用于制造用于风力涡轮机的组件的方法和模具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于制造用于风力涡轮机的组件的方法和模具。
【背景技术】
[0002]现代风力涡轮机转子叶片由纤维增强塑料制成。转子叶片通常包括具有圆的前缘和尖的后缘的翼面。为了生产此类转子叶片，纤维材料被铺设于模具上并且随后被树脂浸渍。
【发明内容】
[0003]本发明的一个目的在于提供改良的用于制造用于风力涡轮机的组件的方法和模具。
[0004]因此，提供了用于制造用于风力涡轮机的组件(特别是转子叶片)的方法。该方法包括下列步骤:a)铺设纤维材料至模具上，b)使用钉将纤维材料附接于模具和/或至组件的芯，c)用树脂浸渍纤维材料，以及d)固化树脂以形成组件。
[0005]本方法的优点在于，防止或缓解了组件(特别是转子叶片)不固结。由于纤维材料附接至模具的事实，因此纤维材料总是与模具腔体的表面接触。这样防止由于复杂的模具几何形状而引起的树脂浸渍纤维材料较差固结。特别地，在构成转子叶片的前缘的模具腔体部段中，将纤维材料紧密附接至模具的钉防止在纤维材料与模具腔体之间形成间隙。因此，避免或减少了干燥纤维(即非浸渍纤维)、浸渍纤维材料中的气泡和/或在转子叶片的前缘中的树脂的累积。
[0006]树脂的固化可在压力和高温下完成，例如在高压釜中。为了将纤维材料附接至模具，可使用射钉枪。可用于浸渍纤维材料的树脂的示例是环氧树脂、聚酯、乙烯酯或任何其它合适的热塑性或硬质塑料材料。纤维材料可包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或类似物。优选地，纤维材料由玻璃纤维制成。纤维材料可以编织的或针织的毡的形式提供，例如单向的纤维毡、粗纱或类似物。
[0007]用树脂浸渍纤维材料能够在真空辅助树脂传递模制(VARTM)工艺中完成。替代地，纤维材料在步骤a)中可以预浸渍状态(所谓的预浸材料)被供给。当然，当使用预浸材料时，没有给纤维材料注射树脂的需要。
[0008]通常说来，模具可以是打开的或关闭的模具。例如，模具可包括一个或更多个部件，特别地下部件和上部件。
[0009]“固化的”或“凝固的”指的是树脂被硬化和/或被交联至其中树脂浸渍的纤维材料的形状将不再改变或不再显著改变的程度。
[0010]“a)”、“b)”、“c)”和“d)”不暗示方法步骤的固定次序。反而，步骤a)至c)可以按技术人员认为合适的不同次序实施。
[0011]根据实施例，在步骤b)中，纤维材料被附接至柔性模具部件，其中钉被驱动到柔性模具部件中。
[0012]目前，“柔性”意味着柔性模具部件的材料可容易地被钉穿透。
[0013]根据另外的实施例，柔性模具部件由聚合物材料制成。
[0014]例如，柔性模具部件由聚苯乙烯(PS)制成。特别地，柔性模具部件可由泡沫状聚合物制成，以使钉容易穿透至柔性模具部件中。
[0015]根据另外的实施例，在步骤a)中在将纤维材料铺设在模具上之前，柔性模具部件被覆盖以箔片。
[0016]优选地，箔片是聚合物箔片。箔片作为阻止树脂粘贴在柔性模具部件上的释放箔片。箔片为了容易更换而被配置为是可移除的。箔片可由聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、硅树脂、聚乙烯(PE)或类似物制成。
[0017]根据另外的实施例，该组件是转子叶片，其中在步骤b)中与转子叶片的前缘相对应的纤维材料被附接至柔性模具部件。
[0018]这样防止在前缘中的不固结。
[0019]根据另外的实施例，在步骤b)中纤维材料被附接至下半模具。
[0020]特别地，模具也包括上半模具。半模具在分隔平面中被分隔开。额外地，上半模具也可装备有柔性模具部件。
[0021]根据另外的实施例，在从模具移出固化的组件之后，钉从组件突出的部分被移除。
[0022]这样确保了组件的光滑表面。
[0023]根据另外的实施例，钉从组件突出的部分通过磨削被移除。
[0024]根据另外的实施例，钉由聚合物材料制成。
[0025]例如，钉可具有C形的或销形的形状。特别地，钉可由玻璃纤维增强的聚酰胺制成。
[0026]此外，提供了用于制造用于风力涡轮机的组件(特别是转子叶片)的模具。该模具可用于上述的方法中。
