CN103153592A - 制造长形复合结构的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造长形复合结构的方法，长形复合结构具有两个单独的纵向复合结构区段，其中所述方法包括以下步骤：提供具有第一成形表面（14）的刚性模具部分（13），第一成形表面（14）具有限定长形复合结构的外表面的轮廓；将第一纤维叠层（15）布置在第一模具部分（13）的第一纵向区段（16）中；将第一柔性薄片（18）布置在第一纤维叠层（15）的第一交叉边缘区域（17）上；将第二纤维叠层（20）布置在模具部分（13）的第二纵向区段（21）中，从而在形成纤维基层（15、20）之间的界面的交叠区域（22）中与第一纤维叠层（15）的交叉边缘区域（17）交叠并因此与第一柔性薄片（18）交叠；以及向纤维叠层（15、20）提供聚合物并允许聚合物固化。
Description
技术领域
本发明涉及制造诸如风力涡轮机叶片的壳体半部或风力涡轮机叶片之类的长形复合结构的方法，所述复合结构具有纵向轴线、包括单独的纵向复合结构区段并且由加强聚合物材料形成，所述加强聚合物材料包括聚合物基体和嵌入在聚合物基体中的纤维材料。
背景技术
通常，由纤维加强聚合物制成的大的长形复合结构在模具中被制造成壳体部分，其中该结构的第一侧和第二侧被单独地制造并且然后被组装。因此，风力涡轮机叶片通常在模具中被制造成壳体部分，其中压力侧和抽吸侧分别被单独地制造。然后，两个叶片半部通常通过内部法兰部被胶结在一起。
可以通过多种方式来制造大的复合结构。真空注入或VARTM（真空辅助树脂转移模制）是通常用于制造诸如包括纤维加强基体材料的风力涡轮机叶片之类的复合结构的一种方法。在制造过程期间，液体聚合物（也称为树脂）被填充到模腔中，也称为纤维叠层的纤维材料之前已经被插入到该模腔中并且在模腔中产生真空，由此将聚合物吸入。聚合物可以是热固性塑料或热塑性塑料。一般地，均匀分布的纤维在第一刚性模具部分中被分层，其中纤维是粗纱，即成束的纤维带、带状的粗纱、或垫子，垫子是各个纤维制成的毛毡垫或由纤维粗纱制成的编织垫。随后，通常由弹性且柔性的聚合物薄片制成的第二模具部分（也称为真空袋）被放置到纤维材料上方并且对第一模具部分密封，以产生模腔。通过在第一模具部分与真空袋之间的模腔中产生真空（一般为完全真空的80%-95%），能够将液体聚合物吸入并且利用其中所含的纤维材料来填充模腔。所谓的分布层或分布管（也称为入口通道）在真空袋与纤维材料之间使用，以获得聚合物的尽可能合理且高效的分布。在大多数情况下，所应用的聚合物为聚酯或环氧树脂，并且纤维加强件通常基于玻璃纤维或碳纤维。然而，诸如天然纤维或钢纤维之类的其它类型的纤维也可以使用。
在填充模具的过程期间，通过模腔中的真空出口产生真空，关于这一点，所述真空应当理解为压力不足或负压，由此将液体聚合物通过入口通道吸入到模腔中，以填充所述模腔。当前面的流体朝向真空通道移动时，聚合物由于所述负压而从入口通道沿各个方向分散到模腔中。
通常，复合结构包括被诸如一个或多个纤维加强的聚合物层之类的纤维加强材料覆盖的芯材料。芯材料能够用作这些层之间的间隔物，以形成夹层结构，并且芯材料一般由刚性轻质材料制成，以减轻复合结构的重量。为了确保注入过程期间液体树脂的高效分布，芯材料可以设置有树脂分布网络，例如通过在芯材料的表面中设置通道或槽来实现。
另一种制造复合结构的方法是与VARTM类似的树脂转移模制（RTM）。在RTM中，液体聚合物并不由于在模腔中产生的真空而被吸入到模腔中。相反，液体树脂通过入口侧的过压而被强迫进入模腔中。
第三种用于制造复合结构的方法是预浸模制。预浸模制是加强纤维被预先注入预催化的树脂的方法。一般地，树脂在室温下是固态的或几乎固态的。预浸物通过人工或机器布置到模具表面（真空袋）上，并且被加热到允许树脂再次流动并最终固化的温度。该方法的主要优点在于，纤维材料中的树脂含量被预先精确地设定。预浸物用起来容易且清洁，并且自动化和劳力节省很明显。预浸的缺点是材料成本比非注入纤维要高。另外，芯材料需要由能够耐受使树脂再次流动所需的处理温度的材料制成。预浸模制与RTM工艺和VARTM工艺都可以结合使用。
另外，可以通过使用外部模具部件和模芯制造一件式的中空复合结构。这种方法在例如EP 1 310 351中进行了描述并且可以与RTM、VARTM和预浸模制容易地结合。
诸如风力涡轮机叶片之类的某些复合结构近年来变得越来越长，并且当今制造出了长度大于60m的叶片。由于用于诸如风力涡轮机叶片之类的大的复合结构的生产设施通常不是靠近结构的使用地点设置，所以结构需要从生产地点运送到使用地点。这种大的结构的运送通常存在问题，因为在其从生产设置到使用地点的路程中的至少一部分中通常都是在道路上运送的。因此，需要叶片可以被更容易地运送。
