CN103958163B - 用于制造部件的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造连接到附接元件（22）的纤维复合部件（3、4、5）的设备（10），该部件用于风力涡轮机（1）的转子叶片（2）。所述纤维复合部件（3、4、5）由至少一种纤维材料（15、21）和至少一种基体材料制成，且附接元件（22）设有布置在纤维复合部件（3、4、5）外部的第一区域（221）和并入到所述纤维复合部件（3、4、5）中的第二区域（222）。该设备包括用于所述纤维复合部件（3、4、5）的制造模具（11）和保持设备（13），该制造模具（11）包括凹部（12），凹部（12）具有用于接纳附接元件（22）的第一区域（221）的第一区域（121），保持设备（13）用来将可流动的基体材料与所述凹部（12）的第一区域（121）保持分开。

Description

用于制造部件的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造纤维复合部件的设备，该纤维复合部件被或将被连接到附接部分元件，用于风力涡轮机的转子叶片，其中附接部分元件设有布置在纤维复合部件外部的第一区域和并入到所述纤维复合部件中的第二区域。此外，本发明涉及一种制造用于风力涡轮机的转子叶片的纤维复合部件的方法。另外，本发明涉及用于风力涡轮机的转子叶片的纤维复合部件、风力涡轮机的转子叶片和风力涡轮机。
背景技术
已知用于风力涡轮机的转子叶片由多个个别零件制成，这些个别零件在纤维复合设计中个别地制造并且被粘合在一起以形成转子叶片。这些个别零件中的一些具有大的尺寸并且一般是平面的，也就是说厚度大大小于长度和宽度。
为了生产以纤维复合设计的大的个别零件来说，例如在现有技术中已知所谓的真空灌注技术。干的纤维半成品从而被铺在模具中，该模具确定该个别零件的最终表面形状。具有纤维半成品的模具被密封和排空，例如借助于真空膜。然后模具与一定量的树脂连接，该树脂由于在模具中占优势的负压而被吸入模具中，并且使纤维半成品在此处浸透。树脂硬化之后，然后部件被从模具取出并且被进一步加工。
附接部分，例如缆线或保持装置，在制造用于转子叶片的个别零件期间被部分地紧固或相应地并入该个别零件中。据此可以要求，附接部分是分段地并且无损坏个别零件地从外部可接近的。
在现有技术中已知，附接部分与纤维半成品和用于转子叶片个别零件的其他部件一起插入制造模具中并且用真空膜密封该制造模具，其中附接部分的需要以后从外部可接近的那些零件被放在密封件外部。这个方法在密封制造模具时要求相对高的劳动量和非常细心。此外，其只在附接部分需要被附接在转子叶片个别零件的背离模具的侧部上时被使用。
可选地，转子叶片个别零件首先被生产为不具有附接部分，其中附接部分随后被紧固到完成的转子叶片个别零件，例如通过粘合剂结合或层压。这个方法要求另外的加工周期并且因此是耗时且昂贵的。
发明内容
本发明的目的是，提出用于制造纤维复合部件的设备和方法，该纤维复合部件被或将被连接到附接元件，用于风力涡轮机的转子叶片，其中将获得省时且廉价的制造。本发明的目的还包括提供相应的部件、相应的转子叶片和相应的风力涡轮机。
该目的通过一种用于制造纤维复合部件的设备解决，该纤维复合部件被或将被连接到附接元件，用于风力涡轮机的转子叶片，其中纤维复合部件由或将由至少一种纤维材料和至少一种基体材料制造，其中附接元件设有布置在纤维复合部件外部的第一区域和结合在纤维复合部件中的第二区域，该设备包括用于纤维复合部件的制造模具和保持设备，该制造模具具有凹部，其中该凹部具有第一区域，该第一区域用于接纳附接元件的第一区域，借助于该保持设备，流体基体材料被或将被与凹部的第一区域保持分开。接着，用于纤维复合部件的其他材料组成部分，特别是至少一种纤维材料，例如由玻璃纤维、碳纤维或塑料纤维制成的织物、非编制织物或粗纱被并入制造模具中，并且用流体基体材料例如树脂、人造树脂或铸塑树脂润湿或相应地浸透。基体材料硬化之后，纤维复合部件被提供，其中纤维材料的纤维被或将相应地嵌入到由硬化的基体材料制成的基体中。
由本发明实现，与纤维材料一起，特别是还有附接元件的第二区域被或将被嵌入纤维复合部件的基体中并且因此结合到纤维复合部件中，而附接元件的第一区域未与基体材料出现接触并且因此保持在基体之外。
