Flügel in Vakuum-Negativbauweise

XXLRay

User
Ich beschäftige mich in meiner Freizeit mit dem Bau von Kleinwindanlagen zur Energieerzeugung. Bisher habe ich meine Flügel schon in Spantenbauweise mit Aluminiumhülle und aus Multiplexplatte gefertigt. Für alle, die es interessiert, gibt es von dem Windrad auch ein kleines Video: http://www.youtube.com/watch?v=Zil1...y_videos2?pi=0&ps=20%&feature=player_embedded
Da ich mich auch mit dem Bau von Auto-, Schiff- und Flugzeugmodellen beschäftige kam mir die Idee, die Bauweise zu optimieren und die Flügel, die ich dafür benötige aus GFK zu fertigen.
Allerdings habe ich noch nie damit gearbeitet, musste mir deswegen eine Menge anlesen und bräuchte jetzt eure Hilfe dabei, die Vorgehensweise richtig zu verstehen.
Für ein Windrad benötige ich in der Regel drei Flügel und ich möchte unter Umständen mehrere Exemplare herstellen. Darum habe ich mich wegen des Aufwandes gegen Positiv- und für die Negativbauweise entschieden. Ein weiterer Vorteil ist in meinen Augen, dass ich dadurch die Flügel nahezu identisch bauen kann, was Gewichtsunterschiede und damit Unwuchten vermeidet.
Grundsätzlich habe ich vor, mir je ein positives Urmodell für Ober- und Unterseite des Flügels zu erstellen. Dabei hatte ich vor, Multiplexplatten zu verwenden und diese dann mit Füller zu glätten.
Wie fein muss ich dabei schleifen und wie oft lackieren? Muss ich grundieren und sollte ich Klarlackschichten aufbringen?
Was für Füller sollte ich verwenden?

Wenn ich alles richtig verstanden habe, wird diese Urform dann fünf mal mit Grundierwachs bestrichen und nach dem Trocknen mit Folientrennmittel behandelt, um die Negativform später entformen zu können. Ich habe gelesen, dass die Negativformen aus drei Lagen Gewebe 390g/m², danach vier Lagen Gewebe 580g/m² und wieder drei Lagen Gewebe 390g/m² bestehen sollten.
Kommt das so hin?

Die Negativformen werden mit Passstiften versehen, so dass Ober-, und Unterseite genau aufeinander passen. Ich möchte die Flügel mit Vakuumtechnik bauen.
Sollte ich das dann bei der Negativform auch schon machen?

Meine Recherche hat ergeben, dass die Negativform nun ihrerseits mit Trennwachs bearbeitet werden muss. Durch Abwiegen von angemischtem Harz, mit Behälter und Roller kann man nach der Fertigung aus der Gewichtsdifferenz errechnen, wie viel Harz verwendet wurde, was gleichmäßig schwere Bauteile ermöglicht. Die Negativform kommt nun auf eine beschichtete Spanplatte und der Vakuumschlauch wird mit Vakuumdichtband angebracht. Aus Stabilitätsgründen werden die Fasern der Gewebematten für die Flügel im 45°-Winkel zueinander verlegt und jede Schicht mit einem Schaumstoffroller einzeln mit Epoxid getränkt.
Wie viele Lagen Gewebematte sollte ich verwenden und wie dick sollte diese sein?
Sollte ich das Harz einfärben und wenn ja womit?

Auf die getränkten Gewebematten und die Negativform kommt jetzt Abreisgewebe, eine zugeschnittene Lochfolie und danach Saugvlies, das am besten über dem Vakuumschlauch liegen sollte. Nun wird auf der Spanplatte mit einer Montagepistole um die Form eine Acrylwurst aufgebracht. Dadurch wird die Malerfolie, die jetzt von oben aufgelegt wird abgedichtet, so dass sich beim Luft abpumpen ein Vakuum bilden kann.
Bekommt man das Abreisgewebe wieder ab, oder bleibt das drauf?
Ich habe nur Pumpen für über €200,- gefunden. Gibt es da wirklich keine günstigere Lösung neben Kühlschrankkompressoren wie z.B. elektrische Pumpen zum Befüllen von Autoreifen oder Luftmatratzen?

