TWI588353B - 複合結構部件之製造方法、複合結構部件及風力發電設備 - Google Patents

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Description

複合結構部件之製造方法、複合結構部件及風力發電設備
本發明係關於一種如技術方案1之前言部分之用於製造具有大量至少兩個組件複合模具之一風力發電設備之一複合結構部件之方法，一第一組件係由一塑形核心材料形成且一第二組件形成為一結合層之部件。本發明亦係關於一種如技術方案9之前言部分之對應複合結構部件。本發明尤其係關於一種夾置結構部件、一種轉子葉片元件及一種具有此一複合結構部件之風力發電設備。
複合模具係包括被製造為具有固定幾何尺寸之主體之兩個或兩個以上互連材料之模具。出現在複合物中之材料主要具有功能性質，尤其用於關於其等使用領域之特定目的。個別組件之實質性質及有時候亦幾何性質對於所獲得的備料之性質而言係重要的。此使得具有不同性質之組件可彼此連接，結果係複合材料提供廣泛的使用可能性。必要時，可藉由為組件選擇不同初始物質而設定最終產品所需的性質。
一複合結構部件主要具有在負載之作用下構成複合模具之一最佳行為之性質。例如，在某一強度、剛度或可延展性方面，可指派該等性質。在負載之作用下，一複合模具應相對於複合物之一個別組件呈現該複合物之一最佳行為。複合模具之發展原則上趨向於結合服務 壽命最佳化所需性質以承受持續多年的負載。尤其在一風力發電設備之轉子葉片及其他部件之情況下，承受又快又急劇變化的負載作用，此外當一風力發電設備之部件的大小增加時，該等負載作用同樣增加。轉子葉片尤其應承受靜態負載且亦承受所產生的動態負載。
複合結構部件可以各種方式製造。因此，一風力發電設備之轉子葉片如今主要係由複合纖維材料製成，其中強化纖維主要作為一底板嵌入在一基質中，該基質主要係玻璃纖維強化塑膠。一轉子葉片主要係以一半殼夾置類型構造而製造。在不斷增長的程度下，例如採用碳纖維強化塑膠。一方面，此處所需的性質係一低重量及相對較高的結構強度，且亦係各種程度的硬度及為負載作用定製之一抗張強度。無論如何，原則上且以上述立場而言，玻璃纖維強化或碳纖維強化材料鑑於其等最佳強度而取代先前使用的軟木。
複合結構部件之典型使用係以一夾置類型構造整合此等複合結構部件；在此情況下，嵌入具有不同性質之複數個層以獲得一經適當建立的結構部件。在結構方面，個別組件之材料及定向或對準兩者皆係重要的。核心材料可由大部分結合結構腔之諸如例如紙、紙板、塑膠、金屬、軟木、瓦楞板、塑膠、泡沫及其他塑形組件之材料組成。核心材料之目的係傳輸張力及剪力及支撐覆蓋層。
纖維強化組件或複合結構部件具有分佈在一層壓材料中之纖維，該等纖維以至少一特定方向定向以達成複合纖維材料之較高等級的性質。無論如何，原則上該材料在以下三個作用相之間可具有一區別：具有高的抗張強度之纖維、一最初無論如何相對較軟的嵌入基質及連接該兩個組件之一邊界層。該等纖維通常可由玻璃、碳或陶瓷組成，而且亦可由芳族聚醯胺、尼龍纖維、混凝土纖維、天然纖維或鋼纖維組成。嵌入基質本身(主要係聚合物)具有材料特定撓曲強度、將纖維固持在適當位置、傳輸其等之間之應力且保護纖維使其等不受外 部機械及化學物質影響。邊界層服務於該兩個組件之間的應力之傳輸。纖維強化複合結構部件的問題在於該結構部件之受應力區域中可能形成各自纖維之裂縫；此等裂縫可首先發生，此乃因歸因於動態機械負載增加而產生撓曲力矩。
然而，在一層壓或基質材料中具有特定數目根纖維之各情況下，纖維強化組件或複合結構部件大幅改良各自組件之機械效能。對於材料特定參數，諸如抗剪力及撓曲強度及亦纖維在定義方向上之濃度，尤其關於各自複合物之抗張強度，可以一針對性方法個別地設定各自組件之機械支撐性質。用於評定複合纖維材料之一因數係纖維與基質之間的體積比。纖維之分率愈高，複合材料變得愈強而且變得更易碎。除了抗張強度以外，若複合物遭遇壓力，則抗剪力及撓曲強度亦可起作用。此外，特定言之，原則上已知藉由被稱為具有一核心及一或兩個覆蓋層且符合一丁字樑之原理之一夾置狀複合構造，可藉由一適中的抗剪力核心及至少一相當高的抗撓曲覆蓋層達成複合物之一高的機械剛度，然而該複合物能夠以一重量輕類型的構造而實施。
