DE2658876C3 - Schalenkörper, beispielsweise Trag- oder Rotorflügel, in Composite-Bauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Schalenkörper der im Oberbegriff des Anspruches I angegebenen und durch die US-PS 21 82 812 bekannt gewordenen Art.

Bei einem solchen Schalenkörper kann es sich um den Tragflügel eines Flugzeuges oder um den Rotorflügel eines Hubschraubers oder eines Ventilators handeln.

Vorzugsweise ist die Erfindung bei den Rotorfliigeln von Wind-Energie-Convertern anwendbar; jedoch

kommen auch Anwendungen bei anderen Schalenkörpern in Betracht, zum Beispiel bei stark belasteten stabartigen Hochbau-Stützelementen aus Kunststoff oder aus Beton mit Bewehrung durch bruchfeste Langfasern, vorzugsweise feinen Durchmessers.

Der Begriff »Composite-Bauweise« besagt, daß der im wesentlichen selbsttragende Schalenkörper in der bekannten Faser-Matrix-Cooposite-Technik, z. B. aus faserverstärktem· Kunststoff, vorzugsweise in Form von Mehrlagenlaminat, hergestellt ist Als Werkstoff für das faser- oder bandartige Bewehrungsmateriäl kommen ζ. B. irr Frage Glas, Kohlenstoff, Siliziumcarbid oder ähnliche Stoffe, die z. B. in Form von Fasersträngen, Gewebebändern, rechtwinkelig oder diagonal gewebten Matten oder in Form von nicht gewebten Kurzfaserfliesen verwendet werden können. Als Matrix-Werkstoff kommen bevorzugte Polyester- oder Epoxid-Harz in Betracht. Der Schalenkörper kann einstückig hergestellt sein; er kann aber auch aus mehreren Teilschalen zusammengesetzt sein, wie z. B. die Schalen einer Muschel aus zwei Hälften besteht Ein Füllen des Schalenkörpers mit einem spezifisch leichte;: Füllstoff und/oder ein Verstärken des Schalenkörpers mit Rippen oder sonstigen Stützkörpern kann vorgesehen werden; solche Maßnahmen sind aber für die Erfindung ohne Belang.

Seit langem versucht man, für derartige Schalenkörper einen möglichst stabilen und zugleich mit vertretbarem Aufwand herstellbaren Anschluß zu finden, um hiermit den Schalenkörper an einem Nachbarbauteil zu befestigen, z. B. einen Tragflügel am Flugzeugrumpf oder einen Rotorflügel an seiner Rotornabe oder zwei Teile eines Rotorflügels aneinander.

Der bekannte als Rotorflügel ausgebildete Schalenkörper (US-PS 2182 812) weist im Bereich seines Anschlußendes einen in den Werkstoff eingebetteten Wulstflansch auf, um den ein Teil des Bewehrungsmaterials schlaufenförmig herumgeführt ist. Das Ziel ist hier, ein zapfenartiges Anschlußende zu bilden, wobei der Zapfen auf seiner Außenumfangsfläche ringförmige Wulste bildet. Der Zapfen wird sodann von einem zweiteiligen, zur Rotornabe gehörenden Bauteil zangenariig eingespannt, wobei der ringförmige Wulst formschlüssig in das genannte Nabenteil eingreift. Für den Querschnitt des Wulstflansches sind rechteckige, dreieckige oder ähnliche Formen mn leicht abgerundeten Ecken vorgesehen.

Diese bekannte Bauweise ist nicht nur aufgrund der mehrteiligen Konstruktion des Nabenteiles, sehr aufwendig. Sie hat vor allem den Nachteil, daß z. B. bei einer Zug- oder Biegebeanspruchung des Rotorflügels in dem faserverstärkten Werkstoff, vor allem im Übergangsbereich zu dem Wulstflansch, außerordentlich hohe Spannungsspitzen auftreten, die unter Umständen zu einem Bruch führen können.

