ES2338026T3

ES2338026T3 - Procedimiento de corte de capas estratificadas, p.ej. una caja estratificada de fibra de vidrio o fibra de carbono en la pala de una turbina eolica.

Info

Publication number: ES2338026T3
Application number: ES05769632T
Authority: ES
Inventors: Torben Krogsdal Jacobsen; Morten Dahl
Original assignee: LM Glasfiber AS
Current assignee: LM Wind Power AS
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2010-05-03
Anticipated expiration: 2025-08-10
Also published as: ES2338026T5; DK200401225A; US8721829B2; AU2005270581B2; EP1786617B2; NO20071249L; CA2574520A1; DE602005018229D1; ATE451222T1; US20080145615A1; PL1786617T3; DK1786617T4; US9751277B2; AU2005270581A1; PL1786617T5; EP1786617A1; CA2574520C; CN101005940A; EP1786617B1; US20140341747A1

Abstract

Un método de corte de capas de estratificado (301) para uso en un objeto estratificado reforzado con fibras que comprende varias capas de estratificado combinadas (301), caracterizado porque, a lo largo de una sección del al menos un borde de la capa de estratificado, se realiza un corte en bisel (303) en todo el espesor (302) de la capa de estratificado, con lo cual se reduce el espesor de la capa de estratificado.

Description

Procedimiento de corte de capas estratificadas, p.ej. una capa estratificada de fibra de vidrio o fibra de carbono en la pala de una turbina eólica.

La invención se refiere a un método de corte de capas estratificadas para uso en un objeto estratificado reforzado con fibras que comprende varias capas de estratificado combinadas. Además, la invención se refiere a una capa estratificada para uso en un objeto estratificado reforzado con fibras que comprende varias capas estratificadas combinadas. Finalmente, la invención se refiere también a un objeto estratificado reforzado con fibras en la forma de la pala de una turbina eólica, en donde dicha pala de turbina eólica comprende varias capas estratificadas combinadas.

Los estratificados se utilizan por una gran diversidad de objetos diferentes, en donde un objeto estratificado se compone de varias capas estratificadas combinadas.

Un ejemplo de un objeto compuesto de capas estratificadas es un objeto de fibra de vidrio, en donde, típicamente, varias capas estratificadas en forma de hojas formadas por fibra de vidrio están dispuestas unas sobre otras, y en donde el número de capas estratificadas depende de las propiedades deseadas para el objeto estratificado. En conexión con los objetos de fibra de vidrio se utiliza resina para mantener unidas las capas. La resina puede aplicarse manualmente sobre las capas estratificadas por RTM (moldeo con transferencia de resina), VARTM (moldeo con transferencia de resina asistido por vacío) o cualquier otro método adecuado. Alternativamente, la resina puede aplicarse sobre las capas estratificadas antes de depositar las capas (Prepreg). En el caso de que se desee tener un objeto que varíe en espesor y cambie de grueso a más fino, el número de capas estratificadas se reduce gradualmente por biselado a lo largo de cierta longitud. El biselado se realiza para evitar que se aprecien claramente muescas y reducir los saltos de rigidez a través del estratificado, efectos que en caso contrario reducirían la resistencia del estratifica-
do.

Sin embargo, es un problema de dicho biselado que una capa biselada puede desprenderse de la capa subyacente originando una desestratificación. Además, pueden formarse bolsas de aire entre el bisel y una capa de estratificado suprayacente, lo cual puede dar como resultado a su vez el arrugamiento del estratificado. Tanto el problema de desestratificación como el de las bolsas de aire contribuyen a una debilitación de la resistencia del objeto estratificado. Además, cuando se utiliza v.g. el método VARTM, pueden formarse áreas ricas en resina debido al hecho de que, a lo largo del borde de la capa estratificada, se forma un canal que puede, durante la inyección de la resina, actuar pasivamente como un canal de distribución no deseable de la resina. Tales áreas ricas en resina son indeseables dado que el calor exotérmico durante el curado puede incluir desfavorablemente en el proceso de curado y el estratificado. En el peor de los casos, pueden producirse grietas por tensión de endurecimiento en dichas áreas ricas en resina durante el endurecimiento de la resina.

Los documentos EP 1050396 y WO 03068494 presentan un método de diseño de objetos estratificados y la descripción muestra por ejemplo un objeto estratificado que varía en espesor, en donde la variación de espesor tiene lugar por disminución gradual del número de capas en el objeto estratificado. Sin embargo, dichos documentos no exponen solución alguna al problema de la desestratificación y la formación de bolsas de aire y áreas ricas en resina.