已知發泡熱塑塑膠被用作一夾置類型複合物或複合結構部件中之一核心層。例如可藉由一擠壓方法製造發泡塑膠板。由於使用要求苛刻，需要夾置類型複合物，其中熱塑塑膠具有纖維，該等纖維具有高程度的強度及剛度，尤其針對壓縮及剪切負載具有抗剪力及撓曲強度。材料特性值的增加可藉由將分層複合物添加在一起而線性發生。然而，複合結構部件之一質量太高可導致個別結構部件具有一高的特定重量。因此除了材料選擇以外亦期望提供結構措施，藉由結構措施可適當地調適及/或改良複合結構部件之一性質需求。
EP 2 307 193揭示一片狀結構元件、由主體分段組成之一泡沫主體，該等主體分段經配置在一平面中彼此相鄰且彼此連接以形成泡沫主體，且在其等鄰接面處具有片狀焊縫，且同時該等焊縫藉由彼此站 立相距一距離之凹部而中斷。在此情況下，片狀結構元件尤其呈板狀且較佳地用作夾置類型複合物(例如風力發電設備之轉子葉片)中之一核心或核心層。
EP 1 308 265揭示長型構造之一結構部件，其特徵在於彼此平行之分層板係由一纖維/塑膠複合物組成。可期望適於在風力發電設備中使用之一改良之複合結構部件。
在優先權申請案中，德國專利與商標辦公室已研究出以下先前技術：DE 1 504 768 A、DE 603 03 348 T2；EP 2 307 193 B1及EP 1 308 265 A1。
本發明之目的係指定先前技術方面有所改良之一複合結構部件、一風力發電設備及一方法，且至少係解決上述問題之一者。至少，提出先前技術中已知之一解決方案之一替代解決方案。特定言之，一複合結構部件及用於製造一複合結構部件之一方法經結構設計以提供關於剛度及/或強度最佳化結構部件之一簡化而又進一步發展的可能性。特定言之，複合結構部件及用於製造一複合結構部件之方法可以一改良方式實施。特定言之，複合結構部件及該方法使得在較佳地增加撓曲強度及抗剪力下可長期具有克服負載作用之剛度及/或強度。
關於該方法，該目的係藉由本發明憑藉如技術方案1之一方法而達成。本發明開始於用於製造尤其具有大量至少兩個組件複合模具之一風力發電設備之一複合結構部件之一方法，一第一組件係由一塑形核心材料形成且一第二組件係形成為一結合層之部件。
本發明係基於以下概念：由兩個組件製成之一複合結構部件可關於所需材料性質藉由一組合而最佳化。在此情況下，發現關於兩個組件之解決方案；因此，例如，可提供一方向纖維在一嵌入基質內之複合結構部件以抵消較高的負載。本發明係基於以下概念：應以可以 一夾置構造或類似構造之方式進行連接之一方式製造一複合結構部件，且特定言之，此應可藉由黏附劑黏合或結合在一起(尤其熱結合或黏附)而進行。本發明已辨識，當除了材料選擇以外，一複合結構部件之結構形狀亦經設計以便可以一改良方式吸收複合物中之力時，該複合結構部件獲得改良之複合物特定材料特性。
根據本發明，特此規定，形成與一稜柱之形狀一致之塑形核心材料作為具有一多邊形基本區域之一稜柱體，該基本區域之一多邊形具有一底邊及與該底邊所成相當於介於30°與60°之間之一角度，且大量稜柱體結合在一起，該等結合層之一功能定向以結合層以30°至60°之一角度伸長至彼此鄰接之稜柱之至少一者之一底邊區域之一方式形成在相交斜邊處。
有利的是，根據本發明之概念，纖維或細線或類似絞繩之縱向及橫向定向轉移至核心之幾何形狀；特定言之，此外使用複合纖維結構部件輔助一縱向及橫向定向。複合結構部件在負載之作用下(諸如張力或壓力)而且亦在剪應力下對應地具有一宏觀機械強度，該宏觀機械強度起因於結合層之經定向剛度及材料之組合。
當塑形核心材料規定結合層之一功能定向(其能夠沿斜邊根據力之一平行四邊形消除不同方向上之張力)時，可結合一結構部件，該結構部件可吸收剪應力及扭轉應力且可抵消對應負載作用(諸如張力或壓力)及對應撓曲強度。以由斜邊規定之功能定向之各自角度進行的結合被證實為一有利措施，該有利措施適當時亦可受角度之一選擇影響。
根據本發明之概念，可抵消三維應力張量。多邊形基本區域規定不同的定向可能性且形成用於使抵消負載作用之結合層交錯之基本支架。先前技術中提及之結構特徵係為法向力(對應於一單軸向應力張量)定製，以便一力垂直作用於該表面。然而，此外，三維負載作 用可藉由依據配置及結合質量變化之力分佈而變得可能，根據本發明之概念此係有利的。該概念使得可具有抵消強度之核心材料之一定向，其中結合層傾斜地伸長至結構部件之主要範圍且因此執行額外強化結構措施之功能以形成強度對應地增加之一複合結構部件。
藉由選擇基本區域之大小，可改變材料性質以便可藉由該區域之大小且因此藉由塑形核心之體積分率對剪力強度及抗剪力設定材料核心大小。藉由以一特定幾何配置結合斜邊，在對應的角度級數及一對應體積分率下，可設定壓縮強度及剛度以藉此整體產生一相長及材料特定複合結構部件。特定言之，塑形核心材料之結構配置就其等斜邊而言產生因此可增加強度之一複合結構部件之一最佳且改良類型的構造。
