[发明专利]用于制造复合构件的方法、复合构件和风能设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于制造风能设备的复合构件的方法，所述复合构件具有多个至少两部件式的复合成型件，其中第一部件由成型的芯材料形成并且第二部件形成为接合层的一部分。本发明也涉及一种根据权利要求9的前序部分所述的相应的复合构件。本发明尤其涉及一种夹层构件、一种转子叶片元件和一种具有这种复合构件的风能设备。

背景技术

复合成型件是由两种或更多种彼此连接的材料构成的成型件，所述成型件作为具有固定的几何尺寸的本体来制造。在复合件中出现的材料通常具有功能特性、尤其受制于其使用领域。对于所获得的材料的特性而言，各个部件的材料特性并且可能还有几何特性有重要意义。这实现：使不同部件的特性彼此结合，由此复合材料得到广泛的应用可能性。对于最终产品所需要的特性可以根据需求通过选择用于部件的不同的原材料来设置。

复合构件通常具有如下特性，所述特性在负荷作用下显示出复合成型件的优化的性能。所述特性可以在例如一定硬度、刚度或者可延展性方面进行分配。复合成型件在负荷作用下应相对于复合件的单部件显示出复合件的优化的性能。负荷成型件的发展基本上如下：所要求的特性与使用寿命结合地进行优化，以便承受住长年的负荷。尤其，在风能设备的转子叶片和其它部件中，被施加高且强地改变的负荷作用，所述负荷作用此外随着风能设备的部件的尺寸增加而同样增加。尤其是，转子叶片要承受住静态负荷而且要承受住出现的动态负荷。

复合构件能够以不同的方式和方法制造。因此，风能设备的转子叶片现今主要由纤维复合材料制成，在所述纤维复合材料中，通常作为垫的增强型纤维嵌入在通常为玻璃纤维增强型塑料的基质中。转子叶片通常以半壳夹层构造方式制造。例如越来越多地使用碳纤维增强型塑料。在此所要求的特性一方面是在结构强度相对高的情况下小的重量，以及不同的硬度等级和针对负荷作用的抗拉强度。玻璃纤维增强型或碳纤维增强型材料在任何情况下都能够基本上并且在上述视点下关于其优化的硬度取代迄今为止对轻木的使用。

复合构件的典型使用是将其以夹层构造方式集成，在此，嵌入多个具有不同特性的层，以便获得相应设置的构件。在结构上一方面各个部件的材料而且取向或定向都有重要意义。芯材料可以由例如为纸、纸板、塑料、金属、轻木、波纹板、塑料、泡沫的材料和其它成型部件构成，通常结合有结构上的空腔。芯材料的目的是，传递牵引力以及剪切力并且支持覆盖层。

纤维增强的部件或者复合构件具有分布在层压材料中的纤维，其中所述纤维沿着至少一个特定的方向取向，以便实现纤维复合材料的高品质的特性。基本上在任何情况下都可以区分材料中的三个起作用的相：非常抗拉的纤维、首先在任何情况下都相对软的嵌入式的基质和将这两个部件连接的边界层。纤维通常可以由玻璃、碳、陶瓷以及也可以由芳族聚酰胺、尼龙纤维、混凝土纤维、天然纤维或者钢纤维构成。嵌入式的基质本身通常即聚合物具有材料特定的弯曲刚度，将纤维保持在其位置中，在其之间传递应力并且保护纤维免受外部的机械和化学影响。边界层用于这两个部件之间的应力传递。在纤维增强的复合构件中有问题的是，在构件的承受负荷的区域中可能形成相应的纤维的裂纹；这种裂纹形成可能首先由于因动态机械负荷提高而引起的弯曲力矩而产生。

然而，在层压或者基质材料中具有相应特定数量的纤维的纤维增强型部件或者复合构件显著改进相应部件的机械性能。对于材料特定的特征变量如剪切刚度和弯曲刚度以及纤维沿着所限定的方向的集中而言，可以具体地有针对性地设置相应部件的机械支撑特性、尤其是关于相应的复合件的抗拉强度。用于测量纤维复合材料的一个因数是纤维和基质之间的体积比。纤维的份额越高，复合材料就越牢固，然而也越脆。除了抗拉强度外，如果复合件承受压力，那么剪切刚度和弯曲刚度也可起重要作用。尤其，此外基本上已知的是，通过具有芯和一个或两个覆盖层(遵循T载体的原理)的所谓的夹层状的复合件构造，可以借助于适度抗剪切的芯和至少一个相对抗弯曲的覆盖层实现复合件的高机械刚度，其中复合件仍然可以以轻质构造方式实现。

已知的是，发泡的热塑性塑料可以作为夹层复合件或者复合构件中的芯层来使用。发泡的塑料板的制造例如可以借助于挤出法进行。对于高要求的应用而言，需要夹层复合件，其中热塑性塑料设有纤维，所述纤维具有高度的强度和刚度、尤其对于压力和剪切负荷的剪切刚度和弯曲刚度。材料特征值的提高可以通过将层复合件加和线性地进行。然而，复合构件的过高的质量会引起各个构件的高比重。因此，除了材料选择外也期望提出结构上的措施，借助于所述措施能够相应地调整和/或改建复合构件的特性需求。