专利名称：构造叶片的模具和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于构造叶片的模具，一种构造叶片的装置以及一种制造叶片的方法。优选地，本发明用于构造风力涡轮机叶片。
背景技术：
文献WO 2006/058540AU WO 2006/058541A1 和文献 EP 1310351A1 公开了一些制
造或构造叶片的方法。叶片通过纤维增强叠层结构构造。该纤维增强叠层结构被设置在模具结构中。树脂被注入该模具结构中。为此，分配系统被使用。纤维增强叠层体被树脂浸渍/浸透。由于分配系统位于纤维增强叠层结构之间，因此该分配系统在树脂固化之后被保留在内部。文献EP 2 106 900A公开了一种方法，其中所使用的分配系统不在叶片内部。用于构造叶片的结构显示沿模具的整个长度定位的两个通道。所述通道被设置在环绕叶片的实际容积体(volume)的表面上。所述通道为另一容积体的一部分，该另一容积体将真空施加到叶片。所述通道中保持没有任何材料，直到树脂开始注入。因而，树脂被允许通过所述通道从进入端口行进到模具的远端。文献EP 1 130 351A1公开了一种方法，其中树脂被注入闭合模具的流动管。该注入由压差控制。这些已知的方法显示共同的难题。极为困难的是以精确方式控制树脂在叠层结构内的流动。特别是叠层结构(例如玻璃纤维垫)的渗透率可对树脂的流动形成阻力，以能够用树脂浸透该结构。因此，在结构的高浓度区域，流动和浸透受到限制。
发明内容
因此，本发明的第一目的在于提供一种改进的用于构造叶片(特别是风力涡轮机叶片)的模具。本发明的第二目的在于提供一种改进的用于制造叶片(特别是风力涡轮机叶片)的方法。本发明的第三目的在于提供一种改进的用于构造叶片的装置。第一目的通过如权利要求1所述的用于构造叶片的模具实现，第二目的通过如权利要求6所述的用于制造叶片的方法实现。第三目的通过如权利要求18所述的用于构造叶片的装置实现。从属权利要求限定了本发明进一步的改进方案。本发明的用于构造叶片的模具包括用于支撑形成所述叶片的多个层的内表面。该模具包括用于注入基质材料的至少一个进口，所述基质材料穿透所述层以构造所述叶片。 所述至少一个进口被整体式形成到(即被整合或集成到)该模具的所述内表面G6)中。而且，该模具可包括用于引导所述注入的基质材料的至少一个流动管道。优选地，所述至少一个流动管道可整体式形成到该模具的所述内表面。该创意在于通过交替定位基质材料的进口和/或流动管道而利用由多个层形成的叠层结构中的交替渗透率。例如，基质材料可为树脂。树脂进口可优选地整体式形成在模具中例如作为通道。例如，该模具可包括用于支撑多个层且针对所述基质材料具有总渗透率P1的第一部分和用于支撑多个层且针对所述基质材料具有总渗透率P2的第二部分。所述渗透率P2 可大于所述渗透率Pi。所述进口和/或所述流动管道可有利地位于所述第一部分处。树脂注入的主要限制在于可被放置到多个层上的真空袋不被允许膨胀，而这在 “内部”树脂压力超过袋的“外部”大气压时发生。因此，根据本发明，至少一个树脂进口可被放置在具有叠层结构的低渗透率或高流动阻力的区域中。叠层结构的渗透率可取决于玻璃纤维结构的厚度、玻璃纤维结构中的玻璃纤维的“密度”和其他流动相关参数。例如，该模具可包括用于支撑多个层且具有总厚度Cl1的第一部分和用于支撑多个层且具有总厚度(12的第二部分。厚度Cl1可大于厚度d2。在该情况下，进口和/或流动管道可优选位于第一部分处。而且，该模具可包括用于构造所述叶片的主梁的主梁部分。至少一个进口和/或至少一个流动管道可位于所述主梁部分处。更进一步地，所述叶片可包括根部和尖部(或称梢部)。该模具可包括对应于所述叶片的所述根部的根端和对应于所述叶片的所述尖部的尖端(梢端)。所述进口和/或所述流动管道可位于沿从所述叶片根部测量的总叶片长度的0. 25至0. 5之间(优选0. 3至 0. 4之间)的从该模具的所述根端到所述尖端的长度的位置处。本发明的用于制造叶片的方法包括步骤将多个层设置在模具中以形成所述叶片；和将基质材料注入由所述层形成的叠层结构中以构造所述叶片。所述基质材料通过整体式形成到该模具中的进口被注入。优选地，所述注入的基质材料通过至少部分地整体式形成到该模具的内表面中的流动管道被弓I导。例如，该模具包括用于支撑多个层且针对所述基质材料具有总渗透率P1的第一部分和用于支撑多个层且针对所述基质材料具有总渗透率P2的第二部分。所述渗透率P2可大于所述渗透率Pi。所述注入的基质材料可优选通过位于所述第一部分处的进口被注入。另外或可替换地，所述注入的基质材料可优选通过位于所述第一部分处的流动管道被引导。如前所述，由于叠层结构的渗透率可取决于玻璃纤维结构的厚度、玻璃纤维结构中的玻璃纤维的“密度”和其他流动相关参数，因此该模具可包括用于支撑多个层且具有总厚度Cl1的第一部分和用于支撑多个层且具有总厚度d2的第二部分。厚度Cl1可大于厚度 d2。在该情况下，基质材料可优选通过位于第一部分处的进口被注入，和/或基质材料可通过位于第一部分处的流动管道被引导。