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Hubwerk
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Hubwerk für Personen und/oder Lasten
mit zwei gegenläufigen Rotoren, einem Antriebsaggregat, den Rotoren zugeordneten
(untere und obere) Taumelscheiben sowie Einrichtungen zum zyklischen und kollektiven
Verstellen der Rotorblätter.
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Ein Drehflügelgerät mit koaxial angeordneten Rotoren ist zum Beispiel
der DE-PS 27 57 480 zu entnehmen. Dabei erfolgt der Antrieb der Rotoren über eine
von einem Motor betätigte Getriebeeinheit. Die zyklische Rotorblattverstellung erfolgt
über über Stellmotoren einstellbare Taumelscheiben. Eine Überbrückung dieser zur
Beeinflussung der Taumelscheiben ist nicht möglich, so daß bei einer Fehlfunktion
der Hubschrauber untauglich wird.
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Der W084/00339 ist ein Hubschrauber zu entnehmen, bei dem der Antrieb
zusammen mit den Rotoren kardanisch verschwenkbar ist, so daß sich eine leichte
Manövrierbarkeit auch für ungeschulte Personen ergibt. Auch wenn ein entsprechender
Hubschrauber von der Konstruktion einfach aufgebaut zu bezeichnen ist, können dann
Probleme erwachsen, wenn der Flug zum Beispiel ferngesteuert erfolgen soll.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hubwerk der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß er bei konstruktiv einfachem Aufbau problemlos
gesteuert werden kann, wobei die für die zyklische Verstellung der Rotorblätter
erforderlichen Einheiten automatisch und von Hand beeinflußbar sein sollen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß a) der Antrieb eine Turbine umfaßt,
dessen Welle zum Antrieb der Rotoren auf ein Untersetzungsgetriebe in Form eines
lastteilendes Kegelradgetriebes einwirkt, b) die Einrichtung zum kollektiven Verstellen
der Rotorblätter von einer Querwelle betätigbar und axial zu den Antriebswellen
der Rotoren verschiebbar ist und die Lage der unteren Taumelscheibe festlegt, c)
die Einrichtung eine Halterung für die zyklische Blattsteuerung regelnde Stellantriebe
umfaßt und d) von den Stellantrieben zu der unteren Taumelscheibe führende Steuerstangen
jeweils einen Puffer aufweisen, der zur Handeinstellung des feststehenden Teils
der Taumelscheibe durch eine Handhabe außer Kraft setzbar ist.
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Die erfindungsgemäße Lehre umfaßt eine Kombination von Merkmalen,
die als Einheit zu einem Hubwerk führen, das gegenüber dem Bekannten hinsichtlich
der Steuerbarkeit des konstruktiven Aufbaus und der Sicherung gegenüber fehlerhaften
Verstellungen der Taumelscheiben nicht gekannte Vorteile zeigt. Abgesehen davon
ist jedoch zu bemerken, daß die Einzelmerkmale für sich erfinderischen Gehalt aufweisen,
wobei gegebenenfalls der Antrieb auch z. B. ein Wankel-Motor sein kann.
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Nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag sind die über Stoßstangen miteinander
verbundenen Taumelscheiben, (das heißt, der drehende Teil der unteren Taumelscheibe
ist mit dem stehenden Teil der oberen Taumelscheibe über Stoßstangen verbunden,)
zwar in bekannter Weise über Stellantriebe wie zum Beispiel Stellmotoren über zwei
Achsen kippbar, jedoch ermöglicht das Anordnen der Puffer in die jeweiligen von
den Stellantrieben zu der Taumeischeibe führenden Steuerstangen die Möglichkeit,
die Funktion der Stellantriebe außer Kraft zu setzen. Dies erfolgt dadurch, daß
eine Handhabe, die vorzugsweise einen Steuerhebel umfaßt und derart auf die Puffer
einwirkt, daß das Kippen der Taumelscheibe von Hand erfolgt.
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Zu diesem Zweck kann der Puffer in Art eines Stoßdämpfers ausgebildet
sein.