Nachdem der Kram 12 Stunden getrocknet ist, komme ich zu einem Problem. Ich bin etwas unsicher, wie ich nun die beiden Profilhälften zusammenbekomme. Momentan stehe ich auf dem Stand, dass die Profilhälften zunächst in der Negativform verbleiben und man überstehendes Material entfernt. Danach werden die Auflageflächen mit Klebstoff versehen und aufeinandergesetzt. Dank der Passstifte in den Negativformen sollte das sehr genau möglich sein.
Habe ich das so richtig verstanden?
Was für Klebstoff sollte ich verwenden?
Habe ich soweit alles richtig verstanden oder sind in meiner Beschreibung noch böse Schnitzer?
Habt ihr noch weitere Tipps für mich?

Ich hab mal ein Bildchen von den einzelnen Verfahrensschritten angefertigt. Vielleicht wird dadurch noch einiges klarer:


(Zum Vergrößern anklicken)
 

XXLRay

User
Es soll zunächst ein NACA0018-Profil von 80cm Länge werden.

Der von dir genannte Link ist schonmal eine gute Hilfe. Für den Formenbau selbst steht mir zwar keine CNC-Fräse zur Verfügung, aber alles, was danach kommt, ist sehr interessant und hilft mir weiter.
 

Gideon

Vereinsmitglied
Hallo

Für ein Windrad benötige ich in der Regel drei Flügel und ich möchte unter Umständen mehrere Exemplare herstellen. Darum habe ich mich wegen des Aufwandes gegen Positiv- und für die Negativbauweise entschieden. Ein weiterer Vorteil ist in meinen Augen, dass ich dadurch die Flügel nahezu identisch bauen kann, was Gewichtsunterschiede und damit Unwuchten vermeidet.

Dein Gedankengang ist richtig. Ein statisches/dynamisches Wuchten bleibt aber auch hierbei nicht aus

Grundsätzlich habe ich vor, mir je ein positives Urmodell für Ober- und Unterseite des Flügels zu erstellen. Dabei hatte ich vor, Multiplexplatten zu verwenden und diese dann mit Füller zu glätten.
Wie fein muss ich dabei schleifen und wie oft lackieren? Muss ich grundieren und sollte ich Klarlackschichten aufbringen?
Was für Füller sollte ich verwenden?

Optimum: 2K Polyesterfüller + 2K Acryllack + Feinschliff bis K 4000 + Politur

Ausreichend: 2K Polyesterfüller + Schliff bis K 1000

Keine 1K-Lacke verwenden!

Wenn ich alles richtig verstanden habe, wird diese Urform dann fünf mal mit Grundierwachs bestrichen und nach dem Trocknen mit Folientrennmittel behandelt, um die Negativform später entformen zu können. Ich habe gelesen, dass die Negativformen aus drei Lagen Gewebe 390g/m², danach vier Lagen Gewebe 580g/m² und wieder drei Lagen Gewebe 390g/m² bestehen sollten. Kommt das so hin?

Der Lagenaufbau sollte sowohl symmetrisch als auch quasiisotrop sein. Dies bedingt jedoch, dass jeder Lage mit 0°/90° Orientierung eine mit +/- 45° folgt. Ein sinnvoller Lagenaufbau (Formenharzauftrag urmodellseitig bereits enthalten) wäre:

1. Schlichtlage:

1 x 163 Glas 0°/90° + 1 x 163 Glas +/-45°

2. Hinterbau:

1 x 280 Glas 0°/90° + 1 x 280 Glas +/-45°
1 x 390 Glas 0°/90° + 1 x 390 Glas +/-45°
Kernlagenvlies wie z.B. Coremat oder Sphere.Tex in 4 oder 3 mm Wandstärke
1 x 390 Glas +/-45° + 1 x 390 Glas 0°/90°
1 x 280 Glas +/-45° + 1 x 280 Glas 0°/90°

Dieser Aufbau ergibt ca. 5-6 mm Wandstärke

Die Negativformen werden mit Passstiften versehen, so dass Ober-, und Unterseite genau aufeinander passen. Ich möchte die Flügel mit Vakuumtechnik bauen.
Sollte ich das dann bei der Negativform auch schon machen?

