DE3144100C2 - Rotorkopf - Google Patents

Abstract

Bei einem Rotorkopf, insbesondere für Drehflügler, mit einem Elastomer-Lager-Paar je Rotor-Blatt besitzt dieses ein Außenlager zum Übertragen auf den Rotormast von Zentrifugalkraft, von Radialkräften aus Schub-, Schlag- und Schwenkmomenten und von Torsion, ferner ein Innen-Lager zum Übertragen auf den Rotormast nur der Querkräfte für den Momenten-Ausgleich. Im übrigen ist ein Rotor-Mittelstück zwischen Ober- und Untergurt jedes einem Rotorblatt zugeordneten Arms durch eine Schlaufe geschlossen, in die das Außenlager eingebettet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotorkopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Rotorkopf dieser Art (DE-OS 28 27 320) mit einem Mittelteil aus Faserverbundwerkstoff, an das der das Rotorblatt tragende Anschlußbeschlag unter Zwischenschaltung eines inneren und eines äußeren Elastomerlagers angeschlossen ist, sind die jeweils einen Rotorkopfarm bildenden Faserverbund-Unter-und-Obergurte des Mittelstücks über Bolzen miteinander verbunden, an denen das äußere, zentrifugal-, schlag- und schwenkkraftbelastete Elastomerlager abgestützt ist. Um bei einer derartigem Faserverbundkonstruktion eine ausreichend sichere Verankerung der hochbelasteien Verbindungsbolzen an den Faserverbundplattcn und eine unter Berücksichtigung der angreifenden Lasten und der Materialeigenschaften von Faserverbundwerkstoffen genügend hohe Biegefestigkeit jedes Rotorarms vor allem in Schlagrichtung sicherzustellen, müssen die Ober- und Unterplatten dieses Rolorkopfes sehr stark dimensioniert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotorkopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dahingehend zu verbessern, daß durch eine wesentlich last- und werkstoffgerechtere Ausbildung des Faserverbund-Mittelstücks eine deutliche Wanddicken- und damit Gewichtsersparnis im Bereich der Rotorkopfarme erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Rotorkopf gelöst

Bei dem erfindungsgemäßen Rotorkopf wird nicht nur eine verbesserte gegenseitige Versteifung der Ober- und Untergurte, sondern auch eine unmittelbare Abstützung des äußeren Elastomerlagers an der Faserverbundstruktur ohne Zwischenschaltung von schwierig zu verankernden Verbindungsbolzen oder dgl. dadurch erreicht, daß Ober- und Untergurt über die nach außen geschlossene Schlaufe ein einstückiges Fascrverbundbautcil bilden und das äußere Elastomerlager über eine sphärische Hache unmittelbar an der Innenseite dieser Schlaufe zentrifugal- und querkraftübertragend abgestützt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Lehre nach den Ansprüchen 3 bis 7 sichert mit geringem Aufwand ein wirksames Aufnehmen von Querkräften aus der Schlagbewegung, wobei der Schubsteg gemäß den Ansprüchen 4 und 5 einen Quasi-Doppel-T-Träger großer Bauhöhe bildet, während der nach den Ansprüchen 6, 7 wahlweise vorgesehene Zuganker mit Druckhülse in der Weise wirkt, daß bei Querkräften aus der Schlagbewegung nach oben im Zuganker Zugspannungen auftreten, d. h. die Dehnschraube des Zugankers nimmt die Querkraft aus positivem Rotorschub auf, während bei Querkräften aus einer Schlagbewegung nach unten die Dehnschraube entlastet wird, indem diese Querkraft auf die Druckhülse übertragen wird, die also dis Querkraft aus negativem Rotorschub aufnimmt.

Eine besonders einfache Fertigung des Rotorkopfes bzw. Rotor-Mittelstücks mit Hilfe der Faserverbund-Wickeltechnik wird durch die im Anspruch 9 gekennzeichnete Wickelvorrichtung bzw. das im Anspruch 10 gekennzeichnete Wickelverfahren erreicht.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 auszugsweise ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotorkopfs, und zwar F i g. la in Draufsicht (in Richtung des Rotor-Masts), Fig. Ibeinen Schnitt B-Bvon Fig. la, Fig. Ic einen Schnitt A -A von Fig. Ib; F i g. 2 auszugsweise ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotorkopfs, und zwar F i g. 2a in Draufsicht (in Richtung des Rotor-Masts), F i g. 2b einen Schnitt B-B von F i g. 2a, F i g. 2c einen Schnitt C-Cvon F i g. 2a, F i g. 2d eine Stirnansicht des Innen-Lagers; sowie Fig.3a—e das kontinuierliche Wickeln des erfindungsgemäß eingesetzten Rotor-Mittelstücks.

