DK175863B1 - Fremgangsmåde til fremstilling af skalkonstruktioner, f.eks. vindmöllevinger af fiberforstærket plast - Google Patents

Description

(19) DANMARK ου DK 175863 B1 <§fe

|p (12) PATENTSKRIFT

Patent- og

Varemærkestyrelsen 4, (51) Int.CI7.: B 29 C 33/30 B 29 C 65/78 B 29 D 22/00 F03D 1/06 F 03 D 11/04 (21) Patentansøgning nr: PA 2003 00327 (22) Indleveringsdag: 2003-03-03 (24) Løbedag: 2003-03-03 (41) Aim. tilgængelig: 2004-09-04 (45) Patentets meddelelse bkg. den: 2005-04-18 (73) Patenthaver: LM Glasfiber A/S, Rolles Møllevej 1,6640 Lunderskov, Danmark (72) Opfinder: Karsten Schibsbye, Holbergsvej 30, 7000 Fredericia, Danmark

Jan Leslie Wagner Christensen, Gelballevej 21, 6640 Lunderskov, Danmark (74) Fuldmægtig: Chas. Hude A/S, H.C. Andersens Boulevard 33,1780 København V, Danmark (54) Benævnelse: Fremgangsmåde til fremstilling af skalkonstruktioner, f.eks. vindmøllevinger af fiberforstærket plast (56) Fremdragne publikationer: DK A 200001281 DK B1 171948 (57) Sammendrag:

Ved en fremgangsmåde til fremstilling af vindmøllevinger af fiberforstærket plast og hvor vingen omfatter to halvskaller (4), støbes hver halvskal ved oplægning og plast-impragnering af fibermåtter i hver sin formhalvpart (2). Efter hærdning af halvskallerne (4) sammenlimes disse langs deres kanter, medens de befinder sig i deres formhalv-part (2). Inden skalhalvparterne (2) sammenlimes, forsynes de hver med et antal stropper (8), som fra en indre, med den pågældende halvskal forbundet ende strækker sig forbi halvskallens kant og ud på ydersiden af formhalvparten (2). Ved hjælp af spæn-deorganer (10), der er anbragt på formhalvpartens (2) yderside, påføres stropperne et » træk, så at halvskallen langs dens kant ligger an mod formhalvpartens (2) inderside.

Trækket i stropperne (8) opretholdes, indtil limen mellem de sammenpressede halvskaller (4) er hærdet.

fortsættes DK 175863 B1 * DK 175863 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af skalkonstruktioner, f.eks. vindmøllevinger, af fiberforstærket plast, f.eks. glasfiberarmeret polyester, og hvor skalkonstruktionen omfatter to halvskaller, f.eks. vingehalvskaller, der støbes ved oplægning og plastimprægnering af fibermåtter i hver sin hun-formhalvpart, og 5 dernæst efter hærdning af plasten sammenlimes langs deres kanter, medens de befinder sig i deres formhalvparter, idet der på den ene eller begge halvskalskant påføres lim inden halvskallemes kanter dernæst presses mod hinanden.

Fremgangsmåden er især, men ikke udelukkende rettet mod sammenlimning af fiber-10 forstærkede plasthalvskaller til vindmøllevinger og vindmøllevingens ydre kontur fortrinsvis dannes af to vingehalvskaller, der forud for sammenlimningen skal fastholdes i hver sin formhalvpart. Som plastmaterialer kan der især benyttes en hærdeplast, f.eks. polyester, og som fiberforstærkning især glasfiber, eventuelt i kombination med car-bonfibrer. Andre plastmaterialer og/eller fibermaterialer kan dog også benyttes. Den 15 benyttede støbeproces kan være traditionel håndoplægning af glasfiber, hvor måtterne successivt imprægneres med plast. Fortrinsvis benyttes dog en vakuuminfusionsmetode. Ved denne metode anbringes alle de påtænkte fibermåtter først tørt i formen. Derefter anbringes der oven over fiberoplægningen en såkaldt vakuumfolie, som er lufttæt, og som tætnes i forhold til formens kant, f.eks. ved hjælp af et tætningsmiddel, en så-20 kaldt tacky-tape. Dernæst tilvejebringes vakuum mellem formpartens inderside og vakuumfolien. Slutteligt indføres flydende plast i området mellem formens inderside og vakuumfolien, så at fiberoplægningen gennemvædes fuldstændigt med plast.

