Verfahren zum Herstellen eines aus mindestens einer faserverstärkten Kunststoffschale oder -platte bestehenden Bauteiles, insbesondere von aero- bzw. hydrodynamischer Form Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her stellen eines aus mindestens einer faserverstärkten Kunststoffschale oder -platte bestehenden Bauteiles, insbesondere von aero- bzw. hydrodynamischer Form, wie z. B. Trag- bzw. Antriebsflügeln, Rümp fen oder Karosserien.
Bei den bekannten Verfahren zum Herstellen von mit Glas-, Textil-, Asbest- oder dergleichen Fasern verstärkten Kunststoffschalen wurden die Fasern bisher entweder als Gewebe mit den verschiedensten Bindungen oder in Form von Matten aus im wesent lichen parallel verlaufenden, ganzen oder gestückel ten Einzelfasern bzw. Rowings verarbeitet.
Die Ver wendung derartiger flächenhaft oder auch bandför mig gestalteter Fasereinlagen, die im allgemeinen zu aus in mehreren Lagen in unterschiedlicher Rich tung angeordneten Matten bzw. Geweben bestehen den Verbundplatten zusammengepresst wurden, ergibt jedoch eine verhältnismässig niedrige mittlere Zugfestigkeit und Steifigkeit der Bauteile, so dass die günstigen Eigenschaften der faserverstärkten Kunststoffe im Vergleich mit Leichtmetallen und Leichthölzern noch nicht voll ausgenutzt wurden.
Ausserdem bereitet die Kräfteüberleitung am Ende der nach den bekannten Verfahren hergestellten Kunststoffschalen erhebliche Schwierigkeiten und bedingt einen verhältnisn#ässig hohen zusätzlichen Gewichtsaufwand, der die möglichen Einsparungen an den Gesamtbauteilen grossenteils wieder aufwiegt. Für die Herstellung stabförmiger Körper hoher Festigkeit, wie z. B. Angelruten oder dergleichen, hat man auch bereits Glasfasern in Form von Strän gen verarbeitet, die aus einem Bündel unverbundener Fasern, z.
B. durch Tauchen mit einem bei Raum- temperatur plastischen Kunstharz-Bindemittel, wie Polyester, Epoxyd-Harz oder dergleichen, getränkt und anschliessend mittels einer Abstreifvorrichtung, z. B. in Form einer Düse, auf ein vorbestimmtes Faser-Bindemittel-Verhältnis gebracht wurden und ausgehärtet die Vorrichtung yerliessen.
Hauptaufgabe der Erfindung ist es, ein Verfah ren zum Herstellen von Bauteilen aus faserverstärk ten Kunststoffschalen oder -platten zu schaffen, bei dem die günstigen Festigkeitseigenschaften, insbeson dere bei Verwendung von Glasfasern sehr kleinen Durchmessers, voll ausgenutzt werden. Weiter soll es das Verfahren ermöglichen,
insbesondere aero- bzw. hydrodynamisch geformte Trag- oder Antriebs flügel mit einer möglichst genau der Hauptbean- spruchungsrichtung an jeder Stelle der Bauteile an- gepassten Anordnung der Fasern in den Schalen wirt- schaftlichundunter verhältnismässig geringemAufwand für die Vorrichtungen herzustellen.
Diese Aufgaben werden gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass zur Bildung der Schale oder Platte Stränge, die aus in polymerisierbarem Kunstharz eingebetteten Fasern gebildet und auf ein praktisch konstantes Faser-Kunstharz-Verhältnis gebracht werden, in die der Schale oder Platte entsprechende Wandstärke verformt und im noch unpolymerisierten Zustand in eine der Schalen- oder Plattenoberfläche entspre chende Form in Richtung der Hauptbeanspruchung im wesentlichen nebeneinanderliegend eingelegt wer den, worauf das Kunstharz polymerisiert wird.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren ist es möglich geworden, hochbeanspruchte Schalenbauteile, wie z. B. Trag- und Antriebsflügel von Flugzeugen, Lüftern oder dergleichen, aus faserverstärktem Kunst harz mit an jeder Stelle der Bauteile einschliesslich des Bereichs der Krafteinleitung mit einer der Bela stung genau entsprechenden Anzahl und Anordnung der Fasern und unter Einhaltung eines genau vorher bestimmbaren FaserHarz-Verhältnisses in verhält nismässig einfachen Formen ohne Druckanwendung herzustellen.
