TWI820647B - 用於製造風力渦輪機葉片用預成形坯之方法、用於製造風力渦輪機葉片用預成形坯之製造設備、及用於製造設備的模具 - Google Patents

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Abstract

一種用於製造風力渦輪機葉片用預成形坯之方法具有以下步驟： 提供一模具(1)及配置一預成形坯建構材料(7)於可移除配置於一模具載具(2)上的一可轉移模具元件(3)中， 固定該預成形坯建構材料(7)於該模具元件(3)中， 自該模具載具(2)移除具有該固定預成形坯建構材料(7)的該模具元件(3)且將其轉移至一加熱手段(21)中， 加熱該預成形坯建構材料(7)用於產生該預成形坯， 自該加熱手段(21)移除具有該預成形坯的該模具元件(3)且冷卻該預成形坯。

Description

用於製造風力渦輪機葉片用預成形坯之方法、用於製造風力渦輪機葉片用預成形坯之製造設備、及用於製造設備的模具
本發明係指一種用於製造風力渦輪機葉片用預成形坯之方法。
如眾所周知，風力渦輪機尤其包括附接至輪轂的數個渦輪機葉片。葉片與風的互動使得輪轂轉動。發電機耦合至輪轂，被轉動的輪轂驅動。現代渦輪機的渦輪機葉片在長與寬度上的尺寸巨大。因需處理大型零件而製造不易。一種用於生產此大型葉片的技術採用預成形坯，其係用於建構個別葉片殼的預成形的較小葉片零件。這些預製的預成形坯係依所要求葉片的整體幾何形狀配置與對齊且最終分別連接嵌入纖維墊與樹脂等中用於製造最終大型葉片或葉片零件。
各預成形坯常具有些微彎曲的幾何形狀，而其長度為例如10-12m且其寬度為例如3-5m，係於特定模具中預製。模具包括個別形式零件，其中配置預成形坯建構元件如纖維墊與黏合劑，及可選用的核心元件。這些元件係藉由施加真空而固結於個別模具零件中，其中的模具零件具有對應於所要求的葉片幾何形狀的律定幾何形狀。對於此固結，預成形坯建構元件被例如箔所覆蓋，使得可應用真空於箔與模具零件之間配置建構元件處的空間。之後供熱至建構元件以熔化用於局部固定纖維墊與核心元件等的局部置放的黏合劑，藉此將之膠合於熔化的黏合劑提供的黏合基質中。在此加熱操作後，需將預成形坯冷卻至室溫，而後其足夠穩定供起重設備或任何其他相當的處置或抬升手段(常係真空吸附抬升設備)處置。
這種產生預成形坯的方法相當繁複。用以產生預成形坯的模具的設定非常複雜，尤其是需在每一模具中設置加熱與冷卻系統。這使得模具非常貴，記住需要大量獨立模具，因為通常需用20個以上的預成形坯來生產一葉片或葉片零件。此外，由於個別模具幾何形狀係設計用於預成形坯的個別幾何形狀，故需要模具的大量再使用，當應改變預成形坯幾何形狀時，還需調整加熱與冷卻設備。
此外，由於加熱與冷卻處理兩者係分別伴隨預成形坯建構元件執行，故熱的預成形坯配置於模具中使模具被占用。由於加熱與冷卻處理佔據相當的時間，故整個模具在這些冗長程序期間被占用，使得產能極低。因為模具不能被預熱，這甚至得到了加強。因此需自室溫開始溫度處理，所有的建構元件需在其真空固結前獨立配置於模具中，而後可開始加熱。此外，需將熱的預成形坯冷卻至室溫以確保其穩定性而可以抬升設備處置。此外，個別模具被占用期間可甚至更長，因為有時預成形坯在冷卻後並未立即移除，若無儲存容量餘裕，即需維持在模具中一定時間。
最後，在將預成形坯抬出模具外後，需完整清潔模具表面供次一製造處理之用，其中的清潔步驟亦耗時。直到此清潔步驟完成前，模具仍無法使用。
因此，本發明的一目的在於提供一種用於產生風力渦輪機葉片用預成形坯的經改善的方法。
為達此目的，本發明提出一種用於製造風力渦輪機葉片之預成形坯的方法，其步驟如下： 提供一模具及配置一預成形坯建構材料於可移除配置於一模具載具上的一可轉移模具元件； 固定預成形坯建構材料於模具元件上； 自模具載具移除具固定預成形坯建構材料的模具元件且將之轉移至加一熱手段中； 加熱預成形坯建構材料用於產生預成形坯； 自加熱手段移除具預成形坯的模具元件及冷卻預成形坯。
依據本發明，特定的新模具類型用於製造預成形坯。此模具類型包括模具載具，模具元件可移除地固定至該模具載具，模具元件提供對應於待建構的預成形坯的幾何形狀的模具表面。模具元件因而可轉移且可自載具移除。模具本身個別的模具元件僅用於配置與固定其上的建構材料。在置放與固定建構材料後，即自模具載具移除可轉移的模具元件且將之轉移至加熱手段如加熱烤箱，其中個別加熱建構材料，黏合劑熔化及/或活化用於個別固定或附接，膠合纖維材料如纖維墊及/或核心元件等於黏合基質中。在此加熱處理後，藉由冷卻處理將預成形坯冷卻至例如室溫，而後可以個別抬升設備自可轉移的模具元件抬升最終預成形坯。
在整個製造處理期間，個別係預成形坯的建構材料配置於可移動模具元件上且因而隨著模具元件在個別製造機台之間移動。由於此模具元件係板狀，具有托盤狀元件表面，此模具元件及個別係預成形坯的建構元件本身的整體建造設定相當薄且因而非常易於處置。在例如藉由真空固定置放與固定建構材料後，可自模具載具移除板或托盤狀模具元件且將之轉移至加熱手段做進一步處理。
此發明的方法顯示多種優點。由於模具本身僅用於配置建構材料於模具元件上且用於將之固定至模具元件，故在模具中不施行加熱或冷卻處理。因此，模具設計極簡，因為無需在模具處設置加熱或冷卻設備。此外，由於可係框架狀載具或類似物的模具載具未暴露於任何加熱或冷卻，故其將尺寸穩定且長壽，因其僅攜載模具元件與建構材料。
