DE2331383A1

DE2331383A1 - Elastomeres lager fuer einen hubschrauberrotor

Info

Publication number: DE2331383A1
Application number: DE2331383A
Authority: DE
Inventors: Robert Charles Rybicki
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1972-07-05
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1974-01-24
Also published as: GB1427982A; US3782854A; FR2190662B1; MY7800255A; JPS4943397A; FR2190662A1; JPS5730719B2; CA963874A; IT990911B; AU5718173A; DE2331383C2

Description

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United Aircraft Corporation 39. P 60

400 Main Street ' 19. Juni 1975

East Hartford, Connecticut 06108
Vereinigte Staaten von Amerika

Elastomeres Lager ffir einen Hubschrauberrotor,

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lager zur Lagerung eines Hubschrauberrotorblattes in einer Rotornage, wobei das Rotorblatt inbGzugzu der Nabe eine Schlagbewegung, eine Schwenkbewegung und eine Anstellwinkelveränderung durchführen kann.

In einem Gelenkrotorkopf für einen Hubschrauber ist es öblich zur

in Lagerung eines Hubschrauberrotorblattes/der Nabe ein Schlaggelenk sowie ein Schwenkgelenk zu verwenden und ausserdem ist normalerweise ein Stapellager eingebaut, welches die Drehbewegung des Blattes zur Anstellwinkelvera*nderung gestattet, und dabei besteht dieses Stapellager normalerweise aus mehreren aufeinander gestapelten wälzlager. Diese bekannten, mehrteiligen Metallager sind schwer, benötigen eine dauernde Schmierung und eine aufmerksame Waehtung.

Man hat vor kurzem gefunden, dass die Verwendung von elastomeren Lager in einem Hubschrauberrotor das Gewicht und den waehtungsaufwand vermindert und dass dabei keine Schmierung erforderlich ; ist. Es war jedoch bisher nicht möglich die elastomeren Lager in einem Hubschrauberrotor einzubauen da sie den besonderen Anforderungen eines Hubschrauberrotorkopfes nicht gerecht werden, d.h. die elastomeren Lager konnten nicht auf minimalen Raum eingebaut ; werden und dabei gleichzeitig eine freie Beweglichkeit in drei ι verschiedenen Richtungen, z.B. eine Schlagbewegung, eine Schwank- ; bewegung und eine Bewegung zur Aenderung des Anstellwinkels gestatten.

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Der Hauptvorteil eines elastomeren Lagers inbezug zu einem üblichen Lager liegt in seiner grösseren Betriebssicherheit und in seinen geringen Wachtungsanforderungen. Ein elastomers Lager braucht im Vergleich zu einem Wälzlager , z.B. einem Kugel- oder Rollenlager, nicht geschmiert zu werden und es sind deshalb auch keine Abdichtungen erfordert um ein Austreten des Schmiermittels aus dem Lager zu vermeiden und dementsprechend entfallt auch die Wachtung einer Schmiermittelzufuhranlage* Im Vergleich zu einem üblichen Gleitlager z.B. einem mit Teflon beschichteten Gleitlager hat das elastomere Lager den Vorteil einer längeren Lebensdauer.

In der französischen Patentschrift 934.336 ist die Verwendung eines elastomeren Lagers in einem Hubsdrauberrotorkopf beschrieben, während in der U.S. Patentschrift 1.921.931 eine Luftschraube mit einem Elastomeren Lager dargestellt ist. Diese beiden Patentschriften sind jedoch nicht in der Lage ein Gelenk für neuzeitliche Hubschrauberrotor köpfe zu schaffen, welches eine freie Beweglichkeit des Rotorblattes in drei Richtungen zulassen und minimale Abmessungen aufweisen soll. Zum Beispiel können bei den modernen HubschrauberrotorblS'ttern Schlagbewegungen von etwa 30 , Schwenkbewegungen von etwa 20 und Bewegungen von etwa

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60 zur Aonderung des Anstellwinkels auftreten. Falls man die Lageranordnung nach der francosi«ehen Patentschrift 934.336 oder der U.S. Patentschrift 1.921.931 in einem solchen Rotorkopf verwenden würde so würde das elastomere Lager aussergewöhnlich grosse Abmessungen erhalten und es wa're unmöglich ein solches Lager in einem Hubschrauberrotorkopf einzubauen. Es ist zu beachten, dass durch deri Einbau grosser Lager in dem Hubschrauberrotorkopf dessen Gewicht und Luftwiderstand vergrössert wird wodurch natürlich die Leistungsfähigkeit des Hubschraubers stark absinkt.

! Entsprechend der U.S. Patentschrift 3.106.965 werden ineinanderj greifende Bügel zur Zusammenwirkung mit einem einzigen elastomeren ! Lager zwischen dem Hubschrauberrotorblatt und der Nabe eines Hubschrauberrotorkopfes verwendet. Auch diese Ausführung benötigt ein grosses Einbauvolumen, einerseits durch die Abmessungen j der ineinandergreifenden Bügel und andererseits durch die Grosse

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das einzigen elastomeren Lagers, welches die Beweglichkeit in oben erwä'hnten Richtungen zulassen soll.

