用于制造復(fù)合構(gòu)件的方法、復(fù)合構(gòu)件和風(fēng)能設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于制造風(fēng)能設(shè)備的復(fù)合構(gòu)件 的方法，所述復(fù)合構(gòu)件具有多個至少兩部件式的復(fù)合成型件，其中第一部件由成型的忍材 料形成并且第二部件形成為接合層的一部分。本發(fā)明也設(shè)及一種根據(jù)權(quán)利要求9的前序部 分所述的相應(yīng)的復(fù)合構(gòu)件。本發(fā)明尤其設(shè)及一種夾層構(gòu)件、一種轉(zhuǎn)子葉片元件和一種具有 運種復(fù)合構(gòu)件的風(fēng)能設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)合成型件是由兩種或更多種彼此連接的材料構(gòu)成的成型件，所述成型件作為具 有固定的幾何尺寸的本體來制造。在復(fù)合件中出現(xiàn)的材料通常具有功能特性、尤其受制于 其使用領(lǐng)域。對于所獲得的材料的特性而言，各個部件的材料特性并且可能還有幾何特性 有重要意義。運實現(xiàn):使不同部件的特性彼此結(jié)合，由此復(fù)合材料得到廣泛的應(yīng)用可能性。 對于最終產(chǎn)品所需要的特性可W根據(jù)需求通過選擇用于部件的不同的原材料來設(shè)置。
[0003] 復(fù)合構(gòu)件通常具有如下特性，所述特性在負(fù)荷作用下顯示出復(fù)合成型件的優(yōu)化的 性能。所述特性可W在例如一定硬度、剛度或者可延展性方面進(jìn)行分配。復(fù)合成型件在負(fù)荷 作用下應(yīng)相對于復(fù)合件的單部件顯示出復(fù)合件的優(yōu)化的性能。負(fù)荷成型件的發(fā)展基本上如 下:所要求的特性與使用壽命結(jié)合地進(jìn)行優(yōu)化，W便承受住長年的負(fù)荷。尤其，在風(fēng)能設(shè)備 的轉(zhuǎn)子葉片和其它部件中，被施加高且強(qiáng)地改變的負(fù)荷作用，所述負(fù)荷作用此外隨著風(fēng)能 設(shè)備的部件的尺寸增加而同樣增加。尤其是，轉(zhuǎn)子葉片要承受住靜態(tài)負(fù)荷而且要承受住出 現(xiàn)的動態(tài)負(fù)荷。
[0004] 復(fù)合構(gòu)件能夠W不同的方式和方法制造。因此，風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片現(xiàn)今主要由 纖維復(fù)合材料制成，在所述纖維復(fù)合材料中，通常作為墊的增強(qiáng)型纖維嵌入在通常為玻璃 纖維增強(qiáng)型塑料的基質(zhì)中。轉(zhuǎn)子葉片通常W半殼夾層構(gòu)造方式制造。例如越來越多地使用 碳纖維增強(qiáng)型塑料。在此所要求的特性一方面是在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對高的情況下小的重量，W 及不同的硬度等級和針對負(fù)荷作用的抗拉強(qiáng)度。玻璃纖維增強(qiáng)型或碳纖維增強(qiáng)型材料在任 何情況下都能夠基本上并且在上述視點下關(guān)于其優(yōu)化的硬度取代迄今為止對輕木的使用。 [000引復(fù)合構(gòu)件的典型使用是將其W夾層構(gòu)造方式集成，在此，嵌入多個具有不同特性 的層，W便獲得相應(yīng)設(shè)置的構(gòu)件。在結(jié)構(gòu)上一方面各個部件的材料而且取向或定向都有重 要意義。忍材料可W由例如為紙、紙板、塑料、金屬、輕木、波紋板、塑料、泡沫的材料和其它 成型部件構(gòu)成，通常結(jié)合有結(jié)構(gòu)上的空腔。忍材料的目的是，傳遞牽引力W及剪切力并且支 持覆蓋層。
[0006]纖維增強(qiáng)的部件或者復(fù)合構(gòu)件具有分布在層壓材料中的纖維，其中所述纖維沿著 至少一個特定的方向取向，W便實現(xiàn)纖維復(fù)合材料的高品質(zhì)的特性?；旧显谌魏吻闆r下 都可W區(qū)分材料中的=個起作用的相:非常抗拉的纖維、首先在任何情況下都相對軟的嵌 入式的基質(zhì)和將運兩個部件連接的邊界層。纖維通?？蒞由玻璃、碳、陶瓷W及也可W由芳 族聚酷胺、尼龍纖維、混凝上纖維、天然纖維或者鋼纖維構(gòu)成。嵌入式的基質(zhì)本身通常即聚 合物具有材料特定的彎曲剛度，將纖維保持在其位置中，在其之間傳遞應(yīng)力并且保護(hù)纖維 免受外部的機(jī)械和化學(xué)影響。邊界層用于運兩個部件之間的應(yīng)力傳遞。在纖維增強(qiáng)的復(fù)合 構(gòu)件中有問題的是，在構(gòu)件的承受負(fù)荷的區(qū)域中可能形成相應(yīng)的纖維的裂紋;運種裂紋形 成可能首先由于因動態(tài)機(jī)械負(fù)荷提高而引起的彎曲力矩而產(chǎn)生。