Das widerspricht sich. Ja, die Form sollte sowohl Verschraubungen als auch Zentrierungen über Paßstifte erhalten

Meine Recherche hat ergeben, dass die Negativform nun ihrerseits mit Trennwachs bearbeitet werden muss. Durch Abwiegen von angemischtem Harz, mit Behälter und Roller kann man nach der Fertigung aus der Gewichtsdifferenz errechnen, wie viel Harz verwendet wurde, was gleichmäßig schwere Bauteile ermöglicht. Die Negativform kommt nun auf eine beschichtete Spanplatte und der Vakuumschlauch wird mit Vakuumdichtband angebracht. Aus Stabilitätsgründen werden die Fasern der Gewebematten für die Flügel im 45°-Winkel zueinander verlegt und jede Schicht mit einem Schaumstoffroller einzeln mit Epoxid getränkt.
Wie viele Lagen Gewebematte sollte ich verwenden und wie dick sollte diese sein? Sollte ich das Harz einfärben und wenn ja womit?

Gewebe oder Matte, nicht etwa beides. Ein reiner Laminataubau bedingt recht große Wandstärken oder steifere Materialien. Ein Sandwichaufbau ist deshalb sehr sinnvoll. Stützstoff kann z.B. Balsa oder Airex sein

Der klassische Aufbau als Sandwich sieht so aus:

1. Deckschicht: EP-Gelcoat (nass in nass -) oder auch UP-Vorgelat (oder bereits ausgehärtet weiterverarbeiten)

2. Äussere Decklagen: 1 x 49 Glas 0°/90° + 1 x 163 Glas 0°/90° + 1 x 163 Glas +/-45°

3. Stützstoff: Balsa oder Airex in 3-5 mm

4. Einpacken in Folienschlauch + Absaugen

5. Auspacken, Aufbau entfernen und den Stützstoff an der Teilung/Endfahne ausschleifen

6. Innere Decklagen: 1 x 163 Glas +/-45° + 1 x 163 Glas 0°/90° + 64 Abreißgewebe

Auf die getränkten Gewebematten und die Negativform kommt jetzt Abreisgewebe, eine zugeschnittene Lochfolie und danach Saugvlies, das am besten über dem Vakuumschlauch liegen sollte. Nun wird auf der Spanplatte mit einer Montagepistole um die Form eine Acrylwurst aufgebracht. Dadurch wird die Malerfolie, die jetzt von oben aufgelegt wird abgedichtet, so dass sich beim Luft abpumpen ein Vakuum bilden kann.
Bekommt man das Abreisgewebe wieder ab, oder bleibt das drauf?
Ich habe nur Pumpen für über €200,- gefunden. Gibt es da wirklich keine günstigere Lösung neben Kühlschrankkompressoren wie z.B. elektrische Pumpen zum Befüllen von Autoreifen oder Luftmatratzen?

Vergiß besser die Spanplatte und das andere Gedöns - ein Folienschlauch ist wesentlich einfacher im Handling - die beiden Enden werden mit Vakuumdichtband verschlossen. Lochfolie, Saugvlies und Abreißgewebe, wie von Dir bereits beschrieben

Pumpen können auch günstige, ölgeschmierte Drehschieberpumpen verwendet werden. Bemüh dazu einmal die Suche hier


Nachdem der Kram 12 Stunden getrocknet ist, komme ich zu einem Problem. Ich bin etwas unsicher, wie ich nun die beiden Profilhälften zusammenbekomme. Momentan stehe ich auf dem Stand, dass die Profilhälften zunächst in der Negativform verbleiben und man überstehendes Material entfernt. Danach werden die Auflageflächen mit Klebstoff versehen und aufeinandergesetzt. Dank der Passstifte in den Negativformen sollte das sehr genau möglich sein.
Habe ich das so richtig verstanden?
Was für Klebstoff sollte ich verwenden?

