ES2262747T3 - Metodo para fabricar alabes de molinos de viento. - Google Patents

Metodo para fabricar alabes de molinos de viento.

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ES2262747T3 ES02024766T ES02024766T ES2262747T3 ES 2262747 T3 ES2262747 T3 ES 2262747T3 ES 02024766 T ES02024766 T ES 02024766T ES 02024766 T ES02024766 T ES 02024766T ES 2262747 T3 ES2262747 T3 ES 2262747T3
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Hendrik Stiesdal
Peder Bay Enevoldsen
Kaj Johansen
Jens Jorgen O. Kristensen
Michael Nortem
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Abstract

Método para hacer un álabe de molino de viento de materiales compuestos que incluyen un material matriz reforzado con fibra, en el que el álabe se hace de una sola pieza en un molde cerrado y que comprende etapas que proporcionan: - un núcleo de molde con una parte de núcleo externa flexible y una parte de núcleo interna, firme y moldeable, y partes de moldeo exteriores dispuestas para cerrarse alrededor del núcleo de molde para la formación de una cavidad de moldeo entre ellas, - que el material compuesto y las posibles piezas insertadas del núcleo se disponen en una parte de molde exterior y / o el núcleo del molde, - que las partes exteriores del molde se cierren alrededor del núcleo del molde y alrededor del material compuesto colocado en la cavidad del molde, - que se endurezca el material compuesto, - que las partes de molde exterior se extraigan, y - que el núcleo del molde se extraiga del álabe de forma permanente antes o después de extraer las partes exteriores del molde, - que algo del material matriz requerido se utilice conjuntamente con la fibra de reforzamiento al disponer el material compuesto y donde se añade material matriz adicional después de cerrar el molde, caracterizado porque el material compuesto se dispone alrededor de un material de núcleo para la formación de un álabe como una estructura a modo de sándwich, en el que el material de núcleo se utiliza para la evacuación y el flujo al formarse vacío del álabe al someterse la cavidad de molde a vacío, con lo que se evacua aire al mismo tiempo que los materiales compuestos y posibles piezas insertadas de núcleo se presionan contra el lado interior de las partes exteriores del molde debido a la parte externa flexible de núcleo del núcleo de molde, y en el que el material matriz se inyecta siguiendo a la formación de la cavidad de molde mediante vacío.

Description

Método para fabricar álabes de molinos de viento.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método para fabricar un álabe de molino de viento de materiales compuestos que incluyen un material matriz reforzado de fibra, y el álabe está hecho de una sola pieza en un molde cerrado y comprende etapas que proporcionan:
-
un núcleo de molde con una parte de núcleo externa flexible y una parte de núcleo interna, firme y moldeable y partes de molde exteriores dispuestas para cerrarse alrededor del núcleo de molde para la formación de una cavidad de molde entre ellas,
-
que el material compuesto y las posibles piezas insertadas del núcleo se disponen en una parte exterior del molde y/o el núcleo del molde,
-
que las partes exteriores del molde se cierren alrededor del núcleo del molde y alrededor del material compuesto colocado en la cavidad del molde,
-
que se determina el material compuesto,
-
que las partes exteriores del molde se extraen, y
-
que el núcleo del molde se retira del álabe de forma permanente antes o después de extraer las partes exteriores del molde,
-
que algo del material de matriz requerido se utiliza en combinación con la fibra de refuerzo al disponer el material compuesto y en el lugar en el que se añade material matriz adicional después de cerrar el molde. El método implica la utilización de materiales compuestos tales como resina epoxi, poliéster, éster vinílico o material termoplástico reforzados con fibra de vidrio o carbono.
Antecedente técnicos
Se conocen diferentes métodos para la fabricación de álabes de molinos de viento.
Por tanto, se sabe que los álabes de molinos de viento pueden fabricarse al enrollar una cinta de hilos o grupos de hilos alrededor de un núcleo o un husillo. Métodos para esto se describen, entre otros, en los documentos NL-A-8 800 301, US 4.242.160 y US 4.381.960.
Estos métodos por medio del enrollamiento tienen la desventaja de que, después de la disposición, el elemento enrollado aparecerá normalmente con la superficie del material compuesto en bruto como una superficie externa que es incompatible con muchas aplicaciones, por ejemplo, para álabes de molinos de viento. Una calidad satisfactoria de la superficie presupone, por consiguiente, un tratamiento de acabado, por ejemplo, mediante la unión de las capas realizada separadamente.
