DE102005062347A1

DE102005062347A1 - Hochdehnbares Energie- und/oder Signalübertragungskabel sowie Rotorblatt mit einem derartigen Kabel

Info

Publication number: DE102005062347A1
Application number: DE102005062347A
Authority: DE
Inventors: Christine Dipl.-Ing. Müller (FH); Dieter Dipl.-Ing. Preißler
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-06-28
Also published as: CN1996504B; CN1996504A; US7740452B2; US20070264124A1

Abstract

Faserverbundwerkstoff-Rotorblatt, insbesondere eines Drehflügelflugzeugs, mit einem vorbestimmten Rotorblattprofil, das eine vorbestimmte Profil-Außenkontur besitzt, umfassend eine FVW-Rotorblattstruktur mit einer oberen und unteren Deckhaut und einem dazwischen angeordneten Profilkern und mindestens ein in die FVW-Rotorblattstruktur in Spannweitenrichtung des Rotorblattes integriertes hochdehnbares Kabel (2), das mit einer an der oder in der FVW-Rotorblattstruktur anbringbaren Funktions-Einrichtung verbindbar ist. Dieses Kabel (2) ist ein hochdehnbares Energie- und/oder Signalübertragungskabel, umfassend mindestens einen Kabelstrang mit zumindest einem ersten Kabelkern (4) aus einem elektrisch isolierenden, elastischen Kunststoffmaterial und mindestens eine erste Kabelader (6), die in einem vorbestimmten Steigungswinkel spiralförmig und überkreuzungsfrei um den ersten Kabelkern (4) herumgewickelt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energie- und/oder Signalübertragungskabel sowie ein Rotorblatt, insbesondere ein Rotorblatt eines Drehflügelflugzeugs, mit einem derartigen Kabel.

STAND DER TECHNIK

In Rotoren von modernen Drehflügelflugzeugen, wie z.B. Hubschraubern, kommen aufgrund ihrer besonderen Eignung für hohe, wechselnde dynamische und aerodynamische Belastungen insbesondere Faserverbundwerkstoff-Rotorblätter (Faserverbundwerkstoff wird nachfolgend auch mit „FVW" abgekürzt) zur Anwendung. Derartige Rotorblätter werden in jüngster Zeit vermehrt mit speziellen Funktions-Einrichtungen ausgestattet, die es z.B. ermöglichen, die aerodynamischen und akustischen Eigenschaften eines Rotor gezielt zu beeinflussen. Bei diesen Funktions-Einrichtungen kann es sich zum Beispiel um Aktuatoren für eine in der Nähe einer Rotorblatt-Spitze angeordnete verstellbare Rotorblatt-Klappe, am Rotorblatt angebrachte Sensoren, eine Heizeinrichtung im Rotorblatt, oder dergleichen handeln. Als Aktuatoren für verstellbare Rotorblatt-Klappen eignen sich besonders Piezo-Aktuatoren, die elektrisch betätigt bzw. gesteuert werden. Zur Energieversorgung derartiger Funktions-Einrichtungen bzw. zur Signal- oder Datenübertragung von und zu solchen Funktions-Einrichtungen sind Energie- und Signalübertragungskabel erforderlich. Diese Kabel müssen sich ausgehend von einer rotorkopfseitigen Schnittstelle bzw. einem Blattanschlussbereich des Rotorblattes über oftmals einen Großteil der Spannweite des Rotorblattes bis zur Funktions-Einrichtung (und ggf. wieder zurück) erstrecken.

Im laufenden Rotorbetrieb sind Rotorblätter aufgrund der enormen Fliehkraftbelastungen von bis zu ca. 1000 g oder mehr extremen Beanspruchungen und Dehnungen ausgesetzt. Ferner werden die Rotorblätter durch wechselnde dynamische und aerodynamische Kräfte während eines Rotorblattumlaufs stark verformt. So führen die Rotorblätter während eines Rotorblattumlaufs Schlag-, Schwenk- und Verdrehbewegungen aus, welche zu einer Verbiegung und Verdrehung der FVW-Rotorblattstruktur führen. Ist das Rotorblatt nun mit Energie- und Signalübertragungskabeln ausgerüstet, so hat es sich gezeigt, dass es unter den beschriebenen hohen dynamischen Belastungen sehr schnell zu einem Versagen bzw. einem Bruch der Adern bzw. Leitungen des Kabels kommt. Besonders elektrische Signal- und Energieübertragungskabel, die über metallische Adern bzw. Leiter verfügen, versagen recht schnell. Eine hinreichende Dauerfestigkeit des Kabels kann somit nicht gewährleistet werden. Daraus resultiert wiederum, dass ein zuverlässiger Betrieb der betreffenden Funktions-Einrichtung, die mit einem solchen Kabel mit Energie versorgt wird, bzw. die über ein solches Kabel Signale erhält oder ausgibt, nicht sichergestellt werden kann. Versagt das Kabel, muss zudem das zugehörige Rotorblatt, in welches dieses Kabel eingebaut ist, ausgetauscht bzw. gewartet werden. Dies ist jedoch mit einem sehr hohen technischen und wirtschaftlichen Aufwand verbunden.

Bei bestimmten Anwendungen oder Kabelbauformen, z.B. Koaxialkabeln oder dergleichen, ist es überdies erforderlich, dass die Adern/Leitungen des Kabels abgeschirmt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch die Abschirmungen dieser Kabel unter den o.g. hohen Fliehkraftbelastungen zu schnell versagen, so dass eine zuverlässige Abschirmung nicht sichergestellt werden kann.

Der Einbau von Energie- und/oder Signalübertragungskabeln in das Rotorblatt ist zudem sehr aufwendig. Herkömmliche Kabel der zuvor genannten Art werden in Rotorblättern bisher in Kabelkanälen verlegt, die oberflächlich in der FVW-Rotorblattstruktur und dem vorbestimmten Rotorblattprofil ausgebildet sind. Hierzu wird das Kabel in den Kabelkanal geklebt, und der Kanal wird abgedeckt, verspachtelt und die Spachtelung anschließend geschliffen, um die erforderliche Konturtreue zu einer vorbestimmten Profil-Außenkontur des Rotorblattes zu erzielen. Diese Konturtreue ist von besonderer Bedeutung, da das Rotorblattprofil über im Wesentlichen die gesamte Spannweite des Rotorblattes ein aerodynamisch wirksames Profil darstellt und jede Abweichung von einer vorbestimmten Soll-Profil-Außenkontur zu einer Beeinträchtigung der aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattes führt. Falls das so eingebaute Kabel versagt, ist es erforderlich, die Spachtelung wieder aufzutrennen und zu entfernen, wobei darauf zu achten ist, dass bei diesem Vorgang die tragende FVW-Rotorblattstruktur nicht verletzt wird. Der wiederholter Ein- und Ausbau eines Kabels in ein FVW-Rotorblatt ist daher extrem aufwendig und mit einem hohen Fertigungs- bzw. Montageaufwand und nicht unerheblichen Kosten verbunden. Es wäre daher auch wünschenswert, den Montage- bzw. Demontageaufwand für das Kabel reduzieren zu können.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, die Dauerfestigkeits- und Dauer-Übertragungseigenschaften von mechanisch bzw. dynamisch insbesondere durch Dehnungen hochbelasteten Kabeln insbesondere in fliehkraftbelasteten Rotoren zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes hochdehnbares Energie- und/oder Signalübertragungskabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Dieses hochdehnbare Energie- und/oder Signalübertragungskabel besitzt mindestens einen Kabelstrang mit zumindest einem ersten Kabelkern aus einem elektrisch isolierenden, elastischen Kunststoffmaterial; und mindestens eine erste Kabelader, die in einem vorbestimmten Steigungswinkel spiralförmig und überkreuzungsfrei um den ersten Kabelkern herum gewickelt ist.

