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Gewebe in Bahnform zur Herstellung von langgestreckten Bau-
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teilen, wie Rotorblätter, für Hubschrauber oder dgl.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gewebe in Bahnform zur Herstellung
von langgestreckten Bauteilen, wie Rotorblättern Eür itubschrauber oder dgl.,mit
unter einem Winkel von im wesentlichen 900 verlaufenden Webfäden.
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Langgestreckte Bauteile wie Rotorblätter für Hubschrauber oder Windkraftanlagen
werden oftmals aus sogenannte faserverstärkten Werkstoffen hergestellt. Die faserverstärkten
Werkstoffe sind hierbei Gewebe aus Fasersträngen bzw. einzelnen Fasern, so z.B.
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Glas- oder Kohlefasern, die mit einem Bindemittel, z.B. einem Harzgemisch
getränkt und nach Entfernen überschüssigen Bindemittels in eine Bauteilform eingelegt
werden. Die eingelegten Gewebebahnen werden danach mit einer Art Spatel angepreßt.
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Ist die Bauteilform vollständig in mehreren Lagen mit derartigen Gewebebahnstreifen
belegt, wird sie entweder an der Luft oder in einem Trocknungsofen ausgehärtet.
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Zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit derartiger langgestreckter Bauteile,
z.B. Hubschrauber-Rotorblätter, wird das Gewebe so in die Bauteilform eingelegt,
daß die Webfäden im wesentlichen unter Winkeln von + 45" zur Längsachse des Bauteils
verlaufen.
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Bisher für die Herstellung von langgestreckten Bauteilen zur Verfügung
stehende Gewebe in Bahnform weisen Kett- und Schußfäden auf, wobei die Kettfäden
in LängsrIchtung der Gewebebahn und die Schußfäden senkrecht dazu verlaufen. Damit
die
Webfäden in den abgelegten und durchtränkten Gewebebahnen im
Bauteil die oben erwähnte Orientierung von + 45" zur Längsachse des Bauteils aufweisen,
wird bisher aus der Gewebebahn ein Parallelogramn-Stück herausgeschnitten und schräg
so in die Bauteilform eingelegt, daß die Kett- und Schußfäden des Gewebes jeweils
mit einem Winkel von 450 zur Längsrichtung des Bauteils verlaufen. Die bisher verwendeten
Gewebebahnen haben etwa eine Breite von maximal einem Meter, so daß bei sehr langen
Bauteilen mehrere derartige Ausschnitte aus der Gewebebahn nebeneinander gelegt
werden müssen, um die Bauteilform vollständig einlagig zu belegen. Aus Gründen der
Festigkeit müssen sich zudem benachbarte Paralleograiirn-Abschnitte überlappen.
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Die Herstellung derartiger langgestreckter Bauteile aus imprägniert
ten Gewebebahnen ist sehr aufwendig und praktisch nur manuell möglich. Die hierfür
notwendigen Arbeiten umfassen demnach: Ausschneiden eines Parallelograr--Abschnittes
aus der Gewebebahn; Imprägnieren dieses Ausschnittes mit einem Bindemittel; Einlegen
des Gewebebahnausschnittes in die Bauteilform mit einer Orientierung Ser Webfasern
von + 450 zur Längsachse der Bauteilform; Anpressen des Gewebebahnausschnittes in
der Battteilform mit einem Spatel und Entfernen überschüssigen Bindemittels erneutes
Ausschneiden eines Gewebebahnausschnittes, Imprägnieren, Einlegen und Anpressen
in die Bauteilform, bis diese in einer Lage insgesamt von Gewebe bedeckt ist.
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Diese Arbeitsschritte wiederholen sich, bis die gewünschte Anzahl
von Lagen der impra nierten Gewebebahn errecht ist.
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Die Qualität des Endproduktes ist bei einer solchen Herstellung stark
von der Erfahrung der beteiligten Handwerker abhängig.
