DE60001784T2

DE60001784T2 - Hubschrauberrotorarm aus Faserverbundstoff

Info

Publication number: DE60001784T2
Application number: DE60001784T
Authority: DE
Inventors: Robert Arnold Brack; Ernest Alfred Powell; Dharam Jithender Reddy; Ronald Dean Rice; Patrick Ryan Tisdale
Original assignee: Bell Helicopter Textron Inc
Current assignee: Bell Helicopter Textron Inc
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: DE1088754T1; EP1088754B1; CA2320606C; KR100726201B1; CA2320606A1; EP1088754A3; US6375426B1; EP1088754A2; JP2001122195A; DE60001784D1; KR20010050665A

Description

HINTERGRÜNDIGER STAND DER TECHNIK

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Verhinderung des Versagens in Folge Aufspaltung in der Mittelebene in geschichteten Verbundstoffbiegeelementen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Tragfähigkeit und der Dauerfestigkeit von Hubschrauberhauptrotorquerträgern aus geschichteten Verbundstoffen.

2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Bubschrauberhauptrotorquerträger sind zusammengesetzt zum Formen der Hauptrotornaben und dienen als Einrichtung zur Verbindung der Hauptrotorblätter mit dem Hauptrotormast, der das erforderliche Antriebsdrehmoment liefert. Diese Hauptrotorquerträger sind üblicherweise langgestreckte Bauteile mit Mittelbereichen, die zur Verbindung mit dem Rotormast ausgelegt sind, sowie mit nach aussen ragenden Armbereichen. Wie allgemein bekannt ist üben die Hauptrotorblätter von Hubschraubern hohe Zentrifugalkräfte auf die Rotorquerträger der Hauptrotornabe aus. Ausser den hohen Zentrifugalkräften sind die Hauptrotorquerträger durch eine Vielzahl von anderen statischen und dynamischen Kräften und -bewegungen belastet, einschliesslich Blattwinkelverstell-, Schlag-, und Schwenkkräften und -bewegungen. Im Allgemeinen, Blattwinkelverstellkräfte und -bewegungen sind Torsionskräfte und -bewegungen, die durch die Blattwinkelverstellungen der Rotorblätter ausgeübt werden; Schlagkräfte und -bewegungen sind Biegekräfte und -bewegungen, die von den Rotorblättern aus der Rotationsebene der Rotorblätter heraus ausgeübt werden; und Schwenkkräfte und -bewegungen sind Biegekräfte und -bewegungen, die von den Rotorblättern in der Rotationsebene der Rotorblätter ausgeübt werden.
Da Rotorquerträger einer solchen grossen Vielzahl von Zug- und Biegekräften und -bewegungen ausgesetzt sind, müssen sie kräftig und flexibel sein. Dies kann öfters nur durch die Hinzufügung beweglicher Teile und Gestänge erreicht werden. Als solche müssen herkömmliche Hauptrotorquerträger und Rotornaben komplizierte Lager- und Trageinrichtungen aufweisen, um diese Kräfte aufzunehmen. Dies sind üblicherweise komplexe Systeme, die einen hohen Wartungs- und Bedienungsaufwand in Form von Schmierung und Überprüfung verlangen. Dies führt zu hohen Kosten in Form von Mehrarbeit, höheren Materialkosten, geringere Betriebszeit, und herabgesetzte Lebensdauer. In den letzten Jahren haben aber diese herkömmlichen Rotorquerträger, welche komplexe Lager und Schmiersysteme aufweisen müssen, den Weg freigegeben für "lagerlose" Rotorquerträger aus Verbundstoffen, welche keine Lager- oder Schmiersysteme benötigen.
Lagerlose Verbundstoffrotorquerträger sind speziell gestaltet zum Aufnehmen der Zentrifugal-, Blattwinkelverstell, Schlag-, Schwenk-, sowie anderen statischen und dynamischen Kräften und Bewegungen, die auf die Rotorquerträger durch die Rotorblätter ausgeübt werden. Da diese lagerlosen Rotorguerträger aus Verbundstoffen bestehen bieten sie sämtliche Vorteile, welche im Allgemeinen den Verbundstoffbiegelementen angehörig sind: hohe Festigkeit/Gewichtsverhältnisse, verringertes Gewicht, und verringerte Wartung; ohne die Notwendingkeit für teure Gestänge. Lager- und Schmiersysteme. Die Längen, die Dicken und die Querschnittsprofile dieser Verbundstoffrotorquerträger kann verändert werden, um sehr spezielle mechanische Festigkeiten und Eigenschaften zu erreichen. Sobald aber die geeignete Gestaltung und Abmessungen eines solchen Rotorquerträgers für eine besondere Anwendung festgelegt worden ist, bleibt wenig oder kein Raum für weitere strukturelle Verbesserungen.
Obschon aus geschichteten Verbundstoffen hergestellte Bauteile die oben erwähnten Vorteile bieten ist allgemein bekannt, dass geschichtete Verbundstoffbiegeelemente, insbesondere geschichtete Verbundstoffe mit freiliegenden Kanten empfänglich sind für Schäden in Form von Aufspaltung in der Mittelebene. Die Aufspaltung in der Mittelebene beginnt an den freiliegenden Kanten der geschichteten Struktur, bedingt durch Kantenwirkungskonzentration, und pflanzt sich nach innen zum Mittelpunkt fort. Es ist auch allgemein bekannt, dass Zwischenschichtscherspannngen an den Kanten geschichteter Verbundstoffbiegeelemente konzentriert sind. Lagerlose Verbundstoffrotorquerträger sind keine Ausnahme dieser Regeln. Zyklische Biegebelastungen und -bewegungen, sowohl in der Rotorebene und auch aus der Ebene heraus, welche auf Verbundstoffrotorquerträger ausgeübt werden, können zu Ermüdungsversagen in Folge Aufspaltung in der Mittelebene führen.