因此，已经提出了将风力涡轮机叶片分成两个或更多个单独的叶片区段，然后在风力涡轮机工厂位置组装叶片。因此，可以在较小的模具中制造单独的叶片区段，并且运送叶片区段比运送叶片的问题要小。在EP 1 584 817 A1中描述了这种叶片的示例。然而，在单独的模具中生产单独的叶片区段可能在获得叶片区段之间的完美配合以及从而将叶片区段组装成风力涡轮机叶片方面产生问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的制造组装复合结构的方法以及提供通过所述方法获得的复合结构和复合结构区段，其克服或减轻了现有技术的一些缺点或者提供了有用的替代方案。
根据本发明的第一方面，这是通过包括以下步骤的方法实现的：
a）提供具有第一成形表面的第一刚性模具部分，该第一成形表面具有限定长形复合结构的外表面的轮廓；
b）将第一纤维叠层布置在第一模具部分的第一纵向区段中，第一纤维叠层限定第一交叉边缘区域；
c）将至少一个第一柔性且优选弹性的薄片、优选为聚合物薄片至少布置在第一纤维叠层的第一交叉边缘区域上；
d）将第二纤维叠层布置在第一模具部分的第二纵向区段中，使得第二纤维叠层在形成第一纤维叠层与第二纤维叠层之间的界面的交叠区域中与第一叠层的第一交叉边缘区域交叠并且因而与第一柔性薄片交叠；
e）与步骤b）和步骤d）分别同时地、和/或在步骤d）之后向第一纵向区段和第二纵向区段提供聚合物；以及
f）使聚合物固化或者允许聚合物固化。
由此形成第一纵向复合结构区段和第二纵向复合结构。有利地，第一纵向复合结构和第二纵向复合结构在步骤f）之后在交叠区域或界面处彼此分开。通过在同一个模具部分中制造纵向复合结构区段以及通过借助于相对较薄的第一柔性薄片将第一纤维叠层与第二纤维叠层在交叠区域分开，获得了复合结构区段之间的完美的配合，因为在交叠区域或界面中，两个复合结构区段将完全互补地形成。在已经从模具部分中取出并且彼此分开之后，成形的复合结构区段因此能够被单独地运送到使用地点并在使用地点组装。两个复合结构区段之间的完美配合使得能够在这两个区段被相互连接以形成长形复合结构时提供这两个区段之间的完美的胶结。
有利地，包括第一纤维叠层的第一模腔和包括第二纤维叠层的第二模腔在该制造方法期间形成。有利地，这两个模腔被第一柔性薄片分开。由于第一柔性薄片将第一模腔与第二模腔分开，所以确保了形成两个单独的纵向复合结构区段，这两个区段随后能够在交叠区域或界面处彼此分开。
有利地，第一柔性薄片不融化，也不以任何其它方式成为复合结构区段的一部分。有利地，柔性薄片可以是所谓的真空薄片或真空袋。真空薄片可以设置有脱模剂，使得复合结构区段可以容易地分开。
应当注意，如果由所述至少两个单独的复合结构区段形成的复合结构通过使用预浸纤维材料（即，预浸物）或者通过手动层叠来制造，则仅仅需要第一柔性薄片，并且第一薄片仅仅需要覆盖第一纤维叠层的第一交叉边缘区域。原因在于，当使用手动层叠或预浸物时，不必将模腔排空，由此，第一薄片可以是基本上仅仅覆盖第一纤维叠层的第一交叉边缘区域的薄片带，第一纤维叠层的剩余部分和第二纤维叠层完全不被覆盖。
根据本发明的实施方式，在步骤c）中，将所述至少一个柔性薄片布置成覆盖整个第一纤维叠层并且密封于第一模具部分，以形成第一模腔，并且其中在步骤d）之后且在步骤f）之前，将柔性且优选为弹性的第二薄片（优选为聚合物薄片）布置在第二纤维叠层上并且密封于第一模具部分，以形成第二模腔。
另一个实施方式包括如下步骤：将至少一个第二柔性且优选为弹性的薄片（优选为聚合物薄片）布置在第一纤维叠层和第二纤维叠层上并且将所述至少一个第二柔性薄片密封于第一模具部分，以形成第一模腔和第二模腔，第一模腔和第二模腔被第一柔性薄片分开。因此，可以在第一模具部分与第一柔性薄片之间形成第一模腔，并且可以在第一模具部分、第一柔性薄片和第二柔性薄片之间形成第二模腔。第二柔性薄片的一端可以密封于第一柔性薄片。
原则上，也可以通过单个柔性薄片形成两个模腔，例如通过向柔性薄片设置布置在交叠区域处的翼片或者通过将柔性薄片在交叠区域处折叠到柔性薄片自身上来形成两个模腔。
根据另一个实施方式，复合结构是形成在封闭模具中的中空结构，该封闭模具包括柔性且优选为弹性并且可收缩的模芯、第一刚性模具部分以及具有第二成形表面的第二刚性模具部分，第二成形表面具有限定复合结构的外表面的轮廓，第一模具部分和第二模具部分布置成围绕模芯封闭，并且其中在步骤d）之后：
– 将模芯布置在第一纤维叠层和第二纤维叠层以及第一柔性薄片上；
– 将第三纤维叠层布置在模芯和/或第二模具部分的第一纵向区段上，第三纤维叠层限定第二交叉边缘区域；
– 将优选为聚合物薄片的第三柔性薄片布置在至少第二交叉边缘区域上；
– 将第四纤维叠层布置在模芯和/或第二模具部分的第二纵向区段上，使得第四纤维叠层在形成第三叠层与第四叠层之间的第二界面的第二交叠区域中与第三纤维叠层的第二交叉边缘区域交叠并因此与第三柔性薄片交叠；以及
– 通过将第二模具部分布置在第一模具部分和模芯上来封闭模具，以形成第一周向模腔和第二周向模腔，第一周向模腔和第二周向模腔通过第一柔性薄片和第三柔性薄片被分开。
当在周向上观察时，有利地，第二交叠区域（即第二界面）可以融入第一交叠区域（即第一界面）中，以形成叠层之间的周向连续的交叠区域。
当通过VARTM制造复合结构时，如前面所解释的，在向模腔供给液体聚合物之间将模腔排空。
