement bzw. ein Verfahren zum Herstellen eines Längsträgerelementes für ein Hubschrauber-Rotorblatt anzugeben, bei welchem der Ausschuß von fehlerhaften Längs­ trägerelementen und damit auch die Herstellungskosten auf ein Minimum reduziert sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst von einem Längs­ trägerelement für ein Hubschrauber-Rotorblatt mit einer äußeren Abdeckung, einer inneren Abdeckung und einem mitt­ leren Körper, die sämtlich aus Kunststoff-Verbundmaterial hergestellt sind, wobei der mittlere Körper eine vordere Nase, eine obere Lage und eine untere Lage aus jeweils einer Anzahl von benachbarten axialen Strängen aufweist, die einen - in Rotor-Drehrichtung gesehen - nach hinten offenen Körper mit im wesentlichen C-förmigem Querschnitt bilden, und wobei ein rückwärtiges axiales Abschlußelement vorgesehen ist, welches einen im wesentlichen C-förmigen Querschnitt mit zur Nase gewandter konkaver Seite besitzt und sich in Anlage an den zugeordneten Strängen teilweise entlang der oberen Lage und der unteren Lage erstreckt und aus vorgehärtetem Material hergestellt ist.

Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfin­ dungsgemäßen Längsträgerelementes für ein Hubschrauber- Rotorblatt angegeben, bei welchem eine in ihrer inneren Form der äußeren Form des herzustellenden Längsträgerele­ mentes entsprechende Aushärteform geöffnet und dann ein Teil der Form mit einem Abschnitt einer Anzahl von Gewebe­ streifen, welche aus unausgehärtetem Kunststoff-Verbund­ material bestehen und so ausgebildet sind, daß sie eine äußere Abdeckung des Längsträgerelementes bilden, ausgelegt wird, worauf auf den Gewebestreifen eine Nase aufgelegt wird, welche aus unausgehärtetem Kunststoff-Verbundmaterial hergestellt und Teil eines mittleren Körpers des Längsträ­ gerelementes ist, und eine obere Lage und eine untere Lage des mittleren Körpers durch Auflegen einer Anzahl von axia­ len Strängen aus unausgehärtetem Kunststoff-Verbundmaterial auf der äußeren Abdeckung und auf gegenüberliegenden Seiten eines in die Form eingebrachten herausnehmbaren Kerns ge­ bildet werden, wobei der Kern mit einem Gewebestreifen zur Bildung eines inneren Kerns des Längsträgerelementes belegt ist. Dabei wird vor dem Schließen der Form ein rückwärtiges Abschlußelement in die Form derart eingefügt, daß es an dem belegten herausnehmbaren Kern und an den axialen Strängen anliegt, wobei das rückwärtige Abschlußelement einen C-för­ migen Querschnitt besitzt und aus vorgehärtetem Kunststoff- Verbundmaterial besteht. Ferner werden die seitlichen Rän­ der der die äußere Abdeckung bildenden Gewebestreifen sich auf dem rückwärtigen Abschlußelement überlappend übereinan­ dergeschlagen und es wird Druck auf das rückwärtige Ab­ schlußelement ausgeübt, so daß die Stränge verdichtet und gegen die Nase und die äußere Abdeckung und den inneren Kern gedrückt werden.

Auf diese Weise werden drei wesentliche Vorteile erzielt:

• 1. Es wird eine Verdichtung der einzelnen Elemente des Längsträgerelementes in der Form nicht durch Handarbeit, sondern durch Anwendung eines vordefinierten Druckes auf das vorgehärtete Abschlußelement erzielt.
• 2. Das Abschlußelement kann vor dem Zusammenbau des Längs­ trägerelementes ausgewogen und bearbeitet werden, um sowohl die Lagen von Schwerpunkt und Scherzentrum als auch die Ge­ wichtsverteilung zu beeinflussen.
• 3. Ein so erhaltenes Längsträgerelement ist ermüdungsfrei, da die Verbindung der nicht-vorgehärteten Elemente mit dem vorgehärteten Element durch Aushärten unter Druck und Wär­ meeinfluß extrem dauerhaft ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Längsträgerelementes und