Entsprechend der U.S. Patentschrift 3.111.172 werden zusammenwirkende elastomere Lager verwendet, jedoch sind bei dieser Ausführung die elastomeren Lager für andere Zwecke als bei dieser Erfindung vorgesehen, d.h. ein Lager dient zur Aufnahme der Schubbelastung und das andere Lager dient als Zentrierlager, und es tritt keine Bewegungsaufteilung zwischen den beiden elastomeren Lager auf. In der U.S. Patentschrift 2.900.182 sind verschiedene Auiiiuhrungsformen eines elastomeren Lagers, z.B. ein kugelförmiges, ein zylindrisches und ein flaches oder scheibenförmiges Lager ausführlich beschrieben, jedoch ist aus diener Patentschrift kein Kinweiß auf die Aufteilung einer Bewegung auf zwei elastomere Lager zu finden.

a anderen Patentschriften ist die Verwendung mehrerer elastomerer LP<jcr bekannt, jedoch tritt dabei keine Bewegungsauf te llung wie box dieser Erfindung auf. Als Beispiel ist hier die U.S. Patentschrift; 3.292.712 zu nennen, wobei zwei elastomere Lager ver~ wendet werden, die nicht in Reihe angeordnet sind, so dass keine Bov.-egungsaufteilung auftreten kann. Bei der U.S. Patentschrift 3.556.673 werden mehrere elastomere Lager in einem starren Rotor, im Gegenteil zu dem Gelenkrotor auf welchen sich die Erfindung bezieht, verwendet und es tritt keine Bewegungsaufteilung zwischen den elastomeren Lager auf. Entsprechend der U.S. Patentschrift 3.50.1.250 werden zwei Lager in einem Rotorkopf verwendet jedoch ist nur eines dieser Lager ein elastomeres Lager und das zweite ist ein nicht elastomeres Zentrierlager. Auch entsprechend der U.S. Patentschrift 3.200.887 werden zwei elastomere Lager verwendet und auch hierbei tritt keine Bewegungsaufteilung zwischen den beiden Lagern auf.

Entsprechend der U.S. Patentschrift 3.257.826 werden zwei elastomere Lager in einer Kupplungsvorrichtung verwendet. Bei dieser Vorrichtung tritt ebenfalls infolge der Anordnung der Lager keine Bewegungsaufteilung zwischen denselben auf.

BAD ORIGINAL

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Aus der U.S. Patentschrift 2.819.105 ist die Verwendung von elastomeren Lager bei einer Gelenkverbindung bekannt, jedoch kann diese bekannte Vorrichtung nicht in einem Kubschrauberrotorkopf verwendet werden da die Gelenkverbindung keine Beweglichkeit in den drei erforderlichen Bewegungsrichtungen zulasst, und da die elastomeren Lager derart angeordnet sind, dass sie die Blattzentrifugalbelastung nicht aufnehmen könnten.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin ein Lager für einen Gelenkrotorkopf zur Befestigung des Rotorblattes an der Nabe zu schaffen, welches eine freie Beweglichkeit des Rotorblöttes ober wesentliche Bereiche in drei verschiedenen Richtungen gestatten, und welches minimale Abmessungen aufweisen soll.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfasst das Lager zwischen dem Hubschrauberblatt und der Rotornabe zwei elastomere, in Reihe angeordnete Lager, die derart ausgebildet sind, dass wenigstens eine der drei aufzunehmenden Bewegungen sich auf die beiden elastomeren Lager aufteilt. Eines der elactomeren Lager ist ein kugelförmiges Lager dessen Zentrum im Schnittpunkt der Blattschlagachse und der Blattschwenkachse liegt, und welches sowohl die Blattschlagbewegung als auch die Blattschwenkbewegung sowie einen Teil der Bewegung zur AnstellwinkelverSnderung aufnimmt, und das zweite Lager ist ein elastomeres Scheibenlager, welches in Reihe zu dem elastomeren , kugelförmigen Lager angeordnet ist, und mit demselben zusammenwirkt zur Übertragung der Blattzentrifugalbelastung und ausserdem den restlichen Teil der Bewegung für die Anstellwinkelveränderung aufnimmt.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf einen Gelenkrotorkopf nach der Erfindung.,

Figur 2 eine vergrösserte Darstellung des Verbundlagers zur Verbindung eines Schwenkbewegungsdämpfers mit dem wellenstummel eines Rotorblattes.

Figuren 3A und 3B Darstellungen eines entsprechend der Erfindung am Rotorkopf gelagerten Hubschrauberrotorblattes, wobei die Figur 3A das Blatt bei Stillstand oder wä*hrend dem normalen Flug zeigt, während die Figur 3B eine schematische Darstellung mit den während dem Beschleunigen-des Rotors aus dem Stillstand auf das Rotorblatt wirkenden Kräften ist.

Figuren 4A und 4B Darstellungen des Hubschrauberrotorblattes kurz nach dem Anlaufen, wobei die Figur 4A das Rotorblatt in einer Stellung kurz nach dem Anlaufen des Rotors darstellt, und die Figur 4B die Kräfte zeigt, welche auf das Rotorblatt kurz nach dem Anlaufen des Rotors wirken.

Die Figuren 5A und 5 B entsprechen im wesentlichen den Figuren 4A und 4B ,zeigen jedoch das Rotorblatt in einer Stellung, welche es etwas nach der Stellung entsprechend den Figuren 4A und 4'B einnimmt und in diesen Figuren sind ebenfalls die Kräfte eingezeichnet, welche in dieser Stellung auf das Rotorblatt wirken.

Die Figuren 6A und 6B zeigen das Rotorblatt in seiner vollständig abgestützen Stellung während dem Anlassen, wobei die Figur 6A das auf diese Weise abgestützte Rotorblatt darstellt, und die Figur 6B eine schematische Darstellung mit den dabei auf das Rotorblatt wirkenden Kräften ist. - \

Figur 7 zeigt einen in der Rotorblattlagerung eingebauten Anschlag für die bei Stillstand nach unten hängenden Rotorblätter.

in Figur 1 ist ein Gelenkrotorkopf 10 dargestellt, welcher eine ! Nabe 12 umfasst, die in üblicher weise um eine Achse 14 drehbar :

