带有增强材料卷的托盘的制作方法

相关申请

本申请要求2017年11月29日提交的、名称为“sparcappalletsystem”的美国临时专利申请第62/591,867号的优先权和所有利益，其全部公开内容以引用的方式并入到本文中。

本发明总体构思涉及纤维增强材料，更具体地，涉及使用纤维增强材料生产结构部件的系统和方法。

背景技术：

已知使用纤维增强材料，例如织物、垫子、面网(veil)等来形成结构部件。例如，美国专利第8,226,866号公开了通过连续工艺生产层压件。该过程包括将纤维束(例如玻璃纤维或碳纤维)拉过树脂浴，其中，树脂然后固化形成层压件。在层压件内，纤维并排排列并且基本上彼此平行。这种层压件通常被称为单向层压件。层压件可以具有1毫米到几毫米的厚度。层压件可以形成为具有几乎任何实际宽度。生产后，片状层压件被卷绕成卷，每个卷具有几百米的长度。

这些层压件用于形成结构部件。如‘866专利所述，这些层压件可以堆叠或以其他方式层叠，以形成风能涡轮叶片的翼梁帽。具体而言，层压件的几层切片彼此叠置以形成结构部件。这些部件被布置在模具的特定区和区域内。浸渍过程将可固化的基质材料(树脂)引入模具中，以便渗透层压件的层。在浸渍过程中，可以对模具施加真空，以将切片层压在一起，并帮助树脂渗透这些层。

将参照图1-3描述用于形成结构部件的常规系统100，在这种情况下，结构部件是风力涡轮叶片的翼梁帽。在系统100中，机器102连续生产具有预定宽度w的织造织物104形式的纤维增强材料。织物104包括基本上沿着织物104的长度(即，平行于箭头106)延伸的纤维(例如，玻璃纤维和/或碳纤维)或者以其他方式用纤维增强。当织物104离开机器102并沿箭头106所示的方向行进时，织物104被卷绕在卷区108。卷绕机或其他输送装置将织物104从机器102拉到卷区108。刀片或其他切割装置在卷区108之前在织物104中形成狭缝110。以这种方式，形成织物104的分立卷112。在图1所示的实施例中，做出三个狭缝110以形成四个卷112，每个卷112具有大约w/4的宽度。

一旦预定量的织物104已经卷绕到卷区108，就在织物104的宽度w上进行手动切割114，从而将卷112与从机器102引出的织物104分离。在该切割操作期间，机器102可以停止或以其他方式暂停。因为切割114是手动进行的(例如，由操作者使用剪刀)，所以每个卷112的端部不一定是平的。尽管如此，每个卷112上的织物104的量(即长度)基本相同。

如图2所示，一旦卷112与织物104分离，在使用卷之前，将多个卷112放置在托盘120上或以其他方式包装在一起用于储存和/或运输。在图2中，八个卷112搁置在托盘120上。托盘120的典型占据面积是45英寸(宽)乘54英寸(长)。

当到了形成翼梁帽的时候，卷112的一个或多个托盘120被移动到用于形成翼梁帽的模具128附近。如上所述，翼梁帽是通过层叠例如通过手工铺设自卷112的织物104的多个切片而形成的。模具128内切片的数量和位置限定了翼梁帽的性质(例如，形状、厚度)。

由于需要织物104的许多切片来形成翼梁帽，所以必须使用几个卷112来提供必要的织物104量。卷112中的每一个具有中空的内芯(例如，由纸板制成)。位于模具128附近的提升机构140通过接合中空内芯将其中一个卷112从托盘120提升，并将卷112放置在进给机构150上，从而可以开始手工铺设过程。当卷112上的织物104用尽时，将内芯从进给机构150移除，并且提升机构140用于将包含织物104的另一卷112递送到进给机构150。重复该过程，直到完成翼梁帽的形成。

通常，卷112以最大化可包装和装运的材料(例如，织物104)量的方式放置在托盘120上。在某些情况下，这种方案可能会引入下游搬运问题。例如，在给定其装载的情况下，可能难以将托盘120定位在模具128附近。相反，如图4所示，形成翼梁帽的方法400需要在远离模具128的位置从托盘120移除卷112(步骤402)。给定卷112的尺寸和形状，必须使用高架起重机或类似物(在远处)从托盘120上卸载卷112。然后将卷112放置在推车或类似物上(步骤404)，用于运输到包括模具128的成形区(步骤406)。最后，将卷112从推车上移除(例如，使用提升机构140)并递送到进给机构150(步骤408)。这些额外的搬运步骤导致资源浪费(例如，时间、劳动力、设备、占地空间)。此外，因为形成翼梁帽所需的材料(例如，织物104)的量可能多于或少于位于单个托盘120上的材料，所以可能需要将多个托盘120移动到包括模具128的成形区以及从该成形区移走，从而加剧了上述搬运问题。