Otra desventaja de este método es que el enrollamiento presupone normalmente la utilización de un husillo con determinada resistencia que, por consiguiente, se desea volver a utilizar. En estos casos, el método puede utilizarse solamente con elementos que tienen una geometría que permite la extracción del husillo, lo que significa que las dimensiones de la sección transversal interna de la cavidad a una distancia dada del extremo desde el cual se extrae el husillo, no exceden las dimensiones de cualquiera de las secciones transversales situadas entre la posición en cuestión y el extremo, y que en la practica normalmente se requerirá algún estrechamiento en el molde. Por lo tanto, un método de este tipo no puede utilizarse, por ejemplo, para tanques o álabes enteros de molinos de viento.
También pertenece a la técnica anterior que los álabes pueden estar fabricados mediante un método en le que un álabe se hace generalmente con dos medias cubiertas que se unen en los bordes delantero y posterior mediante unión. Las medias cubiertas se sustentan generalmente dentro de la cavidad del álabe por una o más vigas que también se unen a las medias cubiertas mediante unión, y las vigas, por ejemplo, pueden estar hechas en forma de U o I, de manera que las pestañas de estas vigas forman superficies de contacto con las medias cubiertas, o las vigas, por ejemplo, pueden fabricarse mediante enrollamiento, de manera que una parte de la superficie externa de la viga enrollada forma superficies de contacto hacia las medias cubiertas. Las medias cubiertas pueden, por ejemplo, estar hechas de materiales de fibra secos a los que se les agrega resina mediante disposición manual, inyección por vacío o similares o éstos pueden hacerse de material preimpregnado (prepeg), impregnándose con anterioridad los materiales de fibra con la resina que se lleva a disposición mediante la acción del calor, radiación UV o técnicas similares. En otras realizaciones, las vigas y/o las medias cubiertas están hechas de material termoplástico, por ejemplo, al utilizar materiales de fibra que son combinaciones de materiales de fibra resistentes a la temperatura y material termoplástico y en las que el material de fibra después de la disposición en capas se lleva a una temperatura en la que el material termoplástico se funde, actuando de este modo como resina en el laminado final.
Sin embargo, un problema en este método es que puede ser difícil garantizar una calidad satisfactoria de las juntas adhesivas establecidas en el interior de la estructura para unir entre sí las medias cubiertas y para unir las posibles vigas con las medias cubiertas. Esto es en parte debido a problemas fundamentales con respecto a la tecnología de los materiales y en parte a problemas de fabricación más específicos.
Los problemas fundamentales con respecto a la tecnología de los materiales pueden describirse de manera resumida como consecuencias de la imposibilidad de tener las mismas propiedades materiales en el adhesivo que en el resto del álabe. La razón de esto es que las propiedades generales del material en las cubiertas del álabe y los laminados de las posibles vigas se determinan por el reforzamiento de la fibra, que tiene normalmente varios niveles de rigidez de mayor magnitud que la de la resina, por lo que las propiedades de la resina tienen una importancia mínima para la rigidez del laminado final. Por otro lado, el adhesivo normalmente está hecho como resina pura (puede consistir en otros plásticos diferentes de los usados en los laminados) o como mezclas de resinas y material de relleno pero sin reforzamiento de fibra. El resultado es que el coeficiente de elasticidad del adhesivo normalmente se aparta un orden de magnitud, a menudo varios órdenes de magnitud, de las partes unidas con el adhesivo. A esto se agrega que los materiales adhesivos son a menudo frágiles y pueden, por ello, ser vulnerables a momentos locales que tienden a abrir la junta adhesiva, la denominada "exfoliación". Tales momentos locales ocurrirán de manera particular en caso de cargas muy grandes en el álabe, en las que efectos no lineares pueden implicar que la sección transversal del álabe cambie su forma. Debido a que los materiales adhesivos normalmente tienen propiedades de relativa fragilidad, puede existir el peligro consiguiente de que grietas en las juntas adhesivas se propaguen más allá del área en la que se han producido las sobrecargas
originales.