Det er almindeligt kendt at fiksere en vingehalvskal i en formpart forud for sammen-25 limning af de to halvskaller. Sammenlimningen sker normalt ved, at to sammenhørende formhalvparter med hver sin vingehalvskal presses mod hinanden. For at muliggøre anbringelsen af den øvre formpart over den nedre, fikseres vingehalvskallen med klemmetænger til den øvre formpart. Denne fiksering sker i kantområdet, hvor vingehalvskallen er udført med en "midlertidig" udragende flange, hvis formål er at medvir-30 ke til en fiksering af vingeskallen til og i formhalvparten. Denne flange afskæres efter sammenlimning af vingen. Denne midlertidige flange har dog flere ulemper. Således er 2 DK 175863 B1 der en stor manuel opgave forbundet med at fjerne denne flange efter sammenlimning af vingen, og det fjernede materiale er spildmateriale. Yderligere bevirker flangens tykkelse, at især bagkanten af vingen får en øget tykkelse, der overstiger den optimale, således at de aerodynamiske forhold forringes.

5

Ved vingeskaller støbt af eksempelvis polyester og glasfiber sker der en relativ stor krympning, hvilket medfører, at den støbte vingeskal i realiteten bliver mindre end formen, og den skal derfor presses mod formens inderside og fikseres i denne position for at sikre, at de to vingehalvskallers kanter sammenlimes lige over for hinanden. Hvis 10 dette ikke sikres, taler man om, at vingen har over- eller underbid. Hvis ikke denne sammenlimning er optimal, kan der ikke opnås optimale aerodynamiske forhold, ligesom produktionstiden forlænges betragteligt, idet der så kræves en stor indsats for at tildanne vingens optimale form.

15 For at sikre en så god og perfekt sammenlimning som muligt, anvendes de omtalte kJemmetænger, der fjernes efter anbringelsen af den øvre vingehalvskal og formhalv-part oven over den nedre vingehalvskal og formhalvpart. Herved opstår der en risiko for at de to vingehalvskaller forskydes i forhold til hinanden under sammenlimningen.

20 Det er opfindelsens formål at angive, en løsning, hvorved ovennævnte problemer løses.

Det vil sige at angive en løsning, der sikrer, at en vingeskal uanset krympning altid er fikseret mod formens inderside, så at der opnås en mere præcis sammenlimning af vin-gehalvskalleme samt at angive en løsning, hvormed størrelsen af en midlertidig udragende flange kan reduceres væsentligt eller undgås, så at det efterfølgende manuelle 25 arbejde reduceres væsentligt.

Til opnåelse af dette formål er fremgangsmåden ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at halvskalleme inden sammenlimningen hver forsynes med et antal stropper, som fra en indre med den pågældende halvskal forbundet ende strækker sig ud forbi halvskal-30 lens kant og ud på ydersiden af formhalvparten, og at der ved hjælp af spændeanord-ninger, der er anbragt på formhalvpartens yderside påføres stropperne et træk, så at a 3 DK 175863 B1 halvskallen langs dens kant ligger an mod formhalvpartens inderside, hvilket træk i stropperne opretholdes, indtil limen mellem de sammenpressede halvskallers kanter er afhærdet.

