DE7833148U1

DE7833148U1 - Windradfluegel

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Publication number: DE7833148U1
Application number: DE19787833148U
Authority: DE
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1978-11-08
Filing date: 1978-11-08
Publication date: 1980-05-22

Description

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MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NORNBERG
Aktiengesellschaft

München, den 28. Februar 1980

Windradflügel

Die Neuerung bezieht sich auf einen Windradflügel bestehend aus einem Holm im wesentlichen aus einer einfachen Metallstruktur und einer Profilverschalung im wesentlichen aus einem Kunststoff.

Die Konstruktion von Flügelblättern wurde im Flugzeugbau durch jahrzehntelange Entwicklungen auf einen Stand gebracht, bei dem für die Flugverhältnisse optimal angepaßte Flügel herstellbar sind.

In der Großflugzeugindustrie werden bekannterweise gerüst- 1

artige Metallholme hergestellt, auf die Metall- oder ί

Kunststoffplatten als Verschalung aufgenietet bzw. mit f

in der Technik üblichen Verbindungsmitteln mit dem Holm I

verbunden werden. Um eine erwünschte Formgenauigkeit f

und Oberflächenqualität zu erreichen, ist aber ein im I Vergleich zu normalen Strukturen sehr großer Fertigungsaufwand unvermeidlich.

Für Kleinflugzeuge, wie z.B. Segelflugzeuge, wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem der Flügel sich aus zwei Schalenhälften aus Kunststoff zusammensetzt. Bei diesem

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Verfahren werden in Negativformen jeweils die beiden Schalenhälften in einer der Verbund-Kunststofftechnik üblichen Art hergestellt, wobei eine Schalenhälfte mit eingeformten Stegen und die andere mit eingeformten Kanälen ausgerüstet werden. Die Schalenhälfte mit den Stegen wird dann auf die zweite, sich noch in der Negativform befindenden Schale aufgesetzt derart, daß die Stege In die mit einem Klebharz gefüllten Kanäle eingefaßt und eingedrückt werden. Die so hergestellten Tragflächen weisen sehr hohe Formqualitäten und Oberflächengüten auf. Der Aufwand ist hierbei gegenüber Metalltragf1ächen vergleicherweise niedrig.

Diese und ähnliche für die Segel-Flugzeugtechnik ausgereiften Herstellungsmethoden lassen sich jedoch nicht «.

ohne einen erheblichen Hehraufwand oder erhöhten Kosten für die Herstellung von Flügelblättern für große Wind- |

räder anwenden, wenn diese mit einer ausreichenden Steifig- | keit und erwünschten Genauigkeit hergestellt werden sollen.

Das liegt daran, daß bei den Windrädern zusätzlich zu den flugzeugspezifischen Anforderungen weitere Probleme anstehen. Zunächst ist die Dimension der Windradflügel zu nennen, die eine Länge bis über die doppelte Tragflächenlänge des größsten Flugzeugtyps erreichen, nämlich über 50 m.

Im Gegensatz zu den Flugzeugflügeln wird bei den Windradflügeln mit Rücksicht auf die Regelbarkeit der Anlage eine hohe Biege- und Verwindungssteifigkeit gefordert. Damit bei einem Windrad auch geringe Windstärken maximal ausgenützt werden können, muß die Flügel oberfläche der

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theoretischen-aerodynamischen Wirkfläche optimal angepaßt

werden, wobei Toleranzen insbesondere Oberflächenrauhig-. keitevi notwendig sind, die weit unter dem im Metall-Flugzeugbau üblichen Toleranzen liegen sollten.

Um wirtschaftlich zu sein, müssen Windradflügel wesentlich billiger sein als diese im klassischen Flugzeugbau möglich 1st.

Unter Beachtung dieser Gesichtspunkte ist der bekannte» vollständige Metallflügel für das vorliegende Vorhaben ungeeignet, da er in Flugzeugbauausführung zu teuer und in einfacherer Technologie ein zu hohes Gewicht erhalten Würde und insbesondere mit vertretbaren Aufwendungen keine genaue Profilfläche hergestellt werden kannn.

Hinsichtlich des Fertigungsaufwandes und der Konturgenauigkeit würde sich die Anwendung von Glasfaserverbund-Kunststofflüge!η zunächst anbieten. Dieses Verfahren scheitert jedoch insofern, als zur Erlangung der notwendigen Steifigkeit die Konstruktion insbesondere aufgrund der großen Flügeldimension mit Wandstärken von über 30 m hergestellt werden nüßten, d.h, mit Schichtdimensionen, die in der Kunststofftechnik bezüglich der Festigkeit noch nicht beherrschbar sind.