Ein anderer bekannter Schalenkörper (DE-AS 10 45 810) weist einen sogenannten Schlaufenanschluß auf. Hier sind aus dem Bewehrungsmaterial im Anschlußende des Schalenkörpers mehrere Schlaufen geformt, die in ihrer Gesamtheit einen Flansch bilden, mit dem der Schalenkörper an einem Nachbarbauteil befestigbar ist. Hier braucht also das Anschlußende des Schalenkörpers nicht mehr durch eine mehrteilige Nabe umfaßt und eingespannt zu werden. Jedoch hat es sich gezeigt, daß auch iiier trot/· sorgfältiger Gestaltung des Überganges von der Schale zum Flansch hohe Spannungspitzen auftre.ei¹ (siehe »Kunststoffe« 1963, Seiten 831 bis 83«. insbesondere Abb. 27).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schalenkörper nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart auszuführen, daß sein Anschluß ar, ein. Nachbarbauteil möglichst einfach herstellbar ist und zugleich hohe Spannungspitzen möglichst weitgehend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst

Für das bei dieser Erfindung vorliegende Gestaltungsprinzip, bestehend aus Aufgabe und den Lösungsmitteln, also den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Gestaltungsmerkmalen, sind beim Stand der Technik keine solchen technischen Vorbilder zu erkennen, die den Fachmann in die Lage versetzt hätten, dieses Gestaltungsprinzip ohne weiteres und ohne erfinderische Überlegungen zu entwickeln. Hierbei ist festzustellen, daß einestei's die spezifizierte beim Anmeldungsgegenstand noch zu lösende Aufgabe neu ist, vor allem in Betrachtung des zu verbessernden Standes der Technik und der von Lesern Stand der Technik ausgehenden Atifgabenzieinrhtung, und daß andererseits für die merkmalsmäßige Gestaltung bei der Erfindung, also für die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale beim Stand der Technik keinerlei Gestaltungsvorbild zu erkennen ist.

Zwar ist aus der DE-OS 19 06 349 ein Verbindungselement bekannt, das ein Rotorblatt mit einer Nabe verbindet und das an seinen beiden Enden je eine Buchse aufweist, deren Querschnitt tropfenförmig ist. Die beiden Buchsen sind durch ein Zugband miteinander verbunden, das um die Buchsen herum gewickelt ist. Jedoch sind diese Buchsen weder als ein ringförmiger Wulstflansch ausgebildet, noch sind sie Bestandteil eines Schalenkörpers. Ein weiterer Unterschied zum Anmeldungsgegenstand besteht darin, daß jede der Buchsen mittels eines sich quer zur Richtung der Zugkräfte erstreckenden Lagerzapfens mit dem Nachbarbauteil verbunden ist. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß hohe Biegemomente entstehen.

B'.-· dem erfindungsgemäßen Schalenkörper ist zu dessen Befestigung an seinem Nachbarbauteil, z. B. an einer Nabe, ein Verbindungselement gemäß DE-OS 19 06 349 gar nicht erforderlich, und zwar dank des in dem Anschlußende des Schalenkörpers eingebetteten ringförmigen Wulstflansches. Dabei wird zur Vermeidung von Spannungsspitzen und örtlichen Druckbelastungen, die bei der Bauweise gemäß US-PS 21 82 812 unvermeidbar sind, folgendes vorgesehen: Die Bewehrung im Bereich des Anschlußendes des Schalenkörpers (d. h. an den Seitenflächen des Wulstflansches) erstreckt sich möglichst geradlinig und zwar im wesentlichen in Wirkrcbtung der auftretenden Kräfte, z. B. der Fliehkraft. Wenn eine Krümmung erforderlich jst, dann werden möglichst ^roße Krümmungsradien vorgesehen. Zugleich ist gewährleistet, daß die von der Schale in den Wulstflansch eingeleiteten Kräfte unmittelbar in das Nachbarbauteil übertragen werden, und zwar mit Hilfe von Verbindu.igselementen, die sich vom Bereich des Kopfendes des Wulstflansches etwa parallel zur Längsachse des Schalenkörpers erstrecken. Zweckmäßig werden mehrere Verbindungslemenie dieser Art gleichmäßig an dem ringförmigen Wulstflansch verteilt. Dabei kann es vorkommen, daß ein Teil der Verbindungselemente- auf Zug und ein Teil auf Druck beansprucht ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß bei der erfindungsgemäßen Bauweise ohne Schwierigkeiten auch ein Biegemonient von dem Schalenkörper

auf das Nachbarbauteil übertragen werden kann.