: ist, mehrere Hubschrauberblätter 16 sind an der Nabe gelagert und*·'

erstrecken sich in radialer Richtung von derselben zur Rotation um

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die Achse 14 und er zeugen ~da*bel in üblicher Weise den für den Hubschrauber erforderlichen Auftrieb. Obschon in den Zeichnungen nur ein Blatt dargestellt ist, sind natürlich mehrere, z.B. vier Rotorblätter vorgesehen. Die Nabe 12 umfasst ein Gehäuse 18 für jedes Blatt, das eine Kammer 20 einschliesst. Das Gehäuse 18 ist vorzugsweise zylindrisch und erstreckt sich im wesentlichen radial inbezug zu der Rotorachse 14. Das Gehäuse 18 kann in.t einem angeformten, mundförmigen Teil 22 versehen sein, welcher eine im wesentlichen kreisförmige Oeffnung 24 der Kammer 20 bildet und welcher desweiteren mit einer kugelförmigen Fläche 26 versehen ist. Der Teil 22 bildet den Susseren Ring eines elastomeren, kugelförmigen und ringförmigen Lamellenlagers 28. Vorzugsweise jedoch ist der äussere Ring 22 vom Gehäuse 18 getrennt ausgebildet, und an dasselbe mittels Schrauben 30 angeschlossen wie in der Zeichnung dargestellt ist.

Das Blatt 16 ist an die Nabe 12 durch Blattbefestigungsmittel 32 angeschlossen, welche einen Wellenstummel 34 umfassen, der vorzugsweise konzentrisch zur Blattverstellachse 36 ausgebildet ist, und der ein mit einem Flansch versehenes oder pilzförmiges Ende 38 aufweist. Das Ende 38 hat vorzugsweise einen Ansatz 40, der aus einem Stück mit der welle 34 ausgebildet , oder durch geeignete Befestigungsmittel, nicht dargestellt, an derselben befestigt ist. Die Welle 34 ist mit dem Gehäuse 18 über ein ringförmiges, flaches oder scheibenförmiges elastomeres Lager 42, ein Verbindungsstück 44, und das ringförmige, kugelförmige elastomere Lager 28 verbunden. Die Lager 42 und 28 sind vorzugsweise Lamellenlager wie sie in der U.S. Patentschrift 2.900.182 ausführlicher beschrieben sind, wobei das flache Lager 42 im wesentliehen der Ausfuhrungsform nach Figur 7 und das kugelförmige Lager28 im wesentlichen der Ausführungsform nach Figur 8 dieser Patentschrift entspricht. Das kugelförmige Lager 28 umfasst mehrere kugelförmige Lamellen, die abwechselnd aus Elastomer und festem Werkstoff, z.B. Metal, hergestellt und miteinander verklebt sind. Die innere elastomere Lamelle ist mit der kugelförmigen Fläche 46 des Verbindungsstückes 44 verklebt. Die kugelförmigen Lamellen und Flächen 46 und 28 sind konzentrisch um den Schnittpunkt der Blatt-

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schwenkachse 52 und der Blattschlagachse 50, welche senkrecht zu der Achse 52 ist, und durch diesen Schnittpunkt verläuft ausserdem die Blattverstellachse 36. Das Lager 42 besteht aus mehreren gestapelten, ringförmigen und flachen Scheiben, die abwechselnd aus Elastomer und Metal hergestellt und miteinander verklebt sind. Eine der elastomeren Scheiben ist mit der Endplatte 54 verklebt und auf der entgegenliegenden Seite des Lagers ist eine weitere elastomere Scheibe mit dem Gpgenöberliegenden Ring 56 verklebt, der an dem Verbindungsstück 44 angeformt oder durch eine Schraubverbindung 58 an demselben befestigt sein kann. Die elastomeren Scheiben der Lager 28 und 42 können au3 Naturgumrai bestehen und die festen Scheiben können aus Stahl oder Titan hergestellt sein. An seinem anderen Ende trägt die Welle 34 eine Hülse 60, welche seinerseits das Blatt 16 für eine Drehbewegung um die Vers te Hachse 66 trägt. Das Anstellwinkelhorn 62 .ist durch geeignete Mittel 64 an die Hülse 60 angeschlossen und ist an seinem anderen Ende über ein Stangenkopflager 66 mit der Anstellwinkelstange verbunden, dessen anderes Ende in üblicherweise an eine bekannte Taumelscheibe 68 befestigt ist. Eine Bewegung der Taumelscheibe bewirkt in bekannter Weise eine kollektive oder zyklische Anstell-

Winkelveränderung der Blättex 16 um die Achse 36.

Aus obiger Beschreibung ist zu erkennen, dass das Blatt 16 an der Nabe 12 über die Hülse 6q die Welle 34, das Scheibenlager 42, das Verbindungsstück 44 und das kugelförmige Lager 28 verbunden ist, welche an das Nabengehäuse 18 angeschlossen ist. Ausserdem kann man erkennen, dass die soeben aufgezählten Bauteile, einschliesslich der Lager 42 und 28 in Serie inbezug zueinander angeordnet sind. Ein Scherlager 71, welches ein übliches Gleitlager ist, ist zwischen der Welle 34 und dem Verbindungsstück 44 angeordnet, jedoch ist zu beachten, dass bei der erfindungsgemässen Ausbildung kein Zentrierlager für die Lager 42 und 28 verwendet wird.