Unter einer Kabelader ist im Sinne der Erfindung auch eine Leitung zu verstehen. Besitzt das erfindungsgemäße Kabel mehrere Kabeladern, so sind diese ebenfalls spiralförmig und überkreuzungsfrei um den ersten Kabelkern herum gewickelt. Das bedeutet, dass sich weder die Windungen einer einzelnen Ader noch die Windungen aller Adern überkreuzen. Die Kabeladern sind gewissermaßen nur „verseilt". Bei Vorhandensein mehrerer Kabeladern in einem Adernstrang sind diese Kabeladern nebeneinander angeordnet. Eine Übereinanderschichtung mehrerer Kabeladern, die einen gemeinsamen Adernstrang bilden, ist zwar möglich, jedoch i.d.R. nur in Ausnahmen bevorzugt. Die mindestens eine Kabelader ist vorzugsweise lose und ohne Vorspannung auf den ersten Kabelkern gewickelt.

Der erste Kabelkern kann entweder als Vollprofil oder als Hohlprofil ausgebildet sein. Der erste Kabelkern besitzt vorzugsweise einen runden oder abgerundeten Querschnitt, so dass für die darum herum gewickelte mindestens eine Kabelader keine Knick- oder Kerbwirkung entsteht, welche die Dauerfestigkeit nachteilig beeinflussen könnte. Für die Ausgestaltung des ersten Kabelkerns und dessen Anordnung im Kabel können im Wesentlichen drei Fälle unterschieden werden:

1) Der erste Kabelkern ist weich bzw. in idealer Weise unendlich weich. Bei einer positiven Dehnung bzw. Längung des Kabels schnürt sich der Kabelkern ein, und die mindestens eine erste Kabelader kann sich spiralförmig auf und mit dem Kabelkern längen. Bei dieser Variante kann die Kabelader auch relativ stramm und mit einer geringen Vorspannung auf den ersten Kabelkern gewickelt werden.
2) Der erste Kabelkern ist steif bzw. in idealer Weise unendlich steif. Bei einer positiven Dehnung bzw. Längung des Kabels schnürt sich der Kabelkern nicht ein, und die mindestens eine erste Kabelader kann auf dem Kabelkern verrutschen, wobei sich der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Windungen der Wicklung verändert. Bei dieser Variante ist die erste Kabelader bevorzugt lose und ohne Vorspannung auf den Kabelkern gewickelt.
3) Ausnahmefall: Bei einem in ein FVW-Bauteil einlaminierten oder eingeklebten erfindungsgemäßen Kabel wird der erste Kabelkern anschließend entfernt. Dies kann z.B. durch Herausziehen oder Herauslösen (auch auf thermischen oder chemischem Wege) erfolgen. Es bleibt die spiralfederartige Struktur der zuvor auf den Kabelkern gewickelten mindestens einen ersten Ader stehen. Bei einer positiven Dehnung bzw. Längung des Kabels kann sich die erste Kabelader spiralförmig längen.

Die Erfinder haben erkannt, dass bei mechanisch bzw. dynamisch insbesondere durch Dehnungen hochbelasteten Kabeln, insbesondere dann, wenn diese fest in ein hochgradig fliegkraftbelastetes Bauteil wie ein Rotorblatt eingebaut sind, die Kabeladern den im Bauteil auftretenden starken Dehnungen nicht hinreichend und nicht dauerhaft folgen können und daher zu schnell versagen.

Bei dem erfindungsgemäßen Kabel können sich die Kabeladern, bzw. die mindestens eine erste Kabelader, aufgrund der spiralförmigen und überkreuzungsfreien Wicklung bei einer positiven Dehnung (Längung) des Kabels jedoch ähnlich wie eine Spiralfeder auf dem ersten Kabelkern und/oder zusammen mit diesem auseinander ziehen. Dies funktioniert auch dann, wenn das Kabel fest in ein FVW-Bauteil einlaminiert oder eingeklebt ist, da es selbst hohen Dehnungen des FVW-Bauteils folgen kann. Weil der Steigungswinkel der Wicklung relativ klein ist und damit die lokale Längsrichtung der gewickelten ersten Kabelader nahezu senkrecht zur Dehnungsrichtung bzw. in einem relativ großen Winkel von ca. 45° bis nahezu 90° dazu verläuft, wird die erste Kabelader selbst bei einer großen Dehnung des gesamten Kabels kaum bzw. nur extrem gering gedehnt. Die mindestens eine erste Kabelader kann in Verbindung mit dem zuvor beschriebenen Spiralfedereffekt somit auch einer extrem großen Dehnung des Kabels dauerhaft folgen, ohne dass es zu Ermüdungsbrüchen kommt. Da die erste Kabelader zudem überkreuzungsfrei gewickelt ist, wird bei einer Dehnung des Kabels ein Scheuern benachbarter Windungen der gewickelten ersten Kabeladern wirkungsvoll vermieden (eine Wicklung, bei der sich die Adern überkreuzen, würde hingegen an den jeweiligen Überkreuzungspunkten scheuern und damit sehr schnell versagen). Dieser positive Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn die mindestens eine erste Kabelader aus einem Metallwerkstoff, z.B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, hergestellt ist.

Da der erste Kabelkern aus einem elastischen Kunststoffmaterial gefertigt ist, kann dieser ebenfalls hohe Dehnungen des Kabels dauerhaft und ohne schnelles Versagen mitmachen und hierbei gleichzeitig als Führung und Stütze für die mindestens eine erste Kabelader dienen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich somit die Dauerfestigkeits-, Wechselfestigkeits- und Energie- bzw. Signalübertragungseigenschaften von mechanisch bzw. dynamisch insbesondere durch Dehnungen hochbelasteten Kabeln erheblich verbessern. Insbesondere in fliehkraftbelasteten Rotoren kann deshalb eine zuverlässige und dauerhafte Energie- und Signalübertragung zu und von in einem Rotorblatt angeordneten Funktionseinrichtungen sichergestellt werden. Aufgrund dieser positiven Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kabels kann dieses in mindestens einer Ausführungsform auch fest in das Rotorblatt integriert bzw. einlaminiert werden und hierbei durchaus eine Lebensdauer erreichen, welche der Lebensdauer des Rotorblattes entspricht. Das Kabel muss daher nicht bzw. nicht so oft ausgetauscht werden, so dass aufwendige Demontagearbeiten weitgehend entfallen. Aufgrund der besseren Integrationsfähigkeit des erfindungsgemäßen Kabels in das Rotorblatt bzw. dessen FVW-Struktur wird zudem nicht nur die Herstellung eines mit einem Energie- und/oder Signalübertragungskabel ausgestatteten Rotorblattes vereinfacht, sondern es ist auch auf einfachere und effektivere Art und Weise eine präzise und glatte und damit aerodynamisch günstige Außenkontur des Rotorblattprofils zu realisieren.

