專利名稱：生產(chǎn)纖維增強結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)纖維增強結(jié)構(gòu)的方法，其中纖維材料被鋪設(shè)在類似于要被生產(chǎn)的纖維增強結(jié)構(gòu)的陰翻版(negative image)的模具表面上，并且在纖維材料被鋪設(shè)在模具結(jié)構(gòu)上之后灌注樹脂。具體而言，本發(fā)明涉及生產(chǎn)纖維增強風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片的方法。
背景技術(shù)：
用于制造纖維增強結(jié)構(gòu)(即風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片)的方法例如被公開于EP 2 133373 A。通常，氈形式的纖維層被逐層堆疊在模具中，并且在模具閉合之后，灌注并固化樹脂以便生產(chǎn)轉(zhuǎn)子葉片。

從US 4，242，160中已知了生產(chǎn)纖維增強結(jié)構(gòu)的另ー種方法，其描述了生產(chǎn)風(fēng)カ渦輪轉(zhuǎn)子葉片的方法，該方法包括使用細絲增強的復(fù)合芯棒。細絲被纏繞在芯棒上以便最終形成風(fēng)カ渦輪轉(zhuǎn)子葉片的翼梁。

發(fā)明內(nèi)容
在已知現(xiàn)有技術(shù)的背景下，本發(fā)明的目標(biāo)是提供生產(chǎn)如風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片的纖維增強結(jié)構(gòu)的有利方法。在生產(chǎn)纖維增強結(jié)構(gòu)的本發(fā)明方法中，具體地在生產(chǎn)纖維增強的風(fēng)カ渦輪轉(zhuǎn)子葉片的本發(fā)明方法中，纖維材料被鋪設(shè)在類似于要被生產(chǎn)的纖維增強結(jié)構(gòu)的陰翻版的模具表面上。在纖維材料被鋪設(shè)在模具表面上之后，灌注并固化樹脂以便使得結(jié)構(gòu)硬化。根據(jù)本發(fā)明，在模具表面上鋪設(shè)纖維材料包括步驟將纖維材料的粗紗鋪設(shè)在模具表面上或者鋪設(shè)在已經(jīng)鋪設(shè)在模具表面上的可以是粗紗/無捻粗紗(roving)或氈等形式的纖維材料上。負壓(underpressure)被施加于粗紗和模具表面之間的空間。換言之，根據(jù)本發(fā)明，至少ー層纖維材料沒有以氈的形式而是以粗紗的形式被鋪設(shè)，即以近似一維纖維結(jié)構(gòu)而不是ニ維纖維結(jié)構(gòu)的方式被鋪設(shè)。在模具表面上或在已經(jīng)鋪設(shè)在模具表面上的纖維材料上鋪設(shè)纖維材料的粗紗允許在設(shè)定纖維增強結(jié)構(gòu)中承重細絲的取向時的更大靈活性。此外，通過使用粗紗而不是使用氈，能夠更容易地防止褶皺。注意至IJ，雖然在本發(fā)明的上下文中還可能除了粗紗之外也使用氈或類似物，但是本發(fā)明同樣包括所有纖維材料均以粗紗的形式被鋪設(shè)在模具表面上的情況。粗紗將由于施加的負壓被吸向模具表面并且因此被保持就位。在本文中，有利的是，不透氣罩被置于正被鋪設(shè)在模具表面或正被鋪設(shè)在已被鋪設(shè)在模具表面上的纖維材料上的粗紗之上。所述罩確保當(dāng)施加負壓時，不僅通過將粗紗按壓到下層表面，還通過將不透氣罩按壓到粗紗上，來約束粗紗的運動。此外，還可以通過施加負壓時由罩施加的壓カ來壓縮粗紗。本發(fā)明優(yōu)選地適用于鋪設(shè)干燥粗紗，不過其還能夠用于鋪設(shè)潮濕粗紗。潮濕粗紗意味著在粗紗被鋪設(shè)在模具中之前使用濕(且未硬化)的樹脂來預(yù)浸潰粗紗，而干燥粗紗意味著當(dāng)被鋪設(shè)在模具中時粗紗是沒有被預(yù)浸潰的。
