DE3113079A1 - Aerodynamischer gross-fluegel und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Aerodynamischer gross-fluegel und verfahren zu dessen herstellung

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DE3113079A1 DE19813113079 DE3113079A DE3113079A1 DE 3113079 A1 DE3113079 A1 DE 3113079A1 DE 19813113079 DE19813113079 DE 19813113079 DE 3113079 A DE3113079 A DE 3113079A DE 3113079 A1 DE3113079 A1 DE 3113079A1
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Description

3113C73
MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM Ottobrunn, 27. März 1981
GESELLSCHAFT BTOl Dr.Hei/Bi/th
MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG, 8958
MÜNCHEN
Aerodynamischer Groß-Flügel und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen aerodynamischen Groß-Flügel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Nach einem älteren Vorschlag der Anmelderin (vgl. Patentanmeldung P 30 14 347.6-16; internes Aktenzeichen: 8714) ist bereits bekannt ein Verfahren zur Herstellung von Schaumkern-gestützten Formkörpern wie Flügel, Rotorblätter usw. großer Längen- und Breitenausdehnung in nicht-schließbaren Formen, bei dem
a) die Schale des Formkörpers in zwei getrennten Formkörper-Hälften aus Faserverbundwerkstoff laminiert und ausgehärtet wird,
b) der Schaumkern in jeder Schale des Formkörpers direkt hergestellt und bearbeitet wird und
3 Ί 1 3073
c) nach Bearbeitung der Trennebenen der Formkörper-Hälften diese miteinander verklebt werden;
wahlweise ferner
der entformte Formkörper mit Nasen- und Endkantenverstärkungen versehen wird,
der Schaumkern in druckfester Form hergestellt und als Plattenmaterial eingesetzt und miteinander verklebt wird und
das Plattenmaterial des Schaumkerns mittels Schaumkleber mit der Schale verbunden wird.
Gegenstand einer Parallelanmeldung der Anmelderin ist ein großflächiges Rotorblatt oder -bauteil, insbesondere Blattwurzel, mit Schaumkern-gestützter Schale aus faserverstärktem Kunststoff, wobei scheibenförmige Positivschablonen der Blattkontur in den Stützkern eingefügt sind (internes Aktenzeichen em 327/80).
Insbesondere das zuerst genannte bekannte Verfahren zur Herstellung von Schaumkern-gestützten Formkörpern ist bei sehr großen Flügeln wie Rotorblättern für Windenergie-Anlagen mit z. B. 70 m Länge und 7 m Profil-Tiefe in der Praxis nicht mehr anwendbar .
Schließlich ist ein Rotor für große Windenergie-Anlagen bekanntgeworden (vgl. Firmenschrift der Fa. MAN (in deutsch und in englisch) "Große Windenergieanlagen GROWIAN 3MW", April 1979), der ein Zwei-Blatt-Rotor mit 100,4 m Durchmesser ist und einen Stahl-Holm besitzt, der seinerseits von Glasfaser-Form-Segmenten verkleidet ist, die dem Rotorblatt das aerodynamische Profil verleihen.
- 10 -
:; ι . ι · · J ι ι ν-·
- 10 -
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen aerodynamischen Groß-Flügel zu schaffen, der relativ einfach herstellbar und handhabbar sowie durch ein relativ hohes Verhältnis, von Steifigkeit (Festigkeit) zu Masse ausgezeichnet ist.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Anspruchs T.
Vorteile des erfindungsgemäßen Groß-Flügels sind insbesondere:
- Die Holm-Gurte liegen im größtmöglichen Abstand zur neutralen Achse, so daß ein optimales Verhältnis von Steifigkeit zu Masse entsteht;
- der Holm entspricht in seiner Oberfläche dem Mittelteil des Flügel-Profils, so daß keine zusätzlichen Verkleidungen (und damit Massen) benötigt werden?