Entre los problemas de fabricación, uno de los más importantes es que las juntas adhesivas están previstas en los bordes delantero y posterior y entre la viga y la cubierta, de manera que una junta adhesiva se establece sobre la superficie no preparada en el lado interior del laminado de la cubierta. El problema de esta junta es que la superficie adhesiva puede definirse solamente dentro de un gran intervalo de tolerancia. A esto se agrega que en el caso de la unión de los bordes delanteros y posteriores, el laminado de la cubierta tiene que reducirse hacia el borde de la cubierta cuando, como por ejemplo en el caso de álabes de molinos de viento, la carcasa está formada por medias cubiertas en las que los bordes se encastran a tope y se inclinan mutuamente para que la junta adhesiva pueda tener un espesor prácticamente uniforme. Esta reducción no siempre se puede proporcionar con las tolerancias necesarias ya que una adaptación real requerirá el funcionamiento de las caras de montaje, lo que a su vez implicará un gran aumento de los costes. Otro problema es que las deformaciones que se presentan en las cubiertas del álabe conjuntamente con las pequeñas variaciones en el proceso de fabricación pueden producir un intersticio variable dentro de la cavidad del elemento, de manera que puede ser difícil garantizar un relleno completo del adhesivo del espacio intermedio entre la viga y la cubierta. Todos estos problemas con tolerancias conllevan a que las juntas adhesivas generalmente puedan tener secciones transversales y rellenos variables, lo que a su vez implica un riesgo de concentraciones considerables de tensión en el adhesivo y en las cubiertas y vigas colindantes del álabe. Además, es un problema que la mayoría de los materiales adhesivos presuponen que las superficies que van a unirse están conectadas a tierra por adelantado, con los consiguientes problemas de tener que mantener las tolerancias necesarias. Finalmente, las juntas de adhesión son generalmente difíciles de inspeccionar de manera visual, así como también son difíciles de inspeccionar mediante métodos NDT (pruebas no destructivas) debido a la reducción del laminado y a la geometría irregular del elemento.
Un problema con métodos basados en la unión de partes individuales de álabes es que, aun cuando secciones individuales de los álabes pueden fabricarse en procesos cerrados con cargas pequeñas o no ambientales, no es éste el caso normalmente con la unión en sí misma. En este caso, los operarios estarán expuestos generalmente al polvo del esmerilado proveniente del esmerilado seco, en parte, porque es desfavorable al proceso de encolado el realizar un esmerilado húmedo y, en parte, porque éstos están expuestos al contacto con y/o a los vapores provenientes del material adhesivo, lo que implica la necesidad de utilización de medios de protección para los operarios.
Sumario de la invención
El propósito de la invención es proporcionar un método para fabricar álabes de molinos de viento de materiales compuestos, de manera que éstos pueden fabricarse en un proceso cerrado y primordialmente en una pieza sin ningún tipo de juntas adhesivas.
Esto se logra con un método del tipo indicado en la introducción, el cual es peculiar porque el material compuesto se dispone alrededor de un material de núcleo para formar el álabe a modo de una estructura en forma de sándwich, utilizándose el material de núcleo para la evacuación y flujo al formarse vacío en el álabe en tanto la cavidad de molde se somete a vacío, mediante lo cual se evacua aire al mismo tiempo que los materiales compuestos y posibles piezas insertadas del núcleo se presionan contra el lado interior de las partes exteriores de molde debido a la parte flexible externa de núcleo del núcleo de moldeo, e inyectándose el material de matriz seguidamente tras formarse la cavidad de moldeo mediante vacío.
En las reivindicaciones 2 a 8 se definen realizaciones preferidas.
Se obtienen varias ventajas mediante este método en comparación con los métodos de la técnica anterior.
Al hacer el álabe de una pieza en la que una parte substancial del lado exterior es una impresión de una o más partes exteriores de moldeo, se logra la ventaja de que, al utilizar capa de gel en el molde o mediante una superficie simple subsiguiente, la superficie del álabe puede aparecer en la calidad requerida con respecto a la eficiencia aerodinámica y la impresión estética.
Al hacer el álabe de una sola pieza sin ningún tipo de juntas adhesivas, se eliminan los problemas de la técnica anterior con juntas adhesivas, incluyendo problemas con tolerancias de las dimensiones de las juntas adhesivas y las dificultades de las inspecciones subsiguientes de la calidad de las juntas adhesivas.
Al hacer el álabe de una sola pieza en un proceso cerrado, se elimina la exposición de los operarios a posibles sustancias peligrosas en el ambiente en el material compuesto, de manera que la necesidad de medios de protección para el personal puede reducirse a un mínimo absoluto.