Ein hydraulischer oder pneumatischer Zylinder - Kolben-Schwenkbe- ' wegungsdämpfer 70 ist mit dem Lagerteil 72 des Ansatzes 40 der i Welle 34 über ein Lager 74 verbunden, und dient zum Dämpfen der ! Schwenkbewegung des Blattes 16 um die Schwenkachse 52. Ein solcher Schwenkbewegungsdämpfer ist für jedes Blatt vorgesehen. i

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Die erfindungsgema'sse Rotorkonstruktion nach Figur 1 gestattet eine Bewegung dos Blatten 16 inbezug zu der Nabe 12 und insbesondere ist das Blatt inbezug zu der Nabe 12 um eine Blattverstellachse 36 für eine Anstellwinkelveränderung, um eine Schwenkachse 52 für eine Schwenkbewegung und um eine Schlagachse 50 für eine Schlagbewegung beweglich. Die BlattSchlagbewegung, welche einen Viinkelbereich von etwa 30° umfasst, und die Blattschwenkbewegung, welche einen Winkelbereich von etwa 20° umfasst wird durch das kugelförmige Lager 28 aufgenommen. Die Bewegung für die Anstellwinke !veränderung , welche einen Bereich von etwa 60 umfasst kann nicht durch ein einziges, geeignet dimensioniertes elastomeres Lager aufgenommen werden und da das kugelförmige Lager 28 und das flache Lager 42 in Serie angeordnet sind, teilt sich die Bewegung zur Anstellwixrkelverä'nderung auf diese beiden Lager auf. Während dem normalen Betrieb des Rotors, nimmt das kugelförmige Lager 28 die Scherkräfte in der Rotorebene und die Scherkräfte ausserhalb der Rotorebene auf, während beide Lager 42 und 28 die Blattzentrifugalbelastung übertragen.

Die Lageranordnung nach der Erfindung für einen Gelenkrotor gestattet eine wesentliche Winkelbewegung des Rotorblattes in drei verschiedenen Richtungen inbezug zu der Rotornabe und ausserdem hat die erf indungsgema'sse Lageranordnung nur einen minimalen Raumbedarf, so dass das Gewicht des Rotorn, und cein Luftwiderstand klein bleiben. Die bekannte Ausführung mit ineinander greifenden Bügel gestattet keine raumsparende Ausbildung der Lageranordnung, Man hat sich deshalb dafür entschieden das Blatt oder seine Befestigungswellen durch das Lager hindurch zu führen um den Raumbedarf für das Lager zu verringern. Man kann ein einziges Lager in einem Hubschrauberrotor verwenden worin die Blattbewegung verha'ltnisma'ssig gering ist, (siehe z.B. die französiche Patentschrift 934.336), jedoch bei einem Hubcchrauberrotor mit einem Winkelbereich von etwa 20° für die Schwenkbewegung, einem Winkelbereich von etwa 30 für die Schlagbewegung und einem Winkelbareich von etwa 60 für die Blattverstellbewegung ist es nicht möglich nur ein einziges Lager zu verwenden. Ein Nachteil eines elastomeren Lagers liegt darin, dass es nur eine begrenzte Bewegung in einer

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Richtung gestattet. Um die oben erwähnten Bewegungen über wesentliche Winkelbereicte aufzunehmen müsste ein aucsergewöhnlich grosses elastomeres Lager eingebaut werden, und dies ist unmöglich vom Standpunkt des Einbauvolumens,, des Rotorgewichtes, und des Rotorwiderstandes. Man hat erkannt, dass ein kugelförmiges Lager erfordert ist um die Blattbewegung um die Schwenkachse und um die Schlagachse aufzunehmen, da jedoch ein solches kugelförmiges Lager einen Winkel inbezug zu der welle 34 bildet, wird dadurch der Raumbedarf für das Lager erhöht. Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung die Höha/des kugelförmigen Lagers minimal zuhalten, um dadurch den Raumbedarf ebenfalls klein zu halten. Man hat gefunden, dass ein kugelförmiges Lager, welches nur zur Aufnahme der erforderlichen Schwenkbewegung und der Schlagbewegung dimensioniert ist eine minimale Höhe hat und gleichzeitig einen Teil dererforderlichen BisttverStellbewegung aufnehmen kann. Ausserdem hat man gefunden, dass der Rest der Blattverstellbewegung durch ein flaches elnstomeres Scheibenlager aufgenommen werden kann, welches in Reihe üu dem kugelförmigen Lager angeordnet ist, und deshalb den Raumbedarf der Lageranordnung nicht vergrössert.

Ein Vorteil der in Reihe angeordneten elastomeren Lager liegt darin, dass die Torsionssteifheit der Lager 28 und 42 derart ausgewählt werden kann, dass jedes Lager einen proportionnelen Betrag der BIattverStellbewegung aufnehmen kann um den Raumbedarf für die Lageranordnung minimal zu halten. Die Torsionssteifheit der Lager 28 und 42 kann durch die Grosse und die Dicke der elastomaren Lamellen sowie durch die Ha'rte und den Schermodul des elastomeren Werkstoffes bestimmt werden. Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform soll das Steifheitsverha*ltnis 3:1 sein, d.h. das Lager 28 soll 25% der Blattverstellbewegung und das Lager 42 die restlichen 75% der BIattverStellbewegung aufnehmen. Ein solches SteifheitsverhSltnia der Lageranordnung, welches jedoch nicht wesentlich ist, gestattet die Ausbildung eines kugelförmigen Lagers 28 mit minimalen Abmessungen so dass ein Einbau auf engstem Raum möglich ist.

Ob ein Scherlager 71 erforderlich ist, hSngt einerseits von der

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-ΙΟ-Scher fest igke it des Lagers 42 und andererseits von der Grosse der Scherbelastungen in der Rotorebene und ausserhalb der Rotorebene ab, die durch das Lager 42 zu übertragen sind. Bei einer geringen Scherbelastung ist das Scherlager 71 nicht erfordert, und es ist ausserdem zu beachten, dass das Scherlager 71 nur zum Obertragen der Scherbelastung auf die Rotornabe durch das Lager 42 dient und kein Zentrierlager für die elastomeren Lager 42 und 28 ist, da es keinen festen Schwenkpunkt für das Blatt 16 bildet. Bei der erfindungsgema'ssen Lageranordnung ist kein Zentrierlager erforderlich, da das Lager 28 den festen Schwenkpunkt für das Blatt 16 während dsm normalen Betrieb bildet. Grob sere Bewegungen des Blattes 16 um die Schlagachse 15 und die Schwenkachse 52 werden · durch die Zusammenwirkung des Schwenkbewegungsdämpfers70 und der Welle 34 begrenzt, welche an die Fläche 24 des Gehäuses 18 oder des a'usseron Lsgerringes 22 anschlägt, um zwei Festpunkte zum Abstützen des Blattes zu bilden.