更进一步地，该模具可包括用于构造所述叶片的主梁的主梁部分。所述基质材料可通过位于所述主梁部分处的进口被注入，和/或所述基质材料可通过位于所述主梁部分处的流动管道被引导。而且，所述叶片可包括根部和尖部。该模具可包括对应于所述叶片的所述根部的根端和对应于所述叶片的所述尖部的尖端。所述基质材料可优选通过位于沿从所述叶片根部测量的总叶片长度的0. 25至0. 5之间(优选0. 3至0. 4之间)的从该模具的所述根端到所述尖端的长度的位置处的进口被注入。另外或可替换地，所述基质材料可被注入在位于沿从所述叶片根部测量的总叶片长度的0. 25至0. 5之间(优选0. 3至0. 4之间)的从该模具的所述根端到所述尖端的长度的位置处的流动管道中。
有利地，基质材料可在高于大气压Patm的压力下注入。例如，基质材料可在大气压 Patffl与最大压力Pmax = Patm+Δ P之间的压力下注入，其中Δρ为由所述多个层形成的所述叠层结构上的压降。一般而言，基质材料可在取决于由与所述进口和/或流动管道相邻的所述多个层形成的所述叠层结构的局部渗透率的压力下注入。例如，该模具可包括多个进口和/或多个流动管道。基质材料可在取决于由与所述进口和/或流动管道相邻的所述多个层形成的所述叠层结构的局部渗透率的独立压力下通过每个进口被注入。更具体地，该模具包括用于支撑多个层且针对所述基质材料具有总渗透率P1的第一部分和用于支撑多个层且针对所述基质材料具有总渗透率P2的第二部分。所述渗透率 P2可大于所述渗透率Pi。基质材料可在第一压力B1下通过位于所述第一部分处的进口被注入，且基质材料可在第二压力下通过位于所述第二部分处的进口被注入。所述第一压力 B1可优选高于所述第二压力 。优化定位和高压力的树脂进口确保玻璃纤维结构区域(即仅引起少量流动并因此没有生成空气夹杂的位置)中的树脂的优化且充分的流动和浸透。更进一步，优化定位和高压力的树脂进口确保不再设立辅助装置来确保在所有区域的玻璃纤维的充分浸透。先前使用的辅助装置可例如为整体式形成在玻璃纤维中的另外的树脂流动通道、整体式形成在玻璃纤维结构中或玻璃纤维垫等之间的特殊类型(容易流动)的叠层体。—般而言，流动管道可包括衬套。本发明的模具和/或本发明的方法可用于构造风力涡轮机转子叶片。本发明的用于构造叶片的装置包括如前所述的模具。一般而言，本发明的模具、方法和装置是有利的，原因在于模制的叠层结构中的树脂的增强的流动和浸透可得以实现。而且，本发明的装置可被提供用于构造叶片。第一模具可被设置为支撑多个层，而所述层被设置为构造叶片的三维形状。至少第二模具可与第一模具连接，而叶片被设置在腔的内部。腔可通过连接的模具形成。第一和第二模具可被设置和构成为使得注入的基质材料穿透腔内部的层以构造叶片，而基质材料固化。模具之一可包含至少一个流动管道，其可被部分地整体式形成到模具的内表面中。因此，流动管道可被设置到腔的内表面中。流动管道可被设置和构成为引导注入的基质材料。优选地，工程真空(technical vacuum)可被施加到流动管道中的至少一个以引导基质材料(树脂或液态聚合物)。因而，确保基质材料的均勻和快速流动。优选地，工程真空被额外使用，以将设置的叶片材料(例如纤维垫或单光纤)吸到模具的特定部分。因而，如果叶片材料滚到支撑模具上，则其由于该工程真空而保留在适当位置。优选地，贮存器用于存储基质材料和向模具提供基质材料。因而，确保足量的基质材料来生产叶片。优选地，流动控制阀用于确保特定量的基质材料以受控方式被提供到模具。因而， 可易于实现进入腔的基质材料的预限定的水平。优选地，停止旋塞用于确保基质材料想管道的流动可根据需要停止。
优选地，用于从腔移除空气的多个流动管道高于用于向腔提供基质材料的流动管道。因而实现基质材料的均勻分配。优选地，流动管道包含衬套，其用于引导基质材料。衬套被构成和设置到流动管道中，使得衬套被允许在叶片生产完成之后被移除。优选地，衬套被构成为使得其结构在其整个长度上打开。因而基质材料被允许从衬套流动到叶片结构，以穿透叶片的层。优选地，衬套包含沿其长度的开口。基质材料被允许从衬套流动到叶片结构，以穿透叶片的层。因此，基质材料将沿衬套流动并至叶片的层中。如果足量的基质材料已穿透层，则注入停止且基质材料将硬化以完成叶片生产过程。可移除的衬套防止基质材料与使用的模具之间接触。因而仅需要少量额外的工作来为新的模制过程清洁和预备模具。优选地，衬套由柔性材料(如聚硅酮)制成。因而衬套可非常容易地从硬化的基质材料释放。由于此，衬套可被重新使用。优选地，衬套在被用于模制过程之前被硅酮油、滑脂等预处理。优选地，衬套由非柔性材料(如PVC或木头)制成。因而便宜的材料被使用；因此不存在对重新使用衬套的需求。叶片生产与使用后的衬套被丢弃的速度一样快；不再需要对衬套进行进一步的预处理。优选地，流动管道被构成和/或预备为使得衬套可非常容易地被设置到流动管道中。例如，易滑动的表面或涂覆剂(如硅酮油)被使用。因而，当叶片生产过程完成且腔打开时，衬套被允许容易地从流动管道滑动。通过使用易滑动的表面，确保衬套和模具不会粘在一起。