So ist eine Konstruktion möglich, daß der Puffer einen Hohlzylinder mit in diesem
verschiebbar angeordneten Kolben aufweist, der zu dessen Lagefixierung beidseitig
von einer zum Beispiel von einer Feder hervorgerufenen Kraft beaufschlagbar ist,
so daß der Kolben zu dem Hohlzylinder dann nicht verschiebbar ist, wenn nur der
Stellantrieb wie zum Beispiel Stellmotor wirkt. Dabei kann der als Gehäuse zu bezeichnende
Hohlzylinder mit dem Stellmotor verbunden sein, wohingegen die von dem Kolben ausgehende
Kolbenstange zu dem feststehenden Teil der Taumelscheibe führt. Wird nun der Stellantrieb
betätigt, so wird die den Puffer aufweisende Stoßstange als starre Einheit bewegt.
Vorzugsweise oberhalb des Puffers kann nun die Handhabe derart einwirken, daß entgegen
der in dem Hohlzylinder auf den Kolben einwirkenden Kraft dieser verschiebbar ist,
so daß dadurch ein Kippen der Taumelscheibe im gewünschten Umfang erfolgt. Dabei
ist die Handhabe über zwei zueinander beabstandete senkrecht aufeinanderstehende
Achsen derart verschwenkbar, daß beim Verschwenken um eine Achse ein Wechselwirken
nur mit einem der Puffer erfolgt. Hierzu ist es selbstverständlich erforderlich,
daß die Handhabe erwähntermaßen zum Betätigen einen Stellhebel aufweist, über Winkelhebel
mit den zu der Taumelscheibe führenden Stoßstangen verbunden ist. Insoweit wird
auf die ausführliche Darstellung der Fig. 3 bis 5 verwiesen.
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Um konstruktiv einfach ein kollektives Verstellen der Rotoblätter
zu ermöglichen, wird nach einem weiteren hervorzuhebenden Merkmal die um ihre Längsachse
drehbare Querwelle vorzugsweise zwischen den Kegelrädern des Getriebes geführt,
wobei die Querwelle mit vorzugsweise zwei als Schubstangen ausgebildete Elementen
kämmt, zu denen ortsfest eine Achse verläuft, um die der Steuerhebel schwenkbar
ist, um auf die Puffer einzuwirken.
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Ferner wird nach einem eigenerfinderischen Gedanken vorgeschlagen,
daß die von dem Laufrad des Verdichters kommende Luft das Schaufelrad der Turbine
kühlt, wobei die Luft sowohl auf die Rückseite des Schaufelrades, das gegebenenfalls
auch verrippt sein kann, prallt als auch gegebenenfalls durch das Schaufelrad hindurch
unmittelbar in die Brennkammer strömt.
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Schließlich besteht die Möglichkeit, die aus Antrieb und den Rotoren
gebildete Einheit kardanisch zu lagern oder zumindest um die Längs- oder Querachse
zu kippen, so daß z. B. beim Start des Hubwerkes eine automatische Einstellung auf
dessen Schwerpunkt erfolgt. Anschließend kann die Kardanik arretiert werden, um
die weitere Steuerung über die Taumelscheibe vorzunehmen.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben
sich nicht nur aus den Ansprüchen, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung
eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Hubwerkes
im Schnitt, Fig. 2 einen Ausschnitt des Hubwerks nach Fig. 1 in Vorderansicht, Fig.
3 einen Ausschnitt des Hubwerks nach Fig. 1 zur Verdeutlichung der Verstellung der
Taumelscheibe, Fig. 4 die Darstellung nach Fig. 3 um 900 gedreht, Fig. 5 die Darstellung
nach Fig. 3 in Draufsicht und Fig. 6 eine Detaildarstellung des Schaufelrades der
im Hubwerk vorhandenen Turbine.
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In Fig. 1 ist in Seiten- und Schnittdarstellung ein Hubwerk 10 dargestellt,
das ein Rotoren 12 und 14 umfassendes koaxial Rotorsystem, einen Tragrahmen 16 sowie
ein ein lastteilendes Kegelradgetriebe 18 aufnehmendes Gehäuse 20 aufweist. Das
lastteilende Kegelradgetriebe 18 wird seinerseits von einem Getriebe 22 betätigt,
das von einer Welle 24 einer Turbine 26 angetrieben wird. Das Getriebe 22 befindet
sich auf der Welle 24 zwischen dem Schaufelrad 28 der Turbine und dem Laufrad 30
des Verdichters, die also zueinander beabstandet angeordnet sind. Zum Anlassen der
Turbine
ist ein Anlasser-Generator 32 vorgesehen, der über das Getriebe 22 auf die Welle
24 einwirkt. Auch umfaßt das Getriebe 22 einen Freilauf 34.