Obschon die Anwendung von Verbundstoffen in der Konstruktion von Hubschrauberhauptrotorquerträgern ein wesentlicher Fortschritt der Technik bedeutet, ist das Problem der Aufspaltung in der Mittelebene nicht zufriedenstellend gelöst.
Ein Lösungsvorschlag ist in der US-A-5,431,538 beschrieben, welche den am nächsten liegenden Stand der Technik darstellt, und alle Merkmale des Oberbegriffes der unabhängigen Ansprüche aufweist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es ein Kantenelement zu schaffen, um beschichtete Verbundstoffbiegeelemente mit freiliegenden Kanten zu schützen durch Herabsetzung oder Verhinderung des Versagens in Form von Aufspaltung in der Mittelebene.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zu schaffen zum Herabsetzen oder Ausschalten des Versagens in Form von Aufspaltung in der Mittelebene in geschichteten Verbundstoffbiegeelementen mit freiliegenden Kanten.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Hubschrauber zu schaffen mit einem lagerlosen Hauptrotorquerträger aus Verbundstoff, für welchen das Ermüdungsversagen in Form von Aufspaltung in der Mittelebene reduziert oder ausgeschaltet ist.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen lagerlosen Hauptrotorquerträger für einen Hubschrauber zu schaffen, wobei der lagerlose Hauptrotorquerträger aus Verbundstoff hergestellt ist, für welchen das Ermüdungsversagen in Form von Aufspaltung in der Mittelebene reduziert oder ausgeschaltet ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zu schaffen zur Verlängerung der Lebensdauer eines lagerlosen Hubschrauberhauptrotorquerträgers aus geschichtetem Verbundstoff, welches Verfahren den Schritt aufweist des Anbringens von Verbundstoffkantenelementen auf den Kanten des lagerlosen Hubschrauberhauptrotorquerträgers.
Die vorstehenden Aufgaben werden gelöst durch das Schaffen eines Kantenelementes mit einer innersten Schicht oder Lage, einer äussersten Schicht oder Lage, und inneren Schichten oder Lagen. Die inneren Lagen des Kantenelementes sind an die freiliegende Kantenfläche des Verbundstoffbiegeelementes angepasst. Diese inneren Lagen haben eine Höhe, welche der Höhe der Kantenfläche das Verbundstoffbiegeelementes annähernd entspricht. Die innereste und die äusserste Lagen des Kantenelementes sind auch an die Kantenfläche des Verbundstoffbiegeelementes angepasst. Die innerste und die äusserste Lagen sind aber breiter als die inneren Lagen, damit die innerste und die äusserste Lagen die oberste und die unterste Lagen des Verbundstoffbiegeelementes überlappen und daran befestigt werden können.
Die vorliegende Erfindung bietet wesentliche Vorteile. Da in dem Verbundstoffbiegeelement erzeugte Zwischenschichtscherspannungen an der oder angrenzend an die Kante des Verbundstoffbiegeelementes maximal sind, kann das Kantenelement der vorliegenden Erfindung zur Isolation der Scherspannungsspitzen ausgelegt werden. Da nur die innerste und die äusserste Lagen des Kantenelementes gemäss der vorliegenden Erfindung das Verbundstoffbiegeelement überlappen, ist die Dicke des Verbundstoffbiegeelementes nicht wesentlich erhöht. Das Kantenelement gemäss der vorliegenden Erfindung schützt das Verbundstoffbiegeelement gegen zufällige Beschädigung durch Stösse, z. B. in Folge von Manipulation. Da das Kantenelement gemäss der vorliegenden Erfindung eine wasserdichte Abdichtung auf die freiliegenden Kanten des Verbundstoffbiegeelementes aufbringt ist die Feuchtigkeitsaufnahme durch das Verbundstoffbiegeelement in sehr feuchter Umgebung wesentlich vermindert. Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die neuen Merkmale, welche die Erfindung kennzeichnen sind in den nachfolgenden Ansprüchen enthalten. Die Erfindung selbst aber, sowie eine bevorzugte Anwendungsform, ist am besten verständlich durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung eines erläuternden Ausführungsbeispieles mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Hauptrotorquerträgers für einen Hubschrauber, gemäss der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine vergrösserte Querschnittansicht des Hauptrotorquerträgers nach Fig. 1 längs der Linie II-II; und
Fig. 3 eine Draufsicht einer inneren Lage des Kantenelementes gemäss der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELES

In der Fig. 1 der Zeichnungen ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Kantenschutzelementes für Verbundstoffbiegeelemente gemäss der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein Verbundstoffbiegeelement für welches das Kantenelement gemäss der vorliegenden Erfindung besonders geeignet ist ist ein Hubschrauberhauptrotorquerträger 11. Der Querträger 11 ist ein langgestreckter Bauteil mit einem Mittelteil 13 und zwei einteilig angeformten Armteilen 15 und 17, welche sich nach aussen in entgegengesetzen Richtungen vom Mittelteil 13 erstrecken. Der Querträger 11 wird hierin beschrieben mit Bezug auf drei senkrecht zueinanderstehenden Achsen x, y und z. Der Querträger 11 besteht aus einer herkömmlichen, geschichteten Konstruktionsweise, vorzugsweise aus einer Vielzahl von Lagen 18 (siehe Fig. 2) aus Verbundstoff, wie z. B. Glasfaser. Es ist üblich den Verbundstoff, aus dem der Querträger 11 besteht, aufeinander zu schichten, im Wesentlichen in der x-y-Ebene, und dann in herkömmlicher Weise auszuhärten. Eine oberste Lage 20 (siehe Fig. 2) des Querträgers 11 bildet dabei eine obere Fläche 11a, und eine unterste Lage 22 (siehe Fig. 2) des Querträgers 11 bildet eine gegenüberliegende untere Fläche 11b (siehe Fig. 2). Nachdem der Querträger 11 aufeinandergeschichtet und ausgehärtet ist wird der Querträger 11 auf die erwünschten Abmessungen zugeschnitten. Nach dem Aushärten können andere Zurichtungen und Bearbeitungen erforderlich sein. Bei einer typischen Anwendung wird ein Verbundstoffbiegeelement belassen mit geschichteten Kantenflächen, welche freiliegen und im Wesentlichen parallel zu der z-Achse sind, wie z. B. die freiliegende Kantenfläche 24 des Querträgers 11 in Fig. 2. Solche freiliegenden Kantenflächen sind empfänglich für verschiedene Probleme. Das Hauptproblem ist, dass die Aufspaltung in der Mittelebene an den freiliegenden Kantenflächen in Folge von Kantenwirkungskonzentrationen beginnt und sich zum Mittelpunkt des Verbundstoffbiegeelementes fortpflanzt, wenn das Verbundstoffbiegeelement zyklisch belastet wird. Ein anderes Problem ist, dass die freiliegenden Kantenflächen empfänglich sind für zufällige Beschädigung durch Stösse, wie z. B. bei der Manipulation. Ein anderes Problem ist, dass Verbundstoffbiegeelemente mit freiliegenden Kantenflächen in sehr feuchten Umgebungen Feuchtigkeit aufnehmen. Die Kantenschutzelemente der vorliegenden Erfindung vermeiden diese Probleme.
Der mittlere Teil 13 des Querträgers 11 ist vorzugsweise nach aussen gekrümmt in den ±x-Richtungen und ist dicker in den ±z-Richtungen, und hat somit ein grösseres Volumen und eine höhere Festigkeit in dem mittleren Teil 13. Eine Rotormastöffnung 19 befindet sich im Zentrum des mittleren Teiles 13. Die Rotormastöffnung 19 empfängt einen herkömmlichen Antriebsmast (nicht dargestellt) eines herkömmlichen Hubschraubergetriebes (nicht dargestellt). Der Antriebsmast ist durch herkömmliche Befestigungsmittel, wie z. B. Schraubenbolzen (nicht dargestellt) in üblicher Weise mit dem Querträger 11 zu verbinden, welche Schraubenbolzen sich durch eine Vielzahl von Schraubenbolzenöffnungen 21 erstrecken, die um die Rotormastöffnung 19 herum angeordnet sind. Die Schraubenbolzenöffnungen 21 dienen auch als Mittel zur Befestigung eines weiteren Rotorquerträgers (nicht dargestellt, jedoch identisch zu dem Querträger 11) an dem Querträger 11. Diese Zusammenfügung von Querträgern 11 bildet eine Hauptrotornabe (nicht dargestellt).