因而，从叶片移除模具的过程较简单。优选地，打开的衬套被构成和预备为使得其显示易滑动的表面。这可通过施加到衬套的剂实现。优选地，打开的衬套的一个部分在封装空间与模具的表面平齐。由此确保衬套不会影响表面结构和模具中的复合材料的形成。由于流动管道，剩余的基质材料将沿流动管道的衬套设置。如果腔打开(通过移除模具之一)，则剩余的基质材料将被设置在叶片的表面。剩余的基质材料与叶片连接。为了优化叶片表面，该剩余的基质材料需要被移除。优选地，衬套具有一段或部分，其限制流动管道与腔之间的通路区域。因此，基质材料的量在其从流动管道/衬套李东到叶片的纤维增强叠层结构中受到控制。所述段被构成和设置为使得在叶片的表面上延伸的剩余的基质材料可易于移除。 例如，预限定的破坏边缘由所述段限定。例如，流动管道可被构成为凹进，和/或流动管道可沿模具延伸。而且，流动管道可位于叶片的前缘和/或后缘处。第一分配系统可与多个流动管道连接，而流动管道用于从腔抽空空气。第一分配系统可被构成和设置为使得工程真空被施加到腔。而且，第二分配系统可与多个流动管道连接，而流动管道被设置为注入基质材料。第二分配系统可被构成和设置为使得由于工程真空和/或由于施加的压力，基质材料被注入腔。带有基质材料的贮存器可与第二分配系统的流动管道连接。基质材料可通过施加的压力被注入在第二分配系统的流动管道中。至少一个流动管道可与阀连接，而阀被构成和设置为使得基质材料的压力受到控制。至少一个流动管道可与旋塞连接，而旋塞被构成和设置为使得基质材料的压力受到控制。与第一分配系统连接的流动管道的数量可超过与第二分配系统连接的流动管道的数量。而且，流动管道可包含衬套，其被构成和设置到流动管道中，使得基质材料从流动管道引导到腔，且衬套可在叶片生产完成之后从流动管道移除。衬套可被构成为使得其结构在其整个长度上打开，或者衬套可包含沿其长度的开口。因而基质材料被允许从衬套流动到叶片结构以穿透叶片的层。衬套可包含一段，其被构成为使得其限制流动管道与腔之间的通路区域，和/或其限定破坏边缘，以允许在叶片的表面上延伸的剩余的基质材料移除。本发明的装置的第一模具和/或第二模具可包括用于支撑多个层且针对所述基质材料具有总渗透率P1的第一部分和用于支撑多个层且针对所述基质材料具有总渗透率 P2的第二部分。所述渗透率P2优选大于所述渗透率P1。在该情况下，所述流动管道可有利地位于所述模具的所述第一部分处。渗透率可取决于玻璃纤维结构的厚度、玻璃纤维结构中的玻璃纤维的“密度”和其他流动相关参数。第一模具和/或第二模具可包括用于支撑多个层且具有总厚度Cl1的第一部分和用于支撑多个层且具有总厚度(12的第二部分。厚度Cl1可大于厚度d2。在该情况下，流动管道可优选位于第一部分处。第一模具和/或第二模具可用于构造所述叶片的主梁或剪切腹板的主梁部分或剪切腹板部分。至少一个流动管道可位于所述主梁部分处或剪切腹板部分处。对于示例性实施例，进口通道整体式形成在模具中且居中地在主梁或剪切腹板下面。典型地，梁区域包括另外的玻璃纤维材料，以确保叶片“壳体”与梁之间的充分过渡。本发明是有利的，原因在于基质材料(例如树脂)进口管道的位置关于铸造材料或结构的流动性质被优化。优选地，进口通道位于包括另外的纤维材料的叶片结构处，例如叶片梁处。优化的定位确保玻璃纤维结构区域(即仅引起少量流动或没有流动并因此没有生成空气夹杂的位置)中的基质材料(树脂)的优化且充分的流动和浸透。更进一步，优化定位确保不再设立辅助装置来确保在所有区域的玻璃纤维的充分浸透。辅助装置可例如为整体式形成在玻璃纤维中的另外的树脂流动通道、整体式形成在玻璃纤维结构中或玻璃纤维垫等之间的特殊类型的叠层体和/或垫。叶片可包括根部和尖部。第一模具和/或第二模具可包括对应于所述叶片的所述根部的根端。而且，第一模具和/或第二模具可包括对应于所述叶片的所述尖部的尖端。流动管道中的进口可优选位于沿从所述叶片根部测量的总叶片长度的0. 25至0. 5之间的从第一模具和/或第二模具的所述根端到所述尖端的长度的位置处。优选地，所述流动管道可位于沿从所述叶片根部测量的总叶片长度的0. 3至0. 4之间的从第一模具和/或第二模具的所述根端到所述尖端的长度的位置处。这确保玻璃纤维材料区域的近似一半存在于进口点的每一侧上。这可相应地确保较快的注入时间。特别是如果进口通道居中地在主梁或剪切腹板下面，则可确保较快的注入时间，这是因为从进口通道到出口的“操作长度”仅为 “A/2”，而正常的“操作长度”为从叶片的“后缘到前缘”，其长度为A。本发明的用于制造叶片(例如风力涡轮机转子叶片)的方法包括步骤将多个层设置在第一模具中以构造叶片的三维形状，从而将至少第二模具与第一模具相连，而叶片被设置在由连接的模具形成的腔的内部，从而将基质材料注入腔的内部，其穿透层以构造叶片，以及通过部分地整体式形成在第一模具和/或第二模具的内表面中的流动管道引导注入的基质材料。该方法具有与先前描述的本发明的装置的相同的优点。本发明的方法可通过本发明的装置执行。