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Diese müssen z.B. den Bindemittelanteil des Gewebelaminates zuverlässig
begutachten können, damit die Gewichtsverteilung des fertiggestellten Bauteils über
die gesamte Bauteillänge von der vorgegebenen Gewichtsverteilung möglichst wenig
abweicht.
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Ebenso müssen Dickenunterschiede z.B. an den überlappungsstellen der
einzelnen Gewebebahnabschnitte ausgeglichen werden.
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Um die Risiken bei der Herstellung derartiger langgestreckter Bauteile
aus faserverstärkten Werkstoffen möglichst herabzusetzen, werden verhältnismäßig
dicke Gewebebahnen mit nicht allzu groBer Breite verwendet. Für das fertige Bauteil
werden daher nur eine verhältnismäßig geringe Anzahl von übereinander liegenden
Lagen der Gewebebahnstücke benötigt. Bei relativ schmalen Gewebebahnen können außerdem
Lufteinschlüsse zwischen einzelnen Lagen von dem Handwerker mit einem Spatel verhältnismäßig
einfach "herausgestrichen" werden, die ansonsten zu einer Verringerung der Festigkeit
des fertigen Bauteiles führen.
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Bei Verwendung von relativ dicken Gewebebahnen in Verbindung mit dem
manuellen Einlegen in die Bauteilform hängt die erwünschte gleichmäßige Massenverteilung
über die Länge der Bauteilform im wesentlichen von der Erfahrung der beteiligten
Arbeiter ab. Außerdem sind die Werte für die dynamischen Festigkeitseigenschaften
der aus solchen dicken Gewebebahnen hergestellten Bauteile durch die relativ inhomogene
Verteilung zwischen Webfäden bzw. Wegsträngen und Bindemittel zwar für den Normalfall
ausreichend, könnten jedoch z.B. durch die Verwendung von dünneren Gewebebahnen
wesentlich verbessert werden, da hierbei das Bauteil wesentlich homogener sein würde.
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Derartige dünne Gewebebahnen können jedoch manuell praktisch nicht
mehr bearbeitet werden.
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Die Schwierigkeiten bei der Herstellung lan,gestreckter Bauteile aus
in einer Gewebebahn vorliegenden faserverstärkten Werkstoffen liegen demnach sowohl
an der Art des zur Verfügung
stehenden Gewebes als auch an der beschränkten
Handhabung durch die manuelle Fertigung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,! ein Gewebe in Bahnform
anzugeben, das insbesondere zur Herstellung von langgestreckten Bauteilen geeignet
ist und mit dem sowohl die Herstellung von langgestreckten Bauteilen vereinfacht
als auch deren Festigkeitseigenschaften verbessert werden können.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Gewebe
in Längsrichtung der Gewebebahn verlaufende Webfäden (Zugfäden) und in Winkeln von
im wesentlichen + 450 dazu verlaufende Webfäden (Verstärkungsfäden) aufweist.
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Eine Gewebebahn gemäß der Erfindung weist demnach Webfäden in einer
Orientierung von im wesentlichen + 450 zur Längsrichtung auf. Diese Gewebebahn kann
nach Imprägnierung dann in Längsrichtung in die Bauteilform über deren gesamte Länge
abgelegt und angepreßt werden, so daß eine Gewebelage aus einem einzigen Gewebestück
besteht und nicht wie bisher aus mehreren nebeneinander liegenden und sich gegenseitig
überlappenden Parallelogramm- Ausschnitten aus einer Gewebebahn. Bei einer solchen
Ablage eines Gewebes gemäß der Erfindung in eine BauteiL£orm sind die Verstärkungsfäden
yenau in er gewünschten Winkelorientierung von + 450 zur Längsachse des Bauteiles
ausgerichtet Ein Gewebe gemäß der Erfindung kann im Rahmen der für die Herstellung
von langgestreckten Bauteilen notwendigen Arbeitsschritte wesentlich einfacher als
bisherige Gewebe gehandhabt werden, wodurch insgesamt das Herstellungsverfahren
für lang -gestreckte Bauteile aus imprägnierten Gewebebahnen vereinfacht und verbilligt
wird.