Es sei zunächst auf F i g. 1 und F i g. 2 gemeinsam eingegangen, weil die dort gezeigten Rotorköpfe baulich weitgehend übereinstimmen.

An einem drehsymmetrischen, hohlen Rotor-Mast 1 ist ein Rotor-Mittelstück 3 befestigt, das hier vier Arme 3a bis 3d (die letzteren beiden sind nur schematisch angedeutet) besitzt, die jeweils einem Rotoi -Blatt 5 zugeordnet sind (aus Vereinfachungs-Cründen isl in Fig. 1 und in 2 jeweils nur ein einziges Rotor-Blatt 5 dargestellt).

Die Rotor-Blätter 5 sind allerdings unmittelbar jeweils an einem Blatt-Anschlußbeschlag 7 befestigt, so daß insgesamt vier Blatt-Anschlußbeschläge 7 vorhanden sind, von denen aber nur die Blatt-Anschlußbeschläge 7a und Tb gezeigt sind.

Die Befestigung der Rotor-Blätter 5 erfolgt an den Blatt-Anschlußbeschlägen 7 durch jeweils zwei Blattgabeln 9 mit einer Bohrung 10, wie für sich bekannt ist.

Jeder Blalt-Arr.chlußbescrilag 7 besitzt noch eine Steuergabel 11 zur Einstellung des Blatt-Anstellwinkels. Jeder Blatt-Anschlußbeschlag 7 ist durch ein Elastomer-Lager-Paar im wesentlichen im zugehörigen Arm des Rotor-Miltelstücks 3 gelagert, nämlich ein Elastomer-lnnen-Lager 20 um einen Zapfen 21 des Blatt-Anschlußbeschlags 7 und ein Elastomer-Außen-Lagcr 22, das zwischen einer Kegelfläche 23 des Blatt-Anschlußbeschlages 7 und einer sphärischen Fläche an einer Lager-Schale 24 angeordnet ist.

Die Lager-Schale 24 liegt ihrerseits an einer Schlaufe 26 als einstückiger Verbindung zwischen einem Ober-Gurt 30 und einem Unter-Gurt 32 des betreffenden Arms(3ain Fig. I und2/des Rotor-Miltclstücks an.

Das Innen-Lager 20 und das Außen-Lager 22 sind auf den Blatt-Anschlußbeschlag 7 aufvulkanisiert oder aufgeklebt.

Die Lager-Schale 24 überträgt mittels eines Bunds 28 ■> Qucrkraft aus Blatt-Schwenken auf die Schlaufe 26 des betreffenden Arms wie 3a des Rotor-Mittelstücks 3.

Es sei nun auf Unterschiede in den Ausführungsbeispielen von F i g. 1 und 2 eingegangen, die im wesentlichen durch unterschiedliche Ausbildung eines Querkraft-Aufnehmers zum Aufnehmen von Querkraft aus Blatt-Schlagen bedingt sind.

In Fig. 1 ist dieser Querkraft-Aufnehmer ein Doppel-T-förmiger Schubsteg 40, der mit seinem vertikalen Abschnitt 41 eine Aussparung 13 im Blatt-Anschlußbeschlag 7a durchsetzt. Der Schubsteg 40 ist mittels Bolzen 15 mit dem Ober-Gurt 30 und dem Unter-Gurt 32 des betreffenden Arms wie 3a des Rotor-Mittelstücks 3 verbunden.

Der Schubsteg 40 besitzt außerdem an den vom Rotor-Mast 1 abgewandten Enden je eine Nut 43, die die Lager-Schale 24 des Außen-Lagers _>2 derart umgreift, daß die Querkraft aus Schlagen mindestens teilweise unmittelbar in den Schubsteg 40 eingeleitet wird, um hohe interlaminare Beanspruchung zu vermeiden.
Der Schubsteg 40 kann zunächst aus zwei Hälften hergestellt werden, die dann mittels einer Schweißnaht 46 verbunden werden.

Im übrigen ist das Rotor-Mittelstück 3 mit dem Rotor-Mast mittels Schrauben 50 und Scherbolzen 52 verbunden.

