DE102016105010A1

DE102016105010A1 - Component for the use of flowing fluid and method for the production of the component

Info

Publication number: DE102016105010A1
Application number: DE102016105010.5A
Authority: DE
Inventors: Walter Calles; Jürgen Griebsch; Tobias Häfele; Carsten Kaldenhoff; Daniel Lehser-Pfeffermann; Tobias Müller
Original assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft des Saarlandes
Current assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft des Saarlandes
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2017-09-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1), insbesondere eines Rotorblatts für eine Strömungsenergieanlage oder ein Luftfahrzeug, bei dem ein Kern (2) des Bauteils (1) hergestellt wird, an dem Kern (2) zumindest abschnittsweise einen Aufbau (3) aus Faserverbundwerkstoff gebildet wird und der Kern (2) nach Bildung des Aufbaus (3) in dem Bauteil (1) verbleibt. Erfindungsgemäß wird der Kern (2) hergestellt derart, dass er einen Hohlkörper bildet und einen maßgeblichen Beitrag zur Festigkeit des Bauteils (1) liefert. Zweckmäßigerweise werden der Kern (2) und der Aufbau (3) derart aneinander angepasst ausgebildet, dass der Aufbau (3) maßgeblich zur Aufnahme von Zugkräften und der Kern (2) maßgeblich zur Aufnahme der anderen Kräfte und/oder von Biegemomenten eingerichtet wird. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird in dem Kern (1) zumindest eine Ausnehmung, insbesondere eine Nut (16, 17) oder/und ein Kanal (18, 19, 20), vorgesehen, wobei der Aufbau (3) vorzugsweise in der Ausnehmung gebildet wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Bauteil (1), das einen Kern (2) und einen Aufbau (3) aus Faserverbundwerkstoff umfasst, der an dem Kern (2) gebildet ist.The invention relates to a method for producing a component (1), in particular a rotor blade for a flow energy plant or an aircraft, in which a core (2) of the component (1) is produced, at least in sections on the core (2) a structure (3 ) is formed of fiber composite material and the core (2) after formation of the structure (3) in the component (1) remains. According to the invention, the core (2) is produced such that it forms a hollow body and makes a significant contribution to the strength of the component (1). Expediently, the core (2) and the structure (3) are adapted to one another in such a way that the structure (3) is decisively set up to absorb tensile forces and the core (2) to absorb the other forces and / or bending moments. In one embodiment of the invention, at least one recess, in particular a groove (16, 17) and / or a channel (18, 19, 20) is provided in the core (1), wherein the structure (3) is preferably formed in the recess becomes. The invention further relates to a component (1) comprising a core (2) and a structure (3) made of fiber composite, which is formed on the core (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils zur Nutzung von strömendem Fluid, insbesondere eines Rotorblatts für eine Strömungsenergieanlage oder ein Luftfahrzeug, bei dem ein Kern des Bauteils hergestellt wird, an dem Kern zumindest abschnittsweise ein Aufbau aus Faserverbundwerkstoff gebildet wird und der Kern nach Bildung des Aufbaus in dem Bauteil verbleibt. Die Erfindung betrifft ferner ein Bauteil, das einen Kern und einen Aufbau aus Faserverbundwerkstoff umfasst, der an dem Kern gebildet ist. The invention relates to a method for producing a component for the use of flowing fluid, in particular a rotor blade for a flow energy plant or an aircraft, in which a core of the component is produced, at least partially a structure of fiber composite material is formed on the core and the core after formation of the structure remains in the component. The invention further relates to a component comprising a core and a structure of fiber composite, which is formed on the core.

Verfahren der eingangs genannten Art sind durch Benutzung bekannt. Zur Herstellung des Rotorblatts wird zunächst ein Kern verwendet, der als Positivform dient. An dem Aufbau, der normalerweise aus mehreren Lagen aus Faserverbundwerkstoff durch Laminieren gebildet wird, wird der mechanisch wirksame Teil des Bauteils, welcher sämtliche auf das Bauteil wirkenden Kräfte aufnimmt, aufgebaut. Da der Kern innerhalb des Aufbaus eingeschlossen wird und sich nicht mehr aus dem Bauteil entfernen lässt, wird er im Bauteil gelassen, obwohl er dort mechanisch keine Funktion erfüllt. Bei einer Variante dieses Verfahrens wird der Kern aus einem schmelzbaren Material, z.B. Wachs, gebildet, sodass er nach Herstellung des Aufbaus aufgeschmolzen und aus dem Aufbau entfernt werden kann. Methods of the type mentioned are known by use. To produce the rotor blade, a core is first used, which serves as a positive mold. The structure, which is usually formed of several layers of fiber composite material by lamination, the mechanically effective part of the component, which receives all forces acting on the component, constructed. Since the core is enclosed within the structure and can no longer be removed from the component, it is left in the component, although it performs no mechanical function there. In a variant of this method, the core is made of a fusible material, e.g. Wax, formed so that it can be melted after manufacture of the structure and removed from the structure.

