[发明专利]用于制造包括至少一个纤维增强基体的复合部件的模具

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造包括至少一个纤维增强基体的复合部件特别是风力涡轮叶片的模具。

背景技术

复合部件具有卓越的机械性能。因而，复合部件在既需要轻质、又需要足够坚固以忍受苛刻负载条件的高性能产品中已得到普遍应用，例如航空航天部件（机翼或螺旋桨）、船壳、自行车架、赛车主体或风力涡轮叶片。虽然制造这种复合部件例如风力涡轮叶片在硬质塑料或热塑性类树脂基体内包括一种或更多种纤维材料，但是通常，多个纤维复合层要与其他结构部件一起被构建在一个或更多模具内，并且类树脂基体优选在施加低压力时被注入到模具中。

EP 1 310 351 B1涉及到一种在封闭式模具中制造风力涡轮叶片的方法，该封闭式模具带有模芯，该模芯处于形成模腔的上、下模具件内，所述模腔的形状为风力涡轮叶片形状。将纤维材料和芯材放到模腔中之后，施加真空，并通过填充管注入可固化的类树脂基体。为了固化类树脂基体，必须获得特定的温度曲线。因而，在类树脂基体固化形成风力涡轮叶片时，需要调节和监控不同的加热和冷却坡度和/或温度平台。

用在上述EP 1 310 351 B1中的传统模具结构包括一定厚度的单块纤维复合层叠件，其具有由铜制成的水管以及安装在层叠件底下的铜网筛。这些管通常利用泡沫材料进行绝缘，因此加热和冷却分别都主要是被迫通过层叠件进行而不会进入周围环境。

由铜制成的水管以及网筛为较重的部件，它们需要坚固的即厚的层叠件来承载管和网筛。另外，层叠件必须确保温度变动不会影响模具件的形状。因此，由于所用材料具有相对较低的导热系数，使得从管中的水到模具外表面且进一步到模具结构表面中的热传递受到限制并且较慢。

因此，用于适当控制加热或冷却的唯一的可能性是通过测量流过管的流体的流入温度和流出温度来实现。

因而，控制加热和冷却过程具有挑战性。需要加热或冷却多少以及应施加温度多长一段时间主要取决于模具的厚度和所用的加热和冷却装置。

因此，为了在不损害模具结构完整性的情况下实现更快的反应热响应以更好地控制该过程，如何降低模具层叠件厚度是一个决定性的问题。

薄的模具形成不稳定、机械上不牢固的模具结构，其对热变动敏感并造成模制部件形状差异较大。另外，薄的模具可能容易破裂。

发明内容

本发明的目的是要提供一种改进的模具，其使得复合部件的制造过程具有更好的可控性。

这是通过上述模具实现的，该模具包括：设置在至少一个外层叠层与至少一个内层叠层之间的至少一个隔热芯层；以及被设置成接触或紧邻（或称紧紧靠近）所述内层叠层和/或外层叠层的至少一个加热和/或冷却装置。

在带有设置于所述至少一个外层叠层与所述至少一个内层叠层之间的所述至少一个隔热芯层的情况下，本发明的模具包括一夹层式面板或结构，其具有两个坚硬坚固的内、外层叠层，所述内、外层叠层由优选轻质的隔热芯层分离开。实际承载负载的内、外层叠层通过低密度芯的分离增加了面板的转动惯量，但重量增加较少，从而获得了高效的结构。该夹层件的机械性能取决于隔热芯层和内、外层叠层的材料，以及隔热芯层及内和/或外层叠层的厚度。本发明的模具与现有技术公开的模具相比产生更薄的内和/或外层叠层。

被设置成接触或紧邻内和/或外层叠层的至少一个加热和/或冷却装置在更薄的内和/或外层叠层之外提供了到达和通过内和/外层叠层的改进的热传递。另外，也可实现更短的反应时间和潜伏时间（模具从开始被加热到一定取决于处理过程的工作温度的时间）。因而，模具能够被更快地加热或冷却，这对于待构建的部件产生巨大的影响。根据需要可以实现陡峭的温度坡度，从而节省过程能量。因而，本发明的模具具有更好和更快的温度可调性并产生更好的可控过程。

模具可以包括被设置成接触或紧邻内层叠层或外层叠层的加热和/或冷却装置。同样，加热和/或冷却装置能够被设置成同时接触或紧邻内层叠层和外层叠层，这对于构建热诱导应力，例如由内、外层叠层之间的温度梯度造成的模具的热负载是有利的。包括在模具内的加热和/或冷却装置的布置方式和总数量取决于复合部件的尺寸和所用材料。

优选地，加热和/或冷却装置被设置在隔热芯层和/或内和/或外层叠层内的至少一个凹部中，或者被暴露在隔热芯层的顶上，或者被模制到隔热芯层和/或内和/或外层叠层中。因而，本发明公开了用于布置加热和/或冷却装置的不同可能位置，这可被视为是组合方式或者替代方式。类似于槽、切口或类似开口的用于容纳加热和/或冷却装置的凹部可以位于隔热芯层和/或内和/或外层叠层内。此外，可以将加热和/或冷却装置设置在例如隔热芯层的表面或表面附近区域上。