在本发明的框架内，凹部的设计是关于个别情况的相应需要可调的。这样例如可想象的是，在第一区域中的凹部显示穿过制造模具的穿透部，其中附接元件的第一区域被或将被至少部分地布置在制造模具外部。在这个情况下，仅凹部的第一区域和合适的密封件是必需的，其与附接元件的第一区域相比是相对小的。
本发明具有优势，即附接元件在制造纤维复合部件期间以期望的方式被结合，其中与制造无结合的附接元件的可比较的纤维复合部件相比，仅需要简单且较不复杂的附加制造步骤，即将附接元件插入制造模具和区域性地密封凹部。
另一优势是，附接元件的定位被或相应地将被制造模具中的凹部指定。因此，不但附接元件的更精确定位而且附接元件的位置的改进的可重复性都是关于以上描述的已知制造方法而成为可能的。
凹部优选地具有第二区域以接纳附接元件的第二区域，以使该有利的副效应得到进一步增强。
另外，优选地还提供了，保持设备被设计为密封件，借助于该密封件，凹部的第一区域被或将被对可流动基体材料不渗透地密封。
在本发明的框架内，密封件应特别地被理解为障碍物，其主要阻止可流动基体材料进入凹部的第一区域中，使得纤维复合部件的基体不在这个区域上延伸。密封件例如通过适合于凹部的密封主体的插入或通过用密封物质至少部分地填充凹部或凹部的相应第一区域来实现。
在特定情况下本发明的另一种有利的实施方式提供了，用于凹部的第一区域的保持设备以可再使用的方式设计。可再使用的保持设备或密封件被提供，例如在于凹部的第一区域在制造第一个纤维复合部件时借助于密封物质被密封，其中该密封物质设计为成硬化或被硬化。由此提供了密封主体，其可用于制造其他相同构造的纤维复合部件。
本发明的特别优选的设计方案提供了，用于凹部的第一区域的保持设备由硅树脂制成。该材料可以被特别灵活地使用，并且特别地使得其作为密封物质的使用以及形成密封主体都成为可能。
在本发明的优选实施实施方式的情况下，还提供了覆盖物，借助于覆盖物，凹部的第二区域被或将被至少部分地对流动基体材料以可渗透的方式覆盖。因此，该覆盖物被或相应地将被结合或相应地合并到纤维复合部件的基体中，如同附接元件的第二区域。覆盖物防止用于纤维复合部件的纤维材料降入凹部、形成褶皱或故障或以其它方式在模具中移位，这会在某些情况下引起纤维复合部件的改变机械性能。
当用于凹部的第一区域的保持设备的顶侧和/或用于凹部的第二区域的覆盖物的顶侧大体上呈现制造模具的关于凹部的内表面的延续时，这也是特别有利的。
如果凹部和/或用于凹部的第一区域的保持设备和/或用于凹部的第二区域的覆盖物被或相应地被设计为至少分段地在形状上与附接元件互补，这也是有利的。附接元件的改进定位和凹部的第一区域的简化侧部密封据此成为可能。
用于凹部的第二区域的覆盖物例如被设计为硬质纤维板。这种类型的覆盖物是容易加工和调整、廉价且轻的。
该目的还通过用于制造纤维复合部件的方法解决，该纤维复合部件与或将与附接元件连接，用于风力涡轮机的转子叶片，其中纤维复合部件由或将由至少一种纤维材料和至少一种基体材料制成，其中附接元件设置布置在纤维复合部件外部的第一区域和结合到纤维复合部件中的第二区域，该方法包括以下处理步骤：
-将附接元件插入到用于纤维复合部件的制造模具中，该制造模具具有凹部，其中附接元件的第一区域被或将被布置在凹部的第一区域中，
-将凹部的第一区域与流动基体材料密封开，
-将用于纤维复合部件的纤维材料和可流动基体材料引入到制造模具中。
接着，用于纤维复合部件的其他材料组成部分，特别是至少一种纤维材料，例如由玻璃纤维、碳纤维或塑料纤维制成的织物、非编制织物或粗纱被并入制造模具中，并且用流体基体材料例如树脂、人造树脂或铸塑树脂润湿或相应地浸透。基体材料硬化之后，然后纤维复合部件被提供，其中纤维材料的纤维被或将相应地嵌入到由硬化的基体材料制成的基体中。
纤维复合部件与附接元件一起从制造模具除去并且这时可进一步加工。由此特别地可想象的，附接元件的第一区域被从密封件释放并且若有可能则至少部分地被与纤维复合部件隔开。密封件也能从纤维复合部件除去。
根据本发明的方法因此例如另外的特征在于，至少一部分纤维材料被或将被在制造模具中布置在附接元件的第二区域之下。因此提供对于纤维复合部件和附接元件之间的连接的另外强化，因此使除去或拆下附接元件变得困难。
特别优选的是，附接元件的第二区域被或将被布置在凹部的第二区域中，其中特别地凹部的第二区域被或将被至少部分地以对流动基体材料可渗透的方式覆盖。