Al hacer el álabe en una construcción a modo de sándwich con un material de núcleo que discurre en gran medida de manera continua alrededor del perfil de sección transversal del álabe, se logra una combinación particularmente ventajosa de la técnica de producción y de las propiedades del producto final. El material del núcleo puede, por consiguiente, utilizarse como ducto de evacuación y flujo por un proceso basado en vacío, y el proceso continuo garantiza propiedades uniformes de la sección transversal sin transiciones desventajosas entre la estructura de sándwich y la estructura sólida en áreas sujetas a una alta carga. El material continua del núcleo y la separación real de la parte del laminado que soporta la carga en una sección exterior e interior proporciona además la ventaja estructural de que una posible formación de grietas en un laminado (exterior o interior) implica solamente un riesgo muy pequeño de propagación al otro laminado. Con ello se alcanza una redundancia desconocida hasta ahora de la estructura.
El dibujo
En lo siguiente, el método se explicará en detalle haciendo referencia a las figuras. Las figuras 1-2 proporcionan ejemplos de la técnica anterior, y la figura 3 indica un álabe hecho según la invención. En las figuras 4-11, el método se aclara en una realización en la que el laminado está hecho de un plástico termoendurecido por la inyección de vacío.
Descripción de las realizaciones
La figura 1 muestra un álabe de molino de viento hecho según un método usual. Una viga 1 está hecha mediante el enrollamiento alrededor de un husillo que más tarde se extrae de la viga. Alrededor de la viga se adhieren dos medias cubiertas 2 y 3. Cada media cubierta consiste en un laminado 4 exterior, un núcleo 5 de sándwich que puede hacerse, por ejemplo, en madera de balsa o espuma de PVC, y un laminado 6 interior. Las medias cubiertas se sujetan mediante juntas adhesivas en el borde 7 delantero y en el borde 8 posterior, y contra la viga 9. Un álabe hecho según este método usual tiene inicialmente tres partes principales, a saber, la viga 1 y las dos medias cubiertas 2 y 3. Según las circunstancias, estas partes principales pueden complementarse con partes principales adicionales, por ejemplo, en la base del álabe, para la formación de la transición para inclinar el punto de apoyo y/o el cubo del rotor.
La figura 2 muestra un álabe de molino de viento hecho según otro método usual. Dos vigas 10 y 11 están hechas mediante moldeo en moldes separados. Las dos vigas se unen con dos medias cubiertas 12 y 13. Las dos medias cubiertas se fijan mediante juntas adhesivas en el borde 14 delantero, en el borde 15 posterior, y contra las vigas 16 y 17. En principio, un álabe hecho según el método de la técnica anterior tiene cuatro partes principales, concretamente, las vigas 10 y 11 y las dos medias cubiertas 12 y 13. Dependiendo de las circunstancias, estas partes principales pueden complementarse con partes principales adicionales, por ejemplo, en la base del álabe, para la formación de la transición para inclinar el punto de apoyo y/o el cubo del rotor.
La figura 3 muestra un álabe de molino de viento por el método según la invención. El álabe es una unidad integrada que está constituida por una cubierta 18 exterior, un núcleo 19 de sándwich, una cubierta 20 interior y un alma 21 cortante. En otras secciones, el álabe puede estar hecho con múltiples almas cortantes o completamente sin almas.
La figura 4 muestra una sección transversal de una parte de molde adecuada para hacer álabes de molino de viento con el método según la invención, en el que el laminado se hace mediante inyección de vacío del plástico termoendurecido. La parte 22 de molde está hecha como una impresión en negativo de una parte de la superficie externa del álabe; como un ejemplo se muestra en el presente documento la sección llamada "lado de presión", que durante el funcionamiento de un molino de viento está dirigido en gran parte al viento. La parte 22 de molde puede ser tratada con un agente adecuado de desmoldeado en la superficie 23 sobre la que se moldea el álabe. La parte de moldeo está dotada con bordes 24 de cierre con los que puede lograrse hermeticidad mediante obturación frente a otras partes de molde. La parte de molde puede obtenerse con un sistema 25 integrado de regulación de la temperatura por medio del cual la temperatura del laminado del álabe puede modificarse durante el endurecimiento. La parte 22 de molde puede componerse de varias partes con juntas que son para alcanzar hermeticidad.
