用于制造用于风力涡轮机叶片的翼梁帽的型材的方法、翼梁帽和风力涡轮机叶片与流程

本发明涉及一种用于制造用于风力涡轮机叶片的翼梁帽的型材的方法。

背景技术：

翼梁帽用作风力涡轮机叶片的部件，以在风力涡轮机的操作期间增加其机械稳定性。一般而言，翼梁帽分别在风力涡轮机叶片的纵向方向上或在转子的径向方向上对准。翼梁帽可由一个或多个型材构成，该型材设计成在风力涡轮机的操作期间经受载荷。随着风力涡轮机叶片设计的尺寸或长度分别不断增加以用于获得更大和更高效的风力涡轮机，对翼梁帽及它们的型材关于稳定性的需求也在增加。

技术实现要素：

因此，本发明的目的为提供一种用于制造用于翼梁帽的型材的方法，该方法使得能够制造改进的型材。

根据本发明，该目的通过如起初描述的方法来实现，其中，所述型材使用沿所述型材的纵向方向布置的一股或多股和/或一层或多层单向纤维或单向纤维的粗纱以及用于模制所述纤维的工具以拉挤过程制造，其中，一个或多个附加纤维或附加纤维的粗纱在所述拉挤过程中在模制之前引入，其中，所述附加纤维与所述单向纤维成角度布置，和/或其中，一个或多个表面纤维或表面纤维的粗纱在所述拉挤过程中在所述模制之后引入，其中，所述表面纤维布置在模制的型材的外表面上。

根据本发明的制造方法的优点在于，通过该方法制造的型材的机械稳定性提高。通过附加纤维并且通过表面纤维二者，由沿型材的纵向方向布置的单向纤维构成的型材的机械稳定性增加。此外，表面纤维的使用可以增加型材的表面粗糙度，从而有助于其集成在翼梁帽中和/或风力涡轮机叶片中，因为增加的表面粗糙度避免了两个光滑表面压在一起，从而使得胶或粘合剂难以或不可能进入表面之间。至少一个表面的增加的粗糙度避免了这样，因为胶或粘合剂能够进入压在一起的两个或更多个部件之间的空间。

在模制工具中的所有纤维之前，在拉挤过程中引入附加纤维。附加纤维与单向纤维成一定角度布置，从而分别在垂直于单向纤维或型材的纵向方向的方向上增加了型材的机械稳定性。通过在模制过程之前引入附加纤维，可以在模制过程中形成由单向纤维和附加纤维二者构成的复合材料。模制可以例如通过注射模制而发生，其中，在纤维之间注入如树脂的胶或粘合剂以形成纤维复合材料。纤维的拉挤可沿型材的纵向方向发生，使得能够制造长的单件式型材。

在本发明的优选实施例中，可以提供的是，在所述模制之前引入的所述一个或多个附加纤维缠绕在供给到所述工具中的单向纤维周围。缠绕在单向纤维周围的附加纤维显著地改善了型材关于其横穿单向纤维的主纤维方向的机械稳定性的性能。纤维的缠绕可以例如使用附加纤维卷来实现，所述附加纤维在它们供给到工具中之前围绕单向纤维行进。

附加地或替代地，可以提供的是，单向纤维或单向纤维的粗纱用作附加纤维或附加纤维的粗纱，所述单向纤维或所述单向纤维的粗纱在供给到所述工具中之前沿横向方向偏转。通过在模制之前并且在它们供给到工具中之前使一个或多个单向纤维或单向纤维的粗纱偏转，也实现了附加纤维与单向纤维成一定角度的布置。例如，该偏转可以在交替的方向上发生，从而获得附加纤维的Z字形布置。例如，在每层单向纤维中，一个或多个纤维或纤维的粗纱可以按这种方式偏转。

优选地，在将所述一个或多个表面纤维布置在所述型材的所述外表面上之后，进行包括所述型材的固化的固化步骤。该固化步骤特别是可以通过例如固化注入纤维之间的胶或粘合剂来导致型材的固化。

表面纤维或表面纤维的粗纱可以在固化步骤之前紧接工具中的型材的模制之后以有利的方式来引入，在该固化步骤中，模制的型材被固化。在该固化之前，模制的型材的表面可以是有粘性的，使得布置在型材的表面上的表面纤维或表面纤维的粗纱粘附到该表面，并且因此粘附地附接到它。随后，可以执行型材的固化步骤，以在模制过程期间固化注入纤维之间的胶或粘合剂，从而获得型材的固体结构。

附加地或替代地，可以提供的是，在将所述一个或多个表面纤维布置在所述型材的所述外表面上之前，进行包括研磨所述型材的所述外表面的研磨步骤。在使用所述型材来制造翼梁帽之前执行该研磨步骤，以使平坦的表面变粗糙，这在模制和后续的固化之后发生。在研磨过程之后，特别是在继续型材的处理之前，还可以在型材的表面上布置所述一个或多个表面纤维或表面纤维的粗纱。

