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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich im Allgemeinen auf Flugzeugrotore, und mehr insbesondere auf
eine zur Verwendung mit einem Kipprotorflugzeug geeignete Nabe.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik:
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Die Konstruktion von Rotoren und
Propellern für
Flugzeuge ist oft ausserordentlich komplex. Eine grosse Anzahl von
Faktoren muss in Betracht gezogen werden, einschliesslich der Durchbiegung
des Rotors unter schwerer Belastung und die erforderlichen Bewegungen
der Rotorblätter
in Bezug auf den Antriebsmechanismus. Die Erwägungen für Antriebsrotore, die sowohl
als Propeller und Rotore in Flugzeugen, wie z. B. Kipprotorflugzeugen,
Anwendung finden, kann komplexer sein als üblich.
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Homokinetische Gelenke müssen vorgesehen
werden zwischen der Rotorwelle und den Rotorblättern, wodurch ein verhältnismässig komplizierter Mechanismus
an der Nabe der Rotorwelle bedingt ist. Ein Beispiel einer solchen
Einrichtung, welche in bestimmten Hubschrauberausführungen
nützlich
ist, zeigt die US-Patentschrift 4,729,753, auf welche die zweiteilige
Form des unabhängigen
Anspruches 1 sich stützt.
Wie in dieser US Patentschrift beschrieben, wurden vielfältige Annäherungen
vorgeschlagen zur Konstruktion von Hubschrauber- und Antriebsrotoreinrichtungen.
Viele dieser Ausführungen sind
geeignet für
ein bestimmtes Anwendungsgebiet, jedoch nicht für andere. Mit der fortschreitenden
Entwicklung der Flugzeugkonstruktionen müssen die Nabenbaugruppen, welche
in ihren Rotoren eingesetzt werden neue Anforderungen erfüllen, welche ältere Gestaltungen
ungeeignet machen.
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Die Einführung des Kipprotorflugzeuges
hat, in Folge der komplizierteren Betriebsweise des Flugzeuges,
die Leistungsanforderungen an die Nabenbaugruppe erhöht. In einem
Kipprotor sind die Antriebssysteme sehr gross im Vergleich zu einem Standardflugzeug,
und die Grösse
wird zu einem Problem. In einigen Ausführungen eines Kipprotorflugzeuges,
besonders für
Bauformen mit leichter oder mittlerer Nutzleistung, müssen bestimmte
konstruktive Voraussetzungen geschaffen werden, damit ausreichend
Raum freibleibt für
alle erforderlichen Bauteile.
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Herkömmliche Rotornabenbauformen
sind verhältnismässig gross,
wodurch die Gestaltung der dem Rotor zugeordneten mechanischen Systeme beeinflusst
wird. So erfordert z. B. eine grosse Rotornabe einen verhältnismässig langen
Rotormast. Die Nabe selbst ist schwer und zugehörige Systeme, wie z. B. Steuerstangen,
sind verhältnismässig lang
und schwer. Die Systeme müssen
so gestaltet werden, damit das Steuersystem nicht gestört wird.
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Es wäre dementsprechend erwünscht eine Rotornabengestaltung
zu schaffen, die geeignet ist zum Einsatz mit den Konstruktionszwängen eines Antriebsrotorflugzeuges.
Eine solche Nabe muss die geeignete Halterung der Blätter gewährleisten
und dabei aber klein bleiben im Vergleich zu den Ausführungen
gemäss
dem Stand der Technik. Eine dünnere
Nabengestaltung würde
den Antriebsmast verkürzen,
die Höhe
der zugehörigen
Systeme verringern, und Gewicht einsparen.
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KURZE BESCHREIBUNG DBR ERFINDUNG
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Demnach hat gemäss der vorliegenden Erfindung,
entsprechend dem unabhängigen
Anspruch 1, eine Nabenbaugruppe ein homokinetisches Gelenk in der
gleichen Ebene wie das Blattquerhaupt. Das Drehmoment wird von einer
Welle auf die Rotorblätter übertragen
durch das homokinetische Gelenk, durch an dem homokinetischen Gelenk
befestigte Nabenplatten, und durch das Querhaupt, das an den Nabenplatten
befestigt ist. Die Anordnung sämtlicher Bauteile
in einer im Wesentlichen planaren Anordung ergibt eine Nabenbaugruppe,
die eine wesentlich geringere Höhe
aufweist als eine herkömmliche
Ausführung.
