专利名称：一种用于修理纤维复合物固体构件的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于修理纤维复合物固体构件的方法并且特别涉及一种包括修 理补片的使用的方法。
背景技术：
纤维增强树脂复合物用于风力涡轮机工业例如用于转子叶片。制造过程通常包括 模具的使用以获得期望形状的叶片。一个已知的问题是模具有时候会损坏，例如由于叶片 在制造之后从模具移除时小的表面部分被撕下，或是由于在模具处理期间意外的凹痕、裂 纹或刮痕。因为这种模具通常是昂贵的并且占据了很多存储空间，所以在制造现场的模具 的数目保持为最小，并且如果一些模具被取出生产线用于维修，就没有或很少几个备用的 模具可用。修理这种模具的恶化表面区域的已知方法是通过研磨，然后手工施加修理材料 以获得具有与初始尽可能接近的几何形状和机械与热性能的修复表面。修理的区域通常比 最终的区域具有更大的厚度，这样就可以通过研磨和抛光除去过量材料而获得期望的表面 质量。这种修理过程很难执行，尤其是在具有双曲率的表面上。修理过程的结果因此相当 取决于执行修理的人的技术，并且很难保证获得期望的质量。因此，修理纤维复合物固体构件例如用于制造风力涡轮机叶片的模具的改进的方 法是有利的，并且特别是高效和/或可靠的修理方法是有利的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种修理纤维复合物固体构件的方法，通过该方法，与 当前已知的方法相比，修理可以更高效地执行并且因此具有更短的用于维修的停机时间。本发明的另一个目的是提供一种修理纤维复合物固体构件的方法，通过该方法， 与当前已知的方法中的情形相比，修理的结果和质量较少地取决于执行修理的人的技术。本发明的另一个目的是提供一种修理纤维复合物固体构件的方法，通过该方法， 可以比当前已知的方法更容易地保证修理后的表面的几何形状和机械与热性能尽可能地 接近初始表面的几何形状和那些性能。本发明的另一个目的是提供现有技术的可选方案。因此，通过提供一种修理具有局部恶化的表面区域例如具有裂纹或皱褶的纤维复 合物固体构件的修理方法，上述目的和几个其它目的预计将在本发明的第一方面中获得， 所述方法包括下列步骤-机械加工包括局部恶化的表面区域的表面部分从而获得具有预定深度和周边形 状的凹槽，-将具有与凹槽匹配的预定厚度和周边形状的修理补片放置在凹槽中，并且-通过使用结合材料将修理补片紧固至固体构件，在该方法中，修理补片和结合材料的弹性和热性能是这样的，以便在紧固之后，结 合在一起的修理补片和结合材料具有与机械加工之前表面部分的相应性能基本上相同的弹性和热性能。可以是机械和热性能中的所有或仅仅一些基本上相同。对于固体构件的使用而言 可以忽略的差异通常是可以接受的。修理补片可以由包括下列的方法制造-在型面上涂敷一层涂料，所述涂料与固体构件的涂料层具有基本上相同的弹性 和热性能，-将一或多层强化纤维置于涂料层上，-由真空辅助的树脂灌注工艺使用树脂浸渍纤维，-施加热以固化修理补片，并且-机械加工修理补片为预定的周边形状。修理补片或者可以由包括下列的方法制造-在型面上涂敷一层涂料，所述涂料与固体构件的涂料层具有基本上相同的弹性 和热性能，-将一或多层树脂预浸渍纤维置于涂料层上，-施加真空和热以降低树脂的粘度并且固化修理补片，并且-机械加工修理补片为预定的周边形状。所提到的方法的选择通常取决于将被修理的固体构件所用的制造方法。如果使用 了相同类型的制造方法，就可以很容易地保证修理之前和之后机械和热性能之间的期望的 对应。