粗紗可以被設(shè)置在卷軸上并且從卷軸展開以便鋪設(shè)在模具表面上或已經(jīng)鋪設(shè)在模具表面上的纖維材料上。作為替代性方案，粗紗可以被設(shè)置在匣內(nèi)并且當(dāng)正被鋪設(shè)在模具表面上或正被鋪設(shè)在已經(jīng)鋪設(shè)在模具表面上的纖維材料上時從匣鋪開。在粗紗從卷軸展開或從匣鋪開時卷軸或匣可以在模具表面之上運動。卷軸或匣可以由支撐裝置保持，該支撐裝置比如像例如具有輥或輪的立柱，其中當(dāng)粗紗被鋪設(shè)在模具表面上或已經(jīng)鋪設(shè)在模具表面上的纖維材料上時支撐裝置在模具表面之上滾動。作為由具有輥或輪的支撐裝置所保持的卷軸或匣的替代性方案，可以通過支撐裝置(比如像例如立柱)的臂來保持卷軸或匣，其中當(dāng)粗紗被鋪設(shè)在模具表面上或已經(jīng)鋪設(shè)在 模具表面上的纖維材料上時支撐裝置沿帶有模具表面的模具運動。能夠通過使用沿吊車龍門運動的吊車(例如高架吊車)或者通過使用沿模具運動的滑車來提供支撐裝置的運動。有利的是，當(dāng)粗紗正被鋪設(shè)在模具表面上或正被鋪設(shè)在已經(jīng)鋪設(shè)在模具表面上的纖維材料上時卷軸或匣被置于不透氣罩之下。在本文中，在鋪設(shè)粗紗時使用具有在模具表面之上滾動的輥或輪的支撐裝置是有利的，這是因為能夠通過不透氣罩來覆蓋整個支撐裝置。粗紗可以以適于模具表面尺寸的長度被設(shè)置在卷軸上或在匣內(nèi)，以便不需要切割。如果限定的個體張力被應(yīng)用到鋪設(shè)在模具表面上或已經(jīng)鋪設(shè)在模具表面上的纖維材料上的每條粗紗，則能夠在最終纖維增強結(jié)構(gòu)的承重能力方面來優(yōu)化粗紗的鋪設(shè)。為了加速在模具表面上或已經(jīng)鋪設(shè)在模具表面上的纖維材料上鋪設(shè)粗紗，能夠在模具表面上或已經(jīng)鋪設(shè)在模具表面上的纖維材料上同時鋪設(shè)多條平行粗紗。如果多層粗紗被鋪設(shè)在模具內(nèi)，則能夠通過選擇每層中粗紗的延伸方向來優(yōu)化最終結(jié)構(gòu)的載重能力。此外，在一層粗紗中或不同層粗紗中可以使用不同品質(zhì)和/或不同材料的粗紗。為了在模具表面和鋪設(shè)在模具上的粗紗(或罩，如果存在的話)之間提供均勻分布的負壓，能夠在模具表面內(nèi)設(shè)置通道。這些通道朝向被鋪設(shè)在模具表面上的粗紗或朝向已經(jīng)鋪設(shè)在模具表面上的纖維材料開ロ。


結(jié)合附圖從實施例的下述說明中將顯見到本發(fā)明的其他特征、性質(zhì)和優(yōu)點。圖I圖釋地示出了生產(chǎn)纖維增強結(jié)構(gòu)的本發(fā)明方法的第一實施例。圖2示出了圖I的細節(jié)。圖3圖釋地示出了圖I所示的方法的改良。圖4以替代性示圖示出了圖3所示的方法。圖5圖釋地示出了生產(chǎn)纖維增強結(jié)構(gòu)的本發(fā)明方法的第二實施例。
具體實施例方式將參考圖I和圖2描述生產(chǎn)纖維增強結(jié)構(gòu)的本發(fā)明方法的第一實施例。圖I圖釋地示出了在模具表面上鋪設(shè)例如玻璃纖維材料、碳纖維材料等的纖維材料的過程，并且圖2示出了在引入樹脂之前纖維材料怎樣被保持在模具中。作為輔助在模具3的表面I上鋪設(shè)纖維材料的裝置，使用由支撐件7保持的卷軸5，該支撐件7具有包括輪或輥11的底座9。將被鋪設(shè)在模具表面上的纖維材料以粗紗13的形式被纏繞在卷軸上。模具能夠是用于任意纖維增強結(jié)構(gòu)、典型地用于大型纖維增強結(jié)構(gòu)的模具。具體而言，模具能夠是用于風(fēng)カ渦輪轉(zhuǎn)子葉片的模具，即具有代表了轉(zhuǎn)子葉片半殼的陰模型或翻版的模具表面的模具。模型被用于借助于真空輔助樹脂傳輸模塑(VARTM)來生產(chǎn)纖維增強結(jié)構(gòu)，例如生產(chǎn)風(fēng)カ渦輪轉(zhuǎn)子葉片半売。當(dāng)生產(chǎn)纖維增強結(jié)構(gòu)時，纖維材料以通常干燥粗紗13的形式被鋪設(shè)在模具3的表面I上，其中在卷軸5在模具表面I之上運動時干燥粗紗13從卷軸5展開。在模具表面I上鋪設(shè)粗紗13期間，粗紗13、卷軸5和還沒有被粗紗13覆蓋的模具表面I被不透氣罩覆蓋，在本實施例中該不透氣罩是不透氣膜15，例如透明PVC型膜。使用透明膜提供了如下優(yōu) 點，即能夠看到在膜15之下粗紗是否被正確地鋪設(shè)在模具表面I上。為了將粗紗13在模具表面I上保持就位，空氣從模具表面I和不透氣膜15之間的空間被抽吸出。通過這種措施，干燥粗紗被吸向模具表面I。此外，膜15被吸向模具表面1，因此固定粗紗。