La figura 5 muestra una primera etapa de la elaboración de álabes de molino de viento mediante el método según la invención. Una capa exterior del material 26 de fibra se dispone en la parte 22 de molde, por ejemplo, urdimbres o tejido de fibra de vidrio o fibra de carbono. Algunas de las capas exteriores del material de fibra pueden, por ejemplo, extenderse más allá del borde 24 de cierre en el borde 27 delantero. Sobre al menos una parte de la capa exterior del material 26 de fibra se proporciona un material 28 de núcleo que, por ejemplo, puede estar hecho de madera de balsa o espuma de PVC. En uno o más lugares adecuados, en el presente documento indicados por el borde 27 delantero, se proporciona una o más tuberías 29 de flujo, o se hacen otros tipos de aberturas a lo largo del álabe. Además del material 28 de núcleo, que se sitúa sobre la capa exterior del material 28 de fibra, pueden proporcionarse otras partes 30 de núcleo rodeadas parcial o enteramente por el material 26 de fibra. Al menos una parte de la superficie del material 26 de fibra, el material 28 de núcleo, la posible tubería 29 de flujo y otras posibles partes 30 de núcleo se cubren mediante una capa interior de material 31 de fibra. La capa interior del material 31 de fibra puede, de la misma manera que la capa exterior del material 26 de fibra, extenderse entera o parcialmente más allá el borde 24 de cierre. La tubería 29 de flujo puede dotarse con orificios o ranuras 32 serradas, o pueden proporcionarse de otra manera ductos de flujo para resina desde el interior de la tubería 29 de flujo hacia el material 28 de núcleo, hacia la capa exterior de material 26 de fibra y hacia la capa interior de material 31 de fibra. El material 28 de núcleo y otras partes 30 posibles de núcleo pueden dotarse con calcado 33 o pasos de flujo para resina entre el material 28 de núcleo y al menos una de las dos capas 26 y 31. El material 28 de núcleo y otras partes 30 posibles de núcleo pueden dotarse con perforaciones o cortes 34 transversales, o ductos de flujo para resina entre las dos superficies del material 28 de núcleo pueden proporcionarse de otras maneras.
La figura 6 muestra una etapa subsiguiente en la elaboración de álabes de molinos de viento con el método según la invención. Sobre la capa interior de material 31 de fibra se sitúan el núcleo 35 de molde y posibles almas 36 cortantes. En el ejemplo mostrado, se utiliza un núcleo de molde en dos partes 37 y 38, de modo que cada parte puede subdividirse en partes secundarias. Una parte 37 de núcleo puede, por ejemplo, consistir en una parte 39 firme interior que, por ejemplo, puede estar hecha de madera o material compuesto. La parte 39 firme interior puede rodearse en al menos una parte de su lado exterior de una parte 40 exterior flexible que, por ejemplo, puede estar hecha de caucho espumado. Cada parte 37 de núcleo está rodeada por una membrana 41 flexible estanca al aire que, por ejemplo, puede estar hecha de nailon o caucho silicónico. La membrana 41 flexible puede tratarse con un agente de desmoldeado adecuado. Un alma 36 cortante puede hacerse con una parte 42 interior de núcleo que, por ejemplo, puede estar hecha de madera contrachapada, madera de balsa o espuma de PVC y que a cada lado puede tener una parte 43 de apoyo de núcleo realizada en una o más partes que pueden estar hechas de madera contrachapada, madera de balsa o espuma de PVC. Sobre cada lado o en ambos lados de las partes 42 y 43 de núcleo, puede colocarse un material 44 de fibra de vidrio o carbono, por ejemplo. El material 44 de fibra puede extenderse de manera ventajosa en cierta medida a través de la capa interior de material 31 de fibra, pudiendo así también extenderse a través de la parte 37 de núcleo.
La figura 7 muestra una etapa subsiguiente en la elaboración de álabes de molinos de viento con el método según la invención. A través de la parte 35 de núcleo y el material 44 de fibra a partir del alma o almas 36 cortantes posibles se tiende una capa interior de material 45 de fibra que puede ser, por ejemplo, urdimbres o tejidos de fibra de vidrio o carbono, que de manera ventajosa puede componerse de la misma manera que la capa interior del material 31 de fibra en la parte 22 inferior de molde. Encima de al menos una parte de la capa interior de material 45 de fibra, se proporciona un material 46 de núcleo que puede estar hecho, por ejemplo, de madera de balsa o espuma PVC, y que de manera ventajosa puede modelarse de la misma manera que el material 28 de núcleo en la parte 22 inferior de molde. En algunos casos, será ventajoso posponer la colocación de la tubería 29 de flujo, como se describe anteriormente en la etapa 5 de este estado del proceso. Al menos una parte de la superficie del material 45 de fibra, el material 46 de núcleo, la posible tubería 29 de flujo y otras partes 30 posibles de núcleo se cubren entonces mediante una capa exterior de material 47 de fibra. Esta capa exterior de material 47 de fibra puede ser, por ejemplo, urdimbres o tejidos de fibra de vidrio o carbono y puede componerse de manera ventajosa de la misma manera que la capa exterior del material 26 de fibra en la parte 22 inferior del molde. En el proceso de colocar el material 45 interior de fibra, el material 46 de núcleo y el material 47 exterior de fibra, las partes de la capa exterior de material 26 de fibra y la capa interior de material 31 de fibra, que se extienden más allá del borde 24 de cierre después de colocar el material en la parte 22 de molde, se colocan juntos en el material 45 interior de fibra y/o en el material 47 exterior de fibra, de manera que se mejora el solapamiento del material de fibra a través de la cara 48 de la junta que se produce en el borde 24 de cierre. Estas capas de materiales 26 y 31 de fibra que se extienden más allá del borde 24 de cierre después de disponer el material en la parte 22 de molde, pueden extenderse entera o parcialmente justo hacia el borde posterior cuando éstas se disponen sobre el núcleo 35 del molde, el material 44 de fibra a partir de la o las almas cortantes posibles y/o el material 46 de núcleo.
