DE20217765U1

DE20217765U1 - Hochbelastbare Schraubverbindung, insbesondere für ein Drehflügelflugzeug sowie Drehflügelflugzeug mit einer derartigen Schraubverbindung

Info

Publication number: DE20217765U1
Application number: DE20217765U
Authority: DE
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2012-11-16

Description

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Hochbelastbare Schraubverbindung, insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, sowie Drehflügelflugzeug mit einer derartigen Schraubverbindung

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hochbelastbare Schraubverbindung, insbesondere für ein Drehflügelflugzeug, sowie ein Drehflügelflugzeug, &iacgr;&ogr; insbesondere einen Hubschrauber, mit einer derartigen Schraubverbindung.

STAND DER TECHNIK

Schraubverbindungen sind in einer enormen Vielfalt bekannt. Schraubverbindungen besitzen den Vorteil, dass sie eine lösbare Verbindung von zwei Bauteilen ermöglichen. Schraubverbindungen dürfen aufgrund der vorhandenen Gewinde in der Regel nur auf Zug, nicht aber Scherung belastet werden. Ferner sind Nietverbindungen bekannt, die in der Regel ausschließlich auf Scherung belastet werden und eine nicht-lösbare Verbindungsart darstellen.

In der Hubschraubertechnik besitzen die im Rahmen eines Rotors verwendeten Rotorblätter oftmals abnehmbare Blattspitzen, mit denen sich bestimmte aerodynamische und/oder aeroelastische Effekte erzielen lassen. Eine jeweilige Blattspitze befindet sich am äußersten Ende eines jeweiligen Rotorblattes und ist mit diesem üblicherweise über eine Nietverbindung verbunden. Im Betrieb des Rotors sind sowohl die Blattspitzen als auch deren Nietverbindungen enormen Belastungen von bis zu ca. 1000 g ausgesetzt. Die Nietverbindungen besitzen diverse Nachteile. Nietverbindungen, welche die zuvor genannten Belastungen ertragen, sind recht teuer, aerodynamisch oftmals nicht optimal und stellen zudem keine lösbare 0 Befestigungsart dar. Zum Austauschen einer Blattspitze muss die Nietverbindung daher mit relativ aufwendigen Verfahren wieder entfernt werden, wobei die Nietverbindung zerstört wird. Eine Wiederverwendung der Nietverbindung ist daher

nicht möglich. Ferner können beim Entfernen der Nietverbindung sowohl die Blattspitze als auch das Rotorblatt beschädigt werden.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, ein lösbares, hochbelastbares Befestigungselement, insbesondere für hubschraubertechnische Anwendungen zu schaffen, welches die Nachteile konventioneller Schraub- und Nietverbindungen vermeidet und eine zuverlässige, hochbelastbare, lösbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen ermöglicht. Ein weiterer Aspekt dieser Aufgabe ist es, ein geeignetes Drehflügelflugzeug mit einem solchen Befestigungselement zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Schraubverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Diese Schraubverbindung, umfasst eine mit einem Kopf und einem Innengewinde versehene Hohlschraube und eine mit einem Kopf und einem Außengewinde versehene Kernschraube, welche in die Hohlschraube einschraubbar ist, wobei die 0 Hohlschraube mindestens einen glatten inneren Passflächenabschnitt und die Kernschraube mindestens einen glatten äußeren Passflächenabschnitt besitzt, und die Passflächenabschnitte im verschraubten Zustand der Hohlschraube und der Kernschraube im wesentlichen spielfrei aneinander liegen.

&ldquor;Glatt" bedeutet hierbei, dass in diesem Bereich keine Gewinde vorgesehen sind und die Oberfläche der Passflächenabschnitte zum Beispiel feingedreht, geschliffen, poliert oder durch andere geeignete Verfahren mit einer relativ hohen Oberflächengüte versehen ist. Da bei der erfindungsgemäßen Schraubverbindung die Passflächenabschnitte im verschraubten Zustand eng aneinander liegen, bilden 0 die verschraubte Hohl- und Kernschraube eine solide Einheit, welche im Bereich der Passflächenabschnitte sehr hohe Scher- bzw. Quer- und Seitenkräfte aufnehmen kann. Gleichzeitig bleiben die miteinander im Eingriff stehenden Gewinde der beiden