因此，根据实施方式，当通过VARTM制造复合结构时，第一模腔和第二模腔在步骤e）之前被排空。
根据本发明的另一实施方式，在步骤e）期间将液体聚合物供给到第一模腔和第二模腔，从而用聚合物填充模腔。
第一模腔可以在步骤d）之前被排空，由此，第一纤维叠层在第二纤维叠层布置在第一模具部分的第二纵向区段中之前被压缩。然而，应当注意，当复合结构是通过上述用于制成中空结构的方法形成在封闭模具中的中空结构时，这种过程并不容易实现。
根据另一实施方式，在步骤b）和/或步骤d）期间，将预浸纤维材料布置在第一模具部分的第一纵向区段和/或第二纵向区段中。
当通过仅仅使用预浸纤维材料来制造复合结构时，如前面所解释的，将聚合物与纤维材料一起布置在第一模具部分的第一纵向区段和第二纵向区段中，即，将聚合物结合在纤维叠层中。当使用预浸物时，同样有利的是将第一模腔和第二模腔排空，以排除空气并因而避免复合结构中的空气进入。
另外，应当注意，交叠区域——即第一纤维叠层和第二纤维叠层之间和/或第三叠层和第四叠层之间的相应的界面——可以基本上垂直于复合结构的纵向轴线延伸。
可替代地，交叠区域——即第一纤维叠层和第二纤维叠层之间和/或第三叠层和第四叠层之间的相应的界面——可以与复合结构的纵向轴线倾斜地延伸，优选地，与复合结构的纵向轴线形成30°-80°之间、可替代地在45°-80°之间、以及可替代地在45°-70°之间的角度。
通过设置倾斜延伸的交叠区域，所制造的复合结构的复合结构区段之间的连接区域也与所述纵向轴线倾斜地延伸。这在使用期间组装的复合结构受到弯矩时是有利的，因为弯矩部分地被复合结构吸收并且部分地被连接区域吸收。
长形复合结构可以具有至少30m的长度，或者至少40m的长度，或者至少50m的长度，或者至少60m的长度。
复合结构的每个区段可以具有至少10m的长度，或者至少20m的长度，或者至少25m的长度，或者至少30m的长度。
根据另一实施方式，第一纤维叠层和第二纤维叠层之间和/或第三叠层和第四叠层之间的相应的界面大致平行于要制造的复合结构的纵向轴线。
根据另一实施方式，第一纤维叠层和第二纤维叠层之间的界面从第一纤维叠层的上表面朝向第一模具部分的第一成形表面逐渐减小。如果复合结构是风力涡轮机壳部，这意味着完成的复合区段从组装的叶片壳体的内表面向组装的叶片壳体的外表面逐渐减小。
相应地，当复合结构是中空结构时，第三纤维叠层与第四纤维叠层之间的界面可以从第二模具部分的成形表面向模芯的外表面逐渐减小。
根据另一实施方式，界面逐渐地或者平滑地逐渐减小。
第一纤维叠层与第二纤维叠层之间和/或第三纤维叠层与第四纤维叠层之间的相应的逐渐减小的界面也可以阶梯状地逐渐减小。
根据本发明的另一实施方式，第一纤维叠层与第二纤维叠层之间和/或第三纤维叠层与第四纤维叠层之间的相应的界面形成为相应的叠层中的舌状部和槽。
复合结构也可以在交叠区域处包括局部加厚部，以在随后组装两个纵向区段时提高机械强度。这意味着可以在交叠区域处在第一纤维叠层和/或第二纤维叠层处设置附加的纤维材料。
舌状部-槽连接被认为是非常适于吸收包括通过根据本发明的方法制造的两个组装的复合结构区段的复合结构中的弯矩。
根据实施方式，复合结构是风力涡轮机叶片的壳体半部的至少一部分，其中第一复合结构区段和第二复合结构区段形成风力涡轮机叶片的壳体半部的相应的纵向区段。
当相互连接时，第一复合结构区段和第二复合结构区段可以共同形成叶片的整个壳体半部。然而，应当注意，风力涡轮机叶片的壳体半部可以包括多于两个复合结构区段。
根据另外的实施方式，中空复合结构是风力涡轮机叶片的至少一部分，其中第一中空复合结构区段和第二中空复合结构区段形成风力涡轮机叶片的相应的纵向区段。
当相互连接时，纵向区段可以共同形成整个叶片。然而，应当注意，中空复合结构可以包括多于两个（例如三个）中空复合结构区段。
为了进一步改善所制造的复合结构区段在被组装以形成复合结构时这些区段之间的配合，可以分别在第一和第二叠层和/或第三和第四叠层中和/或上布置纵向延伸的引导装置，引导装置布置成在相应的叠层之间并且穿过叠层之间的交叠区域延伸。
纵向延伸的引导装置可以包括布置在第一和第二叠层中的至少一个引导杆，引导杆布置成纵向地且密封地延伸穿过第一柔性薄片并且使得引导杆的第一部分延伸到第一叠层中并使得引导杆的第二部分延伸到第二叠层中。
相应地，至少一个引导杆可以在第一和第二叠层中布置成纵向地且密封地延伸到第三柔性薄片并且使得引导杆的第一部分延伸到第三叠层中并使得引导杆的第二部分延伸到第四叠层中。
引导杆的第一部分和/或第二部分设置有脱模剂，脱模剂使得在聚合物固化后引导杆能够从相应的叠层中取出。
因此，除了使用引导杆作为引导装置之外，还可以将引导杆用作两个制造的复合结构区段之间的连接装置。
另外，在聚合物固化之后，可以将引导装置附接到复合结构的第一和第二纵向区段，所述引导装置穿过第一和第二纵向区段之间的交叠区域。
有利地，引导装置附接于复合结构区段的内表面。
根据另外的实施方式，在聚合物固化之后，将成形的复合结构从模具中取出，并且将第一复合结构区段与第二复合结构区段分开。
本发明的实施方式还包括将第一和第二复合结构区段运送到使用地点以及在使用地点将第一和第二复合结构区段相互连接。