La figura 8 muestra la siguiente etapa en la elaboración de álabes de molinos de viento mediante el método según la invención. A través de la capa exterior de material 47 de fibra se dispone una o más partes 48 de molde que tienen forma de una impresión en negativo de una parte de la superficie exterior del álabe, en el presente documento se ilustra la parte denominada "lado de succión", y que durante el funcionamiento del molino de viento se orienta en gran medida opuesta al viento. La parte 48 de molde puede tratarse en la superficie 49 en la que el álabe se moldea con un agente de desmoldeado adecuado. La parte de molde está dotada con bordes 50 de cierre por medio de los cuales puede lograrse hermeticidad frente a la primera parte 22 de molde. La parte de molde puede dotarse con un sistema 25 integrado de regulación de temperatura con el que la temperatura del laminado del álabe puede variarse durante el endurecimiento. La parte 48 de molde puede componerse de varias partes con juntas que son para obtener herme-
ticidad.
La figura 9 muestra la siguiente etapa en la realización de álabes de molino de viento mediante el método según la invención. Entre, por un lado, las partes 22 y 48 de molde y, por otro lado, la membrana 41 flexible alrededor del núcleo 35 de molde existe una cavidad 51. La cavidad 51 está llena de manera parcial por los materiales 26, 31, 44, 45 y 47 de fibra, los materiales 28, 42, 43 y 46 de núcleo, la tubería 29 de flujo y otras posibles partes 30 de núcleo, mientras que las cavidades entre la fibra y entre la fibra y otras partes se llenan con aire. Ahora, se aplica vacío a la cavidad 51, de manera que al menos una parte substancial del aire que se encuentra entre las partes en la cavidad es evacuado. De este modo, los materiales de núcleo y fibra, etc. se comprimen en la cavidad 51 mientras se expande la membrana 41 flexible. Para garantizar un buen sellado, las superficies entre los bordes 24 y 50 de cierre pueden hacerse de manera ventajosa con al menos dos disposiciones de sellado, una disposición 52 interna y una disposición 53 externa de manera que entre estas disposiciones se proporciona una cavidad 54 que puede ser sometida a vacío de manera independiente del vacío en la cavidad 51 y que puede mantenerse de manera ventajosa a una presión absoluta más baja que la cavidad 51, con lo que se evitan posibles fugas del aire circundante a la cavidad 51.
La figura 10 muestra la etapa siguiente en la realización de álabes de molinos de viento mediante el método según la invención. El molde cerrado, que consiste en las partes 22 y 48 de molde con la cantidad total de materiales de fibra y núcleo, núcleos de molde, etcétera, se gira ahora alrededor de su eje longitudinal, de manera que la tubería 29 de flujo asume una posición cercana al punto más bajo en una sección transversal del molde cerrado. Se establece una conexión 55 entre la tubería 29 de flujo y el depósito 56 con resina 57 adecuada con la correcta proporción de mezcla, por ejemplo, poliéster, éster vinílico o resina epoxi. La conexión 55, que puede ser una tubería o un tubo o una combinación de éstos, puede dotarse con una válvula de control de flujo variable o pueden establecerse de otra manera medios para el control del caudal en la unión 55 hacia la tubería 29 de flujo, por ejemplo, en forma de control de presión del espacio 59 sobre la resina 57. La unión 55 puede dotarse con una válvula 60 de cierre o puede establecerse de otra manera la posibilidad de bloquear el flujo desde el depósito 56 a través de la unión 55, por ejemplo, mediante la capacidad de la válvula 58 de control de flujo de cortar la conexión completamente. Cuando el álabe tiene la posición deseada, se abre para el flujo en la conexión 55 y se comienza la inyección cuando la resina fluye en la cavidad 51 debido a la acción de la diferencia de presión entre el vacío establecido en la cavidad y la presión sobre la resina 57. Durante la inyección, el flujo se regula mediante la válvula 58 de control de flujo o de otra manera, de modo que una evolución controlada del frente 61 fluido de la resina 62 inyectada se mantiene con equilibrio entre la entrada de flujo regulada y la gravitación. Se puede tratar, por ejemplo, de mantener el frente fluido aproximadamente horizontal, de modo que se minimiza el riesgo de bloquear o restringir cantidades más grandes o pequeñas de aire residual.