Die beiden Schalenhälften werden getrennt vollständig gehärtet und erst dann miteinander verklebt. Ich würde vorsichtshalber mindestens 24 h warten und zusätzlich noch einen Steg an der größten Profildicke einbauen. Klebstoff wäre in diesem Falle auch EP-Laminierharz + Baumwollflocken/Thixotropiermittel

http://www.tu-chemnitz.de/spektrum/02-2/seiten/seite19.htm

http://www.evt.tu-bs.de/download/Seminar/Windkraftanlagen2.pdf

Habe ich soweit alles richtig verstanden oder sind in meiner Beschreibung noch böse Schnitzer?
Habt ihr noch weitere Tipps für mich?

Vieles ist zunächst theoretisch erlernbar. Mein Tip wäre das R&G Handbuch: http://www.r-g.de/handbuch.html

Schmeiß hier im Forum auch mal die Suche an. Stichworte: Schalenflügel/Airex/Hartschale/Formenbau
 

XXLRay

User
Zunächst einmal schon vielen Dank für eure Tips. Ich habe jetzt schonmal eine Menge zum Lesen. Insbesondere die Forumssuche hat eine Menge Material zu Tage befördert. Ich bin trotzdem für jeden weiteren Beitrag dankbar.

christof buss schrieb:
Ein vollsymetrisches Profil? Warum?
Schau doch mal hier:
http://mh-aerotools.de/airfoils/index.htm
da findet sich sicher ein besser geeignetes Profil.
(MH102-110)
Bisher gibt es zumindest bei Windrädern mit vertikaler Achse kaum öffentlich zugängliche Informationen über die Wirksamkeit von Profilen. Die wenigen seriösen Quellen, die ich kenne (Sandia Labs) beschränken sich auf NACA-Profile. Grundsätzlich habe ich auch vor später Profile mit Camber zu bauen, aber zunächst ist mein Ziel, bekannte Ergebnisse zu produzieren, um Vergleichswerte zu haben.
Zudem unterscheiden sich die Anforderungen an ein Profil für Windräder von denen für Flugzeuge. Besonders wichtig ist, dass wenig Verbirbelungen erzeugt werden, da ansonsten der nachfolgende Flügel nicht mehr laminar ummströmt wird und es zum Strömungsabriss kommt.


Gideon schrieb:
Keine 1K-Lacke verwenden!
Tut mir leid, da kann ich (noch) nicht folgen. bedeutet das, dass Lacke eine Körnigkeit haben und man deswegen nur Lacke verwenden sollte, die "feiner" als das Schleifmittel sind?

Gideon schrieb:
Das widerspricht sich. Ja, die Form sollte sowohl Verschraubungen als auch Zentrierungen über Paßstifte erhalten
An dieser Stelle habe ich wohl missverständlich formuliert. Die Frage bezog sich nicht auf die Passstifte. Ich meinte, ob auch die Form mit Vakuumtechnik gebaut werden sollte. Nachdem ich die ersten Links durchgearbeitet habe, scheint das aber nicht notwendig zu sein.

Gideon schrieb:
Die beiden Schalenhälften werden getrennt vollständig gehärtet und erst dann miteinander verklebt. Ich würde vorsichtshalber mindestens 24 h warten und zusätzlich noch einen Steg an der größten Profildicke einbauen. Klebstoff wäre in diesem Falle auch EP-Laminierharz + Baumwollflocken/Thixotropiermittel
Wie fein sollten die Flocken sein?

