用于制造复合构件的方法、复合构件和风能设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于制造风能设备的复合构件 的方法，所述复合构件具有多个至少两部件式的复合成型件，其中第一部件由成型的忍材 料形成并且第二部件形成为接合层的一部分。本发明也设及一种根据权利要求9的前序部 分所述的相应的复合构件。本发明尤其设及一种夹层构件、一种转子叶片元件和一种具有 运种复合构件的风能设备。
【背景技术】
[0002] 复合成型件是由两种或更多种彼此连接的材料构成的成型件，所述成型件作为具 有固定的几何尺寸的本体来制造。在复合件中出现的材料通常具有功能特性、尤其受制于 其使用领域。对于所获得的材料的特性而言，各个部件的材料特性并且可能还有几何特性 有重要意义。运实现:使不同部件的特性彼此结合，由此复合材料得到广泛的应用可能性。 对于最终产品所需要的特性可W根据需求通过选择用于部件的不同的原材料来设置。
[0003] 复合构件通常具有如下特性，所述特性在负荷作用下显示出复合成型件的优化的 性能。所述特性可W在例如一定硬度、刚度或者可延展性方面进行分配。复合成型件在负荷 作用下应相对于复合件的单部件显示出复合件的优化的性能。负荷成型件的发展基本上如 下:所要求的特性与使用寿命结合地进行优化，W便承受住长年的负荷。尤其，在风能设备 的转子叶片和其它部件中，被施加高且强地改变的负荷作用，所述负荷作用此外随着风能 设备的部件的尺寸增加而同样增加。尤其是，转子叶片要承受住静态负荷而且要承受住出 现的动态负荷。
[0004] 复合构件能够W不同的方式和方法制造。因此，风能设备的转子叶片现今主要由 纤维复合材料制成，在所述纤维复合材料中，通常作为垫的增强型纤维嵌入在通常为玻璃 纤维增强型塑料的基质中。转子叶片通常W半壳夹层构造方式制造。例如越来越多地使用 碳纤维增强型塑料。在此所要求的特性一方面是在结构强度相对高的情况下小的重量，W 及不同的硬度等级和针对负荷作用的抗拉强度。玻璃纤维增强型或碳纤维增强型材料在任 何情况下都能够基本上并且在上述视点下关于其优化的硬度取代迄今为止对轻木的使用。 [000引复合构件的典型使用是将其W夹层构造方式集成，在此，嵌入多个具有不同特性 的层，W便获得相应设置的构件。在结构上一方面各个部件的材料而且取向或定向都有重 要意义。忍材料可W由例如为纸、纸板、塑料、金属、轻木、波纹板、塑料、泡沫的材料和其它 成型部件构成，通常结合有结构上的空腔。忍材料的目的是，传递牵引力W及剪切力并且支 持覆盖层。
[0006]纤维增强的部件或者复合构件具有分布在层压材料中的纤维，其中所述纤维沿着 至少一个特定的方向取向，W便实现纤维复合材料的高品质的特性。基本上在任何情况下 都可W区分材料中的=个起作用的相:非常抗拉的纤维、首先在任何情况下都相对软的嵌 入式的基质和将运两个部件连接的边界层。纤维通常可W由玻璃、碳、陶瓷W及也可W由芳 族聚酷胺、尼龙纤维、混凝上纤维、天然纤维或者钢纤维构成。嵌入式的基质本身通常即聚 合物具有材料特定的弯曲刚度，将纤维保持在其位置中，在其之间传递应力并且保护纤维 免受外部的机械和化学影响。边界层用于运两个部件之间的应力传递。在纤维增强的复合 构件中有问题的是，在构件的承受负荷的区域中可能形成相应的纤维的裂纹;运种裂纹形 成可能首先由于因动态机械负荷提高而引起的弯曲力矩而产生。
[0007] 然而，在层压或者基质材料中具有相应特定数量的纤维的纤维增强型部件或者复 合构件显著改进相应部件的机械性能。对于材料特定的特征变量如剪切刚度和弯曲刚度W 及纤维沿着所限定的方向的集中而言，可W具体地有针对性地设置相应部件的机械支撑特 性、尤其是关于相应的复合件的抗拉强度。用于测量纤维复合材料的一个因数是纤维和基 质之间的体积比。纤维的份额越高，复合材料就越牢固，然而也越脆。除了抗拉强度外，如果 复合件承受压力，那么剪切刚度和弯曲刚度也可起重要作用。尤其，此外基本上已知的是， 通过具有忍和一个或两个覆盖层(遵循T载体的原理）的所谓的夹层状的复合件构造，可W 借助于适度抗剪切的忍和至少一个相对抗弯曲的覆盖层实现复合件的高机械刚度，其中复 合件仍然可WW轻质构造方式实现。
[0008] 已知的是，发泡的热塑性塑料可W作为夹层复合件或者复合构件中的忍层来使 用。发泡的塑料板的制造例如可W借助于挤出法进行。对于高要求的应用而言，需要夹层复 合件，其中热塑性塑料设有纤维，所述纤维具有高度的强度和刚度、尤其对于压力和剪切负 荷的剪切刚度和弯曲刚度。材料特征值的提高可W通过将层复合件加和线性地进行。然而， 复合构件的过高的质量会引起各个构件的高比重。因此，除了材料选择外也期望提出结构 上的措施，借助于所述措施能够相应地调整和/或改建复合构件的特性需求。