由於僅在模具中作封裝且完成此封裝後即移除模具元件，故新的模具元件旋即可配置於模具載具上。此允許立即開始配置新建購材料於先前短時占用的同一模具的模具元件上。此允許大幅增加吞吐量與容量。由於經常提供特定數量的獨立模具，故可實現進行中的生產，因其僅需提供可隨相應模具載具互換的相應數量的獨立模具元件。
由於僅需自模具載具移除具固定建構材料的模具元件供進一步處理，故在模具處無需直接的特定抬升手段，因為例如可僅藉由線性推拉動作即可自模具載具移除板或托盤狀模具元件。
由於加熱係在獨立於模具的加熱手段中執行，加熱手段僅用於加熱建構材料，故此加熱手段烤箱係個別可預熱的，使其固定維持於個別處理溫度。較佳的加熱手段具有個別容量，使得具有建構材料的數個板或托盤狀模具元件可同時配置於個別係烤箱的加熱手段中，此另有助於提升製造設備的容量與吞吐量。建構材料係例如加熱至80°-100°的溫度。
此外，由於個別係預成形坯的建構材料在整個製造處理中均配置於可移動的模具元件上，故可改善處置，因其直到最終產生前的任何時間均無需與預成形坯元件接觸。此外，由於模具元件併同真空蓋如箔提供對預成形坯的完善保護，故在冷卻處理後可儲存具預成形坯的模具元件於庫存中。因此，可避免預成形坯受到例如灰塵微粒汙染、濕氣穿透及/或材料劣化。
當自模具元件移除預成形坯時，模具元件的模具表面在再度被置放於模具載具前可立即接受表面處理。由於系統包括數個模具元件，故在自模具載具移除具固定建構材料的模具元件後，總是立刻有乾淨的模具元件存在，使得新的模具元件可置放於模具載具上且開始新的循環。
本發明方法允許在預成形坯元件的生產中的吞吐量激增，因為配置與固定建構材料的步驟僅係直接在模具處執行的步驟，而加熱與冷卻步驟獨立且僅利用被移除的具固定建構材料的模具元件執行。
如前述，模具元件係多功能元件。其用作接收元件，接收建構材料且界定其中配置建構材料的形狀及/或形式。其另係固定元件，併同真空箔用於固定建構材料。此外，其用作傳輸元件，因其在被移除及自模具載具傳輸經過接續的製造機台時總能確保固定建構材料或預成形坯維持定形。為達成這些多功能性特性，採用的模具包括具有可移除的剛性托盤狀模具元件的模具載具，提供其上配置建構材料的模具表面。依此實施例，模具元件本身係剛性且形式完全穩定。其較佳係由經形成或機械加工的板製成，其上具備配置建構材料的個別模具表面。個別係板的模具元件可製成厚度係例如2-5cm。由於模具元件本身係剛性，即使在遠高於加熱手段中應用溫度的高溫下亦形式穩定且耐熱，故可確保真空固定的建構材料的穩定性，因為模具元件本身提供此穩定性，儘管建構材料係由真空緊固。
如前述，建構元件可包括至少纖維材料，較佳呈纖維墊形式，不論是玻璃纖維或碳纖維墊，兩種墊均可用於建構預成形坯。此外，建構材料包括黏合劑，其常呈黏合粉末、顆粒或類似物的形式，但亦可係液體或熱熔為基的黏合劑，其中黏合劑常係局部施加於個別纖維材料或纖維墊下方、之間或上方。此外，可選擇性配置一個以上核心元件，例如木(例如輕木)或泡棉(例如合成泡棉)或類似物製的核心元件。藉由熔化的黏合劑局部固定堆疊以於渦輪機葉片或葉片零件製造處理期間維持開放樹脂浸潤。
亦如前述，預成形坯建構材料係藉由覆蓋預成形坯建構材料的至少一真空蓋與施加的真空固定於模具元件上。此真空蓋較佳係真空箔，其完全置於建構材料上且不論模具元件類型為何均與模具元件重疊。藉由在模具元件與真空蓋之間施加真空，其間配置建構材料的空間被排氣且真空蓋被吸向模具元件，藉此固定堆疊的建構材料。
較佳所建立的真空在任何接續處理步驟其間均維持，且尤其是最早僅在加熱處理後釋放，但亦可在整個冷卻處理期間維持，及甚至僅在預成形坯元件自模具元件釋放前釋放，及甚至僅在使用預成形坯元件及將之置放於葉片模具中的前一刻才釋放。真空較佳係利用適當的真空手段建立，諸如與軟管連接的泵及附接至真空蓋而允許與此真空手段耦合及解耦的閥門。因此，可在任何接續處理步驟期間或之前利用適當的壓力測量裝置如壓力計來檢查所建立的真空。若壓力超過特定臨限值，則可利用真空手段使真空再度回到所要的位準。使用例如軟管與閥門亦提供了將空氣吹入真空蓋以易於在加熱或冷卻處理步驟後自模具元件及/或預成形坯建構材料或預成形坯元件釋放蓋的選項。
如所述，在建構材料配置於且固定在模具元件上之後，自模具載具移除模具元件本身以將之轉移至加熱處理。為了將模具元件轉移至加熱手段，具有固定預成形坯建構材料的模具元件自模具載具轉移至模具傳輸手段且儲存在傳輸手段中直到其隨著傳輸手段傳輸至加熱手段或隨著傳輸手段直接傳輸到加熱手段為止。依照此實施例，提供模具傳輸手段，適於接收具有個別固定建構材料的至少一個模具元件。此傳輸手段現可充作一種緩衝區，允許儲存至少一個或若適於儲存不只一個模具元件則儲存數個模具元件直到將在加熱手段中進一步處理時。在一替代中，傳輸手段可直接傳輸一或數個模具元件至加熱手段。
較佳可將不只一個模具元件轉移至一共用的、較佳機架狀的傳輸手段。傳輸手段因而適於接收具有預成形坯建構材料的特定數量的模具元件，例如5至10個。個別係機架的傳輸手段具有例如垂直堆疊配置的個別隔間，而每一隔間接收一個模具元件。此允許儲存較高數量的模具元件於機架狀傳輸手段而於其中緩衝，或用於直接同時移動較高的數量至加熱手段。