El documento JP 08105428 expone un objeto tubular compuesto de capas estratificadas reforzadas con fibras. Con objeto de reducir el riesgo de desestratificación, el tubo está achaflanado a lo largo de un borde en uno de los extremos. En este caso el objeto se achaflana después de la construcción del objeto con capas estratificadas, lo cual puede implicar desestratificación entre las capas en la región achaflanada. El documento no expone solución alguna al problema de la desestratificación en conexión con la variación de espesor y la formación de bolsas de aire y áreas ricas en resina.

Así pues, es un objeto de la invención proporcionar una solución al problema arriba mencionado.

Este objeto se consigue por el método de la reivindicación 1, por la capa de estratificado de la reivindicación 7 y por el objeto estratificado reforzado con fibras de la reivindicación 8.

Esto se consigue por un método de corte de capas de estratificado para uso en un objeto estratificado reforzado con fibras que comprende varias capas de estratificado combinadas, en donde -al menos a lo largo de una sección del al menos un borde de la capa de estratificado- se realiza un corte en bisel en todo el espesor de la capa de estratificado, reduciendo con ello gradualmente el espesor de la capa de estratificado. Un objeto estratificado reforzado con fibras se construye generalmente envolviendo o depositando capas de hojas de material unas sobre otras. En el caso de que se trate de métodos de proceso en los cuales se depositan capas de estratificado secas, la invención se refiere a un método en el cual el corte se realiza en capas de estratificado que no están impregnadas todavía. Sin embargo, la invención puede utilizarse también para hojas preimpregnadas conocidas por el nombre de Prepreg. Es una característica común de todas las variedades (tanto secas como Prepregs) que el corte en bisel tiene lugar sobre materiales de fibras no endurecidos. Dado que no sólo el número de capas de estratificado, sino también el espesor de las capas de estratificado individuales se reducen gradualmente, se obtiene un objeto estratificado en el cual se reducen drásticamente los problemas de áreas ricas de resina, bolsas de aire y el riesgo de desestratificación, y se incrementa la resistencia del objeto acabado.

De acuerdo con una realización, la capa de estratificado se corta de manera biselada en todo su espesor, con lo cual el corte formará un ángulo agudo respecto a una capa de estratificado subyacente en un objeto estratificado; y en una realización, la capa de estratificado se corta de manera biselada en una curva cóncava. De acuerdo con otra realización, la capa de estratificado se corta en una curva convexa. La forma de la curva del corte puede determinarse por ejemplo sobre la base de las condiciones de rigidez en la capa de estratificado y las tensiones en la capa de estratificado. Tests realizados han demostrado que un corte en bisel con un ángulo agudo y/o un corte practicado en una curva cóncava o convexa constituye(n) una forma de curva ventajosa, con lo cual el riesgo de desestratificación, áreas ricas en resina y bolsas de aire, se reduce considerablemente. El procedimiento de corte puede tener lugar transversal y/o longitudinalmente respecto a las capas de estratificado.

De acuerdo con una realización, la capa de estratificado es una capa de fibras, v.g. fibra de vidrio, fibra de carbono u otros tipos de fibra para materiales compuestos de materias plásticas. La capa u hoja de fibras puede estar constituida v.g. por fibras cortas cortadas (picadas), por fibras extendidas fundamentalmente en una sola dirección (unidireccionales), o por fibras extendidas biaxialmente en dos direcciones en un ángulo u otro en relación mutua; sin embargo, en dicha realización, la capa de fibras puede ser también material tejido, no tejido o de punto. Ello se aplica en particular a capas de estratificado tales que el problema de desestratificación es grande y por consiguiente una solución particularmente eficaz al problema se consigue por un corte en bisel de acuerdo con la invención.

En una disposición de laboratorio para practicar la invención, las capas de estratificado se cortan mediante el uso de un aparato construido a la medida que corta con una técnica de "corte de dedo" que es conocida por ejemplo por un esquilador de ganado o una cortadora de pelo ordinaria. Como tal, se ha encontrado durante el trabajo con la presente invención que una cortadora de pelo manual totalmente ordinaria puede cortar las capas de una manera particularmente conveniente y permite un control muy exacto de la curva de corte. Sin embargo, evidentemente se requiere un aparato industrial para cortar las capas de estratificado de acuerdo con la invención. Dicho aparato puede construirse a base de elementos de, v.g., la industria de las alfombras, en la cual se utiliza un método/dispositivo de corte adecuado para cortar patrones en alfombras de lazo y/o cortadas.