Die Notwendigkeit von Kohlenfaser-Verbundmaterial führt zwar zu geringeren Massen aber auch zu sehr hohen Materiallasten und wirft zusätzlich bei den erforderlichen Dimensionen bisher nicht beherrschbare technologische Probleme a"uf.

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Die Neuerung geht daher von einer Fliigelkostruktion aus, bei der die tragenden Bauteile zur Erlangung der ausreichenden Steifigkeit im wesentlichen aus einer einfachen Metallstruktur bestehen, während die formgebundene Verkleidung «us Kunststoff hergestellt werden, die relativ leicht und txakt auf eine erwünschte Form modelierbar ist.

Oer Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flügel der eingangs genannten Art zu schaffen, der formgenau und leicht im Gewicht ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Holm den Flügelmittelbereich stützt und eine grob an die Kontur dieses Flügelbereiches angepaßte Dimension hat, und daß die Profilverschalung aus vorgefertigtem Nasenteil, Endteil und eventuellen Teilen des Hittelbereiches, die am Holm befestigt sind, sowie aus einem nach dem Zusammenbau dieser vorgefertigten Teile zwischen dem Nasenteil und dem Profilende direkt auf dem Holm tufgeformten Mittelteil besteht.

Dieser Flügel zeichnet sich insbesondere in einer relativ leichten und ausreichend steifen Konstruktion aus, die die Herstellung von Flügelblättern großer Dimensionen ermöglicht, bei denen eine Profilverschalung mit geringer Wandstärke und sehr genauer Wirkungsfläche verwirklicht werden kann, wobei der Flügelholm fertigungstechnisch einfach und außerdem billig herstellbar ist und keine Nacharbeitung zur Erlangung etwa genau angepaßter Formen erfordert.

Die Teilbereiche der Profilverklei dung, insbesondere das Nasen- bzw. Endteil sind für die bekannten Kunststoff-Bearbeitungsverfahren dimensionsgerecht, so daß sie in

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einer üblichen Weise mit präziser Außenkontur hergestellt werden und trotz geringer Wandstärke selbsttragend sein können.

Das aufgefcrmte Verschalungsmittel teil gleicht alle fertigungstechnischen Unebenheiten bzw. Ungenauigkeiten der Holmkontur direkt aus.

Lageversetzbare Mittel gleichen ihrerseits Fertigungsungenauigkeiten des Flügel holmes für die Verbindung der Nasen- und Endteile der Profil verschalung aus, so daß sie die für das aerodynamische Profil ausgerichteten Lage genau einnehmen können. Hiermit bleibt jede Sorgfalt bezüglich der Dimensionierung bei der Herstellung des Holmes weitgehend erspart, sofern die Außenmasse vorbestimmte Maximalwerte nicht überschreiten.

Vorteilhaft ist es, wenn faserverstärkte Verbundwerkstoffe für die Profi1verschalung verwendet werden. Hierbei bietet das erfindungsgemäße Verfahren auch die Möglichkeit, die Fasern mit den bekannten Techniken zur Erlangung einer erwünschten Steifigkeit und Festigkeit nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten zu orientieren.

Der Flügelholm kann die Form von einfachen oder doppelten Kästen haben, wobei die quer zu den Flügelblattflächen stehenden Wandteile so dimensioniert sind, daß sie so nah wie möglich an die Profiloberfläche heranreichen. Hiermit wird die maximale Hebellänge (Widerstandsmoment) dieser tragenden Teile ausgenützt, womit die statisch dünnste Wandstärke für die Tragplatten des Holmes verwendet werden kann, um so eine weitere Reduzierung des Flügelgewichtes zu erzielen.

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Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Neuerung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Windflügel.mit einem Flügelholm 10 aus Stahl, Aluminium_s einem anderen Metall oder einer Legierung oder einem biegesteifen Verbundwerkstoff, der aus Platten 11 und 12, die kastenförmig miteinander verschweißt sind, ausgebildet ist. Die quer zur Flügelfläche gerichteten Wände· des Holmes 10 können zum Teil anstelle von durchgehenden Platten 12 aus mehr oder weniger breiten Stegen bestehen. An den Querseiten des Holmes 10 sind ein Profilnasenteil 15 und ein Profilendteil 16 mit Hilfe von Fixpunkten oder Schienen 17 jeweils an eine Seitenplatte 12 des Holmes 10 befestigt. Die Schienen sind an die Tragplatten 12 des Holmes 10 angeschraubt, wobei deren exakte Position mit Hilfe von Langlöchern 18 einstellbar ist, um jeweils für den Einzelfall die Konstruktionsungenauigkeiten des Holmes 10 auszugleichen.

