[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinheit für einen Modellhubschrauber
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
[0002] Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Antriebseinheit für einen Modellhubschrauber
mit einem Rumpf, an dessen Mittelbereich Lagerpunkte für die lösbare Befestigung eines
Trägers ausgebildet sind, welche eine Rotorwelle, ein Getriebe und einen Antrieb lagert.
[0003] Aus dem Modellbau sind unterschiedlichste Ausgestaltungsformen von Antriebseinheiten
für Modellhubschrauber bekannt. Diese umfassen üblicherweise Zweitakt-Verbrennungs-Modellmotoren,
wie sie auch bei Flächen-Flugzeugmodellen zur Anwendung kommen.
[0004] Im Modellbau und dabei insbesondere im Flugzeug- und Hubschrauber-Modellbau ist es
wünschenswert, die Modelle nicht nur optisch, sondern auch hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit
möglichst realitätsgetreu zu bauen. Aus diesem Grunde hat es sich stets als nachteilig
erwiesen, Verbrennungsmotoren üblicher Bauart in Hubschraubermodelle einzubauen. Kolben-Verbrennungsmotoren
erzeugen einen sehr charakteristischen Sound, der zu Vorbildern, die im Original mit
Turbinen betrieben werden, nicht passt. Hinzu kommt die nicht realitätskonforme Abgasentwicklung
von Zweitaktmotoren. Gleiches gilt für Flugmodelle von Strahltriebwerks-Flugzeugen,
die zusätzlich das Manko aufweisen, dass Propeller vorgesehen sein müssen, die das
Erscheinungsbild ganz erheblich beeinträchtigen.
[0005] Aus diesem Grunde wurde jüngst damit begonnen, Miniaturturbinen zu bauen, die sowohl
von der Form, als auch von ihrer Geräuschentwicklung und ihrem Abgasverhalten Originalturbinen
bzw. Strahltriebwerken entsprechen. Derartige Miniatur-Turbinen in Flächenflugzeuge
einzubauen, bereitet keine Probleme, da den Original-Vorbildern gefolgt werden kann.
[0006] Demgegenüber ist es nicht möglich, Miniaturturbinen in Hubschrauber-Modelle üblicher
Größe einzusetzen, da sowohl die Einbaulage, als auch die Getriebeanordnungen nicht
im verkleinerten Maßstab exakt nachgebildet werden können. Zudem bereitet es Probleme,
ausreichende Luft-Einströmöffnungen sowie Ausströmöffnungen im Original-Design nachzubauen,
da die Modell-Turbinen, bezogen auf den Maßstab derartiger Hubschrauber, nicht klein
genug sind.
[0007] Zum Anderen war es bisher nicht möglich, Getriebeanordnungen zu schaffen, die sich
für einen Modellantrieb eigenen würden.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Antriebseinheit für einen Modellhubschrauber
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche unter Verwendung einer Turbine bei
einfachem Aufbau und betriebssicherer Handhabbarkeit in einem Modellhubschrauber einsetzbar
ist.
[0009] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die
Unteransprüche zeigen weitere Vorteile auf die Ausgestaltung der Erfindung.
[0010] Die erfindungsgemäße Antriebseinheit zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile
aus.
[0011] Durch die horizontale Anordnung der Turbine ist es zum Einen möglich, die Durchströmungsrichtung
der Turbine des Modelhubschraubers den Original-Vorbildern von Hubschraubern anzupassen
und insbesondere die Rumpfgestaltung entsprechend modellgetreu auszuführen. Dies gilt
insbesondere für den Einlaufbereich und die Luftzuführung zu der Turbine.
[0012] Durch die verlängerte Ausgestaltung der Turbinenwelle im Einlaufbereich ist es auf
besonders einfache Weise möglich, die Turbine betriebssicher zu lagern und die Abtriebskraft
auf das Getriebe zu übertragen. Zugleich führt der Einlauf-Luftstrom zu der Turbine
zu einer effektvollen Kühlung des Getriebes.
[0013] Besonders vorteilhaft ist es, dass die Turbinenwelle an einem Träger gelagert ist,
der das Getriebe trägt. Hierdurch ist eine sichere Zuordnung zwischen der Turbine
und dem Getriebe gewährleistet.