Die Nabe selbst ist in der Querhauptebene angeordnet, was eine wirksamere
Drehmomentübertragung
von dem Rotormast auf den Rotor zur Folge hat.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die neuen Merkmale, welche als die
Erfindung kennzeichnend angesehen werden, sind in den nachfolgenden
Ansprüchen
enthalten. Die Erfindung selbst jedoch, sowie ein bevorzugtes Anwendungsgebiet,
weitere Aufgaben und Vorteile derselben, können am besten verstanden werden
durch Bezugnahme auf die folgende, ausführliche Beschreibung eines
darstellendes Ausführungsbeispieles
in Zusammenhang mit den zugehörigen
Zeichnungen, es zeigen:
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1 eine
Ansicht in Perspektive einer bevorzugten Rotornabenbaugruppe gemäss der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Ansicht eines in der bevorzugten Rotornabenbaugruppe vorgesehenen
Querhauptes;
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3 eine
Ansicht in Perspektive einer unteren Nabenfederbaugruppe für die bevorzugte
Rotornabenbaugruppe;
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4 die
obere und die untere Nabenfederbaugruppe, die zu einem Nabenfederpaar
miteinander verbunden sind;
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5 eine
bevorzugte homokinetische Gelenkbaugruppe, die in der Vortriebsrotornabenbaugruppe
eingebaut ist;
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6 eine
Ansicht der bevorzugten Rotornabenbaugruppe mit entfernter oberer
Nabenfederbaugruppe;
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7 eine
graphische Darstellung der Belastungen der Rotornabenbaugruppe;
und
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8 eine
Draufsicht eines Querhauptes zur Darstellung der Einflüsse des
Bolzenlochabstandes auf die Querhauptsteifigkeit.
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BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELES
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Die nun folgende Beschreibung betrifft
eine Vortriebsrotornabenbaugruppe, die geeignet ist zur Verwendung
in einem Kipprotorflugzeug. Die bevorzugte Baugruppe trägt drei
Rotorblätter.
Der Fachmann versteht, dass die beschriebene Konstruktionsweise,
falls erwünscht,
auch in einem Hubschrauber benützt
werden könnte,
oder dass eine andere Blattzahl vorgesehen sein könnte wenn
die Ausführung
in anderer Hinsicht geeignet ist.
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Bezugnehmend auf die 1, eine Nabenbaugruppe 10 ist
dargestellt, die ein für
ein Kipprotorflugzeug geeignetes homokinetisches Gelenk (CV) aufweist.
Wie aus der folgenden Beschreibung verständlich ist schafft die beschriebene
Baugruppe einen steifen, in einer Ebene liegenden Rotor. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist die Baugruppe homokinetisch bis zu etwa 12 Grad Schlagbewegung,
einschliesslich etwa 1/2 Grad Querhauptbiegung. Die steife Konstruktionsweise
in einer Ebene lässt
keine Schwenkbiegung zu.
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Die Baugruppe umfasst ein Querhaupt 12, und
eine obere sowie eine untere Nabenplatte 14 und 16.
Einzelheiten dieser Unterbaugruppen sind in Verbindung mit den 2-6 beschrieben. An den Enden der Querhauptarme
sind Zentrifugalkraftlager 18 befestigt. Die Lager 18 umfassen
ein Einstellwinkellager im Inneren, und übertragen Kräfte in der
Rotornabenebene und Vertikalkräfte,
die von den Rotorblättern
(nicht dargestellt) erzeugt werden sowie auch Zentrifugalkraftbelastunagen.
Diese Zentrifugalkraftlager sind im Stand der Technik allgemein
bekannt und alle geeigneten Ausführungen
können
benützt werden.
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Die 2 zeigt
ein Querhaupt für
die Nabenbaugruppe 10. Das Querhaupt 12 hat drei
Arme 20. An der Spitze jedes Armes 20 befinden
sich zwei Durchgangslöcher 22,
an welchen die Zentrifugalkraftlager 18 festgeschraubt
sind. An einem inneren Ende jedes Armes 20 befinden sich
zwei Durchgangslöcher 24 zur
Befestigung eines Trägers
für eine
innere Spindel. Weitere Einzelheiten dieser Struktur werden in Verbindung
mit der 6 beschrieben.
