DE69101015T2 - Rotoren. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf Rotoren und betrifft insbesondere Rotoren mit einer Drehachse und einer Anzahl von sich radial erstreckenden Rotorblättern, die in einer Drehebene rotieren, die in jeder Richtung bezüglich der Drehachse gekippt werden kann. Solche Rotoren werden manchmal als Kardanrotoren bezeichnet und können in herkömmlichen Hubschraubern entweder als Haupttragrotor oder als Gegenmomentrotor verwendet werden, wie auch als Trag-/Antriebsmotor bei Schwenkflügel- oder Schwenkrotor-VTOL-Flugzeugen.
• Die EP-A-0221372 beschreibt einen Anschluß für konstante Geschwindigkeit zur Verwendung in solchen Rotoren, der sechs gummiartige Lagerbaugruppen umfaßt, die konzentrisch um eine Drehachse und mit ihren Achsen parallel zur Drehachse angeordnet sind. Jede gummiartige Lagerbaugruppe umfaßt konzentrisch angeordnete zylindrische und sphärische, gummiartige Lagerabschnitte, was eine Schwierigkeit zur Folge haben kann, optimale Eigenschaften in allen Betriebsebenen zu erzielen, und wodurch große Lagerungen notwendig sein können, die in einer Betriebsanordnung unpraktisch sein können.
• Die US-A-4804352 beschreibt eine Gelenktypkopplung, die zum Verbinden einer Antriebswelle mit einer Rotornabe in einem Luftfahrzeug verwendet werden kann, und die eine Anzahl von Gelenken aufweist, die in Bezug auf antreibende und angetriebene Teile tangential angeordnet ist und damit über sphärische, gummiartige Lagerungen an jedem Ende verbunden ist. Jedes Gelenk ist mit dem Antriebsteil durch einen Wellenstutzen verbunden, der sich im allgemeinen tangential vom Antriebsteil erstreckt. In einer solchen Anordnung müssen alle die hochkomplexen Bewegungen, die notwendig sind, um das Kippen des Rotorkopfs in jeder Richtung relativ zur Drehachse zu ermöglichen, in den einzelnen sphärischen Lagerungen aufgenommen werden, welche ebenfalls die gesamte Drehmomentlast aufnehmen müssen.
• Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Probleme der bekannten Bauweisen zu überwinden.
• Demgemäß schafft die Erfindung einen Rotor mit einem Rotorkopf, der eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Rotorblättern zur Drehung um eine Achse trägt und ein Antriebsteil aufweist, das benachbart zu einem Ende einer Antriebswelle gegen Verdrehen fixiert ist und eine Mehrzahl von einen gleichmäßigen Abstand aufweisenden Antriebszapfen hat wobei das besagte Antriebsteil wenigstens drei Antriebszapfen hat, die sich radial von der Drehachse und in einer Drehebene senkrecht zur Achse erstrecken, wobei jeder Antriebszapfen in einer gummiartigen Lageranordnung sitzt, die eine sphärische, gummiartige Lagerung hat, die auf den Antriebszapfen zentriert ist, und eine gummiartige Scherungslagerung, die in der Drehebene angeordnet ist und parallel zur Drehachse ausgerichtet ist, wobei ein Kardangehäuse an den gummiartigen Scherungslagerungen befestigt ist und ein Rotorjoch zur Befestigung der Rotorblätter trägt, eine sphärische, gummiartige Schublagerung am Kardangehäuse befestigt ist, deren geometrisches Zentrum am Schnittpunkt der Drehachse und der Drehebene des Antriebsteils angeordnet ist, wodurch der Rotor im Betrieb in jede Richtung um das Zentrum gekippt werden kann.
• Das Antriebsteil kann eine ungerade Anzahl von Antriebszapfen haben, und in einer Ausführungsform kann das Antriebsteil drei Antriebszapfen haben. In einer solchen Ansführungsform kann die Antriebswelle konzentrisch innerhalb einer rohrförmigen Rotorantriebswelle angeordnet sein, und ein inneres Ende der Antriebswelle kann innerhalb der Rotorantriebswelle über flexible Kupplungsmittel befestigt sein, die ein Drehmoment übertragen können, wobei sie axiale Relativbewegungen zulassen.
• Das flexible Kupplungsmittel kann in Eingriff stehende, axiale Keilnuten umfassen, und in einer solchen Ausführungsform kann die sphärische, gummiartige Schublagerung am Ende der Rotorantriebswelle befestigt sein.