Gemäß einer bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kabels ist dieses als Koaxial-Kabel ausgestaltet und besitzt mindestens einen zweiten, hohlen, elektrisch isolierenden Kabelkern, der die mindestens eine erste Kabelader umhüllt; und es ist mindestens eine zweite Kabelader vorgesehen, die in einem vorbestimmten Steigungswinkel überkreuzungsfrei um den zweiten Kabelkern herum gewickelt ist. Die Eigenschaften des zweiten Kabelkerns entsprechend im Wesentlichen denen des ersten Kabelkerns, was sowohl für das zuvor als auch nachfolgend gesagte gilt. Gleichermaßen entsprechen die Eigenschaften der mindestens einen zweiten Kabelader im Wesentlichen denen der besagten ersten Kabelader. Die Windungen der ersten und zweiten Kabelader können relativ zueinander gleich- oder gegenläufig sein. Die zweite Kabelader kann z.B. als Abschirmung für die erste Kabelader dienen oder aber in der Art eines zwei- oder mehrpoligen Kabels selbst Energie- und/oder Signale übertragen.

Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Kabel auch als Flachkabel mit mehreren nebeneinander und/oder übereinander liegenden Kabelsträngen ausgestaltet sein. Ein solches Kabel ist baulich besonders günstig in ein Rotorblattprofil zu integrieren, das dieses selbst sehr flach ist und nur einen geringen Einbauraum für Kabel bietet.

Das erfindungsgemäße Kabel kann gemäß einer weiteren Ausführungsform eine äußere, elektrisch isolierende Isolierungsschicht aufweisen, welche die mindestens eine erste und/oder zweite Kabelader umhüllt oder abdeckt. Im Falle des zuvor genannten koaxialen Kabels kann auch der zweite Kabelkern als eine Isolierungsschicht fungieren. Wie die erste oder zweite Kabelader muss auch die Isolierungsschicht die Dehnungen des Kabels mitmachen können und zudem gewährleisten, dass sich die spiralförmig gewickelte erste bzw. zweite Ader frei genug auf oder mit dem ersten bzw. zweiten Kabel spiralfederartig dehnen bzw. verschieben kann. Ist das Kabel zum Einbau in ein FVW-Bauteil bzw. in die FVW-Struktur eines Rotorblattes vorgesehen, so muss die Dehnbarkeit des Materials der Isolierungsschicht mindestens so hoch sein wie die des FVW-Materials, um die gleiche Dauerfestigkeit des Kabels zu erhalten. Dies gilt natürlich gleichermaßen für den ersten bzw. zweiten Kabelkern.

Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Kabel mehrere, jeweils zumindest den ersten Kabelkern und zumindest die erste Kabelader aufweisende Kabelstränge besitzt, die auf mindestens einer streifenförmigen, elastischen Trägerschicht angeordnet sind. Auch zwei Trägerschichten sind möglich, d.h. eine sandwichartige Trägerschichtstruktur, zwischen denen die zuvor genannten Komponenten angeordnet sind. Die Kabelstränge besitzen auf der oder den Trägerschichten vorzugsweise einen im Wesentlichen geradlinigen Verlauf. Ebenso ist es jedoch möglich, die Kabelstränge meanderförmig oder wellenförmig zu verlegen. Hinsichtlich der Dehnbarkeit und Dauerfestigkeit der mindestens einen Trägerschicht gilt das für den ersten und zweiten Kabelkern sowie die Isolierschicht gesagte. Die Trägerschicht erleichtert die Herstellung von flachen Kabelstrukturen und bietet darüber hinaus eine große Haft- oder Anlagefläche zum Einlaminieren des erfindungsgemäßen Kabels in eine FVW-Struktur.

Die Trägerschicht kann auch gleichzeitig die äußere Isolierungsschicht der mindestens einen ersten oder zweiten Kabelader bilden und damit eine Mehrfachfunktion ausüben.

Das Material des ersten und/oder zweiten Kabelkerns ist bevorzugt ein Material, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von Materialien, umfassend: ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) Polyurethan (PUR), Silikon; ein Elastomerwerkstoff, einschließlich ein thermoplastischer Elastomerwerkstoff, einschließlich Elastomerlegierungen, insbesondere Naturkautschuk oder Butadien-Kautschuk; ein Schaumstoff, ein elektrisch nicht leitender Faserverbundwerkstoff, insbesondere ein Glasfaserverbundwerkstoff. Diese Materialien gewährleisten sowohl eine hinreichend hohe Dehnbarkeit als auch Dauerfestigkeit des ersten bzw. zweiten Kabelkerns und stellen gleichzeitig sicher, dass die erste bzw. zweite Kabelader in der zuvor beschriebenen Art und Weise auf dem Kabelkern angebracht werden kann und fähig ist, sich zusammen mit einer Dehnung/Längung des Kabelkerns spiralfederartig zu längen bzw. zu verschieben.

Die mindestens eine erste und/oder zweite Kabelader ist vorzugsweise eine Kabelader, die ausgewählt ist aus einer Gruppe von Kabeladern, umfassend: eine elektrisch leitendende Ader, insbesondere eine Ader aus einem Metallwerkstoff, insbesondere einem Kupferwerkstoff; eine faseroptische Ader, insbesondere eine Glasfaser-Ader; eine Hybrid-Aderstruktur, die insbesondere nebeneinander angeordnet sowohl elektrisch leitende Aderanteile als auch faseroptische Aderanteile besitzt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der erste bzw. zweite Kabelkern einen Elastizitätsmodul, der in einem Bereich von 200 bis 1600 N/mm2 liegt, insbesondere 350 bis 1500 N/mm2, insbesondere 375 bis 1000 N/mm², insbesondere 400 bis 700 mm², insbesondere 420 bis 550 N/mm2. Dies führt zu einer elastischen Dehnfähigkeit des betreffenden Kabelkerns, die sich als für den vorgesehen Einsatz des erfindungsgemäßen Kabels unter sehr hohen fliehkraftbedingten Dehnungen als besonders vorteilhaft erwiesen hat.

Ferner besitzt der erste oder zweite Kabelkern vorzugsweise eine Shore-Härte nach ISO 868, die in einem Bereich von D30 bis D90, insbesondere D35 bis D70, insbesondere D40 bis D60, insbesondere D45 bis D58 liegt und insbesondere ca. D55 beträgt.

Der erste oder zweite Kabelkern verfügt vorzugsweise über eine Querkontraktionszahl, die in einem Bereich von 0,3 bis 0,5, insbesondere 0,35 bis 0,45, insbesondere 0,38 bis 0,42 liegt und insbesondere ca. 0,4 beträgt.

Bei dem erfindungsgemäßen Kabel ist die mindestens eine erste oder zweite Kabelader in wenigstens einer Ausführungsform der Erfindung locker um den ersten oder zweiten Kabelkern gewickelt ist. Somit kann sich die betreffende Kabelader leichter spiralfederartig mit einer Dehnung des Kabelkerns mitdehnen bzw. auf dem Kabelkern verschieben.

In einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Kabels ist auf dem ersten und/oder zweiten Kabelkern eine komprimierbare, gummielastische Schicht angeordnet, um die herum die mindestens eine erste oder zweite Kabelader mit einer durch die Rückstellkraft der Schicht erzeugten vorbestimmten geringen Vorspannung überkreuzungsfrei gewickelt ist. Bei einer positiven Dehnung bzw. Längung des Kabels schnürt sich diese Schicht ein, und die mindestens eine erste bzw. zweite Kabelader kann sich spiralförmig auf und mit der Schicht und ihrem jeweils zugeordneten Kabelkern längen, ohne dass dies die Dauerfestigkeit der ersten oder zweiten Kabelader nachteilig beeinflusst.