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Wie aus 2 ersichtlich, ist der mittlere Bereich 26 des
Querhauptes 12 aufgeschnitten. Wie noch beschrieben wird
befindet sich eine homokinetische Gelenkbaugruppe in dem mittleren
Bereich 26 wenn die Nabe 10 zusammengebaut ist.
Längs dem mittleren
Bereich 26, zwischen den Armen 20, sind Paare
von Durchgangslöchern 28 vorgesehen.
Die Löcher 28 nehmen
Schraubenbolzen auf, die die obere und die untere Nabenplatte 14, 16 mit
dem Querhaupt 12 verbinden.
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Die Steifigkeit in Sehnenrichtung
der Baugruppe ist sehr wichtig. Wie in 2 gezeigt, ist die Steifigkeit in Sehnenrichtung
der Biegewiderstand in der Ebene des Querhauptes. Die dargestellte
Bauweise verbessert diese Steifigkeit in mehrfacher Hinsicht. Erstens
ist das Glasfasermaterial selbst sehr steif, insbesondere wenn es
aufgebaut wird gemäss dem
nachfolgend beschriebenen, bevorzugten Verfahren. Zweitens, ist
die Form des Querhauptes ausgewählt,
um eine maximale Steifigkeit aufzuweisen. Schlussendlich verbessert
die Anordnung der Schraubenbolzenlöcher die Querhauptsteifigkeit.
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Jeder Arm 20 hat einen Biegebereich 21,
der ziemlich flach und breit ist. Dies gewährleistet eine geringe notwendige
Durchbiegung in Vertikalrichtung durch Normalkräfte, welche auf die Rotorblätter einwirken.
Die Biegebereiche 21 sind aber weniger flexibel in der
Ebene des Querhauptes 12. Übergangsbereiche 23 an
jedem Arm 20 verbinden die verhältnismässig dünnen Biegebereiche 21 mit
dickeren zentralen Tragbereichen 25. Wenn die Arme 20 bestrebt sind
sich in der Nabenebene relativ zueinander zu verbiegen werden grosse
Biegekräfte
in den zentralen Tragbereichen erzeugt. Diese müssen dementsprechend dicker
sein als die Biegebereiche 21, um diesen hohen Kräften zu
widerstehen.
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Des Weiteren hat der Abstand zwischen
den Schraubenbolzenlöchern 28 einen
wesentlichen Einfluss auf die Gesamtsteifigkeit der Baugruppe in
der Nabenebene. Wenn die obere und die untere Platte 14 und 16 miteinander
verschraubt werden, werden Schraubenbolzen durch die Bolzenlöcher 28 eingeführt. Dies
schafft Stellen mit relativer Unbeweglichkeit in den zentralen Tragbereichen 25.
Der Abstand zwischen den Bolzenlöchern
trägt wesentlich
zu der Gesamtsteifigkeit des Querhauptes bei. Die Tatsache, dass
dieser Abstand verändert
werden kann zur Veränderung
der Gesamtsteifigkeit der Nabenbaugruppe verbessert die Brauchbarkeit
der Konstruktionsweise.
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Das Glasfaserquerhaupt 12 wird
in teuren Permanentwerkzeugen hergestellt. Die Bolzenlöcher 28 werden
aber nach der Herstellung in das Querhaupt 12 gebohrt,
und somit kann ihr Abstand verändert
werden, ohne das Werkzeug zur Herstellung des Querhauptes zu verändern. Falls
sich die Konstruktionsanforderungen ändern, können Anpassungen der Querhauptsteifigkeit
durch Veränderung
des Lochabstandes vorgenommen werden, anstatt einer Überarbeitung
des Werkzeuges zur Herstellung des Querhauptes. Verhältnismässig grosse
Veränderungen der
Steifigkeit der Baugruppe können
erreicht werden durch verhältnismässig kleine
Veränderungen des
Abstandes zwischen den Bolzenlöchern 28.
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Die Geometrie des Querhauptes 12 erlaubt die
Veränderung
der Querhauptsteifigkeit durch Verschieben der Bolzenlöcher 28.
Die Öffnung
in dem mittleren Bereich 26 und die allgemeine Gestaltung des
Querhauptes 12 ergibt eine im Wesentlichen dreieckige Struktur,
wobei die zentralen Tragbereiche 26 die Seiten des Dreiecks
bilden. Die dreieckige Form für
sich allein gewährleistet
eine beträchtliche Steifigkeit
in der Nabenebene, und die Ablenkung in der Nabenebene der Seitenträger des
dreieckigen, mittleren Querhauptabschnittes kann als Mittel zur Veränderung
der Steifigkeit der gesamten Nabenbaugruppe herangezogen werden.
