DE2612937B2 - Gehaeuse fuer ein mechanisches getriebe - Google Patents

Description

Bei bekannten Getriebegehäusen nach dem Ausgangspunkt der Erfindung (DT-PS 6 82 746, US-PS 62 232), die aus einer im wesentlichen unbelasteten Schutzhaut, z. B. aus Kunststoff, und einem die Lagerstellen aufnehmenden, hochfesten Traggerippe bestehen, ist das Traggerippe aus auf Abstand gehaltenen, platten- oder scheibenförmigen Lagerschilden zusammengesetzt, die jeweils die auf einer Getriebeseite liegenden Lagerstellen tragen. Im Bereich der Lagerschilde kommt es daher entsprechend den in unterschiedlichen Richtungen wirkenden Reaktionskräften zu Kraftüberlagerungen und örtlichen Mischbelastungen in Form von Zug-, Schub- und Biegebeanspruchungen, und eine unter Last verformungsfreie Ausbildung, wie sie vor allem bei modernen Verzahnungen gefordert wird, die bei geringem Zahnradgewicht große Übersetzungsverhältnisse in stark belasteten Getriebestufen zulassen, läßt sich nur durch große Wandstärken und ein entsprechend hohes Baugewicht der Lagerschilde erreichen, selbst wenn diese aus Faserverbundwerkstoff gefertigt werden. In diesem Fall muß nämlich wegen des anisotropen Steifigkeitsverhaltens von Faserverbundwerkstoffen die tragende Gehäusestruktur entsprechend den wirksamen Mischbelastungen aus einer Vielzahl übereinanderliegender Faserschichten mit jeweils unterschiedlicher Faserrichtung aufgebaut sein, was wiederum große Wandstärken zur Folge hat, so daß der gewichtsmäßige Vorteil, den Faserverbundwerkstoffe an sich gegenüber metallischen Materialien haben, verloren ginge.

Demgegenüber soll erfindungsgemäß ein Gehäuse der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art so ausgebildet werden, daß sich das Traggerippe unter Verringerung des Baugewichts auch aus Faserverbundwerkstoff herstellen läßt.

Bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse ist das Traggerippe in mehrere, jeweils auf einer Getriebeseite balkenförmig zwischen zwei Lagerstellen verlaufende Biegeträger aufgelöst, die nach Größe und Richtung jeweils genau definierten, homogenen Beanspruchungen ausgesetzt und an ihren im wesentlichen durch reine Normalspannungen belasteten Gurtzonen verstärkt und aus einem in Gurtlängsrichtung hochsteifen Material gefertigt sind. Auf Grund der einfachen, von störenden Kraftüberlagerungen freien Ausbildung läßt sich trotz hoher Steifigkeit eine erhebliche Wandstärken- und somit auch Gewichtsverringerung erzielen, was gerade bei Getriebegehäusen für Luftfahrzeuge ein entscheidender Vorteil ist, sei es, daß die Einzelträger des Traggerippes vorzugsweise aus hochfesten, jedoch schwierig zu verarbeitenden Nichteisenmetallen, wie Beryllium, oder aber unter Berücksichtigung des anisotropen Steifigkeitsverhaltens von Faserverbundwerkstoffen aus einer oder allenfalls wenigen, jeweils gleichgerichteten Faserlagen hergestellt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben, wobei die Verwendung von Kohlefaserverbundwerkstoffen und/ oder Mischlaminaten gemäß Anspruch 2 an sich bekannt ist (DL-PS 88 436 bzw. »Kunststoffe« 64, Heft 11. S. 663 bis 665).

Im Hinblick auf eine für Faserverbundwerkstoffe besonders günstige, belastungs- und werkstoffgerechte Form sind die Biegeträger gemäß Anspruch 3 zweckmäßigerweise als Schubfeldträger ausgebildet, die in ihren jeweils die Lagerstellen umschlingenden, verstärkten Gurtzonen eine unidirekte Faserrichtung aufweisen, während für die dazwischenliegenden, schubbelasteten Stegbereiche eine sich kreuzende Faserrichtung gewähltwird.
Die Auskleidung mit einer selbstdichtenden Innenblase gemäß Anspruch 4, die sich nach dem Durchschuß eines Fremdkörpers selbsttätig wieder schließt und ein ungehindertes Auslaufen von Schmiermittel unterbindet, ist bei Kraftstofftanks an sich bekannt, ebenso die rippenförmige Ausbildung gemäß Anspruch 5 zum Zwecke der verbesserten Schmiermittelkühlung.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Zahnradgetriebe mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Gehäuse zum Antrieb und zur Lagerung eines Rotorkopfes,

