CN113272119B - 包括具有可变形的拉挤成型物的带的转子叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于转子叶片的构件的制造方法，其中，提供有具有弯曲的支承面(1)的制造模具(2)，将至少一个易弯曲的拉挤成型物(4)搁置到所述支承面(1)上，将所述至少一个易弯曲的拉挤成型物(4)用真空膜(6)覆盖，产生真空，并且将所述至少一个易弯曲的拉挤成型物(4)通过真空全面积地压靠在所述制造模具(2)的所述弯曲的支承面(1)上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于转子叶片的构件的制造方法。本发明还涉及一种用于制造转子叶片的构件的装置。
背景技术
用于转子叶片的构件的制造方法在现有技术中当然是众所周知的。转子叶片通常由多个构件组装而成。转子叶片具有例如两个转子叶片半壳，沿转子叶片半壳中的每一个在纵向方向上各伸展有一个带。这些带在转子叶片的内部空间中彼此相对布置并且与腹板连接。转子叶片半壳在其边缘处相互粘合。此外，还有其他结构类型的转子叶片。
可以将带作为转子叶片的构件预先在单独的制造模具中来制造。带以已知的方式由拉挤成型物制成。拉挤成型物是环形挤拉成型带，其具有沿纵向方向伸展的玻璃纤维和/或碳纤维粗纱。粗纱通过硬化的树脂体系相互牢固连接。带由大量的拉挤成型物制成。为此，将拉挤成型物并排且叠加地搁置到用于带的制造模具中。拉挤成型物不仅在横截面中而且在纵截面中都相对刚硬，即它们不易弯曲或者难以弯曲。这导致以下问题：在制造模具的弯曲的支承面上并排搁置的拉挤成型物不是全面积地搁置在支承面上，而是仅在它们的边缘处搁置在凹形弯曲的支承面上。
随后将并列搁置的拉挤成型物用真空膜覆盖，该真空膜在制造模具的边缘处被密封。然后在支承面和真空膜之间产生真空，该真空将真空膜吸到支承面上并且此时对拉挤成型物施加力，使得这些拉挤成型物稍微向支承面弯曲。
然而，已经证实，作用在拉挤成型物上的大气压不足以将拉挤成型物自身在真空下全面积地挤压到制造模具的支承面上。而是在支承面和拉挤成型物的下侧之间留有空的空间。在随后的树脂注入工艺过程中，这些空的空间被树脂填充，并且在随后的硬化工艺中，空间中的树脂硬化。尽管带由硬化的树脂牢固粘合并且拉挤成型物牢固地相互粘合，但是填充有树脂的空间具有比填充有拉挤成型物的空间明显小的抗拉强度，尤其是因为填充有树脂的空间不包括沿纵向方向伸展的纤维。
此外还已经证实，在某些注入工艺中，通过真空施加到不易弯曲的拉挤成型物上的力不足以将拉挤成型物压靠在支承面上，因为拉挤成型物具有不足以压靠在支承表面上的易弯曲性。然而，不利的是，拉挤成型物在其与支承面全面积接触之前可能会破裂。
不仅拉挤成型物的破裂，而且填充有树脂的空间的形成当然都不利于带的强度。
发明内容
因此，在第一方面中，本发明的目的是改进开头提到的制造方法，从而使上述缺点得到减少，优选根本不再出现。
在第二方面中，本发明的目的是改进在开头提到的用于制造转子叶片的构件的装置，从而使上述缺点得到减少，优选根本不再出现。
在其第一方面中，该目的通过一种开头提到的具有方案1的特征的制造方法来实现。
根据本发明，提供了一种具有弯曲的支承面的制造模具。将易弯曲的拉挤成型物搁置到弯曲的支承面上。将至少一个拉挤成型物用真空膜覆盖，并且在真空膜和支承面之间产生真空，从而将至少一个拉挤成型物全面积地抽吸到制造模具的弯曲的支承面上。这意味着，至少一个拉挤成型物以整个下侧搁置在支承面上。当将拉挤成型物未直接搁置到支承面上，而是例如在至少一个拉挤成型物和支承面之间布置有另外的拉挤成型物层时，“全面积地抽吸”是指拉挤成型物以其下侧全面积地搁置在另外的拉挤成型物层上。
对于本发明至关重要的是，至少一个拉挤成型物在搁置到弯曲的支承面上时不完全硬化，因此不是不易弯曲的，而是易弯曲的，更确切地说如此易弯曲，使得其可以在不破裂的情况下全面积地挤压到弯曲的支承面上。此外，拉挤成型物是如此易弯曲的，使得当拉挤成型物和支承面之间的空间填充有注入真空时，大气压足以将拉挤成型物到处全面积地挤压到弯曲的支承面上。
