專利名稱：模制風(fēng)力渦輪機葉片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述了模制風(fēng)力渦輪機葉片的方法、在風(fēng)力渦輪機葉片模制過程中使用的膜以及在模制風(fēng)力渦輪機葉片過程中對這種膜的使用。
背景技術(shù)：
可以使用諸如閉合模具鑄造技術(shù)的技術(shù)來制造風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，在該閉合模具鑄造技術(shù)中能夠模制整個葉片。玻璃纖維墊可以被用于在適當(dāng)?shù)某尚文＞咧袠?gòu)建部件層，并且使用樹脂來粘結(jié)墊層且所述墊層在模具中固化從而得到纖維增強的聚合物或玻璃增強的塑料，通常被簡化地稱為“纖維玻璃”。這樣的方法在EP1310351A1中被描述。為了有助于在固化之后釋放完工的纖維玻璃部件，模具通常涂覆有釋放劑，例如適當(dāng)?shù)南?，以便樹脂不會粘結(jié)于模具。在構(gòu)建纖維玻璃層之前將釋放劑應(yīng)用于模具。公知的釋放劑是聚乙烯醇、硅酮蠟、滑動蠟等。釋放劑必須以均一層被應(yīng)用，并且如果固化的葉片的外表面是平滑的話則這個層也必須絕對平滑。不過，難以應(yīng)用這樣的釋放劑來滿足這些要求，并且可能導(dǎo)致不均勻或帶有波紋的部件表面。此外，常用的釋放劑類型包含揮發(fā)性溶劑，其對于暴露于該揮發(fā)性溶劑的任何人會造成健康危害。不過，必須使用這種釋放劑的主要缺點在于，在固化之后，釋放劑的殘余物會當(dāng)場附著于葉片。釋放劑的這些殘余物必須在時間密集型過程中被去除，例如洗滌或噴砂過程，從而增加了整體的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標(biāo)在于提供通過模制來制造風(fēng)力渦輪機葉片的改進方式，從而克服上述問題。通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的模制風(fēng)力渦輪機葉片的方法、權(quán)利要求9的膜、根據(jù)權(quán)利要求12的用于模制風(fēng)力渦輪機葉片的模具以及根據(jù)權(quán)利要求14的這種膜和這種方法在風(fēng)力渦輪機葉片的模制中的使用來實現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明的在模具中模制風(fēng)力渦輪機葉片的方法包括如下步驟向模具的內(nèi)側(cè)表面施加膜；在膜上組裝用于風(fēng)力渦輪機葉片的部件層；執(zhí)行固化步驟以便使得部件層硬化；以及隨后從模具拆下固化的風(fēng)力渦輪機葉片。本方法的顯而易見的目的在于膜省去了對于釋放劑的需求，從而不再必須使用釋放劑涂覆模具的內(nèi)側(cè)表面(或“內(nèi)部表面”)，并且不再必須從固化的風(fēng)力渦輪機葉片去除釋放劑的殘余物。以此方式，在制造過程中可以實現(xiàn)顯著的節(jié)約，且不用必須使用昂貴的預(yù)先準(zhǔn)備的模具。取而代之的是，能夠簡單地鋪設(shè)單片膜來給模具加襯。在固化之后，能夠從風(fēng)力渦輪機葉片容易地拆除膜，如下文將詳細(xì)解釋的。根據(jù)本發(fā)明，適用于風(fēng)力渦輪機葉片模制過程的膜包括給模具的內(nèi)部表面加襯的外側(cè)表面以及用于在固化之前接收風(fēng)力渦輪機葉片的部件層的內(nèi)側(cè)表面，并且其中膜的內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面被實現(xiàn)為允許在固化之后從模具完全拆除固化的風(fēng)力渦輪機葉片。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于模制風(fēng)力渦輪機葉片的模具包括適于接收這種膜的內(nèi)側(cè)或內(nèi)部表面以及用于施加真空以便從膜和模具的內(nèi)側(cè)表面之間抽取空氣的抽真空出根據(jù)本發(fā)明，這種膜可以使用本發(fā)明的模制方法被用于風(fēng)力渦輪機葉片的模制過程中。如下述說明書所述，從屬權(quán)利要求給出了本發(fā)明的具體優(yōu)選實施例和特征。實施例的特征可以根據(jù)需要被組合以便得到其他實施例。