Flügel bauen aus Styropor und Holz, oder wie ?

[Bernd]

Hallo Leute

Dieser Tage überlege ich wie ich auf möglichst einfache Weise Flügel für einen Darrieus Rotor
baun könnte. Ich würde gerne das Profil von Sebastian zu einem ca. 2m hohen Flügel werden lassen.

Als Vorgehensweise dachte ich daran den Flügel mit einem Styropor- oder Styrodurkern auszustatten.
Mir steht ein Styroporschneider mit einem heissen Draht zur Verfügung der maximal ca. 1,3 m
lange Profile schneiden kann. Erste Versuche ergaben das man damit recht gut Formen ausschneiden
kann wenn man beidseits eines Styropoblocks Schablonen montiert die man dann mit dem heissen
Draht abfährt. Aus 2 Stück 1 Meter Länge würde ich dann einen 2m langen Flügel zusammen setzen.

Da natürlich aber auch die Tragarme irgendwie am Flügel befestigt werden müssen und auch um dem
Flügel mehr Festigkeit zu geben, muss noch mehr geschehen als ein reiner Styroporkern.
Ich dachte daher daran einen hölzernen Längsträger im Styroporkern zu integrieren.

Genau da setzen meine Überlegungen an, ich bin mir noch nicht schlüssig wie ich das aufbauen soll.
Eigentlich wollte ich die üblichen "Spanten", wie man sie vom Flugzeugmodelbau her kennt, vermeiden.
Auf jeden Fall soll aber ein Längsträger in den Flügel hinein, vielleicht aus Schichtholz.
Hat von euch schon mal jemand sowas gebaut ? Vielleicht hat auch jemand eine Idee wie er selber das
machen würde.

Grüsse

Bernd

[Daniel]

Moin Bernd,

die von Dir beschriebene Bauweise kann ich mir gut vorstellen - ich habe auch schon ähnliche Überlegungen angestellt. Vom Gefühl her würde ich statt einem Längsträger aus Schichtholz vermutlich zwei Längsträger aus Aluminium verwenden. Bei zwei Meter Länge hätte ich doch Bedenken, dass auch das Schichtholz noch "arbeitet" und den Flügel verzieht. Zwei Längsträger aus dem Grund, um die Kräfte im Flügel besser abfangen zu können, bzw. außerhalb des Flügels zu leiten. Wenn der Tragarm nur an einer Stelle ansetzt, entsteht dort ein Drehmoment. Das Profil könnte sich um seine Befestigung verwinden.

Aber warum möchtest Du "Spanten" vermeiden? Spanten-Stringer-Konstruktionen finden doch recht häufig Anwendung.

Grüsse - Daniel

[Daniel]

Hier eine Skizze wie ich es meine (zugegeben, die Proportionen sind total daneben):

DSC02922.jpg (11.95 KiB) 12660-mal betrachtet

Die Tragarme sollten an den blau-grauen Kreuzen ansetzen und nicht an den rot-orangenen.

Grüsse - Daniel

[Bernd]

Hallo Daniel, Spanten möchte ich wenns geht vermeiden weil sie sich meist durch die äussere Schicht
hindurchzeichnen und zu sehen sind und das sieht meiner Meinung nach nicht gut aus.
Außerdem wäre es zusätzliche Arbeit die gerne vermeiden würde wenn es auch anders gehen könnte.
Ich kenne auch kein professionell gefertigtes Blatt an einem Vertikalläufer das Spanten enthält.
Der Aufbau bei z.B. den Envergate Blättern erscheint mir geradezu einfach zu sein.
Anscheinend gibt es da nicht mal einen Längsholm.

Die Befestigungspunkte für die Tragarme würde ich versuchen dort zu setzen wo die meisten
Kräfte am Blatt wirken. Das wäre einmal die Stelle wo sich der Masseschwerpunkt der Chordlinie befindet
(meiner Meinung nach der wichtigste Punkt, gerade bei hohen Drehzahlen) und evtl. dort wo
die aerodynamischen Sogkräfte wirken. Das ist nach meiner Einschätzung auch nicht weit vom
Schwerpunkt entfernt.
Ich möchte auf der Blatthöhe vermutlich zwei Tragarme positionieren.

Wenn du Alu verwendest als Tragholm, sollte dann der Rest mit Schaum gefüllt sein ?
Wenn nein, wie stellst du den Kontakt zur Außenhaut her ?