• Alternativ kann das Antriebsteil eine gerade Anzahl van Antriebszapfen haben, und in einer Ausführungsform kann das Antriebsteil sechs Antriebszapfen haben. In einer solchen Ausführungsform kann die sphärische, gummiartige Schublagerung gegen Verdrehen am oberen Ende einer Rotorantriebswelle fixiert sein.
• Vorzugsweise umfaßt jede gummiartige Schublagerung zwei gummiartige Schublagerungen, die jeweils auf einer Seite der sphärischen, gummiartigen Lagerung angeordnet sind.
• Wenn der Rotor nicht gekippt ist, kann die Stellung des Rotorjochs und der daran befestigten Rotorblätter mit der Drehebene des Antriebsteils zusammenfallen.
• Die Erfindung schafft auch einen Rotor mit einem Rotorkopf, der eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Rotorblättern zur Drehung um eine Achse trägt und ein Antriebsteil aufweist, das benachbart zu einem äußeren Ende einer Antriebswelle gegen Verdrehen fixiert ist, die konzentrisch innerhalb einer rohrförmigen Rotorantriebswelle angeordnet ist, wobei ein inneres Ende innerhalb der Rotorantriebswelle durch flexible Kupplungsmittel befestigt sind, die Drehmoment übertragen können und axiale Relativbewegungen zulassen, wobei das besagte Antriebsteil drei einen gleichen gegenseitigen Abstand aufweisende Antriebszapfen hat, die sich radial von der Drehachse und in einer Drehebene senkrecht zur Achse erstrecken, jeder Antriebszapfen in einer gummiartigen Lagerungsanordnung sitzt, die eine sphärische, gummiartige Lagerung hat, die auf den Antriebszapfen zentriert ist, und zwei gummiartige Schublagerungen, die jeweils auf einer Seite der sphärischen Lagerung in der Drehebene liegen und parallel zur Drehachse ausgerichtet sind, ein Kardangehäuse an den gummiartigen Schublagerungen befestigt ist und ein Rotorjoch zur Befestigung der Rotorblätter trägt, und wobei eine sphärische, gummiartige Schublagerung am Kardangehäuse befestigt ist, die ihr geometrisches Zentrum auf dem Schnittpunkt der Drehachse und der Drehebene des Antriebsteils hat, wodurch der Rotor im Betrieb in jeder Richtung um das Zentrum gekippt werden kann.
• Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
• Fig. 1 eine bruchstückhafte, geschnittene Seitenansicht eines Hubschrauberrotors ist, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist,
• Fig. 2 eine bruchstückhafte Schnittansicht entlang Linien A-A in Fig. 1 ist,
• Fig. 3 eine Seitenansicht gemäß Pfeil B in Fig. 2 ist,
• Fig. 4 eine seitliche Schnittansicht eines Hubschrauberrotors ist, der entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist,
• Fig. 5 eine bruchstückhafte Schnittansicht entlang Linien C-C in Fig. 4 ist,
• Fig. 6 eine seitliche Schnittansicht eines Hubschrauberrotors ist, der entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist,
• Fig. 7 eine Schnittansicht entlang Linien D-D in Fig. 6 ist,
• Fig. 8 eine zum Teil geschnittene Draufsicht gemäß Pfeil E in beiden Ausführungsformen der Fig. 4 und 6 der Erfindung ist, und
• Fig. 9 bis 11 allgemeine, schematische Erläuterungen von Betriebseigenschaften der verschiedenen Ausführungsformen sind.
• Bezugnehmend auf Fig. 1 bis 3 umfaßt ein Rotor 11 für einen Gegenmomentrotor eines Hubschraubers eine rohrförmige Rotorantriebswelle 12, die zur Drehung um eine Achse 16 auf einen Abstand aufweisenden Lagerungen 13 und 14 in einem Getriebegehäuse 15 gehalten ist. Ein unteres Ende der Welle 12 ist drehfest mit einem Antriebszahnrad 17 verbunden, und ein oberes Ende steht aus dem Getriebegehäuse 15 vor, um an seinem oberen Ende einen Rotorkopf 18 zu tragen, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben wird.
• Ein unteres Ende einer inneren, rohrförmigen Antriebswelle 19 ist innerhalb des unteren Endes der Welle 12 mittels flexibler Kupplungsmittel 20 angeschlossen, die in der dargestellten Ausführungsform aus in Eingriff stehenden, axialen Keilnuten 21 bestehen, die eine begrenzte, axiale Relativbewegung zulassen. Die Außenfläche der Antriebswelle 19 weist gegenüber der Innenfläche der Welle 12 einen Abstand auf, und die innere Welle 19 steht von deren oberem Ende vor, um ein Antriebsteil 22 zu tragen, welches durch in Eingriff stehende Keilnuten 22 drehfest mit der inneren Welle 19 verbunden ist.