Beim Ausführungsbeispiel von F i g. 2 ist der Querkrait-Aufnehmer dagegen gebildet durch einen Zuganker 70 mit einer Dehn-Schraube 72 und eine vorspannende Druckhülse 74, wobei er ebenfalls eine Aussparung 113 des Blatt-Anschlußbeschlags 7a durchsetzt

Die Dehn-Schraube 72 des Zugankers 70 verbindet schräg den Ober-Gurt 30 mit dem Unter-Gurt 32 des zugeordneten Arms wie 3a des Rotor-Mittelstücks 3, und /war derartig, daß sich die Dehn-Schraube 72 von oberhalb des Ober-Gurts 30 bis in den Rotor-Mast 1 unterhalb des Unter-Gurts 32 erstreckt.

üas Rotor-Mittelstück 3 ist am Rotor-Mast 1 folgendermaßen befestigt: an der Oberseile durch Scherbolzen 80 sowie an der Unterseite durch schiefe Buchsen 82 (und zwar je eine an jeder Zuganker-Dehnschraube 72). Außerdem sind zur Verbindung des Rotor-Mittelstücks 3 mit dem Rotor-Mast 1 mehrere Einheiten 90 von einer das Rotor-Mittelstück 3 durchsetzenden Dehn-Schraube 92 und einer Hülse 94 vorgesehen.
Die verwendeten Elastomer-Lager (Außen- und Innen-Lager) sind für sich bekannt, sie werden z. B. von der Fa. LORD hergestellt.

Es sei nunmehr das kontinuierliche Wickeln des aus zwei sieh gegenseitig durchsetzenden Schlaufen-Paaren bestehenden Rotor-Mittelstücks gemäß Fig. 1 und 2 anhand von F i g. 3 beispielsweise näher erläutert.

Erfindungsgemäß wird ein kreuzförmiger Wickeldorn (Wickelkern) 100 mit Wickeldorn-Hälften 100a und 1006 für die beiden Schlaufen-Paare bewickelt. Der W) Wickeldorn 100 ist durch eine Antriebswelle 102, die in schematisch angedeuteten Lagern 104 drehbaf gelagert ist, drehbar, wobei erfindungsgemäß eine Kröpirung 103 der Antriebswelle 102 den Wickeldorn 100 unter 45° zu dessen beiden Vorzugsachsen, d. h. den beiden Schlaufen-Achsen durchsc fzt, wie unmittelbar aus F i g. 3a ersichtlich ist.

Diese Antriebswellen-Kröpfung 103 von 45° ist so ausgebildet, daß um ihre Achse A der Wickeldorn 100

nach Bedarf um 180° verschwenkbar ist, um dadurch das jeweils andere, um 90° versetzt« Schlaufen-Paar zu wickeln, wie jetzt im einzelnen näher erläutert werden wird.

In an sich bekannter Weise wird von einer (nicht gezeigten) Tränkvorrichtung ein mit einem Kunstharz getränkter Faserstrang (»Faden«), z. B. Gewebe oder Glasfaserband, einem (ebenfalls niicht gezeigten) bekannten Fadenführungsauge zugeführt und dann auf dem Wickeldorn 102 bei dessen schematisch angedcutc- in ter Drehung zunächst nur auf die eime Wickeldorn-Hälfte 100a gemäß F i g. 3a (wie ebenfalls schematisch angedeutet ist) aufgewickelt.

Sobald die Wickeldorn-Hälfte 1I]Oa vollständig mit vorgegebener Dicke bewickelt worden ist. /.. B. mit ei- is ner oder mehreren Lagen, wird ausweislich F i g. 3b ein (vorgefertigtes) Prepreg 106 auf die andere Wickeldorn-Hälfte IOOS aufgelegt, und zwar mit einer Dicke gleich der Bewicklung üt-r criicri Wickeldorn-'iälfic !CC.;, so daß insgesamt eine glatte, nicht gestufte Oberfläche des Wickeldorns 100 entsteht.

Nunmehr wird — vgl. F i g. 3c — der Wickeldorn 100 um 180' um die Achse A verschwe:nkt. so daß die mit dem Prepreg 106 belegte Wickeldorn-Hälfte 100b jetzt die vorhergehende Stellung der Wickeldorn-Hälfte 100a einnimmt und bewickelt werden kann, wie schematisch ebenfalls in Fig.3c angedeutet ist, nämlich durch das nur noch ausschnittsweise sichtbare Prepreg 106.