Beim Übergang von dem mittleren Teil 13 in die Armteile 15 und 17 verjüngt sich der Querträger 11 nach innen in zwei Richtungen x und z, und bildet dabei Übergangsbereiche, welche als Schlagbiegebereiche 23a und 23b bezeichnet werden. Die Schlagbiegebereiche 23a und 23b werden durch hohe Biege- oder Schlagkräfte und -bewegungen aus dar Rotorebene heraus beansprucht. Die Schlagbiegebereiche 23a und 23b gehen in die Armteile 15 und 17 über. Eine Öffnung 25a erstreckt sich durch den Querträger 11 entlang der z-Achse an einer Stelle wo der Schlagbiegebereich 23a in den Armteil 15 übergeht. Eine andere Öffnung 25b erstreckt sich auch durch den Querträger 11 entlang der z-Achse an der Stelle wo der Schlagbiegebereich 23b in den Armteil 17 übergeht. Die Öffnungen 25a und 25b sind vorgesehen zur Aufnahme eines herkömmlichen Elastomer- Scherhemmungslagers (nicht dargestellt). Es ist zu verstehen, dass die Öffnungen 25a und 25b abgeändert werden können, hinsichtlich ihrer Abmessung, Form, Anordnung, Anzahl und Lage je nach dem besonderen, vorgesehenen Scherhammungslagersystems. Solche Abänderungen haben keinen merklichen Einfluss auf die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend weiter auf die Fig. 1 der Zeichnungen, die Armteile 15 und 17 erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen längs der y-Achse von dem Schlagbiegebereich 23a bzw. 23b. Der Armteil 15 hat eine Vielzahl von Flanschen und Krümmungen 15a. Aus Symmetriegründen hat der Armteil 17 eine Vielzahl von Flanschen und Krümmungen 17a. Die Form und Abmessungen der Flansche und der Krümmungen 15a und 17a sind vorbestimmt damit die Armteile 15 und 17 sich unter Torsionsbelastung verdrillen können zur Aufnahme der Winkelverstellbewegungen, welche durch die verstellbaren Rotorblätter (nicht dargestellt) erzeugt werden. Der Armteil 15 endet mit einem Endteil 27, der Öffnungen 29 aufweist, welche gestaltet sind zur Aufnahme eines Hülsenteiles (nicht dargestellt), das den Anschluss eines ersten Rotorblattes (nicht dargestellt) am Querträger 11 überdeckt. In gleicher Weise endet der Armabschnitt 17 mit einem Endteil 31, der Öffnungen 33 aufweist, die gestaltet sind zur Aufnahme eines Hülsenteiles (nicht dargestellt), der den Anschluss eines zweiten Rotorblattes (nicht dargestellt) am Querträger 11 überdeckt.
Die Länger, die Dicke und die Querschnittsprofile des Querträgers 11 sind ausgewählt, damit der Querträger 11 bestimmte, ausgewählte mechanische Eigenschaften an ausgewählten Schnittstellen des Querträgers 11 besitzt. Demnach ist der Querträger 11 in der Lage Zentrifugal-, Blattwinkelverstell-, Schlag-, Schwenk- sowie andere statische und dynamische Kräfte und Bewegungen zu widerstehen, welche durch die Rotorblätter erzeugt werden. Wie schon vorher erwähnt sind Einstellwinkelkräfte und -bewegungen, Torsionskräfte und -bewegungen, die durch den veränderlichen Stellwinkel der Rotorblätter erzeugt werden; Schlagkräfte und -bewegungen sind Biegekräfte und -bewegungen, die durch die Rotorblätter aus der Rotationsebene der Rotorblätter heraus erzeugt werden; und Schwenkkräfte uni -bewegungen sind Biegekräfte und -bewegungen, die durch die Rotorblätter in der Rotationsebene der Rotorblätter erzeugt werden. Nachdem die Zentrifugal-, Einstellwinkelverstell-, Schlag-, Schwenk-, und andere statische und dynamische Kräfte und Bewegungen, welche durch die Rotorblätter erzeugt werden, ausschliesslich durch Abstimmung der Länge, der Dicken und der Querschnittsprofile des Querträgers 11 aufgenommen werden, besteht kein Bedarf an Lagern. In anderen Worten, der Querträger 11 ist ein lagerloser Hubschrauberhauptrotorquerträger des eingangs beschriebenen Typs. Da der Querträger 11 keine Lager oder andere bewegliche Teile aufweist, ist eine Schmierung nicht erforderlich. Dies ergibt wesentliche Einsparungen hinsichtlich des Gewichtes, des Arbeitsaufwandes und der Wartung.