- die Profilnase kann in einem Stück in guter aerodynamischer Qualität hergestellt werden;
- die Profilfahnen sind selbsttragend und gleich;
- der gesamte Flügel hat ein sehr hohes Verhältnis von Steifigkeit zu Masse;
- die getrennte Herstellung der Module vereinfacht den Transport zum Einsatzort, wo dann eine einfache Montage stattfindet.
Durch die Lehre nach den Ansprüchen 2 und 3 wird eine weitere Vereinfachung von Herstellung, Transport und Montage vor Ort . erreicht.
- 11
3113G73
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 4 ff. angegeben.
Die in den Ansprüchen 14 und 17 jeweils vorgesehenen elastischen Fahnen, die als dünne Laminat-Schichten ausgebildet sein können, gestatten den Ausgleich kleiner Ungenauigkeiten beim Zusammenbau der Nasenschale und der Profilfahne mit dem Holm.
Verschraubungen zusätzlich zu Verklebungen (vgl. z. B. die Ansprüche 19 und 20) erhöhen bei den Verklebungen den Anpreß-Druck, um zusätzlich einer Schälung entgegenzuwirken.
Zur Lehre nach dem Anspruch 24 vgl. auch die Parallelanmeldung der Anmelderin (P 31 09 566.6 , . internes Aktenzeichen: 8931 ), die diese Verbindungstechnik im einzelnen zum Gegenstand hat.
Insbesondere folgende Werkstoffe sind geeignet:
- für die Schaum-Steg-Einheit empfiehlt sich PVC-Schaum, der sich durch eine hohe dynamische Festigkeit auszeichnet, allerdings nicht frei schäumbar ist;
- für die Gurt-Laminate Unidirektional-Laminate aus Glas oder Kohle;
- für die übrigen Laminate Glasfaser-Gewebe.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotorblatts;
Fig. 2a - d die Herstellung des Holms des Rotorblatts von i·1 L<j . I ;
- 12 -
Γ: 1 . :"::.:..Χ '] 3113073
Fig. 3 die Herstellung der Nasenschale des Rotorblatts von Fig. 1;
Fig. 4 die Herstellung der Profilfahne des Rotorblatts von Fig. 1 ; '.
Fig. 5a, b die unterteilung des Rotorblatts von Fig. 1 in Blatt-Längsrichtung in einzelne Segmente;
Fig. 6, 6a den Zusammenbau der einzelnen Module zum Rotorblatt von Fig. 1 und
Fig. 7 perspektivisch, teilweise im Schnitt, einen Abschnitt des erfindungsgemäßen Rotorblatts.
Im folgenden werden Bezugszahlen mit zusätzlichen kleinen Buchstaben "a" und "b" benutzt, um die Zuordnung von Bauteilen1 zu einer unteren Hälfte ("a") bzw. zu einer oberen Hälfte ("b") der einzelnen Module anzudeuten.
Ausweislich Fig. 1 ist das Rotorblatt im Querschnitt in drei Module unterteilt, nämlich einen Holm 1, eine Nasenschale 2 und eine Profilfahne 3. Bei sehr großen Flügeln können auch noch Trennstellen in Blatt-Längsrichtung festgelegt werden (vgl. dazu weiter unten Fig. 5a, b)..
Fig. 2 erläutert die schaumkerngestutzte Herstellung des Holms 1 in getrennten Formschalen auf getrennten Formtischen 10 0a und 100b.
Dabei werden Gurt-Laminate 4a bzw. 4b in Längsrichtung des Rotorblatts und auch schubübertragende Laminate 5a bzw. 5b in Form-Schalen·1Ota bzw. 101b eingelegt. Zur Herstellung der Laminate eignen sich insbesondere das Handlaninier-, das Prepreg- und das Vakuuminjektions-Verfahren.
- 13 -
3113073
Nach der Aushärtung werden zwei grob zugeschnittene Schaum-Steg-Einheits-Hälften 6a und 6b mit den zugehörigen Gurt-Laminaten 4a bzw. 4b verklebt und vorzugsweise an den Seiten durch Steg-Laminate 7a bzw. 7b verstärkt.