Fig. 2 eine im Maßstab vergrößerte Schnitt­ ansicht durch das in Fig. 1 gezeigte, in die Form eingelegte Längsträger­ element.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Längsträgerelement für ein (nicht gezeigtes) Hubschrauber-Rotorblatt bezeichnet, welches an einem Ende einen Wurzelabschnitt 2 mit Bohrungen 3 zur Befestigung des Rotorblatts an einer (nicht gezeigten) Nabe aufweist.

Das Längsträgerelement 1 zeigt - wie in Fig. 2 erkenn­ bar ist - einen rohrförmigen Aufbau und weist einen inneren rohrförmigen verdrehungsversteifenden Körper 4 aus einem zu einem rohrartigen Gebilde gewickelten, aus kreuzweise verwebten Fasern hergestellten Gewebe­ streifen 5 aus Kunststoff-Verbundmaterial und eine rohrförmige äußere Abdeckung 6 auf, welche aus einer Anzahl von aus kreuzweise verwebten Fasern hergestellten Gewebestreifen 7 (beim dargestellten Ausführungs­ beispiel 3) aus Kunststoff-Verbundmaterial hergestellt ist, welche ebenfalls dadurch zu rohrförmigen Gebilden gewickelt sind, daß ihre Seitenränder entlang einer rückwärtigen Kante des Längsträgerelements 1 überlappt sind.

Ein vorderer Teil der äußeren Abdeckung 6 ist mit einer vereisungssicheren Abdeckung 8 belegt, welche üblicher­ weise aus einem Glasfasermaterial mit (nicht gezeigten) eingearbeiteten elektrischen Widerstandselementen hergestellt ist.

Der innere rohrförmige Körper 4 und die äußere Abdeckung 6 umschließen gemeinsam einen mittleren rohrförmigen Körper 9 aus Kunststoff-Verbundmaterial, der eine sich über seine Vorderkante erstreckende vordere Nase 10 aufweist, welche sich aus einem im Querschnitt im wesentlichen dreieckigen vorderen Abschnitt 11 und einem im Querschnitt im wesentlichen C-förmigen rück­ wärtigen Abschnitt 12 zusammensetzt, der mit seiner konkaven Seite nach rückwärts weist. Die Abschnitte 11 und 12 begrenzen zusammen eine zylindrische Ausnehmung 13, welche sich über wenigstens einen Teil der Länge des Körpers 9 erstreckt und einen üblicherweise aus Blei hergestellten zylindrischen Einsatz 14 als Auswucht­ gewicht aufnimmt.

Außerdem weist der Körper eine obere und eine untere Lage 15 bzw. 16 auf, welche jeweils aus einer Anzahl von benachbart angeordneten axial verlaufenden Strängen 17 aus Kunststoff-Verbundmaterial besteht. (Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils vier solcher Stränge 17 gezeigt).

Schließlich weist der Körper 9 noch ein im Querschnitt im wesentlichen C-förmiges rückwärtiges Abschluß­ element 18 auf, dessen konkave Seite zur vorderen Nase 10 weist und das aus Kunststoff-Verbundmaterial besteht, welches durch Vorverdichtung oder Voraushärtung vorgehärtet ist. Das Abschlußelement 18 weist einen im Körper 9 eine im wesentlichen ebene Rückwand bildenden Kern 19 und zwei Flügelansätze 20 auf, welche Teil der oberen und unteren Lage 15 bzw. 16 bilden und in seitlicher Anlage an den zugeordneten Strängen 17 angeordnet sind.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird das Längsträger­ element 1 unter Verwendung einer Form 21 hergestellt, welche zwei einander zugewandte vordere Formhälften 22 und 23 und einen rückwärtigen Formenabschluß 24 aufweist. Die Form 21 ist außerdem mit einem Kern 25 versehen, welcher aus einem inneren Metalleinsatz 26 besteht, der innerhalb einer üblicherweise aus Gummi hergestellten Hülle 27 angeordnet und von dieser durch eine ungleich­ mäßige Schicht aus aufgeschäumten Material 28 getrennt ist. Diese Schicht besteht üblicherweise aus (nicht dargestellten) Kugeln aus aufgeschäumten Polystyrol.