Die Kantenfläche 24 der geschichteten Verbundstofflagen 18, 20 und 22 liegt frei mindestens in dem Bereich des mittleren Teiles 13 und der Schlagbiegebereiche 23a und 23b. Da die Schlagbiegebereiche 23a und 23b durch wesentliche zyklische Biege-, oder Schlag-, -kräfte und -bewegungen belastet sind, ist der Querträger 11 besonders anfällig für Beschädigung durch Aufspaltung in der mittleren Ebene in den Schlagbiegebereichen 23a und 23b. Um einen solchen Schaden durch Aufspaltung in der mittleren Ebene in den Schlagbiegebereichen 23a und 23b zu vermeiden, wird eine Vielzahl von langgestreckten Kantenelementen 51 und 53 nach dem Aushärten und der anschliessenden Endbearbeitung des Querträgers 11 am Querträger 11 an den Schlagbiegebereichen 23a und 23b befestigt. Um eine zusätzliche Festigkeit zu erreichen erstrecken sich die Kantenelemente 51 und 53 vorzugsweise durch den mittleren Abschnitt 13 von einem Schlagbiegebereich 23a zu dem anderen Schlagbiegebereich 23b, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
Bezugnehmend nun auf die Fig. 2 und 3 der Zeichnungen, eine vergrösserte, teilweise Querschnittansicht des Querträgers 11, längs der Linie II-II der Fig. 1 ist in Fig. 2 gezeigt, und die Fig. 3 zeigt eine innere Lage in Draufsicht. Jedes Kantenelement 51 und 53 hat mindestens eine innere Lage oder Schicht 55, mindestens eine innerste Lage oder Schicht 57, und mindestens eine äusserste Lage oder Schicht 59. Die inneren Lagen 55, die innerste Lage 57 und die äusserste Lage 59 bestehen vorzugsweise aus Verbundstoff, wie z. B. Glasfaser. Vorzugsweise befinden sich alle inneren Lagen 55 zwischen der innersten Lage 57 und der äussersten Lage 59. Vorzugsweise ist auch jede innere Lage 55 so lang, damit sie sich über die zusammengesetzte Länge des mittleren Teiles 13 und der beiden Schlagbiegebereiche 23a und 23b erstreckt (siehe Fig. 1). Des Weiteren ändert auch vorzugsweise die Breite jeder inneren Lage 55 längs ihrer Länge, damit die Breite jeder inneren Lage 55 gleich ist zu der Dicke in Richtung der z-Achse des mittleren Teiles 13 und der Schlagbiegebereiche 23a und 23b. Dementsprechend hat, in Draufsicht, jede innere Lage 55 eine Gestalt wie für die Lage 55 in Fig. 3 gezeigt ist.
Jedes Kantenelement 51 und 53 wird hergestellt indem zuerst die innerste Lage 57 auf die Kantenfläche 24 angebracht und befestigt wird, um die Kantenfläche 24 abzudecken. Die innerste Lage 57 wird auf die obere Fläche ha und die untere Fläche 11b des Querträgers 11 um eine Strecke d&sub1; überlappt. Die Strecke d&sub1; beträgt vorzugsweise etwa 1 Zoll, kann aber je nach dem Verbundstoffbiegeelement, an dem das Kantenelement 51 oder 53 anzubringen ist, ändern. Die innerste Lage 57 hat im Wesentlichen die gleiche Form wie die inneren Lagen 55; da aber die Kantenfläche 24 in der x-y-Ebene gekrümmt ist und in ihrer Dicke entlang der z-Achse ändert, kann einiges Falten oder Ausschneiden kleiner, dreieckiger Stücke erforderlich sein, um einen glatten, passenden Sitz zwischen der innersten Lage 57 und dem Querträger 11 zu erreichen. Nachdem die innerste Lage 57 an der Kantenfläche 24 befestigt wurde wird eine Vielzahl von inneren Lagen 55, vorzugsweise vier, nacheinander angebracht und an der innersten Lage 57 befestigt.