Ferner sind durch Benutzung Herstellungsverfahren bekannt, bei denen zum Aufbauen eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff eine Negativform z.B. mit Form einer Halbschale verwendet wird, auf deren Innenseite ein Faserbundwerkstoffbauteil aufgebaut wird. Further, by use there are known manufacturing methods in which a negative mold is used to construct a component of fiber composite material, e.g. is used with the shape of a half shell, on the inside of a fiber composite component is constructed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich Bauteile herstellen lassen, die ein geringeres Gewicht und/oder bessere mechanische Eigenschaften aufweisen. The invention has for its object to further develop the method of the type mentioned in such a way that it is possible to produce components which have a lower weight and / or better mechanical properties.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Kern hergestellt wird derart, dass er einen Hohlkörper bildet und einen maßgeblichen Beitrag zur Festigkeit des Bauteils liefert. According to the invention this object is achieved in that the core is made such that it forms a hollow body and provides a significant contribution to the strength of the component.

Vorteilhaft dient der Kern nicht lediglich als Positivform für die Bildung des Aufbaus, sondern kann auch im Betrieb auf das Bauteil wirkende Kräfte und Drehmomente aufnehmen und liefert damit u.a. Beiträge zur Biege-, Zug-, und Druckfestigkeit des Bauteils. Darüber hinaus kann durch eine geeignete, belastungsgerechte Konstruktion bei der Herstellung des Bauteils im Vergleich zu den bekannten Verfahren Faserverbundwerkstoff eingespart und dadurch die Masse des Bauteils reduziert werden. Dementsprechend verringert sich der Aufwand zur Herstellung des Bauteils. Advantageously, the core serves not only as a positive mold for the formation of the structure, but can also absorb forces and torques acting on the component during operation and thus provides u.a. Contributions to the bending, tensile and compressive strength of the component. In addition, fiber composite material can be saved by a suitable, load-oriented construction in the manufacture of the component in comparison to the known methods and thereby the mass of the component can be reduced. Accordingly, the cost of producing the component is reduced.

Zweckmäßigerweise wird der Kern derart gebildet, dass sein Beitrag zur Festigkeit, insbesondere zur Biegefestigkeit, zumindest 25 %, vorzugsweise zumindest 30%, der Gesamtfestigkeit beträgt. Conveniently, the core is formed such that its contribution to the strength, in particular to the bending strength, at least 25%, preferably at least 30%, of the total strength.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Kern als vollständig geschlossener Hohlkörper hergestellt. Vorzugsweise wird der Aufbau derart gebildet, dass er den Kern vollständig einschließt. In one embodiment of the invention, the core is produced as a completely closed hollow body. Preferably, the structure is formed so as to completely enclose the core.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden der Kern und der Aufbau derart aneinander angepasst gebildet, dass der Aufbau maßgeblich zur Aufnahme von Zugkräften und vorzugsweise der Kern maßgeblich zur Aufnahme der anderen Kräfte, insbesondere Druckkräfte, und/oder von Biegemomenten eingerichtet wird. Vorzugsweise wird der Aufbau derart an dem Kern angeordnet, dass die jeweiligen auf das Bauteil wirkenden mechanischen Belastungen in solcher Weise vom Aufbau auf den Kern und umgekehrt übertragen werden können, dass Zugspannungen, die im Bauteil durch mechanische Belastung entstehen, insbesondere durch eine direkt auf das Bauteil wirkende Zugbelastung oder/und durch Verformung des Bauteils, hauptsächlich durch den Aufbau und andere durch mechanische Belastung entstehende Spannungen, insbesondere Torsions- und/oder Druckspannungen, die z.B. durch Biegebelastungen verursacht werden können, hauptsächlich durch den Kern aufgenommen werden. Zweckmäßigerweise wird der Aufbau, insbesondere die Fasern des Faserverbundwerkstoffs derart angeordnet, dass er bzw. sie in Richtung der Zugspannungen orientiert sind und entlang der Lastpfade angeordnet sind. In one embodiment of the invention, the core and the structure are formed adapted to each other in such a way that the structure is significantly set up to absorb tensile forces and preferably the core significantly for receiving the other forces, in particular compressive forces, and / or bending moments. Preferably, the structure is arranged on the core such that the respective mechanical loads acting on the component can be transferred from the structure to the core and vice versa such that tensile stresses which arise in the component due to mechanical stress, in particular by a directly on the Component-acting tensile load and / or by deformation of the component, mainly by the structure and other stresses resulting from mechanical stress, in particular torsional and / or compressive stresses, eg can be caused by bending loads, mainly absorbed by the core. Conveniently, the structure, in particular the fibers of the fiber composite material is arranged such that it or they are oriented in the direction of the tensile stresses and are arranged along the load paths.