Ebenso ist es im Sinne der Erfindung auch möglich, bei einer Ausführungsform zwischen zwei in Längsrichtung des Kabels aufeinanderfolgenden Windungen der mindestens einen ersten oder zweiten Kabelader einen Zwischenraum vorzusehen. Dadurch kann die spiralfederartige Ausdehnung/Längung der betreffenden Kabelader gezielt beeinflusst werden, und es ist möglich, den Zwischenraum für weitere Zusatzelemente zu nutzen.

So ist z.B. in einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kabels der besagte Zwischenraum mit einem gummielastischen Füllmaterial ausgefüllt. Dieses kann z.B. dazu dienen, einen genauen Zwischenabstand zwischen aufeinanderfolgenden Windungen der Wicklung einzuhalten, bei der spiralfederartigen Ausdehnung/Längung der betreffenden Kabelader in Längsrichtung des Kabels eine Führung und ggf. auch Rückstellfunktion zu bewirken, oder übermäßiges Reiben aufeinanderfolgenden Windungen der Wicklung zu vermeiden.

Falls mit dem erfindungsgemäßen Kabel elektrische Energie oder ein elektrisches Signal übertragen werden soll, kann zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit der Zwischenraum auch mit einem flüssigen oder pastösen elektrisch leitenden Medium ausgefüllt sein.

Gemäß einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kabels liegt das Verhältnis d/D zwischen dem Durchmesser d der ersten oder zweiten Ader und dem Außendurchmesser D des ersten oder zweiten Kabelkerns in einem Bereich von 1:50 bis 1:3, insbesondere 1:30 bis 1:5, insbesondere 1:20 bis 1:10. Dieses Verhältnis vermeidet nicht nur zu enge Wicklungsradien und damit die Gefahr eines Bruchs der jeweiligen Kabelader, sondern stellt auch sicher, dass sich die erste bzw. zweite Kabelader in geeigneter Weise spiralfederartig auf oder mit dem betreffenden Kabelkern längen bzw. verschieben kann.

Da das erfindungsgemäße Kabel für den Einbau in FVW-Bauteile geeignet sein soll, deren Matrix-Harze i.d.R. thermisch ausgehärtet werden, muss das erfindungsgemäße Kabel in mindestens einer Ausführungsform eine hinreichende Temperaturfestigkeit bzw. Wärmeformbeständigkeit aufweisen. Bevorzugt besitzt der erste bzw. zweite Kabelkern deshalb eine Schmelz bzw. Glasübergangstemperatur (z.B. ca. 327°C für einen PTFE-Kabelkern), die größer als die Aushärtetemperatur eines thermisch aushärtbaren Matrix-Harzes eines Faserverbundwerkstoffes, insbesondere eines thermisch aushärtbaren Epoxydharzes, ist. Da die meisten Matrix-Harze eines Faserverbundwerkstoffes je nach verendetem Harz-System bei ca. 135°C oder ca. 180°C ausgehärtet werden, muss das Material des betreffenden Kabelkerns diese Temperaturen bei der Fertigung des FVW-Bauteils, in welches das Kabel integriert wird, also ohne eine übermäßige Erweichung bzw. Formänderungen für i.d.R. ca. 10 Stunden ertragen können. Das zuvor gesagte gilt im Übrigen gleichermaßen für die Isolierungsschicht bzw. Trägerschicht des erfindungsgemäßen Kabels.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein erfindungsgemäßes Faserverbundwerkstoff-Rotorblatt mit den Merkmalen des Anspruchs 19.

Dieses Faserverbundwerkstoff-Rotorblatt, insbesondere eines Drehflügelflugzeugs, mit einem vorbestimmten Rotorblattprofil, das eine vorbestimmte Profil-Außenkontur besitzt, umfasst: eine FVW-Rotorblattstruktur mit einer oberen und unteren Deckhaut und einem dazwischen angeordneten Profilkern; und mindestens ein in die FVW-Rotorblattstruktur in Spannweitenrichtung des Rotorblattes integriertes hochdehnbares Kabel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, das mit einer an der oder in der FVW-Rotorblattstruktur anbringbaren Funktions-Einrichtung verbindbar ist.

Unter einer Deckhaut ist im Sinne der Erfindung jegliche für die Festigkeit, insbesondere die Biege-, Torsionsfestigkeit und Druckfestigkeit des Rotorblattes maßgebliche tragende Haut, wie z.B. die sog. Torsionshaut, sowie mit dieser verbundene tragende Faserverbundschichten (insbesondere im vorderen Drittel des Rotorblatt-Profilquerschnitts) als auch jegliche nicht-tragende Haut zu verstehen.

Mit dem erfindungsgemäßen Rotorblatt sind im Wesentlichen die gleichen Vorteile erzielbar, die bereits weiter oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kabel erläutert wurden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotorblattes entspricht die reversible, maximal zulässige Dehnbarkeit ε_L des Kabels in seiner Längsrichtung mindestens der reversiblen Dehnbarkeit ε_FVW des FVW-Materials des Rotorblattes in dessen Spannweitenrichtung unter einer auslegungsbedingten vorbestimmten maximalen Fliehkraftbelastung F_Fmax: ε_L >= ε_FVW. Diese maximale Fliehkraftbelastung liegt üblicher Weise in einem Bereich von ca. 0–1500 g, insbesondere 0–1200 g, insbesondere 0–1000 g, insbesondere 0–800 g, insbesondere 0 bis 700 g. ε_FVW liegt bei einem FVW-Hubschrauber-Rotorblatt etwa in der Größenordnung von 3%. Demnach sollte für diesen Fall also gelten: ε_L >= 3%. Auf diese Weise kann für das Kabel im Wesentlichen die gleiche Dauerfestigkeit bzw. Wechselfestigkeit wie für das Rotorblatt selbst erzielt werden.

Bei wenigstens einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotorblattes besitzt das Rotorblattprofil einen sich hauptsächlich in Spannweitenrichtung des Rotorblattes erstreckenden, von der Profilaußenseite her zugänglichen und einen Teil der FVW-Rotorblattstruktur bildenden Kabelkanal, in dem das Kabel fixierbar ist. Der Kabelkanal kann insbesondere in der Nähe einer Funktionseinheit, an die das Kabel anzuschließen ist, Teilbereiche aufweisen, die sich auch in Profiltiefenrichtung oder einem schrägen Winkel dazu erstrecken. Der Kabelkanal eignet sich besonders für Rotorblattausführungen, bei denen das Kabel bei Bedarf wieder leichter aus dem Rotorblatt entfernbar, leichter kontrollierbar, oder unabhängig von der Herstellung des Rotorblattes erst in einem späteren Arbeitschritt in das Rotorblatt integrierbar sein soll.

Vorzugsweise besitzt das erfindungsgemäße Rotorblatt dann auch ein Verschlusselement, mit dem der Kabelkanal bündig zur Profil-Außenkontur verschließbar ist. Dies gewährleistet ein einfacheres Verschließen bzw. Öffnen des Kabelkanals und stellt an dieser Stelle des Rotorblattprofils auch auf relativ einfache Art und Weise eine aerodynamisch günstige Außenkontur bereit.