Die verschiedenen Stränge können vorteilhaft beim Einlegen in die Form mit Hilfevon geeigneten Werkzeugen aus einem anfänglich runden Quer schnitt zu einem im wesentlichen rechteckigen Quer schnitt von solcher Breite verformt werden, dass an jeder Stelle der Schale oder Platte eine der erfor derlichen Schalenstärke entsprechende Stranghöhe er zielt wird. Ein solches unterschiedliches Formen des an jeder Schalenstelle erforderlichen Strangquer- schnittes aus einem immer gleichen Ausgangsquer schnitt ermöglicht ein beliebig genaues Anpassen der Schalenstärke an die jeweilige örtliche Beanspru chung mit verhältnismässig geringem Arbeits- und Werksaufwand.
Das Formen der Stränge kann bei einer vor teilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Ver fahrens noch darauf erheblich beschleunigt und er leichtert werden, dass die zu den vorgesehenen, ört lichen Wandstärken der Bauteile gehörenden Strang- breiten durch Linien auf der Oberfläche der For men eingezeichnet werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Ver fahrens kann ferner darin bestehen, dass die Stränge an mindestens einem Ende der Form zu schlaufen- förmiaen Anschlussaugen umgelegt werden, die vor zugsweise zur Bildung eines aus der Gesamtheit der Augen bestehenden Anschlussflansches aus der Scha len- bzw. Plattenfläche zumindest angenähert recht winklig hervorragen. Hierdurch wird eine äusserst einfache und im Gewicht leichte überleitung der Schalenkräfte an der Verbindungsstelle zwischen den Schalenbauteilen und den angrenzenden Konstruk tionsteilen, wie z. B. einer Nabe oder dergleichen, er möglicht.
Anschliessend wird<B>je</B> ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemässe Verfahren bei der Herstellung eines Flügels für eine Windkraftanlage und eines Werkzeugs, das bei der Durchführung des Verfah rens verwendet wird, an Hand der Zeichnung be schrieben. Es zeigen im einzelnen: Fig. <B>1</B> ein teilweise unterbrochen dargestelltes Schaubild des Flügels, wobei an den unterbrochenen <B>CD</B> Stellen der Flügelquerschnitt sichtbar ist.
Fig.2 eine Draufsicht auf eine Form zum Her stellen des Flügels nach Fig. <B>1,</B> Fig.3 ein Schaubild eines Werkzeuges zum For men der Faserstränge während seiner Anwendung, Fig.4 verschiedene Querschnitte von beim Her stellen von Schalen nach dem erfindungsgemässen Verfahren aus einem Strang mit anfänglich kreis- rundem Querschnitt durch Verformen erzeugten Strängen, Fig. <B>5</B> ein Schaubild eines nach dem erfindungs gemässen Verfahren hergestellten Anschlussauges in bedeutend grösserem Massstab,
Fig. <B>6</B> einen Querschnitt durch den Flügel nach Fig. <B>1</B> in vergrösserter Darstellung, Fig. <B>7</B> einen Längsschnitt durch den Anschluss- teil eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Flügels für eine Windkraftanlage, Fig. <B>8</B> ein Schaubild, das den Aufbau der Form nach Fig. 2 und des Flügels nach Fig. <B>1</B> zeigt, und Fig. <B>9</B> einen Längsschnitt durch die Form nach Fig. 2.
Zur Herstellung der einzelnen Schalen eines in Fig. <B>1</B> dargestellten Flügels wird die in Fig. 2 und<B>9</B> dargestellte Form 21 benötigt. Die Form 21 ist auf einem starren Rahmen 22 aus Rohren oder Profil eisen angeordnet, auf dem in der Zeichnung nicht näher dargestellte Formscheiben angeordnet sind. Auf diesen Forrnscheiben stützt sich ein aus geloch ten Blechen bestehender Träger<B>23</B> (Fig. <B>8)</B> ab, auf dem eine Schicht 24 aus Kunststein oder Holzzeinent aufgebracht ist.
Auf dieser Kunststein- oder Holz- zementschicht 24 sind gitter- oder bandförmige elek trische Widerstandskörper<B>25</B> aufgebracht, welche wechselseitig verbunden sind, so dass beim Durch tritt von elektrischem Strom die gesamte Formfläche gleichzeitig beheizt wird. Auf diesen Widerstands körpern<B>25</B> ist eine formtreu und formrichtig glatt abgezogene, dünne Schicht<B>26</B> von Kunststein oder Holzzement aufgebracht. Die eigentliche, von der Schicht<B>26</B> gebildete Formfläche erhält durch Spach teln und Schleifen die gewünschte Oberflächengüte, insbesondere Glätte. Zum Spachteln ist ein heller, möglichst weisser Spachtel vorzuziehen.