應(yīng)該注意至IJ，如果將空氣從模具表面I和不透氣膜15之間的空間抽離的泵的能力足以抽吸比在不透氣膜的邊緣進入該空間的空氣量更多的空氣，則不透氣膜15不需要被不透氣地固定到模具的周邊。圖2示出了模具3，其中粗紗13借助于在模具表面I和不透氣膜15之間的負壓被固定到模具表面I。通過箭頭19示出了朝向模具表面I拉拽膜15從而保持粗紗13就位并且壓縮粗紗的抽吸。在方法的這個階段，不透氣膜15的唯一作用是固定模具中的干燥粗紗并且壓縮模具中的粗紗。不過，在本發(fā)明方法的后ー階段，當(dāng)樹脂被灌注到至此時干燥(即，沒有被樹脂浸濕)的粗紗纖維材料中吋，不透氣膜可以形成真空袋。在這種情況下，在卷軸5已經(jīng)從模具表面移除之后膜在模具3的邊緣處被不透氣地固定。為了增強從模具表面I和不透氣膜15之間的空間抽吸空氣，可以在模具表面I內(nèi)提供空氣流動通道，如圖2所示。這些空氣通道17能夠適用于確保抽吸カ均等地分布于模具3。在第一層粗紗13已經(jīng)鋪設(shè)在模具表面上之后，能夠重復(fù)鋪設(shè)粗紗的過程以便提供下ー層粗紗。具體而言，可能的是提供兩層或更多層不同粗紗，例如具有不同品質(zhì)或不同材料的粗紗。不同品質(zhì)能夠例如依據(jù)粗紗的重量來測量。例如，能夠使用具有每米9. 6 kg至10. 6 kg重量(即96至106 tex)的粗紗。通過使用具有相同直徑但具有不同密度的粗紗，通過具有相同密度但不同直徑的粗紗，或者通過具有不同密度和不同直徑的粗紗，能夠?qū)崿F(xiàn)粗紗的不同重量。此外，粗紗在模具表面I上或已經(jīng)存在于模具內(nèi)的粗紗層上的鋪設(shè)方向能夠各層各不相同，如同用于粗紗的材料能夠各不相同一樣。此外，具有不同材料或不同品質(zhì)的粗紗還能夠遍布于ー層中。例如，可能的是，每第η條粗紗是碳纖維粗紗的形式，而其余粗紗均是玻璃纖維粗紗。應(yīng)該注意到，通過使用卷軸5，大量粗紗能夠被平行地鋪設(shè)在模具表面I上或已經(jīng)存在于模具內(nèi)的粗紗層上。具體而言，粗紗可以被鋪設(shè)成多條平行粗紗，其在10-100條平行粗紗的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在20-50條粗紗的范圍內(nèi)，例如32條粗紗。圖I所示方法的改良在圖3和圖4中被圖釋地示出。與圖I和圖2中示出的元件相同的元件具有相同的附圖標(biāo)記并且將不會被再次解釋。圖3和圖4所示的改良方法與圖I和圖2所示方法的不同之處在于，卷軸5懸掛于支撐立柱23的臂21。支撐立柱23安置在可運動底座25上，例如滑車，該滑車包括輥、輪27或允許移動滑車的其他裝置。當(dāng)在模具表面I上或在已經(jīng)鋪設(shè)在模具表面I上的纖維材料上鋪設(shè)粗紗時，沿模具3運動，從而使得卷軸5在模具表面I之上運動。如從圖4中可以看出的，在卷軸5借助于支撐立柱23沿模具I運動時，大量平行粗紗13能夠被展開以便鋪設(shè)在模具表面上。同時，卷軸5和大部分模具表面能夠被不透氣膜15覆蓋。在圖4中也示出了泵29，該泵29被用于通過抽吸管線31抽吸出在不透氣膜 15和模具表面之間的空間內(nèi)的空氣。應(yīng)該注意到，卷軸5不必要懸掛于由立柱支撐的臂，而是可以替代地懸掛于從高架支撐結(jié)構(gòu)垂下的臂，該高架支撐結(jié)構(gòu)例如是高架框架或龍門。本發(fā)明方法的第二實施例在圖5中被圖釋地示出。與圖I和圖2中示出的元件相同的那些元件具有相同的附圖標(biāo)記并且將不會被再次解釋。第二實施例與第一實施例的不同之處在于，將被鋪設(shè)在模具表面I上或已經(jīng)鋪設(shè)在模具表面I上的纖維層上的粗紗13不是從卷軸5展開的，而是位于匣33內(nèi)，該匣33在本實施例中懸掛于支撐立柱的臂21，該支撐立柱能夠沿模具3運動。應(yīng)該注意到，代替懸掛于臂21，匣33還可以由支撐件支撐，如已經(jīng)參考圖I所描述的。匣33中的粗紗13可以被制備成針對各層的指定長度。這將確保在鋪設(shè)過程中不需要切割材料。此外，還能夠確保匣32僅承載所需的準(zhǔn)確重量的粗紗。應(yīng)用預(yù)定長度的粗紗13的另ー優(yōu)點在于能夠最小化“層板滑落”(ply-drop)效應(yīng)。