修理补片的机械加工可以包括具有与表面部分中机械加工的凹槽匹配的周边形 状的膜板的使用。因此可以保证修理补片获得期望的形状而不需要自动的机械加工方法例 如CNC铣削。然而半或完全自动的机械加工方法也可能在本发明的范围内。修理补片可以由真空辅助的树脂灌注工艺紧固至固体构件。通过使用该方法，修 理补片可以通过使用对应于固体构件的制造所用树脂的树脂进行紧固。因此更容易保证在 初始材料和修理补片之间的过渡处机械和热性能基本上也是恒定的。这可以降低当固体构 件被加载和/或暴露至温度变化时由于应力集中导致出现裂纹的风险。一或多个附加层的强化纤维可以在修理补片被紧固之前置于凹槽中修理补片的 下方。附加层的纤维优选地具有与凹槽匹配的周边形状。这种附加层的强化纤维可以用于 控制树脂的流动并且保证修理补片和凹槽在整个相关表面区域上良好的粘合。它们也可以 用作使预先制造的修理补片的厚度适应许多可能的凹槽深度的方法。这可以降低用于预先 制造的修理补片的所需存储空间，因为它们可以按一或几个厚度制造。因为修理补片通常 设计成具有包括与将被修理的表面的剩余部分匹配的外涂料层的期望表面性能，所以厚度 的调整是通过将附加层的强化纤维置于补片之下进行的。因此补片的表面与修理的构件的 表面保持在相同的水平面上。修理补片或者可以由胶粘紧固至固体构件。胶粘是相对简单的过程，这意味着如 果所需的修理补片是作为预先制造品可用的话，与当前已知的方法相比，修理可以更高效 地执行并且因此具有更短的用于维修的停机时间。另一个优点是与当前已知的方法中的情 形相比，修理的结果和质量较少地取决于执行实际修理的人的技术。“实际修理”意味着可 以使用预先制造的修理补片。胶水例如是与保持装置和/或垫片结合使用的热溶体以保证补片的最终位置如希望的那样。修理补片还可以由包括下列的方法紧固至固体构件-在修理补片被紧固之前，一或多层的树脂预浸渍树脂置于凹槽中修理补片下方， 所述一或多层树脂预浸渍纤维具有与凹槽匹配的周边形状，并且-施加真空和热以降低树脂的粘度并且固化树脂。置于修理补片下方的树脂预浸渍纤维的层的数目优选地选取为保证修理的区域 的最终高度对应于凹槽的深度。因此可以保证完整的表面几何形状而不需要后来添加或移 除材料。可以使修理补片具有预定的形状而不需要机械加工周边。包括使用真空辅助的树 脂灌注的制造修理补片的方法可以使用可关上的模具执行，且该模具具有树脂流入其中的 非柔性内部空腔。因此可以控制修理补片的形状和尺寸。另一方面，更多的模具是必需的。 在包括使用树脂预浸渍纤维层的修理补片的制造方法中，修理补片的形状可以通过在使用 之前机械加工各个层而预先确定。这意味着并未避免机械加工，但是比制造的修理补片可 以更容易地机械加工各个层。依照本发明用于修理纤维复合物固体构件的方法可以用于弯曲的例如具有双曲 率的表面部分的修理。修理补片具有的曲率类似于固体构件的相应表面部分的曲率。这可 以例如由已经在用于模制固体构件的阳模上的相应位置上制造的修理补片获得。这样制 造修理补片与具有大的曲率或双曲率的表面尤其相关，但是如果需要的话可以用于任意曲率。同样的方法可以用于平面的修理。机械加工表面部分从而获得凹槽的步骤包括CNC铣刀的使用。因此获得了一种修 理纤维复合物固体构件的方法，通过该方法，与其中通常使用手持式工具的当前已知的方 法中的情形相比，修理的结果和质量较少地取决于执行修理的人的技术。为获得凹槽的表面部分的机械加工可以包括膜板的使用，该模板具有通孔，通孔 具有对应于将由机械加工获得的凹槽的周边形状的形状。