专利名称：引导通路的生产方法及带有引导通路的转动叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在用于转动叶片的纤维复合材料中制作引导通路的方法。本发明还涉及一种转动叶片，其用于风能设施，该设施带有穿过转动叶片壁的引导通路(leadthrough)。
背景技术：
转动叶片壁中的引导通路被用作例如安装组成部件的通孔，所述组成部件从转动叶片的内部穿过外壳向外部伸出。例如，这样的组成部件为用于风能设施的雷电保护接收器，用于固定转动叶片的十字螺栓，危险指示装置，传感器和排水设备。然而，转动叶片壁中的引导通路也可被用作开口用于放置或移除例如象配重的物体，或者有其它任务。
从DE 103 24 166 B4可知，其在叶片根部区域提供了通孔，所述通孔横向于沿转动叶片的纵轴方向布置。为将良好的作用力从十字螺栓引入到转动叶片的纤维强化环氧树脂复合材料中，建议在叶片根部处进行壁材料的横截面放大。
从WO 2005/026538可知一种用于风能设施中转动叶片的雷电保护装置。为此目的，雷电接收器被引导通过转动叶片外壳中的引导通路并在转动叶片的内部空间中接地，为了避免转动叶片中的纤维复合材料变弱，建议将用于雷电接收器的引导通路尽可能放置在转动叶片顶端中。
发明内容
本发明的技术目标是在转动叶片中提供引导通路，其通过简单的方法极大地避免了对纤维复合材料的任何削弱。
依据本发明，此目标是通过具有依据本发明权利要求1的特征的方法解决的。所述技术目标还是通过具有依据本发明权利要求12的特征的转动叶片解决的。有利的实现方法形成了所附权利要求的主旨。
在依据本发明的方法中，制作出了用于转动叶片的纤维复合材料中的引导通路。特别地，例如，纤维强化环氧树脂复合材料已经成功作为轻质但却坚固的材料，用于风能设施的转动叶片的制造。在依据本发明的方法中，第一步提供了半成品纤维制品中的无纤维开口，纤维沿开口周围布置。这样，半成品纤维制品中的开口不是通过冲掉、切割或其它方法制作的，在这些方法中，纤维在孔壁处被切断。而在依据本发明的方法中，开口被制作在半成品纤维制品中，纤维被从开口挤出。
在下面的加工过程中，在纤维复合材料的制造中所述半成品纤维制品以复合材料(matrix material)浇注，并被加工成纤维复合材料。其后，通过半成品纤维制品中的开口依靠例如镗孔或切削，将引导通路放置在适当位置。除了将引导通路放入纤维复合材料中，作为替代，在以复合材料浇注之前，可以将一本体插入半成品纤维制品的开口中并与纤维复合材料相结合。依据本发明的方法的特别优点是避免了引导通路而产生纤维的任何断裂和缩短，因此不会发生材料的削弱。依据本发明制作的引导通路具有高强度的孔的面。
在依据本发明方法的一个可能的实现方法中，引导通路在结合的辅助体中镗出或切削出。通常，由一种或几种纤维制成的组织或无纬材料或纤维衬垫被以作为半成品纤维制品提供。辅助体还可以从纤维复合材料中再次去除。为此目的，实际上沿其周边涂有隔离剂。
为了形成所期望直径的引导通路，优选地，尖刺状的圆柱或圆锥工具被用于在半成品纤维制品中做出引导通路。
转动叶片优选地被制成所谓的三明治结构。其中，芯部在两侧上设置有纤维复合材料。芯部具有通孔，在可能的情况下，该通孔容纳所述本体。纤维复合材料中的引导通路与芯部的通孔对准。芯材可由例如塑料构成。然而，其它材料也可能用于芯部，象木材等，特别是轻木。
除了用无纬材料制成三明治结构外，型芯材料、无纬材料、全层压材料也可以设置。全层压材料包括数层相互层压的无纬材料。
依据本发明的转动叶片是供风能工厂所使用。引导通路延伸穿过具有纤维复合材料的转动叶片壁。依据本发明，纤维在纤维复合材料中布置从而形成无纤维的开孔。优选地，转动叶片的壁包括芯部，在其两侧带有纤维复合材料，芯部具有用于引导通路的通孔。优选地，辅助体被插入芯部的通孔中，辅助体的材料与芯部的材料相一致。