例如，第一模具和/或第二模具可包括用于支撑多个层且针对所述基质材料具有总渗透率P1的第一部分和用于支撑多个层且针对所述基质材料具有总渗透率P2的第二部分。所述渗透率P2优选大于所述渗透率P1。在该情况下，注入的基质材料优选通过位于第一部分处的流动管道被引导。第一模具和/或第二模具可包括用于支撑多个层且具有总厚度Cl1的第一部分和用于支撑多个层且具有总厚度(12的第二部分。厚度Cl1优选大于厚度d2。在该情况下，注入的基质材料优选通过位于第一部分处的流动管道被引导。第一模具和/或第二模具可用于构造所述叶片的主梁或剪切腹板的主梁部分或剪切腹板部分。注入的基质材料可通过位于主梁部分或剪切腹板部分处的流动管道被引导。这确保较快的注入时间和模制的叠层结构中的树脂或其他基质材料的提高的流动和浸透。对于其他实施例，流动管道/多个管道可位于例如横切于剪切腹板部分地其他位置。更进一步地，叶片可包括根部和尖部。第一模具和/或第二模具可包括对应于所述叶片的所述根部的根端。而且，第一模具和/或第二模具可包括对应于所述叶片的所述尖部的尖端。基质材料可被注入在位于沿从所述叶片根部测量的总叶片长度的0. 25至0. 5 之间(优选0. 3至0. 4之间)的从第一模具和/或第二模具的所述根端到所述尖端的长度的位置处的流动管道中。一般而言，基质材料可在高于大气压Patm的压力下注入。优选地，基质材料可在大气压Patm与最大压力Pmax = Patm+Δ P之间的压力下注入。Δ P为所述多个层或叠层结构上的压降或压差。例如，层的外侧可被真空袋覆盖。真空袋外侧的压力为大气压(Patm)。基质材料(例如树脂)可在进口压力Pinlet下注入进口通道。由于包括层的叠层结构中的“流动阻力”，该结构上的压降将存在(Δρ)。必须确保的是，真空袋不会由于在真空袋的内部表面处的树脂或基质材料的压力高于大气压Patm而聚团。因此，树脂或基质材料的最大进口压力可被施加为=Pinlet,max = Patm+Δ ρ，该值高于大气压？_。这相应地确保树脂或基质材料的较高的进口流动以及较短的树脂进口时间。一般而言，叶片可为风力涡轮机转子叶片。
根据以下结合附图对实施例所作的描述，进一步的特征、性质和优点将变得更加清楚。这些实施例示出了优选配置但不限制本发明的范围。所有提及的特征单独或彼此间的任意组合都是有利的。图1示出了根据本发明的装置的示意图，图2示出了有关图1的本发明的优选配置，图3示出了有关图1和图2的基质材料的流动，图4示出了叶片的一部分，其中剩余的基质材料从叶片的表面延伸，图5示出了有关图1的流动管道，其包含根据本发明的衬套，图6示出了叶片的一部分，其中如果使用根据本发明的衬套，则剩余的基质材料从叶片的表面延伸，并且图7示出了参照图6的衬套的不同横截面。图8示意性示出了风力涡轮机。图9示出了转子叶片的在由叶片的跨度和叶片的弦长限定的平面上的平面图。图10示出了穿过转子叶片的翼段的弦长方向的横截面。图11示意性示出了从进口通道穿过叠层结构的树脂流动的剖视图。图12示意性示出了被叠层结构和真空袋覆盖的模具的一部分的剖视图。图13示意性示出了本发明的闭式模具装置的剖视图。图14示意性示出了风力涡轮机转子叶片15的沿由叶片的跨度和叶片的弦长限定的平面的剖视图。图15示意性示出了流动管道在模具的一部分中的有利定位的剖视图。图16示意性示出了流动管道根据叠层结构的渗透率在模具的一部分中的定位的剖视图。图17示意性示出了装备有“全体(full-body) ”衬套的流动管道的一部分的透视剖视图。图18示意性示出了装备有衬套带的流动管道的一部分的透视剖视图。
具体实施例方式现在将参照图1至图7描述本发明的第一实施例。图1示出了根据本发明的装置。 模具1的底部用于支撑多个层2，多个层2如同三明治堆放。层2被堆放为使得叶片的三维形状(3D形状)得以实现。堆放的层可包含纤维增强叠层体和/或香脂木和/或复合材料和/或其他有利的材料。层被设置和形成为使得它们通过注入的基质材料连接。基质材料可包含树脂、胶合剂或任何其他种类的“连接”材料。在通过堆叠层而完成叶片的3D形状之后，顶部模具与底部模具相连。因而，一腔由两个模具设立，该腔容纳所述叶片。然后，树脂被注入该腔，以将叶片的层组合。为了该注入，压力或工程真空被施加到模具系统。根据本发明，至少一个模具1包含至少一个流动管道3。流动管道3仅部分地整体式形成到模具1的内表面IS中。