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Sowohl die Turbine 26 mit dem Verdichter 29 und dem Anlasser-Generator
32 sowie dem Getriebe 22 sind an dem Gehäuse 20 befestigt, wie zum Beispiel angeflanscht,
so daß sich dadurch eine kompakte Einheit ergibt.
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Das Kegelradgetriebe 18 selbst umfaßt zwei Kegel- oder Tellerräder
36 bzw. 38, deren Hälse in die Antriebswellen 40 bzw. 42 über, durch die die Rotorblätter
12 bzw. 14 in Drehung versetzt werden. Aus der Zeichnung erkennt man ferner nicht
näher bezeichnete Lagerungen, durch die eine Abstützung der drehenden Elemente erfolgt.
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Die zyklische Einstellung der Blätter der Rotoren 12 und 14 erfolgt
über bekannte Taumelscheiben 44 und 45, wobei der feststehende Teil 46 der Taumelscheibe
44 über im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 näher erläuterte Steuerstangen um zwei
Achsen gekippt werden kann. Der dem feststehenden Teil 46 zugeordnete drehende Teil
48 der Taumelscheibe 44 ist zum einen über Stoßstangen 50 mit den Blättern des Rotors
12 und über Stoßstangen 52 mit dem feststehenden Teil 54 der Taumelscheibe 45 verbunden.
Der diesem zugeordnete drehende Teil 56 ist wiederum über Stoßstangen 58 mit dem
Rotor 14 verbunden.
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Um eine kollektive Blattwinkeleinstellung der Rotoren 12 und 14 vornehmen
zu können, wird im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 das Kegelradgetriebe 18 von
einer Querwelle 60 durchsetzt, die über einen Hebel 62 in die gewünschte Position
um ihre eigene Achse drehbar ist. Die Querwelle 60 kämmt mit vorzugsweise zwei Schubstangen
64 und 66, die ihrerseits mit einem mit der Taumelscheibe 44 wechselwirkenden Element
68 verbunden wird, um in Abhängigkeit von der Drehstellung der Querwelle 60 und
damit des Elementes 68 die Lage der Taumelscheibe 44 in Bezug auf deren Antriebswelle
festlegen zu können. Dadurch kann die Blattwinkeleinstellung des Rotors 12 vorgenommen
werden. Damit gleichzeitig die Blätter des Rotors 14 verstellt werden können, münden
die Schubstangen 64 und 66 unterhalb des Gehäuses 20 vorzugsweise unterhalb der
Verdichter-Turbineneinheit 29-26 in zum Beispiel ein Querelement wie Querstange
70, von
der eine koaxial zu den Antriebswellen 40 und 42 und innerhalb
dieser verlaufende Steuerstange 72 zu dem Rotor 14 verläuft. Werden nun die Schubstangen
64 und 66 zum Verstellen der Blätter des Rotors 12 nach oben bzw. unten bewegt,
so erfolgt synchron eine Bewegung der Steuerstange 58 für die Blätter des Rotors
14. Die Bewegung kann jedoch dadurch entkoppelt werden, daß die Steuerstange 72
mittels eines Betätigungsorgans wie Griff 76 in Bezug auf die Querstange 70 verstellt
werden kann.
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Wird durch die zuvor beschriebene Konstruktion eine gleichgerichtete
oder entkoppelte kollektive Verstellung der Rotorblätter ermöglicht, so kann bei
einer Drehmomentsänderung der Rotoren ein Schubwechsel der Hubeinheit dadurch verhindert
werden, daß eine gegensinnige kollektive Verstellung der Rotorblätter vorgenommen
wird. Dies kann dadurch ermöglicht werden, daß z. B. an den unteren Enden der Schubstangen
64, 66 und der Steuerstange 72 ineinanderkämmende Zahnradelemente angeordnet werden,
wodurch die Drehbewegungen der Stangen 64, 66 bzw. 72 mittels eines Gewindes in
gegenläufige Axialbewegungen umgesetzt werden.
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Um die zyklische Blattsteuerung vorzunehmen, gehen von dem Querelement
70 -wie die Fig. 3 und 4 klar verdeutlichen- Antriebseinheiten 78 und 80 aus, durch
die Steuerstangen 82 und 84 zum Verkippen des feststehenden Teils 46 der Taumelscheibe
44 ausgehen. Dabei ist in diese Steuerstangen 82, 84 jeweils ein Puffer 86 bzw.
