Recherche zu Freilaufkupplungen mit anschließender Validierung der Flugberichte von Hubschrauberunfällen

Abstract

Der Freilauf ist ein universelle Baugruppe, welcher beispielsweise in der Industrie als Sicherheitselement (Backstop), in der Automobilbranche als Kupplungselement oder in der Luftfahrt als Schaltelement zwischen Triebwerk und Hauptgetriebe einen hohen Stellenwert besitzt. Der wesentliche Vorteil der richtungsabhängigen Kupplung ist der automatische Kupplungsvorgang. Der Vorgang ist abhängig vom momentan vorhandenen Drehzahlverhältnis von Antrieb zu Abtrieb und gliedert sich in die Vorgänge des Überholens und des Sperrens. Ziel dieser Arbeit ist es die Grundlagen der richtungsabhängigen Kupplungen, oder auch als Freilauf bezeichnet, aufzuarbeiten und einen Überblick über die derzeit am Markt etablierten Freilaufmechanismen zu geben. Im Anschluss soll dadurch, auf Basis von Flugunfallberichten einen Ausblick über mögliche weitere Forschungs- und Entwicklungsziele gegeben werden. Einleitend zum ersten Teil wird die Baugruppe Freilauf, als solche, in den verschiedenen normativen Regelwerken definiert und eingegliedert. Im Anschluss wird die Funktionsweise sowie die Betriebsbedingungen näher erläutert. Die größten Punkte in diesem Abschnitt betreffen die Auslegung und konstruktiven Gestaltung von Klemmrollen- und Klemmkörperfreiläufen. Hierbei wird im Detail auf die mechanischen Grundlagen und den Berechnungsalgorithmen, welche sich im Laufe der Zeit entwickelt haben, näher eingegangen. Des Weiteren werden auch mögliche Adaptionen, in Form von Anfederungen und Käfigen, näher erläutert. Der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Evaluierung von Flugunfallberichten von Hubschraubern. Um diese Einordnung und bewerten zu können, wurden auf Basis der Berichte, ein Kriterienkatalog erstellt, welcher sich in fünf Kategorien gliedert. Aufsteigend mit der niedrigsten, in welcher der Freilauf nicht beschädigt wurde, ist die Baugruppe in der höchsten Stufe der ausschlaggebende Grund für den Absturz des Hubschraubers gewesen. Der Abschluss dieses Kapitels bildet einen Pool an möglichen Ansätzen um die Baugruppe sicherer und dadurch auch besser verstehen zu können.

The freewheel is a universal subassembly, which is of great importance, for example, in the industry as a safety element (backstop), in the automobile sector as a coupling element or in aviation as a switching element between engine and main transmission. The main advantage of the directional clutch is the automatic clutch operation. The process is dependent on the currently available speed ratio from drive to output and is divided into the processes of overtaking and locking. The aim of this thesis is to elaborate the fundamentals of direction-dependent couplings, or also as free-wheeling, and provide an overview of the free-fall mechanisms currently established on the market. In the end, an outlook on possible further research and development targets is to be given on the basis of flight accident reports. To begin with the first part, the assembly is freely defined, as such, in the various normative rules. The operation and operating conditions are explained in more detail below. The main points in this section concern are the design and construction of sprag clutches. In doing so, the mechanical principles and the calculation algorithms which have developed over the course of time are discussed in detail. Furthermore, possible adaptations, in the form of springs and cages, are also explained in more detail. The second focus of this work is the evaluation of helicopter flight accident reports. In order to be able to classify these assessments, a catalog of criteria was drawn up on the basis of the reports, which is divided into five categories. Ascending with the lowest, in which the free-fall was not damaged, the assembly in the highest level has been the main reason for the crash of the helicopter. The conclusion of this chapter is a pool of possible approaches to make the assembly safer and therefore better understood.