Die Profilteile 15 und 16 sind aus Kunststoff oder einem faserverstärkten Verbundwerkstoff, wie z.B. glasfaserverstärkten- oder kohlefaserverstärkten Kunststoff, wobei sie durch bekannte Fasermattenpreß-, oder Lamenier-Verfahren, vorzugsweise in Negvativformen, getrennt hergestellt sind. Diese Teile lassen sich durch die bereits fortgeschrittenen Herstellungsverfahren im Kunststoffbereich maßgenau herstellen.

Die annähernd parallel zu den Flügelfachen stehenden Platten 11 dienen außer ihrer Stützfunktion als Auflage für ein nachträglich aufgeformtes Profilmittelteil 20. Dieses in Fig. 2 im Schnitt gezeigte Teil besteht aus demselben Material wie die Nasen- und Endteile 15, 16. Als HerstellungshiIfen sind in gewissen Abständen 21 Querstreben 22 vorgesehen, deren Oberseite 23 profilgerecht

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in die Oberflächen der vorgefertigen Bauteile 15 und 16 übergeht.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, sind sämtliche Unebenheiten und Ungenauigkeiten in der Konstruktion des Holmes 10 ohne Einfluß auf das Oberlfächenprofi1 24 durch das Mittelteilmaterial ausgefüllt. Gegebenenfalls kann zwischen der Kunststoffschicht 20 und den Platten 11 eine Klebstoffmasse als Füllmaterial zwischengefüllt sein, wenn dieses, beispielsweise aufgrund einer zu großen Schichtdicke, notwendig oder zweckmäßig erscheint. Die vorgefertigten Profilteile 15 bzw. 16 können entweder mit konstanter Wandstärke ausgebildet sein, (Profil 15 in Fig. 2) oder für die Verbindung mit dem Holm an den freien Enden abgedünnt sein, wie es. in Fig. 2 am Profil 16 dargestellt ist. Diese letzte Ausführung wäre dazu geeignet, um über das Holmende gestülpt werden z^#* können.

Die notwendige Steifigkeit für die Flügelblätter wird durch den Holm 10 erbracht. Hierzu müssen die Holmplatten 11 und 12 entsprechend dem Material in ihrer Wandstärke entsprechend ausgelegt sein. Durch Annäherung der Querplatten 12 des Holmes bis nahe unter die Profilfläche der Profilverschalung kann das erforderliche Haltemoment für den Flügel unter Einsparung von Wandstärke der Trägerplatten 12 aufgebracht werden, womit durch die Materialeinsparung eine Gewichtsreduktion erreicht werden kann.

Der als Doppelkasten ausgebildete Holm 10 ist als ein kon· struktiv einfaches Ausführungsbeispiel gegeben, selbstverständlich läßt sich jedoch jede andere Bauform anwenden.

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Claims

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MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NORNBERG
Aktiengesellschaft

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Schutzansprüche

1. Windrädflügel bestehend aus einem Holm im wesentlichen aus einer einfachen Metall struktur und einer Profilverschalung im wesentlichen aus einem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Holm (10) den Flügelmittelbereich stützt und eine grob an die Kontur diases Flügelbereiches angepaßte Dimension hat, und Jaß die Profi!verschalung aus vorgefertigtem Nasenteil (15), Endteil (16) und eventuellen Teilen des Mittelbereiches, die am Holm befestigt sind, sowie aus einem nach dem Zusammenbau dieser vorgefertigten Teile zwischen dem Nasenteil und dem Profilende direkt auf dem Holm aufgeformten Mittelteil (20) besteht.

2. Flügel nach Anspruch 1, dadurch gekannzeichnet, daß die vorgefertigten Teile, insbesondere das Profilnasenteil (15) und das Profilendteil (16) an dem Holm (10) mittels 1ageverstellbarer Mittel (17) befestigt sind.

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3. Flügel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lageverstellbaren Mittel auf dem Metallholm aufgeklebte Metalleisten sind, wobei der durch Fertigungstoleranzen bedingte Abstand zu dem Metallholm durch Unterflittern mit Kompositmaterial ausgeglichen ist.

4. Flügel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lageverstellbaren Mittel Winkelglieder (17) mit Langlöchern (18) sind, die an den Profi!teilen {15 bzw. 16) und um Holm (10) nach Ausrichten der genauen Lage an die Bauteile angeklebt bzw. angeschraubt sind.

5. Flügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet, daß die Profi1 verschalung (15, 16, 20) aus faserverstärktem Verbundwerkstoff besteht.

6. Flügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zu den Profilflächen (24) verlaufenden Querstreben (12) des Hol'mes (10) bis nahe unterhalb der Profiloberfläehe (24) reichen.

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