Wie oben schon erwähnt worden ist, verläuft gemäß der Erfindung das Matrix- und das Bewehrungsmaterial des Schalenkörpers ausgehend vom selbsttragenden Schalenteil ohne wesentliche Richtungsänderung entlang den Seitenflächen des Wulstflansches bis zu dessen Kopfende. Dort ist zur Umlenkung des Bewehrungsmaterials um ca. 180" ein verhältnismäßig kleiner Krümmungsradius unvermeidbar. Da jedoch aufgrund der etwa tropfenförmigen, also langgestreckten Querschnittsform des Wulstflansches dessen Seitenflächen sehr lang sind, steht eine große Klebe-Verbindungsfläche zwischen dem Schalenmaterial und dem Wulstflansch zu Verfugung. Dadurch werden schon an den Seitenflächen die bei einer Belastung des Schalenkörpers im Schalenmaterial auftretenden Kräfte durch Schubspannungen weitgehend abgebaut und in den Wulstflansch eingeleitet. Durch diese Maßnahme und durch einen (relativ zur Wanddicke der Schale) großen Kopfradius wird dafür gesorgt, daß die Spannungen im Schalenmaterial auch im Bereich des Kopfendes des Wulstflansches in erträglichen Grenzen bleiben. Zugleich wird durch die genannte Anordnung der Verbindungselemente vermieden, daß das Anschlußende des Schalenkörpers (wie beim Gegenstand der US-PS 21 82 812) in eine zweiteilige Nabe eingespannt werden muß. Ansonsten bestünde die Gefahr, daß im Schalenmaterial örtlich sehr hohe Druckbelastungen auftreten. Da der verwendete Schalen-Matrix-Werkstoff meist sehr spröde ist. würden solche Druckstellen w örtliche Verspannungen hervorrufen oder Ausgangspunkt von Rissen sein, die unter Umständen zur Zerstörung des Schalenkörpers führen könnten.

Zur Aufnahme der Verbindungselemente, z. B. Schrauben, können unmittelbar im Kopfende des Wuistflanscher, Bohrungen vorgesehen sein, die vorzugsweise als Gewindesacklöcher ausgebildet sind. Es ist hierbei lediglich zu beachten, daß das Bewehrungsmaterial möglichst unzertrennt um die Bohrungen herumgeführt werden muß. In ähnlicher Weise kann der Wulstflansch auch mit angeformten oder angeschweißten Bolzen ausgeführt werden. In jedem Falle können die von der Schale über die genannten großflächigen Klebeflächen in den Wulstflansch eingeleiteten Kräfte von hier unmittelbar und mit annähernd gleichbleibender Richtung über die vorgesehenen Verbindungselemente in das Nachbarbauteil übertragen werden.

Die sich verjüngende, d. h. im wesentlichen spitz auslaufende Form des Schwanzendes des Wulstflansches ist entscheidend zur Erzielung eines stetigen >o (sprungfreien) Überganges vom freitragenden Schalenkorperteil zum Bereich des Wulstflansches, wodurch ebenfalls Spannungsspitzen vermieden werden. Es braucht allerdings nicht das gesamte Schwanzende des Wuistflansches aus dem gleichen, vorzugsweise metallisehen Werkstoff wie der Hauptteii des Wuistflansches hergestellt zu werden. Vielmehr kann, soweit es eine Kürzung der genannten seitlichen Klebe-Verbindungsflächen zuläßt, das Schwanzende aus Kunststoff gebildet werden. Mit anderen Worten: Der äußerste Bereich des Schwanzendes des Wulstflansches kann abgerundet oder abgefast sein, so daß sich dort zwischen dem Schalenmateriai und dem Wulstflansch ein kleiner Zwickel bildet, den man beim Einbetten des Wuistflansches mit Matrix-Werkstoff ausfüllt

Der Wulstflansch kann eine kreisrunde Form haben, wenn der Schalenkörper ein zapfenartiges Anschlußende aufweisen soll. Jedoch sind auch viele andere Formen ausführbar. So wird es häufig erforderlich sein, den Wulstflansch an die strömungsgiinstige Querschnittsform eines Tragflügels oder eines Rotorflügels anzupassen.

