Sicherheit von Mehrblattköpfen

[nopost123]

Hallo liebe Hubschrauberfreunde
In diesem Thema möchte ich einmal die Belastbarkeit von Mehrblattrotoren darstellen. Die von mir verwandten Rotorköpfe besitzen ein PA6 Zentralstück (Polyamid) mit Blattlagerwellen aus 1.2210 (Silberstahl). Die Befestigung der Blattlagerwelle mit dem Zentralstück stellt eine 4mm durchmessende Stahlschraube mit langem Schaft dar. Zur Sicherung ist im PA6 Rotorzentralstück jeweils ein Gewinde eingeschnitten. Die 8mm Blattlagerwelle besitzt dafür eine 4mm Bohrung. Wie den Bildern zu entnehmen ist hat sich die Bohrung in der Blattlagerwelle bei einer Belastung von 5600N nicht gedehnt. Die Blattwellenschrauben sowie die Schraube im Blatthalter sind hingegen stark verbogen. Die 8.8er Schrauben durch härtere Schrauben wie z.B. 10.8 oder 12.8 ist nur dann sinnvoll. wenn die Belastung definitiv über der 8.8er liegt. Die restlichen Komponenten müssen dann auch für eine solche Last ausgelegt sein! Zudem sollte immer berücksichtigt werden, dass härte Schrauben nicht verbiegen sondern brechen können.

[bf212]

AW: Sicherheit von Mehrblattköpfen

Hallo Norbert,

da Du mein Projekt ja schon kennst stellt sich mir jetzt die Frage, ob ich Deine Testergebnisse bei Verwendung gleicher Materialien auf meinen Kopf übernehmen kann. Oder wäre es besser, den Kopf auf Grund der etwas anderen Befestigung der Blattlagerwelle einer Prüfung zu unterziehen? Des weiteren wäre ja der Rotorkreisß bei mir auch etwas kleiner (ca 1250mm bei 550er Blättern). Das Zentralstück würde ich aus schwarzem PA6 und die Blattlagerwellen auch aus Silberstahl fertigen.

[amol]

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Die 8.8er Schrauben durch härtere Schrauben wie z.B. 10.8 oder 12.8 ist nur dann sinnvoll.

12.9er Schrauben sind nicht härter (na vielleicht etwas) sondern haben eine höhere Zugfestigkeit.

g

Oli

[nopost123]

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Hallo Hagen
Bei Einhaltung der ungefähren Abmessungen des Zentralstückes wirst du vergleichbare Ergebnisse erreichen können. Das Schwächste Glied in der Kette ist jeweils die 4mm Sicherungsschraube in der Blattlagerwelle. Willst du das erste Zentralstück in der Fünffingerigen Ausführung herstellen? Du kannst ja sonst auch einen einzelnen Finger drehen und ihn einmal mit der doppelten zu erwartenden Kraft beaufschlagen. Bei meinem kompakten Zentralstück habe ich den Vorteil das im äußeren Bereich noch sehr viel Material steht. Die Siberstahlwelle sollte mit min. 12mm PA6 noch umgeben sein bevor sie das Zentralstück verläst. Die Querbohrung in den Blattlagerwellen aus 1.2210 (Siber)stahl bohre ich in einer Bohrschablone. So können die BLW recht schnell angefertigt werden. Welche Fliehkraft hast du für dein System zugrundegelegt? Bei 1,25m dürfte das erheblich weniger sein als bei den von mir getesteten Rotorkopf für 1,58m DRM. Die Blattgewichte liegen zwischen 170g bis zu 190g. Der Massenschwerpunkt liegt bei 55 bis 60%. (Nur so mal als Anhaltswert). Nenndrehzahl 1450 bis 1500 U/min.

mfG

Norbert

[Hornetrider]

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Hallo Norbert,

wie Hoch sollen die Kräfte sein, die du Aufnehmen willst?
Die Schrauben werden bei Deiner Konstruktion ja nur auf Scherung beansprucht, das führt fast immer zu krummen Schrauben. Zudem leiert alles recht schnell aus.
Wie wärs lieber mit einer axialen Verschraubung mit M6 oder M8 und einem Zentralstück aus Alu? Bei M6 könntest du noch eine Hülse für die Lager nehmen....