在实际的实现方法中，在通孔区域，辅助体要比芯部厚。以这种方式，在纤维复合材料被固定时，可以确保辅助体也突出进入半成品纤维制品的引导通路中。这样，就可确保引导通路在与复合材料例如环氧树脂一起运作时保持没有纤维。优选地，辅助体也稍稍突出于芯部上的纤维复合材料之上。
在特别优选的实现方法中，雷电导体被设置在转轮壁中，该雷电导体被布置在转动叶片的引导通路中并与接地线导电连接。为防止对纤维复合材料中可能的导电纤维的损害，引导通路中的雷电导体被布置在绝缘体中，雷电导体突出至转动叶片的内部空间中。优选地，雷电导体突出进入雷电保护器体内，雷电保护器体被布置在转动叶片壁的内侧并具有容纳雷电导体的装置。雷电保护器体通过电线接地。
通过下面的示例对依据本发明的引导通路予以详细解释。
图1a-f示出了在无纬材料(laid material)中纤维的不同取向，图2示出了转动叶片的横截面，其带有雷电保护设备，图3示出了依据本发明的引导通路中的雷电接收器，以及图4示出了穿过转动叶片壁的引导通路。
具体实施例方式
图1在左侧示出了不同的纤维组织，其中的纤维被引导通路10的延迟的制作所中断。
图1a示出了纤维的单向(UD)横列(course)，其中纤维大致平行布置。图1b示出了双轴向布置，其中纤维沿两个优先方向布置，所述两个方向相互垂直。图1c示出了三轴的取向(triaxial orientation)的纤维，其中纤维沿三个方向布置。对于所有这三种取向的纤维常见的是，孔壁中的纤维被引导通路10所中断。因此，被中断的纤维不能再承载引导通路区域内的力，通过引导通路在材料中发生作用力的局部过度增加。在发展中，转动叶片材料的这种增加的机械应力会缩短转动叶片的预期寿命。相反，在依据图1d-f的实现方法中，纤维14、16、18仅是被挤出开口，纤维围绕通孔12布置，而没有突入其内。在纤维强化复合材料中，被代表的纤维横列导致转动叶片壁中孔的表面的显著改善的强度。
图1d再次示出了与图1a相对应的纤维无纬材料，其中纤维基本沿一个方向单向布置。图1e与图1b相对应，以示范性的方式示出了在引导通路12周围被压实的纤维16。图1f示出了组织中纤维中的三轴的取向，其导致纤维18的进一步增强的压实。
图2以示范性的方式示出了贯穿转动叶片20的横截面，带有顶壳22和底壳24。两个半壳22、24在叶片鼻部26的区域内和在叶片后缘28上相互连接。在半壳22和24之间布置有桥接件23，其可使转动叶片稳定。
在转动叶片的后部区域，雷电保护器盒被放置在半壳22和半壳24之间。雷电保护器盒30由金属制成并通过电线(未示出)接地。
雷电保护器盒30在叶片的上侧及其下侧与雷电接收器32相接。图3示出了在转动叶片底壳中的雷电接收器32的详细视图。由金属制成的雷电接收器，具有圆柱体部分34和直径比第一圆柱体部分小的第二圆柱体部分36。第一和第二圆柱体部分通过圆锥形部分38相互连接。雷电接收器32被铸造成在绝缘材料40中并且在其第二圆柱部分36中与雷电保护器体30相接。绝缘材料40被铸造成在圆柱套筒体42中。圆柱套筒体42通过被穿通的辅助体形成。芯部44在两个侧部设置有纤维强化塑性材料46。所述纤维强化塑性材料包括环氧树脂，其通过纤维无纬材料加强。在此，纤维无纬材料具有引导通路，圆柱套筒体42和雷电接收器32通过该引导通路伸出。
为便于更好理解，图4以详细视图示出了在雷电接收器32插入前转子壁的组装。转动叶片壁具有芯材44，其在两侧上被纤维强化复合材料所覆盖。芯部44具有通孔，辅助体48被插入其中。优选地，辅助体48由与芯材料相同的材料制成。当木材被用作芯部的材料时，由塑性材料制成的一本体被优选地用作辅助体48。辅助体48被结合到纤维强化复合材料46中。
其后为了将绝缘材料40和放雷电接收器32放置入位，在被结合的辅助体48中做出钻孔，从而圆柱套筒体42保留在芯材料的通孔中。可替代地，也可移除辅助体48。