Der Schwenkbewegungsdämpfer ist über ein übliches Kugelgelenk 80 an der Nabe 12 befestigt und ist am gegenüberliegenden Ende an ,dem Lagerteil 72 der Welle 34 mittels eines Lagers 74 befestigt. Der Schwenkbewegungsdä'mpfer 70 besteht im wesentlichen aus einem Kolben 82 der innerhalb eines Zylinders 84 angeordnet ist. Hydraulische Flüssigkeit wird zwischen den Kanunern 86 und 88 über eine übliche Verbindungsvorrichtung 90 hin und her gepumpt und somit dient der Dämpfer 70 zum Dämpfen der Blattschwenkbewegung um die Achse 52.

Das Lager 74 zur Befestigung des Schwenkbewegungsdämpfers 70 am Rotorblatt 16 bildet einen wesentlichen Bestandteil dieser Erfindung. Um auch für dieses Lager die Vorteile der elastomeren Lager auszunützen hat man sich dafür entschieden, ein elastomeres Lager an Stelle des üblichen Kugellagers zwischen der Kolbenstange 92 des SchwenkbewagungsdSmpfers und dem Lagerteil 72 der Welle 34 zu verwenden. Da das Lager 74 die Anstellwinkelbewegung des Blattes 16 sowie andere Bewegungen aufnehmen muss und da der Winkelbereich für die Anstellwinkelveränderung etwa 60° beträgt ist es nicht möglich ein einziges elastomers Lager mit vertret-

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baren Abmessungen an dieser Stelle einzubauen und wie schon oben erwähnt kann ein elastomeres Lager von gegebener Grosse nur eine begrenzte Torsionsbewegung aufnehmen. Deshalb besteht das Lager 74, siehe Figur 2, aus zwei Teilen. Einem elastomeren Lager 94 und einem Schleifringlager 96. Diese Lager sind derart ausgebildet, dass das Lager 96 die gesamte Blattverstellbewegung inbezug zu der Kolbenstange 92 des Schwenkbewegungsdämpfers gestattet und das elastomere Lager 94 die gesamte Verlagerungsbewegung zwischen der Blattwelle 34 und der Kolbenstange 92 des Dämpfers 70 aufnimmt. Diese Verlagerungsbawegung, welche das elastomere Lager 94 der Lageranordnung 74 aufnehmen muss entsteht dadurch, dass der Dämpfer 70 sich bei einer Schwenkbewegung des Blattes um den Gelenkpunkt 80 verschwenkt und dabei der Zentrum 93 der Lageranordnung 74 sich entlang einem Kreisbogen um die Blattschwenkachse 52 bewegt. Dieser Kreisbogen ist zwischen den Stellen 100 und 102 eingeschlossen, wie in Figur 2 dargestellt ist. Dementsprechend ändert der Winkel zwischen der Kolbenstange 92 dec Dumpfere und dem Blatt 16 dauernd zwischen den äusseren Punkten 100 und 102 des Kreisbogens falls das Blatt eine Schwenkbewegung ausführt, und es ist diese Winkeländerung zwischen der Kolbenstange 92 des Dämpfers und der Blattachse 36, welche die Verlagerung des Lagers 74 bewirkt, die von dem elastomeren Lager 74 aufzunehmen ist. Das Schleifringlager 96 der Lageranordnung 74 gestattet die gesamte Bla,ttver Stellbewegung, da dieses Schleif« ringlager einen geringen Reibungswiderstand oder eine geringe Steifheit inbezug zu der TorsionsSteifheit des elastomeren Lagers 94 aufweist. Das elastomere Lager 94 der Lageranordnung74 besteht aus einem a'usseren Lagerring 104, der.an der Kolbenstange 92 des Dämpfers befestigt ist, und eine innere kugelförmige Fläche 106 aifweist, welche konzentrisch zum Lagerzentrum 98 ist. Der innere Lagerring 1O3 des elastomeren Lagers ist konzentrisch zum Lagerteil 72 der Welle 34 durch das Schleifringlager 96 gelagert und hat eine äussere Kugelfläche 110 die ebenfalls konzentrisch zum Mittelpunkt'98 ist. Mehrere kugelförmige Lamellen aus elastomeren Korkstoff und fesiaa Werkstoff sind abwechselnd zwischen den ] li'chon llo'und 106 angeordnet und die iiusseren

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elastomeren Lamellen sind mit diesen Flächen verklebt und ausserdem sind die Lamellen des elastomsren Lagers in üblicherweise auch untereinander verklebt. Die elastomercn Lamellen können aus Naturgurnmi und die starren Lamellen aus Stahl oder Titan hergestellt

Das Schleifringlager 96 hat eine innere Hülse 114, welche mittels einem Stift oder auf andere Weise mit dem Lagerteil 72 der Welle 34 verbunden ist und eine äussere Hülse 116 ist in geeigneter Weise, z.B. mittels eines Stiftes mit dem inneren Ring 108 des elastomeren Lagers 94 verbunden. Die beiden Hülsen 114 und 116 sind im wesentlichen U-förmig im Querschnitt, sind konzentrisch um die Achse 36 angeordnet und inbezug zueinander beweglich. Eine übliche ilal te vor richtung 118 dient zum Festhalten der Hülsen 114 und 13.6 auf der Welle 36. Die Hülsen 114 und 116 sind vorzugsweise aus Stahl und Teflon oder Kohlenstoff Keramik hergestellt,.

