DE10150247B4

DE10150247B4 - Außenhaut eines fluidumströmten Körpers, Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE10150247B4
Application number: DE10150247A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: DE10150247A1

Abstract

Außenhaut aufgebracht auf die Oberfläche eines fluidumströmten Körpers, insbesondere eines Windrotors, mit einer Zwischenschicht, auf der einseitig ein mit der Zwischenschicht eine Bindung eingehendes Oberflächenmaterial aufgebracht ist und die auf der anderen Seite mit einer Haftschicht versehen ist, wobei die Zwischenschicht in Form von Streifen oder Matten vorliegt und im Randbereich wenigstens einer Seite der Streifen oder Matten der Zwischenschicht nicht mit dem Oberflächenmaterial beschichtet ist, wobei die Streifen oder Matten auf der Vorder- und Rückseite des Körpers derart aufgebracht sind, dass die nicht mit Oberflächenmaterial beschichteten Randbereiche der Streifen oder Matten in dem die Vorder- und Rückseite des Körpers verbindenden Kantenbereich benachbart angeordnet sind und dass diese Randbereiche mit einem Material beschichtet sind, das dem Material der Oberfläche des fluidumströmten Körpers entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Außenhaut eines fluidumströmten Körpers, insbesondere eines Windrotors, und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Es ist bekannt, die Oberfläche von fluidumströmten Körpern, wie z. B. von Windrotoren, von Schiffen, Flugzeugen, Surfbrettern etc. mit einem Oberflächenprofil bzw. einer profilierten Außenhaut zu versehen, um ein strömungsgünstiges Anströmen bzw. Umströmen des Körpers zu erreichen.
Bei Windrotoren kann eine Wirkungsgradverbesserung durch eine Außenhaut bzw. durch eine Oberfläche mit spezieller Struktur erzielt werden. Aus der WO 95/11 388 A1 ist beispielsweise eine Oberfläche eines fluidumströmten Körpers bekannt, die aus der Grundfläche vorstehende Erhebungen aufweist, wobei die Erhebungen in Draufsicht auf die Oberfläche jeweils von zwei Begrenzungslinien umrandet sind, von denen die eine Begrenzungslinie länger ist und eine größere Krümmung aufweist als die andere Begrenzungslinie, wobei die Begrenzungslinien die Erhebung derart umranden, dass sich die Querschnittsfläche eines Tragflügels ergibt. Durch ein derartiges Profil, das in die Außenhaut des fluidumströmten Körpers integriert sein kann oder das in Form einer Außenhaut im Nachhinein aufgebracht werden kann, ist eine optimale Energieaufnahme aus der Luft möglich. Darüber hinaus können derartige Oberflächenstrukturen dazu dienen, die Geräusche, die bei üblichen Windrotoren auftreten, zu vermindern oder zu verhindern.
Derartige strömungsgünstige Oberflächen können selbstverständlich nicht nur bei neu herzustellenden Windrotoren vorgesehen sein, sondern auch nachträglich auf bestehende Anlagen aufgebracht werden, um diese entsprechend in strömungsmechanischer Hinsicht und dementsprechend in ihrem Wirkungsgrad zu optimieren. Hierbei stellt sich allerdings das Problem, dass die Außenhaut nur schlecht auf der Oberfläche des fluidumströmten Körpers haftet. Die üblicherweise aus Polyurethan bestehenden Außenhäute vermögen selbst unter Einsatz von Haftvermittlern nicht beständig auf der Oberfläche von Windrotoren, die üblicherweise aus GFK besteht, zu haften. Dies führt dazu, dass bereits nach verhältnismäßig kurzer Betriebsdauer ein Ablösen der Außenhaut beobachtet wird. Dieser Mangel ist unerwünscht und auch schwer zu beheben, da Windrotoren in der Regel in erheblichen Höhen angebracht werden, so dass eine entsprechende Wartung bzw. Reparatur sehr aufwendig ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Außenhaut bereitzustellen, bei der der Nachteil des frühzeitigen Ablösens vermieden werden soll.