Es versteht sich, dass der Aufbau je nach jeweilig benötigter Festigkeit an verschiedenen Stellen des Kerns und in unterschiedlichen Formen, vorzugsweise in unterschiedlicher Dicke, mit unterschiedlicher Anzahl von Laminatlagen, mit unterschiedlicher Ausrichtung der Fasern oder/und mit unterschiedlichen Materialien, gebildet werden kann. An dem Kern kann der Aufbau lediglich in einer, ggf. aus mehreren Laminatlagen bestehenden, Bahn gebildet werden, die den Kern lediglich teilweise belegt, vorzugsweise entlang eines Lastpfades des Bauteils. Vorteilhaft werden die im und/oder am Bauteil wirkende Kräfte unter Berücksichtigung der Lastpfade besser verteilt. It is understood that the structure depending on the respective required strength at different points of the core and in different shapes, preferably in different thickness, with different numbers of laminate layers, with different orientation of the fibers or / and with different materials, can be formed. At the core of the structure can be formed only in one, possibly consisting of several layers of laminate, web, which occupies the core only partially, preferably along a load path of the component. Advantageously, the forces acting in and / or on the component are better distributed taking into account the load paths.

Zweckmäßigerweise wird der Aufbau, insbesondere auch die Fasern des Faserverbundwerkstoffs im Aufbau, derart angeordnet, dass er bzw. sie in einer Richtung, in der das Bauteil auf Zug belastet wird, vorzugsweise entlang eines Lastpfads im Bauteil, ausgerichtet ist bzw. sind. Conveniently, the structure, in particular the fibers of the fiber composite material in the structure, arranged such that it or they in a direction in which the component is loaded to train, preferably along a load path in the component, is aligned or are.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird in dem Kern zumindest eine Ausnehmung, insbesondere eine Nut oder/und ein Kanal, gebildet und der Aufbau in der Ausnehmung angeordnet. Zur mechanischen Verstärkung des Bauteils kann der Aufbau dann im Inneren des Kerns gebildet werden, sodass auch im Inneren des Kerns durch den Aufbau Kräfte und Drehmomente aufgenommen werden können. Vorteilhaft kann das Bauteil dann trotz ungleicher geometrischer Auslegung und Verteilung des Aufbaus an dem Kern mit einer einheitlichen, ebenen Oberfläche ausgebildet werden. Darüber hinaus wird die Möglichkeit geschaffen, die Kräfte und Drehmomente gerichtet, ggf. zumindest in Abschnitten des Bauteils gleichmäßig, im Bauteil zu verteilen. Es versteht sich, dass die Ausnehmung, insbesondere die Nut bzw. der Kanal, bevorzugt ausgerichtet wird derart, dass der darin anzuordnende Aufbau die auf das Bauteil wirkenden Zugbelastungen aufnehmen kann. In one embodiment of the invention, at least one recess, in particular a groove and / or a channel, is formed in the core and the structure is arranged in the recess. For mechanical reinforcement of the component, the structure can then be formed in the interior of the core, so that forces and torques can also be absorbed by the structure inside the core. Advantageously, the component can then be formed on the core with a uniform, planar surface despite uneven geometric design and distribution of the structure. In addition, the possibility is created, the forces and torques directed, if necessary, at least in sections of the component evenly distributed in the component. It is understood that the recess, in particular the groove or the channel, is preferably aligned such that the structure to be arranged therein can absorb the tensile loads acting on the component.

Die Erfindung erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Eigenschaften des Kerns und des Aufbaus derart aneinander angepasst ausgebildet werden, dass das Bauteil unter Ausbildung der für das Bauteil notwendigen Festigkeit eine möglichst geringe Masse aufweist. Dazu werden unter Optimierung der benötigten Festigkeit und der notwendigen Masse des Bauteils vorzugsweise die Materialien zur Herstellung des Kerns und des Aufbaus und die Formen des Kerns und des Bauteils unter Berücksichtigung der jeweiligen Materialeigenschaften aufeinander abgestimmt. The invention proves to be particularly advantageous if the properties of the core and the structure are formed adapted to each other so that the component has the lowest possible mass while forming the necessary strength for the component. For this purpose, optimizing the required strength and the necessary mass of the component preferably the materials for the production of the core and the structure and the shapes of the core and the component, taking into account the respective material properties matched.