• Das Antriebsteil 22 umfaßt drei einen gleichen gegenseitigen Abstand aufweisende Antriebszapfen 24, die sich radial zur Drehachse 16 erstrecken und in einer Drehebene 25 angeordnet sind, die senkrecht zur Drehachse 16 ist. Jeder Antriebszapfen 14 ist mit einer gummiartigen Lageranordnung 26 verbunden, die an einem Kardangehäuse 27 befestigt ist, welches ein flanschartiges unteres Ende hat, das an einem mittleren Flansch 28 einer sphärischen, gummiartigen Schublagerung 29 befestigt ist, die drehfest am oberen Ende der Rotorantriebswelle 12 fixiert und mittels einer Haltemutter 30 gehalten ist.
• Die Schublagerung 29 hat ein geometrisches Zentrum 29a, das am Schnittpunkt der Drehachse 16 und der Drehebene 25 des Antriebsteils 22 angeordnet ist.
• Das Kardangehäuse 27 trägt weiterhin über einen Befestigungsring 31 ein ringförmiges Joch 32, das mit der Drehebene 25 zusammenfällt, wenn der Rotor nicht gekippt ist, wie in Fig. 1 dargestellt, und dazu verwendet wird, um eine Anzahl sich radial erstreckender Rotorblätter (nicht dargestellt) daran zu befestigen, wie nachfolgend im einzelnen in Bezug auf die anderen Ausführungsformen beschrieben wird. Bei dieser Ausführungsform sei bemerkt, daß eine normale, ungekippte Rotorebene 35 des Rotorjochs 32 und damit der daran befestigten Rotorblätter mit der Drehebene 25 des Antriebsteils 22 übereinstimmt. Gummiartige Lagerungen sind bekannt und umfassen Schichten eines gummiartigen Materials, die durch eine Reihe nicht dehnbarer Teile wie z.B. Metallscheiben voneinander getrennt und damit verbunden sind.
• Jede gummiartige Lagerbaugruppe 26 umfaßt eine sphärische, gummiartige Lagerung 33 mit einer inneren Befestigungshülse 53, die drehfest über Bolzen 54 (Fig. 2) mit dem Antriebszapfen 24 verbunden ist. Eine innere, gummiartige Schicht der Lagerung 23 ist mit einer äußeren, sphärischen, konvexen Fläche 53a der Hülse 53 verbunden, und eine äußere, gummiartige Schicht ist mit einer inneren, konkaven Fläche 55a eines äußeren, ringförmigen Befestigungsteils 55 verbunden. Die sphärische Lagerung 33 ist zwischen einem Paar flacher, gummiartiger Schublagerungen 34 angeordnet, die auf jeder Seite der sphärischen Lagerung in der Drehebene 25 liegen und in einer Ebene parallel zur Drehachse 16 ausgerichtet sind. Eine innere, gummiartige Schicht einer jeden Lagerung 34 ist mit einer äußeren, ebenen Fläche 55b eines äußeren Befestigungsteils 55 verbunden, und eine äußere, gummiartige Schicht ist mit einer ebenen Fläche 56a eines Befestigungsarms 56 verbunden, der seinerseits am Kardangehäuse 27 befestigt ist.
• Nunmehr auf die Ausführungsform in Fig. 4 und 5 bezugnehmend, sind gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung von Teilen verwendet worden, die denen der vorangehenden Ausführungsform ähnlich sind.
• Danach hat das Antriebsteil 22 sechs mit gleichem gegenseitigen Abstand sich radial erstreckende Antriebszapfen 24 (wovon nur drei gezeigt sind) die jeweils in einem gummiartigen Lageraufbau 26 angeordnet sind, der ähnlich aufgebaut ist wie der der vorangehenden Ausführungsform. Die Lageranordnungen 26 sind an einem ringförmigen Kardangehäuse 27 befestigt, welches eine zweiteilige, sphärische, gummiartige Schublagerung 29 trägt, dessen geometrisches Zentrum 29a am Schnittpunkt der Drehachse 16 und der dazu senkrechten Drehebene 25 des Antriebsteils 22 liegt.