La invención se refiere además a una capa de estratificado para uso en un objeto estratificado reforzado con fibras que comprende varias capas de estratificado combinadas, en donde la capa de estratificado a lo largo de al menos uno de sus bordes está cortada en bisel en todo su espesor, reduciendo con ello el espesor de la capa de estratifica-
do.

La invención se refiere además a un objeto estratificado reforzado con fibras en la forma de la pala de una turbina eólica, en donde la pala de la turbina eólica comprende varias capas de estratificado combinadas, en donde la capa de estratificado está, a lo largo de una sección de al menos uno de sus bordes, cortada de manera biselada en todo su espesor, con lo cual se reduce el espesor de la capa de estratificado.

En lo que sigue, la invención se describirá con mayor detalle por medio de figuras que muestran realizaciones ilustrativas de la invención:

Figura 1 es una vista en corte transversal de un objeto estratificado construido a base de capas de estratificado de acuerdo con la técnica anterior.

Figura 2 es una vista en corte transversal de un objeto estratificado construido a base de capas de estratificado de acuerdo con la técnica anterior, en el cual se ha producido desestratificación como consecuencia del biselado;

Figura 3 es una vista en corte transversal de una capa de estratificado de acuerdo con la invención;

Figura 4 es una vista en corte transversal de capas de estratificado de acuerdo con la invención con diferentes cortes biselados y escalonados;

Figura 5 es una vista en corte transversal de una parte de un objeto estratificado construido a base de capas de estratificado de acuerdo con la invención;

Figura 6 es una vista en corte transversal de una porción de un objeto estratificado construido a base de capas de estratificado de acuerdo con la invención, en el cual se ha aplicado una capa de acabado;

Figura 7 es una vista en corte transversal de una sección de un objeto estratificado construido a base de capas de estratificado de acuerdo con la invención, que muestra un ejemplo de biselado interno;

Figura 8 es una vista en corte transversal de una sección de un objeto estratificado construido a base de capas de estratificado de acuerdo con la invención, en la cual las capas de estratificado están cortadas de manera biselada como una curva convexa;

Las Figuras 9A-9C son vistas en corte transversal de secciones de objetos estratificados, en las cuales la capa de estratificado cortada de manera biselada puede utilizarse ventajosamente en conexión con la unión a otro objeto, v.g. en el contexto de una reparación;

La Figura 10 es una vista en corte transversal de un objeto estratificado, en el cual la capa de estratificado cortada de manera biselada se utiliza en conexión con juntas entre capas de estratificado;

La Figura 11 muestra un objeto estratificado en la forma de la pala de una turbina eólica en la cual se representa un estratificado principal terminado en bisel.

La figura 1 es una vista en corte transversal de una porción de un objeto estratificado conocido 101 que comprende varias capas de estratificado combinadas 103, en donde el objeto estratificado se hace más delgado por un cambio en el número de capas de estratificado 103. En la Figura 1, el objeto estratificado 101 comprende inicialmente 6 capas de estratificado 103, y el número de capas de estratificado 103 se reduce gradualmente a 3 capas de estratificado 103, con lo cual el espesor del objeto estratificado 101 se reduce a la mitad. La disminución de sección tiene lugar gradualmente por ejemplo para evitar que se formen claramente muescas, que podrían dar como resultado una debilitación de la resistencia del objeto estratificado, pero también puede ocurrir que se minimice el peso del estratificado en áreas en las cuales la carga sobre el objeto estratificado no es tan alta. La Figura 1 ilustra también una capa superior 105 y las áreas ricas en resina y bolsas de aire 107 que se forman entre la capa superior 105 y las capas subyacentes debido a la disminución de sección que pueden dar como resultado a su vez el arrugamiento de la superficie del estratificado. Para evitar estas bolsas de aire se requiere un exceso de resina, en el caso de que se trate del estratificado de fibra de vidrio, que se inyecta v.g. a vacío por debajo de la capa superior 105 a fin de mantener las capas de estratificado 103 unidas. Un problema adicional asociado con el objeto estratificado conocido es que una capa biselada puede desprenderse de la capa subyacente causando una desestratificación. Ambos problemas de desestratificación, áreas ricas en resina y bolsas de aire contribuyen a una debilitación de la resistencia del objeto estratificado, contribuyendo además a hacer más difícil la fabricación de objetos estratificados v.g. por procesos de vacío, tales como VARTM o análogos.

