DE2856661C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Flügeln, insbesondere für Wind-Kraftanlagen in einer Form - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Flügeln, insbesondere für Windkraftanlagen, in einer Form, wobei man das Kunststoff-

65 material einschließlich Verstärkungsmaterialien in die geöffnete Form einbringt, es bei geschlossener Form aushärten läßt und nach Wiederöffnen der Form den Flügel entnimmt Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die konturgünstigsten Windflügel sind in Formen hergestellte Kunststoff-FlügeL Man verwendet daher zu diesem Zweck mit Vorteil faserverstärkte Kunststoff-FlügeL

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung zur Herstellung derartiger Kunststoff-Flügel werden die einzelnen Flügel jeweils in zwei Hälften gefertigt, die anschließend miteinander verklebt werden. Zur Veranschaulichung dieses bekannten Verfahrens wird auf die Zeichnungsfiguren 1 und 2 verwiesen.

Im einzelnen werden die beiden Flügelhälften 1,2 in zwei entsprechend ausgebildete starre Formhälften 3,4 einlaminiert (Fig. 1). Nach dem Aushärten und Verschleifen der beiden Nahtlinien 5 und 6 an der Flügelvorderkante bzw. der Flügelhinterkante werden die beiden Formhälften 2 zusammengebaut (Fig.2), wobei gleichzeitig die Nahtlinsen 5 und δ miteinander verklebt werden. Schließlich wird der fertige Flügel nach Entnehmen aus der Form 3,4 an den Nahtlinien 5 und 6 nachgearbeitet

Dieses bekannte Herstellverfahren ist jedoch zum einen aufgrund der getrennten Herstellung von Flügeloberteil und Flügeiunierteil sowohl verfahrensmäßig als auch apparativ aufwendig, zumal praktisch zwei separate Formen zur Herstellung eines einzigen Flügels erforderlich sind. Zum anderen ergibt sich ein unerwünscht großer Aufwand durch die beim Zusammenbau der beiden Flügelhälften erforderlichen Verfahrensschritte, insbesondere hinsichtlich der Nahtstelle an der Flügelvorderkante. Diese vordere Nahtstelle muß ganz besonders genau nachgearbeitet und anschließend lackiert werden. Ansonsten treten Strömungsstörungen beim Betrieb des Flügels auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirksame;: Verfahren sowie eine in apparativer Hinsicht einfache Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Flügeln in einer Form zu schaffen, weiche nahtlose Flügelvorderkanten aufweisen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß gelöst durch Verwendung einer einteiligen Form, welche zumindest im Bereich der Vorderkante des herzustellenden Flügels elastisch ist und im Bereich der Hinterkante des herzustellenden Flügels auf- bzw. zusammenklappbar ist. Erfindungsgemäß weist die Form im aufgeklappten Zustand die Querschnittsgestalt eines U auf, dessen Scheitel der Vorderkante des herzustellenden Flügels zugeordnet ist und dessen Schenkelenden nach dem Zusammenklappen der Form der Hinterkante des herzustellenden Flügels zugeordnet sind.

Gemäß einer insbesondere bei kleiner Stückzahl anwendbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens laminiert man die Kunststoff- und Verstärkungsmaterialien in die aufgeklappte Form von Hand ein und verbindet beim Zusammenklappen der Form die freien Endkanten des Laminats, vorzugsweise durch Verkleben, miteinander.

Bei einer anderen, insbesondere bei herzustellenden großen Stückzahlen mit Vorteil verwendbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens legt man die Kunststoff- und Verstärkungsmaterialien als Prepreg über wenigstens einen entlasteten Drucksack, legt

diese Anordnung in die beheizte Form ein und bläst nach dem Zusammenklappen der Form den Drucksack auf. Diese Verfahrensvariante, bei welcher das Prepreg nach Schließen der Form unter Wärme- und Druckeinwirkung aushärtet, eignet sich gut zur automatisierten Herstellung von Kunststoff-Flügeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung weisen gegenüber dem bekannten Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Flügeln erhebliche Vorteile auf. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Flügeloberteil und Flügelunterteil in einer einzigen Form ohne Zwischenhärten herstellen, wobei sich in fertigungstechnischer und apparativer Hinsicht wesentliche Vereinfachungen ergeben. Insbesondere ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch den Fortfall der (beim bekannten Verfahren unvermeidlichen) Teilungskante an der Flügelnase dort keinerlei Nachbearbeitung erforderlich. Darüber hinaus wird dabei auch ein aerodynamischer Vorteil erzielt. Sämtliche Vorteile der Erfindung ergeben sich mit besonders einfachen Mitteln, nämlich lediglich der Verwendung einer einzigen einteiligen Form, welche zumindest im Bereich der Nase des herzustellenden Flügels elastisch ist

Ein weiteres vorteilhaftes Erfindungsmerkmal ist das Anordnen eines Metallträgers innerhalb des erfindungsgemäß herzustellenden Flügels. Ein derartiger Metallträger im Flügelinneren übernimmt die auf den Flügel wirkenden Hauptkräfte. Die Flügelaußenhaut aus Kunststoff übernimmt Verkleidungsaufgaben und weist die erforderliche Profilkontur auf. Der Metallträger und die Kunststoffhaut des Flügels werden durch Kleben, Nieten oder dergleichen miteinander verbunden.