為了將數個模具元件收集於托盤狀傳輸手段中，傳輸手段自用於接收第一模具元件的第一模具載具移動至一個以上另外的模具元件。為達此目的，傳輸手段可在配置於樓板中或上的個別軌道或導件上移動或被移動，例如沿著用於收集個別模具元件供進一步處理的一列獨立模具或模具載具。
在傳輸手段以接收一或數個模具元件後，模具元件直接或在特定延遲後轉移至加熱手段。為了將模具元件移進加熱手段如烤箱中，有數種可行的替代。依據第一替代，具有一個以上模具元件的傳輸手段移進加熱手段中。在此具有模具元件的傳輸手段本身移進烤箱中且在整個加熱處理期間隨其等維持在烤箱中。在一替代實施例中，一個以上模具元件自傳輸手段移進加熱手段中。在此傳輸手段移進一轉移位置，其中該或每一模具元件自傳輸手段轉移進入烤箱進行加熱處理。在此實施例中的傳輸手段可立即返回且再度開始收集模具元件。在此實施例中，係個別烤箱的加熱手段具有各接收一模具元件的獨立隔間，較佳烤箱的尺寸允許同時處理擴大數量的模具元件。故其經尺寸調整且包括特定數量的隔間以接收個別數量的模具元件，或是其經尺寸調整以接收具有模具元件的整個傳輸手段。在任何情況下，均可將烤箱設計為罩住平行置放或接續延伸的數個模具元件或模具元件傳輸手段。在加熱處理後，個別係現在產生的預成形坯的模具元件需經冷卻。關於建構材料配置與固定的第一步驟係在模具上執行的唯一步驟，接續處理均獨立於模具，冷卻處理亦與個別係烤箱的加熱處理分開。亦即熱的預成形坯與模具元件在冷卻處理期間將不會停留在烤箱中，允許在自烤箱移除模具元件後旋即再度使用加熱手段。
冷卻處理亦可以各種方式為之。可在加熱後自加熱手段移除一個以上的模具元件後於周遭空氣中冷卻。依照此實施例，具有熱的預形成坯的模具元件簡單移出烤箱且置於冷卻區域或類似物及因而在周遭空氣中降溫。為避免製造設施內的溫度因此冷卻而過高，周遭空氣冷卻應於製造建物以外的區域中進行。在對周遭空氣冷卻的一替代中，模具元件可移進冷卻手段中。在此提供其中執行主動冷卻的一特定冷卻手段。與可係具個別熱源的烤箱的加熱手段類似，冷卻手段亦可係具有個別冷卻器如冷卻風扇或類似物的外殼。若加熱手段與冷卻手段係例如彼此位置相近，則可建立一種能量再循環，因為自冷卻的預成形坯消散的熱可轉移至加熱手段。
如前述，可將傳輸手段(亦即機架)與較佳數個模具元件移進加熱手段中，或僅將獨立模具元件移進加熱手段中。若整個機架位在烤箱中，則較佳僅自烤箱移除具所有模具元件的機架，但亦可自機架移除個別元件。若獨立模具元件個別置於烤箱中，則其等可類似地自烤箱分別移除。藉由自烤箱移除個別模具元件，此允許差異加熱個別模具元件及其預成形坯建構材料，端視個別設定，例如一預成形坯可需要較長熱處理，而另一預成形坯需較短熱處理。如此將獨立模具元件引入及最終再度移出烤箱，使得關於加熱處理的彈性較大。
由於這些配置模具元件於加熱手段中的各種方式，關於轉移供次一冷卻步驟的各實施例是可行的。依照第一替代，包括一個以上模具元件的傳輸手段被轉移至冷卻手段中。在此由於係個別機架的被占用的傳輸手段位在烤箱中，故具有熱模具元件與預成形坯的整個傳輸手段自烤箱移進冷卻手段如冷卻腔或類似物中。較佳設置個別軌道或其他種導件以允許易於將機架自烤箱轉移至冷卻器。
在一替代實施例中，一個以上的模具元件本身自加熱手段轉移至一傳輸手段或另一傳輸手段上，其中傳輸手段維持或移進周遭空氣中冷卻，或其中傳輸手段移至冷卻手段，而一個以上的模具元件隨之轉移至冷卻手段中或傳輸手段移進冷卻手段中。在此替代中，配置於烤箱中的獨立模具元件被轉移至配置於加熱手段出口處的獨立傳輸手段且在其上匯集。此傳輸手段與配置於模具與加熱手段之間的傳輸手段類似，適於接收個別數量的模具元件與其預成形坯。根據冷卻處理，兩種變化均可行。首先，傳輸手段維持或移進周遭空氣中冷卻。在此具有預成形坯的機架維持接近加熱手段或移至執行周遭空氣冷卻的一特定冷卻區域。在一替代中，傳輸手段移至冷卻手段，亦即特定通風冷卻器或類似物，其中獨立模具元件自傳輸手段移除且轉移至冷卻手段中，其中配置個別獨立隔間用於接收該等模具元件。在一替代中，整個傳輸手段可移進冷卻手段中。在任何情況下，冷卻手段可設計成罩住數個模具元件或模具元件傳輸手段彼此平行或延伸置放。
最終，亦可模具元件本身直接自加熱手段轉移至冷卻手段中。在此的加熱與冷卻手段直接配置成行且具有個別傳輸裝置，使得具有預成形坯的模具元件可直接自加熱單元移至冷卻單元。這些傳輸裝置亦可係軌道或轉子導件或類似物。
顯然有數種可行方式可將具熱預成形坯的個別熱模具元件帶至冷卻手段或一個以上區域。
在冷卻後，個別製造的預成形坯自模具元件移除。此較佳係由抬升設備執行，較佳係真空抬升手段。具此設備，個別預成形坯移至儲存側或直接至進一步處理，其中預成形坯配置於大型葉片模具用於最終產生葉片。若具預成形坯的模具元件配置於傳輸手段上，則其等需自傳輸手段移除，為此其等可例如被轉移至一種傳輸器或類似物，藉此其等被傳輸至抬升設備。此可需要確定地將被占用的機架個別移出冷卻單元，在未施行周遭空氣冷卻的情況下，將具預成形坯的獨立模具元件移出冷卻單元。
真空蓋或類似物及/或釋放膜(若有採用)最終在預成形坯冷卻後自預成形坯元件移除，例如在將預成形坯置於葉片模具中之前。