[0007] 然而，在層壓或者基質(zhì)材料中具有相應(yīng)特定數(shù)量的纖維的纖維增強(qiáng)型部件或者復(fù) 合構(gòu)件顯著改進(jìn)相應(yīng)部件的機(jī)械性能。對于材料特定的特征變量如剪切剛度和彎曲剛度W 及纖維沿著所限定的方向的集中而言，可W具體地有針對性地設(shè)置相應(yīng)部件的機(jī)械支撐特 性、尤其是關(guān)于相應(yīng)的復(fù)合件的抗拉強(qiáng)度。用于測量纖維復(fù)合材料的一個因數(shù)是纖維和基 質(zhì)之間的體積比。纖維的份額越高，復(fù)合材料就越牢固，然而也越脆。除了抗拉強(qiáng)度外，如果 復(fù)合件承受壓力，那么剪切剛度和彎曲剛度也可起重要作用。尤其，此外基本上已知的是， 通過具有忍和一個或兩個覆蓋層(遵循T載體的原理）的所謂的夾層狀的復(fù)合件構(gòu)造，可W 借助于適度抗剪切的忍和至少一個相對抗彎曲的覆蓋層實現(xiàn)復(fù)合件的高機(jī)械剛度，其中復(fù) 合件仍然可WW輕質(zhì)構(gòu)造方式實現(xiàn)。
[0008] 已知的是，發(fā)泡的熱塑性塑料可W作為夾層復(fù)合件或者復(fù)合構(gòu)件中的忍層來使 用。發(fā)泡的塑料板的制造例如可W借助于擠出法進(jìn)行。對于高要求的應(yīng)用而言，需要夾層復(fù) 合件，其中熱塑性塑料設(shè)有纖維，所述纖維具有高度的強(qiáng)度和剛度、尤其對于壓力和剪切負(fù) 荷的剪切剛度和彎曲剛度。材料特征值的提高可W通過將層復(fù)合件加和線性地進(jìn)行。然而， 復(fù)合構(gòu)件的過高的質(zhì)量會引起各個構(gòu)件的高比重。因此，除了材料選擇外也期望提出結(jié)構(gòu) 上的措施，借助于所述措施能夠相應(yīng)地調(diào)整和/或改建復(fù)合構(gòu)件的特性需求。
[0009] EP 2 307 193公開了一種面狀的結(jié)構(gòu)元件，其中泡沫體通過并排設(shè)置成一個平面 的并且彼此連接為泡沫體的體區(qū)段構(gòu)成，所述體區(qū)段在其對接的面上具有扁平的焊縫并且 在此焊縫由彼此間隔的凹槽中斷。在此，面狀的結(jié)構(gòu)元件尤其是板狀的并且優(yōu)選用作為忍 或者夾層復(fù)合件中的忍層，例如風(fēng)力發(fā)電站的轉(zhuǎn)子葉片中的忍層。
[0010] 在EP 1 308 265中公開了一種呈細(xì)長的構(gòu)造方式的構(gòu)件，所述構(gòu)件的特征在于， 分層的、彼此平行的板由纖維塑料復(fù)合件構(gòu)成。所期望的是一種改進(jìn)的復(fù)合構(gòu)件，該復(fù)合構(gòu) 件適合于使用在風(fēng)能設(shè)備中。
[0011] 德國專利和商標(biāo)局在優(yōu)先權(quán)申請中檢索了下述現(xiàn)有技術(shù)：DE 1 504 768 A，DE 603 03 348 T2，EP 2 307 193 BI,EP 1 308 265 Al。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是，提出關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)(針對在上文中所描述的問題中的至少一個） 進(jìn)行改進(jìn)的一種復(fù)合構(gòu)件、一種風(fēng)能設(shè)備和一種方法。至少要提出在現(xiàn)有技術(shù)中已知的解 決方案的一個替選的解決方案。尤其，復(fù)合構(gòu)件和用于制造復(fù)合構(gòu)件的方法要設(shè)計為，使得 形成簡化但是仍然進(jìn)一步發(fā)展的如下可行性:在剛度和/或強(qiáng)度方面優(yōu)化構(gòu)件。尤其，所述 復(fù)合構(gòu)件和用于制造復(fù)合構(gòu)件的方法要能夠W改進(jìn)的方式和方法實行。尤其，所述復(fù)合構(gòu) 件和所述方法要實現(xiàn)長期的并且針對負(fù)荷作用的剛度和/或強(qiáng)度，優(yōu)選在不僅提高彎曲剛 度而且提高剪切剛度的情況下。
