CN103732334B - 成型、焊接、切割方法及设备、机器人、叶片和风能设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将风能设备（100）的要制造的转子叶片（108）的钢板（226）进行热成型的成型方法，所述成型方法包括如下步骤：在钢板（226）位于台车（206）上期间将钢板（226）在炉（202）中加热，将被加热的钢板（226）借助台车（206）从炉（202）移动到压制设备（204）中以用于热成型，在压制设备（204）中将被加热的钢板（226）由台车（206）转运到具有阴模（236）的运模车（208）上并且通过至少一个成型冲头（232）压制钢板（226），所述成型冲头压制到钢板（226）上，使得将所述钢板在所述成型冲头（232）与所述阴模（236）之间成型，尤其是具有成型冲头（232）的和阴模（236）的形状。
Description
技术领域
本发明涉及用于焊接钢板以制造风能设备的转子叶片的一种设备和一种方法。本发明同样涉及用于制造风能设备的转子叶片的一种方法和一种设备。此外，本发明涉及一种风能设备和风能设备的转子叶片。此外，本发明涉及用于将风能设备的转子叶片的钢板热成型的一种设备和一种方法。此外，本发明涉及用于裁剪风能设备的转子叶片的钢板的一种设备和一种方法。
背景技术
风能设备如今尤其作为所谓的水平轴风能设备已知。在此，具有至少一个转子叶片、通常三个转子叶片的气动转子围绕大致水平的转动轴转动。在此，转子叶片气动地构成并且由风移动，使得进行所述转动运动，所述转动运动然后能够由发电机转换成电能。
现代风能设备的转子叶片越来越大、尤其越来越长。在此期间已经已知具有大约60m的长度、达到超过8m的深度并且达到超过3m的厚度的转子叶片。这种转子叶片的用于固定转子毂的连接法兰如今也已经具有超过3.5m的直径。对于这种数量级的转子叶片而言会有意义的是，所述转子叶片至少部段地也由钢制成。
钢铁制造在许多其他技术领域(例如造船)中已知，但是由于转子叶片制造的要求极其特殊所以基本上不可能转用到风能设备的转子叶片的制造上。在这方面尤其要提及(但是不能尽述)：在转子叶片制造中只要在使用钢的情况下完全可行就要实现轻质结构。此外，要注意的是，风能设备的转子叶片遭受不断变换的负荷。在此，不仅负荷幅度改变，而且负荷方向也改变，并且尤其在转子转动运动中由于重力会引起拉力负荷与压力负荷之间不断变换。在此，转子叶片是长空心体，该空心体也必须经受住持久的且不断变换的弯曲负荷。但是除了确保相应的稳定性之外，转子叶片也必须具有并且相应尽可能保持气动形状。所有这些要求如此特殊，以致其需要专门的特殊考虑。尤其，只能有限地参考目前在钢结构中的经验。
对于风能设备而言，从40年代起，已知了应用钢转子叶片的“史密斯-普特南型风力发电机(Smith-Putnam Wind Turbine)”。关于“史密斯-普特南型风力发电机”的信息参考在英文维基百科网页(http://en.wikipedia.org/wiki/Smith-Putnam_wind_turbine)。在那所使用的转子叶片同样可从互联网中获知，即互联网页面http://www.situstudio.com/blog/2010/09/01/smith-putnam/。
如可从上述互联网博客中获知的史密斯-普特南型风力发电机的转子叶片以在整个转子叶片轴线上恒定的转子叶片轮廓构成。这当然与如今的具有轴向连续变化的轮廓的现代转子叶片相比引起制造技术上的简化。在此，轮廓在轴向方向上在其大小和其类型方面变化。此外，附加地如今的现代风能设备的转子叶片在轴向方向上扭曲，以便考虑不同的迎流方向，所述迎流方向由在距转子毂有不同的间距的情况下转子的转动引起而出现。另外，为了运输而必须多件式地构成特别大的转子叶片、尤其是在毂附近区域中具有非常大深度的转子叶片。
因此，现代转子叶片的复杂度与在史密斯-普特南型风力发电机中已知的转子叶片是不能够比较的。要由钢制成的现代转子叶片或现代转子叶片的部段因此需要许多个别考虑、方法和解决方案。
作为常见的现有技术参考文献DE 1 433 768 A、DE 1 180 709 A、DD 159 055A1、DE 24 02 190 A和WO 2010/100066 A2。
发明内容
因此，本发明基于下述目的：解决上述问题中的至少一个。尤其，要改进或首先实现由钢制成的转子叶片的或其一部分的转子叶片制造。至少要提出一种替选的解决方案。
根据本发明，提出根据本发明的实施例所述的方法。因此，进行风能设备的要制造的转子叶片的钢板热成型，即首先在炉中加热要成型的钢板。在此，钢板(首先作为平坦的平面板)置于台车上。在加热之后，将被加热的钢板借助台车从炉移动到压制设备中以用于热成型。因此，台车直接随钢板从炉移动到压制设备中，而在其间没有进行转运。
然后，在压制设备中进行转运，其中将被加热的钢板由台车转运到具有阴模的运模车上。阴模也可称作胎模。被加热的钢板现在位于阴模上并且可被压制。压制通过成型冲头进行，所述成型冲头压制到所述钢板上，使得将钢板在成型冲头与阴模之间成型。钢板尤其具有成型冲头的和阴模的彼此协调的形状。
优选地，进行钢板的转运，使得由台车在压制设备中提升钢板。台车现在与钢板分开并且可在其下移出。相应地，钢板之下的位置是空的并且借助运模车使阴模进入压制设备中移动到被提升的钢板之下。钢板现在可下降到运模车上并进而下降到阴模上。由此，用于执行提升的可能的设备不需设置作为如叉式升降机的外部设备。更确切地说，这种提升机构可以是位置固定的。优选地，所述提升设备形成压制设备的一部分或者与其固定地连接。因此，转运通过提升钢板并且更换两个车来进行。