Nachdem eine ausgewählte Anzahl von inneren Lagen 55 angebracht worden ist, wird die äusserste Lage 59 aufgelegt. Die äusserste Lage 59 ist im Wesentlichen wie die innerste Lage 57 geformt, jedoch ist die äusserste Lage 59 etwas breiter, damit sie die Vielzahl der inneren Lagen 55 überdecken kann. Die äusserste Lage 59 wird auch auf die obere Fläche 11a und die untere Fläche 11b des Querträgers 11 um eine Strecke d&sub1; überlappt. Die äusserste Lage 59 wird über die innerste Lage 57 angebracht und, in dem Bereich der innersten Lage 57, der die obere Fläche 11a und die untere Fläche 11b des Querträgers 11 um die Strecke 4 überlappt an der innersten Lage 57 befestigt. Da die innerste Lage 57 und die äusserste Lage 59 eine verhältnismässig geringe Dicke aufweisen ist die Dicke des Querträgers d&sub1; in der z-Richtung nicht wesentlich erhöht. Vorzugsweise werden die Kantenelemente 51 und 53 bei Raumtemperatur am Querträger 11 angebracht und das Aushärten erfolgt auch bei Raumtemperatur.
Jedes Kantenelement 51 und 53 erhöht die Breite des Querträgers 11 in der x-Richtung um ein Mass d&sub2;. Da die Zwischenschichtscherbelastungen an den freiliegenden Kantenflächen 24 des Querträgers 11 maximal sind erlauben die Kantenelemente 51 und 53 die Isolation der Scherspannungsspitzen innerhalb der Kantenelemente 51 und 53. Dies verringert die Auswirkungen der Kantenwirkungskonzentrationen, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Versagens durch Aufspaltung in der Mittelebene herabgesetzt oder ausgeschaltet wird. Ausserdem kann der Querträger 11 mit den Kantenelementen 51 und 53 während längeren Zeitperioden grössere Bewegungen aufnehmen. Z. B. hat ein Querträger 11 mit Kantenelementen 51 und 53 im Dauerbetrieb eine Schlagwinkelkapazitätsgrenze, die 25% grösser ist als ein ähnlicher Querträger ohne Kantenelemente 51 und 53.
Die Kantenelemente 51 und 53 umgeben und umschliessen die freiliegende Kantenfläche 24 vollständig und bilden eine wasserdichte Abdichtung. Demgemäss schützen die Kantenelemente 51 und 53 den Querträger 11 vor zufälligen Stossschäden, wie z. B. durch die Handhabung. Da die Kantenelemente 51 und 53 eine wasserdichte Abdichtung um die freiliegende Kante 24 in dem mittleren Teil 13 und in dem Schlagbiegebereichen 23a und 23b bilden, ist der Querträger 11 auch geschützt gegen Zwischenschichtfeuchtigkeitsaufnahme in dem Querträger 11 in sehr feuchten Umgebungen.
Obschon die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit einem lagerlosen Hubschrauberhauptrotorquerträger 11 beschrieben wurde ist zu verstehen, dass die Erfindung in jedem Anwendungsgebiet eingesetzt werden kann wo geschichtete Verbundstoffe oder Hauteile mit freiliegenden Kantenflächen Verwendung finden, um den hierin beschriebenen Schutz zu erreichen.
Es ist aus der vorstehenden Beschreibung zu verstehen, dass eine Erfindung mit wesentlichen Vorteilen geschaffen wurde. Obschon die Erfindung in einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht nur auf diese Ausführungsformen beschränkt sondern es können viele Abänderungen und Modifikationen vorgenommen werden.