Diese Aufgabe wird durch eine Außenhaut mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung betrifft eine Außenhaut eines fluidumströmten Körpers, insbesondere eines Windrotors, umfassend eine Zwischenschicht, auf der einseitig ein mit der Zwischenschicht eine Bindung eingehendes Oberflächenmaterial aufgebracht ist und die auf der anderen Seite mit einer Haftschicht versehen ist, die mit dem fluidumströmten Körper verbindbar ist.
Die Zwischenschicht, die Haftschicht sowie das Oberflächenmaterial können nach einem der Ansprüche 4 bis 8 ausgebildet sein. In den Ansprüchen 9 und 10 ist ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer Außenhaut nach einem der vorgenannten Ansprüche beschrieben.
Unter dem Begriff „Bindung” ist zu verstehen, dass das Oberflächenmaterial mit der Zwischenschicht eine feste und mechanisch belastbare beliebige Verbindung eingeht. Es kann sich dabei z. B. um chemische Bindungen oder auch physikalische Wechselwirkungen bzw. Effekte handeln.
Das üblicherweise eine Struktur aufweisende Oberflächenmaterial wird somit nicht unmittelbar auf die Oberfläche des fluidumströmten Körpers aufgebracht, sondern mittels der Zwischenschicht, die vorzugsweise ein saugfähiges Material darstellt und die auf ihrer der Oberfläche des fluidumströmten Körpers zugewandten Seite eine Haftschicht aufweist, die bewirkt, dass mit der Oberfläche des fluidumströmten Körpers eine mechanisch belastbare Haftverbindung hergestellt wird.
Erfindungsgemäß liegt die Außenhaut in Form von Streifen oder Matten vor, wobei im Randbereich wenigstens einer Seite der Streifen oder Matten die Zwischenschicht nicht mit dem Oberflächenmaterial beschichtet ist. Die erfindungsgemäße Außenhaut beinhaltet, dass die Streifen oder Matten auf der Vorder- und Rückseite des Körpers derart aufgebracht sind, dass die nicht mit Oberflächenmaterial beschichteten Randbereiche der Streifen oder Matten in dem die Vorder- und Rückseite des Körpers verbindenden Kantenbereich benachbart angeordnet sind und dass diese Randbereiche mit einem Material beschichtet sind, das dem Material der Oberfläche des Windrotors entspricht. Die Randbereiche sind beispielsweise mit einer GFK-Schicht bedeckt, die sich von einem Randbereich bis zu dem anderen Randbereich erstreckt und somit beispielsweise einen Windrotor auf seiner oben und/oder unten angeordneten Kante bedeckt.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Randbereiche nicht unmittelbar aneinander grenzen.
Das Material der Oberfläche des fluidumströmten Körpers kann GFK sein. In diesem Fall wird ebenfalls eine Beschichtung aus GFK zwischen den Randbereichen der Streifen oder Matten verwendet.
Die Zwischenschicht kann die Materialien Papier, Glas, Textilien, insbesondere Leinen oder Stoff, CFK, GFK, Karbon und/oder Keflar umfassen. Auch beliebige gewebte Träger kommen in Frage, sofern diese eine Verbindung mit dem üblicherweise verwendeten Oberflächenmaterial ermöglichen.
Die Zwischenschicht kann beispielsweise in Form von Glasmatten vorliegen.
Die Haftschicht kann durch eine beidseitig mit Klebemitteln versehene Folie gebildet werden. Die Folie kann beispielsweise wie ein an sich bekanntes beidseitiges Klebeband ausgeführt sein. Vorteilhaft ist es, wenn die von der Zwischenschicht abgewandte Seite der Folie mit einer nicht klebenden, abziehbaren Folie bedeckt ist. Hierdurch wird der Transport und das Handling der Außenhaut erleichtert. Erst unmittelbar vor dem Anbringen der Außenhaut an dem fluidumströmten Körper, wird die nicht klebende Folie abgezogen und somit die eigentliche Haftschicht freigelegt. Als Folie kann auch eine bei der Ausbesserung von Beschädigungen der Außenhaut von Flugzeugen verwendete Folie zum Einsatz kommen.
Die Haftschicht kann mit der Zwischenschicht verpresst werden. Auf diese Weise ist eine besonders innige und belastbare Verbindung zwischen der Haftschicht und der Zwischenschicht gewährleistet.