相互连接可以包括第一和第二复合结构区段之间的界面中的胶结。
能够用于将第一和第二复合结构区段相互连接的连接装置可以布置在第一和第二叠层和/或第三和第四叠层中和/或上。
在聚合物固化后，可以将能够用于将第一和第二复合结构区段相互连接的连接装置附接于所述区段。连接装置可以包括金属构件，金属构件延伸穿过两个区段之间的连接区域并且通过诸如螺栓和/或螺钉和螺母之类的紧固装置被连接于两个区段。
根据另一方面，本发明涉及一种风力涡轮机叶片，其包括通过将根据本发明的方法制造的纵向壳体区段相互连接而形成的壳体半部。
根据附加的方面，本发明涉及一种风力涡轮机叶片，其通过将根据本发明的方法制造的两个中空壳体区段相互连接而形成。
根据又一个方面，本发明提供了通过使用根据本发明的方法而形成的中间产品。该中间产品因此可以包括至少第一纵向复合区段和第二纵向复合区段。根据优选实施方式，第一纵向复合区段是第一风力涡轮机叶片壳体部分，而第二纵向复合区段是第二风力涡轮机叶片壳体部分。因此，能够看到，本发明还提供了包括第一风力涡轮机叶片壳体部分和第二风力涡轮机叶片壳体部分的成套部分。这些部分可以被运送到风力涡轮机安装地点并且在该安装地点组装。
附图说明
下面将参照一个或多个附图来详细地阐释本发明，在附图中：
图1示出了包括两个壳体半部的风力涡轮机叶片的示意图，所述两个壳体半部分别形成叶片的压力侧和抽吸侧，并且沿着叶片的弦面胶结在一起；
图2示出了用于通过根据本发明的方法形成叶片的压力侧壳体半部的第一刚性模具部分的示意性平面图；
图3是沿着图2中的线III-III的放大的截面图，示出了纤维叠层之间的交叠区域的第一实施方式；
图4是两个叠层之间的交叠区域的第二实施方式的对应于图3的放大的截面图；
图5是对应于图3的放大的截面图，示出了两个叠层之间的交叠区域的第三实施方式；
图6是对应于图2的放大的截面图，示出了两个叠层之间的交叠区域的第四实施方式；
图7是对应于图4的放大的截面图，此外还示出了布置在两个叠层之间的交叠区域中的引导杆；
图8示意性地示出了穿过用于通过中空模制以及通过根据本发明的方法制造风力涡轮机叶片的模具部分的横向截面图；
图9示意性地示出了沿着图8中的线IX-IX的截面图；
图10是穿过通过根据本发明的方法制造的壳体区段之间的连接区域的示意性纵向截面图，示出了辅助将壳体区段引导至其组装位置中的引导装置的第一示例；
图11是对应于图10的视图，但示出的是引导装置的第二示例；
图12是对应于图10的截面图，但示出的是用于机械地连接通过根据本发明的方法制造的两个壳体区段的连接装置的第一示例；
图13是对应于图12的截面图，但示出的是机械连接装置的第二示例；
图14示出了如何可以通过使用用于提供两个模腔的单个柔性聚合物薄片来执行根据本发明的方法的实施方式；
图15示出了用于提供两个模腔的替代性柔性聚合物薄片；以及
图16示出了根据本发明的方法的实施方式，其中基本上仅仅两个纤维叠层之间的交叠区域由柔性聚合物薄片（窄薄片带）形成。
具体实施方式
图1是具有根据所谓的“丹麦概念”的常规逆风式风力涡轮机叶片的形状的风力涡轮机叶片1的示意图。叶片1具有纵向轴线L并且包括根部区域2、型面或桨叶区域3、以及位于根部区域2与桨叶区域3之间的过渡区域4。叶片1包括前缘5和后缘6。弦平面7在前缘5与后缘6之间延伸并且限定叶片1的抽吸侧8与压力侧9之间的过渡区域。弦平面通过点划线示意性地示出。如前面提到的，叶片1通过使用两个单独制造的壳体半部（即叶片的压力侧壳体半部和抽吸侧壳体半部）以及随后将这两个壳体半部胶结在一起来制造。可替代地，叶片可以通过后面说明的中空模制方法来制造。
现在参照图2和图4通过用于制造压力侧壳体半部的实施方式来解释根据本发明的方法。
如图1所示，壳体半部10包括两个单独的壳体半部区段，即，将在制造后相互连接的第一壳体半部区段11和第二壳体半部区段12，壳体半部区段通过VARTM制造。图12和图13示出了组装以形成壳体半部10的所制造的壳体半部11、12的一部分。
第一刚性模具部分13用于制造壳体半部10。第一刚性模具部分13具有第一成形表面14，第一成形表面14具有限定壳体半部10的外表面（即压力侧9）的轮廓。
第一纤维叠层15布置在第一模具部分13的第一纵向区段16中。第一纤维叠层15具有第一交叉边缘区域17。然后，将第一柔性聚合物薄片18布置在第一纤维叠层15上，以完全覆盖叠层并且密封于第一模具部分13的边缘19，从而形成第一模腔24。
然而，将第二纤维叠层20布置在第二纵向区段21中，使得第二纤维叠层20在交叠区域22中与第一纤维叠层15的第一交叉边缘区域17交叠并因而与第一柔性薄片交叠。交叠区域22形成纤维叠层之间的界面。
随后，将第二柔性聚合物薄片23布置在第二叠层20上，以完全覆盖第二叠层并且密封于第一模具部分的边缘19，从而形成第二模腔25。
模腔24、25此时通过连接于未示出的真空源而被排空，随后将诸如聚酯或环氧树脂之类的液体聚合物通过连接于聚合物源的未示出的聚合物入口而供给至模腔24、25。当模腔已经被液体聚合物充满时，停止其供给并且允许聚合物固化。