优选地，台车在轨道系统上从炉移动至压制设备。此外有利的是，运模车在轨道系统或所述轨道系统上移动到压制设备中。由此能够实现流程的简化、尤其是简化将被加热的钢板从炉进入压制设备中到阴模上的运送。优选地，台车和运模车使用相同的轨道系统、尤其是相同的轨道对。由此能够实现高效的设备，所述设备还相应高效地且目的明确地设置用于将钢板从台车至运模车的变换。
根据本发明，提出根据本发明的实施例所述的用于将钢板热成型的成型设备。所述成型设备包括：炉，以用于加热所述钢板；压制设备，以用于钢板的成型；以及台车，以用于将钢板从炉运输至压制设备。在此，所述成型设备尤其配置用于：执行用于将钢板热成型的上述方法。
优选地，炉具有带有底部开口的炉底，并且台车的特征在于设有：行驶机构，以用于从炉移动至压制设备；承载台，以用于在炉中加热时并且在从炉运输至压制设备时承载钢板；和承载结构，以用于将承载台与行驶机构连接。在此，承载结构构成为，使得当承载台在炉中承载钢板时，所述承载结构由行驶机构穿过炉的底部开口达到炉中的承载台。换言之，台车借助其行驶机构移动到炉底之下，但是在此借助于承载结构将承载台保持在炉中。
优选地，成型设备在此构成为，使得台车在炉打开时随承载结构可移入到底部开口中或者可从其中移出。尤其，底部开口构成为炉底中的大致槽形的开口并且承载结构相应细长地构成，使得当行驶机构移动到炉之下时，所述承载结构可移到所述槽形的开口中。因此，在加热钢板之后，所述钢板能够以简单的方式从炉中运输至压制设备。为此仅需要打开炉并且台车可以驶过至压制设备。
优选地，所述成型设备具有能移动的运模车以用于在压制设备中接纳钢板，所述运模车在成型时提供阴模或者胎模。
优选地，设有轨道系统以用于将台车从炉移动至压制设备以及用于将运模车移动到压制设备中并且也相应地从压制设备中移出。尤其，设有轨道对，所述轨道对可从压制设备的一侧穿过压制设备并且超过压制设备至炉地设置。优选地，将炉与压制设备之间的间距保持得小。间距可以保持得大到使得在那里在被加热的钢板被转运到运模车上之后，空的台车能够被装备新的冷钢板。
优选地，为了转运而提升被加热的钢板的提升设备形成压制设备的一部分或者布置在压制设备上并且优选由其驱动。在此，提升设备尤其构成为，使得所述提升设备确保将钢板从台车中均匀地提升并且同样确保将被加热的钢板均匀地下放在运模车上。
优选地，提升设备具有多个分别设有运动机构的提升臂，所述提升臂构成为用于侧向地反扣到钢板之下。在此提出，操作提升臂、尤其设置相应的控制装置，使得所述操作臂尽管有自己的运动机构而均匀地提升被加热的钢板。由此将重量均匀地分布到提升臂上，并且还能够克服被加热的钢板可能完全弯曲的危险。
压制设备尤其设置用于：在被加热的钢板搁置于与其相对应的阴模或胎模上期间，借助模具基本上从上方压紧或压制到被加热的钢板上。因此，优选地提出，为此设有多个单压具、尤其提出设有八个单压具。必须施加的必要的力可以分布到所述单压具上。因此，通过相应的控制装置均匀地提供通过所述多个、即尤其八个单压具施加的力，使得能够均匀地借助单压具的总力下压用于压制的模具。因此，单压具共同地形成用于将钢板成型的成型冲头。优选地，单压具具有自己的驱动单元，所述驱动单元例如可以以液压方式或以不同方式例如借助于曲杆机构来控制。
此外，提出一种台车，所述台车具有上述特征或特性中的至少一个。
在所描述的用于将钢板热成型的成形方法中，可以使用基本上常见的结构钢制成的钢件，所述钢件在炉中被加热到其相应的成型温度上，以便达到材料、例如钢或铝的常态化。在一个钢种中，成型温度例如为900℃至930℃。要尽可能准确地进行温度的保持，以便不破坏钢的组织结构。钢件、即钢板可以是3×12m大的钢板，所述钢板在加热之后借助台车从炉中移动至成型站、即压制设备。在该成型站或压制设备中，转运到具有阴模的运模车上，所述阴模也才可称作胎模。因此，在此被加热的钢板借助于多个提升臂来提升并且台车更换成胎模。为此，将两者、即台车和接纳胎模的运模车优选安置优选在相同的轨道上。
提升臂构造成使得沿尽可能垂直的方向提升钢件，其中钢件、即钢板大致水平。
因此，台车直接地移到炉中并且从炉中移到成型站。至此，从现有技术中已知：借助基本上形成炉的完整下侧的车将钢件从炉中移出，并且然后从那里借助叉式升降机转运。但是在此，根据一种优选的解决方案提出，仅在炉底中使用窄的凹陷部，所述凹陷部比要加热的钢板的宽度更窄。
针对640吨的压制压力可以设计优选的压制设备或压具，并且通过多个、尤其八个单压具形成，所述单压具均匀工作，以便施加所需要的总压力。所述的压制压力是一个可行的实例并且例如根据材料种类和板大小也可以更高或更低。
此外根据本发明，提出根据本发明的实施例所述的焊接方法。这种焊接方法提出用于将形成的、尤其如上面所描述的那样成型的钢板连接成转子叶片或转子叶片区段。为此，将要连接的钢板彼此布置和固定成配置装置。所述配置装置因此由于该原因已经为要制造的转子叶片区段，其中该固定仅设计为使得能够进行用于最终的且固定的连接的焊接，而被成型的钢板在此未相互脱开。因此，所述配置装置基本上形成固定的板叠。在所述配置装置中，通过在焊接接合部的相应接触棱边处的焊接将钢板彼此连接。焊接在此通过焊接机器人实施为埋弧焊接。