• Zu dieser Ausführungsform sei bemerkt, daß das Antriebsteil 22 mittels in Eingriff stehender Keilnuten 36 drehfest an der Außenfläche der Rotorantriebswelle 12 fixiert ist. Die Schublagerung 29 ist ebenfalls wie oben an der Rotorantriebswelle 12 befestigt.
• Das Kardangehäuse 27 trägt wiederum ein Rotorjoch 32, das in dieser Ausführungsform an einem oberen Ende davon angeordnet ist, so daß seine Drehebene 35 einen axialen Abstand von der Drehebene 25 des Antriebsteils 22 aufweist. Das Rotorjoch 32 beinhaltet vier sich radial erstreckende, einteilig damit ausgebildete Arme 37, die jeweils einen flexiblen Zwischenbereich 38 aufweisen, der in einer zur Drehebene 35 senkrechten Ebene flexibel ist.
• Innere und äußere Öffnungen 39 und 40 sind durch jeden Arm 37 hindurch angebracht, wobei die innere Öffnung 39 eine sphärische, gummiartige Lagerung 41 aufnimmt. die auf einem Zapfen 42 zentriert ist, welcher am Joch 32 befestigt ist und ein inneres Ende eines Torsionsrohrs 43 trägt. Ein Blattverstellarm 44 ist am inneren Ende des Torsionsrohrs 43 angebracht, um im Betrieb in bekannter Weise mit einer Blattverstellsteuereinrichtung (nicht dargestellt) verbunden zu werden.
• Ein Zentrierzapfen 45 auf einer Innenfläche der äußeren Öffnung 40 ist in einer Zapfenlagerung 46 angeordnet, die in einer Säule 47 gehalten ist, welche das äußere Ende des Torsionsrohrs 43 abstützt und auch das Ansatzende 48 des Rotorblatts (nicht dargestellt) trägt. Eine zylindrische, gummiartige Lagerung 49 ist zwischen der Säule 47 und einer Außenfläche der äußeren Öffnung 40 angeordnet.
• Die Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 ist ähnlich wie die nach Fig. 4 und 5 und wiederum sind zur Bezeichnung ähnlicher Telle gleiche Bezugszeichen verwendet.
• In dieser Ausführungsform ist das Rotorjoch 32 am Mittelpunkt des Kardangehäuses 27 gehalten, so daß die Drehebene 35 des nicht gekippten Rotors mit der Drehebene 25 des Antriebsteils 22 übereinstimmt, welche wiederum den geometrischen Mittelpunkt 29a der Lagerung 29 schneidet. Die Befestigung der vier Rotorblätter über die Ansatzenden 48 ist identisch mit der unter Bezugnahme auf die Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 vorangehend beschriebene.
• Diese Ausführungsform ist insbesondere zur Verwendung als Gegenmomentrotor für einen Hubschrauber ausgelegt, und zu diesem Zweck erstrecken sich die Blattverstellsteuerarme 44 von einer Befestigung am Torsionsrohr 43 nach vorn, um an den Enden der Blattverstellsteuerstangen 50 angeschlossen zu werden, die von einem Steuerarmkreuz 51 getragen werden, welches am Ende einer Blattverstellsteuerspindel 52 befestigt ist, die konzentrisch durch die Rotorantriebswelle 12 verläuft.
• Fig. 8 ist ähnlich wie Fig. 3 und zeigt die in den Ausführungsformen von Fig. 4 bis 7 verwendeten gummiartigen Lageranordnungen 26 im einzelnen. Danach ist jeder der sechs Antriebszapfen 24 zentral in der sphärischen, gummiartigen Lagerung 33 angeordnet, die ihrerseits zwischen den beiden gummiartigen Scherungslagerungen 34 gehalten ist, die in der Drehebene 25 angeordnet und parallel zur Drehachse 16 ausgerichtet sind. Die gummiartigen Scherungslagerungen 34 sind am Kardangehäuse 27 befestigt welches wiederum an einem sphärischen, gummiartigen Schublager 29 befestigt ist, das auf der Rotorantriebswelle 12 gehalten ist.
• Es wird deutlich, daß die Rotorblattbefestigungseinrichtung nach Fig. 4 bis 7 auch dazu verwendet werden könnte, um eine gewünschte Anzahl Rotorblätter an dem Rotor der Ausführungsform nach Fig. 1 zu befestigen.
• Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Rotoren wird Drehmoment von einem Übertragungssystem durch die innere Antriebswelle 19 der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 und durch die Rotorantriebswelle 12 in den Ausführungsformen nach Fig. 4 bis 8 übertragen, um das Antriebsteil 22 um die Achse 16 zu drehen. Drehmoment wird durch die sphärische Lagerung 33 und die Scherungslager 34 der gummiartigen Lageranordnungen 26 zum Kardangehäuse 27 und von dort durch das Rotorjoch 32 zur Drehung der daran befestigten Rotorblätter übertragen.