88 eingebaut, der einen Aufbau wie ein Stoßdämpfer haben kann. So weist jeder Puffer
86 bzw. 88 ein hohlzylinderförmiges Gehäuse 90 bzw. 92 auf, in dem ein Kolben 94
bzw. 96 beidseitig von vorzugsweise einem Federelement 98 bzw. 100 beaufschlagt
ist.
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Dadurch erfolgt eine Lagefixierung des Kolben 94 bzw. 96. Die zugehörige
Kolbenstange 102 bzw. 104 führt nun zum Stellantrieb wie Stellmotor 80 bzw. 78.
Von dem Gehäuse 90 bzw. 92 geht sodann ein Abschnitt 106 bzw.
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108 zu dem Anlenkpunkt des feststehenden Teils 46 der Taumelscheibe
44.
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Wird nun durch den Antrieb 78 bzw. 80 die Kolbenstange 104 bzw. 102
axial verschoben, so wird im gleichen Umfang auch der Abschnitt 106 bzw. 108 bewegt,
da dieser durch die Lagefixierung des Kolbens 94 bzw.
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98 in dem Hohlzylinder 90 bzw. 92 mit den Kolbenstangen 102 bzw. 104
quasi eine starre Einheit bildet.
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Um jedoch die Stellantriebe 78, 80 außer Kraft setzen zu können,
ist ein Stellmechanismus 110 vorgesehen, der derart auf die Abschnitte 106 und 108
einwirkt, daß die von der Feder hervorgerufene Kraft überwunden und somit das Gehäuse
90 bzw. 92 zu dem Kolben 94 bzw. 96 bewegt werden kann. Hierdurch ist ein manuelles
Kippen der Scheibe 46 möglich, so daß zum Beispiel bei einer Fehlbetätigung der
Stellantriebe 78 und 80 das Hubwerk 10 weiterhin flugfähig bleibt.
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Wie die Fig. 3 bis 5 verdeutlichen, wirkt der Stellmechanismus 110
nach Betätigen eines Hebels 112 um eine von zwei zueinander beabstandeten und senkrecht
zueinander stehenden Drehachsen 114 bzw. 116 auf einen der Puffer 86 bzw. 88 ein.
Wird der Hebel 112 um die Achse 114 verschwenkt, so wird über gelenkig miteinander
verbundene Hebelelemente 118, 120, * 122, 124 der Abschnitt 106 der Steuerstange
82 bewegt, um diesen entgegen der Federkraft zusammen mit dem Gehäuse 90 relativ
zu der Kolbenstange 102 zu verschieben.
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Im Bereich der Achsen 114 und 116 ist der Hebel 112 von einer zumindest
abschnittsweise koaxial zu dem Hebel 118 verlaufenden Hülse 126 umgeben, so daß
beim Verschwenken um die durch den Hebel 118 vorgegebene Achse 116 ein von der Hülse
126 ausgehender Hebel 128 mit dem Abschnitt 108 der Steuerstange 84 wechselwirkt,
um eine Relativbewegung zwischen dem Gehäuse 92 und dem Kolben 96 zu ermöglichen.
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Durch diesen einfachen mechanischen Stellmechanismus ist die Möglichkeit
gegeben, die bevorzugterweise durch einen elektrischen Antrieb betätigten Steuerstangen
82, 84 zum Kippen des feststehenden Teils 46 der Taumelscheiben 44 auszuschalten,
um eine Handeinstellung vorzunehmen.
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Anhand der Fig. 6 soll verdeutlicht werden, daß die von dem Kompressor
29 stammende Luft gegen die Rückseite des Schaufelrades 28 der Turbine 26 zu dessen
Kühlung strömen kann. Dabei kann die Rückseite des Schaufelrades 28 auch gerippt
sein, um so der aufprallenden als Kühlluft wirkenden komprimierten Luft nicht nur
eine größere Fläche entgegenzusetzen, sondern um die Luft zusätzlich zu verdichten.
Ferner kann das Schaufelrad selbst über Öffnungen 130 durchströmt werden, damit
die Luft unmittelbar in die Brennkammer 132 strömen kann, um von dort über Düsen
geleitet
die Schaufeln zu beaufschlagen. Schließlich kann demineralisiertes Wasser der komprimierten
Luft zugeführt, d. h. in diese gespritzt werden, um die Leistung der Turbine zu
erhöhen.