Vorzugsweise ist das Verschlusselement ein Verschlusselement, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von Verschlusselementen, umfassend: einen Deckel; eine Deckklappe; eine Füllmasse, insbesondere eine FVW-Füllmasse, eine duromere Füllmasse, eine thermoplastische Füllmasse, eine elastomere Füllmasse, eine als Spachtelmasse ausgebildete Füllmasse, eine als Haftmittel ausgestaltete Füllmasse, die gleichzeitig ein Befestigungsmittel zur Fixierung des Kabels im Kabelkanal bildet, eine schmelzbare Füllmasse, deren Schmelztemperatur kleiner als die Aushärtetemperatur eines Matrix-Harzes des FVW-Materials des Rotorblattes ist; ein Schaummaterial, insbesondere ein Schaummaterial, das eine der Außenkontur des Rotorblattprofils zugeordnete und mit dieser bündig anzuordnende Schutzhaut besitzt. Mit solchen Verschlusselement kann ein sicherer Verschluss des Kabelkanals auch unter sehr hohen Fliehkräften gewährleistet und eine aerodynamische günstige Profil-Außenkontur im Bereich des Kabelkanals sichergestellt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotorblattes ist die Deckhaut mehrschichtig aufgebaut ist und das Kabel zwischen zwei Deckhaut-Schichten einlaminiert. Bei dieser Variante kann das Kabel bereits bei der Herstellung des Rotorblattes in dessen FVW-Struktur integriert werden.

Vorzugsweise ist das Kabel hierbei auf einer dem Profilkern zugewandten Innenseite der Deckhaut angeordnet. Da FVW-Rotorblätter i.d.R. in Negativformen herzustellen sind, wobei die FVW-Schichten der Deckhaut zuerst in der Negativform aufgebaut bzw. laminiert werden, kann das Kabel sogar noch während des Laminiervorgangs auf einfache Art und Weise von innen auf die bereits zuvor laminierten FVW-Schichten der Deckhaut auflaminiert bzw. geklebt werden. Dies vereinfacht nicht nur die Integration des Kabels in die Rotorblattstruktur, sondern führt an der für die Aerodynamik des Rotorblattes wichtigen Außenkontur auch zu keinen Veränderungen und zu keinem Nachbearbeitungsbedarf.

Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die dem Profilkern zugewandte Seite des Kabels von einer mit der Innenseite der Deckhaut verbundenen FVW-Deckschicht überdeckt ist. Auf diese Weise wird das Kabel im Wesentlichen vollständig in die FVW-Struktur der Deckhaut bzw. des Rotorblatt-Profils integriert, sicher gehalten und kann hohe Fliehkräfte aufnehmen.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, das Kabel durch ein Haftmittel an der FVW-Rotorblattstruktur und/oder dem Verschlusselement zu befestigen. Als Haftmittel wird hierbei vorzugsweise ein Haftmittel verwendet, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von Haftmitteln, umfassend: ein Klebemittel, insbesondere ein doppelseitiges Klebeband; ein elastomeres Haftmittel, insbesondere Silikon. Diese Variante eignet sich insbesondere zur Anbringung des Kabels in einem Kabelkanal des Rotorblattes. Es hat sich gezeigt, dass das Haftmittel den hohen Dehnungen der FVW-Struktur des Rotorblattes gut und dauerhaft folgen und das Kabel zuverlässig sichern kann.

Vorzugsweise ist das Kabel in Spannrichtung des Rotorblattes im Wesentlichen geradlinig verlegt ist. So erstreckt sich das Kabel im Wesentlichen parallel zur Richtung der am Rotorblatt auftretenden Fliehkräfte und kann aufgrund des eingangs beschriebenen Aufbaus des erfindungsgemäßen Kabels der Dehnung des FVW-Rotorblattes am besten dauerhaft folgen.

Das Kabel kann in mindestens einer weiteren Ausführungsform der Erfindung jedoch auch sich in Spannweitenrichtung des Rotorblattes erstreckend wellen- oder meanderförmig verlegt sein. Diese Anordnung kann in bestimmten Fällen zur Erhöhung der Dauerfestigkeit und Wechselfestigkeit des Kabels beitragen.

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:
1 eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Kabels gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische, vergrößerte Schnittansicht durch das erfindungsgemäße Kabel entlang der Linien II-II in 1;
3 eine Skizze zur Erläuterung eines wichtigen Auslegungskriteriums für das erfindungsgemäße Kabel;
4 eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Kabels gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Rotorblatt gemäß einer ersten Ausführungsform;
6 eine schematische Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Rotorblattes entlang der Linie VI-VI in 5; und
7 eine schematische Querschnittsansicht eines wesentlichen Teilbereichs eines erfindungsgemäßen Rotorblattes gemäß einer zweiten Ausführungsform.
DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten auch mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich oder sinnvoll ist.
1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen hochdehnbaren Energieübertragungskabels 2 (nachfolgend kurz Kabel 2 genannt) gemäß einer ersten Ausführungsform. In der 2 ist eine schematische, vergrößerte Schnittansicht durch das erfindungsgemäße Kabel 2 entlang der Linie II-II in 1 dargestellt.
In diesem Beispiel umfasst das Kabel 2 einen einzelnen Kabelstrang mit einem ersten Kabelkern 4 aus einem elektrisch isolierenden, elastischen Kunststoffmaterial, und vier erste Kabeladern 6, die in einem vorbestimmten Steigungswinkel spiralförmig, überkreuzungsfrei und locker um den ersten Kabelkern 4 herum gewickelt sind. Die Kabeladern 6 sind als elektrische Leitungen ausgebildet und aus einem Kupferwerkstoff hergestellt. Das Kabel 2 besitzt eine äußere, elektrisch isolierende Isolierungsschicht 8, welche die vier ersten Kabeladern 6 umhüllt.
Der erste Kabelkern 4 ist aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gefertigt. Der Elastizitätsmodul beträgt 420 N/mm². Die Shore-Härte nach ISO 868 ist D55. Die Querkontraktionszahl des ersten Kabelkerns 4 beträgt ca. 0,4. Die Schmelz- bzw. Glasübergangstemperatur des ersten PTFE-Kabelkerns 4 beträgt ca. 327°C und ist größer als die Aushärtetemperatur von ca. 180°C eines thermisch aushärtbaren Epoxyd-Harzes, welches üblicher Weise als Matrix für den Faserverbundwerkstoff eines Hubschrauber-Rotorblattes verwendet wird. Auch der Werkstoff der Isolierungsschicht 8 weist eine entsprechend hinreichende Temperaturbeständigkeit und Dehnungsfähigkeit auf, wobei die Werkstoffe des ersten Kabelkerns 4 und der Isolierungsschicht 8 entweder gleich oder auch unterschiedlich sein können. Insgesamt ist das Kabel 2 so ausgelegt, dass es eine thermische Belastung von ca. 180°C, wie sie bei der Aushärtung eines FVW-Laminats des Rotorblattes auftritt, über mindestens 10 Stunden ohne eine übermäßige Erweichung bzw. Formänderungen erträgt.
Das Verhältnis d/D zwischen dem Durchmesser d einer jeweiligen ersten Kabelader 6 und dem Außendurchmesser D des ersten Kabelkerns 4 beträgt in diesem Beispiel ca. 1:12.
3 zeigt eine Skizze zur Erläuterung eines wichtigen Auslegungskriteriums für das erfindungsgemäße Kabel 2. Dieses Auslegungskriterium ist die maximal zulässige Dehnung ε_L einer einzelnen Kabelader 6 unter der Voraussetzung, dass parallel liegende Einzel-Kabeladern 6 (hier vier Kabeladern 6) auf den Kabelkern 4 gewickelt sind. Aus der Abwicklung einer in spiralförmigen Windungen um den Kabelkern 4 gewickelten Kabelader 6 ergibt sich hierbei der in 3 veranschaulichte geometrischer Zusammenhang.
Hierbei ist:

U:: Umfang des ersten Kabelkerns 4
S:: Steigung (Schlaglänge) einer einzelnen Kabelader 6
D:: Außendurchmesser des ersten Kabelkerns 4
D_min:: Kleinster zulässiger Außendurchmesser des ersten Kabelkerns 4 (Der kleinste zulässige Krümmungsradius der Kabelader 6 ergibt sich aus dessen Herstellerangaben)
d:: Durchmesser einer Kabelader 6
L:: Länge einer über die Schlaglänge "S" abgewickelten Kabelader 6
n:: Anzahl der parallel auf den ersten Kabelkern 4 gewickelten Kabeladern 6 (hier: vier Stück)
ε_K:: Maximale Dehnung des Kabels 2 in einer einlaminierten FVW-Bauteilstruktur
ε_L:: Maximale zulässige Dehnung einer Kabelader 6, z.B. max. zulässige Dehnung an der Dauerfestigkeitsgrenze
α: Steigungswinkel der Wicklung

Die Formel zur Auslegung des Kabels 2 lässt sich wie folgt ableiten. Die Dehnung ε_K des Kabels 2 betrachtet über die Schlaglänge S ergibt sich zu:
Die Dehnung einer Kabelader 6, die auf den ersten Kabelkern 4 aufgewickelt ist, ergibt sich zu:
Damit folgt für das Auslegungskriterium ε_L:
Für den Steigungswinkel α der Wicklung gilt: S/U = tan α
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Kabel 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dieses Kabel 10 in Form eines Flachkabels ist ein hochdehnbares Energie- und/oder Signalübertragungskabel, welches mehrere, d.h. hier zehn nebeneinander liegende Kabelstränge S1 bis S10 besitzt.
Diese Kabelstränge S1 bis S10 sind parallel zueinander zwischen zwei streifenförmigen, folienartigen Trägerschichten 12, 14 aus einem Kunststoffmaterial angeordnet. Die Trägerschichten 12, 14 besitzt im Wesentlichen die gleiche Dehnbarkeit und Mindest-Temperaturbeständigkeit wie der zuvor beschriebene erste Kabelkern 4. Die vier Kabelstränge S1 bis S4 bilden eine jeweils 2-polige elektrische Energieübertragungsleitung C1, C2. Und die verbleibenden sechs Kabelstränge sind sechs jeweils als koaxiale Leitungen ausgeführte Signal-Übertragungsleitungen C3 bis C8. Die zwei Energieübertragungsleitungen C1, C2 sind voneinander sowie von den Signal-Übertragungsleitungen C3 bis C8 jeweils durch einen Trennbereich 16, an dem die beiden Trägerschichten 12, 14 miteinander verbunden sind, voneinander getrennt. Ferner sind die Trägerschichten 12, 14 an ihren seitlichen Rändern 18 miteinander verbunden.
Der Aufbau eines jeweiligen Kabelstrangs S1–S4 der jeweils 2-poligen elektrischen Energieübertragungsleitung C1, C2 entspricht dem des erfindungsgemäßen Kabels 2 nach 1. Die sechs Signal-Übertragungsleitungen C3–C8 besitzen jeweils einen inneren ersten Kabelkern 4 und mindestens eine in einem vorbestimmten Steigungswinkel spiralförmig und überkreuzungsfrei um den ersten Kabelkern 4 herum gewickelte erste, elektrisch leitende Kabelader 6.
Auf der ersten Kabelader 6 ist ein zweiter, hohler, elektrisch isolierender Kabelkern 20 aus PTFE angeordnet, der die erste Kabelader 6 umhüllt. Die Dehnungsfähigkeit, die Temperaturbeständigkeit und die Materialeigenschaften des zweiten Kabelkerns 20 entsprechen denen des ersten Kabelkerns 4. Um den zweiten Kabelkern 20 herum ist in einem vorbestimmten Steigungswinkel überkreuzungsfrei mindestens eine zweite, elektrisch leitende Kabelader 22 gewickelt. Diese zweite Kabelader 22 dient als Abschirmung für die erste Kabelader 6. Die Windungen der ersten und zweiten Kabelader 6, 22 sind in diesem Beispiel zueinander gegenläufig. Im Bereich der sechs Signal-Übertragungsleitungen C3–C8 bilden die zwei Trägerschichten 12, 14 gleichzeitig eine äußere Isolierungsschicht für die zweiten Kabeladern 22. Für die jeweilige zweite Kabelader 22 gilt das oben in Zusammenhang mit 1 und der ersten Kabelader 6 beschriebene Auslegungskriterium analog.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hubschrauber-Hauptrotorblatt 24 aus Faserverbundwerkstoff (FVW) gemäß einer ersten Ausführungsform. Je nach Art des verwendeten FVW besitzt das FVW-Material einen E-Modul von ca. 35.000 bis 100.000 N/mm².
Das Rotorblatt 24 besitzt eine vorbestimmte Profil-Außenkontur (siehe 6) und eine FVW-Rotorblattstruktur mit einer oberen und unteren FVW-Deckhaut 26, 28, sowie einen dazwischen angeordneten Profilkern 30 aus einem Schaumstoff oder einer Wabenstruktur. Ferner verfügt das Rotorblatt 24 in der Nähe der Rotorblattspitze über eine bewegliche Rotorblatt-Klappe 24a. In das Rotorblatt 24 ist eine Funktions-Einrichtung 32 eingebaut. In diesem Beispiel handelt es sich bei der Funktions-Einrichtung 32 um eine mit einem oder mehreren Piezo-Aktuatoren und Sensoren ausgestattete Klappen-Betätigungseinrichtung.