Bei der obenbeschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche insbesondere bei kleineren herzustellenden Stückzahlen geeignet ist, kann man den Metallträger nach dem Einlaminieren von Hand der Kunststoff- und Verstärkungsmaterialien in die aufgeklappte Form einlegen.

Hingegen ordnet man bei der anderen obenbeschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche sich vor allem zur Herstellung großer Stückzahlen eignet, mit Vorteil den Metallträger vor Legen des Prepreg über zwei entlastete Drucksäcke zwischen diesen an derart, daß an der im Querschnitt vorderen und hinteren Seite des Metallträgers je ein Drucksack angeordnet ist Somit sind auch bei der Prepreg-Verfahrensvariante auf einfache Weise Kunststoff-Flügel mit einem in ihnen angeordneten Metallträger herstellbar.

Die erfindungsgemäße rorm kann in einer Ausführung vollkommen aus elastischem Material bestehen. Bei einer anderen Ausbildung besteht die erfindungsgemäße Form mit Vorteil zumindest im Bereich der Vorderkante des herzustellenden Flügels aus elastischem Material und weist in den Bereichen der Formschenkel harte Formteile auf. Eine derartige Form ergibt eine besonders hohe Konturgenauigkeit des hergestellten Kunststoff-Flügels.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal weist die Form vorteilhafterweise an ihrer Außenseite Verstärkungsrippen oder dergleichen auf. Eine derartige Form ist insbesondere bei der Prepreg-Verfahrensvariante gut verwendbar, bei welcher die Herstellung des Kunststoff-Flügels unter Wärme- und Druckeinwirkung erfolgt.

Das elastische Material der Form ist mit Vorteil Gfk: Es können jedoch grundsätzlich sämtliche Materialien verwendet werden, weiche eine den auftretenden Beanspruchungen und Erfordernissen entsprechende Elastizität und Festigkeit besitzen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 und 2 Schemazeichnungen zur Veranschaulichung des bekannten Verfahrens zur Herstellung von Kunststoff-Flügeln,

ίο Fig.3 im Querschnitt eine vollkommen aus elastischem Material bestehende Form in zusammengeklapptem Zustand,

Fig. 4 im Querschnitt eine Form in zusammengeklapptem Zustand, bei welcher im Bereich der Nase des herzustellenden Flügels vollkommen aus elastischem Material besteht und in ihren übrigen Bereichen mit harten Teilen versehen ist,

F i g. 5 im Querschnitt eine erfindungsgemäße Form, in welcher die Kunststoff-Flügelhaut einlaminiert ist wobei die Form in ausgezogenen Linien in aufgeklapptem Zustand und in gestrichelten Linien in geschlossenem Zustand dargestellt ist,

F i g. 6 im Querschnitt ein über einen Drucksack gelegtes Prepreg,

F i g. 7 im Querschnitt eine erfindungsgemäße Form in aufgeklapptem Zustand, in welche ein Drucksack mit aufgelegtem Prepreg gemäß F i g. 6 eingebracht ist,

Fig. 8 im Querschnitt ein Prepreg, aufgelegt auf zwei Drucksäcke mit dazwischen befindlichem Metallträger, Fig.9 eine erfindungsgemäße Form mit Versteifungsrippen in aufgeklapptem Zustand nach Einbringung des Prepreg gemäß Fig. 8,

Fig. 10 im Querschnitt die gefüllte Form gemäß F i g. 9 in zusammengeklapptem Zustand, F i g. 11 in perspektivischer Darstellung eine geschlossene erfindungsgemäße Form, weiche an einem Arbeitsgerüst angehängt ist,

Fig. 12 den vorderen Teil der Anordnung gemäß F i g. 11 bei aufgeklapptem Zustand der Form und Fi g. 13 in Seitenansicht einen erfindungsgemäß hergestellten Kunststoff-Flügel mit Metaliträger.