層板滑落是當(dāng)ー層或多層纖維結(jié)束的位置處發(fā)生會誘導(dǎo)在該點產(chǎn)生嚴(yán)重的力集中的不連續(xù)時產(chǎn)生的效應(yīng)。應(yīng)該注意到從匣33鋪開的粗紗13可以具有不同長度，這是因為要被生產(chǎn)的纖維增強結(jié)構(gòu)的不同部分的長度會是不同的。在關(guān)于圖I至圖5所述的所有實施例中，在纖維材料已經(jīng)鋪設(shè)在模具中之后將進行真空輔助樹脂傳遞模塑，以便完成纖維增強結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。如果纖維增強結(jié)構(gòu)是風(fēng)カ渦輪轉(zhuǎn)子葉片的半殼，則兩個半殼將被結(jié)合在一起以便最終形成風(fēng)カ渦輪轉(zhuǎn)子葉片。在真空輔助樹脂傳遞模塑エ藝中，可以使用不透氣膜15來成為真空屏障的一部分，其允許在包括被鋪設(shè)在模具中的粗紗的空間內(nèi)產(chǎn)生真空(負壓)，這種真空將樹脂吸入纖維材料內(nèi)。雖然已經(jīng)關(guān)于本發(fā)明的示例性實施例描述了生產(chǎn)纖維增強層壓結(jié)構(gòu)的本發(fā)明方法，不過可以想到這些實施例的改良。例如，可能的是控制被鋪設(shè)在模具中的每個個體粗紗的張力。通過這種措施，能夠優(yōu)化粗紗的鋪設(shè)。在卷軸或匣處能夠提供用于控制張カ的裝置。關(guān)于圖I至5所述的實施例的進ー步改良可以是，除了粗紗之外還將纖維材料氈鋪設(shè)在模具內(nèi)?？梢允褂脷趾痛旨喌慕Y(jié)合以便優(yōu)化要被生產(chǎn)的纖維增強結(jié)構(gòu)的特性。已經(jīng)關(guān)于實施例被描述的本發(fā)明的優(yōu)點在于,在不透氣膜和模具表面之間的排空空間內(nèi)鋪設(shè)粗紗產(chǎn)生了對粗紗的牢固保持以使得它們在已經(jīng)鋪設(shè)在模具內(nèi)之后不產(chǎn)生對偏或運動。這又確保了在最終纖維增強結(jié)構(gòu)內(nèi)不發(fā)生褶皺。具體而言，本發(fā)明方法在如下情況下是有利的，即當(dāng)將產(chǎn)生多于ー層粗紗時，因為通過朝向彼此按壓粗紗以致它們不能對偏從而使得各層相對于彼此保持就位。本發(fā)明方法的又ー優(yōu)點在于被鋪設(shè)在模具中的粗紗不僅能夠被真空(負壓)保持就位，而且能夠被壓縮，這增加了纖維密度。實質(zhì)上，能夠通過機器人等來啟動和執(zhí)行相對于本發(fā)明方法描述的整個エ藝，這是既有時間效率又有成本效率的。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)纖維增強結(jié)構(gòu)的方法，其中纖維材料被鋪設(shè)在類似于要被生產(chǎn)的所述纖維增強結(jié)構(gòu)的陰翻版的模具表面(I)上，并且在所述纖維材料被鋪設(shè)在所述模具表面(I)上之后使樹脂被灌注并固化， 其特征在于 在所述模具表面(I)上鋪設(shè)所述纖維材料包括步驟將所述纖維材料的粗紗(13)鋪設(shè)在所述模具表面(I)上或已經(jīng)鋪設(shè)在所述模具表面(I)上的纖維材料上，并且向所述粗紗(13)和所述模具表面(I)之間的空間施加負壓。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述粗紗(13)是干燥的。
3.如權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的方法，其中不透氣罩(15)被置于正被鋪設(shè)在所述模具表面(I)上或正被鋪設(shè)在已經(jīng)鋪設(shè)在所述模具表面(I)上的纖維材料上的所述粗紗(13)上方。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中所述粗紗(13)被設(shè)置在卷軸(5)上并且當(dāng)正被鋪設(shè)在所述模具表面(I)上或正被鋪設(shè)在已經(jīng)鋪設(shè)在所述模具表面(I)上的纖維材料上時從所述卷軸(5)展開。