优选地，所述一个或多个表面纤维或表面纤维的粗纱与所述型材的所述纵向方向成一定角度地缠绕在所述型材的所述外表面周围。通过将附加纤维缠绕在型材的外表面周围，可以增加型材的机械稳定性以及其表面粗糙度。表面纤维既可以应用于仅由单向纤维构成的型材，也可以应用于由单向纤维以及如先前所述的附加纤维构成的型材。表面纤维或表面纤维的粗纱可以按如下方式缠绕在型材的外表面周围，即使得它们例如与单向纤维成30°、45°、60°或90°的角度布置。表面纤维的某些部分或表面纤维的粗纱的某些部分也可分别与纤维或粗纱的其他部分相比与单向纤维呈现出不同的角度，使得在某些区域中例如实现45°的角度，而在表面的其他区域中获得90°的角度。可以提供的是，表面纤维例如在型材的顶表面和/或底表面上与在型材的侧表面上相比具有不同的角度。如果使用多层表面纤维或表面纤维的粗纱，则不同层的表面纤维或表面纤维的粗纱可能各自相对单向纤维的方向呈现出不同的角度。

可以提供的是，一个或多个表面纤维或表面纤维的粗纱沿所述型材的纵向方向布置和/或相对所述纵向方向成一定角度布置，特别是成大约90°的角度，从而至少部分地覆盖所述外表面。增加型材的表面粗糙度的有利效果也可以通过表面纤维或表面纤维的粗纱来实现，所述表面纤维或表面纤维的粗纱沿所述纵向轴线或与型材的纵向方向成一定角度而对准。特别可能的是，表面纤维或表面纤维的粗纱分别与型材的纵向方向或单向纤维的方向成90°的角度对准。可能仅有型材的顶侧或型材的顶侧和底侧由表面纤维或由表面纤维的粗纱覆盖。若干表面纤维或表面纤维的粗纱也可以例如以如下方式布置在型材的顶侧上，即分别在纤维或粗纱之间存在至少一个间隙。在制造包括型材的翼梁帽和/或风力涡轮机叶片期间的后续模制步骤期间，这样的间隙有助于胶或粘合剂的进入。

本发明的实施例可以提供的是，玻璃纤维和/或碳纤维用作单向纤维和/或附加纤维和/或表面纤维。由玻璃纤维和/或碳纤维构成的基于纤维的复合材料分别具有比较高的机械强度和比较低的重量或密度。特别地，由于基于碳纤维的材料的高机械稳定性，使用碳纤维来制造型材相分别有助于制造大型翼梁帽或大型风力涡轮机叶片。由于碳纤维是导电的，因此作为表面纤维应用的碳纤维还可以提高型材的电气性能，使得由于型材的表面处的导电纤维，从而有助于型材例如在风力涡轮机叶片的防闪电系统中的集成。

在本发明的实施例中，可以提供的是，包括双轴或三轴纤维的一个或多个垫用作附加纤维和/或用作表面纤维。以这种方式，不仅单纤维或纤维粗纱作为线引入到所述过程，而且还可以使用垫，该垫包括例如以双轴或三轴方式对准的不同强度的纤维。以这种方式，通过在模制型材之前添加双轴和/或三轴的垫作为附加纤维，和/或通过在模制之后将双轴或三轴的纤维垫作为表面纤维添加到型材的外表面，都可以实现型材的更复杂的纤维结构布置。当然，可以使用双轴和/或三轴的碳纤维和/或玻璃纤维的垫。

根据本发明的型材包括沿所述型材的纵向方向布置的一股或多股和/或一层或多层单向纤维或单向纤维的粗纱以及一个或多个附加纤维或附加纤维的粗纱，其与所述单向纤维成一定角度布置，和/或一个或多个表面纤维或表面纤维的粗纱，其布置在模制的型材的外表面上。特别可能的是，根据本发明的型材是通过根据本发明的方法来制造的。

用于制造型材的所述方法的前述特征和优点也适用于根据本发明的型材。

根据本发明的翼梁帽包括至少一个根据本发明的型材和/或至少一个按照根据本发明的方法来制造的型材。

根据本发明的风力涡轮机叶片包括根据本发明的翼梁帽。

对于根据本发明的翼梁帽和根据本发明的风力涡轮机叶片二者而言，针对根据本发明的用于制造型材的方法和根据本发明的型材所描述的特征和优点都分别适用。

附图说明

从下面论述的实施例以及从附图中，本发明的附加的特征和优点变得明显。附图示出了：

图1示出了风力涡轮机的示意图，

图2示出了用于执行根据本发明的方法的第一实施例的布置的示意图，

图3示出了用于执行根据本发明的方法的第二实施例的第二布置的示意图，

图4示出了具有表面纤维的根据本发明的型材的第一实施例，

图5示出了具有表面纤维的根据本发明的型材的第二实施例，以及

图6示出了具有表面纤维的根据本发明的型材的第三实施例。

具体实施方式

在图1中示出了风力涡轮机1的示意图。风力涡轮机1包括多个风力涡轮机叶片2，其附接到风力涡轮机1的轮毂3。每个风力涡轮机叶片2包括一个或多个翼梁帽4，其在风力涡轮机1的操作期间维持风力涡轮机叶片2的机械稳定性。翼梁帽4在风力涡轮机叶片2内的位置通过虚线来示意性地描绘。每个翼梁帽4可包括一个或多个型材5。为了确保这样的型材5的高机械稳定性和比较低的重量，这些型材5可以由基于纤维的、特别是基于玻璃纤维或基于碳纤维的复合材料制成。