Am Kopfende des Wulstflansches können Augen zur Aufnahme der Verbindungselemente vorgesehen werden (Anspruch 2). Solche Augen können in den Wulstflansch auslaufen. Vorzugsweise können die Augen jedoch mehr an der Außenseite des Wulstflansches angeordnet werden, so daß sie zur Aufnahme von durchgehenden Verbindungselementen geeignet sind (Anspruch 3).

Der Wulstflansch kann über seine ganze Erstreckung gleichbleibend die genannte etwa tropfenförmige Querschnittsform aufweisen. Diese Ausführung wird man bevorzugen, wenn es auf eine möglichst stabile Ausführung des Anschlußendes des Schalenkörpers ankommt, d. h. wenn sowohl die Innen- als auch die Außenfläche des Wulstflansches möglichst großflächige Klebeverbindungen bilden sollen. Soll dagegen der Wulstflansch ein möglichst geringes Gewicht aufweisen. so kann er vorzugsweise gemäß Anspruch 4 ausgebildet sein. Hierbei kann man die Verbindungselemente, /. B. Schrauben, in den durch Leichtwerkstoff aufzufüllenden Raum des Wulstflansches hineinragen lassen, so daß die Schrauben nach dem Auffüllen zusätzlich gesichert sind. Man ka-"n hierbei auch gemäß Anspruch 5 Rippen vorsehen.

Damit man beim Übergang von dem selbsttragenden Schalenteil zum Anschlußende des Schalenkörpers, also im Bereich des Schwanzendes des Wulstflansches, einen möglichst stetigen Übergang hinsichtlich der Steifigkeit des Schalen- und Wulsiflansch-Maicrials erziel',, können gemäß Anspruch 6 im Wulstflansch Einschnitte vorgesehen werden.

Besonders zweckmäßige Formen und Abmessungen des Wuistflansches sind in den Ansprüche!. 7 und 8 angegeben.

Durch einen gemäß den Ansprüchen 9 oder 10 vorgesehenen Außenstützring kann dafür gesorgt werden, daß die Haftung des Bewehrungsmaterials am Wulstflansch, die für den Erfolg der erfindungsgemäßen Maßnahmen von wesentlicher Bedeutung ist. auch bei wechselnden Beanspruchungen dauerhaft erhalten bleibt. Ein solcher Außenstützring wird vorzugsweise ebenfalls in Composite-Bauweise hergestellt. Bei zusammengesetzten Schalenkörpern dient er zugleich zur Sicherung der Verbindung zwischen den Schalenteilen.

Eine zusätzliche Versteifung des Anschlußendes des Flügels kann durch Vorsehen eines Innenstütze.ges erzielt werden (Anspruch 11). Ein solcher Innenstützring wird zweckmäßig vor der Herstellung des eigentlichen Schalenkörpers gefertigt; er kann ein- oder mehrteilig sein: er kann aus einem metallischen Werkstoff oder in Composite-Bauweise hergestellt sein.

Die im Anspruch 12 angegebene konkave Form der äußeren Seitenfläche des Wulstflansches ist besonders dann vorteilhaft, wenn der oben erwähnte Außenstützring vorgesehen wird. Dieser kann hierbei derart in den konkaven Bereich des Wulstflansches hineingeformt werden, daß ein völlig glatter Verlauf der Schalen-Außenfläche erzielt wird. In der Regel wird es sich aus der konkaven Form der äußeren Wulstflansch-Seitenfläche ergeben, daß sich das Kopfende des Wulstflansches leicht nach außen neigt. Wenn es dagegen erwünscht ist, daß sich das Kopfende des Wuistflansches nach innen neigt, so daß die Außenhaut des Schalenkörpers nach innen gezogen wird, so ist es zweckmäßig, den

Wulstflansch gemäß Anspruch 13 zu formen.

Damit der Schalenkörper, besonders wenn es sich um einen verdrehbar gelagerten Rotorflügel handelt, gut zentriert ist, wird im Nachbarbauteil ein zum Anschlußende des Schalenkörpers satt passendes Gegenformstück vorgesehen (Anspruch 14), durch das zweckmäßig die kraftübertragenden Verbindungslemente hindurchgeführt sind. Ein sattes Anpassen dieses Gegenformstückes kann zweckmäßig dadurch erzielt werden, daß das Gegenformstück ebenfalls in Composite-Bauweise hergestellt wird (Anspruch 15), wobei man den Zusammenbau aller Teile, z. B. eines Rotorflügels mit seiner Nabe, durchführt, bevor das Gegenformstück ausgehärtet ist. Hierbei kann bei Bedarf auch noch ein genaues Ausrichten des Rotorflügels vorgenommen werden. Ein solches Gegenformstück hat auch noch den Vorteil, daß Querkräfte besser vom Schalenkörper auf das Nachbarbauteil übertragen werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 16 bis 18 beschrieben.