Di-iin Fig. 1 dargestellte Form 7 besteht vollkommen aus elastischem Material, insbesondere Gfk. Sie läßt sich, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, an den Formschenkeln aufklappen, wonach das zu einem Flügel zu formende Kunsistoffir.aierial einschließlich Verstärkungsmaterialien in den Forminnenraum 8 einbringbar ist Im aufgeklappten Zustand weist die Form 7 die Querschnittsgcstalt eines U auf. Die Form 9 gemäß F i g. 4 unterscheidet sich von der in F i g. 3 dargestellten Form 7 lediglich dadurch, daß sie nur im Bereich 10 der Vorderkante des herzustellenden Flügels vollkommen elastisch ausgebildet ist, während si« in <*sn übrigen Bereichen harte Formteile 11 aufweist.

Selbstverständlich sind noch weitere Forrnausbildungen denkbar und möglich.

Fig.5 zeigt eine Form 12, wobei diese zur Veranschaulichung eines Flügelherstellverfahrens zunächst in ihrer (in ausgezogenen Linien gezeigten) aufgeklappten Stellung betrachtet werden soll. In dieser Stellung wird die herzustellende Kunststoff-Flügelhaut 13 dadurch in die Form 14 eingebracht, daß man zunächi'. eine Oberflächenschicht aus Kunststoff an der Forminnenwand aufträgt Danach laminiert man mehrere Glasfasergewebelagen von Hand darüber. Anschließend kann man, falls gewünscht, einen mit Klebstoff beschichteten Metallträger einlegen, welcher jedoch der besseren Über-

sichtlichkeit halber in F i g. 5 nicht dargestellt ist.

Danach klappt man die Form 12 in die in gestrichelten Linien gezeigte Schließstellung zusammen, wonach man die im Bereich der Schenkelenden der Form 12 befindliche Nahtlinie 14 an der Flügelhinterkante verklebt. Bei geschlossener-Form 12 läßt man den Kunststoff-Flügel 13 gelieren und aushärten. Schließlich wird der geformte Flügel nach dem Wiederaufklappen der Form 12 entnommen und an seiner Hinterkante verputzt, wonach normalerweise noch ein Auswuchten des Flügels erforderlich ist.

Das vorstehend im Zusammenhang mit F i g. 5 beschriebene erfindungsgemäße Herstellverfahren eignet sich vornehmlich bei der Herstellung kleinerer Stückzahlen. Hingegen ist das nachstehend im Zusammenhang mit den F i g. 6 und 7 noch näher zu erläuternde erfindungsgemäße Verfahren auch bei größeren Stückzahlen gut geeignet.

Gemäß Fig.6 legt man ein zuvor nach Schablone zugeschnittenes Prepreg 15 auf einen entlasteten Drucksack 16 auf. Die Anordnung 15, 16 wird anschließend in eine aufgeklappte beheizbare Form 17 eingelegt, wonach die Form 17 zusammengeklappt wird. Der Drucksack 16 wird aufgeblasen, und man läßt das Prepreg beispielsweise bei 150° C für 15 Minuten Dauer gelieren und aushärten. Der geformte Kunststoff-Flügel kann nach Wiederöffnen der Form 17 entnommen und anschließend an seiner Hinterkante verputzt werden. Ein nachfolgendes Auswuchten des Flügels ist normalerweise nicht notwendig, da durch genaues Prepreg-Flächengewicht und gleichbleibende Fertigungsbedingungen auch gleichbleibende Gewichtsverhältnisse vorliegen.

Es soll noch besonders darauf hingewiesen werden, daß in den F i g. 5 und 7 jeweils die Form 12 bzw. 17 der besseren Übersichtlichkeit halber nur stark schematisiert dargestellt ist. Selbstverständlich werden die Formen 12 bzw. 17 jeweils entsprechend den an sie gesteiiten Anforderungen ausgebildet. Beispielsweise ist dabei bei der Form 17 zu berücksichtigen, daß diese beheizbar sein und höhere Drücke aushalten können muß.

Fig. 8 unterscheidet sich von Fig. 6 vor allem dadurch, daß sich innerhalb des Prepregs 15 noch ein Metallträger 18 befindet, wozu der Drucksack in zwei Drucksäcke 16a. 166 aufgeteilt ist, welche beidseitig vor bzw. hinter dem Metallträger 18 angeordnet sind. Die Prepreg-Metallträger-Drucksäcke-Anordnung 15, 16a und b, 18 wird, wie bereits im Zusammenhang mit F i g. 7 erläutert, in die geöffnete Form 19 eingebracht, welche in Fig. 10 in geschlossenem Zustand gezeigt ist. Die Form 19 weist über ihren gesamten Umfang verteilte Verstärkungsrippen 20 auf.