鉴于上述情况，对于使用从托盘上设置的材料卷获得的纤维增强材料生产结构部件的改进系统和方法存在未满足的需求。

技术实现要素：

本文提出提供由从材料卷获得的纤维增强材料的各层形成结构部件的改进系统和方法。

本发明总体构思涉及并设想了使用来自托盘上设置的材料卷的纤维增强材料生产结构部件的系统和方法。与常规系统和方法相比，根据允许系统和方法实现生产效益的创新配置，将卷配置在托盘上。

在一个示例性实施例中，公开了一种用于形成结构部件的系统。该系统包括多卷维增强材料，其中这些卷布置在单体式保持器的一侧，其中这些卷在保持器上形成单一层，并且其中这些卷由形成结构部件所需的纤维增强材料量的100％至103％构成。

在一个示例性实施例中，纤维增强材料包括玻璃纤维。

在一个示例性实施例中，纤维增强材料包括碳纤维。

在一个示例性实施例中，八个或更少的卷位于保持器上。

在一个示例性实施例中，卷中的每一个在放置在保持器上之前分立地用材料包裹。

在一个示例性实施例中，卷中的每一个包括芯，以便于放置在保持器上和从保持器移除。

在一个示例性实施例中，至少一对相邻卷之间的间隙至少为相邻卷平均宽度的50％。

在一个示例性实施例中，至少一对相邻卷之间的间隙至少是相邻卷平均宽度的100％。

在一个示例性实施例中，相邻卷的平均宽度在35厘米至45厘米的范围内。

在一个示例性实施例中，间隔件位于间隙中。

在一个示例性实施例中，间隔件的尺寸对应于间隙的尺寸。

在一个示例性实施例中，间隔件是中空体。

在一个示例性实施例中，卷之间存在多个间隙，并且在间隙中的每一个定位有间隔件。

在一个示例性实施例中，卷中的至少一个卷垂直于其他卷中的至少一个卷定位。

在一个示例性实施例中，卷包括第一纤维增强材料的第一卷和第二纤维增强材料的第二卷。

在一个示例性实施例中，第一纤维增强材料由第一玻璃组合物制成的纤维组成，第二纤维增强材料由第二玻璃组合物制成的纤维组成。

在一个示例性实施例中，第一纤维增强材料由具有第一纤维直径的纤维组成，第二纤维增强材料由具有第二纤维直径的纤维组成。

在一个示例性实施例中，第一纤维增强材料是具有第一面密度的织物，第二纤维增强材料是具有第二面密度的织物。

在一个示例性实施例中，第一面密度和第二面密度中的每一个都在970g/m²至1,800g/m²的范围内。

在一个示例性实施例中，保持器是托盘。

在一个示例性实施例中，托盘的长度大于托盘的宽度。

在一个示例性实施例中，长度在70英寸至100英寸的范围内。

在一个示例性实施例中，宽度在40英寸至60英寸的范围内。

在一个示例性实施例中，保持器用一材料包裹，以包住托盘上的卷。

在一个示例性实施例中，纤维增强材料是单向织物。

在一个示例性实施例中，结构部件是翼梁帽。

在一个示例性实施例中，公开了一种由托盘上的卷形成结构部件的方法。

从以下对示例性实施例的详细描述、权利要求以及随之提交的附图中，总体发明构思的许多其他方面、优点和/或特征将变得更加明显。

附图说明

下面参考附图，通过示例的方式更详细地描述总体发明构思及其实施例和优点，其中:

图1是用于形成织造织物的常规系统的图示。

图2是由图1的系统生产的织造织物卷的图示。

图3是示出在翼梁帽的生产过程中使用图2的卷的图示。

图4是将卷托盘递送到成形区的常规方法的流程图。

图5是根据示例性实施例的用于形成诸如翼梁帽的结构部件的系统的图示。

图6是根据一个示例性实施例将卷托盘递送到成形区的方法的流程图。

图7a、图7b和图7c是示出根据示例性实施例的托盘配置的图示。

图8a和图8b是示出根据第二示例性实施例的托盘配置的图示。

图9是示出根据第三示例性实施例的托盘配置的图示。

具体实施方式

虽然总体发明构思允许许多不同形式的实施例，但是在附图中示出了并且将在此详细描述其具体实施例，应当理解，本公开被认为是总体发明构思的原理的范例。因此，总体发明构思并不旨在局限于这里所示的具体实施例。