埋弧焊接基本上作为用于长的、直的且水平的焊缝(例如管纵向焊缝)的全自动焊接方法。根据本发明现在提出：将借助于焊接机器人的埋弧焊接方法用于转子叶片区段的复杂的形状并进而复杂的焊缝。在此要注意的是，这种转子叶片区段例如可以由24个成型的钢板制成。在此，两个子区段例如可首先各由12个成型的钢板制成。在此，全部、至少大多数在此使用的钢板是不同的并且相应地也形成多个不同的焊缝。为此，在现有技术中至今为止没有提出埋弧焊接方法。
在埋弧焊接中的一个问题是：粉末也覆盖相应的焊接位置，以便由此实现相应隔离的焊接条件。基本上，粉末由于重力保持在其位置上。根据一种优选的实施形式现在提出，在焊接时由移动设备使配置装置移动，更确切地说，移动至使得焊接分别在焊接接合部的指向上方的区域上进行。在此，焊接接合部例如是沟槽或者沟槽形的槽，所述沟槽或槽通过两个要连接的钢板的两个倒棱的棱边彼此接触的方式形成。焊接接合部要尽可能位于上部，以便在焊接时粉末可在其上。属于此范畴的是：焊接接合部位于配置装置的内部中、即基本上位于要制造的转子叶片区段的内部中。即，要制造的转子叶片区段基本上是空心体，所述空心体例如具有外壳，所述外壳基本上相应于转子叶片区段在该区域中的表面。因此，要拼接的钢板基本上形成要制造的转子叶片区段的外层。在所述转子叶片或转子叶片区段的内部中可以增加并且也需要焊接有加固梁。
现在，为了焊接，例如可以具有带有六个关节的机器人臂的焊接机器人跟踪要分别焊接的焊接接合部。在此，使配置装置移动、尤其围绕大致水平的轴线转动，使得焊机机器人尽管沿着焊接接合部跟踪，但是分别找到大致水平的部段来焊接。因此优选地，以双重的方式和方法执行跟踪、即使配置装置并且钢板移动、尤其是转动，使得焊接接合部大致水平，其中焊接机器人沿着焊接接合部执行其余的跟踪。
因此，优选地，配置装置在焊接期间转动，这尤其以变化的速度进行。转子叶片区段在横截面中关于转子叶片纵轴线具有拉长的空心轮廓。通过以变化的速度转动可以考虑该情况。尤其，当相应长的轮廓部段在下方或上方时，转子叶片缓慢地或暂时甚至完全不转动，以便焊接机器人有足够的时间沿着相应的水平焊接接合部进行焊接。相应地，当仅仅短的部段、例如转子叶片前缘在转动时刚好位于下方或上方并且被焊接时，转动运动更快速地执行。
优选地，在了解要相应焊接的轮廓部段的情况下，根据所述转动的相应的角位置实施转动速度。
优选地，各两个成型的钢板的接触棱边在此设有倒棱，即所述倒棱共同地具有沟槽形状或楔形形状。所述沟槽形状或楔形形状通过下述方式而有助于焊接过程：在所述沟槽形的槽中可借助埋弧焊接方法处理至少一个焊缝。要注意的是：干净的焊接是重要的，并且需要指出的是，通常在其中一个焊接接合部中会处理多个焊缝。
此外，根据本发明提出根据本发明的实施例所述的用于将成型的钢板连接成转子叶片或转子叶片区段的焊接设备。所述焊接设备具有：至少一个焊接机器人，以用于通过埋弧焊接将在配置装置中相邻的钢板连接。此外，设有移动设备，所述移动设备用于使配置装置移动，使得分别在焊接接合部的指向上方的区域上进行焊接。所述焊接设备尤其配置用于，执行根据上述实施形式中的至少一种的上述焊接方法。
优选地，设有手动控制机构，焊接员借助所述手动控制机构可现场转换成手动运行并且可以借助手动控制机构在焊接时继续引导或辅助机器人。原则上，手动的埋弧焊接是有问题的，因为由于粉末焊接员不能够看清焊缝并且进而不能看清焊接结果或焊接过程。然而，尤其当焊接机器人偏离缝或者正面临偏离缝时，这种手动干预就会有意义。这例如当焊接机器人完全或部分地遵循预编程的缝走向但该缝偏离于预编程的缝走向时情况会如此。在此，现在例如可以通过将焊接机器人引回到焊缝或其中间来手动地进行再校准。
优选地，在此将24个钢成型件、即已经成型的钢板焊接组合成要制造的转子叶片区段。为此，钢成型件、即钢板引入到位置中并且焊接。为了焊接，在裁剪钢板时设有倒棱，使得两个组合的钢成型件的倒棱形成沟槽或类似的接合部。所述沟槽借助UP方法、即所谓的埋弧焊接方法利用多个位置并且借助于焊接机器人来焊接。通常，机器人不以UP方法焊接，或者其仅在一位置进行UP方法焊接，因为在任何位置的焊接之后都必须移除粉末，这需要手动操作。
优选地，焊接机器人通过下述方式部分地设置用于手动运行：其可以自动焊接，但是在此焊接员观察焊接机器人的工作并且必要时可进行干预。为此，可以设有相应的控制杆、其通俗而言为操纵杆。良好的焊接员可分辨出焊缝的质量并且干预由此会有意义，但是通常手动干预限于：当实际要焊接的部分偏离于作为基准的部分、尤其是稍微偏离时，焊接员修正性地干预。
UP方法的前提是：各要焊接的缝在下方，以便粉末不滑走。为此，根据一种实施形式提出，转子叶片转动，使得恰好要焊接的部位总是位于下方。如果焊接环形的缝，那么转子叶片区段连续地转动。在此要考虑的是，转子叶片区段不是圆形的，并且转动速度优选匹配于此。优选地，移动设备、尤其是用于转动转子叶片区段的转动设备具有三个转动轴线。焊接机器人优选具有六个关节，以便具有相应的自由度。
此外根据本发明，提出根据本发明的实施例所述的用于借助于等离子体机器人裁剪风能设备的要制造的转子叶片的成型的钢板的切割方法。等离子体机器人在此理解为激光机器人，其借助于激光束切割钢板。