Die Lageranordnung 74 besteht dementsprechend aus zwei Lagern, d.h. dom elastomeren Lager 74 und dem Schleifringlager 96 und dadurch erhält man ein Stangenkopf lager mit geringen Abmessungen, welches wesentliche Vorteile gegenüber einem üblichen nur elactomsren Stangenkopflager aufweist. Die Ursache für die wesentlichen Vorteile ist durch die Verminderung der S eher bean.-spruchung des elastomeren Werkstoffes des Lagers 74 bedingt. Diese Verminderung der Scherbelastung des elastomeren Werkstoffes ist möglich da der elastomere Werkstoff keine Blattverstellbewegung aufzunehmen hat, wie es bei einem einzigen elastomeren Lager der F3ll sein würde, in der Lageranordnung 74 gestattet das Schleifringlager 96 die Blattverstellbewegung %cÄ'hrend das elastomere Lager 94 die oben beschriebene Ver lager längsbewegung aufnimmt. Aus diesen Gründen ist die Lageranordnung 94 einem nur elastomeren Lager an dieser Stelle überlegen, Ausserdem ist die Lageranordnung 74 einem kugelförmigen Gleitlager überlegen da die Hülsen 114 und 116 immer die gleiche axiale Stellung inbezug zueinander aufnehmen, und somit können die Lagerflächen zwischen den beiden Hülsen aus einem bevorzugten Lagermaterial oder einem festen Schmierstoff nicht beschädigt werden, was bei einem kugelförmigen Gleitlager der Fall wäre da der Kugelteil sich immer aus der Hülse

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herausbewegt, so dass ζ. S. ein festes Schmiermittel verloren gehen würde, oder Schmutz zwischen die Kugel und die Hülse eintreten könnte.

Es ist somit erkenntlich, dass die Lageranordnung 74 die Vorteile eines elastomeren Lagers ausnützt da das elastomere Lager keine hohen Scherbelastungen zu übertragen und keine Blattverstellbewegung aufzunehmen hat, und die Lageranordnung nützt auch die Vorteile eines Lagers mit trockener Schmierung aus da ein Schleifringlager anstatt eines üblichen kugelförmigen Gleitlagers verwendet wird.

Das Stangenkopflager der Anstellwinkelbewegung hat vorzugsweise den gleichen Aufbau als das Lager 74 da auch hier Drehbewegungen und Verlagerungsbewegungen auftreten.

Ein wesentlicher Vorteil der Lageranordnung nach dieser Erfindung liegt darin, dass kein Zentrierlager erforderlich ist, so dass die gesamte Lageranordnung einen einfachereren Aufbau und ein geringeres Gewicht erholt. Aus der schon erwähnten französichen Patentschrift 934.336 ist es bekannt, ein kugelförmiges, elastomeres Lager in einem Rotorkopf zu verwenden jedoch bei verschiedenen Detriebsbedfogungen des Rotors, d.h. beim Anlaufen des Rotors und beim Abbremsen desselben muss das kugelförmige, elastomere Lager von anderen Bauteilen unterstützt werden um die Scherbelastung zu übertragen, wie noch im folgenden beschrieben wird. Aus den U.S. Patentschriften 3.501.250 und 3.111.172 ist es bekannt zur Unterstützung des kugelförmigen, elastomeren Lagers Zentrierlager zu verwenden. Die Zentrierlager sind schwer, haben einen komplizierten Aufbau, werden nur kurzzeitig beim Anlaufen und beim Abbremsen des Rotors verwendet und erfüllen während dem normalen Betrieb des Rotors keinen besonderen Zweck. Desweiteren ist inJüge Platzmangels das Einbauen eines Zentrierlagers schwierig und oft unmöglich. Deshalb sollen nach dieser Erfindung die Zentrierlager durch eine besondere Zusammenwirkung zwischen dem Rotorblatt und der Nabe vermieden werden. ,Im folgenden wird nun anhand der Figuren 3A und 3B bis 6A und 6B die Zusammenwirkung zwischen der Rotornabe und dem Rotorblatt beschrieben, um während dem Anlaufen

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und dem Abbremsen des Rotors das kugelförmige Lager 28 zu unterstützen, während dem normalen Flug nimmt der Rotor die gleiche Stellung ein wie in Figur 3A dargestellt ist, d.h. das kugelförmiges Lager 28 ist unter hoher Zentrifugalbelastung, so dass die Lamellerfest zusammengepresst sind und eine hohe Scherbelastung übertragen können so dass geringfügige Winkalbewegungen, infolge einer Schwenkbewegung oder einer Schlagbewegung des Blattes durch das kugelförmige Lager 28 übertragen werden. Falls der drehende Rotor abgebremst wird, oder falls der stillstehende Rotor beschleunigt wird, so ist die Zentrifugalbelastung sehr klein, infolge der geringen Rotorgeschwindigkeit, dagegen ist aber das Ro tor drehmoment hoch infolge der Scherkräfte in der Rotorebene, welche durch die sich ändernde Rotordrehzahl erzeugt werden. Durch die geringe Zentrifugalbe la stung des kugelförmigen Lagers 28 verliert dieses seine Kompression und demnach seine gute Scherbelastbarkeit und durch die grossen in der Rotorebene wirkenden Scherkräfte wird das Lager seitlich verstellt. Es muss deshalb Vorsorge getroffen werden zum Kompensieren dieser Kra'fte während dem Anlassen und dem Abbremsen des Rotors und im folgenden wird beschrieben wie man dies entsprechend der Erfindung ohne die Verwendung von Zentrierlager durchführen kann.