Wie die 8 zeigt wird
durch die Anordung der Bolzen etwa in der Mitte der Seiten des Dreieckes
die gesamte Steifigkeit der Baugruppe wesentlich verbessert, da
dort normalerweise die stärkste
Durchbiegung vorliegt. Demnach macht die geometrische Gestaltung
des Querhauptes, in Verbindung mit der Gestaltung der gesamten Nabenbaugruppe,
den Nabenplatten und Nabenarme, die Baugruppe steif und abstimmbar.
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So kann z. B, bei der dargestellten
Gestaltung, angenommen jeder Arm 20 ist etwa 50 cm (20 Zoll)
lang und 5–10
cm (2–4
Zoll) dick, die Steifigkeit in Sehnenrichtung (EIc) der gesamten
Baugruppe wie hierin beschrieben 310 × 106 Newtons/cm2 (450 × 106 Pfund-Zoll2) betragen
bei einem Bolzenlochabstand von 7,6 cm (3 Zoll). Eine Veränderung
des Lochabstandes auf 15,2 cm (6 Zoll) kann die Steifigkeit in Sehnenrichtung
der Baugruppe auf über
446 × 106 Newtons/cm2 (650 × 106 Pfund-Zoll2) steigern ohne
andere Veränderungen
am Querhaupt 12 vorzunehmen. Diese grosse Steigerung erlaubt
eine Feinabstimmung des Lochabstandes zur Erzielung einer gewünschten
Steifigkeit in Einklang mit anderen Konstruktionsvorgaben
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Die 7 ist
eine graphische Darstellung der Veränderungen der Steifigkeit in
Sehnenrichtung in Abhängigkeit
des Bolzenabstandes. Die Kurve EIc zeigt, dass die Veränderungen
des Abstandes zwischen den Bolzenlöchern 28, ohne andere
Konstruktionsmerkmale zu verändern,
ausser denjenigen, welche für
die Abstandsveränderung
nötig sind,
die Gesamtsteifigkeit der Baugruppe wesentlich beeinflusst. Die
Bolzenbelastungslinie zeigt, dass die auf die Bolzen einwirkende
Belastung mit der Steifigkeit zunimmt in der Weise, dass die Linie
der Bolzenbelastung der Steifigkeitslinie folgt. Die Kurven, wie
in 7 dargestellt, können ermittelt
werden durch Modellierung der Baugruppe anhand endlicher Elemente.
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Wie aus der Beschreibung der Nabenplattenfederbaugruppe
und der Nabenplatte zu verstehen ist, die in Verbindung mit den 3 und 4 erläutert
wird, beeinflusst die Veränderung
der Lage der Bolzenlöcher 28,
die Grösse
und die Konstruktion der Nabenplatten 14, 16.
Wenn die Löcher 28 weiter
auseinanderbewegt werden, müssen
die Nabenplatten 14 und 16 grösser gemacht werden. Durch
näher Aneinanderheranbewegen
der Löcher 28 können die vorzusehenden
Nabenplatten 14, 16 kleiner gemacht werden. Da
die Veränderung
der Grösse
der Nabenplatten 14, 16 ihr Gewicht verändert müssen Abstimmungen
getroffen werden hinsichtlich der Bolzenlochlage. Die Löcher 28 sollen
weit genug auseinander sein, damit die gesamte Nabenbaugruppe 10 ausreichend
steif ist, vorzugsweise jedoch nicht weiter als erforderlich. Obschon
die Vergrösserung
des Lochabstandes über
den erforderlichen Abstand hinaus die Steifigkeit der Baugruppe
vergrössert,
werden dadurch auch das Gewicht und die Abmessungen der Baugruppe
vergrössert.
Ausserdem vergrössert
die Erhöhung
des Abstandes die auf die Bolzen einwirkende Belastung, welche stark
genug sein müssen,
um diese erhöhten
Belastungen bei dem erhöhten
Bolzenabstand aufnehmen zu können.