拉挤成型物通常采用挤拉成型工艺来制造。为此，将纤维并排地散布在布置于线轴上的粗纱上，然后将其单独或以较小的束通过树脂浴引导。将树脂基体预先成型，然后将树脂基体加热并由此硬化。根据温度的持续时间和高度，树脂体系或多或少强烈地交联并由此变得更牢固。众所周知，具有完全硬化的树脂体系的拉挤成型物可供使用。
拉挤成型物作为卷装物可供使用，并且被切成30m、40m或甚至更长的长部段。它们具有约100mm至3000mm的宽度和5mm至20mm的厚度。但是其他尺寸当然也是可实现的。长的拉挤成型物在垂直于纵向方向的横向上是笔直的，优选地，它们在每个横截面中都是笔直的。尤其是在横截面中，拉挤成型物会难以压靠在弯曲的支承面上。
从DE102008006588B4中已知，热固性交联塑料，例如在此提及的树脂体系，在部分交联、胶凝和不熔化的状态下可供使用。还已知的是，这些不易弯曲且固体的初始产物通过将它们加热到玻璃化转变温度Tg以上并由此从固体转变为弹性橡胶状的状态而可以适配于支承面的最终形状，也就是说例如弯曲形状，该状态允许将热固性初始产物变形为其他形状，例如弯曲的外部形状。通过随后冷却至玻璃化转变温度Tg以下而获得变形。随后，将塑料后续通过交联进行完全硬化。根据交联度，玻璃化转变温度Tg位于-50℃和+140℃之间，在交联度超过70％时，玻璃化转变温度Tg高于40℃。
然而，根据本发明，将拉挤成型物不是加热至高于玻璃化转变温度Tg的温度，而是加热至低于玻璃化转变温度Tg的较低温度。拉挤成型物也不需要额外加热，并且可以具有环境温度。然后将拉挤成型物搁置到弯曲的支承面上。因为拉挤成型物是足够柔软的，因而它们可以在真空注入工艺的轻微压力下紧贴到弯曲的支承面上，而不必再次加热。
因此，优选的是，不是另外加热拉挤成型物，而是将其保持在低于玻璃化转变温度Tg的温度，并且在该温度下在真空膜和支承面之间产生真空并将易弯曲的拉挤成型物拉到支承面上。
在本发明的一个优选改进方案中，然后将注入有树脂的软的拉挤成型物在常规的硬化工艺中与包围该拉挤成型物的树脂一起进行硬化。为此，将拉挤成型物持续加热预定的时间。
有利地，将至少一个拉挤成型物在带制造模具中沿横截面并沿纵截面进行弯曲。通常，带由大约三至五个并排搁置的拉挤成型物和可达十个叠加布置的拉挤成型物层组成。在带制造过程中，每个拉挤成型物横向和纵向弯曲。因此，由大量的拉挤成型物构成的带也沿横截面并沿纵截面弯曲，并且带也全面积地搁置在带制造模具的支承面上。由于带最佳吸收横截面和纵截面中的曲率，因而可以将其精确地搁置在转子叶片半壳上。
原则上可以设想的是，带在注入工艺后并未完全硬化，而是像用于其制造的拉挤成型物一样，仅硬化到可以保持其用于运输的形状的程度，但仍保持柔软并且可以在该状态下嵌入到转子叶片半壳中。然后，将用于构成转子叶片半壳的叠层以及搁置在叠层上的尚未硬化的带在单独的注入工艺中注入树脂并层压在一起，并且在最后的加热步骤中加热到如此高的温度，直到不仅拉挤成型物中而且带中的整个树脂体系以及带和转子叶片半壳之间的树脂体系都完全硬化。
在第二方面中，该目的是通过开头提到的一种具有方案7的特征的装置来实现的。
该装置包括并用于制造转子叶片的构件。该装置包括：具有弯曲的支承面的制造模具；和至少一个搁置在弯曲的支承面上的未硬化的拉挤成型物。如上所述，拉挤成型物仅硬化到如此程度，使得其可以在正常气压下全面积地挤压到弯曲的支承面上。
拉挤成型物具有玻璃化转变温度Tg。然而，拉挤成型物不被加热至高于玻璃化转变温度Tg的温度。更确切地说，至少一个拉挤成型物在其可供使用并且搁置到制造模具的支承面上之后，即使在构成真空时，也不被加热至高于玻璃化转变温度Tg的温度。
优选地，该装置包括在至少一个未硬化的拉挤成型物上方拉伸的真空膜，并且至少一个拉挤成型物全面积地搁置到支承面上。该装置是在制造转子叶片的带期间产生的装置。在这里，拉挤成型物处于低于玻璃化转变温度Tg的温度，并且该拉挤成型物是不硬化的。