在模具1如上所述与至少另一模具相连之后，工程真空或压力被施加到流动管道 3。因此，流动管道3用于将基质材料(如树脂或液态聚合物)注入闭合的模具系统。优选地，每个所使用的流动管道3沿模具1的整个长度延伸。优选地，所使用的流动管道3中的一些被设置为用作注入管道。这允许基质材料 (如树脂)被注入该流动管道。优选地，所使用的流动管道3中的一些被设置为用作排放管道。因而，剩余的基质材料根据需要被允许离开模具系统。所使用的纤维增强叠层材料的层被手动或自动布置为使得希望的复合结构得以实现。图2示出了有关图1的本发明的优选配置。如上所述，树脂被施加到多个第一流动管道3A，工程真空被施加到多个第二流动管道:3B。流动管道3A为真空或压力分配系统 5的一部分。流动管道:3B为基质材料或树脂分配系统4的一部分。分配系统5优选包含各种部件，如一个或多个真空单元(未在这里示出)。这些真空单元用于生成工程真空，或者用于生成低压。分配系统5也可包含柔性软管、管、联接器和密封件，以确保分配系统紧密。分配系统5优选被构造为允许其重新配置。该重新配置可根据特定系统要求或根据分配系统5内的缺省部分完成。优选地，流动管道3A JB部分地整体式形成在模具1中。例如，它们为部分地整体式形成的管。优选地，工程真空或低压由施加的开环控制部或由施加的闭环控制部来控制。为此目的，压力(或压差)在流动管道3A内和/或流动管道;3B内测量。优选地，压力在基质材料被注入期间受到控制。优选地，分配系统5被连接到一个流动管道，该流动管道基本上被定位在叶片的前缘处或后缘处。优选地，基质材料/树脂的分配系统4包含贮存器6。优选地，分配系统4包含一个或多个贮存器6、柔性软管、管、联接器和/或密封件。这些部件被设置为确保紧密连接。优选地，基质材料通过施加的压力被注入分配系统4。因而，在其中基质材料被注入的流动管道3A与其中剩余的基质材料可能离开模具系统的流动管道:3B之间形成增大的压差。因而甚至更高的流速被形成。优选地，分配系统4和/或分配系统5包含流动控制阀。该阀被设置为使得基质材料的量和流动和/或抽空的空气的量出于控制目的而测量。优选地，分配系统4和/或分配系统5包含停止旋塞。该旋塞用于控制注入的基质材料的流动和/或抽空的空气的流动。例如如果足量的基质材料被注入则流动停止，或者如果故障(如泄漏的软管)被检测到则流动停止。图3示出了有关图1和图2的基质材料的流动。只要制造包含如上所述的部件的叶片，那么基质材料的流动最重要。基质材料需要以基本上畅通的方式流动。因而，基质材料在所使用的叶片部件中和所使用的叶片部件之间的均勻分配得以实现。优选地，基质材料经由进口(由“进”标示)被注入分配系统4。因而，基质材料被引入多个流动管道3A。
流动管道3及其表面被构成为使得基质材料被允许基本上畅通地在内部流动。而且，基质材料被注入堆放的层2，由此叶片结构被渗透。剩余的液态聚合物经由多个其他流动管道3B(例如作为用于施加工程真空的分配系统5的一部分的那些流动管道)离开叶片结构。图4示出了叶片BL的一部分，其中剩余的基质材料SMM从叶片BL的表面SBL延伸。该剩余的基质材料SMM需要被移除，以优化叶片BL的表面SBL。图5示出了有关图1的流动管道3，其包含根据本发明的衬套50。衬套50被构形为并配合到指定的流动管道3。优选地，衬套50不延伸超过流动管道3和模具1的内表面。 因此，其不影响放置在下面的模具中的纤维玻璃材料的曲率。例如，当被纤维玻璃材料覆盖时，由于衬套50形成中空构形，因此衬套50形成用于基质材料(如树脂)的注入通道。在叶片生产过程中，树脂通过该中空构形被注入复合结构，且其沿衬套50的范围分配。因而获得均勻的分配。图6示出了有关图5的叶片BL的一部分，其中如果使用根据本发明的衬套50，则剩余的基质材料SMM从叶片BL的表面SBL延伸。由于衬套50的横截面，预限定的破坏边缘BE被限定。该破坏边缘BE总是非常容易地将剩余的材料SMM从叶片BL移除。图7示出参照图5和图6衬套的不同的横截面。现在将参照图8至图12描述本发明的第二实施例。结合第一实施例描述的特征可与将在第二实施例中描述的特征组合。图8示意性示出了风力涡轮机11。风力涡轮机11包括塔部12、吊舱13和毂盘 14。地凹槽13位于塔部12的顶部。毂盘14包括多个风力涡轮机叶片15。毂盘14被安装到吊舱13。而且，毂盘14被枢转地安装为使得其能够绕旋转轴线19旋转。发电机16位于吊舱13内部。风力涡轮机11为直接驱动式风力涡轮机。图9示出了通常使用在三叶片转子中的风力涡轮机叶片15。然而，本发明不应限于用于三叶片转子的叶片。实际上，其还可被应用在其他转子(例如单叶片转子或二叶片转子)中。图9所示的转子叶片15包括具有圆柱形构形的根部23和尖部22。尖部22形成叶片15的最外部。根部23的圆柱形构形用于将叶片15固定到转子毂盘14的轴承。转子叶片15进一步包括所谓的肩部M，其被限定为其最大构形深度的位置，即叶片的最大弦长。翼部25延伸在肩部M与尖部22之间，翼部25具有空气动力学形状的构形。过渡部 27延伸在肩部M与圆柱形根部23之间，在过渡部27中过渡出现在从翼部25的空气动力学构形到根部23的圆柱形构形。穿过转子叶片的翼段25的弦长方向的横截面示于图10中。其示于图10中的空气动力学构形包括凸起的吸入侧33和较不凸起的压力侧35。从叶片的前缘四延伸到其后缘21的点划线表示该构形的弦长。尽管压力侧35在图10中包括凸起段37和凹入段39， 但其也可被实施为完全没有凹入段，只要吸入侧33比压力侧35凸起得更多。翼段25中的吸入侧33和压力侧35将也被分别称为转子叶片15的吸入侧和压力侧，但严格来说，叶片15的圆柱形部分23不表示压力或吸入侧。图11示意性示出了从整体式形成在模具中的进口通道穿过叠层结构的树脂流动的剖视图。在图11中，模具41的一部分被示出为剖视图。