Die Merkmale der Erfindung und deren technische Vorteile ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Darin zeigt

F i g. 1 den Anschluß eines als Rotorflügel ausgebildeten Schalenkörpers an seiner Nabe im Längsschnitt;

F i g. 2 die Verbindungsstelle zwischen zwei Teilen des Rotorflügelseines Windenergiekonverters;

Fi g.3 einen Querschnitt nach Linie III-III der Fig.2, in vergrößertem Maßstab; jo

Fig. 4 ein Detail aus Fig. 3 in nochmals vergrößertem Maßstab;

F i g. 5 eine gegenüber F i g. 1 abgewandelte Anschlußform;

F i g. 6 bis 8 verschiedene Ausführungen des Wulstflansches eines Schalenkörpers;

F i g. 9 eine weitere Äusiührungsvai'iänie des Verbindungssystems zwischen Schalen- und Nabenkörper;

F i g. 9a einen Schnitt nach Linie a-a der F i g. 9;

Fig. 10 ein weiteres Beispiel einer Verbindung zwischen zwei Schalenkörpern.

Der in F i g. 1 gezeigte Rotorflügel umfaßt zwei Schalenhälften 11 und 12 mit je einer Wulstflansch-Hälfte 13 und 14. Der Wulstflansch 13, 14 ist hier ein Rotationskörper mit einer schlanken, tropfenartigen Querschnittsform. Der Wulstflansch bildet, weiterhin im Querschnitt gesehen, einen verhältnismäßig dicken Kopf 15; dort ist die Dicke des Wulstflansches am größten. Der Kopf 15 ist gerundet mit einem Radius etwa gleich der halben Kopfdicke. Das innere Ende 16 (oder Schwanzende) ist spitzauslaufend ausgebildet. Die Übergänge vom Kopf- zum Schwanzende verlaufen stetig, wobei die äußere Seitenfläche 17 konkav geformt ist.

Das Schalenmaterial 18 ist mit seiner normalen Dicke s vom Flügelinneren her um den Wulstflansch 13 herumgeführt und läuft dann auf der Flügelaußenseite allmählich aus, d. h. die Dicke des auslaufenden Schalenlappens 19 geht — beginnend am Schwanzende 16 des Wulstflansches — stetig auf Null zurück.

Ein vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Schale hergestellter und nach dem Zusammenfügen der beiden Schalenteile 11 und 12 um den Flügel gewickelter Außenstützring ist mit 20 bezeichnet In ähnlicher Weise kann ein innenstützring 21 vorgesehen werden; dieser kann ebenfalls aus faserverstärktem Kunststoff oder aber auch aus einem metallischen Werkstoff hergestellt Eine Nabe, in welcher der Flügel verdrehbar gelagert sein möge, ist bei 21a mit strichpunktierten Linien angedeutet. Der Flügel wird durch Schrauben 22 mit einem Lagerflansch 23 verbunden. Für die Schrauben 22 sind im Wulstflansch 13,14 Gewindelöcher vorgesehen. Der Lagerflansch 23 weist ein zum Flügelende satt passendes Gegenformstück 24 auf.

Der dargestellte Anschluß von der Schale 18, 19 zu dem Lagerflansch 23 stellt eine zug-, druck-, biege- und torsionsfeste Verbindung dar; sie realisiert Formschluß mit Stützung durch KraftschluD, wie das bei einem guten Seemannsknoten der Fall ist.

Die Fig. 2 zeigt ausschnittsweise einen Roiorflügcl eines Windenergiekonverters, der wegen extremer Länge in zwei Hälften 30 und 31 unterteilt ist. Jede dieser Flügelhälften 30 und 31 ist wiederum aus zwei Halbschalen, z. B. 32 und 33, zusammengesetzt. Die miteinander zu verbindenden Enden der beiden Fiügeihaiften 3ö und 3i weisen beide einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Wulstflansch 34,35 bzw. 36 auf. In diesem Falle bilden die Wulstflansche, abweichend von dem Beispiel nach Fig. 1,nicht einen Rotationskörper, sondern sind völlig dem Tragflügelprofil angepaßt (siehe F i g. 3).