附图说明
在三个附图中使用一个实施例来描述本发明，在附图中：
图1示出了搁置在制造模具的弯曲的支承面上的扁平拉挤成型物的横截面图；
图2示出了抽吸到制造模具的弯曲表面上的拉挤成型物的横截面图；
图3示出了在抽吸之前搁置在弯曲表面上的拉挤成型物的纵截面。
具体实施方式
在图1中以垂直于纵向方向L的横截面示出了用于转子叶片的带的制造模具2的弯曲的支承面1。
根据本发明的带具有多个拉挤成型物4，这些拉挤成型物4可以沿纵向方向并排且叠加地布置。在图1中示出了用于制造带的拉挤成型物4的横截面。带横截面将包括多个拉挤成型物4，例如三至五个并列搁置的且多达十个叠加搁置的拉挤成型物4。
图1所示的制造模具2用于单独制造带。带单独作为转子叶片的构件来制造，然后作为成品构件搁置到转子叶片半壳的内壁上。转子叶片半壳尚未层压为成品构件，而是在搁置成品带的时间点包括一叠织物层和纱布层，包括夹芯材料、轻木或类似物。层压的带搁置到叠层上并且在随后的层压工艺中共同层压到转子叶片半壳中。
由于转子叶片壳沿拉挤成型物4的支承面不仅在横截面中而且在纵截面中都是弯曲的，因而拉挤成型物4必须已经以其自身的成型体现出曲率，以便尽可能全面积地、至少大面积地搁置在转子叶片半壳的内壁上。因此，图1以及图3中所示的带的制造模具2的支承面1不仅在横截面中而且在纵截面中都是弯曲的。所示的曲率不是按比例绘制，而是夸大示出。
拉挤成型物4通常采用挤拉成型工艺来制造。为此，将作为储存在线轴上的碳纤维束和/或玻璃纤维束的粗纱并排且叠加地展开并沿纵向方向并排地通过树脂浴拉伸或用液态树脂包围，然后将该液态树脂与粗纱一起在烘箱中加热。在加热过程中，树脂硬化，并制成了固态的、难以弯曲的拉挤成型物4。然而，与常规的拉挤成型物相比，根据本发明的拉挤成型物不仅在横截面中而且在纵截面中都更容易弯曲。为此，在拉挤成型物4的制造工艺过程中，首先以常规方式采用将粗砂从线轴上解绕并将它们并排布置并且用液态树脂对其进行包覆的工艺。粗纱是使用树脂通过烘箱工艺制成的，其中，但是与常规的硬化步骤相比，然而，与常规的硬化步骤相比，停留时间和/或烘箱的温度缩短或降低，使得所得的拉挤成型物不能完全硬化。由于完整的拉挤成型物没有完全硬化，也就是说，它更易弯曲和更柔软，因而它可以用于根据本发明的制造方法。
图1示出了常规的不弯曲的拉挤成型物4，该拉挤成型物4搁置到制造模具2的弯曲的支承面1上。为了制造带，通常将多个拉挤成型物4并排且叠加搁置。在这里产生的问题原则上在图1中示出，即，在某些区域中，这里在支承面1和拉挤成型物4的下侧之间，构成了空间7，在注入工艺过程中树脂8聚集在该空间7中。在注入工艺结束时的硬化过程之后，形成了牢固的带，但是该带沿空间7具有很多树脂8，树脂8不具有拉挤成型物4的拉伸强度，因为它不具有纤维结构。因此，优选地规定提供一种带，该带具有尽可能少地填充有树脂8的空间7，并且主要由具有沿纵向方向伸展的纤维的均质的拉挤成型物结构组成。
根据本发明，将根据图2的未完全硬化的拉挤成型物4搁置到制造模具2的支承面1上，并且以常规方式将带的干燥结构用真空膜6覆盖。将真空膜6在其边缘处密封，并且在真空膜6和支承面1之间产生真空。由于产生真空，周围的空气压力将拉挤成型物4压靠在制造模具2的支承面1上。由于拉挤成型物4没有完全硬化而是柔软的，因而根据图2的拉挤成型物4紧贴到支承面1上。这就是说，拉挤成型物4在面向支承面1的整个下侧上构成与支承面的接触。
可以在注入工艺过程中加热制造模具2，从而由此实现拉挤成型物4的进一步软化。
在建立真空之后或同时，将树脂8注入到拉挤成型物结构中并且将拉挤成型物4粘合在一起。在随后的加热过程中，树脂8完全硬化，并且产生用于转子叶片半壳的带，其中，带的拉挤成型物4最佳地适配于支承面1的曲率，而在注入工艺过程中在拉挤成型物4中没有建立内部张力，因为软的拉挤成型物4可以不费劲地，即不大费力地抵靠支承面1弯曲，并且不必克服任何张力或反作用力。