關於複合結構部件，該目的係藉由本發明憑藉如技術方案9之一複合結構部件而達成。
本發明開始於用於具有大量至少兩個組件複合模具之一風力發電設備之一複合結構部件，一第一組件係由一塑形核心材料形成且一第二組件係形成為一結合層之部件。根據本發明，特此規定，形成與一稜柱之形狀一致之塑形核心材料作為具有一多邊形基本區域之一稜柱體，該基本區域之一多邊形具有一底邊及與該底邊所成相當於介於30°與60°之間之一角度，及 -大量稜柱體結合在一起，該等結合層之一功能定向以結合層以30°至60°之一角度伸長至彼此鄰接之稜柱之至少一者之一底邊區域之方式形成在相交斜邊處。
本發明之概念亦產生呈夾置結構部件之形式之一複合結構部件。一較佳發展係一夾置模具，其含有複合結構部件之至少一者作為具有至少一覆蓋層之核心材料。此發展亦包含一夾置模具之構造，其中複合結構部件係由一吸力頂板層組成，該頂板層係藉由一核心材料 以間隙固持。當前發展因此使得可在一夾置結構部件中整合上文提及之性質組合連同一低重量與有限最大值，由於標稱值之線性增長，此在較高負載作用之情況下整體上抵消高的疲勞強度。
此外，本發明之概念亦產生呈一轉子葉片元件之形式之一複合結構部件。一發展涉及使用至少一複合結構部件作為核心材料之一轉子葉片元件。特定言之，一最佳複合結構部件被整合至一轉子葉片之構造中，且尤其亦被整合為轉子葉片之半硬殼類型的典型構造，以達成最佳疲勞強度及壓縮強度。較佳地，轉子葉片在發生於操作期間之拉力或重力方面加以最佳化。在此情況下，使用此複合結構部件，由於塑形核心作為熱塑塑膠而達成裂縫最小化或最小化裂縫擴散。
本發明產生如技術方案16之一風力發電設備，該風力發電設備尤其具有具備至少一複合結構部件之一轉子葉片。因為由於轉子葉片的尺寸逐漸增大且歸因於轉子葉片之結構動態行為而期望更大負載，所以可以一改良方式藉由根據設定材料特定特性值之複合模具且在結構上結合在一起的複合結構部件來吸收此等負載。迄今為止所使用之材料由於所規定質量而在其等材料特定性質方面有所限制，且因此可由此外具有增加強度之結構措施之材料取代。
本發明之其他有利發展可由子技術方案推測出，且特定言之指定實施設定目的之範疇內之廣泛概念且關於其他優點之有利可能性。
特定言之，已證實複數個稜柱在相交斜邊處結合以與稜柱及/或多個稜柱之一橫向軸成幾乎45°之一角度形成結合層之一功能定向係有利的。特定言之，此適用於成45°之一角度之結合層之一功能定向，亦即，多邊形之底邊中之角度落在45°處且在+/-10°、較佳地+/-5°之一變化內。較佳地特此規定，形成在相交斜邊處之結合層之一功能定向以45°之一角度且在+/-10°、較佳地+/-5°之一變化內伸長至稜柱及/或多個稜柱之底邊區域。
在一尤其較佳發展之範疇內，與一圓柱體之形狀一致之塑形核心材料經形成具有一多邊形基本區域。
然而，在一發展之一變體中，塑形核心材料亦可結合至呈三維多面體之形式之一稜柱體中，該多面體的面與該底邊區域及/或橫向軸所成之角度相當於30°至60°，較佳地一多面體的面與該底邊區域及/或橫向軸成45°之一角度，且在+/-10°、較佳地+/-5°之一變化內。特定言之，在一複合結構部件中，塑形核心材料經結合以形成三維多面體，該多面體的面與該基底所成之角度相當於30°至60°，較佳地45°之一角度。在此發展中，用於吸收主要的力之結構措施係藉由一對應多面構造執行。此處存在的斜邊在結構上可容易結合在一起且根據幾何體而彼此摺疊。在此情況下，此發展係用於建構一層系統之一可能性，其中，在底邊區域上建造其他平面且根據斜邊定向分散力的作用。
特定言之，一複合結構部件作為一第二組件提供纖維(作為塑形核心材料之一包板)之一功能定向，其中該功能定向成30°至60°之一角度，較佳地45°之一角度。在剪應力及扭轉應力方面，該發展提供複合結構部件之一額外有利合併。三維塑形核心材料及亦具有一特定纖維定向之包板之一結構解決方案可達成相對較高的壓縮強度且抵消一高的負載作用。一方面藉由強度增加的結合層之三維定向且另一方面藉由整合在結合層中之纖維之功能定向抵消主要的三維應力張量。在以此一方式製成之一結構部件上之靜態及動態負載作用之情況下，尤其有利地增加結構部件在其服務壽命方面的負載限制。