• Zentrifugalkräfte werden durch die zylindrischen, gummiartigen Lagerungen 49 in die integralen Arme 37 des Rotorjochs 32 übertragen.
• Änderungen des Anstellwinkels der befestigten Rotorblätter werden durch eine Blattverstellsteuereinrichtung ausgeführt, z.B. Stangen 50, Armkreuz 51 und Spindel 52, sowie durch Blattverstellarme 44, um die Torsionsrohre 43 auf den Lagerungen 41 und 46 zu drehen. und werden durch Scherungsbewegung der zylindrischen, gummiartigen Lagerung 49 aufgenommen.
• Eine konische Bewegung der Rotorblätter, wenn alle Blätter gleichzeitig eine Schlagbewegung ausführen, werden in den flexiblen Abschnitten 38 der Arme 37 aufgenommen, und Schubkräfte in beiden Richtungen werden durch das Joch 32 und die sphärische, gummiartige Schublagerung 29 und die Rotorantriebswelle 12 übertragen.
• Die vorliegende Erfindung erlaubt das Kippen der Drehebene 35 des Rotorjochs 32 und daran befestigter Rotorblätter in jeder Richtung um das geometrische Zentrum 29a des Schublagers 29, wobei die Steifigkeit beim Kippen durch die gummiartigen Lageranordnungen 26 und das gummiartige Schublager 29 bereitgestellt wird. Während der Fehlausrichtung, die beim Kippen der Rotationsebene 35 auftritt, schafft die Verbindung zwischen dem Antriebsteil 22 und den gummiartigen Lageranordnungen 26 einen Anschluß mit nahezu konstanter Geschwindigkeit, um die negativen Auswirkungen der Corioliskraft zu minimieren.
• Beim Erzeugen des erforderlichen Kippens des erfindungsgemäßen Rotors tritt eine Anzahl gleichzeitiger Bewegungen in den verschiedenen gummiartigen Lagerungen des Rotorkopfs 18 auf. Auf diese Weise wird ein Kippen des Kardangehäuses 27 relativ zur Antriebswelle (12 oder 19) durch die sphärische, gummiartige Schublagerung 29 aufgenommen, die auch einen gewünschten Mittelpunkt aufrechterhält, um den das Kippen stattfindet und der mit dessen geometrischem Mittelpunkt 29a übereinstimmt. Ein Kippen des Kardangehäuses 27 relativ zu den drei oder sechs Antriebszapfenteilen 22 wird durch die gummiartigen Lageranordnungen 26 aufgenommen, während ein wirkswaer Kraftweg zur Drehmomentübertragung aufrechterhalten wird.
• Fig. 9 bis 11 enthalten im allgemeinen schematische Erläuterungen zu den komplexen Bewegungen, die in den gummiartigen Lageranordnungen 26 und im gummiartigen Schublager 29 beim Kippen des Kardangehäuses 27 relativ zur Drehachse 16 der Rotorantriebswelle 12 aufgenommen werden.
• Fig. 9a ist eine schematische Seitenansicht eines Rotors gemäß dieser Erfindung. Das Kardangehäuse 27 ist in einem nicht gekippten Zustand mit ausgezogenen Linien und um einen Winkel β um eine Querachse 57, die mit dem Fokalpunkt 29a übereinstimmt und senkrecht zur Achse 16 ist, nach vorn gekippt mit der gestrichelten Linie 27a dargestellt. Es ist klar, daß sich das Antriebsteil 22 um einen Betrag ΔF verkürzt wenn es entlang Pfeil F (s. auch Fig. 9b) betrachtet wird, und daß gleichzeitig eine Bewegung aus der Ebene heraus zwischen den Punkten X und X¹ der Größe ΔS erfolgt, wenn entlang Pfeil G (s. auch Fig. 9c) betrachtet wird. Im Betrieb wird ΔS durch Scherung der gummiartigen Scherlager 34 in einer Richtung parallel zur Drehachse 16 aufgenommen, während die Verkürzung ΔF durch Scherung der gummiartigen Scherlager 34 der gummiartigen Lageranordnungen 26 in einer Richtung senkrecht zur Drehachse aufgenommen wird.