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Zur Herstellung z.B. eines Hubschrauber-Rotorblattes wird eine Gewebebahn
verwend, deren Breite derjenigen der für das Hubschrauberblatt notwendigen Bauteilform
entspricht. Die im allgemeinen auf einer Vorratsspule aufgewickelte Gewebebahn
wird
von dieser abgespult und durch ein Tränkbad geführt, in der die Gewebebahn mit einem
Bindemittel imprägniert wird.
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Die durchtränkte Gewebebahn wird dann durch eine Quetschwalzenanordnung
geleitet, in der überschüssiges Bindemittel so weit entfernt wird, daß der Gewichtsanteil
von Gewebe und Bindemittel in einem gewünschten Verhältnis steht. Diese Gewebebahn
wird dann über die gesamte Länge der Bauteilform in diese in Längsrichtung abgelegt
und in die Bauteilform eingepreßt. Damit sind die Schritte für die Herstellung einer
Gewebelage bereits beendet. Dies wird so oft wiederholt, bis die Bauteilform mit
der beabsichtigten Anzahl von Gewebelagen ausgefüllt ist.
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Während des Abwickelns der Gewebebahn von der Vorratsspule, während
des Tränkens der Gewebebahn mit Bindemittel und während des Einlegens der imprägnierten
Gewebebahn in die Bauteilform wird die Orientierung der Verstärkungsfäden durch
die in Längsrichtung des Gewebebandes verlaufenden Zug fäden aufrechterhalten. Diese
Zugfäden verhindern, daß sich die Breite des Gewebebandes bei Anlegung einer Zugkraft
in Längsrichtung trotz der + 450-Orientierung der Verstärkungsfäden nicht verringern
kann. Bei der in einer Lage in der Bauteilform abgelegten Gewebebahn weisen daher
die Verstärkungsfäden die gewünschte + 450-Orientierung in bezug zur Längsachse
der Bauteilform auf.
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Jede Gewebelage entspricht einem einzigen Gewebebahnabschnitt, so
daß in jeder Lage ein homogener, nicht durch überlappungsbereiche von mehreren Gewebebahnen
gestörter Verbund zwischen Webfäden und Bindemittel gegeben ist. Bereits aufgrund
dieser Tatsache sind mit einem Gewebe gemäß der Erfindung eine wesentlich ausgeglichenere
Massenverteilung über die Bauteillänge und dementsprechend bessere dynamische Festigkeitseigenschaften
als bisher erzielbar.
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Offensichtlich werden auch die Anzahl der für die Herstellung eines
Bau teiles notwendigen Arbeitsschritte sowie die Anforderungen an die Genauigkeit
bei der Ablegung der einzelnen Gewebebahnstücke für die einzelnen Gewebelagen wesentlich
verringert. Zum einen können dadurch Fehlerquellen bei manueller Herstellung weitgehend
ausgeschaltet werden; zum anderen kann die Herstellung dadurch auch weitgehend automatisiert
werden, ohne daß hierbei Abstriche an die Qualität des fertigen Bauteiles gemacht
werden müßten. Dank des durch das Gewebe vereinfachten Herstellungsverfahrens kann
die Gewebebahn kontinuierlich von einer Vorratsspule abgespult, imprägniert und
dann maschinell in die Bauteilform eingelegt werden, ohne daß währenc dieser Schritte
manuelle Eingriffe notwendig sind. Hiermit können auch wesentlich dünnere Gewebebahnen
verarbeitet werden, als dieses manuell möglich wäre. Sowohl die Massen- bzw. Gewichtsverteilung
als auch die dynamischen Festigkeitseigenschaften des fertiggestellten Bauteiles
können hiermit weiter verbessert werden.
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Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung
näher erläutert.
