METHOD FOR THE MANUFACTURE OF FOAMED CORE-SUPPORTED MOULDED ARTICLES SUCH AS WINGS, ROTOR BLADES, ETC. OF GREAT DIMENSION IN LENGTH AND WIDTH

Abstract: 1. A method of producing foam-supported moulded bodies, such as wings, rotor blades, etc., in shell construction, in which respect in a laminating mould (100) the shell of the moulded body (10) is laminated in two separate moulded body halves (10a, 10b) made of fibre composite material and hardened and the foam core is directly produced in each shell of the moulded body and the moulded body halves are face-milled or, respectively, cut in their planes of separation and are then glued to one another, characterised in that in the laminating mould (100) for the respective moulded body half (10a, 10b) a first blade skin (11) of fibre composite material in diagonal laminate is introduced and a spar made of a unidirectional laminate (12) is positioned thereon and in the profile vane region foam plates (13) are inserted in a manner that conforms to shape and thereon a second blade skin (14) in diagonal laminate is introduced and on the torsion shell formed from the elements (11, 12, 13, 14) the foam core is assembled from individual foam web elements (15) and glued.

Description: Die Erfindung bezieht sich auf ein Verwahren zur Herstellung von schaumkerngestützten Formkörpern wie Flügel, Rotorblätter etc. grosser Längen- und Breitenausdehnung. Bekannt sind Verfahren für die Herstellung von Elügeln für Segelflugzeuge etc., also für relativ kleine Bau- elemente. Bei diesen bekannten Verfahren müssen die verwendeten Formen schliessbar sein, d. h. für die angestrebte Holmbauweise ist ein sehr grosser Aufwand an Fertigungsmaterial erforderllch. Bei der Stegbauweise treten Passungsprobleme auf und ausserdem ist während der Fertigung keine Kontrollmöglichkeit gegeben. Sol- len nun grosse Formkörper, wie beispielsweise Rotor blätter für grosse Windenergieanlagen etc. hergestellt werten, so verbieten sich diese Verfahren allein aus dem schlechtea Verhältnis von Masse zu Steifigkeit. Diese Bauweisen und Verfahren sind aber für die Herstellung von gross@lächigen Flügeln oder Rotorblättern nicht verwendbar und zwar weder für die Holmbauweise, noch für die Schalenbauweise mit vorgefertigtem Schaum kern Bei der Holmbauweise ist die Masse bei gleicher Steifigs keit höher als bei der Schalenbauweise und die Formen müssen wegen der Konturgenauigkeit der dünnwandigen Schalen schliessbar sein, wobei die Verbindung Holm-Aussen- schale über kleine, schwer kontrollierbare Klebflächen erfolgt. Bei der Schalenbauweise mit vorgefertigtem Schaumkern treten im vorliegenden Falle folgende Nachteile auf: einmalhist der Schaumkern wegen seiner Grösse und aufwen eigen geometrischen Ausgestaltung nicht wirtschaftlich herstellbar und zum andernmal kann die Verbindung von Kern zur Schale nur im "Nass-in-Nass-Verfahren" mit schliessbaren Formen von guter Qualität sein. Auch diesffl bekannte Verfahren scheidet zu dem vorgeschlagenen Zweck wegen der grossen liaminatmengen und den aufwendigen Formwerkzeugen aus, dies um so mehr, als die gesamte Laminatmenge zum gleichen Zeitpunkt nass sein muss. Die Verklebung eines Kerns mit ausgehärteten Schalen ist nicht kontrollierbar. Bei dem bekannten Verfahren einer Schalenbauweise mit Stegen treten im vorliegenden Falle ebenfalls erhebli----- che Nachteile auf. So erhchen die Massen der Stege und ihrer Verbindungselemente zur Schale die Gesamtmasse des fertigen Bauteils viel zu stark. Auch ist die Einpassung der Stege zwischen den Schalen nur in sehr aufwendiger Weise zu realisieren und letztlich ist eine vollständige Kontrolle der Verklebung nicht möglich. Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das nicht nur die aufgeführten Nachteile der Verfahren des Standes der Technik beseitigt, sondern eine Grossflügel- bzw. Grossrotorherstellung in getrennten und nicht schliessbaren Formen erlaubt, wobei durch die vorgeschlagenen Verfahrensschritte eine - lauf ende Kontrolle der inneren Struktur und Fehlerkorrekturen während der Herstellung möglich sind. Diese Aufgabe wird durch -die in den Patentansprüchen niedergelegten Massnahmen in überraschend einfacher und zuverlässiger Weise gelöst In der nachfolgenden Be schreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und erläutert sowie in der Zeichnung dar- gestellt. Es zeigen: 5 Fig. 1 einen Teilquerschnitt eines nach dem Verf ah ren hergestellten Formkörpers eines Grossro- torblattes, Fig. 2 eine perspektivische Draufsicht des Aufbaus der Saug-Druckseitenschale des Grossrotorblat tes gemäss Fig. 1, Fi. 3 den inneren Aufbau des Grossflügelblattes ge mäss Fig 1 und 2, Fig. 4 einen Teilquerschnitt des Schaumkernes und des Hinterkantenschaumes mit Übermass, Fig. 5 einen Teilquerschnitt gemass Fig. 4 nach Be arbeitung Zur Fertigstellung,, Fig. 6 einen Teilquerschnitt der beiden Grossrotor- blattflächen beim Zusammenfügvorgang. Der in der Fig. 1 gezeigte Formkörper 10 eines Gross- rotorblattes wird gemäss dem vorgeschlagenen Verfahren wie folgt hergestellt: Zuerst wird die Schale 11 des Flügels bzw. Rotorblat- tes als sogenannter Formkörper 10 in zwei getrennten Formhälften 10a, 10b aus Faserverbundwerkstoff lami niert und heiss oder kalt ausgehärtet, wobei die Heiss- aushärtung bei grossen bzw. grossflächigen Formkörpern wegen der langen Verarbeitungszeit dem Kaltverfahren vorzuziehen ist. Der Lagenaufbau.setzt sich aus dem Diagonallaminat 11, 14, d. h. aus der Schale 11 und der inneren Blatthaut 14 für die Eorsionsschale 10b und aus dem Unidirektionallaminat 12 zur Aufnahme der Längskräfte aus Biegung und Fliehkraft zusammen, wobei das Unidirektionallaminat 12, das entlang der gesamten Flügellänge liegt, über den ganzen Profiluer- schnitt verteilt sein kann oder auch nur in bestimmten Bereichen laminiert wird. Diese Bereiche richten sich nach der zu erwartenden Belastung bzw. den aufzunehmenden Kräften. Die Dicke und Tage richtet sich nach den erforderlichen Massen, Steifigkeiten, Festigkeiten und Schwerpunktlagen. Meistens wird beispielsweise im hinteren Profilbereich - der sogennnn ten Fahne - eine leichte Struktur gewünscht. Hierzu schlägt die Erfindung eine selbsttragende Sandwichstruktur vor. Allgemein können die vorgeschlagenen Laminate im Handlaminierverfahren, aber auch als sogenannte Prepregs oder gar im VakuuminÅaektionsver- fahren hergestellt werden. Die Figur 2 zeigt den Fertigungsablauf und den Aufbau der Saugdruckseitenschale, wobei die erste Blatthaut 11 auf dem Formtisch 100 ausgelegt und laminiert wird. Die Fig 3 zeigt den Aufbau des inneren Flügels bzw. die Herstellung des sogenannten Schaunkernes. Dieser Schaumkern wird ebenfalls in Hälften in den ÅaeweiNi- gen Formschalenr der taminierform 100 direkt hergestellt. Zur Fertigung des Rohteiles sind zwei Verfahren mög lich, einmal das freie Ausschäumen und zum andernmal die Herstellung aus Plattenmaterial. Im ersteren Fall wird in die offene Schalenstruktur ein freischäumender Werkstoff eingespritzt. Der dabei entstehende Schaum- körper füllt den gesamten Innenraum des Profiles aus, wobei beispielsweise auch ein Bereich durch Trennwän- de freigehalten werden kann, wie z. Bo an der "End- fahne". Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass Schaumwerkstoffe verwendet werden müssen, die bei hoher dynamisbher Beanspruchung der Gefahr einer Zerstörung ausgesetzt sind. Somit sind im vorliegenden Falle die auftretenden Belastungen für die Verwendung dieses Verfahrens ausschlaggebend und für Formkörper, die eio ner hohen Lastenwechselzahl unterworfen sind nicht geeignet. Schaumwerkstoffe, die diesen hohen Anforderun- gen gerecht werden, mussen in geschlossenen Formen hergestellt sein und damit also als Plattenmaterial verwendet werden. Dies schlägt das Verfahren nach der Erfindung vor. Hier werden nun die Hälften der Schaumkerne aus Schaum stegelementen 15, also aus Plattenmaterial - beispiels weise von ca 80 cm Dicke - in Scheiben zusammengesetzt und miteinander verklebt. Die Scheiben entsprechen den Innenkonturen der einlaminierten Schalenhälften. Die genaue Kontur kann durch Einpassen ermittelt werden, wo- bei die jeweils vorherige Schaumscheibe bzw. das Schaum- stegelement 15 als Schablone für die nächste Spalte dient, die durch grobe Einpassung entstehen, können durch schäumbare Kleber geschlossen werden. Dadurch wird also ein geschlossener Schaumkern erhalten, der nur noch in der Trennebene 21 zu bearbeiten ist. Dies trifft für beide Formhälften 10a, 10b zu. Die überstehenden Schaumstoffteile von 15 und 17 (Fig. 4) werden mittels einer geführten Schneidvorrichtung abgetrennt. Die so bearbeiteten Flügelhälften - also Oberschale 10a und Unterschale 10b als Formkörperhälften - werden an der gemeinsamen Trennebene 21 miteinander verklebt. Der Fertigungsablauf vollzieht sich also wie folgt: In der Iiaminierform für die untere Formkbrperhälfte 1|mob oder auch Unterschale genannt, bzw. der Form für die obere Formkörperhälfte 10a oder auch Oberschale genannt, wird jeweils die erste Blatthaut 11 aus Faserverbundwerkstoff im Diagonallaminat hergestellt, anschliessend wird darauf der Holm aus Unidirketionallaminat 12 aufgebracht, wobei dies entlang der gesamten Formkörperlänge und über den ganzen oder nur in Teilbereichen des Profilquerschnittes geschehen kann. Dann werden im Pro filfahnenbereich Schaumplatten 13 eingelegt und angepasst und darauf die innere Blatthaut 14 laminiert, ebenfalls im Diagonallaminat aus Faserverbundwerkstoff. Der innere Flügel- bzw. RotorblattÅanfbau sieht nun für beide Formkörperhälften wieder im gleichen Verfahren vor: Anfertigung des Schaumsteges aus einzelnen Schaumstegelementen 15, wobei diese mit ihrer Oberkante bzw. Oberfläche über die sogenannte Trennebene 21 ragen. Dann werden diese Elemente 15 - wie in Fig; 3 dargestellt - auf die Torsionsschale 11, 12, 13, 14 eingeklebt oder eingelegt und das Endkantenlaminat 16 im Fahnenbereich angefräst. Auf dieser Anfräsung 16 werden nun Schaumplatten 17 aufgeklebt, wobei diese Schaumplatten 17 ebenfalls ihrer Höhe nach über die sogenannte Trennebene 21 ragen. Mit tels einer geführten Vorrichtung wird nun der Schaumsteg 15 und der Hinterkantenschaum 17 genau in der Trennebene 21 abgefräst oder abgeschnitten. Anschlie- ssend wird das Schublaminat 18 und das Hinterkanten- gewebe 19 eingebracht bzw. laminiert und zwar