模具41包括内表面46。形成叠层结构42的多个层(例如纤维玻璃层)被放置到模具41的内表面46。真空袋43被放置到叠层结构42上。真空袋43确保叠层结构42中的真空可被保留。进口通道44整体式形成在模具41的内表面46中。进口通道44用于将基质材料 (例如树脂)引导到叠层结构42。基质材料的流动方向由箭头45指示。图12示意性示出了被叠层结构和真空袋覆盖的模具的一部分的剖视图。在图12 中，真空袋43包括外侧47。在真空袋43的外侧47上，压力为大气压Patm。基质材料(例如树脂)在进口压力Pinlrt下被注入进口通道44。树脂可在高于大气压的压力下被注入。由于叠层结构42中的“流动阻力”，在该结构上存在压差或压降Δρ。一般而言，其必须被确保真空袋43不会由于在真空袋43的内部表面48处的树脂或基质材料的压力高于大气压Patm而聚团。因此，基质材料的最大进口压力Pinlrt可被施加为Pinlet,_ = Patm+Δ P，该值高于大气压？_。这相应地确保基质材料或树脂的较高的进口流动以及较短的树脂进口时间。现在将参照图8至图10、图13和图14描述本发明的第三实施例。结合先前所述的实施例描述的特征可与将在本实施例中描述的特征组合。关于图8至图10的描述，这里其被称为第二实施例。图13示意性示出了本发明的闭式模具装置的剖视图。模具包括下模具部分51和上模具部分52。下模具部分51包括内表面61。上模具部分52包括内表面62。多个流动管道或进口通道58、60整体式形成在下模具部分51的内表面61中。流动管道或进口通道 58、59、57、60包括朝向由下模具部分51和上模具部分52形成的内腔的开口。包括多个层(例如纤维玻璃层)的叠层结构55被放置到模具部分51、52的内表面61、62上。第一模具核心部分53靠近将被制造的叶片的前缘四被放置到叠层结构55 上。而且，第二模具核心部分M靠近将被制造的叶片的后缘31被放置到叠层结构55上。 剪切腹板或主梁56被放置在第一模具核心部分53与第二模具核心部分M之间。剪切腹板56将叶片的吸入侧33与叶片的压力侧35相连以增大叶片的稳定性。上模具部分52和/或下模具部分51包括剪切腹板部分或主梁部分49，其被定位为靠近剪切腹板或主梁56的位置。整体式形成在下模具部分51中的中心流动管道57位于剪切腹板部分或主梁部分49处，优选居中地在剪切腹板或主梁59下面。而且，整体式形成在上模具部分52中的中心流动管道58位于剪切腹板部分或主梁部分49处，优选居中地在剪切腹板或主梁59上面。该创意在于通过交替定位基质材料(例如树脂)的进口来补偿叠层结构中的渗透率。树脂进口整体式形成在模具中作为例如通道。渗透率可取决于玻璃纤维结构或叠层结构阳的厚度、玻璃纤维结构阳中的玻璃纤维的“密度”或其他流动参数。中心流动管道或进口通道57、58居中地在主梁或剪切腹板的下面或上面，这是因为主梁典型地包括另外的玻璃纤维材料，以确保叶片“壳体”与梁56之间的充分过渡。图14示意性示出了风力涡轮机转子叶片15沿由叶片的跨度和叶片的弦长限定的平面的剖视图。图14示出了进口点火进口开口 63在进口通道中的优选位置。进口点63 优选被放置在对应模具中，近似位于从叶片15的根部23到尖部22的长度的1/3处。这确保玻璃纤维材料区域的近似一半存在于进口点63的每一侧上。这可相应地确保较快的注入时间，这是因为从进口点63到出口的“操作长度”仅为“Α/2”，而正常的“操作长度”为从叶片的后缘31到前缘四，其长度为A。现在将参照图8至图10和图13至图15描述本发明的第四实施例。结合先前所述的实施例描述的特征可与将在本实施例中描述的特征组合。关于图8至图10和图13至图15的描述，其在这里被称为第二实施例。现在将参照图15描述取决于层或叠层结构的厚度和/或渗透率的流动管道或进口通道在模具中的优选定位。图15示意性示出了被叠层结构覆盖的模具的一部分的剖视图。在图15中，多个层或叠层结构42被放置到模具41的内表面46上。叠层结构42 包括第一部分4 和第二部分42b。在第一部分4 中，叠层结构42具有厚度Cl1，在第二部分42b中，叠层结构42具有厚度d2。厚度Cl1具有比厚度(12大的值。换言之，第一部分42a 的叠层结构比第二部分42b中的叠层结构厚。在叠层结构42具有高厚度d的位置(其为叠层结构的第一部分42a的位置)处，流动管道或进口通道44整体式形成在模具41的内表面46中。这补偿与叠层结构的第二部分42b中的较高渗透率P2相比的叠层结构的第一部分42a中的较低渗透率P1。将流动管道或进口通道44放置在叠层结构42的高厚度d或低渗透率ρ的位置确保基质材料在整个叠层结构42中的快速且均勻的扩散。现在将参照图8至图10和图13至图16描述本发明的第五实施例。结合先前所述的实施例描述的特征可与将在本实施例中描述的特征组合。关于图8至图10和图13的描述，其在这里被称为第二实施例。在本发明的实施例中，模具包括超过一个的进口通道。根据树脂所面对的结构和渗透率，树脂可在不同压力下被注入在这些进口的每一个中。