[0027]该模具包括柔性模具部件，该柔性模具部件被配置为用于将钉驱动进入该柔性模具部件中，钉用于将纤维材料附接至模具。该模具可包括下半模具和上半模具。该模具可由聚合物材料、塑料材料、金属合金或其结合制成。这样确保模具的足够的稳定性和耐久性。该模具具有模具腔体，其构成待制造组件的阴模。该模具腔体可被设置在两个半模具中。
[0028]根据实施例，柔性模具部件被布置在模具的下半模具中。
[0029]这样确保了在用上半模具关闭模具之前，能容易地应用钉。
[0030]根据另外的实施例，柔性模具部件被配置为可从模具移除。
[0031]柔性模具部件可被拧紧、胶粘或夹紧至模具。这样具有的效果在于，当由于使用钉将纤维材料多次附接至柔性模具部件而使柔性模具部件被磨损时，可容易地更换柔性模具部件。
[0032]根据另外的实施例，柔性模具部件由聚合物材料制成。
[0033]例如，柔性模具材料由PS制成。特别地，柔性模具部件可由泡沫状聚合物制成，以使钉容易穿透至柔性模具部件中。
[0034]根据另外的实施例，柔性模具部件被布置于邻近模具的分隔平面处。
[0035]这样确保纤维材料直接附接在分隔平面处。
[0036]根据另外的实施例，该组件是转子叶片，并且柔性模具部件被定位在模具内，以与转子叶片的前缘相对应。
[0037]这样改善了在转子叶片的前缘的区域中的固结。
[0038]“风力涡轮机”现在指的是将风力的动能转化成旋转能的设备，而旋转能可再次被此设备转化成电能。
[0039]结合本方法描述的实施例和特征也同样适用于模具，反之亦然。
[0040]本发明另外的可行实施方式或替代性解决方案也包括以上或以下参照实施例描述的特征的结合(此文中未明确提及)。本领域技术人员也可在本发明的最基本的形式中添加单个或单独的方面和特征。
【附图说明】
[0041]结合附图，本发明另外的实施例、特征和优点从随后的描述和从属权利要求将变得明显，其中:
图1显示根据一个实施例的风力涡轮机的立体图；
图2显示根据一个实施例的涡轮机叶片的截面图；
图3显示根据一个实施例的用于制造涡轮机叶片的模具的截面图；
图4显示根据图3的模具的立体图；以及图5显示根据一个实施例的用于制造涡轮机叶片的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0042]在附图中，同样的附图标记指示相同的或功能等同的元件，除非另外指出。
[0043]图1显示根据实施例的风力涡轮机I。
[0044]风力涡轮机I包括连接至布置在机舱3内的发电机(未示出)的转子2。机舱3被布置在风力涡轮机I的塔4的上端处。
[0045]转子2包括三个叶片5。此种转子2可具有例如从30米至160米的范围的直径。叶片5经受大的风力负载。与此同时，叶片5需要是轻质的。由于这些原因，现代风力涡轮机I中的叶片5由纤维增强的复合材料制成。其中，出于成本原因，玻璃纤维通常优于碳纤维而是优选的。此外，叶片5每个均包括一个或更多个由轻质材料制成的芯构件来减轻叶片5的重量。
[0046]图2显示根据实施例的叶片5的截面图。
[0047]叶片5包括壳体或具有圆的前缘6和尖的后缘7的翼面8。翼面8由纤维增强复合材料制成。纤维增强材料包括纤维材料和其中嵌入有纤维材料的基质材料。基质材料是树脂。可被用于浸渍纤维材料的树脂的示例是环氧树脂、聚酯、乙烯酯或任何其它合适的热塑性或硬质塑料材料。
[0048]纤维材料可包括玻璃纤维、碳纤维或类似物。优选地，纤维材料由玻璃纤维制成。纤维材料可以以编织的或针织的毡的形式被提供，例如单向的纤维毡、粗纱或类似物。纤维材料可以以非浸渍(即干燥的)毡的形式或以所谓的预浸材料的形式被提供。优选地，纤维材料初始地未被树脂浸渍，并且当被放置在模具中时将被浸渍。用树脂浸渍纤维材料能够在真空辅助树脂传递模制(VARTM)工艺中被完成。翼面8可以是中空的或至少部分被填充以芯构件或芯9。芯9包括木材或聚合物材料，特别是聚合物泡沫材料。泡沫材料可包括聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(TBT)或类似物。
[0049]图3显示截面图，以及图4显示根据实施例的用于