Claims

1. Verbundstoffbiegeelement (11) mit einer oberen Fläche (11a), einer unteren Fläche (11b) und einer freiliegenden Kantenfläche (24) und mit einem Kantenelement (51), wobei das Kantenelement (51) umfasst:

eine innerste Verbundstofflage (57), die an der freiliegenden Kantenfläche (24) befestigt ist;

eine äusserste Verbundstofflage (59), die an der innersten Verbundstofflage (57) befestigt ist; und

mindestens eine innere Verbundstofflage (55), die zwischen der innersten Verbundstofflage (57) und der äussersten Verbundstofflage (59) angeordnet ist;

dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine innere Verbundstofflage (55) weder die obere Fläche (11a) noch die untere Fläche (11b) des Verbundstoffbiegeelementes (11) überlappt.

2. Verbundstoffbiegeelement (11) nach Anspruch 1; wobei die innerste Verbundstofflage (57) das Verbundstoffbiegeelement (11) übergreift.

3. Verbundstoffbiegeelement (11) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine innere Verbundstofflage (55) so gestaltet ist, dass sie an die freiliegende Kantenfläche (24) angepasst ist.

4. Verbundstoffbiegeelement (11) nach Anspruch 1, wobei die innerste Verbundstofflage (57), die äusserste Verbundstofflage (59) und jede der inneren Verbundstofflagen (55) aus dem gleichen Verbundstoff gefertigt sind.

5. Verbundstoffbiegeelement (11) nach Anspruch 4, wobei der gleiche Verbundstoff ein Glasfaserstoff ist.

6. Verbundstoff-Rotorquerträger (11) zum Verbinden einer Rotorblattanordnung mit einem Luftfahrzeug, wobei der Verbundstoff-Rotorquerträger (11) umfasst:

ein langgestrecktes Verbundstoffelement mit einer oberen Fläche (11a), einer unteren Fläche (11b), und einer freiliegenden Kantenfläche (24);

und ein Verbundstoffkantenelement (51), das an der freiliegenden Kantenfläche (24) befestigt ist, wobei das Verbundstoffkantenelement (51) umfasst:

dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine innere Verbundstofflage (55) weder die obere Fläche (11a) noch die untere Fläche (11b) des Verbundstoffelementes (11) überlappt, und

dass das Verbundstoffkantenelement (51) das langgestreckte Verbundstoffelement (11) nicht völlig umgibt.

7. Verbundstoff-Rotorquerträger (11) nach Anspruch 6, wobei das langgestreckte Verbundstoffelement umfasst:

einen Mittelteil (13);

eine Vielzahl von Schlagbewegungs-Biegezonen (23a, 23b), die mit dem Mittelteil (13) einstückig sind; und

einen langgestreckten Armteil (15, 17), der sich von jeder Schlagbewegungs-Biegezone (23a, 23b) nach aussen erstreckt, wobei jeder langgestreckte Armteil (15, 17) mit einem Endstück (27, 31) endet, das dafür ausgelegt ist, die Rotorblattanordnung aufzunehmen.

8. Verbundstoff-Rotorquerträger (11) nach Anspruch 6, wobei die innerste Verbundstofflage (57) die obere Fläche (11a) und die untere Fläche (11b) des langgestreckten Verbundstoffelementes (11) überlappt.

9. Verbundstoff-Rotorquerträger (11) nach Anspruch 6, wobei die äusserste Verbundstofflage (59) die obere Fläche (11a) und die untere Fläche (11b) das langgestreckten Verbundstoffelementes (11) überlappt.

10. Verbundstoff-Rotorquerträger (11) nach Anspruch 6, wobei die mindestens eine innere Verbundstofflage (55) so gestaltet ist, dass sie an die freiliegende Kantenfläche (24) angepasst ist.

11. Verbundstoff-Rotorquerträger (11) nach Anspruch 7, wobei das Verbundstoffkantenelement (51) an der freiliegenden Kantenfläche (24) an dem Mittelteil und an der Vielzahl von Schlagbewegungs-Biegezonen (23a, 23b) befestigt ist.

12. Verbundstoff-Rotorquerträger (11) nach Anspruch 6, wobei das langgestreckte Verbundstoffelement (51) aus einem Glasfaserstoff gefertigt ist.

13. Verbundstoff-Rotorquerträger (11) nach Anspruch 6, wobei das Verbundstoffkantenelement aus einem Glasfaserstoff gefertigt ist.

14. Hubschrauber mit:

einer Zelle;

einem von der Zelle getragenen Getriebe;

einem lagerlosen Rotorquerträger, das mit dem Getriebe verbunden ist;

einer Vielzahl von Rotorblättern, die mit dem lagerlosen Rotorquerträger verbunden sind;

wobei der lagerlose Rotorquerträger umfasst:

ein langgestrecktes Verbundstoffelement (11) mit einer oberen Fläche (11a), einer unteren Fläche (11b) und einer freiliegenden Kantenfläche (24); und

ein Verbundstoffkantenelement (51), das an der freiliegenden Kantenfläche (24) befestigt ist, wobei das Verbundstoffkantenelement (51) umfasst:

dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine innere Verbundstofflage (57) weder die obere Fläche (ha) noch die untere Fläche (11b) der Verbundstoffelementes (11) überlappt.