根據(jù)本發(fā)明的方法特別適用于模制必須輕質(zhì)且需要適用于應(yīng)用涂料的平滑外表面的大型風(fēng)力渦輪機葉片。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，要被模制的部件包括由適當(dāng)材料制成的層，例如玻璃纖維或碳纖維，使用諸如樹脂、膠、熱固性塑料等的纖維增強物來粘結(jié)所述層?？梢砸远喾N方式來實現(xiàn)粘結(jié)。例如，在手工鋪層步驟中干燥纖維玻璃墊可以被涂覆有樹脂?？商鎿Q地，可以使用事先浸漬的纖維材料(公知為“預(yù)浸漬料”)，其通過加熱、 施加UV輻射等方式被固化。根據(jù)本發(fā)明的方法能夠被用于需要在固化之前在模具上鋪設(shè)層且隨后從模具移除層的任意模制技術(shù)。例如，能夠通過模制兩個半殼來制造實質(zhì)中空的風(fēng)力渦輪機葉片，其中所述兩個半殼之后在前緣和后緣處通過將其膠粘在一起而被結(jié)合。能夠通過在半殼的內(nèi)側(cè)面粘結(jié)一個或更多個梁來為該結(jié)構(gòu)提供額外支撐。不過，由于半殼和用于沿其整個長度將其粘結(jié)在一起的膠的不同材料特性(例如彈性模量)的原因，可能難以確保膠粘接頭具有令人滿意的質(zhì)量。在風(fēng)力渦輪機葉片的情況下，這些膠粘接頭存在潛在的薄弱性并且最終可能會因為作用在葉片上的極端力而斷裂或分開。因此，在本發(fā)明的具體優(yōu)選實施例中，模具包括用于以單件形式制造風(fēng)力渦輪機葉片的閉合模具。在閉合模具方法中，纖維玻璃墊能夠圍繞芯被設(shè)置且這種結(jié)構(gòu)之后能夠被包罩在模具內(nèi)。在模具已經(jīng)閉合之后，諸如樹脂或膠的纖維增強物能夠事先被施加或引入到模具內(nèi)。在固化之后，模具被打開并且能夠移除風(fēng)力渦輪機葉片。使用這種方法，可以以單件形式制造諸如風(fēng)力渦輪機葉片的大型中空部件并且不會存在具有任意潛在危險的膠粘接頭。用于給模具加襯的膜能夠包括不粘附于固化的部件層的任意適當(dāng)材料，不管這些層是否包括樹脂填充的纖維層、熱固性塑料層、預(yù)浸漬層等。因此，在本發(fā)明的具體優(yōu)選實施例中，膜包括聚乙烯、聚丙烯或任意其他適當(dāng)塑料，例如用于制造“緊附膜”或“保鮮膜”的膜類型。膜的一個或兩個表面可以具有不粘附的特性，以便能夠容易地從固化的風(fēng)力渦輪機葉片和/或模具移除膜。在膜表面的上下文中術(shù)語“不粘附”被理解為表面具有阻止其他材料粘附于該表面的特性。例如，膜能夠包括聚氯乙烯成分來減少其他材料粘附于膜的能力。用于給模具加襯的膜能夠被容易地制成所需寬度，并且能夠成卷供應(yīng)以方便分配。膜的厚度可以確定在模具上鋪設(shè)的膜層的平滑度。明顯地，膜應(yīng)該足夠柔韌以便其能夠在不形成褶皺或折痕的情況下給模具加襯。另一方面，膜應(yīng)該足夠強勁以便允許其被拉離固化部件。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，膜的厚度是至少20 μ m且至多200 μ m, 更優(yōu)選地至多100 μ m。如上所述，對于膜而言理想的是具有盡可能平滑的表面，而沒有褶皺或折痕，以便模制部件的表面將同樣相應(yīng)平滑。因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，方法包括如下步驟在膜和模具的內(nèi)部表面之間施加真空。能夠通過經(jīng)由位于膜和模具內(nèi)側(cè)表面之間的噴嘴抽出空氣來施加真空。從膜和模具之間抽取空氣能夠確保膜平滑地給模具加襯。僅需要施加真空直到膜被充分地“壓”到模具中。之后，能夠停止抽真空并且部件層能夠被構(gòu)建在模具中。當(dāng)然，如果需要的話，在鋪設(shè)層的過程中也能夠施加真空，例如為了防止膜滑動。能夠根據(jù)工藝要求來選擇用于給模具加襯的膜的材料和結(jié)構(gòu)。例如，如上所述，理想的是當(dāng)從膜和模具之間通過真空來抽吸空氣時獲得盡可能平坦的表面。不過，在抽真空期間，可能的是膜被吸在模具的內(nèi)側(cè)表面上從而困住了小的氣穴。因此，在本發(fā)明的具體優(yōu)選實施例中，膜包括在被施加到模具的內(nèi)側(cè)表面的膜表面上的釋放結(jié)構(gòu)。這種釋放結(jié)構(gòu)可以包括諸如淺窩的凹陷或者凸起區(qū)域，并且能夠用于改善固化之前鋪設(shè)部件層的步驟期間膜與模具的內(nèi)側(cè)表面間的粘附。