Die Form-Schalten 101a und 101b können an den Seitenkanten des Holms 1 (vgl. Fig. 2c und d) mit einer Leiste 9 so aufgedickt sein, daß ein Durchsatz zur Befestiauncr der Nasenschale 2 auf der einen Seite und der Profilfahne 3 auf der anderen Seite entsteht.
Entlang Trennebenen 8 werden überstehende Schaum-Steg-Teile beschnitten, um sowohl Fertigungstoleranzen als auch Formungenauigkeiten sowohl im Holm 1 als auch bei der Nasenschale 2 ausgleichen zu können (vgl. Fig. 2b).
Anschließend wird die eine Holm-Hälfte (links in Fig. 2a und b) entformt und an der Trennebene 8 mit der Gegen-Holm-Hälfte verklebt, so daß der fertige Holm 1 entsteht, der in seiner Außenkontur unmittelbar dem Flügel-Profil entspricht (im Gegensatz zu eingangs erörtertem bekannten Stand der Technik, wo das Flügel-Profil erst durch zusätzliche Verkleidungen erreicht wird).
Fig. 3 zeigt, wie die Nasenschale 2 in einer Form 11 oder mehreren Formen durch an sich bekannte Laminier-Verfahren hergestellt wird. Vorzugsweise wird eine leichte Sandwich-Struktur gebaut, damit eine eigensteife Schale entsteht. Dabei werden die Ränder als dünne Laminatschichten 13 ausgebildet, die bei der Montage am Holm 1 als elastische Fahnen dienen,· die kleine Ungenauigkeiten ausgleichen können.
Fig. 4 erläutert die Herstellung der Profilfahne 2, die für Ober- und Unterseite getrennt in Formen 15 vorzugsweise als leichte Sandwich-Struktur hergestellt wird. Sie erhält eben-
-U-
3Ί13073
falls eine elastische FahneΉ 6a (bzw. 16b) an den Seiten, die mit dem Holm 1 verbunden werden. Wenn die Profil-Form es vorsieht, kann eine dicke Profil-Endkante durch Aufkleben von Schaumleisten 17a (bzw. b) erzielt werden.
F .i g . 5a und b zeigt die Unterteilung des Holms 1 in Module 1-1 und 1-2 in Rotorblatt-Längsrichtung. Dabei werden die Laminate 4a, 5a bzw. 4b, 5b in der Nähe der Trennstellen 18 durch Zusatz-Laminate 20a bzw. 20b aufgedickt. Diese dikken Laminate erhalten in für sich bekannter Weise (vgl. die Parallel-Anmeldung der Anmelderin P 31 09 566.6 , . internes Aktenzeichen: 8931 ) Längs-Bohrungen 50 und Quer-Bohrungen 51 zur Aufnähme von Verbindungselementen 19 und 19'.
Beim Zusammenbau der Holm-Segmente 1-1 und 1-2 werden die Verbindungselemente 19 und 19' eingesetzt und vorgespannt. Nach diesem Zusammenbau werden Laminate 21 als Querkraftverbindung aufgebracht.
Fig. 6 erläutert den Zusammenbau des Holms 1 mit der Nasenschale 2 und der Profilfahne 3.
Diese Module können getrennt transportiert und am Aufstellungsort der Windenergie-Anlage wie folgt zusammengebaut werden:
Die Profilfahnen-Hälften 3a und 3b werden an der Endkante, d.h. den Schaumleisten 17a bzw. 17b, miteinander verklebt und mit dem Holm 1 durch Verklebungen 25 und Verschraubungen 24 (vgl. Fig. 6 a ) verbunden. Rippen 22 helfen dabei beim Positionieren und werden als Versteifung mit den Profilfahnen-Hälften 3a und 3b und dem Holm 1 verklebt.
Die Nasenschale 2 wird ebenfalls mit dem Holm 1 verklebt und ■verschraubt (ähnlich den Verschraubungen 24 in Fig. 6a).