Zweckmäßigerweise wird der Aufbau schichtweise an dem Kern aufgebaut, vorzugsweise laminiert. Die Fasern des Faserverbundwerkstoffs werden vorzugsweise durch Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Nylonfasern, Keramikfasern oder/und Naturfasern gebildet. Das Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs wird vorzugsweise durch einen Kunststoff, vorzugsweise einen Duroplast oder einen Thermoplast, gebildet. Conveniently, the structure is built up in layers on the core, preferably laminated. The fibers of the fiber composite material are preferably formed by carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, nylon fibers, ceramic fibers and / or natural fibers. The matrix material of the fiber composite material is preferably formed by a plastic, preferably a thermoset or a thermoplastic.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden die mechanischen Eigenschaften des Bauteils, insbesondere unter Berücksichtigung der im Betrieb auf das Bauteil wirkenden Kräfte und Drehmomente, mittels eines geeigneten Verfahrens, vorzugsweise der Finite Elemente Methode, bestimmt, dementsprechend die Eigenschaften des Kerns und des Aufbaus ermittelt und die Form des Bauteils, insbesondere des Kerns und des Aufbaus, mittels CAD entworfen. In one embodiment of the invention, the mechanical properties of the component, in particular taking into account the forces and torques acting on the component in operation, determined by a suitable method, preferably the finite element method, determined accordingly the properties of the core and the structure and the Shape of the component, in particular the core and the structure, designed by means of CAD.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Kern schichtweise aufgebaut, vorzugsweise mittels Selektivem Lasersintern, Laserschmelzen, Laminated Object Modelling, Stereolitografie oder einem ähnlichen Verfahren. Vorteilhaft besteht bei Herstellung des den Kern bildenden Hohlkörpers eine vergleichsweise große Gestaltungsfreiheit und es lassen sich verhältnismäßig komplexe Kerngeometrien herstellen. Beispielsweise lässt sich der Hohlkörper mittels der Verfahren auch mit einer Hinterschneidung herstellen. In a particularly preferred embodiment of the invention, the core is built up in layers, preferably by means of selective laser sintering, laser melting, laminated object modeling, stereolithography or a similar method. Advantageously, in the production of the hollow body forming the core a relatively large freedom of design and it can be relatively complex core geometries produced. For example, the hollow body can also be produced by means of the method with an undercut.

Als geeignetes Material zur Herstellung des Kerns durch schichtweises Aufbauen hat sich Kunststoff, vorzugsweise Polyamid, erwiesen. Es wäre aber auch vorstellbar, den Kern aus einem Metall, einer Keramik oder aus Materialmischungen, die insbesondere die vorgenannten Materialien aufweisen können, herzustellen. Plastic, preferably polyamide, has proven to be a suitable material for producing the core by layering. However, it would also be conceivable to produce the core from a metal, a ceramic or from material mixtures which may in particular comprise the abovementioned materials.