权利要求
1.一种在用于转动叶片的纤维复合材料中生产引导通路的方法，具有如下工序步骤·无纤维的开口(12)被设置在半成品的纤维产品中，使得纤维绕开口(12)布置，·通过添加复合材料将半成品纤维制品加工成纤维复合材料，以及·通过半成品纤维制品中的开口将引导通路放置就位。
2.依据权利要求1所述的方法，其特征在于，在添加复合材料前一本体被插入到空的开口中。
3.依据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述本体结合在纤维复合材料中。
4.依据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，一辅助体被作为所述本体设置，通过该辅助体镗出或切削出引导通路。
5.依据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，一辅助体被作为本体设置，在添加复合材料后，该辅助体被从纤维复合材料中移除。
6.依据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述本体周边上设置有隔离剂。
7.依据权利要求1所述的方法，其特征在于，空的开口与复合材料一起铸造，并且引导通路被镗孔或切削穿过所述复合材料。
8.依据权利要求1至7中任何一项所述的方法，其特征在于，由一种或几种纤维制成的组织或无纬材料或纤维衬垫被作为半成品纤维制品而设置。
9.依据权利要求1至8中任何一项所述的方法，其特征在于，将圆锥形工具放入半成品纤维制品中，以便产生用于辅助体的开口。
10.依据权利要求1至9中任何一项所述的方法，其特征在于，芯部在两侧上设置有纤维复合材料，半成品纤维制品中的开口在芯部的两侧上相互完全重叠。
11.依据权利要求1至9中任何一项所述的方法，其特征在于，半成品纤维制品被加工成全层压制品。
12.一种转动叶片，其用于带有穿过转动叶片壁的引导通路的风能设施，该转动叶片具有纤维复合材料，其特征在于，纤维复合材料中的纤维的布置使得无纤维的开口被布置为用于引导通路。
13.依据权利要求12所述的转动叶片，其特征在于，转动叶片的壁具有芯部，所述芯部在两侧带有纤维复合材料，所述芯部具有用于引导通路的通孔，所述通孔与半成品纤维制品中的开口完全重合。
14.依据权利要求13所述的转动叶片，其特征在于，一本体被插入芯部的通孔中。
15.依据权利要求14所述的转动叶片，其特征在于，引导通路作为钻孔穿过本体。
16.依据权利要求12所述的转动叶片，其特征在于，转动叶片壁由半成品纤维制品制成全层压制品。
17.依据权利要求12至16中任何一项所述的转动叶片，其特征在于，至少一个雷电导体(32)被设置在转动叶片壁中，所述雷电导体(32)被布置在转动叶片的引导通路中并且与接地线(30)导电连接。
18.依据权利要求17所述的转动叶片，其特征在于，所述雷电导体被布置在绝缘材料(40)内，雷电导体伸入转动叶片的内部空间。
19.依据权利要求17或18所述的转动叶片，其特征在于，雷电导体伸出进入雷电保护器体中，所述雷电保护器体被布置在转动叶片壁的内侧并具有容纳雷电导体(32)的装置，该雷电导体(32)伸入内部空间。
20.依据权利要求19所述的转动叶片，其特征在于，雷电保护器体(30)通过电线接地。
全文摘要
一种在用于转动叶片的纤维复合材料中制作引导通路的方法，具有如下工序步骤·无纤维的开口(12)被设置在半成品纤维制品中，使得纤维围绕开口(12)布置，·通过添加复合材料将半成品纤维制品加工成纤维复合材料，以及·通过半成品纤维制品中的开口将引导通路放置就位。
文档编号B29C39/12GK1944025SQ20061015957
公开日2007年4月11日 申请日期2006年9月27日 优先权日2005年10月6日
发明者D·尼斯 申请人:诺德克斯能源有限公司