Unterhalb der obenerwähnten Formschalen, die die aus dem Träger<B>23</B> und den Schichten 24 und<B>26</B> bestehende Form tragen, sind in der Zeichnung nicht näher dar gestellte Zwischenböden vorgesehen, in die ein Kühl mittel, z. B. Kunsteis, eingebracht werden kann.
Als Ausgangsmaterial zum Herstellen der Scha len<B>1</B> und 2 dienen Stränge<B>3,</B> die aus in einem poly- merisierbaren, noch plastischen Kunststoffharz, z. B. ungesättigtem Polyester oder Epoxydharz, eingebet teten Glas-, Kunststoff- oder Naturfasern bestehen und vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt<B>30</B> auf weisen (Fig. 4). Diese Stränge<B>3</B> werden nebenein ander auf die Formfläche 21 gelegt. Beim Auflegen der Stränge auf die Formfläche 21 werden sie mit Hilfe von geeigneten Werkzeugen zu einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt<B>31</B> einer sol chen Breite<B>b</B> zusammengedrückt, dass an jeder Stelle der Schale die erforderliche Wandstärke h erzielt wird.
Die für eine bestimmte Wandstärke h erforderliche Breite<B>b</B> des Stranges kann ohne wei teres aus der folgenden Formel errechnet werden, wenn der Durchmesser<B>d</B> des kreisrunden Querschnit tes<B>30</B> des Stranges bekannt ist:
EMI0003.0001
Das Breitdrücken des Strangquerschnittes <B>30</B> zu einem der in Fig.4 dargestellten Querschnitte,<B>31</B> kann beispielsweise mit einem an sich bekannten Spachtel erfolgen. Zu diesem Zweck kann aber auch die in Fig. <B>3</B> dargestellte Zange<B>32</B> verwendet werden. Die Zange<B>32</B> besteht in an sich bekannter Weise aus zwei Zangenhebeln<B>33,</B> die um eine Achse 34 schwenkbar miteinander verbunden sind.
Die den Handgriffen der Zange abgekehrten Zangenhebel <B>33'</B> weisen an ihren Enden zur Zangendrehachse 34 im wesentlichen parallel gerichtete, die Zangenbak- ken bildende Bolzen<B>35</B> auf. Vorzugsweise sind diese Bolzen<B>35</B> im Querschnitt rund. Der Querschnitt kann aber auch eine beliebige Form haben. Sollen Stränge gebildet werden, deren Oberflächen nicht genau parallel sind, dann können natürlich auch die Bolzen<B>35</B> eine solche Neigung gegenüber der Dreh achse<B>35</B> aufweisen, dass sie beim Zusammendrücken des Stranges einen Winkel bilden, so dass die ein ander gegenüberliegenden Strangflächen gegeneinan der geneigt sind.
Damit die an den verschiedenen Stellen der Form fläche erforderlichen Strangbreiten <B>b</B> nicht jedesmal abgemessen werden müssen, sind auf der Fornafläche 21 deutlich sichtbare Linien 40 vorgesehen, die an jeder Stelle der Form die erforderliche Breite des Strangquerschnittes <B>31</B> angeben.
Um der Schale eine erhöhte Festigkeit quer zur Faser und eine erhöhte Schubfestigkeit in Faserrich tung (Faser gegen Faser) zu geben, wird vor dem Auflegen der Stränge<B>3</B> ein in das noch plastische Kunststoffharz eingebettetes, die eine Schicht<B>5</B> bil dendes Glasfasergewebe auf die (in bekannter Weise vor dem Einlegen des Gewebes und der Stränge mit einem oder mehreren Trennmitteln, z. B. Folien, Anstrichen, Pasten oder dergleichen, versehene) Formfläche 21 gelegt.
Diese Gewebeschicht<B>5</B> ist in mit dem Kunststoffharz getränktem Zustand so gut durchscheinend, dass die Markierungslinien 40 durch die Schicht<B>5</B> durchgesehen werden können, Auf diese Schicht<B>5</B> werden nun die Stränge<B>3,</B> mit einem mittleren Strang beginnend nach beiden Seiten einzeln aufgelegt und beispielsweise mit der oben beschriebenen Zange<B>32</B> oder mit einem Spach tel so lange gequetscht, bis die Seitenränder der Stränge mit den Markierungslinien 40 zusammen fallen.
Auf die auf diese Weise durch die nebenein- andergelegten Stränge<B>3</B> gebildete Schalenoberfläche wird ein wiederum in plastisches polymerisierbares Kunstharz eingebettetes, eine zweite Schicht<B>5'</B> bilden des Fasergewebe aufgelegt. Auch diese zweite Schicht <B>5'</B> dient zur Erhöhung der Querfestigkeit und der Zugfestigkeit der Schale.