在图3中示出了图1和2中的制造模具的纵截面。常规上，拉挤成型物4还沿纵向方向L具有部段，这些部段未全面积地搁置在制造模具2的支承面1上，因此在拉挤成型物4的下方构成空间7，树脂8可以聚集在该空间7中。为了避免空间7，如上所述使用根据本发明的未完全硬化的拉挤成型物4，并且在真空注入工艺过程中，通过产生真空而将拉挤成型物4也在纵截面上全面积地吸靠在支承面1上，从而在后续的树脂注入工艺过程中不会构成填充有树脂8的空间7。所层压的带在注入工艺及其硬化之后，也沿纵向方向L由拉挤成型物4均质地构成，这些拉挤成型物4仅通过树脂8粘合在一起。有利地，将带完全硬化，然后以其在横截面中和在纵截面中构成的曲率以全面积接触的方式嵌入到转子叶片半壳中。
还可以设想的是，整个带不完全硬化，也就是说，制造模具2的温度在注入工艺过程中，与常规的注入工艺相比，在较短的时间内和/或在较低的硬化温度下运行，从而带在注入工艺后不完全硬化，而是保持柔软，并且可以类似于上述的拉挤成型物4的方式嵌入到转子叶片半壳中，并且在那里在注入工艺中吸靠在转子叶片半壳模具的支承面1上。
附图标记说明
1 支承面
2 制造模具
4 拉挤成型物
6 真空膜
7 空间
8 树脂
L 纵向方向
Tg 玻璃化转变温度
Claims (8)
1.一种用于转子叶片的构件的制造方法，其中，
提供有具有弯曲的支承面(1)的制造模具(2)，
将至少一个易弯曲的拉挤成型物(4)搁置到所述支承面(1)上，
所述制造方法的特征在于，
将所述至少一个易弯曲的拉挤成型物(4)用真空膜(6)覆盖，并且所述至少一个易弯曲的拉挤成型物(4)在搁置到弯曲的支承面上时不完全硬化，因此是易弯曲的，
产生真空，并且将所述至少一个易弯曲的拉挤成型物(4)通过真空全面积地压靠在所述制造模具(2)的所述弯曲的支承面(1)上。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，当所述至少一个易弯曲的拉挤成型物(4)首先在横截面中笔直构成时，并且当通过构成真空将其压靠在所述弯曲的支承面(1)上时，将其持续地保持在低于玻璃化转变温度(Tg)的温度。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，将所述构件注入树脂(8)，并且将所述树脂(8)和所述至少一个拉挤成型物(4)硬化。
4.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，将所述至少一个拉挤成型物(4)沿横截面并且沿纵截面弯曲。
5.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，将所述至少一个拉挤成型物(4)加热至低于玻璃化转变温度(Tg)的温度，并且在该温度下将其压靠在所述弯曲的支承面(1)上。
6.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，将两至五个拉挤成型物(4)并排地以及多达十个拉挤成型物(4)叠加地搁置到所述弯曲的支承面(1)上，并且执行灌注工艺，并且制成带。
7.一种用于制造转子叶片的构件的装置，其具有：具有弯曲的支承面(1)的制造模具(2)，所述装置的特征在于，至少一个全面积地搁置在所述支承面(1)上的易弯曲的拉挤成型物(4)，所述易弯曲的拉挤成型物(4)在搁置到弯曲的所述支承面(1)上时不完全硬化，因此是易弯曲的，并且，
所述易弯曲的拉挤成型物(4)具有玻璃化转变温度(Tg)并且处于低于所述玻璃化转变温度(Tg)的温度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，真空膜(6)搁置在至少一个未硬化的拉挤成型物(4)上。
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