因此可以保证修理补片获得期望 的形状，甚至不需要自动的机械加工方法例如CNC铣削。在如上所述的方法中的任一种中，凹槽的深度可以为至少1毫米，例如1至3毫米 或3至10毫米。实际深度将取决于恶化的表面中的缺陷的尺寸，但是当仅仅根据缺陷的尺 寸判断时，希望使用比所需更大的深度。这是例如用于相对较小缺陷的情形，其中需要较厚 的修理补片以保证修理补片的令人满意的和稳定的紧固。深度的实际选择也可以对应于有 限数目的可用修理补片厚度之一。这尤其是补片具有复杂曲率的情形，因为可能不希望制 造和存储这些有很多厚度的制造更复杂的补片。在上述方法中的任一种中使用的强化纤维是从包括玻璃纤维、碳纤维和芳族聚酸 胺纤维的组中选取的。然而，任意类型的纤维都可以在本发明的范围内。它们通常选取成 与将被修理的固体构件中使用的纤维匹配，因为因此可以更易于保证修理补片和结合材料 的弹性和热性能为在紧固之后，结合在一起的修理补片和结合材料具有与机械加工之前的 表面部分的相应性能基本上相同的弹性和热性能。将由依照本发明的方法修理的复合物固体构件可以是用于制造风力涡轮机叶片 的工具。它也可以是风力涡轮机叶片。该方法可以用于修理任意的纤维复合物固体构件，但是它通常主要用于固体构件，其中很重要的是修理补片和结合材料的弹性和热性能是这 样的，以便在紧固之后，结合在一起的修理补片和结合材料与机械加工之前的表面部分的 相应性能具有基本上相同的弹性和热性能。
现在将针对附图更详细地描述依照本发明的修理纤维复合物固体构件的方法。图 显示了一种实现本发明的方式并且不应解释为限于落入所附权利要求组的范围内的其它 可能的实施例。图1示意性地显示了使用修理补片的总的思想的三维视图，图2示意性地显示了一种通过使用树脂灌注技术制造修理补片的方法的横截面 侧视图，图3示意性地显示了固体构件的修理的横截面侧视图，其中修理补片的制造包括 使用树脂预浸渍纤维，图4示意性地显示了通过使用树脂灌注技术的修理补片的紧固，图5示意性地显示了通过胶粘的修理补片的紧固，图6示意性地显示了通过使用树脂预浸渍纤维的修理补片的紧固，并且图7示意性地显示了依照本发明的修理方法，其中膜板用于表面部分的机械加工 以获得其中放置修理补片的凹槽。
具体实施例方式图1示意性地显示了修理具有局部地恶化的表面区域2的纤维复合固体构件1的 总体思想；参见图La。固体构件是例如制造风力涡轮机叶片中使用的模具或者它可以是 风力涡轮机叶片。恶化的表面区域2由于意外冲击而具有例如裂纹或皱褶。修理通常只在 不承受负荷的外精加工层进行。如果固体构件1是模具，缺陷也可以是由于当风力涡轮机 叶片在制造之后从模具中移开时小部分被撕下导致的。图l.b显示了已经在包括局部恶化 的表面区域2的表面部分中形成了凹槽3。凹槽3具有与将放入凹槽3中替换被除去的材 料的修理补片4匹配的预定深度和周边形状。图1. c示意性地显示了修理的表面部分，其 中修理补片4已经放入凹槽3中并且紧固到固体构件1上。表面后来可能会受到进一步精 加工处理，例如抛光和/或喷漆。图2示意性地显示了如何通过使用树脂灌注技术制造修理补片4的实例。当希望 或需要获得具有类似于固体构件1的相应表面部分之一的曲率的修理补片4时，可以在用 于模制固体构件1的阳模上的相应位置上制造修理补片4。然而，对于固体构件1的大型 零件，曲率会很小，这样即使不是在使用它的完全相同的位置上制造，修理补片4也是可用 的。如图2中示意性地显示的那样，一层涂料6涂敷到用作修理补片4的型面5的阳模上。 