Zwischen die beiden Flügelenden ist ein Zwischenformstück 40 eingespannt. Das Zusammenspannen der beiden Flügelhälften 30 und 31 erfolgt durch mehrere Schrauben 37 mit gegenläufigen Gewinden. Je zwei Halbschalen 34 und 35 sind mit Stiften 38 gegeneinander gesichert.

Jede Flügelhälfte 30 und 31 weist wiederum einen Außenstützring 41 bzw. 42 auf. Dank der konkav geformten Außenseite der Wulstflansche liegen die Außenstützringe völlig innerhalb der normalen äußeren Flügeibegrenzung. Innenstützringe sind mit 43 und 44 bezeichnet.

Wie besonders aus F i g. Λ ersichtlich ist. müssen die einander zugewandten Stirnflächen der beiden Wulstflanschhälften 34 und 35 unter einem spitzen Winkel angeschnitten werden. Hierdurch kann es erforderlich werden, daß das Schalenmaterial (z. B. 45) auch die Stirnfläche 46 des Wulstflansches 34 bedeckt. Die Klebstoffschicht zwischen den beiden Halbschalen 32 und 33 ist in F i g. 4 mit 47 bezeichnet.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 ist das in Fig. 1 mit 24 bezeichnete Gegenformstück weggelassen. Statt dessen weisen die zum Verbinden des Wulstflansches 50 mit dem Lagerflansch 51 dienenden Schrauben 52 einen Bund 53 auf, als Distanzstück zwischen den genannten Teilen 50 und 51. Hierzu muß der Kopf des Wulstflansches 50 etwas breiter ausgeführt werden als bei den bisher beschriebenen Beispielen.

Die in Fig.6 in Ansicht dargestellte Wulstflanschhälfte 55 für eine Halbschale eines Schalenkörpers weist an ihrem Schwanzende mehrere etwa gleichmäßig verteilte Einschnitte 56 auf. Am Kopfende sind rpehrere Außen 57 angeordnet mit je einer Gewindesackbohrang 58 für die Verschraubung des Wulstflansches mit dem Nachbarbauteil. Zur Lagefixierung der einen Wulstflanschhälfte 55 mit der dazugehörigen anderen Wulstflanschhälfte sind zwei Bohrungen 59 für Paßstifte vorgesehen.

Wenn es darauf ankommt, daß die Verschraubung zwischen dem Schalenkörper und dem Nachbarbauteil auf der Seite des Schalenkörpers zugänglich bleibt, können gemäß F i g. 7 an die Außenseite des Wulstflansches 60 Augen 61 für Durchgangsschrauben (angedeutet bei 62 mit strichpunktierten Linien) vorgesehen

werden.

Die Fig.8 zeigt im Querschnitt einen zusammengesetzten Wulstflansch. Er umfaßt ein Kopfteil 65 mit durchgehenden Gewindelöchern 66 und ein das Schwanzende und die innere Seitenfläche 67 bildendes Wandteil 68. Kopf- und Wandteil sind miteinander verscheißt. Zur Versteifung kann zwischen je zwei Gewindelöcherri 66 eine Rippe 69 angeschweißt werden. Das Ende einer mit einem Schlitz versehenen Schraube ist bei 70 mit strichpunktierten Linien angedeutet. Man kann solche Schrauben schon vor dem Formen der Schale in den Wulstflansch 65, 68 einschrauben und danach die Räume zwischen den Rippen 69 mit Kunststoff ausfüllen, wodurch zugleich die Schrauben 70 gesichert werden. Einen gemäß F i g. 8 geformten Wulstflansch kann man auch durch Gießen herstellen.