5 Ved at sikre, at halvskalleme i deres kantområde ligger an mod formpartemes inderside, er det muligt at anbringe og dermed sammenlime de to halvskaller nøjagtigt. Da den nøjagtige placering af halvskalleme i forhold til fonrihalvparteme opretholdes, indtil limen er hærdet, forhindres, at der under sammenlimningen opstår forsætning mellem halvskallemes kanter. Når halvskalleme er sammenlimede og skalkonstruktionen 10 er taget ud af formen, afskæres de udhængende stropper. Dette kræver en væsentlig mindre arbejdsindsats end ved den kendte teknik, hvor en relativ stor midlertidig flange må bortskæres. Herved opnås en væsentlig reduktion i efterbearbejdningsarbejdet for opnåelse af den tilsigtede form af skalkontruktionen. Endvidere er der teoretisk set ikke længere behov for den midlertidige flange, idet fikseringsstroppeme overtager dennes 1S funktion. I praksis kan det dog ikke udelukkes, at der dannes en lille flange på halvskalleme.

Ifølge opfindelsen anbringes stropperne med forud fastlagte mellemrum langs halvskallemes kanter og således at de to halvskallers stropper ikke er sammenfaldende, når 20 halvskalleme sammenlimes.

Da de benyttede fikseringsstropper har en så ringe tykkelse, ca. 0,5 til 1 mm, i forhold til den kendte midlertidige flange, som er ca. 2 mm pr. halvskal, og en ringe bredde, f.eks. ca. 40-50 mm, opnås en markant mere præcis sammenlimning med en minimal 25 limfugetykkelse. Denne tykkelse er som tidligere nævnt vigtig af hensyn til den færdige vinges aerodynamiske forhold, men har også stor betydning for materialeforbruges under sammenlimning.

En foretrukken spændeanordning er den type spændeanordning, der kendes fra en last-30 sikringsstrop, der normalt anvendes til sikring af gods på lastvogne og lignende. Denne type spændeanordning betegnes også surringsspil eller båndstrammere. En sådan 4 DK 175863 B1 spændeanordning har en aksel med en slids, samt et håndtag, der kan aktiveres til drejning af akselen. Når en strop skal spændes, føres dens frie ende ind i slidsen i akselen, og håndgrebet aktiveres dernæst. Herved miles stroppen op på akselen, dvs. stroppen strammes. Det skal endvidere bemærkes, at håndgrebet er forbundet med akselen via en 5 klinkemekanisme, således at der kun sker en rotation af akselen ved bevægelse af håndgrebet i én retning. Yderligere er spændeanordningen forsynet med en udløsemekanisme, som ved aktivering frigør klinkemekanismen, således at akselen frit kan rotere, hvorved stroppen slækkes. Alternativt kan der anvendes andre typer spændeanord-ninger, der virker mere automatisk. Eksempelvis kan spændeanordningeme være elek-10 triske, hydrauliske eller pneumatiske lineære eller roterende aktuatorer, hvortil stropperne kan fikseres og strammes. Disse anordninger kan endvidere være forsynet med et gribeværktøj, hvori flere stropender kan fæstnes for fælles opstramning. På denne måde kan antallet af spændeanordninger begrænses.

15 Stropperne kan fastgøres til halvskalleme på en hvilken som helst passende måde. Principielt kan stropperne således fastgøres til halvskallemes inderside efter støbning af disse, enten ved hjælp af mekaniske forbindelsesmidler eller ved hjælp af lim. Det foretrækkes dog at fastgøre stropperne til skallerne ved hjælp af det til imprægnering af fiberoplægningen benyttede plast. Herved kan stropperne være anbragt på indersiden af 20 oplægningen eller fortrinsvis være anbragt mellem lag af fiberoplægningen, således at stropperne indlamineres i halvskallen under støbningen af denne.

Det foretrækkes derfor også til stropperne at benytte et materiale, med hvilket det benyttede plast skaber en god binding, enten på grund af materialets struktur eller dets 25 kemiske sammensætning eller en kombination heraf.