kurz vor dem Zusammenfügen der beiden Formhälften 10a, 10b. Zum Schluss werden noch die Versteifungswinkel 20 eingeklebt, die die Schaumstegelemente 15 in ihrer Lage einwandfrei fixieren und halten. Die Fig. 6 zeigt den Moment der unmittelbaren Zusammenfügung der beiden Formkörperhälften 10a, 10b. Auf allen in der Trennebene liegenden Flächen von 10a, 10bs und 19 wird ein Schaumkleber aufgebracht und dann die beiden Formkörperhälften zusammengefügt. Über die Aus härtung bei den Laminatvorgängen ist eingangs schon gesprochen worden. Die Aushärt- bzw. Trocknungszeiten bei den Klebvorgängen richten sich nach dem jeweiligen verwendeten Schaumstoffkleber. Zur Fertigstellung des entformten Flügels werden nun noch die Nasenschale 25 und die Endkantenverstärkung 26 angebracht. Durch die vorgeschlagenen Fertigungsmassnahmen wird nun nicht nur die Herstellung grossflächiger Formkörper er mögliche, sondern im einzelnea noch weitere Vorteile erzielt, wie beispielsweise eine homogene Stützung der Schale durch den Schaumkern, die Verwendung jedes ge- eigneten Schaumstoffes in beliebiger Halbzeugabmessung, die Herstellung in offenen Formen und die vollständige Kontrollmöglichkeit über den gesamten Fertigungszeitraum und damit verbunden die gegebenen Korrekturmöglich- keiten.

Claims: Verfahren zur Herstellung von schaumkerngestützten Formkörpern wie Flügel, Rotorblätter etc. grosser Langen- und Breitenaiisdehnung Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von schaumkerngestützten Formkörpern wie Flügel, Rotorblätter etc. grosser Längen- und Breitenausdehnung in nicht schliessba ren Formen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass a) die Schale (11) des Formkörpers (10) in zwei getrennten Formkörperhälften (10a, lOb) aus Fa serverbundwerkstoff laminiert und ausgehärtet wird, b) der Schaumkern (15) in jeder Schale (11) des Formkörpers (10) direkt hergestellt und oearbei- tet wird und c) nach Bearbeitung der Trennebenen (21) der Form- körperhälften (10a, 10b) diese miteinander ver klebt werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der entformte Formkörper (10) mit Nasen-(25) und Endkantenverstärkungen (26) ver sehen wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h ne t, dass das Unidirektionallaminat ent lang der gesamten Lange des Formkörpers (10) ange- ordent ist und über den ganzen Profilquerschnitt ver teilt ist. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Unidirektionallaminat ent lang der gesamten Lqe des Formkörpers (10) und nur in Teilbereichen laminiert ist. 50 Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t; dass der hintere Profilbe- reich des Formkörpers (10) als selbsttragende Sand wichstruktur ausgebildet ist. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e - k e n n z e i c h n e t, dass der Schaumkern (15) in druckfest er Form hergestellt und als Plattenmaterial eingesetzt und miteinander verklebt werden. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Plattenmaterial des Schaums kernes (15) mittels Schaumkleber mit der Schale (11) verbunden wird. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Schaumkern (10) aus einem freischäumbaren Material hergestellt ist.

Inventors: HAHN, MICHAEL, DIPL.-ING., WACKERLE, PETER-MARTIN, DIPL.-ING.
Applicants: MESSERSCHMITT-BOLKOW-BLOHM GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG
Application year: 1981
Main classification: B29C39
IPC codes: B29C44, F03D1, B29C70, B64C3, B29D99