與模具的內(nèi)側(cè)表面緊密接觸的膜是優(yōu)選的以便當(dāng)部件層被鋪設(shè)在模具內(nèi)時避免任意滑動?？商鎿Q地，釋放結(jié)構(gòu)能夠包括在膜內(nèi)的多個通道或溝槽，以便在膜和模具的內(nèi)側(cè)表面之間施加的真空能夠最佳地抽出所有空氣而不會允許存在任意顯著的氣穴。這樣的通道或溝槽能夠在膜制造(例如擠壓過程中)期間容易地被成形并且優(yōu)選地被設(shè)置成使得其位于實質(zhì)上與抽吸的空氣所處方向相同的方向，即沿真空噴嘴的方向。在具體簡化實施方式中，膜包括沿其長度的平行溝槽或通道，并且膜沿長度方向被置于模具內(nèi)，以便位于模具各端的真空噴嘴能夠從膜和模具之間最佳地抽吸所有空氣。替代膜的外側(cè)表面上的釋放結(jié)構(gòu)或除該結(jié)構(gòu)之外，模具本身能夠被實現(xiàn)為輔助抽真空步驟。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，模具的內(nèi)側(cè)表面包括至少一個通道來有助于通過從膜和模具的內(nèi)側(cè)表面之間抽真空來去除空氣。這樣的通道能夠被設(shè)置成沿模具的長度延伸、橫跨模具的寬度延伸或者以有助于抽吸空氣的任意適當(dāng)方式延伸。優(yōu)選地，模具包括多個通道，并且這些通道能夠被設(shè)置成起始于或終止于真空噴嘴的附近，其中通過該真空噴嘴從膜和模具的內(nèi)側(cè)表面之間抽出空氣。在固化和從模具移除部件之后，膜可以附連于部件。根據(jù)膜的特性，其可以簡單地留在部件上以用作外層。不過對于一些修整步驟(例如噴漆或涂漆)而言，可能優(yōu)選的是將其移離實際部件表面。因此，在本發(fā)明的另一實施例中，方法包括如下步驟在已經(jīng)從模具移除部件之后從部件拆除膜，以便可以從部件剝離膜。膜可以簡單地被剝離且被丟棄，不過耐用的膜會使得其本身能夠在其他風(fēng)力渦輪機葉片的模制過程中被再次使用。不考慮在使用膜給模具加襯的過程中是否使用抽真空步驟，在移除固化部件時膜均可以保持在模具內(nèi)。之后，可以簡單地從模具剝離膜。不過，可能優(yōu)選的是在固化后當(dāng)移除葉片時使得膜從模具整個被拆除。因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，模具的內(nèi)側(cè)表面包括不粘附表面或內(nèi)襯。例如，模具的內(nèi)側(cè)表面能夠涂覆有例如Teflon 的材料，其具有有利的不粘附特性。結(jié)合附圖從下述具體描述中將顯而易見到本發(fā)明的其他目標(biāo)和特征。不過，應(yīng)該理解，附圖僅是圖釋性目的并且不作為對本發(fā)明的限制。


圖1示出了在現(xiàn)有技術(shù)部件模制過程中具有鋪設(shè)的部件層的模具的橫截面； 圖2示出了在根據(jù)本發(fā)明的部件模制過程中具有鋪設(shè)的部件層的模具的橫截面； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的膜；
圖4示出了從使用根據(jù)本發(fā)明的方法模制的風(fēng)力渦輪機葉片拆除的膜。
具體實施例方式在附圖中，在全部附圖中，同樣的附圖標(biāo)記指代同樣的對象。圖中的對象不必要成比例繪制。圖1示出了在現(xiàn)有技術(shù)部件模制過程中具有鋪設(shè)的部件層10的模具2的橫截面， 該現(xiàn)有技術(shù)部件模制過程例如如EP1310351A1中所述，其中風(fēng)力渦輪機葉片由纖維層10形成并且在閉合模具2中被固化，樹脂在壓力下被噴注到該模具2內(nèi)。這里，模具2包括噴嘴 21，在抽真空步驟期間能夠通過噴嘴21抽吸空氣，從而導(dǎo)致部件層10膨脹，并且借助于該噴嘴21，膠或樹脂被抽吸到部件層10內(nèi)。為了在不毀壞其表面的情況下從模具2移除固化的風(fēng)力渦輪機葉片，諸如硅酮蠟的釋放劑4的層被施加到模具2的內(nèi)側(cè)表面20，例如在圖中的放大部分所示。當(dāng)從模具2移除固化葉片時，蠟4的殘余物會保持粘附于葉片1的外表面并且必須在額外步驟(例如洗滌或噴砂)中被去除。而且，在能夠再次使用模具2之前，必須通過從模具的內(nèi)側(cè)表面20刮除釋放劑層4來去除釋放劑層4，或者釋放劑層4必須被再次平整以便得到期望的均勻水平。