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In der Zeichnung stellen dar: Figur 1 eine teilweise von einem Vorratswickel
abgezogene Gewebebahn gemäß der Erfindung zur Herstellung von langgestreckten Bauteilen,
insbesondere von Hubschrauber-Rotorblättern; Figur 2 eine Aufsicht auf die Gewebebahn
gemäß Figur 1 in vergrößertem Maßstab; Figur 3 eine schematische perspektivische
Ansicht einer Einrichtung zur automatisierten Herstellung von Rotorblätte n mit
einem Gewebe gemäß der Erfindung.
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In Figur 1 ist eine teilweise von einem Vorratswickel 1 abgerollte
Gewebebahn 2 dargestellt, die eine Breite b aufweist.
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Die Gewebebahn 2 wird von dem Wickel in Pfeilrichtung P1 abgezogen.
Das Gewebe selbst weist in Abzugsrichtung P1 verlaufende Zugfäden 3 sowie in einem
Winkel von + 45°t zu diesen Zugfäden verlaufende Verstärkungsfäden 4 auf.
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Die Zugfäden dienen im wesentlichen dazu, daß die Breite b der Gewebebahn
auch beim Abzug von dem Wickel erhalten bleibt, d.h.
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daß sich nicht der sogenannte Krawatteneffekt einstellt, durch den
die Breite der Gewebebahn beim Abziehen verringert werden würde.
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In Figur 2 ist in vergrößertem Maßstab ein schematischer Ausschnitt
aus der Gewebebahn dargestellt. Hier sind nochmals die Zugfäden 3 sowie die in +45°-Winkelorientierung
verlaufen -den Verstärkungsfäden 41 sowie die in -450-Winkelorientierung zu den
Zugfäden verlaufenden Verstärkungsfäden 42 dargestellt.
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Die senkrecht aufeinanderstehenden Verstärkungsfäden 41 und können
z.B. miteinander verknüpft sein; ebenso wäre es möglich, daß diese Verstärkungsfäden
- nur mit einem Heftfaden bzw.
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dem Zugfaden verbunden- ohne Verknüpfung aufeinanderliegen.
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Die Verstärkungsfäden 4 sind sehr dicht gewebt, wohingegen die Anzahl
der Zugfäden über die Breite b der Gewebebahn nur sehr gering zu sein braucht, da
diese, wie oben erwähnt, im wesentlichen die Aufgabe erfüllen, beim Abziehen der
Gewebebahn von dem Vorratswickel den Krawatteneffekt zu verhindern.
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Ein derart hergestelltes Glasseidengewebe kann mit Flächengewichten
zwischen 50 und 500 Gramm pro Quadratmeter verwendet werden. Als Material kann Glasseide
oder andere Fasern, so z.B. Kohlefasern oder dgl. verwendet werden.
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In Figur 3 ist schematisch eine Einrichtung zum Herstellen von langgestreckten
Rotorblättern für Hubschrauber mit einem Gewebe gemäß der Figuren 1 und 2 dargestellt.
Die Glasseidengewebebahn
2 ist auf dem Vorratswickel 1 aufgewickelt
und wird von diesem in Pfeilrichtung Pl abgezogen, um eine Umlenkwalze 13 und über
eine Tränkwalze 14 geführt. Die TrAnkwalze 14 läuft mit ihrer unteren Hälfte in
einem Bindemittel enthaltenden Tränkbad, z.B. einem Harzbad. Die Tränkwalze nimmt
aus dem Tränkbad Bindemittel auf und preßt dieses in das Gewebeband 2 ein. Das Gewebeband
durchläuft danach einenAdsorptions turm 1Ç, in dem das Gewebeband über mehrere Adsorptionswalzen
17 umgelenkt geführt wird. WährenCT des Weges des Gewebebandes über die Adsorptionswalzen
verteilt sich das Bindemittel gleic'ma'ßig über die gesamte Breite und die gesamte
Dicke des Gewebebandes.