Während es vorstellbar wäre, den Kern einteilig auszubilden, wird er in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus zumindest zwei miteinander verbindbaren Modulen aufgebaut. Die Module werden zweckmäßigerweise einteilig gebildet und bevorzugt wie oben erläutert schichtweise, z.B. mittels Selektivem Lasersintern o. dgl., aufgebaut. Vorzugsweise sind sie derart gebildet, dass sie selbst hohl sind und durch ihre Hohlräume einen gemeinsamen zusammenhängenden Hohlraum bilden. While it would be conceivable to form the core in one piece, it is constructed in a preferred embodiment of the invention from at least two interconnectable modules. The modules are expediently formed in one piece and, as explained above, preferably in layers, e.g. by means of selective laser sintering o. The like., Built. Preferably, they are formed such that they themselves are hollow and form a common contiguous cavity through their cavities.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Module mit zumindest einem Mittel zu ihrer, lösbaren oder unlösbaren, Verbindung untereinander versehen. Während es vorstellbar wäre, das Modulverbindungsmittel als eigenes Werkstück anzufertigen und an dem jeweiligen Modul zu befestigen, wird es in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einteilig mit dem Modul gebildet. Wird das Modulverbindungsmittel aus demselben Material gebildet wie das Modul, kann es, z.B. wie oben erläutert, schichtweise gemeinsam mit dem jeweiligen Modul aufgebaut werden. Zweckmäßigerweise sind die Modulverbindungsmittel der jeweils miteinander zu verbindenden Module in den Bereichen, in denen sie miteinander verbunden werden, in ihrer Form aneinander angepasst, vorzugsweise derart, dass sich die Module, bevorzugt kippstabil, aneinanderstecken lassen. Das Modulverbindungsmittel kann zur Ausbildung einer, lösbaren oder unlösbaren, Rast- oder Klippverbindung ausgebildet sein und ist dazu vorzugsweise mit zumindest einer Rastnase und/oder einem Rasthaken versehen, die bzw. der an dem jeweils anderen Modul angreift. Darüber hinaus könnte zur festen Verbindung der Module an zumindest einem der jeweils miteinander zu verbindenden Module ein Oberflächenabschnitt zur Aufnahme eines Klebemittels, der mit einer die Klebwirkung verbessernden Formung versehen sein kann, vorgesehen werden. In a further embodiment of the invention, the modules are provided with at least one means for their, detachable or non-detachable connection with each other. While it would be conceivable to make the module connection means as a separate workpiece and attach it to the respective module, in the preferred embodiment of the invention it is formed integrally with the module. If the module connection means is formed of the same material as the module, it may be e.g. as explained above, be built up in layers together with the respective module. Conveniently, the module connecting means of each module to be joined together in the areas in which they are connected to each other in shape adapted to each other, preferably such that the modules, preferably tilting, can be put together. The module connecting means may be formed to form a, detachable or non-detachable, latching or clip connection and is preferably provided with at least one latching lug and / or a latching hook which engages the respective other module. In addition, for fixed connection of the modules to at least one of the modules to be connected to each other, a surface section for receiving an adhesive, which may be provided with an adhesive-improving shaping, could be provided.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird der Kern mit zumindest einem Mittel zur Verbindung des Bauteils mit einem anderen Bauteil, vorzugsweise mit einem anderen Bauteil der Strömungsenergieanlage versehen, wobei das Bauteilverbindungsmittel vorzugsweise einteilig mit dem Kern gebildet wird. Zweckmäßigerweise wird es, z.B. wie oben erläutert schichtweise, gemeinsam mit dem Kern aufgebaut. Es versteht sich, dass der Kern auch in dem Bereich, in dem das Bauteilverbindungsmittel gebildet ist, zur Materialverstärkung mit dem Aufbau belegt werden kann, sodass der Aufbau einen Teil des Bauteilverbindungsmittels bildet. Vorteilhaft muss das Bauteil zur Herstellung des Bauteilverbindungsmittels nicht mechanisch nachbearbeitet werden, sodass zum einen eine Schädigung des Aufbaus, insbesondere der Fasern, vermieden und zum anderen der Montageaufwand verringert werden kann. In one development of the invention, the core is provided with at least one means for connecting the component to another component, preferably to another component of the flow energy plant, wherein the component connection means is preferably formed integrally with the core. Appropriately, it is, for example, as explained above in layers, built together with the core. It is understood that the core can also be built up in the region in which the component connection means is formed for material reinforcement, so that the structure forms part of the component connection means. Advantageously, the component for producing the component connecting means does not have to be mechanically reworked, so that on the one hand damage to the structure, in particular of the fibers, can be avoided and, on the other hand, the assembly effort can be reduced.

Zweckmäßigerweise umfasst das Bauteilverbindungsmittel eine Aufnahme zur Ausbildung einer Steckverbindung, z.B. eine Buchse, ein mit einem Innengewinde versehenen Träger zur Ausbildung einer Schraubverbindung, einen Trägerteil zur Ausbildung einer Rastverbindung, eine Klebefläche, über die das Bauteil durch Klebung verbindbar ist, o.dgl. Ferner könnte der Aufbau zur Bildung des Bauteilverbindungsmittels mit Metallfasern versehen sein, um es durch ein geeignetes Fügeverfahren, vorzugsweise durch Schweißen, z.B. zum Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, verbinden zu können. Conveniently, the component connecting means comprises a receptacle for forming a plug connection, e.g. a bush, a carrier provided with an internal thread for forming a screw connection, a carrier part for forming a latching connection, an adhesive surface, via which the component can be connected by gluing, or the like. Further, the structure for forming the component connecting means could be provided with metal fibers to make it by a suitable joining method, preferably by welding, e.g. for friction welding or ultrasonic welding, to connect.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Oberfläche des Bauteils zumindest abschnittsweise mit einer Abdeckschicht belegt, wobei die Abdeckschicht vorzugsweise aus demselben Faserverbundwerkstoff wie der Aufbau oder aus einem anderen Material, vorzugsweise einem Kunststoff, gebildet wird. In a further embodiment of the invention, the surface of the component is at least partially covered with a cover layer, wherein the cover layer is preferably formed of the same fiber composite material as the structure or of another material, preferably a plastic.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zwar insbesondere zur Herstellung von Bauteilen zur Nutzung von strömendem Fluid, z.B. Rotorblättern für Strömungsenergieanlagen wie Windkraftanlagen oder Wasserkraftanlagen oder von Rotorblättern oder Tragflächen für Luftfahrzeuge, es versteht sich aber, dass es auch zur Herstellung anderer Bauteile, z.B. Fahrradrahmen, Fahrzeugkarosserieteilen usw. verwendet werden könnte. Entsprechende Bauteile könnten die Merkmale der hier beschriebenen Bauteile von strömendem Fluid aufweisen. Although the method according to the invention is particularly suitable for the production of components for the use of flowing fluid, e.g. Rotor blades for flow energy systems such as wind turbines or hydropower plants or of rotor blades or wings for aircraft, but it is understood that it also for the production of other components, e.g. Bicycle frame, vehicle body parts, etc. could be used. Corresponding components could include the features of the fluid components described herein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen, die sich auf die Ausführungsbeispiele beziehen, näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and the accompanying drawings, which relate to the embodiments. Show it:

1 einen Kern eines erfindungsgemäßen Bauteils und Teile davon in verschiedenen Ansichten, 1 a core of a component according to the invention and parts thereof in different views,

2 einen teilweise mit einem Aufbau belegten Kern, 2 a core partially occupied with a structure,

3 einen Teil eines erfindungsgemäßen Bauteils, 3 a part of a component according to the invention,

4 eine weitere Ausführungsform des Kerns nach 1, und 4 a further embodiment of the core according to 1 , and

5 eine Windkraftanlage, die das Bauteil umfasst. 5 a wind turbine comprising the component.

Das erfindungsgemäße Bauteil und das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren werden im Folgenden beispielhaft anhand eines Rotorblatts 1, das zur Verwendung in einer in 5 gezeigte Windkraftanlage 30 mit vertikaler Rotationsachse vorgesehen ist, beschrieben. The component according to the invention and the production method according to the invention will be described below by way of example with reference to a rotor blade 1 For use in an in 5 shown wind turbine 30 is provided with a vertical axis of rotation described.

Zur Herstellung des Rotorblatts 1 sind ausgehend von einer vorgegebenen äußeren Form des Rotorblatts 1 und vorgegebenen von außen darauf wirkenden Kräften zunächst mittels Finiter Elemente Methode Belastungen, d.h. Kräfte und Drehmomente, ermittelt worden, die das Rotorblatt 1 im Betrieb aufnehmen muss, ermittelt worden. Ausgehend von den dadurch ermittelten Informationen sind für einen Kern 2 und einen Aufbau 3 aus Faserverbundwerkstoff des Rotorblatts 1 zu verwendende Materialien ausgewählt worden. Mittels eines CAD-Programms sind die Formen des Kerns 2 und des Aufbaus 3 so optimiert worden, dass das Rotorblatt 1 einerseits die für den Betrieb notwendige Festigkeit und andererseits eine möglichst geringe Masse aufweist. Die Form des Kerns 1 ist dabei derart vorgesehen worden, dass der Kern 1 einen Beitrag von 40 % zur Biegefestigkeit des Rotorblatts 1 liefert. For the production of the rotor blade 1 are starting from a predetermined outer shape of the rotor blade 1 and predetermined from outside forces acting on it first by means of finite element method loads, ie forces and torques, has been determined that the rotor blade 1 in operation has been determined. Based on the information thus obtained are for a core 2 and a construction 3 made of fiber composite material of the rotor blade 1 to be used materials. By means of a CAD program are the forms of the core 2 and the construction 3 so optimized that the rotor blade 1 on the one hand has the necessary strength for the operation and on the other hand the lowest possible mass. The shape of the core 1 has been provided in such a way that the core 1 a contribution of 40% to the bending strength of the rotor blade 1 supplies.

1 zeigt einen Kern 2 des Rotorblatts 1, der aus fünf miteinander verbindbaren Kernmodulen 4, 5, 6, 7, 8 gebildet ist. Jedes der Kernmodule 4, 5, 6, 7, 8 ist mittels selektivem Lasersintern aus Polyamidpulver aufgebaut worden. 1 shows a core 2 of the rotor blade 1 , which consists of five interconnected core modules 4 . 5 . 6 . 7 . 8th is formed. Each of the core modules 4 . 5 . 6 . 7 . 8th has been constructed by means of selective laser sintering of polyamide powder.

Die Kernmodule 4, 5, 6, 7, 8 sind jeweils als Hohlkörper ausgebildet, in dessen jeweiligen Hohlraum 9 in Längsrichtung des Rotorblatts Stege 10, 11 gebildet sind, die die Biegefestigkeit des Kerns 2 vergrößern und den Hohlraum 9 in Kanäle 18, 19, 20 unterteilen. The core modules 4 . 5 . 6 . 7 . 8th are each formed as a hollow body, in its respective cavity 9 in the longitudinal direction of the rotor blade webs 10 . 11 are formed, the bending strength of the core 2 enlarge and the cavity 9 in channels 18 . 19 . 20 divide.