• Die gewünschte, relative Verkantungsbewegung zwischen dem Kardangehäuse 27 und den Antriebsteil 22, die gleich dem Kippwinkel β ist, wird durch Scherbewegung in den sphärischen, gummiartigen Lagerungen 33 der gummiartigen Lageranordnungen 26 aufgenommen, wie gestrichelt in Fig. 10a dargestellt.
• Nochmals unter Bezugnahme auf Fig. 9b und auch auf Fig. 10b ist es auch notwendig, die komplexere Bewegung des Punktes Y zu betrachten, der weder auf der Querachse 57 noch auf einer zur Querachse senkrechten Achse (wie Punkt X) liegt. Es sei bemerkt, daß der Punkt Y einer Verkürzung zwischen Y'Y (ΔFY) relativ zum Kardangehäuse 27 unterliegt, die senkrecht zur Querachse 57 und nicht rein radial ist, wie durch Pfeil 58 in Fig. 10b angegeben. Daher hat die Verkürzungsbewegung Y'Y eine Radialkomponente ΔFYR und eine Tangentialkomponente ΔFYT, wie in Fig. 10c angegeben.
• Die Radialkomponente ΔFYR wird durch eine Scherbewegung der gummiartigen Scherungslager 34 in gleicher Weise wie die Radialbewegung X'X aufgenommen; die Tangentialkomponente ΔFYT muß allerdings durch Kompression der gummiartigen Scherlager 34 und des sphärischen, gummiartigen Lagers 33 der gummiartigen Lageranordnungen 26 aufgenommen werden, wie zwischen den mit ausgezogenen und gestrichelten Linien dargestellten Positionen in Fig. 10d angegeben.
• Da die gummiartigen Lageranordnungen 26 in tangentialer Richtung relativ steif sind, tritt in Rotoren mit einem sechs Zapfen aufweisenden Antriebsteil ein beträchtlicher Widerstand gegen die Kippbewegung auf, der mit einer Zunahme des Kippwinkels β schnell zunimmt. Daher zeigen die Rotoren eine mit dem Kippwinkel zunehmende Steifigkeit. Diese Tangentialkomponenten ΔFYT der Verkürzungsbewegungen ΔFY führen zu beträchtlichen innneren Kräften im Rotor; wie in Fig. 11a gezeigt, gleichen sich die tangentialen Kraftkomponenten ΔFYT bei den Ausführungsformen mit sechs Zapfen gegenseitig aus und sorgen für eine Eigenzentrierung des Rotors.
• Bei Betrachtung der Anordnung mit drei Zapfen in der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 in der gleichen Azimutalposition relativ zur Kippachse 57 und unter Bezugnahme auf Fig. 11b wird allerdings deutlich, daß sich die Tangentialkomponenten ΔFYT nicht gegenseitig aufheben und daß eine innerhalb einer Ebene liegende Bewegung des Antriebsteils 22 auftreten muß, um die Verkürzungsbewegung ΔFY und deren Tangentialkomponenten ΔFYT zu eliminieren. Tatsächlich kippt die Einheit um die Achse H-H¹ anstelle um die mittlere Querachse 57 durch den Mittelpunkt 29b, und eine Betrachtung dieser seitlichen Bewegung mit veränderlichem Azimut zeigte, daß es sich uni eine Drei/Umdrehung- "Rühr"Bewegung handelt, bei der der Mittelpunkt des Antriebsteils 22 einen Kreis beschreibt, dessen Radius proportional dem Quadrat des Kippwinkels β ist.
• Diese Bewegung würde normalerweise zu einer unannehmbaren Vibrationsanregung innerhalb der Ebene führen; der Rotor nach Fig. 1 bis 3 vermindert allerdings in wirksamer Weise die möglicherweise negativen Auswirkungen, indem er die notwendige Relativbewegung zwischen dem Antriebsteil 22 und dem Kardangehäuse 27 durch die "Rühr"Bewegung des oberen Endes der inneren Antriebswelle 19, an dem das Antriebsteil 22 befestigt ist, ermöglicht. Da die Welle 19 eine vernachlässigbare Masse im Vergleich zum Rotor hat, ist die Vibrationsanregung innerhalb der Ebene mit Drei/Umdrehung ebenfalls vernachlässigbar und daher annehmbar.
• Folglich wird das Zentrieren des Rotors durch die sphärische Schublagerung 29 leicht erzielt.
• Die notwendigen, kleinen Verkantungsbewegungen der inneren Antriebswelle 19 werden in der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 verbunden sind, durch elastisches Verbiegen der Welle selbst aufgenommen, während die notwendigen Axialbewegungen in den in Eingriff stehenden Keilnuten 21 aufgenommen werden.