Grüsse Ricardo

[nopost123]

AW: Sicherheit von Mehrblattköpfen

Hallo Ricardo
Der Rotorkopf wird bei Nennlast mit ca. 2300N belastet. Die Blattlagerwellen sind fest eingepresst. Der Querbolzen dient also nur als Sicherung, nicht als Schlaggelenk(vieleicht 1bis 2/10mm). Deshalb brauche ich mir um das Thema "Verschleiß" keine sorgen zu machen. Bei den getesteten 5600N geben vor allem die Blatthalterschrauben auf. Also definitiv zuviel des Guten. Im normalen Flugbetrieb verbiegen die 8.8er Schrauben nicht. Mir ging es bei der Streckprüfung vor allem darum einmal zu ermitteln was der Polyamidkopf aushält und ob sich die Blattlagerwellen im Bereich der Bohrung strecken. Die beiden Teile haben den Test klaglos überstanden. Polyamid wirkt schwingungsdämpfend, Aluminium nicht.

mfG

Norbert

[bf212]

AW: Sicherheit von Mehrblattköpfen

Hallo Norbert,

das mit dem einen Finger ist eine super Idee!! Das kann ich noch zu Hause realisieren! Die Schwachstelle bei meinem Kopf wäre ja dann nicht die 4mm Sicherungsschraube, sondern das Gewinde zwischen Zentralstück und BLW. Das mit dem Feingewinde wäre bei Verwendung von PA6 auch hinfällig, da der Reibwert ja hoch genug ist.

[nopost123]

AW: Sicherheit von Mehrblattköpfen

@ Oli
Hallo Oli.
Bisher bin ich immer davon ausgegangen das 10.9er und 12.9er schrauben nicht nur eine höhere Zugfestigkeit aufweisen sondern auch eine höhere Festigkeit (Härte) haben. Die Streckgrenze ist höher als bei 8.8er Schrauben, die Bruchdehnung jedoch geringer. Hochfeste Schrauben neigen weniger zum Verbiegen. Sie brechen ab. Die 8.8er Schrauben zeigen uns also eher die Grenzen auf. Da wo sie sich unter Nennlast nicht verbiegen sind sie also genau richtig. Der nachfolgende Link enthält auch noch einige interessante Informationen.

http://www.schrauben-lexikon.de/td3-werkstoffe-stahl.asp

mfG

Norbert

[wirbelwind]

AW: Sicherheit von Mehrblattköpfen

Hallo Norbert,

was meinst du genau mit "Härte"? Oberflächenhärte? Vickers-, Brinell- oder Rockwell-Härte?

@Oli

12.9er Schrauben sind nicht härter (na vielleicht etwas) sondern haben eine höhere Zugfestigkeit.

Die Festigkeitsklasse der Schraube gibt ja in der ersten Zahl die Zugfestigkeit wider und in der zweiten Zahl das "Streckverhältnis", also Rp02("Nennstreckgrenze)/Rm(Zugfestigkeit). Mit höherer Festigkeitsklasse hast du also mehr Zugfestigkeit und auch die Streckgrenze liegt höher.

Folge:
Bei reiner Zugbeanspruchung "bringt" die 12.9 gegenüber der 8.8 eine 50 %ig höhere Bruchlast.

Da die Schubfestigkeit von der Zugfestigkeit (bei höheren Festigkeitsklassen nicht ganz linear) abgeleitet wird, erhöht sich auch bei reinem Abscheren (einer nicht vorgespannten Verbindung) die mögliche Scherkraft.

Bei einer nicht "sauber" ausgebildeten Scherfuge, soll heißen, wenn die zu verbindenden Bauteile (wie Rotorblätter ) weicher als die Schraube sind oder der Spalt zu groß wird, bekommt man auf die Schraube Biegung. Also Zug und Druck in einer Dreiecksförmigen Spannungsverteilung über den Kreisquerschnitt. Das heißt, auch hier "bringt" die 12.9er um ca. 50 % mehr.

Wo aber nahezu kein Unterschied ist, ist in der Verformung. Hier ist der E-Modul entscheidend und der ändert sich nur minimal. Da aber - da hat Norbert vollkommen Recht - die prozentuale Bruchdehnung bei höheren Festigkeiten sinkt, ist zwar die Belastbarkeit bei Zug, Abscheren und Biegung größer, aber es kommt nach weniger Biegung sofort der Bruch...
[SIZE="1"]Alles klar, oder?[/SIZE]

Gruß Klaus.

PS: bei weichen Bauteilen (PA, POM) ist aber auf jeden Fall die höherwertig Schraube zu bevorzugen, da aufgrund der kleineren Biegung keine so hohen Kantenpressungen auftreten und die Kräfte gleichmäßíger eingeleitet werden.

[nopost123]

AW: Sicherheit von Mehrblattköpfen

Hallo Klaus
Vielen Dank erst einmal für die ausführliche Information. Ich werde mir einmal die Schrauben in einer "Zugfesteren" Ausführung besorgen. Der nächste Test wird dann Theorie und Praxis prüfen. Ich bin schon gespannt was dabei herauskommt.

mfG

Norbert