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Schrauben aufgrund dieser Passverbindung von einer Scherbelastung bzw. von Quer- und Seitenkräften frei. Die Verschraubung kann daher gleichzeitig auch hohe Zugkräfte aufnehmen. Die erfindungsgemäße Schraubverbindung ist somit sowohl auf Zug- als auch Scherkräfte belastbar, wobei die Scherbelastbarkeit trotz der vorhandenen Gewinde aufgrund der vorhandenen, miteinander korrespondierenden Passflächen extrem hoch ist. Die erfindungsgemäße Schraubverbindung ist selbst bei Fliehkräften von bis zu ca. 1000 g zuverlässig einsetzbar. Im Gegensatz zu Nietverbindungen ist die hochbelastbare erfindungsgemäße Schraubenverbindung zudem wieder leicht lösbar und kann wiederverwendet werden. Beschädigungen an &iacgr;&ogr; Bauteilen, welche mit der erfindungsgemäßen Schraubenverbindung miteinander zu verbinden sind, treten daher bei einem Lösen der Verbindung in der Regel nicht auf. Die Schraubenverbindung kann zudem aerodynamisch günstig ausgestaltet werden.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Schraubenverbindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des weiteren gelöst durch ein erfindungsgemäßes Drehflügelflugzeug, insbesondere einen Hubschrauber, mit den Merkmalen des Anspruchs 8.

Dieses Drehflügelflugzeug, insbesondere ein Hubschrauber, umfasst einen Rotor mit mindestens einem Rotorblatt, dass eine abnehmbare Blattspitze besitzt, wobei die abnehmbare Blattspitze mit mindestens einer Schraubverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 an dem Rotorblatt befestigt ist, wobei sich die Hohlschraube und die Kernschraube im miteinander verschraubten Zustand in einer quer zu einer Fliehkraftrichtung des Rotorblattes verlaufenden Richtung durch die Blattspitze und das Rotorblatt erstrecken.

0 Auf diese Weise kann bei dem erfindungsgemäßen Drehflügelflugzeug die Blattspitze leicht ausgetauscht werden, wobei eine Beschädigung der Blattspitze und des Rotorblattes vermieden wird. Die lösbare Verbindung zwischen der Blattspitze

und dem Rotorblatt ist hochbelastbar und kann ohne weiteres Belastungen bzw. Fliehkraftbelastungen bis zu 1000g ohne eine Beeinträchtigung ihrer Funktion ertragen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung

gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung

gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung

gemäß einer dritten Ausführungsform;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung

gemäß einer vierten Ausführungsform;

Fig. 5

eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit A aus Fig. 4;

Fig. 6

eine Frontalansicht in Blickrichtung des Pfeils Vl in Fig. 5;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung

&ogr; gemäß einer fünften Ausführungsform;

Fig. 8 eine Perspektivansicht eines Rotorblattes eines erfindungsgemäßen

Drehflügelflugzeugs; und

Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines Rotorblattes im Bereich einer

Blattspitze.

DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von

&iacgr;&ogr; Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten auch mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich ist.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Schraubverbindung umfasst eine mit einem Imbus-Senkkopf 2 und einem Innengewinde 4 versehene Hohlschraube 6 und eine mit einem Imbus-Senkkopf 2 und einem Außengewinde 8 versehene Kernschraube 10. Die Kernschraube 10 ist in die Hohlschraube 6 einschraubbar und bildet im verschraubten Zustand gewissermaßen deren Kern. Der Hohlraum der Hohlschraube 6 erstreckt sich vollständig durch die Schraube 6 hindurch; die Hohlschraube 6 ist also an zwei Seiten offen (Hohlschrauben mit nur einer Öffnung, nämlich der Einsatzöffnung für die Kernschraube, sind ebenfalls möglich). Die Hohlschraube 6 besitzt an einer dem Senkkopf 2 abgewandten Seite einen zylindrischen, glatten inneren Passflächenabschnitt 12, der sich über die Länge L1 erstreckt. An der dem Senkkopf 2 zugewandten Seite des Hohlraums befindet sich das Innengewinde 4 der Hohlschraube 6.

Die Kernschraube 10 besitzt an einer ihrem Senkkopf 2 zugewandten Seite einen zylindrischen, glatten äußeren Passflächenabschnitt 14, der sich über eine Länge L2 erstreckt. Das Außengewinde 8 der Kernschraube 10 ist an ihrer dem Senkkopf 2 0 abgewandten Seite der Schraube vorgesehen. Im verschraubten Zustand der Hohlschraube 6 und der Kernschraube 10 liegen die Passflächenabschnitte 12, 14 spielfrei oder im wesentlichen spielfrei aneinander. Dies wird durch geeignete

&igr;..