Das Aufbringen der Haftschicht auf die Zwischenschicht kann vor der Beschichtung der Zwischenschicht mit dem Oberflächenmaterial erfolgen. Bei dieser Ausführungsform wird dementsprechend zunächst die Zwischenschicht mit der Haftschicht verbunden und anschließend mit dem Oberflächenmaterial beschichtet. Auch der umgekehrte Verfahrensablauf ist möglich.
Das Oberflächenmaterial kann aus Polyurethan bestehen, das auf die Zwischenschicht auflaminiert wird, wobei während oder nach dem Laminieren ein Oberflächenprofil erzeugt wird, wie es beispielsweise aus der WO 95/11 388 A1 bekannt ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand eines im folgenden dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:
Die erfindungsgemäße Außenhaut besteht aus einer Dreischichtstruktur, wobei die äußere Schicht aus dem Oberflächenmaterial Polyurethan besteht. Dieses weist eine Struktur auf, wie sie in der WO 95/11 388 A1 beschrieben wird, wobei der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung den Offenbarungsgehalt der WO 95/11 388 A1 umfasst.
Die aus Polyurethan bestehende Oberflächenschicht wird auf eine Zwischenschicht, im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einen gewebten Träger, beispielsweise Stoff, eine Glasmatte, CFK oder GFK etc. aufgetragen. Während oder nach dem Auftragen des Oberflächenmaterials wird eine mechanisch belastbare und langzeitstabile Verbindung zwischen dem Oberflächenmaterial und der Zwischenschicht gebildet. Während oder nach dem Auftragen wird die Oberflächenschicht mit einem Profil versehen.
Die Zwischenschicht steht mit einer dritten Schicht der erfindungsgemäßen Außenhaut in Verbindung. Es handelt sich hierbei um die Haftschicht, die einerseits mit der Zwischenschicht in Verbindung steht und die andererseits mit der Oberfläche des fluidumströmten Körpers durch eine Haftverbindung verbindbar ist. Diese Haftschicht besteht gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer beidseitig mit Klebemitteln versehenen Folie. Vor oder nach dem Auftragen der Oberflächenschicht auf die Zwischenschicht wird diese mit der beidseitig klebenden Folie verbunden. Um eine innige Verbindung zwischen Folie und der Zwischenschicht zu gewährleisten, kann vorteilhaft die Folie aufgepresst werden.
Die Folie weist auf ihrer von der Zwischenschicht abgewandten Seite eine Folie auf, die nicht klebt und abziehbar ist und die zum Zwecke des Transports, der Lagerung und des Handlings der Außenhaut ein Verkleben der Haftschicht verhindert. Erst wenn die erfindungsgemäße Außenhaut auf den fluidumströmten Körper aufgebracht wird, wird diese Folie abgezogen und die Außenhaut mittels der Haftschicht auf den fluidumströmten Körper aufgebracht.
Die erfindungsgemäße Außenhaut besteht gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel somit aus einer Dreischichtstruktur, wobei die Oberflächenstruktur aus Polyurethan besteht und auf ein die Zwischenschicht bildendes saugfähiges Gewebe, beispielsweise Papier oder ein Glasmatte aufgebracht wird. Die dritte, zu dem fluidumströmten Körper gewandte Schicht, wird durch eine Haftschicht gebildet, die auf die Zwischenschicht aufgepresst ist.
Die Rotorblätter von Windrotoren bestehen üblicherweise aus einer Matrix aus Polyethylen und/oder Epoxydharz. Die Oberfläche der Rotoren besteht üblicherweise aus GFK. Die Querschnittsfläche der Rotorblätter entspricht üblicherweise der Querschnittsfläche eines Tragflügels, d. h. die Querschnittsfläche ist durch zwei gekrümmte Linien gebildet, von denen die eine Begrenzungslinie länger ist und eine größere Krümmung aufweist als die andere. Eine Seite der Rotorblätter stellt die windbeaufschlagte Seite und eine die Windschattenseite dar. Beide Seiten des Rotorblattes gehen auf der oben und unten angeordneten Kante des Rotorblattes ineinander über. Diese Ober- und Unterkante stellen Bereiche mit relativ geringem Krümmungsradius dar.