这示意性地例示在图16中。图16示意性示出了流动管道根据叠层结构的渗透率在模具的一部分中的定位的剖视图。叠层结构42包括具有第一渗透率的第一部分42c、具有第二渗透率的第二部分 42d、具有第三渗透率的第三部分4 和具有第四渗透率的第四部分42f。渗透率彼此不同。 第一进口通道Mc被定位为与第一部分42c相邻。第二进口通道44d被定位为与第二部分 42d相邻。第三进口通道Me被定位为与第三部分4 相邻。第四进口通道44f被定位为与第一部分42f相邻。由不同渗透率引起的不同压降由ΔΡι、Δρ2,八？3和Δρ4指示。根据基质材料所面对的结构和渗透率，基质材料(例如树脂)在不同压力下被注入在这些进口通道Mc至44f的每一个中。例如，在第一进口通道44c中的注入压力可为 P1 = Patffl+ Δ Pl,在第二进口通道44d中的注入压力可为P2 = Patffl+ Δ P2，在第三进口通道Me 中的注入压力可为P3 = Patm+Δ ρ3，在第四进口通道44f中的注入压力可为p4 = Patffl+Δ p40 更进一步，模具腔内部的压力(即，袋42的“外部”)可针对各种本发明的实施例而不同于大气压，例如较高，这确保树脂进口压力可甚至进一步增大，这相应地确保较高的树脂流动和较快的树脂进口时间。图17和图18示意性示出了装备有衬套的流动管道的一部分的透视剖视图。图17 和图18中所示的流动管道可被应用到所有先前所述的实施例中。在图17中，整体式形成在模具1的内表面中的流动管道3被示出。流动管道3包括内表面20。内表面20被衬套8覆盖。而且，流动管道3被朝向模具1的内表面IS的衬套8闭合。衬套8包括多个开口或孔10。孔10被定位在朝向模具1的内表面IS的衬套8的闭合流动管道3的部分中。这意味着孔10在流动管道3与模具1的内表面IS之间提高开口。在图17中，配合到衬套通道或流动管道3的“全体”衬套被示出，而在图18中，基本上位于流动通道或流动管道3的顶部上的衬套带9被示出。在图18中，流动管道3仅借助于朝向模具1的内表面IS的衬套带9覆盖或闭合。由于模具1可由没有粘附有树脂的材料制成，因此衬套9不必覆盖流动管道3的侧面或内表面20。图18中的衬套带9包括多个开口或孔10。图18中的孔10具有与图17的孔10相同的性质。对于图17和图18中所示的变型，孔的直径可沿衬套变化，以相应地调整树脂的流动。此外，孔之间的距离可出于同样原因而变化。
权利要求
1.一种用于构造叶片(15)的模具(1，41，51，52)，所述模具(1,41,51,52)包括用于支撑形成所述叶片(15)的多个层0，42，55)的内表面，其特征在于，所述模具(1，41，51，5幻包括用于注入基质材料的至少一个进口(44)，所述基质材料穿透所述层(2，42，55)，从而构造出所述叶片(15)，所述至少一个进口 04)整体式形成到所述模具(1，41，51，52)的所述内表面G6)中。
2.如权利要求1所述的模具(1，41，51，52)， 其特征在于，所述模具(1，41，51，52)包括用于引导被注入的基质材料的至少一个流动管道(44)， 所述至少一个流动管道G4)整体式形成到所述模具(1，41，51，5幻的所述内表面06)中。
3.如权利要求1或2所述的模具(1，41，51，52)， 其特征在于，所述模具(1，41，51，5幻包括用于支撑多个层(2，42，5幻且针对所述基质材料具有总渗透率P1的第一部分(42a)和用于支撑多个层(2，42，5幻且针对所述基质材料具有总渗透率P2的第二部分，所述渗透率P2大于所述渗透率Pl，且所述进口和/或所述流动管道(3，44，57，58，59，60)位于所述第一部分(42a)处。
4.如权利要求1至3中任一项所述的模具(1，41，51，52)， 其特征在于，所述模具(1，41，51，52)包括用于构造所述叶片(15)的主梁(56)的主梁部分(49)，且所述主梁部分G9)处设置有至少一个进口和/或至少一个流动管道(57，58)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的模具(1，41，51，52)， 其特征在于，所述叶片(1 包括根部和尖部(22)，且所述模具(1，41，51，5幻包括对应于所述叶片(15)的所述根部03)的根端和对应于所述叶片(15)的所述尖部02)的尖端，且所述进口 (63)和/或所述流动管道(3，44，57，58，59，60)位于沿从所述叶片根部(23)测量的总叶片长度的0. 25至0.5之间的从所述模具(1，41，51，52)的所述根端到所述尖端的长度的位置处。
6.一种用于制造叶片(15)的方法，包括步骤将多个层(2，42，55)设置在形成所述叶片(15)的模具(1，41，51，52)中； 将基质材料注入由所述层(2，42，55)形成的叠层结构G2)中以构造所述叶片(15)； 其特征在于，通过进口 G4)注入所述基质材料，所述进口 G4)部分地整体式形成到所述模具(1， 41,51,52)的内表面(IS,46,61,62)中。