总体发明构思包括由从材料卷获得的纤维增强材料的各层形成结构部件的系统和方法。

将参照图5描述根据示例性实施例的用于形成结构部件(例如，翼梁帽)的系统500。在系统500中，准备容纳多卷512纤维增强材料(例如，织物104)的托盘520，并将其装运到用于形成翼梁帽的设施。

翼梁帽可以以任何合适的方式形成。例如，如本领域中已知的，翼梁帽可以通过将来自卷512的织物104的多个切片层叠(例如通过手工铺设)到模具128中来形成。模具128内切片的数量和布置限定了翼梁帽的性质(例如，形状、厚度)。

当到了形成翼梁帽的时候，托盘520移动到用于形成翼梁帽的模具128附近。由于托盘520的创新配置，托盘520可以容易地从设施中的任何位置(例如，集结待运区(stagingarea))移动到包括模具128的成形区。例如，托盘520可以使用叉车、托盘千斤顶等移动到成形区，而不是使用更大、更专业的设备，例如高架起重机。以这种方式，托盘520上的卷512可以被移动到成形区，而无需首先从托盘520移除。因此，如图6所示，基于托盘520形成翼梁帽的方法600比常规方法400更高效。

在形成翼梁的方法600中，托盘520最初位于远离包括模具128的成形区的位置(例如，集结待运区域)。如上所述，由于托盘520和其上的卷512的配置，托盘520本身容易移动到成形区(步骤602)。此后，卷512从托盘520移除(例如，使用提升机构140)，并被递送到进给机构150(步骤604)。因此，避免了在方法400中遇到的额外的搬运步骤，防止或减少了资源浪费(例如，时间、劳动力、设备、占地空间)。

另外，因为托盘520被配置成仅包括形成翼梁帽所需的织物104量(例如，通常多于量不超过3％)，所以避免了需要更多或更少托盘来形成翼梁帽的问题。

与使托盘上的纤维增强材料量最大化的常规方案相反，通过在托盘上放置生产结构部件所需的一定量的纤维增强材料来得出总体发明构思所设想的托盘配置。因此，尽管常规托盘通常包括8、9、10、11、12、13卷或甚至更多卷纤维增强材料，但是本发明的托盘配置基于形成翼梁帽所需的纤维增强材料的量，并且通常包括8卷或更少的总卷。

此外，尽管常规托盘通常将纤维增强材料卷彼此叠置(见图2)，但是本发明的托盘配置通常仅包括单一层这种卷。

此外，尽管常规托盘通常将卷彼此紧邻放置(即，最小化卷间的间距)，再次最大化托盘上的纤维增强材料的量，但是本发明的托盘配置通常包括托盘上的某些卷之间的预定的显著间距，以便于从托盘上移除卷，从而便于形成翼梁帽。

在一些示例性实施例中，托盘配置将包括多个卷，其中至少一个卷上的织物将不同于托盘上另一个卷上的织物。这些不同织物类型的选择是由所形成的结构部件的类型及其期望的性质来决定的。织物卷可以不同，例如，根据纤维组合物(例如，玻璃类型)、纤维尺寸(例如，直径)、纤维取向、织物形式(例如，织造的、非织造的)等。

根据示例性实施例，托盘配置700在图7a-7c中示出。托盘配置700包括位于托盘704(例如托盘520)上的七(7)卷702织物(例如织物104)。卷702可以具有任何合适的尺寸，并且包含用于生产结构部件(例如，翼梁帽)的任何合适的纤维增强材料。例如，卷702可以具有大约40厘米的宽度，并且包含预定长度(例如，250米)的单向非织造织物，其面重量大约为1,800g/m²。

同样，托盘704可以具有适合于在装运和储存期间支撑卷702的任何尺寸(厚度、长度、宽度)。通常，托盘704的长度将大于托盘704的宽度。在一些示例性实施例中，托盘704的长度在70英寸与100英寸之间。在一些示例性实施例中，托盘702的长度大约为75英寸。在一些示例性实施例中，托盘702的长度大约为80英寸。在一些示例性实施例中，托盘702的长度大约为90英寸。在一些示例性实施例中，托盘704的宽度在40英寸与60英寸之间。在一些示例性实施例中，托盘702的宽度大约为45英寸。在一些示例性实施例中，托盘702的宽度大约为48英寸。在一些示例性实施例中，托盘702的宽度大约为50英寸。