Gideon schrieb:
Hier geht es ja in erster Linie um große Anlagen. Ich beschäftige mich hauptsächlich mit Windrädern unter 2KW Leistung. Trotzdem sind die Links sehr interessant.

Gideon schrieb:
Vieles ist zunächst theoretisch erlernbar. Mein Tip wäre das R&G Handbuch: http://www.r-g.de/handbuch.html
Ja, das kenn ich schon. Ist ein guter Tipp, den man jedem Anfänger nur empfehlen kann.
 

Hans Rupp

Vereinsmitglied
Hallo,

1K-Lack = 1-Komponentenlack, härtet durch Verdunstung des Lösemittels
2K-Lack = 2 Komponentenlack, härtet vorwiegend durch chemische Reaktion

Wir hatten das Thema Windrad schon mal.

Ohne Verwirbelungen wird es nicht gehen, egal welches Profil Du einsetzt. Das von Dir bisher eingesetzte NACA0018 ist ein Profil, das - bei geeigneter Rezahl eingesetzt - vor allem durch seine Toleranz gegenüber Baufehlern für solche Hobbyprojekte gut geeignet ist. Das NACA 0018 wurde bei recht großen Anlagen eingesetzt. Dass es dort gut geeignet ist, heißt aber noch nicht, dass es auch bei kleinen Anlagen gut funktioniert

Ich habe mich zuwenig mit dem Wirkungsprinzip des H-Rotors beschäftigt, aber die Vermutung liegt nahe, dass je kleiner die anlage, desto geringer die Rezahl an den Blättern ist. Und dann wäre es sinnvoll auf ein dünneres NACA zu gehen.

Hans
 

XXLRay

User
Hans Rupp schrieb:
1K-Lack = 1-Komponentenlack, härtet durch Verdunstung des Lösemittels
2K-Lack = 2 Komponentenlack, härtet vorwiegend durch chemische Reaktion
Danke, jetzt erinnere ich mich auch, dass ich das schonmal gewusst habe :)

Hans Rupp schrieb:
Wir hatten das Thema Windrad schon mal.
Danke, die Diskussion kenne ich sogar. In erster Linie geht es mir aber hier wirklich nur um die GFK-Bauweise. Alles andere würde den Rahmen sprengen.

Hans Rupp schrieb:
Ohne Verwirbelungen wird es nicht gehen, egal welches Profil Du einsetzt. Das von Dir bisher eingesetzte NACA0018 ist ein Profil, das - bei geeigneter Rezahl eingesetzt - vor allem durch seine Toleranz gegenüber Baufehlern für solche Hobbyprojekte gut geeignet ist. Das NACA 0018 wurde bei recht großen Anlagen eingesetzt. Dass es dort gut geeignet ist, heißt aber noch nicht, dass es auch bei kleinen Anlagen gut funktioniert

Ich habe mich zuwenig mit dem Wirkungsprinzip des H-Rotors beschäftigt, aber die Vermutung liegt nahe, dass je kleiner die anlage, desto geringer die Rezahl an den Blättern ist. Und dann wäre es sinnvoll auf ein dünneres NACA zu gehen.
Ja du hast recht. Profile im kleineren Maßstab haben schlechtere Wirkungsgrade als große. Rein intuitiv kann man das so begreifen, dass im kleinen Maßstab die auftretenden Kanten ja viel schärfer sind. Das träge Medium Luft erzeugt dadurch bei kleinen Windanlagen deutlich stärkere Verwirbelungen, weswegen sich die Profile auch von denen unterscheiden sollten, die bei Großanlagen verwendet werden. Das lässt sich im Übrigen auch auf Flugzeuge abbilden.
Da schweifen wir aber schon wieder zu weit ab und ich seh uns schon bei den Themen Windkanal und Generatorbau :)
Wer sich näher mit dem Thema Windradbau beschäftigen möchte, dem kann ich per PN gerne ein Forum empfehlen, in dem ich aktiv bin. Hier sollten wir aber vielleicht wirklich bei den Themen bleiben, die für Modellbauer interessant sind.
 
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