[0014] Die Lagerung der Turbinenwelle an dem Träger erfolgt bevorzugter Weise mittels einem
vorgespannten Lagers. Dieses ist in günstiger Ausgestaltung am freien Endbereich der
Turbinenwelle montiert, so dass das Getriebe an dem hinter dem Lager befindlichen
Bereich der Turbinenwelle angeflanscht werden kann. Durch diese Maßnahme erhöht sich
die Gesamtstabilität der Anordnung.
[0015] Sowohl aus Gründen einer optimalen Schwerpunktslage und um die Abgase günstig ableiten
zu können, ist vorgesehen, dass die Turbine in Durchströmungsrichtung hinter der Rotorwelle
eingebaut ist.
[0016] Das Getriebe ist erfindungsgemäß bevorzugter Weise dreistufig ausgebildet, es kann
als Riemengetriebe, als Zahnradgetriebe oder als Reibradgetriebe ausgeführt sein.
[0017] Bevorzugter Weise hat das Getriebe eine Untersetzung von 100.000 U/min auf 1.200
bis 1.800 U/min.
[0018] Zwischen dem Getriebe und der Rotorwelle ist bevorzugter Weise eine Kupplung angeordnet,
um eine Trennung zwischen dem Getriebe und dem Rotor vornehmen zu können, insbesondere
wenn es zu Betriebsstörungen des Getriebes beziehungsweise Turbine kommt. In diesem
Falle kann der Modellhubschrauber durch Autorotation des Rotors sicher gelandet werden.
[0019] Besonders günstig ist es, wenn die Turbine mit einer Drehzahl-begrenzungseinrichtung
versehen ist. Diese kann beispielsweise eine Steuerung für eine Treibstoffpumpe umfassen.
[0020] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung
mit der Zeichnung beschrieben. Damit zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Teil-Seiten-Ansicht der erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
- Fig. 2
- eine vereinfachte Teil-Seiten-Ansicht, analog der Darstellung der Figur 1,
- Fig. 3
- eine stirnseitige Ansicht, der in Figur 2 gezeigten Anordnung unter Darstellung des
Getriebes,
- Fig. 4
- eine Ansicht einer hinteren Trägerplatte des Trägers,
- Fig. 5
- eine Ansicht einer vorderen Trägerplatte des Trägers,
- Fig. 6
- eine perspektivische Ansicht, teils im demontierten Zustand, eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
- Fig. 7
- eine Seitenansicht, teils im Schnitt, der in Fig. 6 gezeigten Antriebseinheit, und
- Fig. 8
- eine stirnseitige Ansicht der in den Figuren 6 und 7 gezeigten Antriebseinheit.
[0021] In den Figuren wurde darauf verzichtet, den Rumpf des Modellhubschraubers im Einzelnen
zu zeigen, da dieser in unterschiedlichster Weise ausgestaltet werden kann und im
Übrigen aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Modellhubschrauber umfasst einen
Hauptrotor sowie einen Heckrotor.
[0022] Wie sich aus den Figuren 1 und 2 ergibt, ist eine Turbine 2 horizontal in Durchströmungsrichtung
und damit auch in Flugrichtung hinter einer vertikal gelagerten Rotorwelle 1 angeordnet.
Eine Turbinenwelle 3 der Turbine 2 ist in Durchströmungsrichtung nach vorne verlängert
und wird mittels eines Lagers 6 an einem Träger 5 gelagert.
[0023] Der Träger 5 umfasst sowohl die Lagerung eines Getriebes 4 als auch der Rotorwelle
1.
[0024] Im Einzelnen ist die Turbinenwelle 3 an einer Jochplatte 10 mittels des Lagers 6
gelagert. Das Lager 6 kann als Schulterkugellager ausgebildet sein, es wird mittels
eines Federpaketes 11 vorgespannt. Das Federpaket 11 umfasst Tellerfedern.
[0025] Die Jochplatte 10 ist mit einer vorderen Trägerplatte 8 verbunden, welche Teil des
Trägers 5 ist. Eine hintere Trägerplatte 9 dient zur weiteren Halterung der Turbine
2.