La figura 11 muestra la etapa siguiente en la realización de álabes de molinos de viento según la invención. El frente 61 fluido alcanza ahora el borde posterior del álabe, y la resina ahora penetra hacia uno o más contenedores 63 de flujo en exceso. Cuando hay tan sólo resina en los contenedores de flujo en exceso, se finaliza la inyección mediante la válvula 60 de cierre o de otra manera. El sistema 25 regulador de la temperatura puede activarse durante todo el proceso de inyección o parte de éste y, de manera particular, una vez que haya finalizado la inyección puede utilizarse para llevar el laminado inyectado a una temperatura que mejore el proceso de endurecimiento de la resina. Dependiendo de la realización, el sistema regulador de la temperatura puede también utilizarse para enfriar el molde y el laminado si existe el peligro de que el calor exotérmico del proceso de endurecimiento llegue a elevar la temperatura del molde y del laminado a un nivel indeseado. Sin embargo, también se puede omitir completamente un sistema de regulación de temperatura en el molde y realizar después el posible endurecimiento final en un proceso separado.
Después de haber finalizado el endurecimiento, se abren los moldes y se extrae el álabe finalizado.
Antes o después de extraer el álabe, se retira el núcleo 35 de molde. En el ejemplo mostrado se utiliza un núcleo de molde dividido en dos partes 37 y 38 de núcleo. La parte 37 frontal de núcleo puede retirarse en una pieza en este ejemplo mientras que la parte 38 posterior de núcleo puede dividirse de manera ventajosa en partes secundarias que son retiradas en una secuencia que sea la más apropiada con respecto a la geometría y manipulación. Si una parte 37 de núcleo consiste en una parte 39 interna firme rodeada por una parte 40 externa flexible que por ejemplo puede hacerse de caucho espumado y circundado por una membrana flexible estanca al aire, sobre al menos una parte de su lado exterior, puede ser ventajoso aplicar un vacío en la parte 40 flexible externa, por lo que la membrana 41 estanca al aire se contrae y se libera en relación a la cavidad en el álabe moldeado. Para este proceso, puede ser una ventaja que la membrana 41 flexible estanca al aire esté constituida por capas plurales de manera que la posible adherencia entre el álabe moldeado y la membrana estanca al aire se limita a la última capa de la membrana. Puede ser también una ventaja proporcionar una capa estanca al aire entre la parte 39 interna firme y la parte 40 externa flexible de manera que el vacío se limita a la parte 40 externa flexible y las cargas de presión más grandes o más pequeñas no se aplican a la parte 39 interna firme.
Anteriormente se describe el proceso con el uso de una tubería 29 de flujo que se integra al borde delantero del álabe. La tubería de flujo puede disponerse sin problemas fuera del álabe mismo, por ejemplo, en una escotadura en el molde y pudiendo esta escotadura formar el ducto de flujo de manera que no es necesaria una tubería separada. Versiones con tuberías de flujo y ductos de flujo adicionales integrados en el álabe, así como dispuestos de manera externa como tubos o escotaduras continuas en las partes de molde, pueden concebirse entera o parcialmente en la forma de tuberías de flujo con entradas discontinuas en los lados interiores de las partes de molde.
Anteriormente se describe una realización práctica del método, en la que el material de fibra se dispone en condiciones secas, y en la que la resina se suministra mediante la inyección de vacío. En otras realizaciones prácticas, se dispone un denominado material preimpregnado, en las que los materiales de fibra se impregnan con resina por adelantado que, después de haberse aplicado el vacío, se lleva a endurecimiento mediante la acción del calor, radiación ultravioleta UV o similares, o pueden disponerse materiales de fibra que son combinaciones de materiales de fibra resistentes a la temperatura y termoplásticos; y en las que el material de fibra después de la disposición puede llevarse a una temperatura en la que el material termoplástico se funde y de este modo actúa como una resina en el laminado final.