在固化之后，成形的第一壳体半部区段11和第二壳体半部区段12可以从第一刚性模具部分13中取出并且优选地通过胶结而被连接至相应的壳体半部区段，以形成两个叶片区段，从而形成风力涡轮机叶片的抽吸侧8。可替代地，当连接于形成叶片的抽吸侧8的相应的壳体半部区段时，成形的壳体半部区段11、12可以保留在第一模具部分13中。然后，将成形的叶片区段从模具部分中取出并且彼此分开。随后，可以将成形的风力涡轮机区段运送到建立风力发电厂所在的使用地点并在该处组装区段。
以上通过使用用于制造风力涡轮机叶片壳体半部形式的复合结构的VARTM阐述了根据本发明的方法。然而，任何用于制造纤维加强复合结构的方法都可以使用。作为示例，应当提到的是，当使用预浸物时，如上所述地执行该方法，不同之处在于，在模腔被排空之后不向模腔供给聚合物，因为预浸纤维材料在叠层中使用。相反，在模腔被排空之后，模具部分被加热，以使聚合物液化，然后聚合物固化。
在上述实施方式中，纤维叠层15、20之间的交叠区域（即界面22）从第一叠层15的上表面26朝向第一模具部分13的第一成形表面14逐渐且连续地减小。但是，如图5所示，叠层15、20之间的界面22也可以阶梯状地减小，用舌状部27和胶水28形成，如图6所示，或者沿其整体基本上平行于壳体半部（即第一模具部分13）的纵向轴线延伸，如图3所示。实际上，叠层15、20之间的界面22可以具有任何期望的形状。
另外，在上述实施方式中，第一和第二纤维叠层15、20之间的交叠区域（即界面22）基本上垂直于壳体半部（即第一模具部分13）的纵向轴线延伸。然而，如图2中通过虚线所示，交叠区域也可以与纵向轴线L倾斜地延伸。
如图7所示，纵向延伸的引导装置可以在第一纤维叠层15和第二纤维叠层20中布置成在纤维叠层之间并且穿过纤维叠层之间的交叠区域22延伸。这种引导装置的目的是帮助成形的壳体半部区段在被组装以形成壳体半部时使成形的壳体半部区段配合在一起。在图7中，引导装置由引导杆29形成，引导杆29在第一纤维叠层15和第二纤维叠层20中布置成纵向地且密封地延伸穿过第一柔性薄片18并且使得引导杆29的第一部分30延伸到第一纤维叠层15中，并使得引导杆29的第二部分31延伸到第二纤维叠层20中。引导杆29的第一端30设置有脱模剂，脱模剂使得在供给到第一纤维叠层的聚合物固化后引导杆能够从由第一纤维叠层15形成的第一壳体半部区段中取出。
作为将引导装置布置在纤维叠层中的替代，引导装置可以布置在成形的壳体半部区段11、12的上表面32、33上。引导装置布置成穿过壳体半部区段11、12之间的交叠区域22并且优选地在壳体半部区段11、12仍处于第一模具部分13中时布置。在图10和图11中示出了这种引导装置的示例。
在图10中，引导装置34包括板构件35，板构件35附接于第一壳体半部区段11的上表面32并且延伸越过交叠区域22。引导装置34还包括附接于第二壳体半部区段12的上表面33的第二构件36。第二构件36成形为与第二壳体区段的上表面33一起形成容纳空间37，容纳空间37用于配合地容纳板构件35的端部38。
在图11中，引导装置39包括第一块体40、第二块体41以及纵向延伸的引导销44，第一块体40附接于第一壳体半部区段11的上表面32并且设置有第一贯通孔42，第二块体41附接于第二壳体半部区段12的上表面33并且设置有第二贯通孔43，引导销44容纳在第一贯通孔42和第二贯通孔43中。
当组装诸如壳体半部区段之类的成形的第一复合结构区段11和第二复合结构区段12时，在区段之间的界面22中通常使用胶结。除了胶结之外，复合结构区段11、12还可以通过诸如在图12和图13中示出的机械连接装置被相互连接。
在图12中，互连装置45包括第一板和第二板49，第一板在每端设置有开口47、48，第二板49在其每端设置有具有内螺纹50、51的孔。两个板46、49通过分别延伸穿过第一壳体半部区段11和第二壳体半部区段12中的相应的孔54、55的螺钉52、53被连接，并且分别拧入到螺纹50、51中。
图13中所示的互连装置56基于图7中所示的引导装置，引导装置这里在其每端设置有内螺纹57、58。第一螺栓59通过第一壳体半部区段11中的孔60拧入到内螺纹57中。第二螺栓61通过孔62拧入到内螺纹58中。
尽管前面参照壳体半部区段11、12描述了引导装置和连接装置，但引导装置和连接装置能够用于将任何复合结构区段引导到其组装装置并且将根据本发明制造的任何复合结构区段相互连接。
为了图示如何能够通过本发明在封闭的模具中制造包括两个单独的中空复合结构区段的中空复合结构，对图8和图9进行参照。中空复合结构是包括两个中空叶片区段的风力涡轮机叶片。
将在VARTM过程中使用的模具63包括柔性且可收缩的模芯64、参照图2和图4描述的第一刚性模具部分13、以及具有第二成形表面66的第二刚性模具部分65，第二成形表面66具有限定复合结构的外表面（在本示例中为叶片的抽吸侧的外表面）的轮廓。第一模具部分13和第二模具部分65构造成围绕模芯64封闭并且沿着其边缘密封于彼此。模芯的外表面本身可以由能够用作所谓的真空薄片或真空袋的柔性和/或弹性的聚合物薄片形成，或者可以在模芯的整个外表面上布置这种薄片。