Das Rotorblatt 24 ist mit einem hochdehnbaren Kabel 10 entsprechend der Ausführungsform nach 4 ausgestattet. In der 5 ist das Kabel 10 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet. Diese Kabel 10 ist in die FVW-Rotorblattstruktur integriert und erstreckt sich in Spannweitenrichtung des Rotorblattes 24 ausgehend von einer in der Nähe des Rotorblatthalses 24b befindlichen ersten Schnittstelle 34 im Wesentlichen geradlinig über nahezu die gesamte Rotorblatt-Spannweite bis zu der Funktions-Einrichtung 32, mit der es über eine zweite Schnittstelle 36 verbindbar ist.
6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Rotorblattes 24 entlang der Linie VI-VI in 5. Wie aus der 6 deutlich zu erkennen ist, ist das Kabel 10 in dieser Ausführungsform auf der dem Profilkern 30 zugewandten Innenseite der oberen FVW-Deckhaut 26 angeordnet. Die dem Profilkern 30 zugewandte Seite des Kabels 10 ist von einer mit der Innenseite der oberen FVW-Deckhaut 26 verbundenen FVW-Deckschicht 26b überdeckt, die an dieser Stelle einen Teil der oberen FVW-Deckhaut bildet. Mit anderen Worten ist die obere FVW-Deckhaut 26 mehrschichtig aufgebaut, und das Kabel 10 ist zwischen zwei FVW-Deckhaut-Schichten 26a, 26b einlaminiert. Im Bereich der Funktions-Einheit 32 (siehe 5) kann die Deckhaut 26, 28 bzw. die FVW-Deckschicht einen Durchbruch besitzen, durch den hindurch das Kabel 10 zu der Funktions-Einrichtung 32 bzw. der zweiten Schnittstelle 36 geführt ist.
Das Rotorblatt 24 wird im Flugbetrieb des Hubschraubers mit einer Fliehkraft von ca. 1000 g belastet, die gleichermaßen auf das in das Rotorblatt 24 integrierte Kabel 10 wirkt. Hierbei dehnt sich die FVW-Struktur des Rotorblattes 24 in Spannweitenrichtung reversibel um ca. 3%. Die reversible, dauerfeste Dehnbarkeit ε_K des Kabels 10 in seiner Längsrichtung beträgt daher mindestens dieser reversiblen Dehnbarkeit ε_L des FVW-Materials des Rotorblattes in dessen Spannweitenrichtung unter der besagten, maximal auftretenden Fliehkraftbelastung, d.h.: ε_L >= 3%. Von diesem Wert kann im Rahmen zulässiger Toleranzbereiche geringfügig abgewichen werden. Der erforderliche Wert von ε_L wird durch die zuvor beschriebene Konstruktion des verwendeten erfindungsgemäßen Kabels 2 und 10 sowie durch Erfüllung des o.g. Auslegungskriteriums erreicht.
7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines wesentlichen Teilbereichs eines erfindungsgemäßen Rotorblattes gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Rotorblatt 24 selbst sowie der Verlauf des Kabels bzw. der Kabel 10 entsprechen weitgehend der Ausführungsform nach 5. Es werden jedoch zwei übereinander geordnete Flachkabel 10, 10 verwendet. Bei der Variante nach 7 besitzt das Rotorblattprofil zudem einen sich hauptsächlich in Spannweitenrichtung des Rotorblattes 24 erstreckenden, von der Profilaußenseite her zugänglichen und einen Teil der FVW-Rotorblattstruktur bildenden Kabelkanal 38, in dem die Kabel 10, 10 fixierbar ist. Der Kabelkanal 38 ist hier im Bereich der oberen Deckhaut 26 angeordnet und zur Oberseite des Rotorblattprofils hin offen.
Das erste, untere Flachkabel 10 ist mittels eines am Boden des Kabelkanals 38 angeklebten ersten Streifens eines doppelseitigen Klebebandes 40 im Kabelkanal 38 fixiert. Auf das erste Flachkabel 10 wiederum ist ein zweiter Streifen des doppelseitigen Klebebandes 40 geklebt. Auf die Oberseite dieses zweiten Streifens 40 ist das zweite Flachkabel 10 aufgeklebt. Auf die Oberseite des zweiten Flachkabels 10 wiederum ist als Zwischenlage ein dritter Streifen des doppelseitigen Klebebandes 40 (oder alternativ auch ein einseitiges Klebeband) aufgeklebt. Darüber ist eine Schicht aus einem Abdecklack 42 aufgetragen. Der verbleibende Freiraum des Kabelkanals 38 ist mit einer als Verschlusselement dienen Spachtelmasse 44 ausgefüllt, deren Außenseite sauber und bündig mit der Soll-Außenkontur 24_S des Rotorblatt-Profils verschliffen ist. Die Außenseite der Spachtelmasse 44 ist zweckmäßiger Weise mit einer geeigneten Lackierung bzw. Schutzschicht bedeckt. Anstelle eines doppelseitigen Klebebandes 40 könnte auch ein andere geeignetes Haft- oder Klebemittel, wie z.B. mindestens eine Schicht aus einer dauerelastischen Klebemasse oder dergleichen verwendet werden.
Bei der Variante nach 7 können die Kabel 10 im Falle eines Versagen wieder relativ einfach und ohne eine Beschädigung der FVW-Struktur des Rotorblattes 24 entfernt und neue Kabel 10 eingebaut werden.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen des Schutzumfangs können das erfindungsgemäße Kabel und das erfindungsgemäße Rotorblatt auch andere als die oben konkret beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Das Kabel kann insbesondere an seiner äußeren Isolierschicht oder an seiner Trägerschicht eine Oberflächenstruktur aufweisen, welche eine stärkere Haftung an einem FVW und besonders dessen Matrix-Harz fördert.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