F i g. 2 die Innenansicht des Getriebes einschließlich des Gehäuses gemäß Fig. 1 in gebrochener Darstellung,

F i g. 3 die Ansicht eines Einzelträgers des Gehäuses gemäß F i g. 2,

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 der F i g. 3,
F i g. 5 die Ansicht eines weiteren Einzelträgers des Gehäuses gemäß F i g. 2 und

F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 der F i g. 5.

b5 Gemäß Fig. 1 dient die Getriebeeinheit 2 zum Antrieb und zur Lagerung eines Hubschrauber-Rotorkopfes 4 und enthält ein Zahnradgetriebe 6 mit einer Antriebswelle 8 und einer zum Rotorkopf 4 führenden

Abtriebswelle 10 sowie eine vom Zahnradgetriebe 6 räumlich getrennte Gehäusestruktur 12, die die Lagerung für den Rotorkopf 4 beherbergt und die vom Rotor auf die Getriebeeinheit 2 ausgeübten äußeren Kräfte über Tragarme 14 unmittelbar und ohne Zwischenschaltung des Zahnradgetriebes 6 an die (nicht gezeigte) Hubschrauberzelle überträgt. Das Zahnradgetriebe 6 ist an der Gehäusestruktur 12 über Befestigungsaugen 16 aufgehängt, über die die vom Drehmoment und Übersetzungsverhältnis des Getriebes 6 abhängigen Reaktionskräfte auf dem Wege über die Tragarme i4 ebenfalls an der Hubschrauberzelle abgestützt werden.

Das in F i g. 2 gezeigte Zahnradgetriebe 6 enthält eine Kegelradstufe 18 mit einem auf der Antriebswelle 8 befestigten Kegelrad 20 und einem auf einer Zwischenwelle 22 angeordneten Tellerrad 24, sowie eine der Kegelradstufe 18 nachgeschaltete Stirnradstufe 26 mit einem auf der Zwischenwelle 22 ausgebildeten Antriebsritzel 28 und einem mit diesem kämmenden Stirnrad 30, das drehfest mit der Abtriebswelle 10 verbunden ist.

Die durch den Zahneingriff unter Last entstehenden Reaktionskräfte werden über die Lager 32 für die Antriebswelle 8, die Zwischenwellenlager 34Λ, 345 und die Abtriebswellenlager 36A 36ß an das insgesamt mit 38 bezeichnete Getriebegehäuse abgeführt.

Dieses ist in ein hochsteifes und hochfestes Traggerippe 40, das die Wellen 8, 22 und 10 über die zugeordneten Lagerstellen im wesentlichen verformungsfrei abstützt und die aus der Drehmomentenumlenkung und dem Untersetzungsverhältnis des Getriebes 6 resultierenden Reaktionskräfte an die Befestigungsaugen 16 überträgt, sowie eine das Traggerippe 40 dichtend umschließende und von den Getriebekräften entlastete Schutzhaut 42 unterteilt, die ausschließlich dazu dient, ein Eindringen von Schmutz und Fremdkörpern zu verhindern und das Schmiermittel im Getriebe 6 zu halten. Das Traggerippe 40 ist in F i g. 2 des besseren Verständnisses wegen in einem den rippenförmigen Aufbau verdeutlichenden Schnitt gezeigt.

Die Schutzhaut 42, die im Bereich der nach außen verlaufenden Wellen 8 und 10 sowie der Befestigungsaugen 16 mit Schmiermitteldichtungen 44 und 46 bzw. 48 versehen ist, besteht aus einem äußeren Behälter 50 vorzugsweise aus Kunststoff geringer Wandstärke, der mit einer inneren, selbstdichtenden Blase 52 aus gummiartigem Material ausgekleidet ist, das sich auf Grund seiner elastischen Eigenschaften selbsttätig wieder schließt und dadurch einem Auslaufen des Schmiermittels entgegenwirkt, wenn die Schutzhaut 42 etwa im militärischen Einsatz des Hubschraubers von einem Projektil durchbohrt wird. Zur besseren Wärmeabfuhr und somit Schmiermittelkühlung kann die Schutzhaut 42 außen gerippt sein.