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Wie im Stand der Technik bekannt,
hat die gesamte Rotationsbaugruppe eine niedrigste Resonanzfrequenz,
die abhängig
ist von der Grösse,
dem Gewicht, der Steifigkeit und ähnlichen Werkstoffeigenschaften
der Bauteile der Rotationsbaugruppe. Ein annehmbares Konstruktionskriterium
ist es eine Baugruppe zu schaffen mit einer niedrigsten Resonanzfrequenz,
die mindestens 1,25 mal grösser
ist als die Drehzahl der Rotationsbaugruppe. Die Erhöhung der
Steifigkeit der Nabenbaugruppe durch Einstellung der Löcher 28 kann
benutzt werden zum Erreichen dieses Konstruktionskriteriums. Da
eine Erhöhung
der Steifigkeit auch das Gewicht vergrössert, weil grössere Nabenplatten 14, 16 benötigt werden, wird
vorzugsweise eine computerisierte Analyse mit endlichen Elementen
durchgeführt
zum Optimisieren der Steifigkeit der Nabenbaugruppe 10,
um die angestrebte Steifigkeit der Baugruppe zu erreichen. Wie im
Stand der Technik bekannt, sind üblicherweise viele
Wiederholungen in dem Analyseverfahren erforderlich, um zu einer
Nabenbaugruppe minimaler Grösse
und mit minimalem Gewicht zu gelangen, die ausreichend steif ist,
um das Konstruktionskriterium zu erfüllen.
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Die 3 zeigt
eine untere Nabenfederbaugruppe 17. Die Baugruppe 17 umfasst
die untere Nabenplatte 16, die Nabenfeder 36,
und den kugelförmigen
mittleren Bauteil 39. Die Durchgangslöcher 30 sind voneinander
beabstandet, zur Ausrichtung mit den Löchern 28 in dem Querhaupt 12.
Buchsen (nicht dargestellt) werden in die Durchgangslöcher 30 eingesetzt
wenn die untere und die obere Nabenbaugruppe zusammengebaut werden.
Die Durchgangslöcher 32, 34 sind
vorgesehen zur Aufnahme von Lagerblockzapfen, die in Verbindung
mit der 5 beschrieben
werden. Nur ein Löchersatz 32 und 34 wird beim
Zusammenbau der Nabe benutzt, je nach dem ob die Nabe mit einer
im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn drehenden Welle verwendet
wird.
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Die Nabenfeder 36 ist fest
an der Nabenplatte 16 befestigt und ist vorzugsweise sowohl
mit der Nabenplatte 16 als auch mit dem mittleren Bauteil 39 verklebt
oder vulkanisiert. Die Nabenfeder 36 besteht vorzugsweise
aus Gummi und Metalllagen, wie im Stand der Technik allgemein bekannt.
Die Konstruktionsweise der Nabenfeder 36 und ihre Verbindung mit
der Antriebswelle (nicht dargestellt) ist herkömmlich. Der mittlere Bauteil 39 hat
eine Vielzahl von Keilen in einer mittleren Wellenöffnung 40 zur
Verbindung mit der Antriebswelle.
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Es wird nun auf die 4 Bezug genommen, welche die obere und
die untere Nabenplatte 14, 16 im Zusammenbau zeigt,
ohne das Querhaupt 12. Die Schraubenbolzen 42 verbinden
die Nabenplatten 14, 16 miteinander durch Löcher 30 in
der unteren Nabenplatte 16 und zugehörige Löcher in der oberen Nabenplatte 14.
Wie schon beschrieben werden Buchsen benutzt zum Vereinigen der
Nabenplatten 14, 16 mit den Schraubenbolzen.
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Die obere Nabenplatte 14 hat
Durchgangslöcher 44, 46,
welche mit den Durchgangslöchern 32 bzw. 34 ausgerichtet
sind und diesen entsprechen. Die obere Nabenplatte 14 hat
eine Nabenfeder (nicht dargestellt), welche der Nabenfeder 36 entspricht, und
einen kugelförmigen
mittleren Bauteil, der dem mitteleren Bauteil 39 der unteres
Nabenfederbaugruppe 17 entspricht. Zusammen erlauben die
untere und die obere Nabenfederbaugruppe eine begrenzte Bewegung
der Nabenbaugruppe 10 in Bezug auf die Welle, wie im Stand
der Technik bekannt.