對於一較佳發展，提供一複合結構部件，其中塑形核心材料及結合層賦予以一片狀方式結合之六邊形之一剖面圖案，且相交斜邊以與橫向軸成30°至60°之一角度形成結合層之一功能定向，該橫向軸經定向平行於六邊形基本區域之底邊。可藉由一六邊形構造達成關於動 態及靜態負載尤其具有高強度之蜂窩材料之本身已知原理之發展。此有利結構結合所採用的材料可尤其用於高的(尤其動態)負載作用。此外，結構塑形核心材料之此處描述之形狀使得可以一簡單方式處理以該角度在一起之結合且提供容許力之一分佈之結合層之一相當大的網路。
特定言之，在一複合結構部件中，塑形核心材料具有以下群組之至少一組分：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醯胺、聚乙酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚醚酮及聚氯乙烯。
在較佳發展之範疇內，可使用用於塑形核心材料之一組分，該組分在負載作用方面具有特定材料特性值。在此情況下，複數種塑形核心材料之和可達到所要最大複合物特定特性值。各種材料之組合使得除了局部幾何力分佈以外亦可關於力生效而局部設定材料參數。因此，在各種或複數個熱塑塑膠之情況下，可設定一結構部件特定及構造特定材料特性值，此外歸因於連續的斜邊及對應的結合層之結構措施，該特性值可構成一高的力作用之一最佳解決方案。較佳地，在複合結構部件中，第二組件將由複數個稜柱組成之複合物一起結合至相對於塑形核心具有大幅增加的剛度之一熱塑可變形結構部件中。
此及其他發展利用以下事實：結合層增加個別塑形核心材料之間之剪力強度以容許一主體抵抗由於對應的力分佈導致的彈性變形。此處所需的增加剪力強度導致增加結構部件內之強度且根據幾何及材料特定參數促成力之一分佈。在此情況下，剪力強度可高於塑形核心材料，此乃因定向結合層輔助對應剪力及扭力之轉移。結合層之力或材料組分在負載作用方面可展現出與某一撓曲及扭轉剛度耦合之一對應增加的抗剪力。
特定言之，可提供一複合結構部件，其中此外藉由內部功能有 向纖維強化塑形核心材料。力分佈可較佳地發生在結合層處且因此吸收切向力，使得抵消預定裂縫或斷點。
強化塑形熱塑性之功能有向纖維可在其材料特定參數方面最佳化此塑形熱塑性。纖維、細線及類似絞繩可經定向使得其等吸收對應的力且抵消此等力。因此，在宏觀力學及微觀力學兩者中，根據結構及層特定解決方案，可促進用於抵消負載作用及高的動態負載峰值之一可能性。
特定言之，纖維或細線或類似編結、針織或編織結構可被引入至一結合層中且因此可吸收高的剪力及扭力。以一多軸方式分配且橫跨平面中之一表面平行四邊形之作用負載在此處亦藉由結合層之幾何定向之結構特徵而被吸收。在此情況下，一方面，藉由改變多邊形，可建構一複合結構部件，在寬度及高度方面該複合結構部件可以任何方式放置在一起且該複合結構部件可藉由對應幾何解決方案吸收局部不同發生的力。在此情況下，結構特徵係其中斜邊以形成介於30°與60°之間之一角度或45°之一較佳角度之方式彼此接觸的特徵。45°之此較佳角度意謂以45°角度發生剪力及扭力。另一方面，可有利地使用核心材料及纖維之材料組合，使得此外此處除了一幾何解決方案之可能性以外，亦可具有一對應定向材料解決方案。結合經由斜邊發生，且根據所採用的材料形成一對應強度增加且剛度增加的層，該層具有纖維且可在具有高的疲勞強度之負載作用下吸收力。力的轉移及分佈經由塑形核心材料發生，該塑形核心材料可依據體積變化增加延性特性。
特定言之，第二組件可以一底板之形式引入且與塑形核心結合在一起。藉由引入底板，可使稜柱體簡單地摺疊在一起，以藉此藉由兩個或兩個以上摺疊在一起的稜柱體(尤其係多面體或圓柱體)形成該等功能定向斜邊。在此情況下，歸因於塑形核心材料之幾何形狀，所 採用的解決方案係一種簡單且具成本效益的製造方法，此外該方法在個別材料方面提供一改良性質。此處在設定性質形態方面藉由底板達成功能定向。在此情況下，此等底板係複合結構部件之一功能組成部件且可對應地增加強度。
纖維較佳地以45°之一角度分佈可用一改良方式以此角度抵消負載，該分佈通常在藉此界定之區域中經最佳化且具有一明顯的強度增強效果。已辨識，動態負載首先導致引起裂縫(亦稱為疲勞裂縫)，此通常發生在與曲面法線成45°之一角度處。藉由定向纖維，可以可預設一較高的疲勞強度之方式減少裂縫的形成。