圖2示出了在根據(jù)本發(fā)明的部件模制過程中具有鋪設(shè)的部件層10的模具2的一部分的橫截面。實質(zhì)上，能夠使用圖1的模具。不過與圖1所示的設(shè)置不同，取代了使用釋放劑處理模具2的內(nèi)側(cè)表面20，而是使用膜3來給模具2加襯，如圖中A部分所示。為了清楚的目的，由于膜3和模具2的相對厚度的原因，僅示出了整個設(shè)置的一個小區(qū)域。通過從膜3和模具2之間抽吸空氣，膜3能夠最佳地被吸到模具2的內(nèi)側(cè)表面20 上。為此，如圖中B部分所示，在膜3和模具2之間施加真空，并且通過真空噴嘴21抽吸空氣。之后，一旦模具2令人滿意地內(nèi)襯有膜3，則纖維材料(例如碳纖維、玻璃纖維、預(yù)浸漬物等)的層10能夠根據(jù)需要被鋪設(shè)，如圖中C部分所示。模制過程的剩余物能夠以常規(guī)方式被帶出，其中抽真空步驟用于如圖1所示通過真空噴嘴抽出空氣從而允許部件層膨脹，并且固化過程用于使層硬化。明顯地，單個真空噴嘴可以用于兩個抽真空步驟，并且真空噴嘴可以被實現(xiàn)為針對第一抽取步驟被插在膜3和模具2之間并且針對第二抽取步驟被插在膜 3和部件層10之間。圖中的D部分示出了穿過B部分中的模具2和膜3截取的截面X-X’。 這里，模具的內(nèi)側(cè)表面20內(nèi)的額外通道22允許從膜3和模具2之間的空間更優(yōu)化地抽吸空氣。這里，通道22被設(shè)置在抽真空噴嘴21的方向上。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例穿過膜3的橫截面。這里，膜3是丙烯或聚乙烯的薄膜3，且其厚度在20 μ m至100 μ m的范圍內(nèi)。將要接觸部件層的膜3的“內(nèi)側(cè)表面” 31 優(yōu)選地是平坦且平滑的。沿其長度在“外側(cè)表面” 32 (即將與模具的內(nèi)部表面接觸的表面) 上，膜3具有通道32或溝槽32。膜3優(yōu)選地被放置到模具內(nèi)以便這些溝槽32位于抽真空噴嘴的方向上。以此方式，能夠在抽真空步驟期間從膜3和模具的內(nèi)側(cè)表面之間最佳地抽出空氣。不過，抽真空步驟不是絕對必要的，因為也可以通過沿通道的方向展平而將膜手動地壓到模具中。一旦膜令人滿意地被壓到模具中或吸到模具中從而得到令人滿意的平滑表面，則能夠在膜3的內(nèi)側(cè)表面31上鋪設(shè)部件層以形成風(fēng)力渦輪機葉片，如已經(jīng)描述的那樣。圖4示出了從使用根據(jù)本發(fā)明的方法模制的固化風(fēng)力渦輪機葉片1拆除的膜3。 如圖所示，能夠通過簡單地剝離膜3來從固化葉片1容易地拆除膜3。假定給模具加襯的膜3產(chǎn)生了沒有褶皺的平滑內(nèi)襯，則固化葉片1的表面是平滑、干凈、沒有任何殘余物并且準(zhǔn)備好任意修整步驟(例如涂底或噴漆)的。
雖然這里已經(jīng)以優(yōu)選實施例和變型的形式公開了本發(fā)明，不過應(yīng)該理解可以在不背離本發(fā)明范圍的情況下做出大量其他修改和變型。例如，取代移除膜，還可以使用特定膜材料以便膜可以被留在固化的風(fēng)力渦輪機葉片上。例如，如果膜的外側(cè)表面具有適當(dāng)特性， 則其可以被包括在例如涂底或噴漆的任意后續(xù)修整步驟中，并且甚至可以提供保護功能。為了簡明的目的，應(yīng)該理解，貫穿本申請書“一”或“一種”的使用不排除多個，并且“包括”不排除其他步驟或元件。除另外聲明外，“單元”或“模塊”能夠包括多個單元或模塊。
權(quán)利要求
1.一種在模具(2)中模制風(fēng)力渦輪機葉片(1)的方法，該方法包括如下步驟 向所述模具(2)的內(nèi)側(cè)表面(20)施加膜(3)；在所述膜(3)上組裝用于所述風(fēng)力渦輪機葉片(1)的部件層(10)； 執(zhí)行固化步驟以使得所述部件層(10)硬化；以及隨后從所述模具(2)移除固化的風(fēng)力渦輪機葉片(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述膜(3)包括由聚合物構(gòu)成的組中的一者或更多者，所述聚合物包括聚乙烯和聚丙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中所述膜(3)的厚度在20μ m至200 μ m 的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，包括如下步驟在所述膜(3)和所述模具(2)的所述內(nèi)側(cè)表面(20)之間施加真空從而從所述膜(3)和所述模具(2)的所述內(nèi)側(cè)表面(20)之間抽吸空氣。