Der kan således hensigtsmæssigt til stropperne benyttes et fiberbaseret materiale og især et fiberbaseret materiale, der svarer til et af de i fiberoplægningen benyttede. Ved benyttelse af en traditionel håndoplægning giver dette ingen problemer. Men ved støb-30 ning af skallerne ved vakuuminfusionsmetoden kræves et lufttæt rum mellem vakuumfolien og formhalvpartens inderside for at skabe og opretholde det nødvendige vakuum 5 DK 175863 B1 under støbeprocessen. For at forhindre, at stropper af fibermateriale, der er luftperme-abelt, skaber en forbindelse mellem nævnte lufttætte rum og omgivelserne under støbeprocessen, og at der under denne trænger plast ind i stroppernes frie endeområder, må disse endeområder beskyttes mod plast under støbeprocessen. Dette kan eksempelvis 5 opnås ved separat at indpakke alle stroppernes frie ender, eksempelvis i en plastpose, hvorfra de kan frigøres efter endt støbning.

Ifølge en foretrukken udførelsesform for opfindelsen er stropper fremstillet af fibermateriale imidlertid mellem den indre og den ydre ende forsynet med et lufttæt område, 10 som fortrinsvis er tilvejebragt ved påstøbning af et plastmateriale, f.eks. polyester eller polyurethan. Dette forstøbte lufttætte område strækker sig i hele stroppens bredde og over et begrænset område af stroppens længde. Det lufttætte område af stroppen er indrettet til at blive anbragt på en formhalvparts kant, hvorved det ved anvendelse af et tætningsmiddel, såsom tacky-tape, er muligt at opnå en optimal tætning mellem form- 15 halvpartens kant og vakuumfolien. Anvendelsen af polyurethan til det lufttætte område er fordelagtigt ved, at polyurethan er fleksibelt og delvist klæbende.

i Yderligere kan ifølge opfindelsen stropperne i deres helhed være fremstillet af et flek sibelt lufttæt materiale, såsom et plastmateriale, fieks. polyurethan eller polyamid.

20

Fremdeles kan ifølge opfindelsen stropperne påføres træk, inden den pågældende halvskals kantområde har trukket sig væk fra formpartens inderside på grund af krympningen under plastens hærdning.

25 Endelig kan ifølge opfindelsen den pågældende halvskal tillades at afhærde således, at dens kantområde trækker sig bort fra formpartens inderside, hvorefter stropperne påføres træk til at bringe halvskallens kantområde i anlæg mod formens inderside, inden sammenlimningen af de to halvskaller.

30 I det følgende forklares opfindelsen nærmere under henvisning til tegningen, hvor: 6 DK 175863 B1 fig. 1 skematisk viser en typisk formhalvpart til en vindmøllevinge med en heri støbt halvskal, som er forsynet med fikseringsstropper, der strækker sig ud på formhalvpar-tens yderside, 5 fig. 2 viser et udsnit af den i fig. 1 viste formhalvpart med fikseringsstropper og spæn-deanordninger anbragt på formens yderside, fig. 3 viser et udsnit af to formhalvparter anbragt oven over hinanden under sammenlimning af de støbte formhalvparter, 10 fig. 4 et udsnit af en fikseringsstrop med et forstøbt lufttæt område.

Idet der henvises til fig. 1 og 2 er der vist en typisk formhalvpart 2 til en vindmøllevin-gehalvskal 4. Formhalvparten 2 er vist med en allerede støbt vingehalvskal 4, hvor der 15 langs siderne 3 af vingehalvskallen 4 er indlamineret fikseringsstropper 8. Stropperne 8 strækker sig forbi halvskallens kanter og ud på formhalvpartens 2 kanter 6 og herfra ned på den pågældende side 5 af formhalvparten. Stropperne er placeret med en afstand, som er afhængig af den pågældende halvskals 4 tendens til at krympe under hærdning. Stropperne 8 kan være fremstillet af et vævet stof, f.eks. et stof, der er base-20 ret på samme fibre, som er benyttet i en af de fibermåtter, der er benyttet i halvskallernes fiberforstærkning. Stropperne kan imidlertid være fremstillet af ethvert stofmateriale, som har den nødvendige styrke til at modstå det træk, stropperne udsættes for, når de spændes.

