[发明专利]与复合物铺覆有关的改进

说明书

技术领域

本发明涉及适合用于铺覆诸如现代风轮机叶片的大型复合结构的复合物铺设技术。

背景技术

近年来，基本上已经产生了利用手动铺覆技术形成的例如现代风轮机的叶片的大型复合结构。这包括用手在大型模具中设置增强纤维材料的垫层(mat)或层片(ply)。数层纤维材料被设置在模具中。垫层通常包括玻璃纤维或碳纤维。垫层被设置在模具中之后，利用诸如树脂传递成型(RTM)或真空辅助树脂传递成型(VARTM)的技术将树脂供应到模具。另选地，垫层可用树脂预浸渍(即，预浸料)，从而免除向模具供应树脂的需要。无论如何，这种铺覆通常经历真空辅助凝固和温度受控固化过程以及硬化过程。

持续地需要增加现代风轮机的功率输出。为此，正在制造需要更大叶片的更大型风轮机。当叶片的尺寸增加时，手动铺覆技术变得不太适合。例如，由于风轮机叶片的曲率，手动够到十分大的模具的边缘将需要脚手架或将工人高悬在工厂地面上方。这可能使得手动的技术不可行。

当前，自动铺覆技术被考虑用于生产现代风轮机叶片。典型地，这包括使用设置成在模具附近的轨道上或者在模具上方的台架上移动的机器人。机器人被编程以执行诸如下述的任务：向模具施加凝胶涂层；在模具中铺覆纤维材料；以及喷涂硬化的层压件。机器人能够达到模具中的手动难以够着的部位。此外，使用自动程序能够增加铺覆过程的速度、精度和可重复性，从而产生具有较高质量和一致性的部件。

自动铺覆技术的一个实施例包括：利用安装在机器人臂的端部或台架上的设置末端执行器组件在模具中铺覆预浸料的连续条带。虽然该技术在平坦的表面上良好地工作，但是该技术在用于例如风轮机叶片模具的表面的弯曲表面上时尤其存在挑战。例如，向弯曲的或者以其他方式不均匀的表面施加材料条带能够导致在铺覆所述材料条带时空气被捕获在该材料下面。这通常导致在固化期间在材料中产生皱褶，这会损害成品叶片的结构整体性。

本发明提供一种针对前述问题的解决方案。

发明内容

根据本发明，提供一种复合物铺覆方法，在该方法中，纤维材料条带均被逐渐设置(deposit)在模具表面上，所述方法包括：沿从纤维材料供应源向铺设装置延伸的路径进给纤维材料条带，所述铺设装置用于将所述条带逐渐铺设在所述模具表面上；以及赋予所述路径中的所述条带一形状，同时使得在所述路径中的所述条带的长度在所述条带的整个宽度上保持大致均匀，其中，赋予所述条带的所述形状至少部分地对应于所述模具表面的形状。

在包含被沿条带的长度引导的纤维的纤维材料的情形中，通过保持使条带的长度沿该条带的整个宽度大致均匀，将会防止在整个宽度上条带的张力变化，在整个宽度上张力变化可能在该纤维材料中引起扭曲，该扭曲继而可导致材料在模具内起皱。

本发明还提供一种用于在复合物铺覆中使用的末端执行器组件，所述组件构造成在模具表面上逐渐设置纤维材料的条带，并且所述组件包括：铺设装置，所述铺设装置用于将纤维材料的条带铺设在所述模具表面上；进给机构，所述进给机构用于沿从纤维材料供应源向所述铺设装置延伸的路径进给所述条带；以及成形装置，所述成形装置位于所述路径内，并且构造成赋予所述条带一形状同时使得在所述路径中的所述条带的长度在所述条带的整个宽度上保持大致均匀，其中，赋予所述条带的所述形状至少部分地对应于所述模具表面的形状。

使设置之前的材料成形以对应于模具表面的形状，这确保不管模具表面的曲率如何，条带都会在其全部宽度上平贴地铺设在模具表面上。这在铺覆条带时有效地防止空气被捕获在该条带与模具之间。

优选地，该方法包括赋予所述条带一曲率。在这方面，成形装置可合适地构造成赋予必要的曲率。所述曲率优选沿下述的方向被赋予，该方向横向于所述条带被铺覆在模具中所沿的方向，即，横向于铺设装置的前进方向)。由此使所述条带成形适于铺覆在弯曲模具中形成的风轮机叶片。