本發明進一步係指一種用於製造一風力渦輪機葉片用預成形坯之製造設備，其包括： 一個以上的模具，各包括一模具載具，及一個以上指定的模具元件，各適於固定地接收預成形坯建構材料且可移除地可配置於該模具載具上， 一加熱手段，其適於接收自該模具載具移除的具有該預成形坯建構材料的該等模具元件中之至少一個。
較佳具有較大量的模具，例如5、10或20個模具。較佳模具元件數大於載具數，使得模具可以永久使用，因為在移除具固定預成形坯建構材料的模具元件後，若有需要，旋即可配置新的乾淨模具元件於模具載具上且新的建構材料可配置於模具元件表面上。故為此進行中的循環處理，需特定數量的獨立可互換模具元件。被指定給一共用模具載具的模具元件可全部相同，使得此個別模具總是產生同類預成形坯元件。但特定在一替代中，模具元件亦可在個別模具載具之間完全切換。
各模具元件可係剛性托盤狀模具元件，具有適於接收預成形坯建構材料的模具表面，而模具載具包括模具元件接收手段。在此實施例中，模具元件本身形式穩定且例如係由剛性與堅硬板製成，該板經個別機械加工以提供個別形成的模具表面，其上配置預成形坯建構材料。模具元件可例如係3D列印的，亦即添加劑製備處理、鑄造或成形壓制。此剛性模具元件可移動地置放於模具載具上，該模具載具可係具有個別接收手段的簡單框狀載具設備。這些接收手段可例如係縱向軌道或桿或類似物，剛性模具元件以其縱向邊緣配置於其上。
剛性模具元件可例如由金屬如鋁製成或由具足夠耐熱性的聚合物或木製成，且較佳可包括對黏著劑不具黏著性的表面。若表面對黏著劑具黏著性，則可在置放預成形坯建構材料前將釋放膜或類似的釋放劑置於模具元件表面上。此剛性元件可具有例如1-5cm的厚度，端視由何種材料製成而定。清潔可由個別自動清潔手段執行，較佳在預成形模移除後個別模具元件自動轉移至清潔手段，且清潔的模具元件自該處再循環回到具有模具載具的區域。故其係循環處理，始於模具元件置放於載具上的模具階段，接著配置建構材料，接著例如轉移至傳輸手段，接著模具元件以上述不同方式轉移至加熱手段中，接著加熱步驟，接著係亦可以各種方式執行的冷卻步驟，而後移除預成形坯且進一步處理，同時自動清潔空的模具元件且再循環回到處理循環的起點。
製造設備進一步包括至少一個模具元件傳輸手段，適於接收具有固定預成形坯建構元件的一個以上的模具元件，用於轉移一個以上的模具元件至加熱手段。適於接收數個模具元件的此傳輸手段用以將一個以上的模具元件自個別模具載具傳輸至加熱烤箱。其包括用於個別模具元件的個別接收或固定手段如個別軌道或桿或類似物，模具元件邊緣靜置於其上。傳輸手段可直接傳輸模具元件至加熱手段或先至儲存位置而後至加熱手段。
此外，模具元件傳輸手段適於藉由自縱向元件側或較短元件側接收而接收矩形模具元件。模具元件可因而自側邊垂直插入縱向軸或自前方沿著縱向軸插入。
適於接收數個模具元件的模具元件傳輸手段較佳包括可垂直移動模具元件接收手段，用於垂直堆疊數個模具元件。在此個別係機架的傳輸手段具有一種帕特洛斯特(paternoster)升降機或類似物，故係任何種類的提升手段，允許例如取得在最低位置中的第一模具元件，而後此第一模具元件被抬升直到可引入第二模具元件為止，兩元件接著被抬升等。此抬升手段可例如係配置個別接收元件的循環鍊、帶或類似物。此配置允許模具元件易於以少量或無需費力抬升即可滑進(推或拉)模具元件傳輸手段的接收手段。因此，僅需施行模具元件的水平移動，限制由機械或人抬升模具元件的需求。
加熱手段本身可適於接收一個、較佳多個模具元件本身。在此具建構材料的模具元件直接被引入烤箱中。在一替代中，加熱手段亦可適於接收包括一個以上的模具元件的傳輸手段。在此實施例中，具有傳輸元件的完整機架移進加熱手段中。
若加熱手段適於接收模具元件本身，則其可包括可垂直移動的模具元件接收手段，用於垂直堆疊數個模具元件。模具元件接收手段亦可係升降機手段如帕特洛斯特升降機或類似物，允許垂直移動模具元件用於垂直堆疊模具元件。第一模具元件亦係例如被接收於最低位置中，而後其垂直移動第一距離，而後引入第二模具元件，接著兩模具元件再度垂直移動等。此配置亦僅提供模具元件的水平移動，限制由機械或人抬升模具元件的需求。
此外，該配置可包括一冷卻手段，適於接收具有經加熱預成形坯的一個以上的模具元件而冷卻之。此冷卻手段允許例如利用冷卻風扇移除熱的主動冷卻操作，其中該冷卻手段可與加熱手段耦合以建立能量再循環。冷卻手段可係一種冷卻腔或冷卻盒，適於接收一個、較佳多個模具元件本身，包括一個以上模具元件的整個傳輸手段亦可被冷卻手段接收。再者，與加熱手段類似，在此亦僅有具經加熱預成形坯的模具元件可被獨立接收於冷卻手段中，或是個別係機架的被占用的傳輸手段被接收於冷卻手段中。
在此情況下，冷卻手段接收的傳輸手段可係先前位於加熱手段中的傳輸手段。依照此實施例，個別係機架的傳輸手段直接自烤箱轉移至冷卻器，例如自動與軌道導引。在一替代中，若烤箱已接收獨立模具元件，則傳輸手段適於自加熱手段接收一個以上模具元件。
若冷卻手段適於接收模具元件本身，則其較佳可包括可垂直移動模具元件接收手段，用於垂直堆疊數個模具元件。此外，冷卻手段可具有抬升手段如帕特洛斯特升降機或任何種類的提升手段，適於取得獨立模具元件。其等亦可在較低位置處自傳輸手段接收，而後第一模具元件被抬升至第二位置，於該處接收另一模具元件等。此配置亦僅提供模具元件的水平移動，限制由機械或人抬升模具元件的需求。