Während des Auflegens der die Schale bilden den Fasergewebeschichten <B>5, 5"</B> und der Stränge<B>3</B> wird die Formfläche 21 zweckmässigerweise, z. B, mit Kunsteis gekühlt, das zu diesem Zweck in die oben- genannten Zwischenböden des die Form tragenden Gestells 22 eingeführt werden kann, um ein vorzei tiges Polymerisieren des Kunststoffharzes zu vermei den.
Ist die Schale in der obenbeschriebenen Weise zusammengestellt, dann wird durch die Widerstands körper<B>25</B> ein elektrischer Strom hindurchgeschickt, so dass sich die Formfläche 21 erwärmt und auf diese Weise die Polymerisation des Kunststoffharzes eingeleitet und bis zur vollständigen Erhärtung und Verbindung der einzelnen Schalenbestandteile auf rechterhalten wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Formfläche 21 konkav gewölbt. Bei der Herstel lung eines Windkraftflügels ist eine solche konkave Form vorzuziehen, da dadurch die Aussenfläche des Flügels eine bessere Oberflächengüte erhält. Die Schalen<B>1</B> und 2 lassen sich jedoch auch aus konvex gewölbten Formflächen herstellen.
Um den Flügel<B>1,</B> 2 an einer Nabe befestigen zu können, werden die Strangenden bei dem in Fig. <B>1</B> dargestellten Ausführungsbeispiel eines Flü gels schlaufenförmig um einen zylindrischen Form körper gebogen, so dass die in Fig. <B>5</B> dargestellte Schlaufe entsteht.
Nach dem Erhärten des Kunst stoffes bildet diese Schlaufe ein Anschlussauge <B>13.</B> An dem für die Wurzel des Flügels<B>1,</B> 2 vorgesehenen Ende 21' der Formfläche 21 ist diese so geformt, dass die aus den nebeneinanderliegenden Strängen <B>30</B> gebildeten Anschlussaugen <B>13</B> einen Flansch 12 bilden.
Um die Schalen<B>1</B> und 2 miteinander zu einem Flügel verbinden zu können, ist es wichtig, dass die Schalenränder<B>9</B> und<B>11</B> der beiden Schalen entspre chend ausgebildet sind, so dass sie längs des ganzen Flügels aufeinanderliegen. Es hat sich dabei als zweckmässig erwiesen, die Randflächen<B>9</B> und<B>11</B> so auszubilden, dass sie in einer gemeinsamen, durch senkrecht zur Flügellängsachse liegenden Geraden gebildeten Fläche liegen, die jedoch keine ebene Fläche zu sein braucht.
Dies lässt sich leicht dadurch erreichen, dass die Ränder<B>23'</B> des Formträgers<B>23</B> entsprechend ausgebildet werden, so dass die Ränder <B>9</B> der Schale<B>1</B> oder 2 durch ein auf den Rändern <B>231</B> aufliegendes, senkrecht zur Flügellängsachse ge richtetes Lineal geformt werden können.
Nach Fertigstellung der Schalen<B>1</B> und 2 wird der Hohlraum der Schale mit dem polymerisierba- ren, noch plastischen Harz benetztem Schaumstoff gefüllt. Nach dem Füllen der Schale wird der Schaum stoff mittels eines längs der Erzeugenden der Rand flächen<B>9, 11</B> verlaufenden Linials abgestrichen, so dass die Schale nach dem Auspolymerisieren des Schaumstoffes einen gefüllten, durch die Randfläche <B>9, 11</B> begrenzten, festen Körperteil bildet.
Zwei so aus den Schalen<B>1</B> und 2 gebildete Kör perteile werden nun mit ihren Randflächen<B>9, 11</B> zusammengeleimt. Zum Zusammenleimen wird im Bereich der Schaumstoffüllung <B>6</B> ein mit dem poly# merisierbaren Kunststoff getränkter Lappen<B>7</B> aus elastischem Schaumstoff und im Bereich der eigent lichen Schalenränder<B>11</B> und<B>9</B> ein entsprechend flachgedrückter Strang8 aus in das polymerisierbare Kunststoffharz eingebetteten Glasfasern verwendet.
Nach dem Auspolymerisieren der Schichten<B>7</B> und <B>8</B> sind die beiden aus den Schalen<B>1</B> und 2 und den Füllungen<B>6</B> gebildeten Körperteile fest mitein ander verbunden.
Um den Zusammenhalt der beiden Körperteile noch zu erhöhen, kann die engste Stelle des Flügels neben dem Flansch 12 mit Kunststoff-Glasfaser- strängen bandagiert werden, die sich nach dem Aus- polymerisieren mit der Flügeloberfläche unlösbar verbinden. Auch können an den Fugen zwischen den beiden Schalen<B>1</B> und 2 die benachbarten Schalen- oberflächenteile überdeckende Verstärkungsstreifen <B>36</B> auf die Schalenoberfläche aufgeklebt werden.