Falls der Rotor ausgehend von dem Stillstand, (FIGUR 3A) beschleunigt oder angelassen wird, und die Rotornabe 12 zu drehen beginnt so überträgt sie eine Scherkraft F in der Rotorebene auf das Blatt an der Schwenkachse 52 und die Trägheit des Blattes 12 übt eine Kraft F am Blattschwerpunkt aus, während der Schwenkbewegungsdämpfer 70 eine Dämpferkraft F in Richtung des Pfeiles in der Figur 3B ausübt. Dabei dient die Schwenkachse als Schwenkpunkt für das Blatt 16 da die Kräfte F und F_ um die Schwenkachse wirken und da die Kraft F überwiegt beginnt das Blatt im Gegenuhrzeigersinn um den Schwenkpunkt 52 zu drehen. Unter dieser Belastung verschwenkt sich das Blatt im Gegenuhrzeigersinn in die Stellung nach den Figuren 4A und 4B worin das Blatt den angedeuteten Nacheilwinkel zurückgelegt hat und da die auf das Blatt ausgeübten Kräfte die Scherbelastbarkeit des kugelförmigen Lagers 28 überwiegen hat sich das Lager seitlich verstellt und die Blatt-

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mittellinie ist seitlich verschoben, so dass der Schwenkpunt sich von der Schwenkachse 52 zu dem Punkt 130 verstellt hat, wie in Figur 4B dargestellt ist. Der Kolben des Dämpfers 70 wird in Richtung zu einem Totpunkt bewegt falls das Blatt 16 sich aus der Stellung nach Figur 3A in die Stellung nach Figur 4A bewegt. Falls die Bewegung im Uhrzeigersinn.des Blattes 16 über die Stellung nach Figur 4A hinaus fortschreitet so wird das Blatt mög 1 icher weise den Nacheilanschlag 134 berühren, wie in den Figuren 5A und 5B dargestellt ist. Der Hacheilanschlag 134 liegt radial ausserhalb oder rechts von der Schwenkachse 52. Dieses Anschlägen des Blattes an den Nncheilanschlag 134 vermindert, zumindest teilweise, die Scherbelr.stung des kugelförmigen Lagers 28 und obschon der NacheilwinL.el zwischen clon Stellungen nach den Figuren 4A, 4B und 5A, 5B zngcncnttcon hot, hsfc der Kolben des Dampfers 70seinen Totpunkt noch nicht erreicht. Falls das Blatt 16 sich nun um den Nadieilanschlag 134 verschwenkt so erreicht der Kolben des Dämpfers möglicherweise seinen Totpunkt um zwai Festpunkte for das Blatt 16 zu bilden, d.h» den Ncjcheilanschlag 3.34 und der Punkt 132 des sich im Totpunkt befindenden Schwehkbewegungsdämpfers 70 um somit das kugelförmige Lager 28 vollständig von der Scherbelastung zu entlasten. Falls das Rotorblatt 16 den Nacheilanschlag 134 in der Stellung nach Figuren 5A, 5B berührt, so verschiebt sich der Angriffspunkt der in der Rotorebene wirkenden Seherbelastung von dem kugelförmigen Lager auf den Nacheilanschlag 134 und falls der Schwenkbewegungsdä'mpfer 70 seinen Totpunkt erreicht, wie in den Figuren 6A, 6B dargestellt ist, gelangt die Blattmittellinie zu der Ausgongslage zurück, so dass das Blatt 16 wieder um den Schnittpunkt der Achsen 36, 50 und 52 gelagert ist durch welchen auch die Mittellinie der Welle 34 verläuft, dabei wird die Blattschwenkbewegung plötzlich unterbrochen und die Belastung des Schwenkbewegungsda'mpfers 70 und die BlattrSgheit nehmen bis zu einem sehr hohen Wert zu.

In der bevorzugten Ausfuhrungsform wird eine durch Zentrifugalkraft belastete Anschlagvorrichtung für die nach unten hängenden Blätter beim Stillstand des Rotors verwendet, wie in Figur 7 dar-

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gestellt ist. Um das Durchhängen der Rotorblätter bei Stillstand oder bei sehr geringen Drehzahlen zu begrenzen wird ein Anschlagring 16O verwendet. Der Anschlagring 160 ist auf der Welle 34 verschiebbar und durch eine Feder 162 belastet, welche den Anschlagring bei Stillstand der Rotorblätter oder bei sehr geringer Drehzahl derselben in seine in Figur 7 dargestellte Betriebslage drängt. Ein Festlegering 164 wirkt mit der Feder 162 zusammen um den Vorsprung 166 des Anschlagringes 160 mit der Fläche des äusseren Lagerringes 22 auszurichten, welcher sowohl als Anschlag für die durchhängenden Rotorblätter und als Schwenkbewegungsanschlag dient. Falls die Geschwindigkeit des Rotorblattes 16 stark verringert wird, so drückt die Feder 162 den Anschlagring 166 gegen den Anschlag 164 um den ringförmigen Vorsprung 166 mit der Fläche 136 auszurichten um somit das Durchhängen der Rotorblätter zu begrenzen. Falls der Hubschrauberrofcr 3.0 angelassen wird und dia Drehzahl wieder zunimmt, so überwiegt die auf den Anschlagring 116 ausgeübte Zentrifugalkraft die Kraft der Feder 162 und drückt den Anschlagring 160 zurück, so dass während dem Flug eine grössere Schlag- und Schwenkbewegung des Blattes möglich ist.