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述方法包括如下步驟在已經(jīng)從所述模具(2)移除所述風(fēng)力渦輪機葉片(1)之后從所述風(fēng)力渦輪機葉片(1)拆除所述膜(3)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述模具(2)的所述內(nèi)側(cè)表面(20)包括不粘附內(nèi)襯(20)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述模具(2)包括閉合模具(2)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的方法，其中在所述膜(3)上組裝部件層 (10)的步驟包括鋪設(shè)多個玻璃纖維層(10)。
9.一種適用于風(fēng)力渦輪機葉片模制過程的膜(3)，該膜(3)包括給模具(2)加襯的外側(cè)表面(30)以及用于在固化之前接收風(fēng)力渦輪機葉片部件層(10)的內(nèi)側(cè)表面(31)，并且其中所述膜(3)的所述內(nèi)側(cè)表面和外側(cè)表面(30，31)被實現(xiàn)為允許在固化之后從所述模具 (2)完全拆除固化的風(fēng)力渦輪機葉片(1)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的膜(3)，其中所述膜(3)的所述外側(cè)表面(30)包括釋放結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的膜(3)，其中在所述膜(3)的所述外側(cè)表面(30)上的所述釋放結(jié)構(gòu)包括多個通道(32 )或溝槽(32 )。
12.一種用于模制風(fēng)力渦輪機葉片(1)的模具(2)，包括適于接收根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項權(quán)利要求所述的膜(3)的內(nèi)側(cè)表面(20)以及用于施加真空以從所述膜(3)和所述模具內(nèi)側(cè)表面(20)之間抽吸空氣的抽真空出口(21)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的模具(2)，所述內(nèi)側(cè)表面(20)包括至少一個通道(22)以有助于通過從所述膜(3)和所述模具(2)的所述內(nèi)側(cè)表面(20)之間抽真空來去除空氣。
14.在根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項權(quán)利要求所述的方法模制風(fēng)力渦輪機葉片(1)的過程中根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項權(quán)利要求所述的膜(3)的使用。
全文摘要
本發(fā)明描述了在模具中模制風(fēng)力渦輪機葉片的方法，該方法包括如下步驟向所述模具的內(nèi)側(cè)表面施加膜；在所述膜上組裝用于所述風(fēng)力渦輪機葉片的部件層；執(zhí)行固化步驟以使得所述部件層硬化；以及隨后從所述模具移除固化的風(fēng)力渦輪機葉片。本發(fā)明還描述了適用于風(fēng)力渦輪機葉片模制過程的膜，該膜包括給模具加襯的外側(cè)表面以及用于在固化之前接收風(fēng)力渦輪機葉片部件層的內(nèi)側(cè)表面，并且其中所述膜的所述內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面被實現(xiàn)為允許在固化之后從所述模具完全拆除固化的風(fēng)力渦輪機葉片。本發(fā)明還描述了用于模制風(fēng)力渦輪機葉片的模具，包括適于接收這種膜的內(nèi)側(cè)表面以及用于施加真空以便從所述膜和所述模具內(nèi)側(cè)表面之間抽吸空氣的抽真空出口。
文檔編號B29C70/54GK102248687SQ201110131839
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者席布斯拜 K. 申請人:西門子公司