La Figura 2 es una vista en corte transversal de un estratificado acabado (201) de acuerdo con la técnica anterior, en la cual se ilustra una desestratificación (203) en conexión con la disminución escalonada de sección (205).

La Figura 3 ilustra un corte transversal a lo largo de una porción de una capa de estratificado. En este caso, de acuerdo con la invención y en el extremo 303 a lo largo de un corte del borde de la capa de estratificado 301, se realiza un corte en bisel en todo el espesor de la capa de estratificado 302. De este modo, el espesor 302 de la capa de estratificado se reduce gradualmente. Por realización de dicho corte en bisel de la capa de estratificado, con lo cual no sólo se reduce el número de capas de estratificado, sino también el espesor de las capas de estratificado individuales, resultan capas de estratificado que pueden utilizarse en un objeto estratificado en el cual se reducen considerablemente los problemas de áreas ricas en resina, de bolsas de aire y de desestratificación.

Un corte en bisel no tiene que realizarse de modo que comprenda meramente un corte lineal ilustrado en la Figura 3; en lugar de ello, aquél comprende cualquier corte en el cual el espesor de la capa de estratificado se reduzca de tal manera que el espesor se reduzca gradualmente de modo escalonado. Ejemplos de cortes alternativos se ilustran en las Figuras 4A-4M que muestran el modo en que, en todos los cortes, el espesor de la capa de estratificado se reduce con formas de curvas diferentes. Una forma de curva para el corte puede determinarse v.g. sobre la base de las condiciones de rigidez en la capa de estratificado y las tensiones en la capa de estratificado.

La Figura 5 es una vista en corte transversal de una porción de un objeto estratificado 501 de acuerdo con la invención que comprende varias capas de estratificado combinadas 503 de acuerdo con la invención, en donde el objeto estratificado se hace más delgado por un cambio en el número de capas de estratificado 503. Inicialmente, el objeto estratificado 501 consta de seis capas de estratificado 503, y el número de capas de estratificado 503 se reduce gradualmente hasta 3 capas de estratificado 503, con lo cual el espesor del objeto estratificado 501 se reduce a la mitad. Además de una reducción en el número de capas, el espesor de la capa de estratificado individual 503 se reduce también por un corte en bisel de la capa de estratificado que se realiza como se muestra en la Figura 3 en lugar del corte brusco de la capa de estratificado que se muestra en Fig. 1. En el ejemplo que se muestra en la Figura 5, las capas de estratificado se cortaron en bisel de tal modo que formaban un ángulo agudo 505 con una capa subyacente.

La Figura 6 es una vista en corte transversal de una porción de un objeto estratificado correspondiente al objeto estratificado que se muestra en la Figura 5, encima del cual se ha aplicado una capa superior 601. Debido a la naturaleza biselada del corte de las capas de estratificado, la aparición de bolsas de aire y áreas 603 ricas en resina que se forman entre la capa superior 601 y las capas subyacentes se minimiza.

La Figura 7 es una vista en corte transversal de una sección de un objeto estratificado 701 con capas internas de estratificado cortado 703 que son, como se apreciará, cortes situados entre capas de estratificado pasantes 705. Se apreciará por la figura que por esta variedad de la invención, se evitan asimismo las áreas ricas en resina y las bolsas de aire.

La Figura 8 es una vista en corte transversal de una sección de un objeto estratificado 801 de acuerdo con la invención que comprende varias capas de estratificado combinadas 803 de acuerdo con la invención. Además de reducir el número de capas de estratificado 803, el espesor 805 de la capa de estratificado individual se reduce, asimismo, por el hecho de que las capas se cortan en una curva convexa.

Las Figuras 9A-9C exhiben vistas en corte transversal de porciones de objetos estratificados, en donde la capa de estratificado cortada en bisel puede utilizarse ventajosamente en conexión con la unión a otro objeto, v.g. en el contexto de procedimientos de reparación. La técnica anterior se ilustra en la Figura 9A; en ella se desea combinar una primera sección 901 con el estratificado 903 que comprende varias capas de estratificado 905. De nuevo, los cortes bruscos de las capas de estratificado pueden implicar desestratificación y, en el caso de que se trate de una capa superior, pueden formarse también áreas ricas de resina así como bolsas de aire. Cuando el corte de las capas se realiza en bisel como se muestra en la Figura 9B o 9C, tales problemas se ven afectados negativamente.