- 15 -
311307D
Die Verschraubungen 24 geben der Verklebung den nötigen Anpreßdruck und verhindern so eine Schalung.
Fig. 7 zeigt schließlich ein fertiges Rotorblatt, soweit es erfindungsgemäß aufgebaut ist, d.h. ohne den Rotorkopf und ohne die Blattspitze (sowie ggf. einen dazu unmittelbar benachbarten Rotorblatt-Abschnitt), die in Vollschaum-Bauweise hergestellt sein können. Dabei sind die Bezugszeichen im wesentlichen weggelassen, mit 1a ist die untere Holm-Hälfte bezeichnet.
Leerseite

Claims (1)

  1. MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM " Öttobrunn, 27- März 1981
    GESELLSCHAFT BTOl Dr.Hei/Bi/th
    MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG, 8958
    MÜNCHEN
    Aerodynamischer Groß-Flügel und Verfahren zu dessen Herstellung
    Ansprüche
    (?iJ Aerodynamischer Groß-Flügel, insbesondere Rotorblatt für große Windenergie-Anlagen, gekennzeichnet durch
    - mindestens drei den Flügel-Querschnitt bildende, gesondert hergestellte und anschließend zusammengefügte Module:
    - Holm (1),
    - Nasenschale (2) ,
    - Profilfahne (3).
    2. Flügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß mindestens einer der Module
    - in Flügel-Längsrichtung in Segmente unterteilt ist (Fig. 5a, b; 7).
    3. Flügel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - daß der eine Modul - der Holm (1) ist (Fig. Ea, b).
    O I ΙΟ. ; J
    4. Flügel nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, - daß der Holm (1) besitzt:
    - zwei dem Flügelprofil-Mittelteil entsprechende Schalen (4a, 5a; 4b, 5b) und
    - eine diese stützende Schaum-Steg-Einheit (6a; 6b) (Fig. 9).
    5. Flügel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, - daß die Schalen (4a, 5a; 4b, 5b)
    - Laminate sind (Fig. 2).
    6. Flügel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, - daß die Laminate
    - durch HandlaminierrPrepreg- oder Vakuuminjektions-Verfahren hergestellt sind.
    7. Flügel nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Schalen
    - aus je zwei Gurt-Laminaten (4a; 4b) mit einem zwischenliegenden Schubübertragungs-Laminat (5a; 5b) bestehen,und
    - daß die Schaum-Steg-Einheit (6a; 6b)
    - nur die Gurt-Laminate (4a; 4b) stützt (Fig. 2) .
    3113G73
    Flügel nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, - daß der Holm (1) - aus einer unteren und einer oberen Holm-Hälfte besteht, die
    - je eine Schale (4a, 5a; 4b, 5b) und eine Schaum-Steg-Einheits-Hälfte (6a; 6b) besitzen und
    - an den zugewandten beschnittenen Endflächen der Schaum-Steg-Einheits-Hälften (6a; 6b) miteinander verklebt sind
    (Fig. 2).
    9. Flügel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, - daß die Schaum-Steg-Hälften (6a; 6b)
    - als grobe Zuschnitte mit den Schalen (4; 4") verklebt sind (Fig. 2).
    10. Flügel nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, - daß die Schaum-Stege (6a; 6b)
    - an den Längs-Seiten mit Steg-Laminat (7a; 7b) verstärkt sind (Fig. 2) .
    11. Flügel nach einem der Ansprüche 4-10, dadurch gekennzeichnet, - daß die Schalen (4a; 4b) - an beiden Längs-Seiten eine zurückspringende Stufe zum Durchsatz der Nasenschale (2) bzw. der Profilfahne (3) besitzen
    (Fig. 2) .
    -U-
    311.3:79
    12. Flügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß die Nasenschale (2) - ein Laminat ist.
    13. Flügel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, - daß das Laminat - eine leichte Sandwich-Struktur ist.
    14. Flügel nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, - daß die Nasenschale (2)
    - in elastischen Fahnen (J 3) ausläuft (Fig. 3).