Das Traggerippe 40 besteht aus miteinander verbundenen, beispielsweise verschraubten, rechteckförmigen Tragrahmen 54 und 56, die jeweils einer Getriebestufe 18 bzw. 26 zugeordnet sind und die Abstützung der an dieser Getriebestufe wirksamen Lagerkräfte überneh- t>o men. Der Tragrahmen 54 ist aus zwei Längsträgern 58, 60 und einem Querträger 61 zusammengesetzt, während der Tragrahmen 56 aus zwei Längsträgern 62, 64 und zwei Querträgern 66, 68 aufgebaut ist, von denen der Längsträger 62 die Befestigungsaugen 16 trägt. Die b> einzelnen Träger sind — wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist — miteinander verschraubt, können jedoch auch auf andere Weise miteinander verbunden sein. Sie sind so ausgebildet, daß sie die Lagerstellen 32, 34 und 36 auf kürzestem Wege entsprechend der Größe und Richtung der zwischen den Lagerstellen wirksamen Kräfte miteinander verbinden, so daß sich die an jeder Getriebestufe 18 bzw. 26 wirksamen Radialkräfte unmittelbar und ohne ungünstige Kraftumlenkung gegeneinander aufheben und die Einzelträger in einer einfachen, der auftretenden Belastung entsprechenden Form eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei einem homogenen, nach Größe und Richtung genau definierten Kraftfluß garantieren. Die gleichförmige Spannungsverteilung und -richtung in den Einzelträgern 58 bis 68 ermöglicht deren einfache, einteilige Herstellung aus Faserverbundwerkstoff mit einem der Spannungsrichtung entsprechenden Verlauf der Verstärkungsfasern, wobei unter Ausnutzung der überlegenen spezifischen Eigenschaften derartiger Materialien ein äußerst geringes Baugewicht sichergestellt wird, ohne daß auf Grund von Mischbelastungen in mehreren Richtungen unzulässige Winkelabweichungen zwischen angreifender Kraft und Faserrichtung (von mehr als etwa 10") im Traggerippe 40 auftreten.

Während die Querträger 61, 66 und 68 im wesentlichen U-Profile bilden, sind die Längsträger 58, 60,62 und 64 nach Art von Schubfeldträgern mit einem T-Profil oder Mehrfach-T-Profil ausgebildet.

In den F i g. 3 bis 6 sind die beiden Längsträger 58 und 64 näher dargestellt, und zwar bei einstückiger Herstellung aus Faserverbundwerkstoff, wobei als Verstärkungsfasern z. B. für höchste Festigkeiten und kleinste Verformungen Kohlefasern oder zur Kompensation von Wärmeausdehnungen Mischlaminate gewählt werden. Wegen der einfachen Form der Einzelträger können diese wahlweise jedoch auch in fertigungstechnisch günstiger Weise aus anderen hochfesten, jedoch im allgemeinen schwierig zu verarbeitenden Materialien, etwa Beryllium, hergestellt sein.

Gemäß den F i g. 3 und 4 ist der der Kegelradstufe 18 zugeordnete, schub- und zugbelastete Längsträger 58 an seinem einen, die Lager 32 aufnehmenden Ende mit Laschen 70 und Befestigungslöchern 72 zur Verbindung mit dem zweiten Längsträger 60 der Kegelradstufe 18 versehen und an seinem gegenüberliegenden Ende doppelarmig ausgebildet und mit weiteren Befestigungslöchern 74 zur Befestigung am Querträger 61 sowie am Längsträger 64 der Stirnradstufe 26 versehen. Der Träger 58 enthält ferner eine mittlere öffnung 76 für die Welle 22 des in gestrichelten Linien gezeigten Tellerrades und einen dritten Satz von Befestigungslöchern 78 zur weiteren Verbindung mit dem Längsträger 64. Wie F i g. 2 zeigt, hat der Träger 58 eine im Längsschnitt abgeknickte Form, um seine Lastangriffspunkte auf kürzestem Wege miteinander zu verbinden. Nach Art eines Schubfeldträgers ist der Träger 58 an seinem Außenrand mit einem Verstärkungsgurt 80 versehen, der sich speichenförmig nach innen zur mittleren öffnung 76 und zu den Befestigungsiöchern 78 fortsetzt. Im Bereich seines abgeknickten Endes ist am Träger 58 eine hochstehende, im Querschnitt T-förmige Rippe 82 mit einem Verstärkungsgurt 84 angeformt, die zur Versteifung gegen die von den Lagerstellen 32 einwirkenden Querbelastungen dient und im Bereich der Befestigungslöcher 78 in den Verstärkungsgurt 80 übergeht. Entsprechend den auftretenden Belastungen verlaufen die Verstärkungsfasern im Bereich der Gurte 80, 84 im wesentlichen in Gurtlängsrichtung, wie dies durch die Pfeile in F is. 3 darpestpllt ict währpnH Hip