Combinaciones de la realización práctica del método con material de fibra dispuesto en estado seco y en el que una parte del material dispuesto está en forma de partes finales reforzadas de fibra, por ejemplo, parte moldeada previamente para la base del álabe o los perfiles pultruídos longitudinalmente. Pueden también concebirse combinaciones de materiales en la disposición, que de otra manera se mantienen separados entre sí en métodos de la técnica anterior. Por ejemplo, pueden concebirse también urdimbres en material preimpregnado en las que la resina integrada contribuye a la inyección del material de fibra seco circundante en una cierta medida, y en las que la cantidad de resina necesaria para la completa impregnación del laminado se proporciona mediante la inyección de vacío como se ha descrito anteriormente.

Claims (8)

1. Método para hacer un álabe de molino de viento de materiales compuestos que incluyen un material matriz reforzado con fibra, en el que el álabe se hace de una sola pieza en un molde cerrado y que comprende etapas que proporcionan:
-
un núcleo de molde con una parte de núcleo externa flexible y una parte de núcleo interna, firme y moldeable, y partes de moldeo exteriores dispuestas para cerrarse alrededor del núcleo de molde para la formación de una cavidad de moldeo entre ellas,
-
que el material compuesto y las posibles piezas insertadas del núcleo se disponen en una parte de molde exterior y/o el núcleo del molde,
-
que las partes exteriores del molde se cierren alrededor del núcleo del molde y alrededor del material compuesto colocado en la cavidad del molde,
-
que se endurezca el material compuesto,
-
que las partes de molde exterior se extraigan, y
-
que el núcleo del molde se extraiga del álabe de forma permanente antes o después de extraer las partes exteriores del molde,
-
que algo del material matriz requerido se utilice conjuntamente con la fibra de reforzamiento al disponer el material compuesto y donde se añade material matriz adicional después de cerrar el molde,
caracterizado porque el material compuesto se dispone alrededor de un material de núcleo para la formación de un álabe como una estructura a modo de sándwich, en el que el material de núcleo se utiliza para la evacuación y el flujo al formarse vacío del álabe al someterse la cavidad de molde a vacío, con lo que se evacua aire al mismo tiempo que los materiales compuestos y posibles piezas insertadas de núcleo se presionan contra el lado interior de las partes exteriores del molde debido a la parte externa flexible de núcleo del núcleo de molde, y en el que el material matriz se inyecta siguiendo a la formación de la cavidad de molde mediante vacío.
2. Método según la reivindicación 1, en el que el material se inyecta a través de un ducto dispuesto en un lado inferior vertical de la cavidad de molde y con un flujo regulado para controlar un frente fluido que avanza de manera ascendente del material matriz para evitar una reclusión de aire en la cavidad de moldeo.
3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que una capa exterior de material de fibra que se extiende más allá de un borde lateral de la cavidad de moldeo se dispone en una primera parte exterior del molde, colocándose al menos una tubería de flujo en el borde de dicho lado para inyectar material matriz, en el que se colocan una capa de material de núcleo y otras posibles partes de núcleo, en el que se dispone una capa interior de material de fibra que se extiende más allá de dicho borde lateral, en el que se coloca el núcleo de molde en las capas que están dispuestas, en el que el material de fibra que se extiende más allá del borde lateral se pliega sobre el núcleo de molde y la tubería de flujo, en el que una capa de material de núcleo y una capa exterior de material de fibra se disponen en el núcleo de molde, en el que una segunda parte exterior de molde se coloca en contacto cercano con la primera parte exterior de molde, en el que se aplica vacío a la cavidad de molde y en el que material matriz se inyecta a través de la tubería de flujo.
4. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las piezas insertadas de núcleo se disponen entre las capas de material de fibra y se extraen del molde conjuntamente con el material compuesto para hacer un álabe en el que tales piezas insertadas constituyen elementos estructurales en el álabe finalizado.
5. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se utiliza el endurecimiento térmico, y en el que se varía la temperatura en los materiales compuestos del álabe durante el endurecimiento mediante el uso de un sistema de control de temperatura en al menos una de las partes de molde.
6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el material del núcleo se dota con conductos de paso utilizados como ductos para material matriz fluido entre las dos capas del material de fibra.
7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la inyección del material matriz se finaliza cuando el material matriz fluido se presiona fuera de aberturas en el borde lateral que se orienta hacia arriba del álabe.
8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el núcleo de molde se proporciona como una pluralidad de secciones separadas.
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