Für die Herstellung des in Fig. <B>7</B> dargestellten abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Flügels ist das Ende 21' der Formfläche 21 in einer in der Zeichnung nicht dargestellten Weise abgewandelt, indem es eine zylindrische Fläche bildet, die den Rillen<B>16</B> entsprechende Ausbuchtungen auf ihrer Innenfläche aufweist. Die auf die so geformte zylin drische Fläche gelegten Stränge erhalten dann eine wellenförmige Form, wie das in Fig.7 dargestellt ist, so dass sich auf der Innenfläche der Schalen l' oder 2' in die Rillen<B>16</B> der Hülse<B>15</B> passende Aus buchtungen ergeben.
Beim Zusammenlegen der bei den Schalen<B>l'</B> und T, wie das oben beschrieben ist, wird die Hülse<B>15</B> zwischen die Schalenenden<B>17</B> eingeklemmt, wobei vorzugsweise zur besseren Ver bindung der Hülse<B>15</B> mit den Schalen ein Kleb stoff, beispielsweise ein polymerisierbares Kunststoff harz, verwendet wird. Im Anschluss daran wird dann um die Schalenteile<B>17</B> eine Bandage<B>18</B> gelegt, die sich nach dem Auspolymerisieren fest mit der Schalenoberfläche verbindet.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel des Verfahrens hat sich auf die Herstellung eines Windkraftflügels bezogen, doch können in gleicher Weise beliebige andere Körper, wie z. B. Platten, hergestellt werden. Aus dem oben Beschriebenen ist auch ersichtlich, dass die Bauteile aus mehreren übereinanderliegenden, aus Kunstharz-Glasfasersträn gen gebildeten Schichten zusammengesetzt sein kön nen, wobei die Fasern in den verschiedenen Schich ten verschieden ausgerichtet werden können, so dass Bauteile entstehen, die für mehrere Hauptbeanspru- chungsrichtungen auf Zug und Druck eine grosse Festigkeit aufweisen.
Wegen ihrer grossen Zugfestig keit sind Glasfasern zu bevorzugen. Das Verfahren gemäss der Erfindung lässt sich jedoch auch mit Kunststoff- oder Naturfasersträngen durchführen.
Im vorstehenden ist von Strängen die Rede, die aus in Kunstharz eingebetteten Fasern bestehen. Damit sind im wesentlichen langgestreckte Gebilde gemeint, bei denen sich die in das Kunstharz einge betteten Fasern in Längsrichtung des Stranges er strecken. Es können beispielsweise auch mattenar- tige, unverwebte Fasergebilde, bei denen die Fasern Im wesentlichen parallel nebeneinanderliegen und eine verhältnismässig grosse Länge aufweisen, als in das Kunstharz eingebettete Stränge verwendet wer den.
Die Verwendung von Strängen mit verhältnis mässig kleinem Durchmesser hat den Vorteil, dass sich solche Stränge mit einem etwa konstanten Volu menanteil der Faser am Strangvolumen herstellen las sen, so dass durch die Verwendung solcher Stränge das Faser-Kunstharz-Verhältnis in allen Punkten der Schale praktisch konstant ist.
Obwohl das beschriebene Verfahren an einem mit Schaumstoff gefüllten Körper erläutert worden ist, kann es auch zur Herstellung hohler Körper ange wendet werden, deren Wände entweder durch ein- oder mehrschichtige, aus den Strängen gebildete, den Schalen<B>1</B> und 2 entsprechende Schalen beste hen können, oder aber zur Erhöhung der Festigkeit der Wände diese aus mehreren, den Schalen<B>1</B> und 2 entsprechenden Schichten bestehen können, zwi schen denen Schaumstoffschichten als Füllmaterial angeordnet worden sind.
Method for producing a component consisting of at least one fiber-reinforced plastic shell or plate, in particular of aerodynamic or hydrodynamic shape. The invention relates to a method for producing a component consisting of at least one fiber-reinforced plastic shell or plate, in particular aerodynamic or hydrodynamic Shape, such as B. hydrofoils or drive wings, fuselages or bodies.
In the known method for producing reinforced plastic shells with glass, textile, asbestos or the like fibers, the fibers were previously either as a fabric with a wide variety of bonds or in the form of mats from essentially parallel running, whole or stuckel th individual fibers or Rowings processed.