25 Ved en særlig foretrukken udformning af stropperne, som anvendes ved støbning af halvskalleme ved vakuuminfusionsmetoden, er stropperne forsynet med et afgrænset område 22, som er forstøbt på stroppen, se fig. 4. Området 22 kan være støbt af et hvilket som helst plastmateriale, som under støbningen deraf trænger ind i stroppens 8 stofmateriale og bevirker, at området 22 af stroppen er lufttæt. Fortrinsvis er området 22 30 støbt af samme plastmateriale som halvskalleme 4 eller af polyurethan.

a 7 DK 175863 B1 På formhalvpartens to sider 5 er der anbragt spændeanordninger 10. Spændeanordnin-geme er indrettet til at påføre stropperne 8 et træk, således at halvskallen i dens kant-område holdes i anlæg mod formhalvpartens 2 inderside. De viste spændeanordninger, der på ikke nærmere vist måde er fastgjort til formhalvpartens 2 sider, omfatter en ba-5 sisdel 15 og en heri drejeligt lejret aksel 14 med en radial gennemgående slids 13. Akselen 14 er via en ikke-vist klinkemekanisme forbundet med et betjeningsgreb 11. Ved aktivering af betjeningsgrebet 11 i den ene retning, drejes akselen. Ved drejningen af betjeningsgrebet i modsat retning fastholdes akselen ved hjælp af klinkemekanismen, således at der ikke sker nogen drejning af denne. Klinkemekanismen har yderligere en 10 udløsemekanisme (ikke vist), som ved aktivering tillader en fri rotation af akselen 14.

Når stropperne skal spændes, føres stroppens 8 frie ende 12 gennem slidsen 13 i spæn-deanordningens 10 aksel 14. Herefter betjenes betjeningsgrebet 11, hvorved stroppens frie endedel rulles op omkring akselen 14 og stroppen 8 derved spændes. Stropperne 8 15 spændes i en sådan grad, at halvskallens 4 kantområde med sikkerhed holdes i anlæg mod indersiden af formhalvparten i området ved formkanteme 6. Såfremt halvskallen 4 på grund af krympning har trukket sig væk fra formhalvpartens 2 inderside, spændes stropperne 8, indtil skalhalvparten 4 bringes i anlæg med formhalvpartens inderside i området ved formhalvpartens kanter 6. Herved sikres det, at den støbte halvskal 4, spe-20 cielt dennes kant, befinder sig på det forudsete sted forud for sammenlimningen af de to halvskaller 4.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen vil nedenfor blive belyst ved henvisning til fremstillingen af en vindmøllevinge omfattende to halvskaller, der er fremstillet af glas-25 fiberarmeret polyester ved vakuuminfusionsmetoden.

Hver halvskal fremstilles ved at oplægge glasfibermåtter på formhalvpartens indre overflade. I forbindelse hermed anbringes stropper 8 af den i fig. 4 viste type. Stropperne anbringes således, at deres indre ender er beliggende mellem to lag måtter i op-30 lægningen, og stropperne strækker sig hen over formhalvpartens kant 6. Yderligere anbringes stropperne således, at området 22 er beliggende på nævnte kant 6. Oven over 8 DK 175863 B1 oplægningen anbringes en vakuumfolie, som tætnes i forhold til formhalvpartens 4 kant 6 og stroppernes område 22 ved hjælp af tacky-tape. Dernæst skabes der vakuum mellem vakuumdugen og formhalvpartens indre overflade, hvorefter der indføres flydende polyester i området mellem vakuumfolien og formhalvpartens inderside til fuldstændig 5 gennemvædning af fiberoplægningen. Herefter tillades polyesteren at hærde, og stropperne 8 spændes ved hjælp af spændeanordningeme 10, umiddelbart inden plasten er fuldstændig hærdet, og den støbte halvskal 4 stadig har anlæg mod formen i halvskallens kantområde. Når de to halvskaller er færdigstøbt, fjernes vakuumfolien, og halv-skalleme anbringes oven over hinanden, således som vist i fig. 3. Inden sammenførin-10 gen af formhalvparteme 16, 18 med de heri værende halvskaller 4, påføres lim på den nedre halvskals kantområde. Derefter sammenføres og sammenspændes formhalvparteme 16,18.