提出了，切割方法首先运行，使得将加工件施加到成型台上，即固定地夹紧。成型台固定地与等离子体机器人连接，使得形成与机器人轴线固定的且已知的联接。接下来，等离子体机器人的加工头沿着加工件上设置的三维伸展的切割线引导，以便在所述区域中测量加工件并且检测加工件与作为基准的原始件之间可能的偏差并且确定具体的加工件的切割线，所述切割线下面也称作引导切割线。在此，尤其检测加工头距加工件的间距并且加工头以距加工件尽可能恒定的间距沿着其表面引导。为了测量间距，已经流过小的等离子体流，所述等离子体流引起：在所设置的、匹配于加工件的切割线上形成标记线，所述标记线也可称作标记缝。等离子体机器人在测量时采用改变的、即匹配于加工件的切割线，所述切割线存储为引导切割线并且对应于标记缝。出于简洁原因，测量过程的特征也能够结合标记缝的设定来阐明，尽管标记缝的设定不是绝对重要的、在任何情况下所设定的标记缝的结果都不是绝对重要的。
在将加工件定位和/或夹紧在成型台上时，确定基准平面，所述基准平面大致应当为用于具体的加工工件的平均的平面。所述基准平面可以针对不同的工件不同地选择，优选针对结构相同的工件采用所述基准平面并进而相同地选择。在测量时并且优选也在切割时，两个运动方向是重要的，所述运动方向下面也称作冲压方向和刺穿方向或者简化地称作冲压或刺穿。垂直于所述基准平面实施的移动称作冲压。在工作方向上、即在等离子体机器人的切割激光指向的方向上伸展的移动称作刺穿。因此，方向、冲压和刺穿可以是相同的，即在激光垂直于基准平面的位置处是相同的。激光在下述位置垂直于基准平面，在所述位置中加工件的当前的加工位置相对于基准平面平面平行。
在加工头沿着所设置的切割线引导期间，可以预期加工件尤其相对于所存储的原始件在高度上的偏差、即在冲压方向上的偏差、即垂直于基准平面的偏差。只要两个方向不一致，这种偏差对于等离子体机器人而言是可察觉的、因此察觉为刺穿和冲压方向上的偏差。相应地，等离子体机器人的加工头的跟踪因此能够以大致恒定的间距也在冲压方向和/或刺穿方向上进行。优选地，为了跟踪加工头，从所述偏差中确定校正值，所述校正值具有冲压方向上的和刺穿方向上的分量。特别优选地，从两个偏差分量中形成平均的校正值，所述校正值考虑两个偏差分量。当“a1”是冲压方向上的偏差并且“a2”是刺穿方向上的偏差时，冲压方向上的校正值“k1”和刺穿方向上的校正值“k2”如下计算：
k1＝0.5*a1；k2＝0.5*a2
所得出的校正通过两个校正分量的向量相加来得出。在上述计算中，a1和a2分别分成50％。替选地，针对a1或a2采用权重g1和g2。因此，得到下述关系：
k1＝g1*a1；k2＝g2*a2
对于g1＝g2＝0.5而言，两个计算规则相同。理想地，g1和g2之和等于1。为了考虑小的非线性会有意义的是，所述和相对于1偏差几个百分点，当加工头从凹形的侧起测量加工件时，尤其比1大1％至5％，当加工头从凸形的侧起测量加工件时，尤其比1小1％至5％。优选地，从凹形的侧起测量。
因此，从实际观点来看，必须基于：所获得的、成型的、要切割的钢板、即加工件并不准确地具有理想假设的形状、即作为基准的原始件的形状并且此外还从(理论上相同的)首先成型的钢板变化。因此，描述所测量的缝的标记缝实际上与切割线不相同，因为成型的钢板件通常不具有理想的形状。
然后提出，借助于等离子体机器人的加工头通过根据在测量时确定的引导切割线控制加工头来切割钢板。标记缝描述所述确定的引导切割线。在此，沿着标记缝引导优选基于在测量具体的加工件时所记录的数值来进行，使得在任何情况下机器人都不需要可能可见的标记线。在此要再次强调的是，为了制造转子叶片区段必须组合多个不同的钢板，所述钢板在其成型之后事先必须被适当地切割。所述成型的钢板件需要切割线并进而在端部处需要切割棱边，所述切割棱边实际上在三个笛卡尔方向中都不是恒定的。三维伸展的切割线或三维伸展的标记缝因此可以理解为不在平面中的线或缝。因此，与例如切割管的情况相比，在此线或缝有显著更复杂的形状。如果切割这种管、尤其横向于纵向方向切割，得到圆形的切割棱边。当然示例性的管是三维的，并且圆形的切割棱边基本上在该空间中延伸，但是存在一个平面，在所述平面中存在示例性提及的圆形的切割棱边，即通常如下切割棱边，管纵轴线相对于所述切割棱边行形成法线。并且就此而言可以将圆形的切割棱边完整地视为二维的切割棱边，所以相应地仅考虑所述平面。
这在复杂的成型的钢板、如作为本发明的基准的钢板中至少对于一些切割棱边而言情况并非如此。本切割方法因此基于三维的控制、即在三个笛卡方向上跟踪加工头。
优选地，所提出的切割方法也执行倒棱的切割作为沟槽形的或楔形的焊接接合部的配置，如其在上面结合焊接方法所描述的那样。由此已经可在切割时配置所设计的埋弧焊接，所述埋弧焊接在此借助于每个接合部多个位置、即多个焊接缝来进行。
此外，提出根据本发明的实施例所述的用于裁剪风能设备的要制造的转子叶片的成型的钢板的等离子体机器人。所述等离子体机器人包括：加工头，所述加工头具有用于发出用以切割钢板的激光的激光束发生器。此外，设有移动机构，尤其多关节的机器人臂以用于移动和跟踪加工头。此外，设有传感器，以用于检测标记缝和/或用于检测钢板的表面。尤其，等离子体机器人配置用于执行根据所述实施形式中的至少一种的上述切割方法。