Auf einer Innen- und auf einer Außenseite des Kerns 2 sind Nuten 16, 17 gebildet, die, wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, zur Aufnahme des Aufbaus 3 vorgesehen sind. Der Aufbau 3 wird dazu in einer derartigen Dicke in die Nut 17 hinein laminiert, dass die Oberfläche des Aufbaus 3 bündig mit der daran angrenzenden Oberfläche des Kerns 1 abschließt. Die Nut 17 ist in dem Kern 2 in einer Richtung gebildet, in der auf das Rotorblatt 1 bei Betrieb der Windkraftanlage und der damit verbundenen Verformung des Rotorblatts bei Anlage von Wind Zugkräfte wirken. Um die Zugkräfte aufnehmen zu können, werden die Fasern in dem Aufbau 3 in Richtung der Nut 17 angeordnet. On one inside and one outside of the core 2 are grooves 16 . 17 formed, as, in particular 2 can be seen, for receiving the structure 3 are provided. The structure 3 will do so in such a thickness in the groove 17 laminated in it, that the surface of the construction 3 flush with the adjacent surface of the core 1 concludes. The groove 17 is in the nucleus 2 formed in one direction in which on the rotor blade 1 operate during operation of the wind turbine and the associated deformation of the rotor blade in wind system tensile forces. In order to absorb the tensile forces, the fibers are in the structure 3 in the direction of the groove 17 arranged.

Auf der Innenseite des Kerns 2 sind einteilig mit dem Kern 2 Ansätze 14, 15 gebildet, die zur Verbindung des Rotorblatts 1 mit einem Trägerelement 31 der Windkraftanlage 30, an denen das Rotorblatt 1 befestigt wird, vorgesehen sind. Die Ansätze 14, 15 weisen eine Bohrung 22 auf, durch die ein hier nicht gezeigter Befestigungsstift des Trägerelements 31 gesteckt werden kann. Da bei Betrieb der Windkraftanlage 30 das Trägerelement 31, an dem das Rotorblatt 1 befestigt ist, aufgrund von auf das Rotorblatt 1 wirkender Zentrifugalkräfte Zugkräfte auf die Ansätze 14, 15 ausübt, wird zur Aufnahme der Zugkräfte über die Ansätze 14, 15 ein weiterer Aufbau 3 laminiert (2). Von den Ansätzen 14, 15 wird der Aufbau 3 in die auf der Innenseite des Rotorblatts 1 gebildete Nut 16 geführt, um die an den Ansätzen 14, 15 anliegenden Belastungen auf den Kern 2 zu übertragen. On the inside of the core 2 are integral with the core 2 approaches 14 . 15 formed, which leads to the connection of the rotor blade 1 with a carrier element 31 the wind turbine 30 on which the rotor blade 1 is attached, are provided. The approaches 14 . 15 have a hole 22 on, by a not shown here mounting pin of the support element 31 can be plugged. Since during operation of the wind turbine 30 the carrier element 31 at which the rotor blade 1 is attached, due to on the rotor blade 1 acting centrifugal forces pulling forces on the lugs 14 . 15 Exercises, to absorb the tensile forces on the approaches 14 . 15 another setup 3 laminated ( 2 ). From the approaches 14 . 15 becomes the construction 3 into the inside of the rotor blade 1 formed groove 16 led to the at the lugs 14 . 15 applied loads on the core 2 transferred to.

Anschließend wird der Kern 2 mit den in den Nuten 16, 17 gebildeten Aufbauten 3 als Ganzes mit einer oder mehreren Lagen 21 aus dem Faserverbundwerkstoff einlaminiert, um seine Festigkeit weiter zu vergrößern und es vollständig abzudecken. Subsequently, the core becomes 2 with those in the grooves 16 . 17 formed constructions 3 as a whole with one or more layers 21 laminated from the fiber composite material to further increase its strength and completely cover it.