The use of such planar or bandför shaped fiber inserts, which are generally composed of mats or fabrics arranged in several layers in different direction, the composite panels were pressed together, but results in a relatively low average tensile strength and stiffness of the components, so that the The favorable properties of fiber-reinforced plastics in comparison with light metals and light woods have not yet been fully exploited.
In addition, the transfer of forces at the end of the plastic shells produced according to the known method causes considerable difficulties and requires a relatively high additional weight expenditure, which largely outweighs the possible savings on the overall components. For the production of rod-shaped bodies of high strength, such as. B. fishing rods or the like, one has already processed glass fibers in the form of Strän gene that consists of a bundle of unconnected fibers, eg.
B. by dipping with a synthetic resin binder that is plastic at room temperature, such as polyester, epoxy resin or the like, and then using a stripping device, e.g. B. in the form of a nozzle, were brought to a predetermined fiber-binder ratio and cured the device yerliessen.
The main object of the invention is to provide a procedural Ren for the manufacture of components from fiber reinforced plastic shells or plates, in which the favorable strength properties, in particular when using glass fibers of very small diameter, are fully exploited. The procedure should also enable
in particular to produce aerodynamically or hydrodynamically shaped wing or drive wings with an arrangement of the fibers in the shells that is as precisely as possible adapted to the main direction of stress at each point of the components, economically and with relatively little effort for the devices.
These objects are achieved according to the invention in that, to form the shell or plate, strands which are formed from fibers embedded in polymerizable synthetic resin and brought to a practically constant fiber-synthetic resin ratio, are deformed into the wall thickness corresponding to the shell or plate and in still unpolymerized state in one of the shell or plate surface corre sponding shape in the direction of the main stress is placed essentially next to each other who the, whereupon the synthetic resin is polymerized.
The inventive method, it has become possible to use highly stressed shell components such. B. wings and drive wings of airplanes, fans or the like, made of fiber-reinforced synthetic resin with at every point of the components including the area of force introduction with a number and arrangement of fibers exactly corresponding to the load and in compliance with a precisely predetermined fiber-resin ratio can be produced in relatively simple shapes without the use of pressure.
The various strands can advantageously be deformed when inserting into the mold with the help of suitable tools from an initially round cross-section to a substantially rectangular cross-section of such a width that a strand height corresponding to the required shell thickness is achieved at each point on the shell or plate becomes. Such a different shape of the strand cross-section required at each shell point from an always the same initial cross-section enables the shell thickness to be adapted as precisely as desired to the respective local stress with relatively little labor and labor.
The shaping of the strands can be considerably accelerated and made easier in an advantageous embodiment of the method according to the invention that the strand widths belonging to the intended local wall thicknesses of the components are drawn in by lines on the surface of the form.
A particularly advantageous embodiment of the method can also consist in that the strands are folded over at at least one end of the mold to form loop-shaped connection eyes, which are preferably used to form a connection flange consisting of the entirety of the eyes from the shell or plate surface protrude at least approximately at right angles. As a result, an extremely simple and lightweight transition of the shell forces at the junction between the shell components and the adjoining construction parts such. B. a hub or the like, it allows.
Subsequently, an exemplary embodiment for the method according to the invention in the production of a blade for a wind turbine and a tool which is used in carrying out the method is described with reference to the drawing. In detail: FIG. 1 shows a partially interrupted diagram of the wing, the wing cross-section being visible at the interrupted CD locations.
FIG. 2 shows a plan view of a form for producing the wing according to FIG. 1, FIG. 3 shows a diagram of a tool for the form of the fiber strands during its application, FIG. 4 shows different cross-sections during production of shells according to the method according to the invention from a strand with an initially circular cross-section, strands produced by deformation, FIG. 5 a diagram of a connecting eye produced according to the method according to the invention on a significantly larger scale,
FIG. 6 shows a cross section through the wing according to FIG. 1 in an enlarged representation, FIG. 7 shows a longitudinal section through the connecting part of a modified embodiment of a blade for a wind turbine, FIG. 8 shows a diagram showing the construction of the form according to FIG. 2 and the blade according to FIG. 1, and FIG 9 a longitudinal section through the form according to FIG. 2.
The mold 21 shown in FIGS. 2 and 9 is required to produce the individual shells of a wing shown in FIG. 1. The form 21 is arranged on a rigid frame 22 made of pipes or profile iron, on which shaped disks not shown in the drawing are arranged. A carrier 23 (Fig. 8), on which a layer 24 of artificial stone or wood zeinent is applied, rests on these shaped disks.
On this artificial stone or wood-cement layer 24, grid-shaped or band-shaped electrical resistance bodies 25 are applied, which are mutually connected so that the entire mold surface is heated at the same time when electrical current passes through. A thin layer <B> 26 </B> of artificial stone or wood cement is applied to these resistance bodies <B> 25 </B>. The actual shaped surface formed by layer <B> 26 </B> is given the desired surface quality, in particular smoothness, by spatula and grinding. A light, possibly white, spatula is preferable for filling.