在根据本发明的方法的特别优选的实施方式中，还设置了，凹部的第一区域被或将被用硅树脂密封。
该目的还通过纤维复合部件解决，特别是转子叶片梁腹，其用于风力涡轮机的转子叶片，其中附接元件设有布置在纤维复合部件外部的第一区域和结合到纤维复合部件中的第二区域，该目的是通过执行以上根据本发明描述的方法而可获得的。
该目的也通过具有根据本发明的纤维复合部件的用于风力涡轮机的转子叶片解决以及通过具有根据本发明的转子叶片的风力涡轮机解决，该纤维复合部件例如是转子叶片梁腹。在根据本发明的转子叶片的情况下，附接元件例如是避雷设备的一部分，特别是避雷缆线。
附图说明
在不限制本发明的一般目的的情况下，本发明被基于示例性实施方式关于附图在下文中描述，借此清楚地指的是关于未在本文中更详细地解释的根据本发明的全部细节的公开内容的附图。在附图中：
图1示意性地示出了风力涡轮机，
图2示意性地示出了穿过根据本发明的风力涡轮机的示例性转子叶片的透视截面图，
图3示意性地示出了根据本发明的制造用于风力涡轮机的转子叶片的纤维复合部件的设备的示例性制造模具，
图4a示意性地示出了沿着线A-A的来自图3的制造模具的截面图，
图4b示意性地示出了沿着线B-B的来自图3的制造模具的截面图，
图5a示意性地示出了用于制造纤维复合部件的本发明的设备的制造模具的另一实施方式的类似于图4a中的图示的截面图，以及
图5b示意性地示出了用于制造纤维复合部件的本发明的设备的制造模具的另一实施方式的类似于图4b中的图示的截面图。
在以下附图中，相同或类似类型的元件或分别相应的部件设有相同的参考数字，以便避免该项需要被再介绍。
具体实施方式
图1示出具有三个转子叶片2的典型风力涡轮机1，其中本发明不限于作为示例显示的类型的风力涡轮机。转子叶片2中的一个的透视截面图在图2中示出。
示例性转子叶片2的支撑结构由两个转子叶片带4和两个转子叶片梁腹5构成，其被粘合以形成翼梁盒(Holmkasten)。这个翼梁盒支撑转子叶片壳体3，该转子叶片壳体确定转子叶片2的空气动力学特性。在转子叶片2的后部中空空间中，示出了作为避雷设备的部分的后盒6。
避雷系统包括接收器24，该接收器24被结合在转子叶片壳体3中，以便不会损害转子叶片2的空气动力学特性。接收器24经由连接缆线23以及纵向地在转子叶片中延伸的避雷缆线22接地。
避雷缆线22与第二段或区域222结合在转子叶片梁腹5中的一个中，其中避雷缆线22的环或相应的第一区域或段221设置在转子叶片梁腹5外部，以便把连接缆线23连接到避雷缆线22。
用于具有分段结合的避雷缆线22的示例性转子叶片梁腹5的示例性制造模具11在图3示出，其中仅示出制造模具11的一段。
制造模具11主要由槽状基本结构组成，该基本结构具有转子叶片梁腹5的形状。在所示例子中，制造模具11具有带有提升的侧边缘的大体上平坦的表面111。在制造模具11中，提供了用于避雷缆线22的凹部12。凹部12包括弯曲部121和大体上平行于制造模具11的纵向延伸部的直段122。避雷缆线22应以被布置在直区域122中的其段或相应区域222结合到转子叶片梁腹5中，而避雷缆线22的在制造期间被放入弯曲部121的区域221应在转子叶片梁腹5外部形成环。
这样的环也能够以制造模具11实现，其中凹部12笔直地在制造模具11的整个长度上延展，其中代替弯曲部121，提供了具有穿过制造模具11的穿透部的区域121。该穿透部现在引导避雷缆线的被设置用于环的段221离开制造模具11，使得只有凹部12的具有穿透部的相对短的区域121需要被密封。这个实施方式的优势是，用制造模具11或相应地凹部12实现具有不同长度的环。
图4a示出了图3中所示的制造模具11沿着线A-A即在凹部12的弯曲部的区域121中的截面图。还示出在制造过程期间被放置在制造模具11中的材料的一些。
在这个示意性实施方式中，凹部12大体上代表具有半圆形底的通道，凹部12沿着整个制造模具11延伸并且在轮廓上被调整成避雷缆线22的直径。密封件13防止树脂或其余基体材料从上面流入通道中。在弯曲部121的边缘区域上，密封件13也被设计使得流动基体材料沿着凹部12的侧向穿透也被阻止。