因此，根据一种实施形式至少提出将等离子体机器人、即激光机器人用于切割形成的或成型的钢板。这种方法设计为：首先沿着期望的切割线、即所谓的原始切割线对成型的钢板进行测量，并且在此确定具体的切割线、即所谓的引导切割线，其中能够设定标记缝，所述标记缝对应于引导切割线。在此于是考虑钢板的理想形状的偏差。机器人在测量、确定引导切割线并且设定标记缝时匹配具体的轮廓，所述机器人在此基本上行经所述轮廓。机器人在此经由等离子体束获得关于距钢板的间距的信息、即距钢件的壁的间距的信息，并且可以跟踪其相应的当前的位置。在此，采用对应于引导切割线的准确的移动轨迹，并且存储在控制装置中。机器人然后在接下来的切割中遵循所述轨迹。特别地，应当再次指出：在表面在三个笛卡尔方向上改变的意义下，要切割的对象、即变形的或成型的钢板是三维对象。据此出现下述问题：即在表面偏差于理想形状时判定：应当沿何种方向跟踪激光。因此如果要进行刺穿，即沿着激光束的方向上，或如果要进行冲压、即横向于基准平面。在此提出，设置两个方向的组合或折衷。
此外，在裁剪时，将经冷却的钢件(其在热成型之后被冷却)借助于液压设备保持在相应的基座上。板被下压到所述基座上并且由此要在切割时避免变形。
此外，提出风能设备的转子叶片，所述转子叶片包括具有多个钢板的钢部段，其中钢板借助根据本发明的成型方法成型、借助根据本发明的焊接方法连接和/或按照根据本发明的切割方法裁剪。
此外，提出一种具有一个或多个这种转子叶片的风能设备。
附图说明
以下，示例性根据实施例参考附图详细地阐明本发明。
图1示出风能设备的立体图。
图2示出成型站的立体图。
图3示出图2中的成型站的侧视图。
图4示出压制设备或压制站的正视图。
图5示出炉连同台车的正视图。
图6示意性地示出用于对转子叶片区段进行埋弧焊接的焊接设备。
图7示出用于借助于等离子体机器人切割钢板的流程图。
图8阐明等离子体机器人的加工头的跟踪任务。
图9示意性地示出图8的一部分。
具体实施方式
以下针对类似但不相同的元件使用相同的附图标记，以便强调可能的这种元件的功能的共同性。
图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。具有整流罩110和三个转子叶片108的转子106布置在吊舱104上。转子106在运行时被风置于转动运动中并且由此驱动吊舱104中的发电机。
图2示出成型站200的立体整体视图。所述成型站200的主要元件是炉202，所述炉在此构成为退火炉；压制设备204，所述压制设备也可称作压制站；台车206，所述台车将钢板从炉202运输至压制站；运模车208，在压制设备204中钢板从台车206被转运到所述运模车上；和将炉202和压制站连接的轨道系统210。图2的立体图示出炉202的开口212，台车206穿过所述开口能够将要加热的钢板移入到炉202中或者又从其中移出。台车206为此在基本上仅包括轨道对的轨道系统210上随承载台214移入到炉202中。在此，在承载台上承载钢板并进而运送到炉202中。图2的说明图没有示出这样的钢板。轨道系统210在此布设在炉202之下或者炉底216之下。长形的底部开口218在炉202的区域中在炉底216中构成在轨道系统210之上。
成型站200的侧视图示出其结构并且此外示出连续的轨道系统210，所述轨道系统伸到炉202的结构中，当然不是布设在炉202本身中，而是布设在所述炉202之下。在炉202的区域中，说明性地绘制出两个人员220以用于展示装置的大小。
台车206安置在轨道系统210上并且在其上引导，所述台车具有行驶机构222和承载台224。承载台224设置有多个支承点，要加热的或经加热的钢板226位于所述支承点上。就此而言，承载台没有台板，而是仅具有该数量的支撑点。承载台224经由相应连接的承载结构228与行驶机构222连接。
轨道系统210伸到压制设备或压制站，所述压制站具有八个单压具230，所述单压具沿着轨道系统210布置成两排并且在图3中可以看到其中的四个单压具230。所述八个单压具230共同地移动成型冲头232。
除单压具230之外也还示出提升臂234，其中在所示出的实施例中设有十六个件，其中在图3中可以看到八个。当台车206到达压制站中或压制设备中时，借助于所述提升臂234从台车206中提升钢板226。如果通过所述提升臂234提升钢板226，那么台车206又移动至图3中示出的位置并进而从压制站中移出。所示出的运模车208然后进入压制站中移动到借助于提升臂234提升的钢板226之下。钢板226然后可以借助于提升臂234下降到运模车208上，由此钢板226松动地位于也可称作胎模的阴模236上。然后，可借助于通过八个单压具230操作的模具或成型冲头232将被加热的钢板226压紧到钢板上，使得钢板226可具有成型冲头232和与其配合的胎模236的形状。
因此，在图3中示出：运模车208处于布置在压制站之外的等待位置中。运模车具有运模车行驶机构238，所述运模车行驶机构具有非常高的稳定性并且能够吸收大的力，因为所述运模车行驶机构不仅必须承载钢板226，而且也必须承载胎模236的重量。
图4示出压制站的正视图并且在此提供运模车208上的成型冲头232的正视图，并且其示出提升臂234。
成型冲头232通过八个单压具230同时并且均匀地移动到胎模236上以用于将钢板226成型。运模车208借助其运模车行驶机构238在轨道系统210上移动并且经由模具承载件240承载胎模236。为了压制钢板226，模具承载件240可以置于布置在运模车行驶机构238两侧的承载支座242上。由此能够实现：在压制钢板226时不必由运模车行驶机构238吸收在此形成的巨大压力。
为了提升和下降钢板226，设有提升臂234，所述提升臂具有板支座244，提升臂234可随所述板支座到达到钢板226之下。通过提升臂234的所选择的机构实现尽可能均匀地、垂直地提升钢板226。