Die Fig. 9 zeigt ein Beispiel für den Anschluß eines Schalenkörpers 71 an seinem Nachbarbauteil (Lagerring 72). bei dem keines der beiden Enden der Spannbolzen 73 zugänglich ist. Ein solcher Fall liegt in der Regel auch dann vor, wenn es sich gemäß Fig. 2 oder Fig. 10 um das Verbinden zweier aneinander anstoßender Flügelteile handelt. Die beiden Enden der Spannbolzen 73 weisen gegenläufige Gewinde auf. Der Durchmesser des mittleren Bereichs des Spannbolzens ist geringfügig größer als der Gewinde-Außendurchmesser. Dort ist mit zwei Paßfedern 74 ein zum Anziehen des Spannbolzens 73 dienender Stellring oder Gleitnutring 76 mit Außensechskant drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordnet. Der Wulstflansch ist mit 75, ein Gegenformstück mit 77 und ein Zwischenring mit 78 bezeichnet. Ein Wälzlager zur verdrehbaren Lagerung des Schalenkörpers 71 ist bei 79 angedeutet. Der Gleitnutring 76 muß deshalb axial auf dem Spannbolzen 73 verschiebbar sein, weil er bei angezogenem Spannbolzen sowohl am Gegenformstück 77 als auch .jm Zwischenring 76 fest anliegen muß, so daß alle Teile in festem Kontakt zueinander stehen, und weil nie genau vorausbestimmt werden kann, welche Lage hierbei der Gleitnutring 76 relativ zum Spannbolzen einnehmen wird. Bei dieser Konstruktion ist der Gleitnutring 73 zugleich ein Distanzstück zwischen den zu verbindenden Teilen 71, 75, 77 einerseits und 72,78 andererseits.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 10 sind dagegen als Distanzstücke Zwischenformkörper 80 vorgesehen, die an die Form der Anschlußenden der beiden miteinander zu verbindenden Schalenkörper 81 und 82 angepaßt

'■> sind. Die zunächst für die Spannbolzen 83 freibleibenden Zwischenräume werden nach beendetem Zusammenbau mit Kunststoff ausgefüllt. Das Besondere der in Fig. 10 gezeigten Bauweise besteht im Gegensatz zu F i g. 2 darin, daß die Kopfenden der Wulstflansche 84 und 85 von der glatten Profilaußenkontur 86 aus nach innen geneigt sind und daß die äußeren Seitenflächen 88 bzw. 89 der Wulstflansche ausgehend vom Kopfende zunächst konvex und anschließend konkav geformt sind. Daran kann sich, wie in Fig. 10gezeigt, noch einmal ein schwach konkav geformtes Stück bis zum Schwänzende hin anschließen. Dementsprechend weisen die gegenüberliegenden inneren Seitenflächen zunächst, vom Kopfende ausgehend, eine konkave, darin eine konvexe und gegebenenfalls schließlich eine konkave Form auf.

Dadurch können an jedem Wulstflansch 84 bzw. 85 zwei Innenstützringe 91, 92 bzw. 93, 94 angeordnet werden und dazu — wie in Fig. 2 — je ein Außenstützring 95 bzw. 96. Die ieuieren sind wiederum genau an die Profilaußenkontur angepaßt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (18)

Patentansprüche:

1. Schalenkörper, ζ. B. Trag- oder Rotorflügel, in Composite-Bauweise, d. h. hergestellt aus einem mit faser- oder bandartigem Bewehrungsmaterial (Fasersträngen, Gewebebändern oddgL) verstärkten Werkstoff, vorzugsweise Kunststoff, mit einem im Bereich eines Anschlußendes, mit dem der Schalenkörper an einem Nachbarbauteil (z.B. Rumpf, Nabe oder andere Schalenkörperhälfte) befestigbar ist, in den Werkstoff eingebetteten Wulstflansch, um den wenigstens ein Teil des Bewehrungsmaterials schlaufenförmig herumgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulstflansch (13,14; 34,35,36; 50; 55; 60; 65,68; 75; 84, 85) einen etwa tropfenförmigen Querschnitt aufweist, der an seinem dem Nachbarbauteil (23:31; 51; 72; 82) zugewandten Ende (»Kopfende« 15) einen abgerindeten Kopf bildet und der ein dem Kopfende entgegengesetztes, sich stetig verjüngendes Schwanzende (16) aufweist, wobei zur unmittelbaren Zug- und Druckkräfteübertragung vom Wulstflansch zum Nachbarbauteil im Bereich des Kopfendes des Wulstflansches bolzenartige Verbindungselemente (22, 37, 52, 62, 73, 83) vorgesehen sind, deren Längsachsen etwa parallel zur Längsachse des Schalenkörpers verlaufen.

2. Schalenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfende des Wulstflansches (55; 60; Augen (57; 61) zur Aufnahme der Verbindungselemente eufweist.

3. Schalenkörper narh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der AuS-nseite des Wulstflansches (60) Augen (61) zur Aufnahme von durchgehenden Verbindungselementen (62) angesetzt sind.

4. Schalenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulstflansch ein metallisches Kopfteil (65) und ein sich entlang einer seitlichen Begrenzung, vorzugsweise der inneren Begrenzung (67) erstreckendes und das Schwanzende des Wulstflansches umfassendes, ebenfalls vorzugsweise metallisches Wandteil (68) aufweist und durch einen spezifisch leichten Werkstoff zur vollständigen, im Querschnitt etwa tropfenförmigen Gestalt ergänzt ist.

5. Schalenkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulstflansch (65,68) in den Bereichen zwischen den Bohrungen (66) für die Verbindungselemente (70) Rippen (69) aufweist, in deren Bereich der Wulstflansch die vollständige, im Querschnitt etwa tropfenförmige Gestalt aufweist.

6. Schalenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis

5. dadurch gekennzeichnet, daß der Wulstflansch (55) mehrere verteilt angeordnete und vom Schwanzende in Richtung zum Kopfende sich erstreckende Einschnitte (56) aufweist.

7. Schalenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis

6. dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Wulstflansches seine größte Dicke im Bereich des Kopfendes (15) aufweist, von wo aus die Dicke zum Schwanzende (16) hin konzentrisch abnimmt.

8. Schalenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis

7. dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der größten Dicke und der Länge des Querschnittes des Wulstflansches etwa 1 : 1,5 bis I : 8. vorzugsweise 1 : 3 bis 1 : 5, beträgt.

9. Schalenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Obergangsbereich vom Wulstflansch (13,14) zur selbsttragenden Schale (18,19) als Außenstützring eine Zugbandage (20) vorgesehen ist, die vorzugsweise aus dem gleichen Werkstoff wie die Schale hergestellt ist.

10. Schalenkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen der Zupbandage (20) parallel und/oder geneigt zu Achsnormalebenen verlaufen.

11. Schalenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß im Obergangsbereich vom Wulstflansch (13, 14) zur selbsttragenden Schale (18,19) ein Innenstützring (Druckbandage 21) angeordnet ist.

12. Schalenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß am Wulstflansch (13,14) — im Querschnitt gesehen — zumindest ein wesentlicher Teil der äußeren Seitenfläche (17) konkav geformt ist.

13. Schaienkörper nach einem der Ansprüche i bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Seitenfläche (88, 89) des Wulstflansches (84, 85) im Querschnitt gesehen — ausgehend vom Kopfende zunächst konvex und anschließend konkav geformt ist.

14. Schalenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anschlußende mit dem Wulstflansch (13, 14; 34, 35; 75; 84) und dem Nachbarbauieil (23; 31; 72, 78; 82) ein zum Anschlußende satt passendes Formstück (24;40;77;80) angeordnet ist.

15. Schalenkörper nach Anspruch 14. dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück in Composite-Bauweise hergestellt ist.

16. Schalenkörper, der aus mehreren, vorzugsweise zwei Teilschalen zusammengesetzt ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulstflansch (13, 14; 34, 35·, 53) entsprechend den Teilschalen mehrteilig ausgebildet ist, und daß die Wulstflansch-Teile mit Hüte von Stiften (38). Nocken, Schrauben od. dgl. formschlüssig ineinander eingreifen.

17. Schalenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis

16, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks besserer Haftung zwischen dem Composite-Schalenmaterial und dem vorzugsweise metallischen Wulstflansch dieser eine aufgerauhte Oberfläche aufweist.

18. Schalenkörper nach einem der Ansprüche I bis

17, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungselemente vom Wulstflansch (75) zum Nachbarbatiteil (72, 78) Spannbolzen (73) vorgesehen sind, deren Enden gegenläufige Gewinde aufweisen, wobei im mittleren Bereich jedes Spannbolzens ein auf ihm drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordneter Stellring (76) vorgesehen ist.