Das Längsträgerelement wird in der nachstehend ge­ schilderten Weise hergestellt:
Zunächst wird die Form 21 geöffnet und die Arbeits­ flächen der unteren Formhälfte 23 überlappend und in offener Weise mit Gewebestreifen 7 ausgelegt, von denen nur ein Abschnitt die Formenhälfte 23 berührt. Auf die Oberseite dieser auf der Formenhälfte 23 ruhenden Gewebestreifen 7 werden aufeinanderfolgend die Nase 10 und Stränge 17 der Bodenlage 16 aufgelegt, auf deren Oberseite dann wieder offen ein Abschnitt des Gewebestreifens 5 aufgelegt wird. Auf dessen Ober­ seite wird dann der Kern 25 gesetzt, über den der Streifen 5 zurückgefaltet und so der innere Abdeck­ körper 4 gebildet wird.

Alternativ kann der Kern 25 bereits mit dem Gewebe­ streifen 5 bedeckt sein, bevor er auf die untere Formenhälfte 23 aufgesetzt wird.

Hieran anschließend werden die Stränge 17 der oberen Lage 15 auf die Oberseite des Gewebestreifens 5 gebracht, worauf die Gewebestreifen 7 über die Stränge 17 gefaltet werden. Bei diesem Verfahrensstand kann die obere Formenhälfte 22 auf die untere Formenhälfte 23 so aufgesetzt werden, daß ein lediglich noch an der Rückseite offener Formenhohlraum für das herzustellende Längsträgerelement 1 entsteht. Durch die offene Rück­ seite der Form 21 wird dann das rückwärtige Abschluß­ element 18 eingeführt, welches steif genug ist, um die zuvor eingelegten unausgehärteten Materialien, insbesondere die Stränge 17 zu verdichten und in enge Anlage an die Gewebestreifen 5 und 7 zu pressen.

Die gegenüberliegenden Ränder der Streifen 7 werden dann unter Anlage an der Außenfläche des Kerns 19 des Elements 18 überlappend übereinandergelegt, und die Form 21 wird dann durch Aufsetzen des rückwärtigen Formenabschlusses 24 geschlossen. Das Kunststoff­ material wird innerhalb der Form 21 ausgehärtet, in­ dem Hitze zur Einwirkung gebracht wird, welche die Polystyrol-Schicht 28 weitestgehend zusammenschmelzen läßt, wodurch der Metalleinsatz 26 und die Hülle 27 nach dem Öffnen der Form 21 aus dem Längsträgerelement 1 herausgenommen werden können.

Eine Alternative zum vorstehend beschriebenen Ver­ fahren besteht darin, die Formhälften 22 und 23 von Anfang an zusammenzusetzen.

In diesem Fall werden die U-förmig gebogenen Gewebe­ streifen 7, die Nase 10, die Stränge 17 sowohl der unteren wie der oberen Lage 16 bzw. 15 und der mit dem Gewebestreifen 5 belegte Kern 25 nacheinander von der offenen nach oben gerichteten Rückseite der Form 21 aus eingebracht. Das Abschlußelement 18 wird dann eingeführt und die Streifen 7 werden in der bereits beschriebenen Weise überlappend übereinander­ gefaltet.