图5示出炉202和台车206的示意性正视图。炉202具有炉内腔246和至少一个炉底216。台车206借助其行驶机构222安置在轨道系统210上。承载结构228从行驶机构222穿过长形的底部开口218伸展到炉腔246中。承载台224布置在炉腔246中并且由承载结构228承载。在承载台224上示出钢板226，所述钢板在炉202中并进而在炉腔246中被加热。
示意示出的图6的焊接设备600包括焊接机器人602和移动设备604。在移动设备604中将转子叶片区段606固定在移动设备604中。该固定在图6的视图中没有被示出。因此，转子叶片区段606借助于移动设备604围绕纵轴线608转动。纵轴线608延伸到绘图平面中并且在此仅作为点示出。移动设备604为此具有转盘610，所述转盘围绕所述纵轴线608转动。为此，设有驱动马达612，所述驱动马达通过过程控制计算机614控制。
焊接过程由焊接头616实施，所述焊接头形成加工头并且布置在焊接机器人602的多关节的机器人臂618上并且由所述机器人臂引导。焊接分别在转子叶片区段606的当前的焊接部位620处进行。图6示出当前的焊接部位620作为布置在转子叶片区段606的内腔中的焊接部位。同样，也可以焊接在外部的焊缝，所述焊缝相应分别在转子叶片606上方。
移动装置604通过转盘610并且转子叶片区段606围绕纵轴线608的转动而实现当前的焊接部位620总是布置在转子叶片区段606的水平的部段上。对于所示出的内部焊接的情况而言，这表示，移动设备604实现当前的焊接部位620基本上总是位于下方。在外部的焊接的情况下，这基本上表示：当前的焊接部位620基本上总是位于上方。
当前的焊接部位620的准确位置在此沿两个垂直于纵轴线608的方向改变，所述方向在图6中作为x方向和y方向绘出。根据要焊接的缝的走向，也可以增加在纵轴线608的方向上的运动。为了完整性要指出的是：在焊接之前也可称作为配置装置的所示的转子叶片区段606基本上为空心体，所述空心体用作用于转子叶片或转子叶片的一部分的基准。因此，具体的气动形状必须在空心体的焊接阶段中仍未被设置。特别地，可以以后补充元件例如尖细的后缘轮廓。
为了考虑当前的焊接部位620的位置的改变，焊接机器人602借助说明性示出的机器人臂618使焊接头616跟踪相应当前的焊接部位620。需要指出的是：在图6中，焊接机器人602的布置也仅为说明性的。特别地，机器人臂618不穿过转盘610并且也不穿过转子叶片区段606的蒙皮。更确切地说，转子臂618在纵向方向上大致沿着转动轴610被引导穿过转盘610并且引导到转子叶片区段606中。这种机器人臂可以具有超过20m的长度，尤其至35m的长度。
此外，在焊接机器人602上设有手动控制机构622，人员624可借助所述手动控制机构补充性地手动干预焊接控制。
图7示出用于借助于等离子体机器人切割成型的钢板的简化的流程图，即借助于通过激光切割成型的钢板的机器人。切割流程700在定位块702中始于将钢板固定并进而定位在预设位置中。
接下来，根据数据块704进行数据选择，在所述数据中尤其针对当前要切割的钢板存储用于相应的切割线的、尤其用于所设置的原始切割线的数据。数据块704逻辑上设置在定位块702之后，因为首先通过确定要切割的钢板而清楚的是：使用何种数据组。例如，为了制造由钢制成的转子叶片区段可以使用24个不同的、成型的钢板。但是原则上，定位块702和数据块704的时间顺序可以按相反的方向进行。也考虑同时实施。
然后在标记块706中，根据所选择的数据在成型的钢板上行经期望的切割线、即所设置的原始切割线作为轨迹并且在此测量钢板，并且确定和存储与这样所测量的钢板匹配的引导切割线，以及设定标记缝。在此，标记缝是可见的结果，这为标记块706命名。重要的是确定和存储引导切割线。所述引导切割线在加工头、即焊接头基于原始切割线跟踪钢板的实际走向期间被确定。
接下来，在也可称作Cut块708的切割块708中，重新借助等离子体机器人或其加工头行经钢板，更确切地说，基于之前记录的引导切割线并且进而沿着在标记块706中设定的标记缝来行经。在此，加工头的跟踪非常精确地进行并且在此沿着标记缝进行钢板的切割。
钢板现在被裁剪并且可以为现在被裁剪的钢板的一个、多个或全部棱边连接有倒棱块710，其中等离子体机器人以其加工头行经所涉及的棱边并且倒棱，以便由此当组合两个具有这种倒棱的棱边、即相应地两个钢板时，将焊缝配置作为沟槽形状。
此后，切割过程基本上结束并且钢板可从其固定部中取出并且继续加工。图8示出具有加工头712的等离子体机器人722。此外，在图8中示意地示出钢板714的实际的裁剪，为了示出其选择实线，并且借助虚线示出代表原始钢板和原始加工件的假设的钢板716，所述原始钢板和原始加工件形成确定也可视作最佳的切割特征曲线的原始切割特征曲线的基准。此外，在图8中示意地示出基准平面720。基本上，在该示意图中示出基准平面720和两个钢板714和716的侧视图，但是所述侧视图是纯示意性的。特别地，这两个钢板714、716也弯曲到绘图平面中，这出于简洁原因而没有示出。