La Figura 10 es una vista en corte transversal de una porción de un objeto estratificado 1001, en el cual la capa de estratificado de corte en bisel puede utilizarse ventajosamente en conexión con transiciones de materiales. Dichas transiciones pueden proporcionarse con vistas a un cambio de material o simplemente para continuar una capa de estratificado 1003 con otra capa de estratificado 1005. Por corte de las capas de estratificado 1003 y 1005 de manera biselada, antes del ensamblaje de las mismas, se logra una cara de encolado más ancha entre las capas, y se reduce también el riesgo de desestratificación de las capas de estratificado en las juntas, riesgo que habría sido mayor si las capas de estratificado se hubieran cortado bruscamente y no progresivamente o de modo escalonado.

La Figura 11 muestra un objeto estratificado en forma de una pala de fibra de vidrio 1101 de una turbina eólica. La pala 1101 de la turbina eólica está construida de capas de estratificado de fibra de vidrio de acuerdo con la invención, con lo cual se consigue una pala de resistencia incrementada, en la cual están minimizadas las bolsas de aire y se minimiza también el riesgo de desestratificación del objeto estratificado de fibra de vidrio. La Figura 11 muestra una parte de la capa de estratificado de la pala ilustrada como paneles que se extienden longitudinalmente, denominada también el estratificado principal 1102 de la pala, por líneas transversales 1103 que indican el biselado de acuerdo con la invención.

Si se trata de una capa de estratificado en forma de fibra de vidrio o fibra de carbono, el proceso de corte como tal puede realizarse por medio de un aparato que corta utilizando una técnica de "corte de dedo" que es conocida v.g. por una cortadora de pelo. Dicho aparato puede construirse a base de elementos de v.g. la industria de la fabricación de alfombras, en la cual se utiliza un método/dispositivo de corte adecuado para cortar patrones en alfombras de lazo y/o cortadas. Métodos de corte alternativos pueden, como se ilustra en las Figuras 12 y 13, consistir v.g. en que, en conexión con el corte de las capas 1201 por la unidad de corte 1203, se fresan o cortan transversalmente las capas, con lo cual se consigue un corte en bisel por el uso de dicho proceso. En las figuras, las capas 1201 se cortan por medio de una unidad de corte rotativa 1203 que tiene un perfil biselado, cortándose así la capa de estratificado 1201 de tal modo que la misma resulta biselada. El perfil de la unidad de corte 1203, como se muestra en las figuras, puede biselar por uno o por ambos lados, realizando con ello un corte a bisel de dos capas de estratificado en una sola operación de corte. En una realización, la capa se corta gradualmente a lo largo de 3 centímetros.

Se comprenderá que la invención tal como se ha expuesto en la presente invención con las figuras, puede modificarse o cambiarse en tanto que sigue estando comprendida dentro del alcance de protección de las reivindicaciones siguientes.

Claims

1. Un método de corte de capas de estratificado (301) para uso en un objeto estratificado reforzado con fibras que comprende varias capas de estratificado combinadas (301), caracterizado porque, a lo largo de una sección del al menos un borde de la capa de estratificado, se realiza un corte en bisel (303) en todo el espesor (302) de la capa de estratificado, con lo cual se reduce el espesor de la capa de estratificado.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la capa de estratificado se corta en bisel, con lo cual se conseguirá que el corte forme un ángulo agudo respecto a una capa de estratificado subyacente en un objeto estratificado reforzado con fibras.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la capa de estratificado se corta en una curva cóncava.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la capa de estratificado se corta en una curva convexa.

5. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 1-4, en el cual la capa de estratificado es una capa de fibras, v.g. fibra de vidrio o fibra de carbono.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual la capa de estratificado se corta mediante el uso de una cortadora "de dedo".

7. Una capa de estratificado para uso en un objeto estratificado reforzado con fibras que comprende varias capas de estratificado combinadas, caracterizada porque la capa de estratificado (301) está, a lo largo de una sección del al menos un borde (303), cortada en bisel en todo el espesor (302) de la capa de estratificado, con lo cual se reduce el espesor de la capa de estratificado.

8. Un objeto estratificado reforzado con fibras en forma de una pala de una turbina eólica, en el cual la pala de la turbina eólica comprende varias capas de estratificado combinadas, caracterizado porque, al menos a lo largo de una sección del al menos un borde, la capa de estratificado está cortada en bisel en todo el espesor de la capa de estratificado, con lo cual se reduce el espesor de la capa de estratificado.