[0026] Wie sich aus Figur weiterhin ergibt, ist ein Lagerkäfig 12 vorgesehen, an welchem
mittels Lagern 13 und 14 die Rotorwelle 1 gelagert ist. An ihrem unteren Ende trägt
die Rotorwelle 1 ein Kegelrad 15 welches als Zahnrad oder als Reibrad ausgebildet
sein kann. Dieses Kegelrad 15 kämmt mit einem weiteren Kegelrad 16, welches zwischen
der vorderen und der hinteren Trägerplatte 8, 9 gelagert ist und mit einem Abtrieb
18 für den Heckrotor versehen ist.
[0027] Auf der Hilfswelle 17 sitzt eine Kupplung 7, welche als Freilaufkupplung ausgebildet
ist. Diese wiederum steht in Verbindung mit einem Rad 19, welches einen Teil einer
zweiten Getriebestufe bildet. Hierzu ist ein Rad 21 auf einer Zwischenwelle 20 gelagert,
welche wiederum von den beiden Trägerplatten 8,9 gelagert wird. Ein weiteres Rad 22,
welches auf der Zwischenwelle 20 befestigt ist, bildet einen Teil einer ersten Getriebestufe,
deren zugeordnetes Rad 23 auf der Turbinenwelle 3 sitzt. Es versteht sich, dass die
Räder 19, 21, 22, 23 als Zahnräder oder als Reibräder ausgebildet sein können. In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Riemengetriebe vorgesehen, so wie sich
dies aus der Darstellung der Figur 3 ergibt. Aus der Figur 3 ist dabei insbesondere
ersichtlich, dass die Zwischenwelle 20 auf einem Schlitten 24 gelagert ist, welcher
relativ zu dem Träger 5, insbesondere zu der vorderen Trägerplatte 8 verschiebbar
ist. Hierdurch ist es möglich, die Riemenspannung entsprechend einzujustieren.
[0028] Die Figuren 4 und 5 zeigen jeweils die Trägerplatten 8 beziehungsweise 9.
[0029] Es versteht sich, dass der Träger 5 insgesamt so ausgebildet ist, dass er an Anlenkpunkten
des Rumpfes in üblicher Weise befestigbar ist, so dass die Antriebseinheit als gesamte
Einheit in einfacher Weise aus dem Modellhubschrauber entnommen werden kann.
[0030] Die Kupplung 7 ist so ausgebildet, dass bei einer Beschädigung oder einem Stillstand
der Turbine sowie des Getriebes der Heckrotor mit dem Hauptrotor weiterhin fest verbunden
sind, so dass eine sichere Landung des Modellhubschraubers durch Autorotation möglich
ist.
[0031] Die beiden Kegelräder 15 und 16 bilden ein Getriebe mit i = 1:4, so dass der Heckrotor
beispielsweise mit 7.200 U/min antreibbar ist, wenn die Rotorwelle 1 sich mit 1.800
U/min dreht. Bei diesem Beispiel ist eine Turbinendrehzahl von 100.000 U/min zugrundegelegt.
[0032] Auf die Darstellung einer Treibstoffpumpe sowie von Zusatzaggregaten wurde bei dem
Ausführungsbeispiel verzichtet.
[0033] Erfindungsgemäß ist es weiterhin auf besonders einfache Weise möglich, mittels einen
angeflanschten Elektro-Motors die Antriebseinheit zu starten.
[0034] Die Figuren 6 bis 8 zeigen ein weites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern wie bei den vorangegangenen Figuren
versehen.
[0035] Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 6 bis 8 ist das Getriebe als Riementrieb
ausgebildet. Dabei sind zwei Getriebestufen vorgesehen, nämlich eine Getriebestufe
mit einem ersten Zahnriemen 25 sowie eine zweite Stufe mit einem zweiten Zahnriemen
26. Der Zahnriemen 25 der ersten Stufe läuft über verzahnte Räder 27; 28, während
der Zahnriemen 26 der zweiten Stufe über verzahnte Räder 29; 30 läuft.
[0036] Die dritte Getriebestufe wird gebildet durch die Kegelräder 15; 16, wobei das Kegelrad
15 koaxial zu der Rotorwelle 1 angeordnet ist, während das Kegelrad 16 auf einer Hilfswelle
17 sitzt. Die Hilfswelle 17 ist mit einer Fliehkraftkupplung 31 verbunden, welche
wiederum in lösbarer Verbindung mit dem Rad 30 steht.