图8在此示出在测量实际存在的要再加工的钢板714时加工头712的快照。在该快照中示出的加工头712示出其相对于在假设的原始钢板716上的点P0的理想化的位置。从点P0起在冲压方向R1上得出距实际钢板714的间距a1。此外，从点P0起在刺穿方向R2上得出相对于实际钢板714的间距a2。现在有多种可能性：由于相对于实际钢板714的所确定的偏差而跟踪加工头712。如果加工头712在冲压方向R1上改变了间距a1已进行校正，那么得到所示的加工头位置731。代替于此，如果加工头712在刺穿方向R2上改变了间距a2以进行校正，那么得到加工头的第二位置732。但是根据一种实施形式，提出如下校正，所述校正提出将引导至第一位置731或第二位置732的两种校正组合。所提出的该第三位置对于加工头而言用附图标记733表明。所述位置考虑在冲压R1方向上的偏差a1还有在刺穿方向R2上的偏差a2。为此，在图9中阐明精确的计算。
图9放大地首先示出冲压方向的和刺穿方向的两个间距a1和a2。在此提出，将冲压方向的一半的间距a1用作校正向量。在刺穿方向上的一半的间距a2用作校正向量。向量相加产生总校正向量。借助所述校正向量可从最佳的点P0中确定新的点PN。新的点PN也在图8中绘出并且相应于加工头的第三位置733。通过在考虑冲压方向R1上的偏差a1和刺穿方向R2上的偏差a2的情况下进行用于加工头712的校正的计算产生有利的结果，即新的点PN的并进而加工头的修正的位置733的有利的计算。
Claims (26)
1.一种用于将风能设备(100)的要制造的转子叶片(108)的钢板(226)进行热成型的成型方法，所述成型方法包括下述步骤：
-在所述钢板(226)位于台车(206)上期间将所述钢板(226)在炉(202)中加热，
-借助所述台车(206)将被加热的所述钢板(226)从所述炉(202)移动到压制设备(204)中以用于热成型，
-将运模车(208)移动到压制设备(204)中，
-在所述压制设备(204)中将被加热的所述钢板(226)从所述台车(206)转运到具有阴模(236)的运模车(208)上，并且
-通过至少一个成型冲头(232)压制所述钢板(226)，所述成型冲头压制到所述钢板(226)上，使得所述钢板在所述成型冲头(232)与所述阴模(236)之间成型，所述钢板具有所述成型冲头(232)的和所述阴模(236)的形状，其中
进行所述转运，使得
-从所述台车(206)提升所述钢板(226)，
-将所述台车(206)在所述钢板(226)之下移出，
-利用所述运模车(208)将所述阴模(236)移到所述钢板(226)之下，并且
-将所述钢板(226)下降到所述运模车(208)上。
2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述台车(206)在轨道系统(210)上从所述炉(202)移到所述压制设备(204)，并且所述运模车(208)在所述轨道系统(210)上移入所述压制设备(204)中。
3.一种用于根据权利要求1或2所述的方法将钢板(226)热成型的成型设备(200)，其包括：
-炉(202)，以用于加热所述钢板(226)，
-压制设备(204)，以用于成型所述钢板(226)，
-台车(206)，以用于将所述钢板(226)从所述炉运输至所述压制设备，其中
-所述炉(202)具有带有底部开口(218)的炉底(216)，和
-所述台车(206)的特征在于，
-具有行驶机构(222)，以用于从所述炉(202)移动至所述压制设备(204)，
-具有承载台(224)，以用于在所述炉中加热时并且用于在从所述炉(202)运输至所述压制设备(204)时承载所述钢板，和
-承载结构(228)，以用于将所述承载台(224)与所述行驶机构(222)连接，
其中所述承载结构(228)构成为，使得当所述承载台(224)在所述炉(202)中承载所述钢板(226)时，所述承载结构从所述行驶机构(222)穿过所述底部开口(218)伸到所述炉(202)中的所述承载台(224)，并且进一步包括：
-能移动的运模车(208)，以用于在所述压制设备(204)中接纳所述钢板(226)并且用于在成型时利用所述运模车(208)提供阴模(236)，其中
-所述压制设备(204)具有提升设备，以用于将所述钢板(226)从所述台车(206)中均匀地提升并且用于将所述钢板均匀地下放在所述运模车(208)上。
4.根据权利要求3所述的成型设备(200)，所述成型设备构成为，使得所述台车(206)在炉(202)打开时随所述承载结构(228)能够移入所述底部开口(218)中或者能够从所述底部开口(218)中移出，所述底部开口(218)构成为所述炉底(216)中的槽形的开口。
5.根据权利要求3或4所述的成型设备(200)，其特征在于设有轨道系统(210)，以用于将所述台车(206)从所述炉(202)移动至所述压制设备(204)并且用于将所述运模车(208)移动到所述压制设备(204)中并且从所述压制设备(204)中移出，其中所述轨道系统(210)具有轨道对，所述台车(206)和所述运模车(208)以能移动的方式布置在所述轨道对上。
6.根据权利要求3所述的成型设备(200)，其特征在于，所述提升设备具有多个分别设有运动机构的提升臂(234)，以用于侧向地反扣到所述钢板(226)之下。
7.根据权利要求3所述的成型设备(200)，其特征在于，所述压制设备(204)具有多个单压具(230)，以便共同地压制成型冲头(232)，以用于将布置在所述运模车(208)上的所述钢板(226)成型，其中所述单压具(230)具有自己的驱动单元。