• Es versteht sich, daß die Hauptverschiebungen, die mit dem Kippen des Rotors in der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 in gleicher Weise aufgenommen werden, wie zuvor unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen nach Fig. 4 bis 8 beschrieben.
• Die hier beschriebenen und erläuterten Bauarten zum Verbinden einer Antriebswelle mit einem Rotorkopf, der etwas aufweist, das als Kardaneinheit bezeichnet werden kann, schaffen einen Anschluß mit nahezu konstanter Geschwindigkeit, der Coriolisbelastungen innerhalb des Rotors im wesentlichen eliminiert, wodurch er sowohl für Haupttrag- als auch für Gegenmomentrotoren eines Hubschraubers und als Trag-/Antriebsrotor entweder in Schwenkflügel- oder in Schwenkrotor-VTOL-Luftfahrzeugen interessant ist.
• Die weite Verwendung von gummiartigen Lagerungen führt zu geringem Wartungsbedarf und vorteilhaften Ausfalleigenschaften. Die Anordnungen besitzen einstellbare und nichtlineare Steifigkeitseigenschaften in Schlagrichtung, die bei einem Haupttragrotor die Optimierung der Handhabungseigenschaften eines Luftfahrzeugs ermöglichen und bei einem Gegenmomentrotor das normale Erfordernis äußerer Böen-Verriegeiungen eliminieren können. Die Verwendung getrennter, gummiartiger, sphärischer und Scherungslagerungen in den gummiartigen Lageranordnungen 26 ermöglicht ein genaues Zuschneiden der betrieblichen Bedürfnisse in allen Betriebsebenen und minimiert die erforderliche Größe und das Gewicht der Baugruppen. In Rotoren mit einer ungeraden Anzahl von Antriebszapfen 24 wird die Anordnung mit drei Zapfen nach Fig. 1 bis 3 bevorzugt, da sie einen Rotor mit einer geringen Anzahl von Teilen bereitstellt, wodurch dieser einfach wird und geringes Gewicht aufweist.
• In Rotoren mit einer geraden Anzahl von Antriebszapfen 24 wird die Anordnung mit sechs Zapfen nach Fig. 4 bis 7 bevorzugt, da sie Fluktuationen des Rotormoments und der Torsionskräfte minimiert, die aufgrund abwechselnden "Blockierens" und "Entblockierens" der gummiartigen Scherlager 34 auftreten, wenn diese beim Drehen des Rotors jeweils in Kompression und Scherung arbeiten.
• Während zahlreiche Ausführungsformen beschrieben und erläutert wurden, ist es offensichtlich, daß zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen festgelegt ist. Zum Beispiel könnte in der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 die flexible Kopplungseinrichtung 20 auch so eingerichtet sein, daß sie für die notwendige "Rühr"Bewegung des oberen Endes der inneren, rohrförmigen Antriebswelle 19 sorgt, indem ausgebauchte" Keilnuten oder eine andere, geeignete Form einer flexiblen Kupplung vorgesehen wird. Während mindestens drei Antriebszapfen erforderlich sind, können Rotoren gemäß dieser Erfindung jede andere Anzahl Antriebszapfen 24 aufweisen, als es bei den alternativen Ausführungsformen mit sechs Antriebszapfen, die hierin beschrieben und erläutert sind, der Fall ist. Bei Rotoren mit einer ungeraden Anzahl Antriebszapfen 24 ist es vorteilhaft, Mittel wie die innere, rohrförmige Antriebswelle 19 der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 vorzusehen, um die unerwünschte "Rühr"Bewegung zu eliminieren, wobei dies allerdings nicht notwendig ist für Rotoren mit einer geraden Anzahl Antriebszapfen 24, was daran liegt, daß sich die die "Rühr"Bewegung verursachenden Kräfte automatisch gegenseitig aufheben, wie es unter Bezugnahme auf die Anordnung mit sechs Antriebszapfen nach Fig. 4 bis 7 beschrieben wurde.