Verstärkungsfasern in den zwischen den Gurten 80, 82 liegenden, dünnwandigen, im wesentlichen schubbelasteten Stegbereichen 86 mit einem sich kreuzenden, gegenüber der Gurtlängsrichtung unter ± 45° geneigten Faserverlauf angeordnet sind, wie dies durch die Kreuzschraffur in den F i g. 3 und 4 angedeutet ist.

Der in den F i g. 5 und 6 gezeigte Längsträger 64, der ebenfalls nach Art eines Schubfeldträgers ausgebildet und aus Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, enthält einen Obergurt 88, einen Untergurt 90 und einen mittleren Gurt 92, die eine hochfeste und hochsteife Ausbildung des Trägers 64 zwischen seinen Lastangriffspunkten sicherstellen, nämlich seiner mittleren öffnung 94 für das Antriebswellenlager 36/4, den Befestigungslöchern 96, über die der Träger 64 mit dem Querträger 68 verbunden wird, den Befestigungslöchern 98 zum Anschluß der Träger 58 und 61 und den Befestigungslöchern 100 zur Verbindung mit den Trägern 58 und 66. Im Bereich der Gurte 88, 90 und 92

sind die Fasern ebenfalls wieder in Gurtlängsrichtung angeordnet, während in den dazwischenliegenden, dünnwandigen, im wesentlichen schubbelasteten Stegbereichen 102 wiederum ein sich kreuzender, gegenüber der Gurtlängsrichtung im wesentlichen unter ± 45° geneigter Faserverlauf gewählt wird, wie dies durch die kreuzschraffierten Stellen in den Fig.5 und 6 gezeigt ist. Der Außenumriß des Stirnrades 30 und des koaxial zur mittleren öffnung 104 für die Zwischenwelle 22 angeordneten Antriebsritzel 28 ist in gestrichelten Linien in F i g. 5 dargestellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gehäuse für ein mechanisches Getriebe, insbesondere das Zahnradgetriebe eines Luftfahrzeuges, mit einem die Lagerstellen abstützenden, entsprechend den einwirkenden Reaktionskräften hochfest ausgebildeten Traggerippe und einer dieses verkleidenden, von den Raktionskräften unbelasteten, insbesondere nichtmetallischen Schutzhaut, dadurch gekennzeichnet, daß das Traggerippe (40) aus einzelnen, balkenförmig jeweils zwischen den beiden Lagerstellen (32,34 bzw. 34,36) eines Räderpaares (20, 24 bzw. 28,30) verlaufenden Biegeträgern (58 bis 64) mit verstärkten Gurtzonen (80, 84, 88, 90, 92) aus einem in Gurtlängsrichtung hochsteifen Material, vorzugsweise Faserverbundwerkstoff oder einem Nichteisenmetall, aufgebaut ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeträger (58 bis 64) aus Kohlefaserverbundwerkstoff und/oder Mischlaminaten bestehen.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeträger (58 bis 64) als Schubfeldträger aus Faserverbundwerkstoff mit im Bereich der Gurtzonen (80, 84, 88, 90, 92) in deren Längsrichtung verlaufenden Fasern und im Bereich der Stege (86,102) sich kreuzendem, zur Gurtlängsrichtung unter etwa +45° geneigtem Faserverlauf ausgebildet sind.

4. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhaut (42) eine selbstdichtende Blase (52) aufweist.

5. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhaut (42) gerippt ausgebildet ist.