Wie in 4 gezeigt ist können die Module 4, 5, 6, 7, 8 mit Mitteln 12, 13 zu ihrer Verbindung untereinander versehen sein. An jeweils einem Ende der Module 4, 5, 6, 7, 8 sind dazu Haken 12 gebildet, die eine stegartige Form aufweisen und von den Modulen 4, 5, 6, 7, 8 vorstehen. Die Haken 12 sind dazu vorzusehen, in Aussparungen 13 einzugreifen, die an Innenwänden des Hohlraums 9 bzw. der Kanäle 18, 19, 20 jeweils benachbarter Module 4, 5, 6, 7, 8 gebildet sind. Um den Kern 2 aus den Modulen 4, 5, 6, 7, 8 aufzubauen, werden diese ineinander gesteckt. Die Haken 12 schnappen dann in die Ausnehmungen 13 ein und halten die Module 4, 5, 6, 7, 8 fest aneinander. Optional können die Module 4, 5, 6, 7, 8 zusätzlich mittels eines Klebemittels miteinander verbunden werden. As in 4 the modules can be shown 4 . 5 . 6 . 7 . 8th with funds 12 . 13 be provided for their connection with each other. At one end of each module 4 . 5 . 6 . 7 . 8th are hooks to it 12 formed, which have a web-like shape and of the modules 4 . 5 . 6 . 7 . 8th protrude. The hooks 12 should be provided in recesses 13 intervene on inner walls of the cavity 9 or the channels 18 . 19 . 20 each adjacent module 4 . 5 . 6 . 7 . 8th are formed. To the core 2 from the modules 4 . 5 . 6 . 7 . 8th build, they are plugged into each other. The hooks 12 then snap into the recesses 13 and hold the modules 4 . 5 . 6 . 7 . 8th firmly together. Optionally, the modules 4 . 5 . 6 . 7 . 8th additionally be connected together by means of an adhesive.

Claims

Method for producing a component ( 1 ) for the use of flowing fluid, in particular a rotor blade for a flow energy plant or an aircraft, in which a core ( 2 ) of the component ( 1 ) at the core ( 2 ) at least in sections a structure ( 3 ) is formed of fiber composite material and the core ( 2 ) after formation of the structure ( 3 ) in the component ( 1 ), characterized in that the core ( 2 ) is made such that it forms a hollow body and a significant contribution to the strength of the component ( 1 ).

Method according to claim 1, characterized in that the core ( 2 ) and the structure ( 3 ) are adapted to one another such that the structure ( 3 ) are decisive for the absorption of traction forces and preferably the core ( 2 ) is set up to absorb the other forces, in particular compressive forces, and / or bending moments.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that in the core ( 2 ) at least one recess, in particular a groove ( 16 . 17 ) and / or a channel ( 18 . 19 . 20 ), the structure ( 3 ) is preferably formed in the recess.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the core ( 2 ) is built up in layers, preferably by means of selective laser sintering, laser melting, laminated object modeling, stereolithography or a similar method.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the core ( 2 ) of at least two interconnectable modules ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) is formed.

Method according to claim 5, characterized in that at least some of the modules ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) each having at least one means ( 12 . 13 ) are provided with each other for their connection, the module connecting means ( 12 . 13 ) preferably in one piece with the respective module ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) and preferably in layers together with the respective module ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) is constructed.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the core ( 2 ) with at least one means ( 14 . 15 ) for connecting the component ( 1 ) is provided with another component, preferably with another component of the flow energy plant, wherein the component connecting means ( 14 . 15 ) preferably in one piece with the component ( 1 ) is formed.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the surface of the component ( 1 ) at least in sections with a covering layer ( 21 ), the cover layer ( 21 ) preferably made of the same fiber composite material as the structure ( 3 ) or of another material, preferably a plastic.

Component for the use of flowing fluid, in particular rotor blade for a flow energy plant or an aircraft, which has a core ( 2 ), which at least in sections with a structure ( 3 ) is made of fiber composite material, characterized in that the core ( 2 ) one Hollow body forms and is formed such that it makes a significant contribution to the strength of the component ( 1 ).

Component according to claim 9, characterized in that the core ( 2 ) and the structure ( 3 ) are adapted to one another in such a way that the structure ( 3 ) are decisive for the absorption of traction forces and preferably the core ( 2 ) are designed to accommodate the other forces, in particular pressure forces, and / or bending moments.

Component according to claim 9 or 10, characterized in that in the core ( 2 ) at least one recess, in particular a groove ( 16 . 17 ) and / or a channel ( 18 . 19 . 20 ), and the structure ( 3 ) is preferably formed in the recess.

Component according to one of claims 9 to 10, characterized in that the core ( 2 ) of at least two interconnectable modules ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ), the modules ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) preferably with at least one agent ( 12 . 13 ) are provided to their connection with each other, preferably in one piece with the respective module ( 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) is formed.

Component according to one of claims 9 to 12, characterized in that the core ( 2 ) at least one means ( 14 . 15 ) for connecting the component ( 1 ) with another component, preferably with another component of the flow energy plant, wherein the component connecting means ( 14 . 15 ) preferably in one piece with the core ( 2 ) is formed.