制造模具11的表面111以及密封件13的顶侧131形成共同的表面，用于转子叶片梁腹5的其他材料，特别是纤维材料和填充材料，被放置在该共同表面上。图4a示出单层纤维材料21的示例，该单层纤维材料21例如是用于转子叶片梁腹5的大量层中的第一层。
图4b示出来自图3的沿着线B-B即用于凹部12的直区域122的可比较的截面图。凹部12在此处例如具有与弯曲部121中的横截面相同的横截面。凹部12的该段或区域122未被密封，使得引入到制造模具11的基体材料在所述区域122中填充凹部12并且因此包围避雷缆线22。
用于凹部12的轮廓的另一示范性实施方案在图5a和图5b中示出。与图4a类似，图5a示出区域121，其中避雷缆线22被布置在转子叶片梁腹5外部，其中图5b类似于图4b示出了区域122，其中避雷缆线22被或应相应地被结合到转子叶片梁腹5中。
除了用于避雷缆线22的通道，凹部12的轮廓示出更平坦且更宽的通道，其在通道的两侧上延伸。这个通道有特别的优势，即存在足够的支撑和可用于密封件13的密封表面，而不需要密封件13的顶侧131凸出超过制造模具11的表面111。与根据图4a的示例性实施方式相比，从而可能地，用于转子叶片梁腹5的纤维材料21以平坦的方式被放置。
图5a中所示的凹部12的轮廓也可用在凹部12的区域122中，其中避雷缆线22被或将被结合到转子叶片梁腹5中。这个方案在图5b作为示例示出。
因此，提供了用于凹部12的覆盖物14，其例如被设计为硬质纤维板并且在厚度和宽度上适应于凹部12的通道。由此，覆盖物14的顶侧141和制造模具的表面111形成均匀表面，因此平铺用于转子叶片梁腹5的纤维材料21成为可能。
在图5b中还示出另一层纤维材料15，其被布置在避雷缆线22和覆盖物14下面并且主要强化转子叶片抗剪切梁腹5和避雷缆线22的结合区域。
所有命名的特征，包括单独引用附图的特征以及与其他特征结合公开的个别特征被单独地和组合地认为是对本发明来说重要的。根据本发明的实施方式可以通过个别特征或多个特征的组合来执行。
附图标记列表
1风力涡轮机
2转子叶片
3转子叶片壳体
4转子叶片带
5转子叶片梁腹
6后盒
11制造模具
111表面
12凹部
121第一区域(凹部)
122第二区域(凹部)
13密封件
131顶侧
14覆盖物
141顶侧
15纤维材料
21纤维材料
22附接元件
23连接缆线
24接收器
221第一区域(附接元件)
222第二区域(附接元件)

Claims (18)

1.一种用于制造被连接到附接元件(22)或将被连接到附接元件(22)的纤维复合部件(3、4、5)的设备，所述纤维复合部件(3、4、5)用于风力涡轮机(1)的转子叶片(2)，其中所述纤维复合部件(3、4、5)由或将由至少一种纤维材料(15、21)和至少一种基体材料制造，其中所述附接元件(22)设有布置在所述纤维复合部件(3、4、5)外部的第一区域(221)和结合到所述纤维复合部件(3、4、5)中的第二区域(222)，所述设备包括用于所述纤维复合部件(3、4、5)的制造模具(11)和保持设备(13)，所述制造模具(11)具有凹部(12)，其中所述凹部(12)具有用于接纳所述附接元件(22)的所述第一区域(221)的第一区域(121)，借助于所述保持设备(13)，流体基体材料被或将被与所述凹部(12)的所述第一区域(121)保持分开，其中所述凹部(12)具有用于接纳所述附接元件(22)的所述第二区域(222)的第二区域(122)，并且基体材料填充所述凹部(12)的所述第二区域(122)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述保持设备(13)被设计为密封件(13)，借助于所述密封件(13)，所述凹部(12)的所述第一区域(121)是或将是对于可流动的基体材料来说不渗透地密封的。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，用于所述凹部(12)的所述第一区域(121)的所述保持设备(13)以可再用的方式设计。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，用于所述凹部(12)的所述第一区域(121)的所述保持设备(13)由硅树脂制成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，提供了覆盖物(14)，借助于所述覆盖物(14)，所述凹部(12)的所述第二区域(122)被或将被以至少部分地对流动基体材料可渗透的方式覆盖。