[0037] Der durch die Kegelräder 15;16 gebildete Kegelradtrieb (dritte Getriebestufe) kann
unterschiedlich ausgestaltet und angeordnet sein. Hierdurch ist die Drehrichtung eines
weiteren Kegelrads 32, welches auf einer Heckrotorwelle 33 sitzt, änderbar. Es ist
somit möglich, eine Drehänderung für den Hauptrotor und den Heckrotor vorzusehen.
[0038] Die Turbine dreht beispielsweise mit einer Drehzahl von 85000 min
-1, die Heckrotorwelle weist eine Drehzahl von 5886 min
-1 auf, während die Hauptrotorwelle sich mit 1260 min
-1 dreht. Es versteht sich, dass diese Drehzahlangaben beispielhaft ca-Angaben sind.
Insgesamt liegt somit ein Gesamtübersetzungsverhältnis des Getriebes von i = 67,29
vor. Die erste Stufe weist eine Übersetzung von 3,8:1 auf, während die zweite Stufe
ein Übersetzungsverhältnis von 3,8:1 hat. Für die dritte Stufe, die durch das Kegelrad
15 gebildet wird, beträgt die Übersetzung 4,66:1.
[0039] Aus den Darstellungen ergibt sich, dass die Rotorwelle 1 durch eine eigenständige
Domplatte 34 mit einem entsprechenden Lager gelagert wird.
[0040] Weiterhin ergibt sich aus den Abbildungen, dass die Turbinenwelle 3 direkt, ohne
ein vorgespanntes Lager mit der Zahnriemenscheibe (Rad 27) verbunden ist und somit
direkt an das Getriebe angeflanscht ist.
[0041] Zum Starten der Turbine kann ein Elektrostarter 34 vorgesehen sein, der fest mit
der erfindungsgemäßen Antriebseinheit verbunden ist.
[0042] Mit dem Bezugszeichen 35 ist eine Wellenkupplung bezeichnet, die der Verbindung zwischen
der Turbinenwelle 3 und dem Getriebe dient. Weiterhin ist an der Rotorwelle 1 ein
Freilauf 36 vorgesehen.
[0043] Weiterhin ergibt sich aus den Darstellungen der Figuren 6 bis 8, dass insgesamt zwei
Seitenplatten 37 vorgesehen sind, wobei eine der beiden Seitenplatten 37 zum Zwecke
der deutlicheren Darstellung entfernt wurde. Die beiden Seitenplatten 37 werden durch
Lagerstreben 38 verbunden, welche auch zusätzliche Funktionen, wie etwa die Befestigung
von Lagern oder ähnlichem ermöglichen. Wie insbesondere aus der Figur 8 ersichtlich
ist, ist zum Spannen der Riementriebe ein Schlitten 39 vorgesehen, an welchem die
Zwischenwelle 21 gelagert ist. Durch seitliches Verschieben des Schlittens 39 kann
eine Spannung der Zahnriemen 25;26 erfolgen. Zu diesem Zwecke weist der Schlitten
39 Langlöcher auf, in denen Schrauben geführt sind, die gegen einen Querträger 40
verspannbar sind.
[0044] Weitere konstruktive Details ergeben sich aus den Figuren 6 bis 8.
[0045] Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr
ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten.
1. Antriebseinheit für einen Modellhubschrauber mit einem Rumpf und einem in den Rumpf
einbaubaren Träger (5), welcher eine Rotorwelle (1), ein Getriebe (4) und eine Antriebseinheit
lagert, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit eine horizontal angeordnete Turbine (2) umfasst, deren Turbinenwelle
(3) im Einlaufbereich der Turbine (2) verlängert ist und mit dem Riementriebe umfassenden
Getriebe (4) verbunden ist.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenwelle (3) an dem Träger (5) gelagert ist, der das Getriebe (4) trägt.
3. Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenwelle (3) mittels eines vorgespannten Lagers (6) an dem Träger (5) gelagert
ist.
4. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) in Durchströmungsrichtung vor der Turbine (2) angeordnet ist.
5. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (2) in Durchströmungsrichtung hinter der Rotorwelle (1) eingebaut ist.
6. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) dreistufig ausgebildet ist.
7. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) eine Untersetzung von 100.000 U/min auf 1.200 bis 1.800 U/min hat.
8. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Getriebe (4) und der Rotorwelle (1) eine Kupplung (7) angeordnet ist.
9. Antriebseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (7) als Fliehkraftkupplung ausgebildet ist.
10. Antriebseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (7) als Freilaufkupplung für die Autorotation des Rotors ausgebildet
ist.
11. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (2) mit einer Drehzahl-Begrenzungseinrichtung versehen ist.
12. Antriebseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl-Begrenzungseinrichtung eine Steuerung für eine Treibstoffpumpe umfasst.
1. Drive unit for a model helicopter with a fuselage and a carrier (5) capable of being
installed in the fuselage, which bears a rotor shaft (1), a gearbox (4) and a drive
unit,
characterised in that
the drive unit comprises a horizontally-arranged turbine (2), of which the turbine
shaft (3) is extended in the intake region and connected to the gearbox (4), which
surrounds the belt drives.
2. Drive unit according to claim 1,
characterised in that
the turbine shaft (3) is mounted on the carrier (5), which bears the gearbox (4).
3. Drive unit according to claim 2,
characterised in that
the turbine shaft (3) is mounted on the carrier (5) by means of a pre-stressed bearing
(6).
4. Drive unit according to any one of claims 1 to 3,
characterised in that
the gearbox (4) is arranged in the through-flow direction in front of the turbine
(2).
5. Drive unit according to any one of claims 1 to 4,
characterised in that
the turbine (2) is installed in the through-flow direction behind the rotor shaft
(1).
6. Drive unit according to any one of claims 1 to 5,
characterised in that
the gearbox (4) is designed in three stages.
7. Drive unit according to any one of claims 1 to 6,
characterised in that
the gearbox (4) has a step-down ratio of 100,000 rpm to 1,200 to 1,800 rpm.
8. Drive unit according to any one of claims 1 to 7,
characterised in that
a clutch (7) is arranged between the gearbox (4) and the rotor shaft (1).
9. Drive unit according to claim 8,
characterised in that
the clutch (7) is designed as a centrifugal clutch.
10. Drive unit according to claim 9,
characterised in that
the clutch (7) is designed as an overrunning clutch for the autorotation of the rotor.
11. Drive unit according to any one of claims 1 to 10,
characterised in that
the turbine (2) is provided with a rotational-speed limiting device.
12. Drive unit according to claim 11,
characterised in that
the rotational-speed limiting device comprises a control for a fuel pump.
1. Unité d'entraînement pour un modèle réduit d'hélicoptère, comportant un fuselage et
un support (5), qui est apte à être mis en place dans le fuselage et sur lequel sont
montés un arbre de rotor (1), un train d'engrenages (4) et une unité d'entraînement,
caractérisée en ce que l'unité d'entraînement comporte une turbine (2), qui est agencée dans le sens horizontal
et dont l'arbre (3) est prolongé dans la zone d'entrée de la turbine (2) et est relié
au train d'engrenages (4) comportant des transmissions à courroie.
2. Unité d'entraînement selon la revendication 1,
caractérisée en ce que l'arbre de turbine (3) est monté sur le support (5), qui porte le train d'engrenages
(4).
3. Unité d'entraînement selon la revendication 2,
caractérisée en ce que l'arbre de turbine (3) est monté sur le support (5) au moyen d'un palier (6) précontraint.
4. Unité d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le train d'engrenages (4) est agencé en amont de la turbine (2) par référence au
sens d'écoulement.
5. Unité d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la turbine (2) est montée en aval de l'arbre du rotor (1) par référence au sens d'écoulement.
6. Unité d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le train d'engrenages (4) est conçu à trois étages.
7. Unité d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le train d'engrenages (4) a une démultiplication passant de 100 000 tr/min à 1 200
jusqu'à 1 800 tr/min.
8. Unité d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'un embrayage (7) est agencé entre le train d'engrenages (4) et l'arbre du rotor (1).
9. Unité d'entraînement selon la revendication 8,
caractérisée en ce que l'embrayage (7) est conçu sous forme d'embrayage centrifuge.
10. Unité d'entraînement selon la revendication 9,
caractérisée en ce que l'embrayage (7) est conçu sous forme d'embrayage à roue libre pour l'auto-rotation
du rotor.
11. Unité d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la turbine (2) est munie d'un dispositif de limitation de la vitesse de rotation.
12. Unité d'entraînement selon la revendication 11,
caractérisée en ce que le dispositif de limitation de la vitesse de rotation comporte une commande pour
une pompe à carburant.