最初，将第一纤维叠层15布置在第一模具部分13的第一纵向区段16上，以限定第一交叉边缘区域17。然后，将第一柔性聚合物薄片67如图9所示地布置在第一交叉边缘区域上。
然后，将第二纤维叠层20布置在第一模具部分13的第二纵向区段21中，使其在形成纤维叠层15、20之间的界面22的交叠区域中与第一纤维叠层的第一交叉边缘区域交叠并因此与第一柔性薄片67交叠。
如图8中更清楚地所示，纤维叠层15、20包括布置在第一成形表面14上的一个或多个下部纤维层68，一个或多个上部纤维层69与下部纤维层68分开。层68、69通过包括多个纤维层的第一纤维嵌入物70、第一芯部71和第二芯部72以及包括多个纤维层的第一纤维加强件73和包括多个纤维层的第二纤维加强件74被分开。
接下来，将模芯64布置到第一纤维叠层15和第二纤维叠层20以及第一柔性薄片67上。然后，将第三纤维叠层75布置在模芯64的第一纵向区段76上。第三纤维叠层75具有第二交叉边缘区域77。之后，将第三柔性薄片78布置在第二交叉边缘区域77上。然后，将第四纤维叠层79布置在模芯64的第二纵向区段80上。第四纤维叠层79布置成使其在形成第三和第四纤维叠层之间的界面的交叠区域81中与第三纤维叠层75的第二交叉边缘区域77交叠并因此与第三柔性薄片78交叠。从图8中能够清楚地看到，纤维叠层75、79基本对应于纤维叠层15、20，因此省略其详细描述。叠层15、79共同形成将结合到第一中空叶片区段中的第一中空叠层，而叠层20、75形成将结合到第二中空叶片区段中的第二中空叠层。从图8中能够看到，当从周向上观察时，交叠区域（即界面）22、81融入彼此中，以形成叠层（即第一中空叠层与第二中空叠层）之间的周向连续的交叠区域。
此时通过将第二模具部分65布置在第一模具部分13和模芯64上而封闭模具。因此，形成第一周向模腔82和第二周向模腔83，所述模腔通过第一柔性薄片67和第三柔性薄片78被分开。
最后，将周向模腔82、83排空并将液体聚合物供给到模腔，由此使得聚合物能够固化。
当聚合物已经固化时，将成形的中空叶片区段从模具中取出并且可以将其运送到使用地点（即建立发电厂的位置）并在该地点组装。
最后，应当注意，作为将第三纤维叠层75和第四纤维叠层79以及第三薄片78布置在模芯64上的替代，当第二模具部分65布置在模芯和第一模具部分上以封闭模具时，可以将第三纤维叠层75和第四纤维叠层79以及第三薄片78布置在第二模具部分65的第二成形表面66上并且保持在第二模具部分65中。
参照图2至图4，已经描述了如何使用第一和第二柔性聚合物薄片通过VARTM来制造在图12和图13中示出为已组装的壳体半部区段11、12。
下文参照图2和图14描述如何可以使用单个柔性聚合物薄片（即，仅仅第一柔性聚合物薄片18）通过VARTM来制造壳体半部区段11、12。
如上所述，第一刚性模具部分13用于制造壳体半部10。第一刚性模具部分13具有第一成形表面14，第一成形表面14具有限定壳体半部10的外表面（即压力侧9）的轮廓。
将第一纤维叠层15布置在第一模具部分13的第一纵向区段16中。第一纤维叠层15具有第一交叉边缘区域17。然后，将第一柔性聚合物薄片84沿折叠线87折叠到自身上，以提供下薄片部85和上薄片部86。聚合物薄片此时在第一纤维叠层15上方布置成完全覆盖叠层，其中下薄片部面对第一纤维叠层15而所述折叠线抵接成形表面14。然后，将下薄片部密封于第一模具部分13的边缘19以形成第一模腔24。
然后，将第二纤维叠层20布置在第二纵向区段21中，使得第二纤维叠层20在薄片折叠到自身上处的交叠区域22中与第一纤维叠层15的第一交叉边缘区域17交叠并因此与第一柔性薄片交叠。折叠的交叠区域22形成纤维叠层之间的界面。
随后，将聚合物薄片84的上薄片部86折叠到第二叠层20上以完全覆盖第二叠层，并且将上薄片部86密封于第一模具部分的边缘19以形成第二模腔。
模腔24、25此时通过连接于未示出的真空源而被排空，随后将诸如聚酯或环氧树脂之类的液体聚合物通过连接于聚合物源的未示出的聚合物入口而供给至模腔24、25。当模腔已经被液体聚合物充满时，停止其供给并且允许聚合物固化。
在固化之后，成形的第一壳体半部区段11和第二壳体半部区段12可以从第一刚性模具部分13中取出并且优选地通过胶结而被连接至相应的壳体半部区段，以如上所述地形成两个叶片区段。
下文参照图15和图2描述如何可以使用具有翼片89的单个柔性聚合物薄片88通过VARTM来制造在图12和图13中示出为已组装的壳体半部区段11、12。
将第一纤维叠层15布置在第一模具部分13的第一纵向区段16中。第一纤维叠层15具有第一交叉边缘区域17。然后，将具有翼片89的第一柔性聚合物薄片88布置在第一纤维叠层15上以完全覆盖叠层。翼片89将薄片88分成第一部分90和第二部分91。薄片88布置成使得第一部分覆盖第一纤维叠层，并且翼片延伸超出第一交叉边缘区域17并且延伸到第一成形表面14上。然后，将覆盖第一纤维叠层15的翼片89和聚合物薄片88的第一部分密封于第一模具部分13的边缘19，以形成第一模腔24。