如前述，可執行模具元件之位置間或品項間的特定轉移。為便於達成這些轉移，提供轉移手段用於將模具元件自模具載具轉移至傳輸手段及/或自傳輸手段至加熱手段及/或自加熱手段至另一傳輸手段或冷卻手段或自另一傳輸手段至冷卻手段。不論設定為何，均提供轉移手段以易於自配置的一裝置轉移至次一裝置。較佳這些轉移手段自動運作，但亦可涉及部分人工操作如推動或拉動操作。故這些轉移較佳可藉由個別驅動馬達或類似物自動達成，然而在一些情況下亦可有一些人工處置。
轉移手段本身可包括配置於於模具處及/或傳輸手段處的推動手段及/或配置於傳輸手段處及/或加熱手段處的拉動手段及/或配置於模具處及/或承載模具元件的傳輸手段處的轉子元件。這些推動或拉動手段可包括特定推動或拉動桿或類似物，其可自動耦合待由例如馬達驅動推動或拉動的模具元件。轉子元件亦可配置於個別導引軌道或類似物。允許簡單移動具建構材料或預成形坯的較重模具元件，其移動亦可至少藉由人工推動或拉動起始，因為轉子元件允許極平順與緩慢移動。注意不論是否提供任何轉移手段或提供何種轉移手段，模具元件較佳藉由鎖定元件鎖定至個別裝置。故模具元件係例如可釋放地鎖定至模具載具或傳輸手段或加熱烤箱或冷卻單元等中的個別模具元件接收手段。這些鎖定手段可於模具元件就定位時自動接合，且亦可於將被移除時自動脫離。
如所述，該或各傳輸手段較佳用於自個別模具載具收集數個模具元件或用於移動其等至加熱手段或自加熱至冷卻手段等。較佳各傳輸手段較佳可沿著個別導引軌道自動移動。這些較佳基於樓層的軌道確保經律定且緊固的路徑。
最終，本發明係指用於如前述的製造設備的模具。此模具特徵在於模具載具與至少一個可互換的模具元件，其中模具元件係剛性托盤狀模具元件，具有適於接收預成形坯建構材料的模具表面，其中模具載具包括模具元件接收手段。
由於建構材料係真空固定於模具元件上，故模具載具亦包括個別真空固定手段，用於利用真空蓋固定建構材料至模具元件，例如箔、真空墊或類似物，較佳係箔，因其質輕且易於處置。
最終，模具包括轉移手段，用於自模具載具移動模具元件，其中轉移手段較佳包括配置於模具載具處的較佳自動的推動手段及/或轉子元件。
圖1顯示用於製造風力渦輪機葉片用的預成形坯的模具1的原則性圖解。該模具1包括一模具載具2，一可移除或可互換的模具元件3附接至該模具載具2。模具載具2包括個別接收元件4，例如其上靜置模具元件3的縱向軌道或束或類似物。其可藉由個別鎖定元件固定至該處，鎖定元件在應移除模具元件3時解鎖。
模具元件3包括具有模具表面6的托盤狀凹槽5，模具表面6上配置有用於建構預成形坯的建構材料7。建構材料7包括纖維材料如玻璃或碳纖維製的纖維墊，及通常呈粉末或顆粒形式的黏合劑。但亦可採用液體或熱熔黏合劑。建構材料7以個別順序個別以所需量配置，其中建構料料7明顯依循模具表面6的托盤狀形式。
在表面6上配置所有的建構材料後配置真空蓋8，其與建構材料7重疊且亦延伸至模具元件3的表面6上，示如圖1。模具載具配備有真空固定手段9，其包括真空泵與具有閥門的個別管或類似物，以允許手段9對模具元件3的耦合與解耦合，允許在模具元件3與真空蓋8之間產生真空以排空其間配置建構材料7的空間。此排空或真空固定將建構材料7非常緊密地固定至模具元件3。
模具元件3本身是堅硬板狀元件，其係由例如金屬如鋼、鋁或類似物製的個別剛性板製成，或是在後續加熱過程期間具熱阻且形式穩定的塑膠製成。此例如鋼或鋁板亦按此塑形以製備托盤狀或凸狀模具表面6。
如前述，模具元件3可自模具載具2移除。在建構材料7真空固定後，可以在模具元件3自真空固定手段9解耦合後移除具固定建構材料7及真空蓋8的模具元件3，同時仍維持模具元件3與真空蓋8之間的真空，使得亦維持建構材料的固定。模具元件3現可被移至加熱手段供進一步處理。只有模具載具3維持在原位且可配備另一個新且乾淨的模具元件3，其上可於移除先前的模具元件3後立即配置新的建構材料7或類似物。
依圖1的第一實施例如所述包括一剛性且形式穩定的板狀模具元件3，其可僅藉由抬升手段將之降至載具2上或以傳輸手段或手將之推至模具載具2上而可移除地配置於模具載具2頂部。由於模具元件3本身是剛性的，故易於處理，在處置與進一步處理期間不會發生形式或形狀變化。
圖2顯示依圖1的本發明模具1。具真空固定建構材料的模具元件3以自模具載具2部分移動。接收手段4配備在此呈個別轉子元件15形式的個別轉移手段14，模具元件3在其上滾動且易於推動或拉動以將之轉移至在此呈機架17形式的傳輸手段16。可於個別軌道18上移動與導引此傳輸手段16，使得其可例如自動沿著彼此相鄰配置的數個模具1(其一僅顯示於圖3)移動。傳輸手段16適於接收具真空固定建構材料7的模具元件3中的數個。如圖3所示，已有一個來自未顯示的模具1的模具載具2已被接收於機架17中。機架17包括在此呈縱向桿或載具形式的個別接收手段19，其例如設置有轉子或類似物以易於在其上移動模具元件。接收手段19如箭號P1所示可垂直移動，使得個別接收手段可被移動到位以接收新模具元件3，其後具模具元件3的接收手段19垂直移動且另一接收手段19被移動到位以接收另一模具元件3。模具元件3如箭號P2所示易於被配置於載具2處的個別推動手段推進機架17中，而這些推動動作亦可由手動執行，因為模具元件3在轉子元件15上滾動。亦可利用配置於機架17處的個別拉動手段將之拉近機架17中。這些推動或拉動手段可例如係推動或拉動桿或類似物。
接收手段19的垂直移動可由與接收手段19耦合的個別電馬達或例如驅動循環鍊或帶或個別主軸驅動器或類似物執行。個別推動或拉動手段亦可係被驅動的馬達。