Underneath the above-mentioned molded shells, which carry the shape consisting of the carrier 23 and the layers 24 and 26, intermediate floors (not shown in more detail) are provided in the drawing, in which a cooling medium, e.g. B. artificial ice can be introduced.
Strands <B> 3 </B> are used as the starting material for producing the shells <B> 1 </B> and 2, which are made from a polymerizable, still plastic synthetic resin, e.g. B. unsaturated polyester or epoxy resin, embedded glass, plastic or natural fibers and preferably have a circular cross-section <B> 30 </B> (Fig. 4). These strands <B> 3 </B> are placed next to one another on the forming surface 21. When the strands are placed on the forming surface 21, they are pressed together with the aid of suitable tools to form an essentially rectangular cross-section <B> 31 </B> of such a width that the required wall thickness h is achieved.
The width <B> b </B> of the strand required for a certain wall thickness h can easily be calculated from the following formula if the diameter <B> d </B> of the circular cross-section <B> 30 </ B> of the strand is known:
EMI0003.0001
The extrusion of the strand cross-section <B> 30 </B> to one of the cross-sections shown in FIG. 4, <B> 31 </B> can be done, for example, with a spatula known per se. For this purpose, however, the pliers <B> 32 </B> shown in FIG. 3 can also be used. The pliers <B> 32 </B> consist, in a manner known per se, of two pliers levers <B> 33 </B> which are connected to one another such that they can pivot about an axis 34.
The pliers levers 33 'facing away from the handles of the pliers have bolts 35 which are oriented essentially parallel to the pliers rotation axis 34 and which form the pliers jaws. These bolts <B> 35 </B> are preferably round in cross section. However, the cross section can also have any shape. If strands are to be formed, the surfaces of which are not exactly parallel, then of course the bolts <B> 35 </B> can also have such an inclination with respect to the axis of rotation <B> 35 </B> that they become one when the strand is compressed Form an angle so that the one opposite strand surfaces are inclined gegeneinan the.
So that the strand widths <B> b </B> required at the various points of the mold surface do not have to be measured each time, clearly visible lines 40 are provided on the mold surface 21, which have the required width of the strand cross section <B> at each point on the mold 31 </B>.
In order to give the shell increased strength across the fiber and increased shear strength in the fiber direction (fiber against fiber), a layer <B> 3 </B> embedded in the still plastic synthetic resin, which is a layer < B> 5 </B> Forming glass fiber fabric is placed on the mold surface 21 (which is provided with one or more separating agents, e.g. foils, paints, pastes or the like, in a known manner before the fabric and the strands are inserted).
This fabric layer <B> 5 </B> is so translucent in the state soaked with the plastic resin that the marking lines 40 can be seen through the layer <B> 5 </B>, onto this layer <B> 5 </B> > The strands <B> 3, </B> starting with a middle strand are now placed individually on both sides and, for example, with the above-described pliers <B> 32 </B> or with a spatula, squeezed until the Side edges of the strands coincide with the marking lines 40.
On the shell surface formed in this way by the juxtaposed strands <B> 3 </B>, a second layer <B> 5 '</B>, which is again embedded in plastic, polymerizable synthetic resin, of the fiber fabric is placed. This second layer <B> 5 '</B> also serves to increase the transverse strength and the tensile strength of the shell.
During the placement of the shell, the fiber fabric layers <B> 5, 5 "</B> and the strands <B> 3 </B> form the mold surface 21 is expediently cooled, for example, with artificial ice, which for this purpose in the above-mentioned intermediate floors of the frame supporting the mold 22 can be introduced in order to avoid premature polymerizing of the plastic resin.
Once the shell has been assembled in the manner described above, an electric current is sent through the resistance body 25, so that the mold surface 21 is heated and in this way the polymerisation of the plastic resin is initiated and until it has hardened completely Connection of the individual shell components is maintained on the right.
In the illustrated embodiment, the shaped surface 21 is concave. In the manufacture of a wind turbine blade, such a concave shape is preferable because it gives the outer surface of the blade a better surface quality. The shells <B> 1 </B> and 2 can, however, also be produced from convex shaped surfaces.
In order to be able to attach the wing <B> 1 </B> 2 to a hub, the strand ends in the embodiment of a wing shown in FIG. 1 are bent in a loop around a cylindrical shaped body, see above that the loop shown in Fig. 5 is created.