然后，将第二纤维叠层20布置在第二纵向区段21中，使得第二纤维叠层20在交叠区域22中与第一纤维叠层15的第一交叉边缘区域17交叠并因此与翼片89交叠。交叠区域22形成纤维叠层之间的界面。
随后，将薄片88的第二部分91布置到第二叠层20上以完全覆盖第二叠层，并且将第二部分91密封于第一模具部分的边缘19以形成第二模腔25。
模腔24、25此时通过连接于未示出的真空源而被排空，随后将诸如聚酯或环氧树脂之类的液体聚合物通过连接于聚合物源的未示出的聚合物入口而供给至模腔24、25。当模腔已经被液体聚合物充满时，停止其供给并且允许聚合物固化。
在固化之后，成形的第一壳体半部区段11和第二壳体半部区段12可以从第一刚性模具部分13中取出并且优选地通过胶结而被连接至相应的壳体半部区段，以如上所述地形成两个叶片区段。
下文参照图16和图2描述如何可以使用薄片带形式的单个柔性聚合物薄片通过手动层叠的方式来制造在图12和图13中示出为已组装的壳体半部区段11、12。
将第一纤维叠层15布置在第一模具部分13的第一纵向区段16中。第一纤维叠层15具有第一交叉边缘区域17。在纤维材料的层叠期间，将树脂供给到纤维材料以润湿并浸润所有的纤维。然后，将形成为薄片带92的柔性聚合物薄片布置在第一纤维叠层15上以覆盖第一交叉边缘区域17、第一纤维叠层的相邻部并且延伸到第一成形表面14上。薄片带92延伸到第一模具部分13的边缘19上。应当注意，薄片带92仅仅覆盖第一纤维叠层15的一部分。
然后，将第二纤维叠层20布置在第二纵向区段21中，使得第二纤维叠层20在交叠区域22中与第一纤维叠层15的第一交叉边缘区域17交叠并因此与柔性薄片交叠。交叠区域22形成纤维叠层之间的界面。在第二纤维叠层15的层叠期间，其纤维材料被树脂润湿并浸润。应当注意，第二纤维叠层没有被薄片覆盖的部分。
树脂或液体聚合物可以是聚酯、环氧树脂、乙烯基酯或者其它合适的聚合物。
然后，允许树脂或聚合物固化。在固化之后，成形的第一壳体半部区段11和第二壳体半部区段12可以从第一刚性模具部分13中取出并且优选地通过胶结而被连接至相应的壳体半部区段，以如上所述地形成两个叶片区段。
已经参照有利的实施方式描述了本发明。然而，本发明的范围不局限于图示和描述的实施方式，并且能够在不偏离本发明的范围的情况下进行改动和修改。
附图标记列表
1 风力涡轮机叶片
2 根部区域
3 桨叶区域
4 过渡区域
5 前缘
6 后缘
7 弦平面
8 抽吸侧
9 压力侧
L 纵向轴线
10 复合结构、壳体半部
11 第一复合结构区段、第一壳体半部区段
12第二复合结构区段、第二壳体半部区段
13 第一刚性模具部分
14 第一成形表面
15 第一纤维叠层
16 第一纵向区段
17 第一交叉边缘区域
18 第一柔性聚合物薄片
19 边缘
20 第二纤维叠层
21 第二纵向区段
22 交叠区域、界面
23 第二柔性聚合物薄片
24 第一模腔
25 第二模腔
26 上表面
27 舌状物
28 槽
29 引导杆
30 第一部分
31 第二部分
32 第一上表面
33 第二上表面
34 引导装置
35 叶片构件
36 第二构件
37 容纳空间
38 端部
39 引导装置
40 第一块体
41 第二块体
42 第一通孔
43 第二通孔
44 引导销
45 互连装置
46 第一板
47 开口
48 开口
49 第二板
50 具有内螺纹的孔
51具有内螺纹的孔
52 螺钉
53 螺钉
54 孔
55 孔
56 互连装置
57 内螺纹
58 内螺纹
59 第一螺栓
60 孔
61 第二螺栓
62 孔
63 模具
64 模芯
65 第二刚性模具部分
66 第二成形表面
67 第一聚合物薄片
68 下纤维层
69 上纤维层
70 第一纤维嵌入物
71 第一芯部
72 第二芯部
73 第一纤维加强件
74 第二纤维加强件
75 第三纤维叠层
76 模芯的第一纵向区段
77 第二交叉边缘区域
78 第三柔性聚合物薄片
79 第四纤维叠层
80模芯的第二纵向区段
81 交叠区域、界面
82 第一周向模腔
83 第二周向模腔
84 柔性聚合物薄片
85 下薄片部
86 上薄片部
87 折叠线
88 柔性聚合物薄片
89 翼片
90 第一部分
91 第二部分
92 薄片带
Claims (15)
1. 一种制造长形复合结构的方法，所述长形复合结构具有纵向轴线并且包括单独的至少第一纵向复合结构区段和第二纵向复合结构区段，并且所述长形复合结构由加强的聚合物材料形成，所述加强的聚合物材料包括聚合物基体和嵌入在所述聚合物基体中的纤维材料，其中所述方法包括以下步骤：
a）提供具有第一成形表面的第一刚性模具部分，所述第一成形表面具有限定所述长形复合结构的外表面的轮廓；
b）将第一纤维叠层布置在所述第一模具部分的第一纵向区段中，所述第一纤维叠层限定第一交叉边缘区域；
c）将至少一个第一柔性且优选弹性的薄片、优选为聚合物薄片至少布置在所述第一纤维叠层的第一交叉边缘区域上；
d）将第二纤维叠层布置在所述第一模具部分的第二纵向区段中，使得所述第二纤维叠层在形成所述第一纤维叠层与所述第二纤维叠层之间的界面的交叠区域中与所述第一叠层的第一交叉边缘区域交叠并且因而与所述第一柔性薄片交叠；