圖3顯示用於產生渦輪機葉片用預成形坯的本發明的製造設備20的第一實施利。在此實例中顯示彼此相鄰配置的三個模具1。模具1a配備有新的模具元件3a，其如箭號P3所示被以推動或其他方式置放於模具載具2a上。第二模具1b配備有配置於模具載具2b上的模具元件3b。建構材料7b已配置於模具元件3b上，但例如尚未真空固定。
最後，已備妥第三模具1c的模具元件3c供進一步處理，且因而如箭號P4所示移進個別係機架17的傳輸手段16中。模具元件3c包括被真空蓋8c覆蓋的建構材料7，因此其係真空固定。如所示，其已部分移進其中已配置兩個其他模具元件3d、3e的機架17中。
機架17在箭號P5方向上於個別軌道18上且因而沿著個別模具1移動。在各模具1處，包括固定建構材料的個別模具元件3被接收於機架17的個別接收手段19上直到機架17滿載。
接著機架17移動至加熱手段21，亦即一加熱烤箱，其可個別預熱而總是維持在熔化經常僅局部施加的黏合劑所需的特定溫度位準，以嵌入所有的纖維材料與核心材料等於個別流體黏合基質中。數個模具元件被移進加熱手段21中，如箭號P6所示。在此圖解中，已有數個模具元件3f、3g存在此加熱手段21中，為圖解之用僅顯示部分開放。其等被加熱為建構預成形坯所需的特定時間。稍後將解釋，就此而言，有數種可行方式可將模具元件插入加熱手段中。
進一步顯示的是冷卻手段22如包括冷卻風扇或類似物的外殼或單元，適於主動冷卻經加熱的預成形坯，其係如箭號P7所示自加熱手段21轉移至冷卻手段22。稍後亦將描述此轉移。冷卻手段22的模具元件容量較佳對應於加熱手段21的模具元件容量，使得所有的加熱模具元件3可被轉移至冷卻手段22且同時冷卻。
在此冷卻手段22中，熱預成形坯被冷卻至周遭溫度，而後其等如箭號P8所示自冷卻手段22移除，待進一步處理。
此原則性布局清楚顯示模具1僅供製備建構材料7與塑形依所要求的預成形坯形狀的建構材料7形式與固定建構材料7至個別模具元件3之用。緊接在個別模具元件3自模具載具移出之後，可將一個新的模具元件3置放於模具載具上，其中新的模具元件3完全表面清潔以確保可適當配置建構材料7。
加熱處理完全與模具區分離。由於僅在加熱手段中執行加熱，故此加熱手段可固定於固定溫度而允許極短的加熱操作。
對於冷卻手段22，情況亦同，允許獨立冷卻步驟，冷卻手段22亦可維持在特定冷卻溫度或允許主動執行特定冷卻坡度以提升冷卻。
因此，可達成幾乎固定的製造，因為可固定提供準備供加熱與冷卻處理的個別載入的模具元件3。模具1占用的時間極短且幾乎僅對應於配置一新模具元件3到位、載入與固定建構材料7及移除被載入的模具元件3所需的時間。由於加熱手段21與冷卻手段22兩者適於接收數個模具元件，故加熱與冷卻處理亦明顯加速，因為可同時處理特定數量的模具元件。
圖4顯示有關轉移模具元件3至加熱手段21與冷卻手段22中的第一替代。在此實施例中，模具元件3配置於傳輸手段16中，亦即機架17中，且被接收於個別接收手段19上，接收手段19如雙箭號P9所示如前述般可垂直移動。
在此實施例中，具有所有模具元件3的完整傳輸手段16移進加熱手段21中且在加熱處理期間於該處停留。當加熱處理完成時，傳輸手段16自加熱手段21移出且直接進入冷卻手段22進行最終冷卻。在完成冷卻步驟後，具有冷卻模具元件3的整個傳輸手段16，包括經冷卻的預成形坯，自冷卻手段22移出，而後可自傳輸手段16移除模具元件3且可自模具元件3移除成品預成形坯供進一步處理。在一替代中，傳輸手段16可被移至用於儲存成品預成形坯的儲存區。
在預成形坯移除後，模具元件3將被自動表面清潔且將被自動再循環而再度被配置於無載模具載具2上。
在圖5的實施例中，個別係機架17的傳輸手段16再度顯示，其包括配置於個別可垂直移動的接收手段19上的數個模具元件3，再如箭號P9所示。
加熱手段21配備有可垂直移動的獨立接收手段23，示如雙箭號P10。傳輸手段16的獨立模具元件3如箭號P11所示，自傳輸手段16水平移動至加熱手段21，即個別自接收手段19至接收手段23。例如僅有最低處的模具元件3移動至加熱手段21的最低位置。在次一步驟中，降低傳輸手段16的次一模具元件3，同時抬升被接收於加熱手段21中的前一模具元件，使得可開始新的轉移直到卸載所有的模具元件。傳輸手段16只要一卸載完成，即再度返回接收新的模具元件3。
在加熱處理完成後，獨立模具元件3被轉移至冷卻手段22。冷卻手段22的設定與加熱手段21的設定相當。此外，冷卻手段22包括接收手段24，其如雙箭號P12所示可垂直移動。再度利用個別轉移手段，如箭號P13所示，自加熱手段11移動獨立且單一模具元件3至冷卻手段22，即個別自接收手段23至接收手段24。此外，在此執行個別垂直移動。
在完成冷卻後，具有經冷卻預成形坯的模具元件3被轉移至另一傳輸手段25(亦係機架)，而用於接收個別模具元件3的個別接收手段26，如箭號P14所示。接收手段26如箭號P15所示，亦可垂直移動。隨著傳輸手段25，具成品預成形坯的模具元件3可被傳輸至儲存區或進一步處理裝置等。
注意傳輸手段25僅係選用。定可例如轉移獨立經冷卻模具元件3至個別傳輸帶或類似物，及將之傳輸至儲存區中或至抬升裝置用於自模具元件真空抬升成品預成形坯以進一步處理預成形坯。接著視需要表面清潔空的模具元件3且再循環使用。