卷702中的每一个包括延伸穿过其中心的芯706(例如，纸板芯)。芯706有助于卷702移动到托盘704上和从托盘704移动下来。例如，每个芯706的尺寸和形状被设计成接纳提升构件708，该提升构件708便于通过提升机构(例如，提升机构140)，例如高架/龙门起重机(见图5)提升卷702。

通常，在放置在托盘704上之前，卷702中的每一个将被包裹在塑料或一些其他覆盖物中，以保护卷上的织物。一旦卷702以期望的配置定位在托盘704上，一个或多个间隔件710位于卷702之间形成的任何大间隙中。每个隔离物710的尺寸和形状通常对应于被填充的间隙的尺寸和形状。

间隔件710可以由任何合适的材料例如纸板制成。在一些示例性实施例中，间隔件710是中空的。间隔件710通过保持由托盘配置700限定的卷间间距，为托盘704提供了额外的稳定性。

最后，包括卷702的整个托盘704可以用塑料或类似物包裹(例如，收缩包裹)，以进一步稳定托盘704并防止其上的卷702移动。

当需要使用托盘704上的卷702，例如形成翼梁帽时，从托盘704上移除外包裹物，提升构件708穿过要从托盘704上移除的卷702的芯706或以其他方式与芯706介接，卷702被直接从托盘704提起，并且卷702位于模具(例如模具128)附近以形成翼梁帽。

根据另一示例性实施例，托盘配置800在图8a-8b中示出。托盘配置800在许多方面类似于托盘配置700。例如，托盘配置800包括位于托盘804(例如，托盘520)上的第一织物(例如，织物104)的七(7)个卷702。托盘配置800不同于托盘配置700，然而，托盘配置800包括含有不同于第一织物的第二织物的卷802。例如，虽然第一织物的面密度约为1,800g/m²，但第二织物的面密度约为970g/m²。如托盘配置800所限定的，需要第一织物的数量和第二织物的数量的组合来形成具有期望性质的翼梁帽。

在一些示例性实施例中，托盘配置800包括包含第二织物的多于一个卷802。

在一些示例性实施例中，托盘配置800包括两种以上不同类型的织物。

在一些示例性实施例中，托盘配置800包括具有不同面密度的织物，例如，面密度约为1,020g/m²的第二织物。

在一些示例性实施例中，托盘配置800包括相同织物的卷，但是这些卷具有不同的尺寸。在一些示例性实施例中，托盘配置800包括不同织物的卷，但是这些卷具有相同的尺寸。无论如何，所使用的任何间隔件(例如，间隔件710)的形状和尺寸可以基于由托盘配置800限定的卷间间距来选择。

根据另一示例性实施例，托盘配置900在图9中示出。托盘配置构900在许多方面类似于托盘配置800。例如，托盘配置900包括第一织物(例如，织物104)的七(7)个卷702-1、702-2、702-3、702-4、702-5、702-6和702-7以及位于托盘904(例如，托盘520)上的第二织物的单个卷802。然而，托盘配置900与托盘配置800的不同之处在于，第一织物卷(即，卷702-7)中的一个在托盘904上的取向与第一织物卷的其他卷(即，卷702-1、702-2、702-3、702-4、702-5和702-6)的取向不同。这种取向上的差异大约为90度，并且在图9中由第一织物卷上的箭头突出显示。虽然托盘904的总长度可能由于托盘配置900而增加，但是从托盘904移除卷的容易程度被进一步提高。

在一些示例性实施例中，托盘配置900包括包含第二织物的多于一个卷802。

在一些示例性实施例中，托盘配置900包括两种以上不同类型的织物。

在一些示例性实施例中，托盘配置900包括具有不同面密度的织物，例如，面密度约为1,020g/m²的第二织物。

在一些示例性实施例中，托盘配置900包括相同织物的卷，但是这些卷具有不同的尺寸。在一些示例性实施例中，托盘配置900包括不同织物的卷，但是这些卷具有相同的尺寸。无论如何，所使用的任何间隔件(例如，间隔件710)的形状和尺寸可以基于由托盘配置900限定的卷间间距来选择。

应当理解，总体发明构思的范围并不旨在局限于这里示出和描述的特定示例性实施例。根据给出的公开内容，本领域技术人员不仅将理解总体发明构思及其带来的优点，而且还将发现对公开的方法和系统的明显的各种变化和修改。因此，其寻求覆盖所有这些变化和修改，因为它们都落在这里描述和要求保护的总体发明构思及其任何等同物的精神和范围内。例如，虽然本文所示和所述的示例性实施例通常涉及翼梁帽的生产，但是总体发明构思并不局限于此，而是可应用于由从材料卷获得的纤维增强材料的离散层形成(至少部分形成)的任何结构部件的生产。