e）与步骤b）和步骤d）分别同时地、和/或在步骤d）之后向所述第一纵向区段和所述第二纵向区段提供聚合物；以及
f）使聚合物固化或者允许聚合物固化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤c）中，将所述至少一个柔性薄片布置成覆盖整个第一纤维叠层并且密封于所述第一模具部分，以形成第一模腔，并且其中，在步骤d）之后且在步骤f）之前，将柔性且优选为弹性的第二薄片布置在所述第二纤维叠层上并且密封于所述第一模具部分，以形成第二模腔，其中所述第二薄片优选为聚合物薄片。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：将至少一个第二柔性薄片布置在所述第一纤维叠层和所述第二纤维叠层上并且将所述至少一个第二柔性薄片密封于所述第一模具部分，以形成第一模腔和第二模腔，所述第一模腔和所述第二模腔被所述第一柔性薄片分开，其中所述至少一个第二柔性薄片优选为聚合物薄片。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述复合结构是形成在封闭的模具中的中空结构，所述封闭的模具包括柔性且优选为弹性并且可收缩的模芯、所述第一刚性模具部分以及具有第二成形表面的第二刚性模具部分，所述第二成形表面具有限定所述复合结构的外表面的轮廓，所述第一模具部分和所述第二模具部分布置成围绕所述模芯封闭，并且其中，在步骤d）之后：
– 将所述模芯布置在所述第一纤维叠层和所述第二纤维叠层以及所述第一柔性薄片上；
– 将第三纤维叠层布置在所述模芯和/或所述第二模具部分的第一纵向区段上，所述第三纤维叠层限定第二交叉边缘区域；
– 将优选为聚合物薄片的第三柔性薄片布置在至少所述第二交叉边缘区域上；
– 将第四纤维叠层布置在所述模芯和/或所述第二模具部分的第二纵向区段上，使得所述第四纤维叠层在形成所述第三纤维叠层与所述第四叠层之间的第二界面的第二交叠区域中与所述第三纤维叠层的第二交叉边缘区域交叠并因此与所述第三柔性薄片交叠；以及
– 通过将所述第二模具部分布置在所述第一模具部分和所述模芯上来封闭所述模具，以形成第一周向模腔和第二周向模腔，所述第一周向模腔和所述第二周向模腔通过所述第一柔性薄片和所述第三柔性薄片被分开。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，所述第一模腔和所述第二模腔在步骤e）之前被排空。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，在步骤e）期间将液体聚合物供给到所述第一模腔和所述第二模腔，从而用聚合物填充模腔。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤b）期间和/或在步骤d）期间，将预浸纤维材料布置在所述第一模具部分的所述第一纵向区段和/或所述第二纵向区段中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一纤维叠层和所述第二纤维叠层之间和/或所述第三叠层和所述第四叠层之间的相应的界面基本上平行于要制造的复合结构的纵向轴线。
9.根据前述权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述第一纤维叠层和所述第二纤维叠层之间的界面从所述第一纤维叠层的上表面朝向所述第一模具部分的第一成形表面逐渐减小。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述界面逐渐减小。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一纤维叠层和所述第二纤维叠层之间和/或所述第三叠层和所述第四叠层之间的相应的界面形成为相应的叠层中的舌状物和槽。
12.根据权利要求1至3和5至11中任一项所述的方法，其中，所述复合结构是风力涡轮机叶片的壳体半部的至少一部分，所述第一复合结构区段和所述第二复合结构区段形成所述风力涡轮机叶片的壳体半部的相应的纵向区段。
13.根据权利要求4所述的方法，其中，所述中空复合结构是风力涡轮机叶片的至少一部分，所述第一中空复合结构区段和所述第二中空复合结构区段形成所述风力涡轮机叶片的相应的纵向区段。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述聚合物固化之后，将成形的复合结构从所述模具中取出并且将所述第一复合结构区段与所述第二复合结构区段分开。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括将所述第一复合结构区段与所述第二复合结构区段运送到使用地点以及在所述使用地点将所述第一复合结构区段与所述第二复合结构区段相互连接。
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