圖6顯示一實施例，其具有第一傳輸手段16，設定與圖5的傳輸手段16相同。此外，加熱手段21與冷卻手段22的設定與功能對應於圖6的加熱與冷卻手段21、22。在此實施例中，加熱手段21與冷卻手段22有間距，故無法直接轉移模具元件。為了轉移而設置另一傳輸手段27，包括個別接收手段28如束或軌道，在其上接收來自加熱單元21的獨立模具元件3，示如箭號P16。接收手段28亦可垂直移動，示如箭號P17。
傳輸手段27(亦係機架)完成裝載後移動至冷卻手段22，在該處卸載獨立模具元件3，如雙箭號P18所示至冷卻單元22的個別接收手段24上。在完成冷卻步驟後，模具元件3可再被轉移至傳輸手段25或可直接轉移至傳輸帶等。
在依圖5與6的兩實施例中，模具元件3分別轉移進出加熱單元。其等轉移進出加熱單元21的順序可相同。亦即各模具元件3分別接受相同的溫度處理，在加熱手段21中維持相同的處理時間。在個別係建構元件的模具元件3需要較短或較長熱處理的情況下，個別模具元件可較其他模具元件3在加熱單元21中維持較短或較長的時間，使得轉移順序可視所需處理時間而變。由於獨立模具元件轉移使此可行。
最後，圖7顯示製造設備20的另一布局。在此實例中再度包括四個模具1，而各模具具有一可移動模具元件3。為了在個別模具元件3上配置建構材料7，配置建構材料7使之接近個別模具1且亦例如自個別纖維墊滾筒等展開，同時自個別料斗或類似物施加黏合劑。
在此實施例中，呈堆高機形式的傳輸手段18設置於兩列模具1之間。此傳輸手段16(分別係堆高機)適於取得一加載模具元件3且將之傳輸至加熱手段21，示如箭號P19。接著模具元件3自加熱手段21轉移至冷卻手段22，接著自該處對其進行如所述的進一步處理。
接著在清潔模具元件3表面而於模具載具2上置換模具元件3後藉由另一傳輸手段25如堆高機返回空的模具元件3。
此圖亦顯示各種軌道18，在其上移動傳輸手段25，其中軌道18亦可為個別傳輸車29作為配送建構材料之用。
雖已參考較佳實施例詳述本發明，但本發明不以所揭示的實例為限，熟悉此技術者可在不背離本發明的範疇下自該等實例衍生其他變化。
1:模具 1a:模具 1b:模具 1c:模具 2:模具載具 2a:模具載具 2b:模具載具 3:模具元件 3a:模具元件 3b:模具元件 3c:模具元件 3d:模具元件 3e:模具元件 3f:模具元件 3g:模具元件 4:模具元件接收手段 5:托盤狀凹槽 6:模具表面 7:建構材料 7b:建構材料 7c:建構材料 8:真空蓋 8c:真空蓋 9:真空固定手段 14:轉移手段 15:轉子元件 16:傳輸手段 17:機架 18:軌道 19:接收手段 20:製造設備 21:加熱手段 22:冷卻手段 23:接收手段 24:接收手段 25:傳輸手段 26:接收手段 27:傳輸手段 28:接收手段 29:傳輸車 P1:箭號 P2:箭號 P3:箭號 P4:箭號 P5:箭號 P6:箭號 P7:箭號 P8:箭號 P9:箭號 P10:箭號 P11:箭號 P12:箭號 P13:箭號 P14:箭號 P15:箭號 P16:箭號 P17:箭號 P18:箭號 P19:箭號
自下列併同隨附圖式考量的詳細說明即可明瞭本發明的其他目的與特徵。但該等圖式僅係為了圖解而設計的原則性簡圖，並無以此限制本發明之意。圖式顯示： 圖1係第一實施例的本發明模具的原則性圖解； 圖2係具有用以接收模具元件的傳輸手段的本發明模具的原則性圖解； 圖3係製造設備的原則性圖解； 圖4係用以轉移模具元件至加熱手段與冷卻手段中的第二替代的原則性圖解； 圖5係用以轉移模具元件至加熱手段與冷卻手段中的第三替代的原則性圖解； 圖6係用以轉移模具元件至加熱手段與冷卻手段中的第四替代的原則性圖解； 圖7係第二實施例的製造設備的原則性圖解。
1:模具
1a:模具
1b:模具
1c:模具
2a:模具載具
2b:模具載具
3a:模具元件
3b:模具元件
3c:模具元件
3d:模具元件
3e:模具元件
3f:模具元件
3g:模具元件
7b:建構材料
7c:建構材料
8c:真空蓋
16:傳輸手段
18:軌道
20:製造設備
21:加熱手段
22:冷卻手段
P3:箭號
P4:箭號
P5:箭號
P6:箭號
P7:箭號
P8:箭號

Claims (22)

  1. 一種用於製造一風力渦輪機葉片用預成形坯之方法，其具有以下步驟：提供一模具(1)及配置一預成形坯建構材料(7)於可移除配置於一模具載具(2)上的可轉移的模具元件(3)上，固定該預成形坯建構材料(7)於該模具元件(3)上，自該模具載具(2)移除具有固定的該預成形坯建構材料(7)的該模具元件(3)且將其轉移至一加熱手段(21)中，加熱該預成形坯建構材料(7)用於產生該預成形坯，自該加熱手段(21)移除具有該預成形坯的該模具元件(3)且冷卻該預成形坯。
  2. 如請求項1之方法，其中，該模具元件(3)係可移除剛性托盤狀模具元件，其提供一模具表面(6)，該建構材料(7)係配置在該模具表面(6)上。
  3. 如請求項1之方法，其中具有固定的該預成形坯建構材料(7)的該模具元件(3)或數個模具元件(3)自該模具載具(2)轉移至模具的傳輸手段(16)且儲存於該傳輸手段(16)中直到其隨該傳輸手段傳輸至該加熱手段(21)或直接隨該傳輸手段(16)傳輸至該加熱手段(21)。