Aus obiger Beschreibung geht hervor, dass während dem Anlassen des Rotors, falls das Rotoranlassdrehmoment zu wirken beginnt, das Blatt sich infolge seiner Trägheit um die Schwenkachse bewegt. Diese Schwenkbewegung dauert an bis sie durch die hierzu vorgesehenen Mittel unterbrochen wird. Falls man die Zunahme des Nacheilwinkels auf diese weise gestatten würde, so würde der S_chwenkbewagungsdämpfer 70 möglicherweise seinen Totpunkt erreichen und eine schnelle Verzögerung der Blattbewegung um die Schwenkbewegungsachse bewirken wodurch eine sehr hohe Schlagkraft auf die Rotorblätter ausgeübt werden würde. Diese hohe Schlagkraft liegt oberhalb der Scherbelastbarkeit des kugelförmigen Lagers 28 und deshalb ist entsprechend der Erfindung ein Anschlagpunkt 134 \orgesehen, der mit dsm seinen Totpunkt erreichenden Schwenkbewegungsdämpfer zur übertragung dieser Belastung zusammenwirkt.

Es ist selbstverständlich, dass die Belastung des Lagers 28 während dem Abbremsen des Rotors genau entgegengesetzt zu der Darstellung in den Figuren 3A, 3B bis 6A, 6B ist, welche die Belastung beim

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Anlassen des Rotors zeigen, d.h. beim Abbremsen erreicht der Kolben 70 den entgegengesetzten Totpunkt seines Hubes und das Blatt 16 berührt den Voreilanschlag 136.

Aus obigem geht hervor, dass die Ausführung nach der französichen Patentschrift 934.336 einen wesentlichen Nachteil beim Anlassen und beim Abbremsen des Rotors aufweist und dass die bei den U.S. Patentschriften 2.5O1.25O und 3.111.172 verwendeten Zentrierlager in Kombination mit dem kugelförmigen Lager entsprechend der Erfindung vermieden werden, so dass die Lageranordnung einenleichteren und billigeren Aufbau erhSlt.

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Claims

■ PA-TE N TANS PRUECHE.

1. Kubschrauberrotor mit mehreren sich in radialer Richtung von einer drehbaren Rotornabe erstreckenden Rotorblätter welche um eine Schwenkachse, eine Schlagachse und eine Anstellwinkelachse beweglich sind, und wobei ein Gelenk zur Lagerung des Rotorblattes in der Rotornabe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk ein kugelförmiges, elastomeres Lager. (28) aufweist, mit einem inneren Ring einem Susseren Ring (22) sowie einer elastomeren Füllmasse zwischen den beiden Ringen, welche alle kugelförmig und um den Schnittpunkt der Blattschwenkachse (52) und Schlagachse (50) zentriert sind, und wobei das Gelenk ausserdem ein scheibenförmiges, elastomeres Lager (42) sowie ein Verbindungsstück (44) aufweist, welches mit dem inneren Ring des kugelförmigan Lagers verbunden und an ein Ende des scheibenförmigen Lagers angeschlossen ist so dass die beiden Lager in Reihe angeordnet sind, dass ein Wellenstück (34) durch das kugelförmige Lager, das Verbindungsstück und das Scheibenlager hindurchragt, an einem Ende an das Hubschrauberrotorblatt und am anderen Ende an das gegenüberliegende Ende des scheibenförmigen Lagers angeschlossen ist, und wobei der ä'ussere Ring des kugelförmigen Lagers an der Nabe befestigt ist, so dass das Blatt durch das Gelenk derart in der Nabe gelagert ist, dass es eine Schwenkbewegung und eine Schlagbewegung ausführen kann, welche Bewegungen durch das kugelförmige Lager aufgenommen werden, und dass es eine Bewegung zur AnstellwinkelverSnderung ausführen kann, welche Bewegung sich auf das scheibenförmige Lager und das kugelförmige Lager aufteilt und dass beide Lager zur Übertragung der Blattzentrifugalbelastung auf die Rotornabe zusammenwirken.

2. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kugelförmige , elastomere Lager (28) eine grössere Torsionssteifheit als das scheibenförmige, elastomere Lager (42) aufweist, so dass das scheibenförmige, elastomere Lager einen grösseren" ■ Teil der Bewegung zur Anstellwinkelvera'nderung aufnehmen kann.

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3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

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kugelförmige, elastomere Läget (28) ringförmig ist, den Wellenstum* mel (34) umgibt und zum Schnittpunkt der Schwenkachse (52) und der Schlagachse (50) konzentrisch ausgebildete Lamellen aufweist, dass die innere Lamelle des kugelförmigen, elastomeren Lagers mit dem kugelförmigen Ende des Verbindungsstückes (44) verbunden ist, welches ebenfalls den WeIlenstummel umgibt, und dass die ä'ussere Lamelle des kugelförmigen, elastomeren Lagers mit der kugelförmigen, inneren oberfläche (26) eines Gehäuses (18) verbunden ist, welches eine Kammer (20) einschliesst, in der das Gelenk angeordnet ist.

4. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass das scheibenförmige, elastomere Lager/rfngformig ist, ebenfalls den Wellenstumnwl (44) umgibt, und mehrere aufeinandergestapelte flache Scheiben umfasst.

5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Lager (42) näher an der Rotorachse (14) als dac kugelförmige Lager (28) angeordnet ist.

6. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kugelförmige, elastomere Lager (28) und das scheibenförmige, elastomere Lager (42) konzentrisch um die Anstellwinkelachse (36; sind, dass die Lamellen des kugelförmigen, elastomeren Lagers abwechselnd elastomere Lagen und starre kugelförmige Teile sind, die miteinander sowie mit dem Verbindungsstück (44) und der kugelförmigen inneren Oberfläche (2.6) des Gehäuses (18) verklebt sind, und dass die Lamellen des scheibenförmigen Lagers (42) abwechselnd elastomere Scheiben und starre Scheiben sind die miteinander sowie an den gegenüberliegenden Enden des Lagers mit dem Verbindungsstück und dem WeIlenstumroel (34) verklebt sind.

7. Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen des kugelförmigen Lagers (28) innere oberflächen aufweisen, die inbezug zu dem wellehstunanel (34) einen Kegel bilden.

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