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Die Imprägnierung ist damit abgeschlossen.
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Nach Verlassen des Tränkturmes wird das imprägnierte Gewebeband über
eine oder mehrere Umlenkwalzen 18 um ca. 900 geneigt und durch eine verstellbare
Quetschwalzenanordnung 19 aus mehreren Quetschstiften20 geführt. In dieser Quetschwalzenanordnung
wird überschüssiges Bindemittel aus dem Gewebeband ausgepreßt und in einer Wanne
21 aufgefangen. Der Auspreßdruck, der von den Quetschstiftenauf das imprägnierte
Gewebeband ausgeübt wird, ist durch hier nicht dargestellte Einstellmittel von Hand
oder automatisch veränderbar, z.B. dadurch, daß der Abstand der in der Quetschwalzenanordnung
vorgesehenen Quetschstifte gegeneinander geändert wird. Nach Verlassen der Quetschwalzenanordnung
wird das Gewebeband erneut über eine Umlenkwalze 22 um ca. 900 umgelenkt und horizontal
weiteryeführt.
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Zur Unterstützung des Imprägniervorganges wird das Gewebeband vor
dem Tränken mittels eines Infrarotstrahlers 23 auf etwa 600C vorgeheizt. Zur Unterstützung
des Auspressens überschüssigen Bindemittels wird das imprägnierte Gewebeband im
Bereich der Quetschwalzen=Drdnung 19 durch einen weiteren Infrarotstrahler 24 geheizt,
so daß das überschüssige Bindemittel leicht in die Auffangwanne 21 abfließen kann.
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Die beschriebenen Teile sind insgesamt auf einem Schlitten 25
angeordnet,
der längs nicht dargestellter Schienen verschoben werden kann. Der Schlitten befindet
sich oberhalb einer Rotorblattform 28, deren Längsachse parallel zur Verschiebungsrichtung
P2 ausgerichtet ist. Mit dem Schlitten ist ein Ausleger 29 verbunden, der an seinem
freien Ende eine Anpreßrollenanordnung 30 aufweist. Das aus der Quetschwalzenanordnung
19 kommende imprägnierte Gewebeband 2 wird unter den Anpreßrollen 30 hindurchgeführt
und mit diesen in die Rotorplattform 28 abgelegt und in dieser eingepreßt. Der Ausleger
29 kann in der Höhe verstellt werden, so daß die Anpreßrollenanordnung 20 an Formänderungen
der Rotorblattform angepaßt und weiterhin der Anpreßdruck der Anpreßrollen variiert
werden kann. Zum Ablegen der Gewebebahn in der Bauteilform wird der Schlitten über
die gesamte Länge der Bauteilform über diese hinwegbewegt, wobei die imprägnierte
Gewebebahn in die Bauteilform abgelegt und angepreßt wird. Nach Ablegen einer Lage
eines Gewebebandes wird dieser Arbeitsschritt mehrfach wiederholt, bis die gewünschte
Lagenanzahl erreicht ist.
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Mit einer solchen Einrichtung ist es ferner möglich, den Bindemittelanteil
des imprägnierten Gewebebandes automatisch einzustellen. Hierzu wird ein über die
Bauteilform 28 hinausragendes Teilstück a desGewebebandes abgeschnitten und mit
einer Präzisionswaage gewogen. Aufgrund dieser Wägung kann der Bindemittelanteil
bestimmt und erforderlichenfalls durch Einstellung der Quetschwalzenanordnung verändert
und auf das richtige Maß gebracht werden. Durch diese quasi kontinuierliche exakte
Ist-Gew=.chtsbestimmung des abgelegten imprägnierten Gewebebandes ist auch eine
quasi kontinuierliche Kontrolle des Bindemittelanteils in dem Gewebeband möglich.
Hierdurch wird eine hervorragend gleichmäßige Massenverteilung über die Länge und
den Querschnitt des fertigen Bauteiles erzielt.