Nachdem die Wickeldorn-Hälfte 100f> mit dem vorher aufgelegten Prepreg 106 vollständig bewickelt wor- den ist, wird ausweislich F i g. 3d auf die Bewicklung der Wickeldorn-Hälfte 100a ein weiteres Prepreg 108 aufgelegt, woran sich ein erneutes Verschwenken des Wikkeldorns 100 um 180° um die Achse A anschließt, vgl. F i g. 3e. um das Prepreg 108 zu bewickeln. j5

Diese Verfahrensschritte können je nach gewünschter Dicke dss Rotor-Mittelstücks beliebig wiederholt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

50

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Rotorkopf, insbesondere für Drehflügler, mit einem Rotor-Mittelstück aus Faserverbundwerkstoff zur schlagbiegesteifen Anlenkung mindestens eines Rotorblattes über einen zugeordneten Anschlußbeschlag an einen Rotormast wobei der Anschlußbeschlag am Mittelstück durch ein querkraftübertragendes inneres und ein zentrifugalkraftübertragendes äußeres Elastomerlager abgestützt ist dadurch gekennzeichnet, daß das Mitlelstück (3) zwischen Ober- (30) und Untergurt (32) jedes einem Rotorblatt (5) zugeordneten Arms (3a) durch eine Schlaufe (26) geschlossen und das äußere Elastromerlager (22) drehsymmetrisch zwischen einer sphärischen Fläche (Lagerschale 24) an der Innenseite der Schlaufe und dem Anschlußbeschlag (Kotelette 7) angeordnet ist

2. Rotoiisopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Fläche am Außcn'.ager (22) eine Lagerschale (24) ist, die mit einem Bund (28) Querkraft aus Blatt-Schwenken auf die Schlaufe (26) überträgt

3. Rotorkopf nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Querkraftaufnehmer (40; 70, 72) je Rotorblatt (5) zum Aufnehmen von Querkraft aus Blatt-Schlagen, der Ober- und Untergurt (30,32) des dem Rotorblatt zugeordneten Arms (3a;des Rotor-Mittelstücks (3) verbindet und den Anschlußbeschlag (7) durchsetzt

4. Rotorkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der Querkraft-Mufnehmer ein Schubsteg (40) ist.

5. Rotorkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubsleg (40) an den vom Rotormast (1) abgewandten Enden je eine Nut (43) besitzt, die das Außenlager (22) derart umgreift, daß die Querkraft aus Schlagen mindestens teilweise unmittelbar in den Schubsteg eingeleitet wird.

6. Rotorkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der Querkraft-Auf nehmer einen. Zuganker (70) mit einer Dehnschraube (72) und eine vorgespannte Druckhülse (74) besitzt.

7. Rotorkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker-Dehnschraube (70, 72) schräg den Ober- und Untergurt (30,32) des Rotor-Mittelstücks (3) verbindet.

8. Rotorkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Anlenkung mindestens eines Paares dia- jo metraler Rotorblätter, dadurch gekennzeichnet daß das Rotormittelstück (3) gebildet ist durch einander durchsetzende, geschlossene, kontinuierlich gewikkelte Schlaufen-Paare (26) in einer den Rotorblatt-Paaren (5) entsprechenden Anzahl.

9. Vorrichtung zur Herstellung des Rotorkopfes nach Anspruch 8 mit zwei Rotorblatt-Paaren, gekennzeichnet durch einen kreuzförmigen Wickeldorn (100) mit aufeinander senkrechten Wickeldorn-Hälften (100a. iOOb), eine unter 45° zu den Achsen der beiden Wickeldorn-Hälften diese diagonal durchsetzende, gekröpfte Antriebswelle (102, 103) und eine Lagerung zum Verschwenken von 180° des Wickeldorns (100) um die Achse (A) des gekröpften Teiles(103) der Antriebswelle (F i g. 3). μ

10. Verfahren zur Herstellung des Rotorkopfcs nach Anspruch 8 unter Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die

aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte:

— Bewickeln der einen Wickeldorn-Hälfte (lOOa),

— Auflegen eines Prepregs (106) mit der Dicke der Bewicklung der einen Wickeldorn-Hälfte (100a; auf die andere Wickeldorn-Kälfte (1006;,

— Verschwenken um 180° des Wickeldorns (100) un=j die Achse f/i;der Antriebswellen-Kröpfung (103),

— Bewickeln der anderen, mit dem Prepreg belegten Wickeldorn-Hälfte (1006;,

— Auflegen eines weiteren Prepregs (108) mit der Dicke der Bewicklung der anderen Wickeldorn-Hälfte (1006; auf die eine, bewickelte Wickeldorn-Hälfte(100a;.

— Verschwenken um 180° des Wickeldorns (100) um die Achse (A) der Antriebswellen-Kröpfung (103).

— Bewickeln der einen, mit dem weiteren Prepreg (108) belegten Wickeldorn-Hälfte (lOOaJ

— Wechselweises, zyklisches Wiederholen der Verfahrensschritte bis zum Erreichen der gewünschten Wanddicke (F i g. 3).