7.如权利要求6所述的方法， 其特征在于，通过流动管道(3，44，57，58，59，60)引导所述注入的基质材料，所述流动管道(3，44， 57，58，59，60)部分地整体式形成到所述模具(1，41，51，52)的内表面(IS, 46,61,62)中。
8.如权利要求6或7所述的方法， 其特征在于，所述模具(1，41，51，5幻包括用于支撑多个层(2，42，5幻且针对所述基质材料具有总渗透率P1的第一部分(42a)和用于支撑多个层(2，42，5幻且针对所述基质材料具有总渗透率1)2的第二部分G2b)，所述渗透率P2大于所述渗透率P1，且注入的基质材料通过位于所述第一部分(42a)处的进口被注入和/或通过位于所述第一部分(42a)处的流动管道(3， 44，57，58，59，60)被引导。
9.如权利要求6至8中任一项所述的方法， 其特征在于，所述模具(1，41，51，52)包括用于构造所述叶片(15)的主梁(56)的主梁部分(49)，且所述基质材料通过位于所述主梁部分G9)处的进口被注入和/或通过位于所述主梁部分 (49)处的流动管道(3，44，57，58，59，60)被引导。
10.如权利要求6至9中任一项所述的方法， 其特征在于，所述叶片(1 包括根部和尖部(22)，且所述模具(1，41，51，5幻包括对应于所述叶片(15)的所述根部03)的根端和对应于所述叶片(15)的所述尖部02)的尖端，且所述基质材料通过位于沿从所述叶片根部测量的总叶片长度的0. 25至0. 5之间的从所述模具(1，41，51，5幻的所述根端到所述尖端的长度的位置(6 处的进口被注入，和/或所述基质材料被注入在位于沿从所述叶片根部测量的总叶片长度的0. 25至0. 5之间的从所述模具(1，41，51，52)的所述根端到所述尖端的长度的位置(63)处的流动管道(3， 44，57，58，59，60)中。
11.如权利要求6至10中任一项所述的方法， 其特征在于，在高于大气压Patm的压力下注入基质材料。
12.如权利要求11所述的方法， 其特征在于，在大气压Patm与最大压力Pmax = Patffl+ Δ ρ之间的压力下注入基质材料，其中Δ ρ为由所述多个层0，42，55)形成的所述叠层结构G2)上的压降。
13.如权利要求6至12中任一项所述的方法， 其特征在于，在取决于由与所述进口和/或流动管道(3，44，57，58，59，60)相邻的所述多个层(2， 42,55)形成的所述叠层结构0 的局部渗透率的压力下注入基质材料。
14.如权利要求13所述的方法， 其特征在于，所述模具包括多个进口 (3，44，57，58，59，60)和/或多个流动管道(3，44，57，58，59， 60)，且基质材料在取决于由与所述进口 (3，44，57，58，59，60)和/或流动管道(3，44，57， 58,59,60)相邻的所述多个层(2，42，5幻形成的所述叠层结构0 的局部渗透率的独立压力下通过每个进口 (3，44，57，58，59，60)被注入和/或通过每个流动管道(3，44，57，58， 59，60)被引导。
15.如权利要求6至14中任一项所述的方法， 其特征在于，所述模具(1，41，51，5幻包括用于支撑多个层(2，42，5幻且针对所述基质材料具有总渗透率P1的第一部分(42a)和用于支撑多个层(2，42，5幻且针对所述基质材料具有总渗透率P2的第二部分(42b)，所述渗透率P2大于所述渗透率P1 ；且基质材料在第一压力ax下通过位于所述第一部分(42a)处的进口被注入，且基质材料在第二压力下通过位于所述第二部分(42b)处的进口被注入；所述第一压力高于所述第二压力。
16.如权利要求2至5中任一项所述的模具(1，41，51，52)或如权利要求7至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述流动管道G4)包括衬套(8，9)。
17.如权利要求1至5和16中任一项所述的模具(1，41，51，52)或如权利要求7至16 中任一项所述的方法，其中所述叶片(15)为风力涡轮机转子叶片(15)。
18.一种构造叶片(15)的装置，包括如权利要求1至5、16和17中任一项所述的模具。
全文摘要
本发明涉及构造叶片的模具和方法。具体地，提供了一种用于构造叶片(15)的模具(1，41，51，52)。所述模具(1，41，51，52)包括用于支撑形成所述叶片(15)的多个层(2，42，55)的内表面。所述模具(1，41，51，52)包括用于注入基质材料的至少一个进口(44)，所述基质材料穿透所述层(2，42，55)以构造所述叶片(15)，所述至少一个进口(44)整体式形成到所述模具(1，41，51，52)的所述内表面(46)中。
文档编号B29C33/00GK102179885SQ20101060199
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月17日 优先权日2009年12月18日
发明者K·希布斯拜伊 申请人:西门子公司