Som det fremgår af fig. 3, er fikseringsstroppeme 8 i de to halvskaller anbragt således, 15 at de ikke ligger oven på hinanden under sammenligning af de to halvskaller 4. Afstanden mellem stropperne i de to formhalvparter 16 og 18 afhænger blandt andet af den støbte vinges geometri og tilpasses efter behov. Spændeanordningeme, der benyttes til at spænde stropperne, er ikke vist i fig. 3, men illustreret ved hjælp af pile 20, der peger i spænderetningen, Når limen er hærdet, fjernes vingen fra formen, og de udragende 20 stropper bortskæres. Slutteligt foretages en efterbearbejdning af samlingsområdet mellem de to halvskaller.

Claims (9)

1. 9 DK 175863 B1 ^ 1. Fremgangsmåde til fremstilling af skalkonstruktioner, f.eks. vindmøllevinger, af 5 fiberforstærket plast, f.eks. glasfiberarmeret polyester, og hvor skalkonstruktionen omfatter to halvskaller (4), der støbes ved oplægning og imprægnering af fibermåtter i hver sin formhalvpart, og dernæst efter hærdning sammenlimes langs deres kanter, medens de befinder sig i deres formhalvparter (2), idet der på den ene eller begge halvskallers (4) kant påføres lim, inden halvskallemes (4) kanter dernæst presses mod hin-10 anden, kendetegnet ved, at halvskalleme (4) inden sammenlimningen hver forsynes med et antal stropper (8), som fra en indre, med den pågældende halvskal forbundet ende strækker sig forbi halvskallens kant og ud på ydersiden af formhalvparten (2; 16, 18), og at der ved hjælp af spændeanordninger (10), der er anbragt på formhalvparternes (2; 16, 18) yderside (5) påføres stropperne (8) et træk, så at skalhalvparteme langs 15 deres kant ligger an mod formhalvpartens inderside, hvilket træk i stropperne (8) opretholdes, indtil limen mellem de sammenpressede halvskallers (4) kanter er afhærdet.
2. 2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at stropperne (8) anbringes med forud fastlagte mellemrum langs halvskallemes kanter, således at de to halvskallers 20 stropper ikke er sammenfaldende, når halvskalleme sammenlimes.
3. 3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at stropperne (8) fastgøres, især ved limning, til halvskallemes inderside efter støbning af disse.
4. 4. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at stropperne (8) anbringes i tilknytning til fiberoplægningen, især mellem lag af denne, og indlamineres i halvskalleme under støbningen af disse.
5. 5. Fremgangsmåde ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at 30 stropperne (8) er fremstillet af et fiberbaseret materiale, især et vævet materiale og fortrinsvis et fibervæv af samme type som en i fiberoplægningen indgående måtte. 10 DK 175863 B1
6. 6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at stroppen (8) mellem sin indre og ydre ende (12) er forsynet med et lufttæt område (22), som fortrinsvis er tilvejebragt ved påstøbning af et plastmateriale, f.eks. polyester eller polyurethan. 5
7. 7. Fremgangsmåde ifølge et eller flere af kravene 1 til 4, kendetegnet ved, at strop- j peme i deres helhed er fremstillet af et fleksibelt lufttæt materiale, især et plastmateria le, f.eks. polyurethan eller polyamid.
8. 8. Fremgangsmåde ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at stropperne påføres træk, inden den pågældende halvskals kantområde har trukket sig væk fra formhalvpartens indre overflade på grund af krympningen under halvskallens hærdning.
9. 9. Fremgangsmåde ifølge et eller flere af kravene 1 til 7, kendetegnet ved, at den pågældende halvskal tillades at afhærde, således at dens kantområde trækker sig bort fra den pågældende formhalvparts inderside, hvorefter stropperne påføres træk til at bringe halvskallens kantområder i anlæg med formens inderside, inden sammenlimnin-' gen af de to halvskaller. 20