2: Kabel
4: Erster Kabelkern
6: Erste Kabeladern
8: Isolierungsschicht
10: Flachkabel
12: Trägerschicht
14: Trägerschicht
16: Trennbereiche
18: Seitenränder von 12, 14
20: Zweiter, hohler Kabelkern
22: Zweite Kabeladern
24: FVW-Rotorblatt
24a: Rotorblatt-Klappe
24b: Rotorblatthals
24_S: Soll-Außenkontur von 24
26: Obere FVW-Deckhaut von 24
26a: FVW-Deckhaut-Schicht von 26
26b: FVW-Deckhaut-Schicht von 26
28: Untere FVW-Deckhaut von 24
30: Profilkern
32: Funktions-Einrichtung
34: Erste Schnittstelle
36: Zweite Schnittstelle
38: Kabelkanal
40: Doppelseitiges Klebeband
42: Abdecklack
44: Spachtelmasse
C1, C2: Elektrische Energieübertragungsleitungen
C3–C8: Signal-Übertragungsleitungen
d: Durchmesser von 6
D: Außendurchmesser von 8
S1–S10: Kabelstränge

Claims

Hochdehnbares Energie- und/oder Signalübertragungskabel (2; 10; C1 bis C8), umfassend mindestens einen Kabelstrang (S1–S10) mit – zumindest einem ersten Kabelkern (4) aus einem elektrisch isolierenden, elastischen Kunststoffmaterial; und – mindestens eine erste Kabelader (6), die in einem vorbestimmten Steigungswinkel spiralförmig und überkreuzungsfrei um den ersten Kabelkern (6) herum gewickelt ist.
Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Koaxial-Kabel (C3–C8) ausgestaltet ist und mindestens einen zweiten, hohlen, elektrisch isolierenden Kabelkern (20) besitzt, der die mindestens eine erste Kabelader (6) umhüllt, und mindestens eine zweite Kabelader (22) vorgesehen ist, die in einem vorbestimmten Steigungswinkel überkreuzungsfrei um den zweiten Kabelkern (20) herum gewickelt ist.
Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Flachkabel (10) mit mehreren nebeneinander und/oder übereinander liegenden Kabelsträngen (S1–S10) ausgestaltet ist.
Kabel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine äußere, elektrisch isolierende Isolierungsschicht (8; 12, 14) aufweist, welche die mindestens eine erste und/oder zweite Kabelader (6; 22) umhüllt.
Kabel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mehrere Kabelstränge (S1–S10) besitzt, die auf mindestens einer streifenförmigen, elastischen Trägerschicht (12, 14) angeordnet sind.
Kabel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (12, 14) die äußere Isolierungsschicht der mindestens einen ersten oder zweiten Kabelader (22) bildet.
Kabel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des ersten und/oder zweiten Kabelkerns (4; 20) ein Material ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von Materialien, umfassend: ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) Polyurethan (PUR), Silikon; ein Elastomerwerkstoff, einschließlich ein thermoplastischer Elastomerwerkstoff, einschließlich Elastomerlegierungen, insbesondere Naturkautschuk oder Butadien-Kautschuk; ein Schaumstoff, ein elektrisch nicht leitender Faserverbundwerkstoff, insbesondere ein Glasfaserverbundwerkstoff.
Kabel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste und/oder zweite Kabelader (6; 22) eine Kabelader ist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe von Kabeladern, umfassend: eine elektrisch leitendende Ader, insbesondere eine Ader aus einem Metallwerkstoff, insbesondere einem Kupferwerkstoff; eine faseroptische Ader, insbesondere eine Glasfaser-Ader; eine Hybrid-Aderstruktur, die nebeneinander angeordnet sowohl elektrisch leitende Aderanteile als auch faseroptische Faseranteile besitzt.
Kabel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder zweite Kabelkern (4; 20) einen Elastizitätsmodul besitzt, der in einem Bereich von 200 bis 1600 N/mm2 liegt, insbesondere 350 bis 1500 N/mm2, insbesondere 375 bis 1000 N/mm², insbesondere 400 bis 700 mm², insbesondere 420 bis 550 N/mm2.
Kabel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste oder zweite Kabelkern (4; 20) eine Shore-Härte nach ISO 868 besitzt, die in einem Bereich von D30 bis D90, insbesondere D35 bis D70, insbesondere D40 bis D60, insbesondere D45 bis D58 liegt und insbesondere ca. D55 beträgt.
Kabel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder zweite Kabelkern (4; 20) eine Querkontraktionszahl besitzt, die in einem Bereich von 0,3 bis 0,5, insbesondere 0,35 bis 0,45, insbesondere 0,38 bis 0,42 liegt und insbesondere ca. 0,4 beträgt.
Kabel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste oder zweite Kabelader (6; 22) locker um den ersten oder zweiten Kabelkern (4; 20) gewickelt ist.
Kabel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ersten oder zweiten Kabelkern (4; 20) eine komprimierbare, gummielastische Schicht angeordnet ist, um die herum die mindestens eine erste oder zweite Kabelader (6; 22) mit einer durch die Rückstellkraft der Schicht erzeugten vorbestimmten geringen Vorspannung überkreuzungsfrei gewickelt ist.
Kabel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei in Längsrichtung des Kabels aufeinanderfolgenden Windungen der mindestens einen erste oder zweiten Kabelader ein Zwischenraum vorhanden ist.
Kabel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum mit einem gummielastischen Füllmaterial ausgefüllt ist.
Kabel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum mit einem flüssigen oder pastösen elektrisch leitenden Medium ausgefüllt ist.
Kabel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis d/D zwischen dem Durchmesser D der ersten oder zweiten Kabelader (6; 22) und dem Außendurchmesser D des ersten oder zweiten Kabelkerns (4; 20) in einem Bereich von 1:50 bis 1:3, insbesondere 1:30 bis 1:5, insbesondere 1:20 bis 1:10 liegt.
Kabel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder zweite Kabelkern (4; 20) eine Schmelz bzw. Glasübergangstemperatur besitzt (z.B. ca. 327°C für PTFE), die größer als die Aushärtetemperatur eines thermisch aushärtbaren Matrix-Harzes eines Faserverbundwerkstoffes, insbesondere eines thermisch aushärtbaren Epoxydharzes, ist.
Faserverbundwerkstoff-Rotorblatt (24), insbesondere eines Drehflügelflugzeugs, mit einem vorbestimmten Rotorblattprofil, das eine vorbestimmte Profil-Außenkontur besitzt, umfassend – eine FVW-Rotorblattstruktur mit einer oberen und unteren Deckhaut (26; 28) und einem dazwischen angeordneten Profilkern (30); und – mindestens ein in die FVW-Rotorblattstruktur in Spannweitenrichtung des Rotorblattes (24) integriertes hochdehnbares Kabel (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, das mit einer an der oder in der FVW-Rotorblattstruktur anbringbaren Funktions-Einrichtung (32) verbindbar (36) ist.
Rotorblatt (24) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die reversible, maximal zulässige Dehnbarkeit ε_L des Kabels (10) in seiner Längsrichtung mindestens der reversiblen Dehnbarkeit ε_LVW des FVW-Materials des Rotorblattes (24) in dessen Spannweitenrichtung unter einer auslegungsbedingten vorbestimmten maximalen Fliehkraftbelastung F_Fmax entspricht: ε_L >= ε_FVW.
Rotorblatt (24) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblattprofil einen sich hauptsächlich in Spannweitenrichtung des Rotorblattes (24) erstreckenden, von der Profilaußenseite her zugänglichen und einen Teil der FVW-Rotorblattstruktur bildenden Kabelkanal (38) besitzt, in dem das Kabel (10) fixierbar (40; 44) ist.
Rotorblatt (24) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Verschlusselement (44) besitzt, mit dem der Kabelkanal (38) bündig zur Profil-Außenkontur (24_S ) verschließbar ist.
Rotorblatt (24) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement ein Verschlusselement ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von Verschlusselementen, umfassend: einen Deckel; eine Deckklappe; eine Füllmasse, insbesondere eine FVW-Füllmasse, eine duromere Füllmasse, eine thermoplastische Füllmasse, eine elastomere Füllmasse, eine als Spachtelmasse (44) ausgebildete Füllmasse, eine als Haftmittel ausgestaltete Füllmasse, die gleichzeitig ein Befestigungsmittel zur Fixierung des Kabels im Kabelkanal bildet, eine schmelzbare Füllmasse, deren Schmelztemperatur kleiner als die Aushärtetemperatur eines Matrix-Harzes des FVW-Materials des Rotorblattes ist; ein Schaummaterial, insbesondere ein Schaummaterial, das eine der Außenkontur des Rotorblattprofils zugeordnete und mit dieser bündig anzuordnende Schutzhaut besitzt.
Rotorblatt (24) nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckhaut (26, 28) mehrschichtig aufgebaut ist und das Kabel (10) zwischen zwei Deckhaut-Schichten (26a, 26b) einlaminiert ist.
Rotorblatt (24) nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (10) auf einer dem Profilkern ()30 zugewandten Innenseite der Deckhaut (26) angeordnet ist.
Rotorblatt (24) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das die dem Profilkern (30) zugewandte Seite des Kabels (10) von einer mit der Innenseite der Deckhaut (26) verbundenen FVW-Deckschicht (26b) überdeckt ist.
Rotorblatt (24) nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (10) durch ein Haftmittel (40) an der FVW-Rotorblattstruktur und/oder dem Verschlusselement befestigt ist, und das Haftmittel ausgewählt ist aus einer Gruppe von Haftmitteln, umfassend: ein Klebemittel, insbesondere ein doppelseitiges Klebeband (40); ein elastomeres Haftmittel, insbesondere Silikon.
Rotorblatt (24) nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (10) in Spannrichtung des Rotorblattes (24) im Wesentlichen geradlinig verlegt ist.
Rotorblatt (24) nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (10) sich in Spannweitenrichtung des Rotorblattes (24) erstreckend wellen- oder meanderförmig verlegt ist.