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Bei zwei Meter Länge hätte ich doch Bedenken, dass auch das Schichtholz noch "arbeitet" und den Flügel verzieht.
l

Meine Erfahrung ist das sich Schichtholz bzw. Multiplexholz ab einer bestimmten Dicke überhaupt nicht mehr verzieht.
Nur sehr dünne Platten die aus sehr wenigen Schichten verleimt wurden neigen zum Verzug bei Feuchtigkeitskontakt.
Ganz schlimm ist das bei dünnen Pappelsperrholz, das kriegt man eigentlich meist nur krumm und verzogen zu kaufen.
Ich finde Holz ist ein faszinierender, oft unterschätzter Baustoff und gerade Schichtholz ist ein Traum und kennt im Gegensatz
zu Alu oder anderen Metallen keine Ermüdungsrisse oder Ermüdungsbrüche und lässt sich hervorragend bearbeiten.


Grüsse

Bernd

[Daniel]

Die Befestigungspunkte für die Tragarme würde ich versuchen dort zu setzen wo die meisten
Kräfte am Blatt wirken. Das wäre einmal die Stelle wo sich der Masseschwerpunkt der Chordlinie befindet
(meiner Meinung nach der wichtigste Punkt, gerade bei hohen Drehzahlen) und evtl. dort wo
die aerodynamischen Sogkräfte wirken. Das ist nach meiner Einschätzung auch nicht weit vom
Schwerpunkt entfernt.

Mag sein, dass eine Befestigung im Schwerpunkt ausreicht. Ich hätte aber Bedenken, dass das Blattende damit irgendwann zu "flattern" beginnt. Bei der Drehbewegung ändern sich die Sogkräfte auf das Blatt ja ständig.

Wenn du Alu verwendest als Tragholm, sollte dann der Rest mit Schaum gefüllt sein ?
Wenn nein, wie stellst du den Kontakt zur Außenhaut her ?

Das verstehe ich jetzt nicht ganz. Irgendwie muss der Tragholm (aus Holz, Alu oder sonstwas) im Blatt befestigt sein (geklebt, eingeschäumt oder sonstwie). Das ist doch nicht vom Material abhängig. In das Alu ließen sich Gewinde schneiden, über die die Tragarme befestigt werden.

Grüsse - Daniel

[Bernd]

Naja meine Frage war ob du über den Alurahmen direkt auflaminieren würdest oder auch
Styropor benutzen würdest als Formgebung und als Träger für die Außenhaut ?
Es gibt ja auch Flügel die sind bis auf die Tragelemente im inneren hohl und dann müsste
die Außenhaut ja irgendwie mit dem Alu verbunden werden.

Denkbar wäre auch eine zentrale Sperrholzplatte in der Mitte des Flügels auf der Chordlinie, auf die dann
zum einen der Tragholm oder die Tragholme, aber auch die Styroporblöcke, die ich verwenden möchte, aufgebracht würden.
Das ergäbe sicher einen sehr stabilen Flügel, aber vielleicht auch einen nicht mehr ganz so leichten.

Grüsse

Bernd

[Daniel]

Ach so ... ne ne, nix holes. Der Kern soll wie von Dir eingangs beschrieben aus Styropor bestehen und das Alurohr (rund oder eckig) soll komplett in das Styropor eingelassen werden (so wie Du es vermutlich mit dem Schichtholz ebenso vorhast). Bei einem runden Rohr wird es schwierig die Aussparung für das Rohr auszuschneiden. Bei einem viereckigen Rohr kann die Aussparung gefräst oder mit dem heißen Draht geschnitten werden. Im letzten Fall würden dann 3 Seiten des Rohres vom Styropor umgeben, die vierte Seite wird vom GFK der Aussenhaut überdeckt.

Grüsse - Daniel

[seb]

Hallo Ihr,

Bei Eurer Positivbauweise würde ich noch die Stärke des Laminates vom Styroporkern abziehen, sonst
ist das Profil verfälscht.

Ich selber würde die Negativbauweise bevorzugen, die geht ja auch mit
Styropor. Somit könnte man in den Zonen höherer Belastung leichter Verstärkungen einlaminieren.
Und auch das diagonale Einlegen von Kohle-rovings ist dann problemlos möglich.
Bei den Holzleisten die Ihr einsetzen Wollt würde ich folgendes beachten:
Die Holzmaserung sollte senkrecht im Profil stehen, also mit der Dicke orientiert sein.
Das gibt wesentlich mehr Festigkeit.