較佳地，在用於製造一複合結構部件之一方法中，擠壓塑形核心材料。熱塑塑膠之幾何形狀之製造可藉由一具成本效益且簡單的方法而發生。藉由擠壓，一系列熱塑塑膠質量可在壓力下連續自塑形小孔壓出，在此情況下，該塑形小孔具有對應的斜邊定向。擠壓產生任何所要長度之一對應主體，該主體因此可根據應用而製造。藉由設定程序變化，可藉由此方法提供幾何熱塑塑膠之一具成本效益、簡單又快速的製造。
編結物狀纖維系統基本上被廣泛地解譯為任何類型的絞繩系統，其對於相對於彼此定向之攔截纖維具有某一可變性。較佳地其係一編結品或編結物，其中由易曲折且在一定程度上本身撓曲材料(包括纖維材料)製成之複數個絞繩彼此成環，或一針織物，其中易曲折且在一定程度上本身撓曲材料(包括纖維材料)互鏈；縫合形成的細線系統(諸如針織物)亦係可能的。此外，紡織物狀結構亦係可能的，其中絞繩(雖然在一較小程度上，但是較佳地可能)以彼此成直角或近似90°完全或部分導引，較佳地在一交叉點處具有較佳地相當於10°與90°之間且較佳地相當於30°與60°之間之一纖維角度，且較佳地該等纖維以約45°且具有+/-10°之一變化範圍之一纖維角度相對於彼此定 向，或在另一特定纖維角度之情況下，以+/-5°之一變化範圍相對於彼此定向。
特定言之，一絞繩系統之該等類型因此尤其係較佳的，可取決於待引入之塑形核心材料之大小及形狀，此外可變地設定絞繩系統之纖維角度，尤其自動地可變地設定絞繩系統之纖維角度。具有一可變纖維角度之一撓曲且形狀可變的編結物狀纖維系統因此尤其係較佳的。某些纖維系統尤其有益於此性質，諸如(例如)尤其選自由編結品或針織物組成之群組之一編結物狀纖維系統。
下文藉由圖式描述本發明之例示性實施例，與先前技術相比圖式同樣藉由實例方式繪示。例示性實施例不一定旨在按比例真實繪示，圖式反而係以圖表及/或稍微失真形式給定，且作為權宜之計而加以解釋。關於自圖式中直接可見之教示之附加項，參考相關先前技術。在此情況下，必須牢記在不脫離本發明之大意的情況下可實行一實施例之形式及細節之任何修改或改變。個別地以及以任何組合，描述、圖式及/或申請專利範圍中揭示之本發明之特徵對於本發明之發展可為必要的。此外，描述、圖式及/或申請專利範圍中揭示之至少兩個特徵之所有組合屬於本發明之範疇內。本發明之大意不限於下文展示且描述之實施例之確切形式或細節，或不限於與申請專利範圍中主張之標的相比有所限制之一標的。當給定尺寸範圍時，落在該等界限內之值在此處亦被揭示為界限值且將被採用且必要時能夠被主張。本發明之其他優點、特徵及細節可由以下描述、較佳例示性實施例及圖式推測出。
圖1A展示一第一實施例中之一複合結構部件1001之一細節，在此細節中，該複合結構部件1001經結構設計使得形成呈兩個稜柱體10.1、10.2(此處具有一等腰梯形基本區域GF之兩個稜柱)之形式之至少兩個組件複合模具。此處加暗陰影之結合層20以45°之一角度定 向；亦即，此角度相對於關於梯形基本區域GF之底邊B之所描繪的橫向軸Q被量測為45°。稜柱體10.1、10.2之塑形核心材料在此處係具有材料特定性質之任何可自由選擇熱塑塑膠，此外該塑形核心材料藉由結合在一起而獲得由結合層20產生之一強度。在此情況下，藉由結合材料之選擇及結合層之選定體積分率，可達成可適用對應負載作用之一負載特定機械強度。
圖1B展示一第二實施例中之一複合結構部件1002之一細節，在此細節中，該複合結構部件1002形成為複合模具，該等複合模具具有具備一梯形基本區域GF11、GF12之稜柱體10.1、10.2且具有具備一個三角形基本區域GF13之一稜柱體10.3。在此處被指定為稜柱之圓柱形稜柱體10.1、10.2、10.3在其等斜邊處結合在一起，在此處，結合層之功能定向在橫向軸Q處以45°之角度伸長至彼此鄰接之稜柱之至少一者之底邊區域BF。結合層20之材料及體積必要時係可選擇的，且藉由加陰影而識別。略圖(在此處係圖表)展示結合層之功能定向。克服該力之一結構因此可藉由塑形核心材料之幾何體而實施。
圖2展示一第三實施例中之一複合結構部件1003之一細節，在此細節中，該複合結構部件1003將被指定為稜柱之兩個圓柱形稜柱體10.1、10.2結合在一起作為一複合體。在各情況下，稜柱具有一相似梯形基本區域GF11、GF12，稜柱之一表面係由一第二組件覆蓋，形成一編結物狀或編織物狀纖維覆蓋物30作為一結合層之部件(該等纖維被定向)。根據作用力定向之此等纖維因此可在結合層之平面中產生額外強度及剛度。在此情況下，複合結構部件之宏觀力學及微觀力學兩者皆以一最佳方式藉由結合層之結構執行及額外覆蓋物之定向而設計。