Durchmesser und Durchmessertoleranzen der Passflächenabschnitte 12, 14 erreicht. So weisen die Passflächenabschnitte 12, 14 im verschraubten Zustand der Hohlschraube 6 und der Kernschraube 10 vorzugsweise eine enge Spielpassung oder eine leichte Presspassung auf.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Diese ähnelt im wesentlichen der Variante nach Fig. 1. Zusätzlich dazu ist das dem Senkkopf 2 abgewandte Ende der Hohlschraube 6 jedoch mit Schlitzen 16 versehen. Und die Kernschraube 10 ist unterhalb ihres Senkkopfes 2 mit einem konischen Abschnitt 18 ausgestattet. Wird die Kernschraube 10 in die Hohlschraube 6 eingeschraubt, so spreizt der konische Abschnitt 18 den geschlitzten Bereich der Hohlschraube 6 leicht auf und bildet so eine Schraubensicherung.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung gemäß einer dritten Ausführungsform. Diese ähnelt weitgehend der Variante nach Fig. 1. Zwischen dem Gewinde 8 und dem Passflächenabschnitt 14 der Kernschraube 10 ist jedoch noch ein O-Ring 20 in einer halbkreisförmigen Nut 22 vorgesehen. Der O-Ring besitzt einen Außendurchmesser, der geringfügig größer als der Innendurchmesser des Passflächenabschnitts 12 ist. Der O-Ring 20 dient im eingeschraubten Zustand der Kernschraube 10 als Schraubensicherung.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung gemäß einer vierten Ausführungsform. Diese ähnelt im wesentlichen der Variante nach Fig. 2. Zusätzlich dazu sind die Schlitze 16 der Hohlschraube 6 jedoch mit einem Kunststoffmaterial 24, z.B. einem Thermoplast oder einem Elastomer versehen, welches gegenüber dem Innendurchmesser der Hohlschraube 6 ein gewisses Übermaß aufweist. Beim Einschrauben der Kernschraube 10 übernimmt das Kunststoffmaterial 24 eine Schraubensicherungsfunktion. In der Fig. 5, welche eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit A aus Fig. 4 zeigt, sowie Fig. 6, die eine Frontalansicht in Blickrichtung des Pfeils Vl in Fig. 5 zeigt, ist die Anordnung des Kunststoffmaterials 24 in den Schlitzen 16 noch deutlicher erkennbar.

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Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung gemäß einer fünften Ausführungsform. Diese ähnelt weitgehend der Variante nach Fig. 1. Zusätzlich besitzt die Hohlschraube 6 jedoch noch einen weiteren Passflächenabschnitt 26 mit kleinerem Durchmesser, welcher in unmittelbarer Nähe des Schraubenkopfes 2 bzw. in dem Schraubenkopf 2 liegt. Ferner besitzt die Kernschraube 10 einen weiteren Passflächenabschnitt 28 mit kleinerem Durchmesser, welcher an einem dem Schraubenkopf 2 abgewandten Ende der Kernschraube 10 liegt und mit dem Passflächenabschnitt 26 korrespondiert. Im &iacgr;&ogr; verschraubten Zustand ergibt sich dadurch im kopfseitigen Bereich der Hohlschraube 6 eine verbesserte Aufnahme von Scherbelastungen bzw. von Quer- und Seitenkräften.

Fig. 8 zeigt eine Perspektivansicht eines Rotorblattes 30 eines erfindungsgemäßen Drehflügelflugzeugs, d.h. eines Hubschraubers, welches eine abnehmbare Blattspitze 32 besitzt. Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht des Rotorblattes 30 im Bereich der Blattspitze und deren Verschraubung.

Wie in diesen Zeichnungen erkennbar, ist die abnehmbare Blattspitze 32 mit mehreren erfindungsgemäßen Schraubverbindungen über einem Stummelansatz 34 und eine abgestufte Zentrierfläche 36 des Rotorblattes 30 hinweg am Rotorblatt 30 befestigt ist. Die Hohlschraube 6 und die Kernschraube 10 einer jeweiligen Schraubverbindung erstreckt sich im verschraubten Zustand hierbei in einer quer zu der Fliehkraftrichtung des Rotorblattes 30 verlaufenden Richtung über Öffnungen 38 hinweg durch die Blattspitze 32 und das Rotorblatt 30 hindurch (siehe Fig. 9). Aufgrund der Senkköpfe der Schrauben 6, 10 ergibt sich an der Außenseite des Rotorblattes 30 bzw. der Blattspitze 32 eine glatte, aerodynamisch günstige Oberfläche. Die Imbus-Öffnungen der Schrauben 6, 10 können zusätzlich ausgefüllt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele, die lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dienen, beschränkt. Im

Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Schraubverbindung vielmehr auch andere als die oben konkret beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. So können die Passflächenabschnitte der erfindungsgemäßen Schraubverbindung beispielsweise auch konisch sein. Ferner ist es möglich, die Außendurchmesser der Senkköpfe 2 als Passflächen auszubilden, die mit entsprechenden Passflächen in den zu verbindenden Bauteilen korrespondieren. Die Schraubenköpfe können auch andersartig ausgestaltet sein, z.B. in Form von normalen Sechskantköpfen oder Kreuzschlitzköpfen oder dergleichen. Als zusätzliche Sicherung für größere Schraubverbindungen können ferner durch den Schraubenkopf hindurch verlaufende Steckbolzen bzw. Verschraubungen dienen. Die erfindungsgemäße Schraubverbindung kann zudem als Schwenklager für Flügelanschlüsse von mit schwenkbaren Tragflächen ausgestatteten Flugkörpern oder dergleichen verwendet werden. In diesem Fall ist an den Außenflächen der Schraubverbindung vorzugsweise ein Gleitelement, z.B., ein Teflonliner oder dergleichen, vorgesehen. Die erfindungsgemäße Schraubverbindung ist ferner zur lösbaren Anbringung von Zusatzgeräten wie zum Beispiel Kameras, Nachsichtgeräten, Pylons oder dergleichen geeignet. Sie kann auch als Nietenersatz auch zur Herstellung größerer austauschbarer Komponenten eines Fluggeräts, wie zum Beispiel Rumpfstrukturen, eingesetzt werden.

Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

••ff ····

Bezugszeichenliste

Es	bezeichnen:
2	Schraubenkopf / Senkkopf
4	Innengewinde von 6
6	Hohlschraube
8	Außengewinde von 10
10	Kernschraube
12	Innerer Passflächenabschnitt von 6
14	Äußerer Passflächenabschnitt von 10
16	Schlitze
18	Konischer Abschnitt
20	O-Ring / Schraubensicherung
22	Halbkreisförmige Nut
24	Kunststoffmaterial / Schraubensicherung
26	Zweiter Passflächenabschnitt von 6
28	Zweiter Passflächenabschnitt von 10
30	Rotorblatt
32	Abnehmbare Blattspitze
34	Stummelansatz von 30
36	Zentrierfläche von 30
38	Öffnungen
L1	Länge von 12
L2	Länge von 14

Claims

1. Schraubverbindung, umfassend eine mit einem Kopf (2) und einem Innengewinde (4) versehene Hohlschraube (6) und eine mit einem Kopf (2) und einem Außengewinde (8) versehene Kernschraube (10), welche in die Hohlschraube (6) einschraubbar ist, wobei die Hohlschraube (6) mindestens einen glatten inneren Passflächenabschnitt (12, 26) und die Kernschraube (10) mindestens einen glatten äußeren Passflächenabschnitt (14, 28) besitzt, und die Passflächenabschnitte (12, 26; 14, 28) im verschraubten Zustand der Hohlschraube (6) und der Kernschraube (10) im wesentlichen spielfrei aneinander liegen.

2. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Passflächenabschnitte (12, 26; 14, 28) im verschraubten Zustand der Hohlschraube (6) und der Kernschraube (10) eine enge Spielpassung aufweisen.

3. Schraubverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Passflächenabschnitte (12, 26; 14, 28) im verschraubten Zustand der Hohlschraube (6) und der Kernschraube (10) zumindest über einen Teilbereich hinweg eine Presspassung, insbesondere eine leichte Presspassung aufweisen.

4. Schraubverbindung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Passflächenabschnitt (12) der Hohlschraube (6) an einer deren Schraubenkopf (2) abgewandten Seite der Hohlschraube (6) vorgesehen ist, und der Passflächenabschnitt (14) der Kernschraube an einer deren Schraubenkopf (2) zugewandten Seite der Kernschraube (10) vorgesehen ist.

5. Schraubverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlschraube (6) mindestens einen weiteren Passflächenabschnitt (26) besitzt, welcher in unmittelbarer Nähe des Schraubenkopfes 2() oder zumindest teilweise in dem Schraubenkopf (2) der Hohlschraube (6) liegt, und die Kernschraube (10) mindestens einen weiteren Passflächenabschnitt (28) besitzt, welcher an einem dem Schraubenkopf (2) abgewandten Ende der Kernschraube (10) liegt.

6. Schraubverbindung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (6, 10) Senkkopfschrauben sind.

7. Schraubverbindung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (6, 10) eine Schraubensicherung (16, 18, 20, 22, 24) besitzen.

8. Drehflügelflugzeug, insbesondere Hubschrauber, umfassend einen Rotor mit mindestens einem Rotorblatt (30), welches eine abnehmbare Blattspitze (32) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die abnehmbare Blattspitze (32) mit mindestens einer Schraubverbindung (8, 10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 an dem Rotorblatt (30) befestigt ist, wobei sich die Hohlschraube (6) und die Kernschraube (10) im miteinander verschraubten Zustand in einer quer zu einer Fliehkraftrichtung des Rotorblattes (30) verlaufenden Richtung durch die Blattspitze (32) und das Rotorblatt (30) erstrecken.