Viele Grüße

Sebastian

[Bernd]

Hallo Sebastian, wie meinst du das mit verfälscht ? Das Profil wird doch nur um die
zehntel Millimeter grösser die man auflaminiert und das gleichmässig ringsherum.
Man kann ja den Styroporkern um das kleiner machen was man später an Glasgewebe
aufbringen will, aber auch ohne diese Maßnahme wird nach meinem Verständnis nichts
verfälscht, höchstens ein ganz klein bisschen vergrössert.

Die Positivbauweise hat den riesen Vorteil das man keine Form benötigt, die sich ja praktisch
nur mit einer Fräse wie du sie hast, erstellen lässt oder sehr umständlich über dem Umweg des
Abformes eines (zuvor zu erstellenden) Positivs. Gut man könnte auch eine Form aus Gips oder
auch aus anderen teureren speziellen Materialien erstellen. Das mit dem Gips fände ich reizvoll,
befürchte aber das der reisst wenn man daraus z.B. 3m lange Formen erstellt, selbst wenn der
Gips in einem Holzkasten oder ähnlichen liegt. Vielleicht probiere ich das mal.
Ich finde der Aufwand lohnt sich aber erst wenn man viele Blätter herstellen will und sich
überhaupt erstmal sicher ist das das Profil schon seine Idealform hat und sich daher der Bau
einer solchen Form lohnt.

Der Positivschaum unterstützt die Oberfläche auf der ganzen Fläche des Blattes und trägt dazu bei die
Kräfte gleichmässig auf die GFK Oberfläche zu verteilen. Rein vom Gefühl her würde mich das
mehr beruhigen als ein hohles Profil.
Das Glasgewebe könnte man auch quer auflegen und hätte damit den gleichen Effekt wie
diagonal aufgelegte Rovings, vielleicht sogar besser da hier die Fasern über die ganze Fläche wirken.
Auch könnte man Glasmatten benutzen die von Haus aus in alle Richtungen stabilisieren.
Ich mag diese fasrigen Matten aber nicht und glaube die wären auch nicht so toll um den Radius der
Nase herum zu legen, bzw. vermutlich gar nicht.

Ich persönlich glaube aber nicht das sich das Blatt nennenswert um seine Längsachse herum verdrehen
wird, dafür sehe ich derzeit keine Kräfte die das verursachen könnten. Viel stärker wirken nach meiner
Einschätzung Kräfte die das Blatt nach innen und nach aussen biegen. In Videos zu schnell drehenden
Vertikalrotoren sieht man deutlich wie die Dinger bogenförmig verformt werden.
Ich würde die Rovings daher eher so legen das diese Kräfte abgefangen werden die versuchen aus dem Blatt
eine Banane zu machen, also Rovings längs auf dem höchsten Punkt der Profildicke, hier nehmen sie die
meisten der unerwünschten Biegekräfte auf.
Allerdings haben wir auch noch den Längsholm, beide Maßnahmen sollten sich gut gegen die wichtigste
Verformungsrichtung ergänzen.

Bei deiner Bauweise ist mir immer noch schleierhaft wie du die beiden Hälften kraftschlüsig zusammen
kleben willst. Eigentlich müsste man, nachdem was ich so ergoogeln konnte, extra dafür einen Rand in
die Hälften mit einlaminieren.

Bei den Holzleisten die Ihr einsetzen Wollt würde ich folgendes beachten:
Die Holzmaserung sollte senkrecht im Profil stehen, also mit der Dicke orientiert sein.
Das gibt wesentlich mehr Festigkeit.

So wie ich dich verstehe sollte die Maserung durch die Dicke des Profils laufen und nicht längs
also nicht mit der Höhe des Blattes. Darf ich fragen wer Dir das erzählt hat ? Das wäre nämlich
völlig falsch weil Holz quer zur Faser viel weniger Kräfte aufnehmen kann als in Faserrichtung.
Beispiel:
Nehmen wir einen "Besenstiel" bei dem die Maserung nicht längs mit dem Stiel verläuft sondern quer.
So ein Besenstiel hätte gar keine Biegesteifigkeit und könnte sehr sehr leicht durchgebrochen werden.
Die Faserrichtung muss zwingend mit der Länge des Holmes verlaufen.
Vielleicht meintest du es ja anders und ich habe dich nur falsch verstanden.

Ich wollte allerdings wenn Holz dann Schichtholz einsetzen, wegen der besseren Verzugsbeständigkeit.
Da ist es dann fast egal wie die Deckfasern verlaufen, aber auch hier wäre in Längsrichtung
ein klein bisschen besser als Querverlauf.

Sorry für den langen Text... und meinen Respekt an alle die bis hierhin durchgehalten haben.

Grüsse

Bernd