Claims (12)

1. Rotor (11) mit einem Rotorkopf, der ein Mehrzahl von sich radial erstreckenden Rotorblättern zur Drenung um eine Achse (16) trägt und ein Antriebsteil (22) aufweist, das benachbart zu einem Ende einer Antriebswelle (19) gegen Verdrehen fixiert ist, wobei das besagte Antriebsteil (22) eine Mehrzahl von einen gleichmäßigen Abstand aufweisenden Antriebszapfen (24) hat, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Antriebsteil (22) wenigstens drei Antriebszapfen (24) hat, die sich radial von der Drehachse (16) und in einer Drehebene (25) senkrecht zu besagter Achse (16) erstrecken, wobei jeder Antriebszapfen (24) in einer gummiartigen Lageranordnung (26) sitzt, die eine sphärische, gummiartige Lagerung (33) hat, die auf der Antriebszapfen (24) zentriert ist, und ein gummiartige Scherungslagerung (34), die in der Drehebene angeordnet ist und parallel zur Drehachse (16) ausgerichret ist, wobei ein Kardangehäuse (27) an den gummiartigen Scherungslagerungen (34) befestigt ist und ein Rotorjoch (32) zur Befestigung der Rotorblätter trägt, eine sphärische, gummiartige Schublagerung (29) am Kardangehäuse (27) befestigt ist, deren geometrisches Zentrum (29a) am Schnittpunkt der Drehachse (16) und der Drehebene (25) des Antriebsteils (22) angeordnet ist, wodurch der Rotor (11) im Betrieb in jede Richtung um das besagte Zentrum gekippt werden kann.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Antriebsteil (22) eine ungerade Anzahl Antriebszapfen (24) hat.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Antriebsteil (22) drei Antriebszapfen (24) hat.

4. Rotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Antriebswelle (19) konzentrisch innerhalb einer rohrförmigen Rotorannriebswelle (12) angeordnet ist und ein inneres Ende der Antriebswelle (19) innerhalb der Rotorantriebswelle (12) über flexible Kuppkungsmittel (20) befestigt ist, die ein Drehmoment übertragen können, wobei sie axiale Relativbewegungen zulassen.

5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte flexible Kupplungsmittel (20) in Eingriff stehende, axiale Keilnuten umfaßt.

6. Rotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte sphärische, gummiartige Schublagerung (29) am Ende der Rotorantriebswelle (12) befestigt ist.

7. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Antriebsteil (22) eine gerade Anzahl von Antriebszapfen (24) hat.

8. Rotor nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Antriebsteil (22) sechs Antriebzapfen (24) hat.

9. Rotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Antriebsteil (22) und die besagte sphärische, gummiartige Schublagerung (29) gegen Verdrehen auf einer Rotorantriebswelle (12) fixiert sind.

10. Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede gummiartige Schublagerung (34) zwei gummiartige Schublagerungen (34) umfaßt, die jeweils auf einer Seite der sphärischen, gummiartigen Lagerung (33) angeordnet sind.

11. Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Rotorjochs (32), wenn dem Rotor nicht gekippt ist, mit der Drehebene (25) des Antriebsteils (22) zusammenfällt.

12. Kotor (11) mit einem Rotorkopf, der eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Rotorblättern zur Drehung um eine Achse (16) trägt und ein Antriebsteil (22) aufweist, das benachbart zu einem Ende einer Antriebswelle (19) gegen Verdrehen fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Antriebswelle (19) konzentrisch innerhalb einer rohrförmigen Rotorantriebswelle (12) angeordnet ist, wobei ein inneres Ende innerhalb der Rotorantriebswelle (12) durch flexible Kupplungsmittel (20) befestigt sind, die Drehmoment übertragen können und axiale Relativbewegungen zulassen, wobei das besagte Antriebsteil (22) drei einen gleichen gegenseitigen Abstand aufweisende Antriebszapfen (24) hat, die sich radial von der Drehachse (16) und in einer Drehehene (25) senkrecht zur Achse (16) erstrecken, jeder Antriebszapfen (24) in einer gummiartigen Lagerungsanordnung (26) sitzt, die eine sphärische, gummiartige Lagerung (33) hat, die auf den Antriebszapfen (24) zentriert ist, und zwei gummiartige Schublagerungen (34), die jeweils auf einer Seite der sphärischen Lagerung (33) in der Drehebene (25) liegen und parallel zur Drehachse (16) ausgerichtet sind, ein Kardangehäuse (27) an den gummiartigen Schublagerungen (34) befestigt ist und ein Rotorjoch (32) zur Befestigung der Rotorblätter trägt, und wobei eine sphärische, gummiartige Schublagerung (29) am Kardangehäuse (27) befestigt ist, die ihr geometrisches Zentrum (29a) auf dem Schnittpunkt der Drehachse (16) und der Drehebene (25) des Antriebsteils (22) hat, wodurch der Rotor (11) im Betrieb in jeder Richtung um das Zentrum gekippt werden kann.