8.一种台车(206)，其用于将钢板(226)从用于加热所述钢板(226)的炉(202)运输至用于将所述钢板(226)热成型的压制设备(204)，其特征在于，所述台车(206)配置为使用在根据权利要求1或2所述的方法和根据权利要求3至7中的任一项所述的成型设备(200)中。
9.一种用于将成型的钢板(226)连接成转子叶片(108)或转子叶片区段(606)的焊接方法，其中，成型的钢板(226)利用根据权利要求1或2所述的用于将风能设备(100)的要制造的转子叶片(108)的钢板(226)进行热成型的成型方法成型，并且所述焊接方法具有下述步骤：
-将要连接的所述钢板(226)彼此布置和固定成配置装置，
-通过在相应的、形成焊接接合部的接触棱边处的焊接将所述钢板(226)彼此连接，其中所述焊接通过焊接机器人(602)实施为埋弧焊接。
10.根据权利要求9所述的焊接方法，其特征在于，所述配置装置在焊接时被移动设备(604)移动，使得所述焊接分别在所述焊接接合部的指向上方的区域上进行。
11.根据权利要求9或10所述的焊接方法，其特征在于，所述配置装置在所述焊接期间转动。
12.根据权利要求11所述的焊接方法，其中所述配置装置以变化的速度围绕水平轴线(608)和以角度相关的速度转动。
13.根据权利要求10所述的焊接方法，其特征在于，所述移动设备(604)转动所述配置装置，使得所述焊接接合部的要焊接的区域位于上方，并且所述焊接机器人(602)沿着所述焊接接合部来跟踪。
14.根据权利要求11所述的焊接方法，其特征在于，所述移动设备(604)转动所述配置装置，使得所述焊接接合部的要焊接的区域位于上方，并且所述焊接机器人(602)沿着所述焊接接合部来跟踪。
15.根据权利要求9所述的焊接方法，其特征在于，将所述接触棱边倒棱，使得所述焊接接合部具有沟槽形状。
16.一种用于实施根据权利要求9至15中任一项所述的焊接方法来将成型的钢板(226)连接成转子叶片(108)或转子叶片区段(606)的焊接设备(600)，所述焊接设备包括：
-焊接机器人(602)，以用于通过在由所述钢板的贴边形成的焊接接合部处的埋弧焊接将彼此布置且固定成配置装置的钢板连接，
-移动设备(604)，以用于移动所述配置装置，使得分别在所述焊接接合部的指向上方的区域上进行焊接。
17.根据权利要求16所述的焊接设备(600)，其特征在于，所述焊接机器人(602)具有手动控制机构，以用于手动控制所述焊接机器人(602)。
18.一种用于裁剪风能设备(100)的要制造的转子叶片(108)的成型的钢板(226)的切割方法，其中所述成型的钢板(226)利用根据权利要求1或2所述的用于将风能设备(100)的要制造的转子叶片(108)的钢板(226)进行热成型的成型方法来成型，并且所述切割方法借助于等离子体机器人执行并且包括下述步骤：
-沿着所设置的原始切割线测量成型的钢板，并且在此基于原始切割线和所测量的、成型的钢板来确定三维伸展的引导切割线，
-借助于所述等离子体机器人的加工头(712)通过沿着所述引导切割线控制所述加工头(712)来切割所述钢板。
19.根据权利要求18所述的切割方法，其特征在于，
-在确定所述引导切割线时在所述钢板上设定三维伸展的标记缝，所述标记缝对应于所述引导切割线，和
-所述等离子体机器人在切割时跟随所述标记缝。
20.根据权利要求18或19所述的切割方法，其特征在于，在切割所述钢板时切割倒棱作为沟槽形的焊接接合部的配置，所述焊接接合部通过组合两个分别具有这种倒棱的切割棱边形成。
21.根据权利要求19所述的切割方法，其特征在于，所述加工头(712)具有激光束发生器，以用于沿射束方向发出激光束以切割所述钢板(226)，其中所述加工头(712)在测量或切割时沿着所述原始切割线、所述引导切割线或标记缝引导，使得所述加工头在其距所述钢板(226)的间距方面同时沿射束方向和沿横向于预设的基准平面的方向来跟踪。
22.一种用于根据权利要求18至21中的任一项所述的切割方法来裁剪风能设备(100)的要制造的转子叶片(108)的成型的钢板(226)的等离子体机器人，其中所述成型的钢板(226)利用根据权利要求1或2所述的用于将风能设备(100)的要制造的转子叶片(108)的钢板(226)进行热成型的成型方法来成型，并且所述等离子体机器人包括：
-加工头(712)，所述加工头具有用于发出激光来切割所述钢板(226)的激光束发生器，
-移动机构，以用于移动和跟踪所述加工头，和
-分析机构，以用于检测距所述钢板(226)的表面的间距。
23.根据权利要求22所述的等离子体机器人，其中所述移动机构是多关节的机器人臂。
24.根据权利要求22所述的等离子体机器人，其中所述分析机构用于基于所述加工头与所述钢板之间的等离子体流来检测距所述钢板(226)的表面的间距。
25.风能设备(100)的一种转子叶片(108)，其包括具有多个钢板(226)的钢板部段，其中所述钢板(226)
-借助根据权利要求1或2所述的成型方法来成型，
-借助根据权利要求9至15中的任一项所述的焊接方法来焊接，和/或
-借助根据权利要求18至21中的任一项所述的切割方法来裁剪。
26.一种风能设备(100)，其具有根据权利要求25所述的至少一个转子叶片(108)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20180130 Termination date: 20210703 |
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