圖3針對一第四實施例中之一複合結構部件1004展示具有指定為一稜柱(在此處具有呈一個十二邊形GF14之形式之一基本區域GF)之 一圓柱形稜柱體10.4之一複合體；亦即，與一底邊B成角度且一結合層與底邊B成一對應小的角度α。在此處，稜柱被一第二組件覆蓋，形成一編結物狀或編織物狀纖維覆蓋物30作為一結合層之部件；確切地說，此處具有功能定向之纖維定向。可使用一編結管實施包板，在編結管內具有額外定向的纖維。由於具有一幾乎呈圓形但是具有多邊形基本區域之此圓柱形稜柱體10.4之包板，不僅可形成結合層20之一封閉式網狀網路，而且除了大的體積分率以外，亦可藉由纖維之一額外定向增加強度。
此類型的執行展示，對於包板，可使用理論上適用於一圓形剖面之一管，使得在此情況下可藉由多邊形之小的邊緣建立具有有向定向之包板，使得其等產生複合結構部件之一增加的強度；然而，亦可容易地將大量此等複合模具定向組裝至一複合結構部件1004中。
圖4針對一第五實施例中之一複合結構部件1005展示具有被指定為呈一多面體之形式之一稜柱之三維稜柱體10.5之一複合模具。亦可繪示一複合結構部件1005係由呈具有三角形基本區域GF12之稜柱之形式之複合體組成。在此情況下，一結合層20構成具有該強度之一材料組分，其中該材料組分由於其定向而以一實質上整體方式沿有向斜邊包圍塑形核心。此類型的複合結構部件可以一簡單方式製造，此乃因結合僅僅可藉由摺疊相似幾何稜柱而發生，其中結合層可(但是不一定必需)被提供一纖維材料，藉此形成例如上文解釋之類型之一覆蓋物30。
圖5以剖面圖展示一第六實施例中之一複合結構部件1006之一細節，該複合結構部件1006係藉由將被指定為一稜柱之複數個圓柱形或三維相似稜柱體10.6結合在一起而形成，該等稜柱體10.6係藉由一結合層20使用一覆蓋物而結合在一起，使得在剖面中獲得一真正的蜂窩結構。蜂窩結構具有高的強度，且可吸收對應動態及靜態負載。具有 一六邊形基本區域GF15之稜柱之選擇及與底邊B或底邊區域BF所成30°至60°之一選定角度範圍中之斜邊之同時定向產生一蜂窩結構，該蜂窩結構可藉由對應結合層之定向及選擇而抵消一高的負載作用。因此，藉由尤其由根據本發明之概念之一方法形成之一蜂窩結構，複合結構部件1006可達成增加的強度。
圖6在剖面中以簡化方式繪示一風力發電設備100之一轉子葉片108。此轉子葉片108包括一上部半殼108.o及一下部半殼108.u，為強化目的此等殼中提供承載結構10.o及10.u，其等可吸收並移除作用於轉子葉片上之負載。此等承載結構可藉由例如一夾置類型構造中之轉子葉片元件或藉由該等複合結構部件1001、1002、1003、1004、1005、1006形成，以精確地吸收此等對應負載。圖6之細節X展示一承載結構10，其具有由一核心材料2製成、由一撓曲編結物狀纖維系統20包圍之大量複合模具1，在此處例如該撓曲編結物狀纖維系統20被組裝在最近可能填充物中以形成用於承載結構10之一複合結構部件1001、1002、1003、1004、1005、1006。
圖7展示具有一塔102及一吊艙104之一風力發電設備100。一轉子106配置在吊艙104上，該轉子106例如以類似於圖4中之轉子葉片108之類型之方式具有三個轉子葉片108且具有一旋轉器110。在操作期間，轉子106藉由風力而設定為旋轉運動且藉此驅動吊艙104中之一發電機。
圖8以一流程圖之方式展示用於一複合結構部件1001、1002、1003、1004、1005、1006或將大量複合模具1整合至用於一承載結構10之一複合結構部件1001、1002、1003、1004、1005、1006中之一製造方法之一較佳實施例，該承載結構10被引入至一風力發電設備100之一轉子葉片108中。在一第一步驟S1中可以上文解釋之方式製造一熱塑塑膠，且在一步驟S2中可以上文解釋之方式製造呈一編結物之形 式之一複合纖維半成品產品(較佳地作為一底板或編結管)。
在一第三步驟S3中，將作為塑形核心材料之熱塑塑膠製造為一連續絞繩，且在一步驟S4中必要時可將熱塑塑膠劃分為大量的複合模具；確切地說，與一稜柱之形狀一致，熱塑塑膠被形成為具有一多邊形基本區域之一稜柱體，該基本區域之一多邊形具有一底邊及與底邊所成相當於介於30°與60°之間之一角度。
在一第一變體中，在步驟S3.1中，可將由一粒狀混合物組成之熱塑塑膠傳遞至一擠壓機，且在擠壓機之出口處可將熱塑塑膠作為一軟的絞繩直接引入至一編結管中。