Im übrigen entspricht das Hersteliverfahren gemäß den F i g. 8 bis 10 grundsätzlich dem anhand der F i g. 6 und 7 erläuterten. Die Metallträger haben jeweils ein Kastenprofil und sind in Längsrichtung entsprechend der Flügelverjüngung in Richtung auf die Flügelspitze keilförmig ausgebildet Für kleinere Stückzahlen werden U-Profile zur Bildung eines Kastenprofils zusammengesetzt und durch Nieten miteinander verbunden. Bei größeren Stückzahlen ist es zweckmäßig, die U-Profile miteinander zu verschweißen.

In den Fig. 11 und 12 ist eine erfindungsgemäße Form 21 in einem Arbeitsgerüst 22 eingehängt dargestellt, welche besonders einfach und für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig ist. Die nach oben gerichteten Enden der Schenkel der Form 21 sind zur Halterung am Arbeitsgerüst 22 jeweils nach außen gebogen. Bei geöffneter Form 21 (Fig. 12) sind die Kunststoff- und Verstärkungsmaterialien bequem in den Forminnenraum einbringbar. In dieser Stellung weisen die beiden Querträger 23, 24 des Arbeitsgerüsts 22 einen entsprechend weiten Abstand voneinander auf.

Fig. 11 zeigt diese Anordnung bei geschlossenem Zustand der Form 12, wobei die Querträger 23, 24 des GerQsts 22 einen entsprechend geringeren Abstand voneinander haben. In dieser Schließstellung der Form 21 ist auf deren umgebogenen Schenkelenden eine metallische T-Schiene 25 angeordnet und zweckmäßigerweise mit dieser verbunden. Der relativ kurze Mittelsteg der T-Schiene ragt zwischen die Schenkel der Form 21 hinein und bestimmt den Abstand dieser entsprechend der gewünschten Breite der Hinterkante des herzustellenden Flügels.

Fig. 13 zeigt zur generellen Veranschaulichung ein Ausführungsbeispiel eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren fertiggestellten Kunststoff-Flügels 26 mit einem Metallträger 27 zur Verwendung in einer Windkraftanlage. In F i g. 13 ist einmal in einem vorderen und einmal in einem hinteren Flügelbereich jeweils das Profil der F'iügelhaut 26 mit dem Profil des darin befestigten Metallträgers 27 eingezeichnet.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Flügeln, insbesondere für Windkraftanlagen, in einer Form, wobei man das Kunststoffmaterial einschließlich Verstärküngsmaterialien in die geöffnete Form einbringt, es bei geschlossener Form aushärten läßt und nach Wiederöffhen der Form den Flügel entnimmt, gekennzeichnet durch Verwendung einer einteiligen Form, weiche zumindest im Bereich der Vorderkante des herzustellenden Flügels elastisch ist und im Bereich der Hinterkante des herzustellenden Flügels auf- bzw. zusammenklappbar isL

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kunststoff- und Verstärküngsmaterialien in die aufgeklappte Form von Hand ein-Isminiert und beim Zusammenklappen der Form die freien Endkanten des Laminats, vorzugsweise durch Verkleben, miteinander verbindet

3. Verfaäran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kunststoff- und Verstärkungsmaterialien als Prepreg über wenigstens einen entlastbaren Drucksack legt, diese Anordnung in die beheizte Form einlegt und nach Zusammenklappen der Form den Drucksack aufbläst

4. Verfahren nach einem dec Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Anordnen eines Metallträgers innerhalb des herzustellenden Flügels.

5. Verfahren nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß man den Metallträger nach dem Einlaminieren von, Hand der Kunststoff- und Verstärkungsmaterialien in die aufgekippte Form einlegt

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Meiallträaier vor Legen des Prepreg über zwei entlastete Drucksäcke zwischen diesen anordnet derart, daß an der im Querschnitt vorderen und hinteren Seite des Metallträgers je ein Drucksack angeordnet ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (7,9,12,17,19,21) im aufgeklappten Zustand die Querschnittsgestalt eines U aufweist, dessen Scheitel der Vorderkante des herzustellenden Flügels zugeordnet ist und dessen Schenkelenden nach dem Zusammenklappen der Form (7, 9, 12, 17, 19, 21) der Hinterkante des herzustellenden Flügels zugeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (7) vollkommen aus elastischem Material besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (9) zumindest im Bereich der Vorderkante des herzustellenden Flügels aus elastischem Material besteht und in den Bereichen der Formschenkel harte Formteile (11) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (19) an ihrer Außenseite Verstärkungsrippen (20) oder dergleichen aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material der Form (7,9,12,17,19,21) Gfk ist.