5.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中所述粗紗被設(shè)置在匣(33)內(nèi)并且當(dāng)正被鋪設(shè)在所述模具表面(I)上或正被鋪設(shè)在已經(jīng)鋪設(shè)在所述模具表面(I)上的纖維材料上時從所述匣(33)鋪開。
6.如權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的方法，其中在所述粗紗(13)從所述卷軸(5)展開或從所述匣(33 )鋪開時所述卷軸(5 )或所述匣(33 )在所述模具表面(I)上方運動。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所用的卷軸(5)或匣(33)由具有輥或輪(11)的支撐裝置(7 )保持，其中當(dāng)所述粗紗(13 )正被鋪設(shè)在所述模具表面(I)上或正被鋪設(shè)在已經(jīng)鋪設(shè)在所述模具表面(I)上的纖維材料上時所述支撐裝置(7)在所述模具表面(I)上方滾動。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所用的卷軸(5)或匣(33)由支撐裝置(23)的臂保持，其中當(dāng)所述粗紗(13)正被鋪設(shè)在所述模具表面(I)上或正被鋪設(shè)在已經(jīng)鋪設(shè)在所述模具表面(I)上的纖維材料上時所述支撐裝置(23)沿具有所述模具表面(I)的所述模具運動。
9.如權(quán)利要求3所述和權(quán)利要求4-8中任一項所述的方法，其中當(dāng)所述粗紗(13)正被鋪設(shè)在所述模具表面(I)上或正被鋪設(shè)在已經(jīng)鋪設(shè)在所述模具表面(I)上的纖維材料上時所述卷軸(5 )或匣(33 )被置于所述不透氣罩(15 )下方。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述粗紗(13)被設(shè)置成具有適于模具表面(I)尺寸的長度。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中限定的個體張力被施加到被鋪設(shè)在所述模具表面(I)上或被鋪設(shè)在已經(jīng)鋪設(shè)在所述模具表面(I)上的纖維材料上的各粗紗(13)。
12.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中多條平行粗紗(13)被同時地鋪設(shè)在所述模具表面(I)上或已經(jīng)鋪設(shè)在所述模具表面(I)上的纖維材料上。
13.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中多層粗紗(13)被鋪設(shè)在所述模具表面(I)上。
14.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中使用具有不同品質(zhì)和/或不同材料的粗紗(13)。
15.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所用的模具包括在所述模具表面(I)內(nèi)的通道(17 )，所述通道(17 )朝向被鋪設(shè)在所述模具表面(I)上的所述粗紗(13 )或朝向已經(jīng)鋪設(shè)在所述模具表面(I)上的所述纖維材料開口。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)纖維增強結(jié)構(gòu)的方法，其中纖維材料被鋪設(shè)在類似于要被生產(chǎn)的所述纖維增強結(jié)構(gòu)的陰翻版的模具表面(1)上，并且在所述纖維材料被鋪設(shè)在所述模具表面(1)上之后使樹脂被灌注并固化。在所述模具表面(1)上鋪設(shè)所述纖維材料包括步驟將所述纖維材料的粗紗(13)鋪設(shè)在所述模具表面(1)上或已經(jīng)鋪設(shè)在所述模具表面(1)上的纖維材料上，并且向所述粗紗(13)和所述模具表面(1)之間的空間施加負壓。
文檔編號B29C70/34GK102729485SQ201210107830
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者K.席爾布斯拜 申請人:西門子公司