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Es wird nun auf die 5 Bezug genommen, die eine homokinetische
Gelenkbaugruppe (CV) zeigt. Die homokinetische Gelenkbaugruppe 50 hat einen
Tragzapfenblock 52, der mit einem inneren Vielkeilprofil
versehen ist zum Verbinden mit dem Vielkeilprofil der Rotorwelle
(nicht dargestellt). Drei Antriebslenker 54 sind mit dem
Tragzapfenblock 52 an gleich voneinander beabstandeten
Stellen verbunden und bilden ein homokinetisches Gelenk für die Nabenbaugruppe 10 in
Kombination mit dem Tragzapfenblock 52. Die Antriebslenker 54 gewährleisten
die erforderlichen Freiheitsgrade für das Querhaupt 12 mit
den daran befestigten Rotorblättern
zur Schlagbewegung in Bezug auf die Rotorwelle. Diese Antriebslenker
sind ausführlicher
beschrieben in der US Patentschrift 5,186,686, übertragen auf die Firma Lord
Corporation.
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Jeder Antriebslenker 54 hat
ein erstes Ende 56, das drehbar mit dem Tragzapfenblock 52 verbunden
ist und ein zweites, freies Ende 58, das drehbar mit einem
Tragblock 60 verbunden ist. Jeder Tragblock 60 trägt zwei
Zapfen 62, die vorgesehen sind zur Aufnahme in geeigneten
Löchern
in der oberen und der unteren Nabenplatte. Die Zapfen 62 erstrecken
sich durch ein Löcherpaar 32 und 44,
oder durch das andere Löcherpaar 34 und 46,
je nach der Ausrichtung des homokinetischen Gelenkes 50.
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Wie die 5 zeigt, ist das homokinetische Gelenk 50 symmetrisch
in Bezug auf eine Ebene, die durch den Tragzapfenblock 52 verläuft und
senkrecht zu der Rotorwelle ausgerichtet ist. Durch einfaches Wenden
der homokinetischen Gelenkbaugruppe 50 um diese Ebene werden
die Lagerblockzapfen 62 ausgerichtet zum Zusammenpassen
mit dem einen oder dem anderen Löcherpaar
in den Nabenplatten 14 und 16. Das homokinetische
Gelenk 50 soll so ausgerichtet sein damit, wenn die Welle
dreht, das erste Ende 56 dem zugeordneten freien Ende 58 voranläuft.
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Die 6 zeigt
den fertigen Zusammenbau der Einheit 10, ohne die obere
Nabenplatte 14, und ihre zugeordnete Federbaugruppe, zur
besseren Klarheit. Wie dargestellt sitzt die homokinetische Gelenkbaugruppe 50 in
der Öffnung 26 in
der Mitte des Querhauptes 12. Vorzugsweise ist die homokinetische
Gelenkbaugruppe 50 im Wesentlichen koplanar mit dem Querhaupt 12.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
befindet sich das homokinetische Gelenk 50 etwa 9,5 mm
(0,36 Zoll) oberhalb der Ebene des Joches 12, es ist aber
zu verstehen, dass die Relativlagen des homokinetische Gelenkes
50 und
des Querhauptes 12 ändern
können,
ohne die Lehre der Erfindung zu verlassen.
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In 6 sind
die vorstehend beschriebenen Bauteile zusammengebaut dargestellt
mit Ausnahme der oberen Endplatte 15, und den Weiteren
sind die inneren Verankerungsbauteile 64 gezeigt. Die Verankerungsbauteile 64 sind
in herkömmlicher
Weise gestaltet, und übertragen
Kräfte
in der Rotornabenebene und Vertikalkräfte vom Rotorblatt. Die Bauteile 64 sind
nur mit dem Querhaupt 12 verbunden und weisen keine Verbindung
mit der Tragblockbaugruppe 60 oder den Nabenplatten 14, 16 auf.
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Die Drehmomentübertragung durch die Baugruppe 10 ist
wie folgt: das Drehmoment wird übertragen
von der Welle über
den Tragzapfenblock 52 auf die drei Lenker 54.
Es wird dann weiter übertragen
von den Antriebslenkern auf die Lagerblöcke 60, und dann auf
die obere und die untere Nabenplatte 14, 16 über die
Tragblockzapfen 62. Schlussendlich wird das Drehmoment übertragen
von den Nabenplatten 14, 16 auf das Querhaupt 12 über die
Bolzen 42 und ihre zugeordneten Buchsen. Somit sind die Nabenplatten 14, 16 ein
integraler Teil des Drehmomentübertragungsweges
von der helle auf die Rotorblätter.
Die Nabenplatten und das Querhaupt wirken als eine Einheit, wodurch
das Drehmoment wirksamer in dem System übertragen wird.
