Entwicklung eines neuartigen Dichtungssystems eines Hubschraubergetriebes

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist es, ein innovatives Dichtungssystem für die Antriebswelle eines Helikopters zu finden. Diese Dichtung stellt im Allgemeinen bei vielen Hubschraubergetrieben ein Problem durch Getriebeöl-Leckagen dar. Konkret wird auf das Getriebe des Eurocopter EC135, heutige Bezeichnung Airbus Helicopters H135, eingegangen. Bekanntheit hat dieses Helikoptermodell vor allem durch den Einsatzzweck als Rettungshubschrauber der Christophorus-Flotte sowie den Einsatz als Polizeihubschrauber erlangt. Bei diesem Modell wird die Getriebeeingangswelle mittels herkömmlicher Radialwellendichtring abgedichtet, dieser hat nur bedingte Lebensdauer und führt daraus resultierend zu erhöhten Leckageraten sowie erhöhtem Wartungsaufwand. Da die üblichen Eingangsdrehzahlen im Bereich von 6000 U/min liegen, wird ein berührungsloses Dichtungskonzept für den Betriebsfall angestrebt. Durch methodisches Bewerten von am Markt verfügbaren Dichtungssystemen sowie eines Eigenkonzeptes wird das am besten geeignete Dichtungssystem für diesen Anwendungsfall gefunden. Die Eigenkonzeptionierung überzeugt mit den Eigenschaften in allen Betriebsbereichen nahezu leckagefrei zu arbeiten, sowie wartungsfrei und verschleißarm zu sein. Dies ist möglich durch eine berührungslose Labyrinthdichtung für den Nennbetrieb, sowie eine berührende Stillstanddichtung für den Wellenstillstand und Bereich geringer Drehzahlen. Diese hebt ab einer bestimmten Drehzahl durch einen Fliehkraftmechanismus ab, ohne extern benötigter Steuerung. Anhand eines Kunststoff 3D-Druckes des ausgearbeiteten Dichtungskonzeptes wird die Auslegung und Berechnung des Abhebemechanismus der Stillstanddichtung validiert.

The aim of this work is to find an innovative sealing system for the drive shaft of a helicopter. This seal is generally a problem in many helicopter gearboxes due to gearbox oil leaks. Specifically, the gearbox of the Eurocopter EC135, now known as the Airbus Helicopters H135, is examined. This helicopter model is best known for its use as a rescue helicopter in the Christophorus fleet and as a police helicopter. In this model, the transmission input shaft is sealed using a conventional radial shaft seal, which has only a limited service life and therefore leads to increased leakage rates and higher maintenance costs. Since the usual input rotation speeds are in the range of 6000 rpm, a non-contact sealing concept is aspired for the operating case. The most suitable sealing system for this application is found by methodically evaluating sealing systems available on the market as well as an in-house concept.The in-house design impresses with its properties of being virtually leak-free in all operating ranges, as well as being maintenance-free and low-wear. This is made possible by a non-contacting labyrinth seal for nominal operation, as well as a contacting standstill seal for standstill and low speed range. This sealing system lifts off, due to a centrifugal mechanism, at a certain speed, without an external control mechanism. The design and calculation of the lift-off mechanism of the standstill seal is validated using a plastic 3D print of the developed seal concept.