    15. Flügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß die Profilfahne (3)
    - aus einer unteren und einer oberen Hälfte (3a-, b) besteht (Fig. 1, 6).
    16. Flügel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, - daß die Profilfahnen-Hälften (3a, b)
    - eine leichte Sandwich-Struktur sind (Fig. 1,6).
    3113073
    17. Flügel nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, - daß die Profilfahnen-Hälften (3a, b) - je eine elastische Fahne (16a, b) an der mit dem Holm (1)
    zu verbindenden Längs-Seite besitzen (Fig. 1; 4, 4a, b).
    18. Flügel nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, - daß die Profilfahnen-Hälften (3a, b) - je eine aufgeklebte Schaumleiste (17a, b) als dicke Profilendkante besitzen (Fig. 1 , 4, 6) .
    19. Flügel nach einem der Ansprüche 15 - 18, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Profilfahnen-Hälften (3a, b)
    - an ihrer Profilendkante miteinander verklebt und mit dem Holm (1) durch Verschraubung (24) und/oder Verklebung (25.) verbunden sind; und
    - daß Rippen (22)
    - als Positionier-Hilfe und als Versteifung mit den Profilfahnen-Hälften (3a, b) und dem Holm (1) verklebt sind
    (Fig. 6, 6a).
    20. Flügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß die Nasenschale (2) - mit dem Holm (1) durch Verschraubung (24) und/oder Verklebung (25) verbunden ist (Fig. 1, 6, 6a).
    3113073
    -s-
    21. Flügel nach einem der Ansprüche 3 - 20, dadurch gekennzeichnet, - daß die Holm-Segmente (1-1, 1-2) - in der Nähe ihrer Trennstellen (18) an ihren Schalen (4) mindestens im Gurt-Bereich durch eine Zusatz-Schicht (20) aufgedickt sind (Fig. 5a).
    22. Flügel nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, - daß die Holm-Segmente (1-1, 1-2) - an ihren Trennstellen (18) seitlich an der Schaum-Steg-Einheit (6, 6') Querkraftverbindungs-Schichten (21) besitzen
    (Fig. 5a, b).
    23. Flügel nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Schichten (20, 21)
    - Laminate sind (Fig. 5a, b).
    24. Flügel nach einem der Ansprüche 3, 21 - 23, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Holm-Segmente (1-1, 1-2)
    - an ihren Trennstellen (18) Längs(50)- und Quer(51)-Bohrungen zur Aufnahme von Verbindungselementen (19a, 19b) besitzen .
    (Fig. 5a).
    3113073
    25. Verfahren zur Herstellung des Flügels nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
    - daß der Holm (1) in zwei getrennten Formschalen (101a; 101b) als zwei Holm-Hälften schaumsteggestützt hergestellt wird,
    - daß entlang einer Trennebene (8) überstehende Abschnitte der Schaum-Stege (6a; 6b) beschnitten werden, und
    - daß eine Holm-Hälfte entformt und an der Trennebene (8) mit der Gegen-Holm-Hälfte verklebt wird
    (Fig. 2).
    26. Verfahren nach Anspruch 25 mit 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Formschalen (101a; 101b)
    - an den Längs-Seiten des Holms (1) mit einer Leiste (9, 91) so aufgedickt werden,
    - daß je.· ein Durchsatz zur Befestigung der Nasenschale (2) auf der einen Längs-Seite und der Profilfahne (3) auf der anderen Längs-Seite entsteht
    (Fig. 2c, d) .
    27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Nasenschale (2) und/oder die Profilfahne (3)
    - je in einer oder mehreren Formen (11) laminiert wird bzw. werden.
    28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 - 27 zur Herstellung des Flügels nach Anspruch 22,
    dadurch gekennzeichnet, - daß die Querkraftverbindungs-Schichten (21) - nach dem Zusammenbau der Holm-Segmente (1-1, 1-2) aufgebracht werden
    (Fig. 5a, b). .
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