編結管具有交叉纖維，其等在一交叉點處具有45°之一纖維角度，且此編結管在靜止軟的塑形核心材料降溫時圍在其周圍。軟的塑形材料藉此合併在編結管周圍或編結管上或編結管之纖維上，以在編結管與熱塑塑膠之間產生一複合物，其中編結管在適當時完全且在任何情況下部分(但不一定)位於熱塑塑膠外部上；軟的塑形材料可保留在編結管之輪廓內或完全或部分向外穿透編結物；亦即，在後一種情況下，軟的塑形材料鼓起且在適當時甚至再次自身位於編結管周圍的外部上且包圍編結管。
在當前情況下，大量稜柱體甚至可結合在一起而作為複合體以形成一複合結構部件，該等結合層之一功能定向以結合層以30°至60°之一角度伸長至彼此鄰接之稜柱之至少一者之一底邊區域之方式形成在相交斜邊處。
可使用一編結底板實行一類似程序。在一第二變體中，在一步驟S3.2中，可將由一粒狀混合物組成之熱塑塑膠傳遞至一擠壓機且在擠壓機之出口處，熱塑塑膠可被製造為一軟的絞繩並被劃分。因此獲得之大量稜柱體可在具有或不具有一插置底板之情況下結合在一起，該等結合層之一功能定向以結合層以30°至60°之一角度伸長至彼此鄰 接之稜柱之至少一者之一底邊區域之方式形成在相交斜邊處。較佳地，為此目的，複合模具被摺疊至另一複合模具上；即使插置一編結底板30(亦即，位於一鄰接層20中)，此程序及後續熱結合仍變得相當簡單。
特定言之，根據該實施例之此等變體，該申請案之標的中一般定義為一結合層20之部件之第二組件可為一編結底板30或一熱縫。
以例如圖6之細節X中所示之方法，在一步驟S5中可將大量複合模具組裝至一承載結構中。
在一步驟S6中，可將承載結構引入至一轉子葉片108之一半殼中或引入至一風力發電設備100之另一部件中。在當前情況下，該等半殼被組裝至一轉子葉片胚板中且經歷其他製造步驟，直至在一步驟S7中可將轉子葉片安裝在圖7中所示類型之一風力發電設備100上。
1‧‧‧複合模具
2‧‧‧核心材料
10‧‧‧承載結構
10.1‧‧‧稜柱體
10.2‧‧‧稜柱體
10.3‧‧‧稜柱體
10.4‧‧‧圓柱形稜柱體
10.5‧‧‧三維稜柱體
10.6‧‧‧稜柱體
10.o‧‧‧承載結構
10.u‧‧‧承載結構
20‧‧‧結合層/纖維系統/鄰接層
30‧‧‧編結底板/纖維覆蓋物
100‧‧‧風力發電設備
102‧‧‧塔
104‧‧‧吊艙
106‧‧‧轉子
108‧‧‧轉子葉片
108.o‧‧‧上部半殼
108.u‧‧‧下部半殼
110‧‧‧旋轉器
1001‧‧‧複合結構部件
1002‧‧‧複合結構部件
1003‧‧‧複合結構部件
1004‧‧‧複合結構部件
1005‧‧‧複合結構部件
1006‧‧‧複合結構部件
B‧‧‧底邊
BF‧‧‧底邊區域
GF‧‧‧基本區域
GF11‧‧‧梯形基本區域
GF12‧‧‧梯形基本區域
GF13‧‧‧三角形基本區域
GF14‧‧‧十二邊形
GF15‧‧‧六邊形基本區域
Q‧‧‧橫向軸
X‧‧‧細節
α‧‧‧角度
特定言之，在圖式中：圖1A展示一較佳實施例中之複合結構部件之一圖表繪示，塑形核心被繪示為具有一多邊形作為基本區域之一稜柱；圖1B展示一較佳實施例中之複合結構部件之一圖表繪示，塑形核心被繪示為具有多個幾何基本區域之稜柱；圖2展示具有被繪示之一多邊形基本區域、額外包板之經結合稜柱之一圖表繪示；圖3展示一較佳實施例之塑形核心之一圖表繪示，熱塑塑膠被繪示為具有一圓形剖面及對應包板之一長形管；圖4展示呈一摺疊在一起的多面體之形式之複合結構部件之一圖表繪示；圖5展示一複合結構部件之剖面之一圖表繪示，該實施例處理剖面平面中之一蜂窩結構； 圖6透過一轉子葉片展示一簡化剖面繪示；圖7展示一風力發電設備；圖8展示一製造方法之一較佳實施例之一流程圖。
在圖1至圖8中，為簡單起見，相同的參考符號用於相似或類似部件或具有相似或類似功能之部件。
10.1‧‧‧稜柱體
10.2‧‧‧稜柱體
10.3‧‧‧稜柱體
20‧‧‧結合層
1001‧‧‧複合結構部件
1002‧‧‧複合結構部件
B‧‧‧底邊
BF‧‧‧底邊區域
GF‧‧‧基本區域
GF11‧‧‧梯形基本區域
GF12‧‧‧梯形基本區域
GF13‧‧‧三角形基本區域
Q‧‧‧橫向軸
α‧‧‧角度

Claims (16)