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Gemäss dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Lagerzapfenblock 50 hergestellt aus hochfestem,
rostfreiem Stahl, um die erforderliche Festigkeit für diesen
hoch beanspruchten Teil aufzuweisen. Die Antriebslenker und die
Lagerblöcke
sind aus Titan hergestellt, welcher Werkstoff ein geeignetes Gewicht
mit passender Festigkeit und Ermüdungseigenschaften
verbindet. Die obere und die untere Nabenplatte können aus
Aluminium gefertigt werden, Infolge ihrer Grösse haben die Nabenplatten vorzugsweise
ein geringes Gewicht in Kombination mit einer angepassten Festigkeit,
und der Aluminiumwerkstoff erfüllt
diese Anforderungen für
ein Kipprotorflugzeug mit leichter bis mittlerer Nutzleistung.
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Die Einstellwinkellager sind vorzugsweise aus
Aluminium mit Einzelkugelelementlagern und Teflonbeschichtungen
wie im Stand der Technik bekannt. Die Bolzen und Buchsen zur Befestigung
der Nabenplatten an dem Querhaupt sind vorzugsweise aus hochfestem
Stahl während
das Querhaupt selbst aus Faserverbundwerkstoff hergestellt ist.
Das Querhaupt kann hergestellt werden gemäss irgendeinem der vielen in
der Industrie bekannten spezialisierten Verfahren. Bin Beispiel
einer geeigneten Technologie, welche zur Herstellung des Querhauptes
herangezogen werden kann ist in der US Patentschrift 4,293276 beschrieben.
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Das bevorzugte Querhaupt hat drei
separate Faserbandgruppen, die pro Gruppe zwischen zwei Armen gewickelt
sind. Mit Bezug wieder auf die 2,
ein Hand kann z. B. zwischen dem linken Arm und dem rechten Arm
gewickelt werden, wie in der Figur gezeigt. Das Hand ist um hohle
Hülsen
gewickelt, die vorgesehen sind, um die Bolzenlöcher 22 zu formen.
Mehrere Bänder
sind in Sätzen
bis zur erforderlichen Dicke des Querhauptes aufeinandergestapelt. Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
umfasst acht Bänder
in jedem Satz um die erwünschte
Querhauptdicke aufzubauen.
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Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
hat die Rotorwelle einen Durchmesser von 10 cm (4 Zoll) und jeder
Querhauptarm 20 ist 46–80 cm
(18–24
Zoll) lang. Selbstverständlich
können
diese Abmessung soweit wie nötig abgeändert werden zur
Anpassung an irgendeine für
das zu konstruierende Flugzeug geeignete Ausführung.
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In Kurzem, eine verbesserte Antriebsrotornabenbaugruppe
wurde beschrieben, die in einer Ebene augebaut ist. Die Gestaltung
ist im Wesentlichen symmetrisch mit Bezug auf eine Ebene, welche durch
den Mittelpunkt des Querhauptes verläuft. Alle Bauteile, welche
zur Drehmomentübertragung
beitragen, einschliesslich des Tragzapfenblockes, der Antriebslenker,
der Lagerblöcke,
der Nabenplatten und des Querhauptes, wie vorstehend beschrieben,
sind symmetrisch mit Bezug auf diese Ebene. Es ist dem Fachmann
verständlich,
dass die Baugruppe nicht genau symmetrisch sein muss, um die Vorteile
der Erfindung zu erreichen.
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Bin Merkmal der Konstruktionsweise
ist die Möglichkeit
zur einfachen Einstellung der Steifigkeit in der Ebene der gesamten
Nabenbaugruppe durch geeignete Anordnung der Schraubenbolzen, die
die Nabenplatten mit dem Querhaupt verbinden. Dies gewährleistet,
dass nur verhältnismässig einfache Konstruktionsänderungen
vorzunehmen sind falls sich die Konstruktionskriterien ändern, welche Änderungen
keine teure Neuherstellung der Werkzeuge zur Herstellung des Querhauptes
erfordern. Diese Technik kann für
andere als die hierin beschriebenen Rotorbauformen benutzt werden,
um die erwünschte Steifigkeit
der Baugruppe zu erreichen.
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Obschon die Erfindung in Bezug auf
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
gezeigt und beschrieben worden ist, versteht der Fachmann, dass
viele Änderungen
in der Form und den Einzelheiten vorgenommen werden können ohne
dadurch den Schutzumfang der Ansprüche zu verlassen.