[0013] 關(guān)于所述方法，所述目的通過本發(fā)明借助于權(quán)利要求1的方法來實現(xiàn)。本發(fā)明W用 于制造風(fēng)能設(shè)備的復(fù)合構(gòu)件的方法為出發(fā)點，所述復(fù)合構(gòu)件具有多個至少兩部件式的復(fù)合 成型件，其中第一部件由成型的忍材料構(gòu)成并且第二部件形成為接合層的一部分。
[0014] 本發(fā)明W如下考慮為出發(fā)點：由兩個部件構(gòu)成的復(fù)合構(gòu)件關(guān)于所要求的材料特性 可W通過組合來優(yōu)化。在此得到如下解決方案，所述解決方案設(shè)及運兩個部件；因此復(fù)合構(gòu) 件例如可W設(shè)有在嵌入基質(zhì)內(nèi)的有取向的纖維，W便抵抗較高的負(fù)荷。本發(fā)明由如下考慮 為出發(fā)點:復(fù)合構(gòu)件要制成為，使得在夾層結(jié)構(gòu)或者類似的結(jié)構(gòu)方面，連接是可行的，尤其， 運要通過粘接或者接合、尤其熱接合或者粘合是可行的。本發(fā)明已認(rèn)識到，如果除了材料選 擇外也如下設(shè)計復(fù)合構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式使得力在復(fù)合件中能夠W改進(jìn)的方式被吸收，那么復(fù) 合構(gòu)件獲得改進(jìn)的復(fù)合件特定的材料特性。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明提出，成型的忍材料遵循棱柱形狀作為具有多邊形的基面的棱柱體形 成，其中基面的多邊形具有底部和相對于底部在30°和60°之間的角度，并且多個棱柱體被 接合，其中在彼此觸碰的側(cè)邊處形成接合層的功能取向，使得接合層相對于彼此鄰接的棱 柱中的至少一個的底部面W30°至60°的角度伸展。
[0016] 有利的是，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計理念，纖維或者絲線或者類似的束狀物的縱向和橫 向定向被轉(zhuǎn)移到忍的幾何形狀上;尤其在使用纖維復(fù)合構(gòu)件時，縱向和橫向定向進(jìn)行補(bǔ)充 性輔助。復(fù)合構(gòu)件在負(fù)荷作用如牽拉或者擠壓的情況下相應(yīng)地具有宏觀機(jī)械強(qiáng)度，但是即 使在受剪切負(fù)荷時也相應(yīng)地具有宏觀機(jī)械強(qiáng)度，所述宏觀機(jī)械強(qiáng)度由接合層的有取向的剛 度和材料的組合產(chǎn)生。
[0017] 如果成型的忍材料預(yù)設(shè)接合層的功能取向，所述功能取向根據(jù)力平行四邊形可W 消除沿著不同方向的牽引力，那么可W沿著側(cè)邊接合構(gòu)件，所述構(gòu)件可W吸收剪切和扭轉(zhuǎn) 應(yīng)力并且可W抵抗相應(yīng)的負(fù)荷作用如牽拉或者擠壓并且抵抗相應(yīng)的彎曲強(qiáng)度。W功能取向 的通過側(cè)邊預(yù)設(shè)的相應(yīng)的角度的接合在此證實是有利的措施，所述措施必要時還可W通過 角度的選擇來影響。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計理念，=維的應(yīng)力張量可W抵消。多邊形的基面預(yù)設(shè)不同的取 向可行性并且形成用于接合層的交織(Geflecht)的基本框架(Grundgeriist )，所述基本框 架抵抗負(fù)荷作用。在現(xiàn)有技術(shù)中提到的結(jié)構(gòu)特征如下針對法向力(運對應(yīng)于單軸的應(yīng)力張 量）：力垂直于表面起作用。然而，除此之外可W通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計理念而有利的力分 布按照設(shè)置和接合塊實現(xiàn)=維的負(fù)荷作用。所述設(shè)計理念實現(xiàn)了抵抗強(qiáng)度的忍材料的定 向，其方式是:接合層傾斜于構(gòu)件的主延伸部伸展并從而顯示出附加的進(jìn)行增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)措 施的功能W形成在強(qiáng)度上相應(yīng)提高的復(fù)合構(gòu)件。
[0019] 經(jīng)由選擇基面的尺寸，可W如下改變材料特性:可通過面的尺寸并從而通過成型 的忍的體積份額設(shè)定關(guān)于剪切強(qiáng)度和剪切剛度的材料忍變量。通過側(cè)邊W具有相應(yīng)的角度 變化和相應(yīng)的體積份額的特定幾何設(shè)置接合，可W設(shè)定抗