  1. 一種用於製造具有大量至少兩個組件複合模具之一風力發電設備之一複合結構部件之方法，一第一組件係由一塑形核心材料形成且一第二組件係形成為一結合層之部件，其中形成與一稜柱之形狀一致之該塑形核心材料作為具有一多邊形基本區域之一稜柱體，該基本區域之一多邊形具有一底邊及與該底邊所成相當於介於30°與60°之間之一角度，及大量該等稜柱體結合在一起，該等結合層以30°至60°之一角度伸長至彼此鄰接之該等稜柱之至少一者之一底邊區域之一方式形成在相交斜邊處，其中該第二組件形成為一底板之形狀，該底板被引入在一第一稜柱體與一第二稜柱體之間且連接至該等稜柱體之該塑形核心，且該第二組件係作為該塑形核心材料之一包板，該第二組件具有纖維，而該等纖維彼此成30°至60°之一角度，其中該塑形核心材料可藉由擠壓製成，且其中大量該等稜柱體係藉由熱結合或黏附黏合而結合在一起，其中該複合結構部件係經由該第二組件藉由由大量稜柱體組成之一熱塑基質而一起結合至抗剪力大幅增加之一可變形結構部件中。
  2. 如請求項1之方法，其中與該多邊形之該底邊所成之該角度落在35°至55°之間。
  3. 如請求項2之方法，其中與該多邊形之該底邊所成之該角度落在40°至50°之間。
  4. 如請求項1之方法，其中在該等相交斜邊處，形成該等結合層，其以35°至55°之角度伸長至該等稜柱之該底邊區域。
  5. 如請求項4之方法，其中在該等相交斜邊處，形成該等結合層，其以40°至50°之角度伸長至該等稜柱之該底邊區域。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中與一圓柱體之形狀一致之該塑形核心材料具有一多邊形基本區域。
  7. 如請求項1之方法，其中該等纖維彼此成45°之角度。
  8. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該塑形核心材料結合至呈一個三維多面體之形式之一稜柱體中，該多面體的面與底邊區域所成之角度相當於30°至60°。
  9. 一種用於具有大量至少兩個組件複合模具之一風力發電設備之複合結構部件，一第一組件係由一塑形核心材料形成且一第二組件係形成為一結合層之部件，其特徵係形成與一稜柱之形狀一致之該塑形核心材料作為具有一多邊形基本區域之一稜柱體，該基本區域之一多邊形具有一底邊及與該底邊所成相當於介於30°與60°之間之一角度，及大量稜柱體結合在一起，該等結合層以該結合層以30°至60°之一角度伸長至彼此鄰接之該等稜柱之至少一者之一底邊區域之一方式形成在相交斜邊處，其中該第二組件形成為一底板之形狀，該底板被引入在一第一稜柱體與一第二稜柱體之間且連接至該等稜柱體之該塑形核心，且該第二組件係作為該塑形核心材料之一包板，該第二組件具有纖維，而該等纖維彼此成30°至60°之一角度，且其中大量該等稜柱體係藉由熱結合或黏附黏合而結合在一起，其中該複合結構部件係經由該第二組件藉由由大量稜柱體組成之一熱塑基質而一起結合至抗剪力大幅增加之一可變形結構部件中。
  10. 如請求項9之複合結構部件，其中該等纖維彼此成45°之角度。
  11. 如請求項9之複合結構部件，其中該塑形核心材料及該等結合層形成六邊形之一片狀剖面圖案，及該等結合層以一片狀方式結合在一起之相交斜邊以30°至60。之一角度伸長至該等稜柱之一底邊區域，該底邊區域經定向平行於一六邊形之底邊。
  12. 如請求項9至11中任一項之複合結構部件，其中該塑形核心材料含有以下群組之至少一組分：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醯胺、聚乙酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚醚酮及聚氯乙烯。
  13. 如請求項9至11中任一項之複合結構部件，其中該塑形核心材料係藉由額外內部纖維強化。
  14. 如請求項9至11中任一項之複合結構部件，以用於一風力發電設備之一夾置結構部件之形式使用大量複合模具以形成一核心結構部件，其中該核心結構部件在至少一側上由至少一覆蓋層覆蓋。
  15. 如請求項14之複合結構部件，以用於一風力發電設備之一轉子葉片之一轉子葉片元件之形式使用大量複合模具以形成一核心結構部件，其中該核心結構部件係由至少一轉子葉片覆蓋層包圍，該轉子葉片元件具有該夾置結構部件。
  16. 一種具有一塔、一吊艙及具備一轉子轂部及多個轉子葉片之一轉子之風力發電設備，其特徵係該轉子葉片，該塔，該吊艙及該轉子轂部之至少其中之一者具有如請求項9至15中之任一項之一複合結構部件。
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