[0009] EP 2 307 193公开了一种面状的结构元件，其中泡沫体通过并排设置成一个平面 的并且彼此连接为泡沫体的体区段构成，所述体区段在其对接的面上具有扁平的焊缝并且 在此焊缝由彼此间隔的凹槽中断。在此，面状的结构元件尤其是板状的并且优选用作为忍 或者夹层复合件中的忍层，例如风力发电站的转子叶片中的忍层。
[0010] 在EP 1 308 265中公开了一种呈细长的构造方式的构件，所述构件的特征在于， 分层的、彼此平行的板由纤维塑料复合件构成。所期望的是一种改进的复合构件，该复合构 件适合于使用在风能设备中。
[0011] 德国专利和商标局在优先权申请中检索了下述现有技术：DE 1 504 768 A，DE 603 03 348 T2，EP 2 307 193 BI,EP 1 308 265 Al。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是，提出关于现有技术(针对在上文中所描述的问题中的至少一个） 进行改进的一种复合构件、一种风能设备和一种方法。至少要提出在现有技术中已知的解 决方案的一个替选的解决方案。尤其，复合构件和用于制造复合构件的方法要设计为，使得 形成简化但是仍然进一步发展的如下可行性:在刚度和/或强度方面优化构件。尤其，所述 复合构件和用于制造复合构件的方法要能够W改进的方式和方法实行。尤其，所述复合构 件和所述方法要实现长期的并且针对负荷作用的刚度和/或强度，优选在不仅提高弯曲刚 度而且提高剪切刚度的情况下。
[0013] 关于所述方法，所述目的通过本发明借助于权利要求1的方法来实现。本发明W用 于制造风能设备的复合构件的方法为出发点，所述复合构件具有多个至少两部件式的复合 成型件，其中第一部件由成型的忍材料构成并且第二部件形成为接合层的一部分。
[0014] 本发明W如下考虑为出发点：由两个部件构成的复合构件关于所要求的材料特性 可W通过组合来优化。在此得到如下解决方案，所述解决方案设及运两个部件；因此复合构 件例如可W设有在嵌入基质内的有取向的纤维，W便抵抗较高的负荷。本发明由如下考虑 为出发点:复合构件要制成为，使得在夹层结构或者类似的结构方面，连接是可行的，尤其， 运要通过粘接或者接合、尤其热接合或者粘合是可行的。本发明已认识到，如果除了材料选 择外也如下设计复合构件的结构形式使得力在复合件中能够W改进的方式被吸收，那么复 合构件获得改进的复合件特定的材料特性。
[0015] 根据本发明提出，成型的忍材料遵循棱柱形状作为具有多边形的基面的棱柱体形 成，其中基面的多边形具有底部和相对于底部在30°和60°之间的角度，并且多个棱柱体被 接合，其中在彼此触碰的侧边处形成接合层的功能取向，使得接合层相对于彼此邻接的棱 柱中的至少一个的底部面W30°至60°的角度伸展。
[0016] 有利的是，根据本发明的设计理念，纤维或者丝线或者类似的束状物的纵向和横 向定向被转移到忍的几何形状上;尤其在使用纤维复合构件时，纵向和横向定向进行补充 性辅助。复合构件在负荷作用如牵拉或者挤压的情况下相应地具有宏观机械强度，但是即 使在受剪切负荷时也相应地具有宏观机械强度，所述宏观机械强度由接合层的有取向的刚 度和材料的组合产生。
[0017] 如果成型的忍材料预设接合层的功能取向，所述功能取向根据力平行四边形可W 消除沿着不同方向的牵引力，那么可W沿着侧边接合构件，所述构件可W吸收剪切和扭转 应力并且可W抵抗相应的负荷作用如牵拉或者挤压并且抵抗相应的弯曲强度。W功能取向 的通过侧边预设的相应的角度的接合在此证实是有利的措施，所述措施必要时还可W通过 角度的选择来影响。
[0018] 根据本发明的设计理念，=维的应力张量可W抵消。多边形的基面预设不同的取 向可行性并且形成用于接合层的交织(Geflecht)的基本框架(Grundgeriist )，所述基本框 架抵抗负荷作用。在现有技术中提到的结构特征如下针对法向力(运对应于单轴的应力张 量）：力垂直于表面起作用。然而，除此之外可W通过根据本发明的设计理念而有利的力分 布按照设置和接合块实现=维的负荷作用。所述设计理念实现了抵抗强度的忍材料的定 向，其方式是:接合层倾斜于构件的主延伸部伸展并从而显示出附加的进行增强的结构措 施的功能W形成在强度上相应提高的复合构件。
[0019] 经由选择基面的尺寸，可W如下改变材料特性:可通过面的尺寸并从而通过成型 的忍的体积份额设定关于剪切强度和剪切刚度的材料忍变量。通过侧边W具有相应的角度 变化和相应的体积份额的特定几何设置接合，可W设定抗