Auch die Nase 10 ist vorzugsweise durch Vorverdichtung vorgehärtet, um die Verdichtungswirkung des Abschluß­ elements 18 zu unterstützen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines Längsträgerelementes (1) für ein Hubschrauber-Rotorblatt, bei welchem eine in ihrer inneren Form der äußeren Form des herzustellenden Längsträgerelements entsprechende Aushärte-Form (21) geöffnet und dann ein Teil der Form (21) mit einem Abschnitt einer Anzahl von Gewebestreifen (7), weiche aus unausgehärtetem Kunststoff-Verbundmaterial bestehen und so ausgestaltet sind, daß sie eine äußere Abdeckung (6) des Längsträgerelements bilden, ausgelegt wird, worauf auf den Gewebestreifen (7) eine Nase (10) aufgelegt wird, welche aus unausgehärtetem Kunststoff-Verbundmaterial hergestellt und Teil eines mittleren Körpers (9) des Längs­ trägerelementes (1) ist, und eine obere Lage (15) und eine untere Lage (16) des mittleren Körpers (9) durch Auflegen einer Anzahl von axialen Strängen (17) aus unausgehärtetem Kunst­ stoff-Verbundmaterial auf der äußeren Abdeckung (6) und auf gegenüberliegenden Seiten eines in die Form eingebrachten her­ ausnehmbaren Kerns (25) gebildet werden, wobei der Kern (25) mit einem Gewebestreifen zur Bildung eines inneren Kerns (4) des Längsträgerelementes (1) belegt ist; dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Schließen der Form (21) ein rückwärtiges Abschluß­ element (18) in die Form derart eingefügt wird, daß es an dem belegten herausnehmbaren Kern (25) und an den axialen Strängen (17) anliegt, wobei das rückwärtige Abschlußelement (18) einen C-förmigen Querschnitt besitzt und aus vorgehärtetem Kunst­ stoff-Verbundmaterial besteht;
daß die seitlichen Ränder der die äußere Abdeckung (6) bilden­ den Gewebestreifen (7) sich auf dem rückwärtigen Abschluß­ element überlappend übereinandergeschlagen werden und
das Druck auf das rückwärtige Abschlußelement (18) ausgeübt und so die Stränge (17) verdichtet und gegen die Nase (10) und die äußere Abdeckung (6) und den inneren Kern (4) gedrückt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorhärtung des rückwärtigen Abschlußelements (18) durch Ver­ dichtung erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorhärtung des rückwärtigen Abschlußelements (18) durch Voraus­ härtung erzielt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die innerhalb der Form (21) befindlichen unausge­ härteten Kunststoff-Verbundmaterialien in einem Warmaushär­ tungsschritt ausgehärtet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der herausnehmbare Kern (25) eine elastomere Hülle (27) aufweist, die wenigstens teilweise mit einem bei Wärmeeinwirkung schrum­ pfenden Material (28) gefüllt ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nase (10) vorgehärtet ist.

7. Längsträgerelement für Hubschrauber-Rotorblätter mit einer äußeren Abdeckung (6), einer inneren Abdeckung (4) und einem mittleren Körper (9), die sämtlich aus Kunststoff-Verbundmate­ rial hergestellt sind, wobei der mittlere Körper (9) eine vor­ dere Nase (10), eine obere Lage (15) und eine untere Lage (16) aus jeweils einer Anzahl von benachbarten axialen Strängen (17) aufweist, die einen - in Rotor-Drehrichtung gesehen - nach hin­ ten offenen Körper mit im wesentlichen C-förmigem Querschnitt bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein rückwärtiges axiales Abschlußelement (18) vorgesehen ist, welches einen im wesentlichen C-förmigen Querschnitt mit zur Nase (10) gewandter konkaver Seite besitzt und sich in An­ lage an den zugeordneten Strängen (17) teilweise entlang der oberen Lage (15) und der unteren Lage (16) erstreckt und aus vorgehärtetem Material hergestellt ist.

8. Längsträgerelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Abdeckung (6) eine Anzahl von aus kreuzweise verwebten Fasern bestehenden Gewebestreifen (7) aus Kunststoff- Verbundmaterial aufweist.

9. Längsträgerelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gewebestreifen (7) durch Überlappung seiner seitli­ chen Ränder entlang der rückwärtigen Kante des mittleren Kör­ pers (9) in eine rohrartig geschlossene Form gewickelt ist.