  4. 如請求項3之方法，其中模具的該傳輸手段(16)係一機架狀模具傳輸手段。
  5. 如請求項4之方法，其中該傳輸手段(16)自用於接收一第一模具元件(3a)的一第一模具載具(2,2a)移動至用於接收一個以上另外的模具元件(3b,3c)的一個以上另外的模具載具(2b,2c)。
  6. 如請求項3至5中任一項之方法，其中具有一個以上的模具元件(3)的該傳輸手段(16)移進該加熱手段(21)中，或一個以上的模具元件(3)自該傳輸手段(16)移進該加熱手段(21)中。
  7. 如請求項3至5中任一項之方法，其中在該加熱後，自該加熱手段(21)移除該一個以上的模具元件(3)且於周遭空氣中冷卻或移進一冷卻手段(22)中。
  8. 如請求項7之方法，其中包括該一個以上的模具元件(3)的該傳輸手段(16)轉移至該冷卻手段(22)中，或該一個以上的模具元件(3)本身自該加熱手段(21)轉移至一傳輸手段(27)上，其中該傳輸手段(27)保持在或移動至周遭空氣中用於冷卻，或其中該傳輸手段(27)移動至該冷卻手段(22)，其中該一個以上的模具元件(3)轉移至該冷卻手段(22)中或該傳輸手段(27)移動至該冷卻手段中，或該一個以上的模具元件(3)本身直接自該加熱手段(21)移動至該冷卻手段(22)中。
  9. 如請求項1至5中任一項之方法，其中固定該預成形坯建構材料(7)於該模具元件(3)上係藉由施加真空來執行，其中在加熱該預成形坯建構材料(7)後最早釋放該真空。
  10. 一種用於製造一風力渦輪機葉片用預成形坯之製造設備，其包括：一個以上的模具(1,1a,1b,1c)，各包括一模具載具(2,2a,2b,2c)，及一個以上的模具元件(3,3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g)，各適於固定地接收預成形坯建構材料(7)且可移除地可配置於該模具載具(2,2a,2b,2c)上，一加熱手段(21)，其適於接收自該模具載具(2,2a,2b,2c)移除的具有該預成形坯建構材料(7)的該等模具元件(3,3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g)中之至少一個模具元件。
  11. 如請求項10之製造設備，其中每一模具元件係剛性托盤狀的模具元件(3,3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g)，其提供一模具表面(6)，適於接收該預成形坯建構材料(7)，而該模具載具(2,2a,2b,2c)包括模具元件接收手段(4)。
  12. 如請求項10之製造設備，其中設置至少一個模具元件的傳輸手段(16)，其適於接收具有固定的該預成形坯建構材料(7)的一個以上的模具元件(3)，用於傳輸該一個以上的模具元件(3)至該加熱手段(21)。
  13. 如請求項12之製造設備，其中該加熱手段(21)適於接收一個以上的模具元件(3)本身或接收包括一個以上的模具元件(3)的該傳輸手段(16)。
  14. 如請求項12之製造設備，其中設置一冷卻手段(22)，其適於接收具有該等經加熱的預成形坯的該一個以上的模具元件(3)以將它們冷卻。
  15. 如請求項14之製造設備，其中該冷卻手段(22)適於接收一個以上的模具元件(3)本身或接收包括一個以上的模具元件(3)的該傳輸手段(16)。
  16. 如請求項15之製造設備，其中該傳輸手段(16)係先前位於該加熱手段中的手段或係適於自該加熱手段(21)接收該一個以上的模具元件的另外的傳輸手段(27)。
  17. 如請求項14至16中任一項之製造設備，其中該傳輸手段(16)及/或該加熱手段(21)及/或該冷卻手段(22)適於接收數個模具元件(3)本身，其中該傳輸手段(16)及/或該加熱手段(21)及/或該冷卻手段(22)包括可垂直移動的模具元件接收手段(19,23,24)，用於垂直堆疊該數個模具元件(3)。
  18. 如請求項14至16中任一項之製造設備，其中設置轉移手段(14)用於將一模具元件(3)自該模具載具(2)轉移至該傳輸手段(16)及/或自該傳輸手段(16)轉移至該加熱手段(21)及/或自該加熱手段(21)轉移至該另外的傳輸手段(27)或該冷卻手段(22)或自該另外傳輸手段(27)轉移至該冷卻手段(22)。
  19. 如請求項18之製造設備，其中該轉移手段(14)包括配置於該模具處及/或該傳輸手段處的推動手段，及/或配置於該傳輸手段處及/或該加熱手段處的拉動手段，及/或配置於該模具處及/或承載該模具元件的該傳輸手段處的轉子元件(15)。
  20. 一種如請求項10至19中任一項之製造設備用之模具，其特徵在於一模具載具(2)與至少一個可互換的模具元件(3)，該模具元件(3)係提供一模具表面(6)的剛性托盤狀模具元件，該模具表面(6)適於接收該預成形坯建構材料(7)，其中該模具載具(2)包括模具元件接收手段(4)。
  21. 如請求項20之模具，其中其包括一轉移手段(14)，用於自該模具載具(2)移動該模具元件(3)。
  22. 如請求項21之模具，其中該轉移手段(14)包括配置於該模具載具處的一推動手段及/或轉子元件(15)。
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