15. Hubschrauber nach Anspruch 14, wobei das langgestreckte Verbundstoffelement (11) umfasst:

einen Mittelteil (13), der mit dem Getriebe zu verbinden ist;

einen langgestreckten Armteil (15, 17), der sich von jeder Schlagbewegungs-Biegezone (23a, 23b) nach aussen erstreckt, wobei jeder langgestreckte Armteil (15, 17) mit einem Endstück (27, 31) endet, das zur Aufnahme der Rotorblattanordnung ausgelegt ist.

16. Hubschrauber nach Anspruch 14, wobei die innerste Verbundstofflage (57) das langgestreckte Verbundstoffelement (11) übergreift.

17. Hubschrauber nach Anspruch 14, wobei die äusserste Verbundstofflage (59) das langgestreckte Verbundstoffelement (11) übergreift.

18. Hubschrauber nach Anspruch 14, wobei die mindestens eine innere Verbundstofflage (55) so gestaltet ist, dass sie an die freiliegende Kantenfläche (24) angepasst ist.

19. Hubschrauber nach Anspruch 15, wobei das Verbundstoffkantenelement (51) an der freiliegenden Kantenfläche (24) an dem Mittelteil und an der Vielzahl von Schlagbewegungs- Biegezonen (23a, 23b) befestigt ist.

20. Hubschrauber nach Anspruch 14, wobei das langgestreckte Verbundstoffelement (11) aus einem Glasfaserwerkstoff gefertigt ist.

21. Hubschrauber nach Anspruch 14, wobei das Verbundstoffkantenelement (51) aus einem Glasfaserwerkstoff gefertigt ist.

22. Verfahren zum Schaffen eines Schutzes für ein Verbundstoffbiegeelement (11) mit einer oberen Fläche (11a), einer unteren Fläche (11b) und einer freiliegenden Kantenfläche (24), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst.

Bereitstellen eines Verbundstoffkantenelementes (51), das so gestaltet ist, dass es die freiliegende Kantenfläche (24) abdeckt, gemäss den folgenden Verfahrensschritten:

Bereitstellen einer innersten Verbundstofflage (57), die gestaltet ist, um die freie Kantenfläche (24) abzudecken;

Bereitstellen mindestens einer inneren Verbundstofflage (55), die weder die obere Fläche (11a) noch die untere Fläche (11b) des Verbundstoffbiegeelements (11) überlappt; und

Bereitstellen einer äussersten Verbundstofflage (59); und

Befestigen des Verbundstoffkantenelementes (51) an der freiliegenden Kantenfläche (24);

wobei das Verbundstoffkantenelement (51) das Verbundstoffbiegeelement (11) nicht völlig umgibt.

23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Verfahrensschritt des Befestigens des Verbundstoffkantenelementes (51) an der freiliegenden Kantenfläche (24) die folgende Schritte umfasst:

Befestigen der innersten Verbundstofflage (57) an der freiliegenden Kantenfläche (24);

Befestigen der mindestens einen inneren Verbundstofflage (55) an der innersten Verbundstofflage (57);

abdecken der mindestens einen inneren Verbundstofflage (55) mit der äussersten Verbundstofflage (59); und

Befestigen der äussersten Verbundstofflage (59) an der innersten Verbundstofflage (57).

24. Verfahren nach anspruch 23, wobei der Schutz ein Schutz vor Aufspaltung in der Mittelebene ist.

25. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Schutz ein Schutz ist vor Feuchtigkeitsaufnahme durch die freiliegende Kantenfläche.

26. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schutz ein Schutz vor Beschädigung der freiliegenden Kantenfläche durch Stösse ist.

27. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die innerste Verbundstofflage (57), die mindestens eine innere Verbundstofflage (55), und die äusserste Verbundstofflage (59) aus einem Glasfaserwerkstoff gefertigt sind.

28. Verfahren nach Anspruch 22, wobei dar Verfahrensschritt des Befestigens des Verbundstoffkantenelementes (51) an der freiliegenden Kantenfläche (24) durchgeführt wird, nachdem das Verbundstoffbiegeelement (11) ausgehärtet ist und zugeschnitten wurde.

29. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Verfahrensschritt des Befestigens des Verbundstoffkantenelementes (51) an der freiliegenden Kantenfläche (24) durchgeführt wird bei einer Temperatur, die sowohl unterhalb der Aushärtungstemperatur des Verbundstoffbiegeelementes (11) und der Aushärtungstemperatur des Verbundstoffkantenelementes (51) ist.