在图2中，示意性地示出了用于执行根据本发明的用于制造翼梁帽4的型材5的方法的布置。型材5以拉挤过程制造，其中，多个单向纤维6或单向纤维的粗纱设置到用于铸造型材5的工具7中。型材5仅示意性地描绘为多个纤维。例如，型材5可具有矩形截面。当然，截面的其他形状也是可能的。在该实施例中，在模制工具7中的纤维之前，在拉挤过程中引入两个附加纤维8。为了更好的可区分性，附加纤维8用比单向纤维6更粗的线绘出。然而，附加纤维或附加纤维的粗纱可具有与单向纤维6相同的厚度。为了实现附加纤维8的对准, 其中附加纤维8与单向纤维6成一定角度布置，附加纤维8缠绕在单向纤维6周围。例如，这可以通过在围绕单向纤维6的圆形轨迹10上移动附加纤维8的卷9来实现。转动方向由箭头11来表示。

在工具7中，型材5例如可以通过注射模制来铸造。因此，例如在工具7中的纤维结构中注入胶或粘合剂。然后，这种方式制造的型材5可以在后续的固化工艺步骤中固化。

在图3中，示出了用于执行根据本发明的方法的实施例的布置的替代实施例。在该实施例中，单向纤维6用作附加纤维8。通过使附加纤维8分别在垂直于单向纤维的方向或型材的纵向方向的方向上偏转，实现了与单向纤维6的方向成一定角度的附加纤维8的布置。例如，这可以通过使用一个或多个偏转构件12来完成，该偏转构件12分别在横穿单向纤维的方向或型材的纵向方向的方向上交替地移动。偏转构件12的移动方向由箭头13来表示。

在图4中，示出了根据本发明的型材5的实施例。在型材5的制造期间，一个或多个表面纤维14或表面纤维14的粗纱可以布置在型材5的外侧上。例如，表面纤维14或表面纤维14的粗纱可以缠绕在型材5的外表面周围，其中，该外表面包括顶表面16、侧表面17和底表面18。例如，表面纤维14的布置可以紧接在型材5从工具7中出来之后并且在固化过程之前而发生。紧接在离开工具7之后，型材的外表面由于注入工具7中的粘合剂而可以是粘性的。通过将它们缠绕，表面纤维14可以附接到型材5的表面。

表面纤维14布置在所述外表面上，使得它们与型材5的单向纤维成一定角度而对准，该单向纤维沿型材5的纵向轴线布置。型材的纵向轴线由箭头15来表示。表面纤维14与沿型材5的纵向方向布置的型材5的单向纤维成大约45°的角度布置在顶表面16上。在侧表面17上，表面纤维14或表面纤维14的粗纱垂直于型材5的纵向方向布置。

表面纤维14也可以与在型材5的顶侧16上和/或在型材5的底侧18上成相同的角度布置在侧表面17上。处于顶侧16和底侧18上的表面纤维14也可以相对于型材5的纵向方向成相同的角度布置。表面纤维可以对准的角度可以例如是15°、30°、45°、60°和/或90°或者任何其他角度。

表面纤维14也可以在研磨过程之后布置在型材5的外表面上，该研磨过程例如在使用型材5来制造翼梁帽4和/或风力涡轮机叶片2之前发生。表面纤维14或表面纤维14的粗纱增加了型材5的表面粗糙度，从而改善了型材5的后续处理中的树脂注射过程。

在图5中，示出了根据本发明的型材的第二实施例。在该实施例中，表面纤维14沿由箭头15所指示的型材5的纵向方向布置在型材5的顶表面16上。表面纤维14可以与沿型材5的纵向方向对准的单向纤维平行或基本上平行地布置。

在图6中，示出了根据本发明的型材5的第三实施例。在该实施例中，表面纤维14或表面纤维14的粗纱垂直于由箭头15所指示的型材5的纵向方向布置在型材5的顶侧16上。表面纤维14可以仅覆盖该顶表面16的一部分，使得纤维或纤维的粗纱之间的间隙保持不变，从而增加了表面粗糙度，并且在翼梁帽和/或风力涡轮机叶片的制造中有助于型材5的后续处理。除了垂直于型材的纵向方向的定向之外，表面纤维成其他角度如15°、30°、45°、60°和/或90°或者任何其他角度的定向也是可能的。

当然，如先前所示的表面纤维的布置可以与根据图2或图3的制造方法相结合。特别可能的是，表面纤维14的布置发生在型材5的拉挤过程之后和/或拉挤过程期间和/或型材5在工具7中的铸造之后。

尽管参考优选实施例详细地描述了本发明，但本发明并不受所公开的示例限制，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员能够从所公开的示例得到其他变型。