Beim Aufbringen der erfindungsgemäßen Außenhaut auf die Windrotoren werden diese auf der Vorder- und Rückseite mit der in Streifen oder als Matten vorliegenden Außenhaut versehen. Dabei wird die Höhe der Streifen oder Matten in etwa derart gewählt, dass jeder Streifen bzw. jede Matte in etwa der Höhe der jeweiligen Vorder- bzw. Rückseite des Windrotors entspricht. Es werden dabei Streifen oder Matten verwendet, die in einem Randbereich derart ausgestaltet sind, dass die Zwischenschicht nicht mit dem Oberflächenmaterial beschichtet ist. Die Streifen oder Matten werden nun derart auf den Rotor aufgeklebt, dass diese Randbereiche im Bereich der Oberkante und/oder Unterkante benachbart zueinander angeordnet sind. Dementsprechend werden beim Aufbringen der Außenhaut auf die Rotorblätter Bereiche ohne eine derartige Oberflächenbeschichtung erzeugt. Diese „freien” Bereiche werden nun mit einem Material beschichtet, das dem Material der Oberfläche des fluidumströmten Körpers entspricht. Vorzugsweise findet hierzu GFK Verwendung. In der Draufsicht auf die oben angeordnete Schmalseite des Windrotorblattes ist dementsprechend zunächst ein GFK aufweisender Bereich erkennbar, der auf der windzu- und abgewandten Seite in das profilierte Oberflächenmaterial der erfindungsgemäßen Außenhaut übergeht. Die Unterkante der Rotorblätter kann entsprechend ausgeführt sein. Alternativ hierzu ist denkbar, die Streifen oder Matten im Bereich der Unterkante derart auszuführen, dass diese und damit auch die Profile des Oberflächenmaterials unmittelbar aneinander grenzen.
Durch die erfindungsgemäße Außenhaut lässt sich eine mechanisch belastbare und langzeitstabile Verbindung zwischen der Außenhaut und der Oberfläche des fluidumströmten Körpers erzielen.

Claims

Außenhaut aufgebracht auf die Oberfläche eines fluidumströmten Körpers, insbesondere eines Windrotors, mit einer Zwischenschicht, auf der einseitig ein mit der Zwischenschicht eine Bindung eingehendes Oberflächenmaterial aufgebracht ist und die auf der anderen Seite mit einer Haftschicht versehen ist, wobei die Zwischenschicht in Form von Streifen oder Matten vorliegt und im Randbereich wenigstens einer Seite der Streifen oder Matten der Zwischenschicht nicht mit dem Oberflächenmaterial beschichtet ist, wobei die Streifen oder Matten auf der Vorder- und Rückseite des Körpers derart aufgebracht sind, dass die nicht mit Oberflächenmaterial beschichteten Randbereiche der Streifen oder Matten in dem die Vorder- und Rückseite des Körpers verbindenden Kantenbereich benachbart angeordnet sind und dass diese Randbereiche mit einem Material beschichtet sind, das dem Material der Oberfläche des fluidumströmten Körpers entspricht.
Außenhaut nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Randbereiche nicht unmittelbar aneinander grenzen.
Außenhaut nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Oberfläche des fluidumströmten Körpers GFK ist.
Außenhaut nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht die Materialien Papier, Glas, Textilien, CFK, GFK, Karbon und/oder Keflar umfaßt.
Außenhaut nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht in Form von Glasmatten eingesetzt wird.
Außenhaut nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht eine beidseitig mit Klebemitteln versehene Folie ist.
Außenhaut nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Zwischenschicht abgewandte Seite der Folie mit einer nicht klebenden, abziehbaren Folie bedeckt ist.
Außenhaut nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenmaterial Polyurethan ist.
Verfahren zur Herstellung einer Außenhaut nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht mit der Zwischenschicht verpresst wird, wobei das Aufbringen der Haftschicht auf die Zwischenschicht vor der Beschichtung der Zwischenschicht mit dem Oberflächenmaterial erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenmaterial auf die Zwischenschicht auflaminiert wird, wobei während oder nach dem Laminieren ein Oberflächenprofil erzeugt wird.