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，用于所述凹部(12)的所述第一区域(121)的所述保持设备(13)的上侧(131)和/或用于所述凹部(12)的所述第二区域(122)的所述覆盖物(14)的上侧(141)主要地代表所述制造模具(11)的内表面(111)的靠近所述凹部(12)的延续部。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述凹部(12)和/或用于所述凹部(12)的所述第一区域(121)的所述保持设备(13)和/或用于所述凹部(12)的所述第二区域(122)的所述覆盖物(14)被设计为至少分段地在形状上与所述附接元件(22)互补。
8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，用于所述凹部(12)的所述第二区域(122)的所述覆盖物(14)被设计为硬质纤维板。
9.一种用于制造纤维复合部件(3、4、5)的方法，所述纤维复合部件(3、4、5)与或将与附接元件(22)连接且用于风力涡轮机(1)的转子叶片(2)，其中所述纤维复合部件(3、4、5)由或将由至少一种纤维材料(15、21)和至少一种基体材料制成，其中所述附接元件(22)设有布置在所述纤维复合部件(2、3、4)外部的第一区域(221)和结合到所述纤维复合部件(3、4、5)中的第二区域(222)，使用根据权利要求1至8中任一项所述的用于制造纤维复合部件(3、4、5)的设备，该方法包括以下处理步骤：
-将所述附接元件(22)插入到用于所述纤维复合部件(3、4、5)的制造模具(11)中，所述制造模具(11)具有凹部(12)，其中所述附接元件(22)的所述第一区域(221)被或将被布置在所述凹部(12)的第一区域(121)中，所述附接元件(22)的所述第二区域(222)被或将被布置在所述凹部的第二区域(122)中，
-将所述凹部(12)的所述第一区域(121)与流动基体材料密封开，
-将用于所述纤维复合部件(3、4、5)的纤维材料(15、21)和可流动基体材料引入到所述制造模具(11)中，并且基体材料填充所述凹部(12)的所述第二区域(122)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述纤维材料(15、21)的至少一部分被或将被在所述制造模具(11)中布置在所述附接元件(22)的所述第二区域(222)下方。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述凹部(12)的所述第二区域(122)被或将被至少部分地以对流动基体材料可渗透的方式覆盖。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述凹部(12)的所述第一区域(121)被或将被使用硅树脂密封。
13.一种纤维复合部件(3、4、5)，所述纤维复合部件(3、4、5)用于风力涡轮机(1)的转子叶片(2)，其中提供了附接元件(22)，所述附接元件(22)具有布置在所述纤维复合部件(3、4、5)外部的第一区域(221)和结合到所述纤维复合部件(3、4、5)中的第二区域(222)，所述纤维复合部件(3、4、5)是通过实施根据权利要求9至12中任一项所述的方法可获得的。
14.根据权利要求13所述的纤维复合部件(3、4、5)，其特征在于，所述纤维复合部件(3、4、5)是转子叶片梁腹(5)。
15.一种用于风力涡轮机(1)的转子叶片(2)，所述转子叶片(2)具有如权利要求13或14所述的纤维复合部件(3、4、5)。
16.根据权利要求15所述的转子叶片(2)，其特征在于，所述附接元件(22)是用于所述转子叶片(2)的避雷设备的一部分。
17.根据权利要求16所述的转子叶片(2)，其特征在于，所述附接元件(22)是避雷缆线。
18.一种风力涡轮机(1)，其具有根据权利要求15至17中任一项所述的转子叶片(2)。
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