After the plastic has hardened, this loop forms a connection eye <B> 13. </B> At the end 21 'of the shaped surface 21 provided for the root of the wing <B> 1, </B> 2, this is shaped so that the connecting eyes <B> 13 </B> formed from the adjacent strands <B> 30 </B> form a flange 12.
In order to be able to connect the shells <B> 1 </B> and 2 to one another to form a wing, it is important that the shell edges <B> 9 </B> and <B> 11 </B> of the two shells correspond accordingly are designed so that they lie on top of one another along the entire wing. It has proven to be useful to design the edge surfaces 9 and 11 in such a way that they lie in a common surface formed by straight lines perpendicular to the longitudinal axis of the wing, but which are not flat Needs to be area.
This can easily be achieved in that the edges <B> 23 '</B> of the mold carrier <B> 23 </B> are designed accordingly, so that the edges <B> 9 </B> of the shell <B> 1 </B> or 2 can be formed by a ruler that rests on the edges <B> 231 </B> and is perpendicular to the longitudinal axis of the sash.
After completion of the shells <B> 1 </B> and 2, the cavity of the shell is filled with the polymerizable, still plastic resin-wetted foam. After the shell has been filled, the foam is scraped off by means of a ruler running along the generatrix of the edge surfaces <B> 9, 11 </B>, so that after the foam has polymerized, the shell is filled with a filler through the edge surface <B> 9 , 11 </B> forms a limited, solid body part.
Two body parts formed in this way from the shells <B> 1 </B> and 2 are now glued together with their edge surfaces <B> 9, 11 </B>. For gluing together, in the area of the foam filling <B> 6 </B> a cloth <B> 7 </B> impregnated with the polymerizable plastic is made of elastic foam and in the area of the actual shell edges <B> 11 </B> and <B> 9 </B> a correspondingly flattened strand8 made of glass fibers embedded in the polymerizable plastic resin.
After the layers <B> 7 </B> and <B> 8 </B> have polymerized out, the two are formed from the shells <B> 1 </B> and 2 and the fillings <B> 6 </B> Body parts firmly connected to one another.
In order to further increase the cohesion of the two body parts, the narrowest point of the wing next to the flange 12 can be bandaged with plastic-glass fiber strands which, after polymerizing, are permanently connected to the wing surface. At the joints between the two shells <B> 1 </B> and 2, reinforcement strips <B> 36 </B> covering the adjacent shell surface parts can also be glued onto the shell surface.
For the production of the modified exemplary embodiment of a wing shown in FIG. 7, the end 21 'of the shaped surface 21 is modified in a manner not shown in the drawing, in that it forms a cylindrical surface which the grooves <B > 16 </B> has corresponding bulges on its inner surface. The strands placed on the cylindrical surface formed in this way are then given a wave-like shape, as shown in FIG. 7, so that on the inner surface of the shells 1 'or 2' in the grooves <B> 16 </B> of Sleeve <B> 15 </B> result in matching bulges.
When the shells <B> 1 '</B> and T are folded, as described above, the sleeve <B> 15 </B> is clamped between the shell ends <B> 17 </B>, preferably For better connection of the sleeve <B> 15 </B> to the shells, an adhesive, for example a polymerizable plastic resin, is used. Subsequently, a bandage <B> 18 </B> is then placed around the shell parts <B> 17 </B>, which after polymerisation is firmly bonded to the shell surface.
The embodiment of the method described above has related to the production of a wind turbine blade, but any other body, such as. B. plates are produced. From what has been described above it can also be seen that the components can be composed of several superimposed layers formed from synthetic resin glass fiber strands, with the fibers in the various layers being able to be aligned differently, so that components are created that are suitable for several main loads directions of tension and compression have great strength.
Glass fibers are preferred because of their high tensile strength. However, the method according to the invention can also be carried out with plastic or natural fiber strands.
In the above, we speak of strands that consist of fibers embedded in synthetic resin. This essentially means elongated structures in which the fibers embedded in the synthetic resin stretch in the longitudinal direction of the strand. For example, mat-like, non-woven fiber structures in which the fibers lie essentially parallel to one another and have a comparatively great length can also be used as strands embedded in the synthetic resin.
The use of strands with a relatively small diameter has the advantage that such strands can be produced with an approximately constant volume fraction of the fiber in the strand volume, so that by using such strands the fiber-synthetic resin ratio is practically at all points of the shell is constant.
Although the method described has been explained on a body filled with foam, it can also be used to produce hollow bodies, the walls of which are either single or multi-layered, formed from the strands, the shells <B> 1 </B> and 2 corresponding shells can exist, or to increase the strength of the walls, these can consist of several layers corresponding to the shells 1 and 2, between which foam layers have been arranged as filler material.