该层涂料6与固体构件1的制造中使用的涂料优选地是相同的材料并且优选地具有相同的 厚度。它也可以是具有基本上相似机械和热性能的另一种材料。一或多层的强化纤维7布 置在该层涂料6的上面。剥落帘布层8通常放置在强化纤维7的层(多层)的上面，并且 所提到的所有层都由气密和柔性的薄板9罩盖，薄板9通常为塑料材料，通过使用封条10 密封至型面以提供外壳11，空气可以经由真空端口(未显示)通过使用真空泵(未显示)而从外壳11排空。当基本上外壳11中所有的现有空气已经排空时，树脂(未显示)经由 灌注端口(未显示)供给并且由真空辅助的树脂灌注工艺沿着修理补片4流动同时充满强 化纤维7之间的真空区。当真空区已经充满时，会施加热并且修理补片4被固化一段预定 的时间。然后通过对于本领域技术人员已知的任意适当方法将修理补片4机械加工为期 望的周边形状。例如可以使用铣刀。机械加工可以包括使用具有与将机械加工在固体构件 1的表面部分中的凹槽3匹配的周边形状的膜板(未显示)。可替换的是，可以在具有刚性 表面的模腔的可关上的模具(未显示)中制造修理补片4。因此可以由真空辅助的树脂灌 注工艺将修理补片4制造成其最终形状而不需要随后的机械加工。图3示意性地显示了另一种制造修理补片4的方法，其中，它是通过使用多层树脂 预浸渍纤维7b制造的；这种层还被称为预浸料坯。已被切割成期望形状的预定数目的预浸 料坯7b布置在其上已经涂敷了一层涂料6的型面5上。剥落帘布层8通常布置在预浸料 坯7b的上面以保证制造的修理补片4的表面保持清洁直至可能的后续处理步骤。在剥落 帘布层8的上面是通常为多孔塑料箔的分离箔12和通气层13。对于如上所述的方法，所 提及的所有层都由气密和柔性薄板9罩盖，而薄板9通过使用封条10密封至型面5以提供 外壳11，空气经由真空端口(未显示)通过使用真空泵(未显示)从外壳11中排空。当 基本上外壳11中所有的现有空气已经排空之后，会施加热一段预定的时间以导致预浸渍 树脂粘度的降低。由于真空，温度升高会导致树脂沿基本上垂直于预浸料坯7b的方向并且 朝向通气层13的流动。通气层13的用途是即使柔性薄板9折叠也保证尽可能多的空气被 排空。一些树脂将流入通气层13中，并且通气层13的另一个用途是因此吸收过量的树脂。 分离箔12的用途是限制树脂流入通气层13。还可以结合热另外施加压力。
图4示意性地显示了一种将修理补片4紧固至固体构件1的方法。剥落帘布层8 在将修理补片4置于凹槽3中之前被移除。一或多个附加层的强化纤维7a置于凹槽3中 修理补片4的下方。这也可以用作使给定厚度的修理补片4适应不同深度的凹槽3的方法。 通过将附加层7a置于修理补片4的下面，可以保证修理补片4的表面与固体构件1的表面 保持在相同的水平面上，这样就会获得通过选用涂料6通常获得的期望的表面性能。附加 的一或多层的强化纤维7a优选地与修理补片4具有基本上相同的周边形状。修理补片4 例如通过使用带(未显示)固定在适当的位置并且由气密和柔性薄板9罩盖，而薄板9被 密封至固体构件1以提供外壳，空气可以按照与如上所述相同的方式从外壳中排空。树脂 (未显示)然后通常经由灌注端口(未显示)供给至修理补片4的一侧和附加层的强化纤 维7a并且由真空辅助的树脂灌注工艺使其沿着修理补片4并在它下面流动，同时充满强化 纤维7、7a之间和围绕修理补片4的周边的真空区。当真空区已经充满时，整个组件在高温 下固化，藉此修理补片4就紧固至固体构件1。图5示意性地显示了修理补片4可以通过胶粘紧固。胶水(未显示)涂敷至凹槽 3的表面，并且修理补片4布置在其中。胶水可以例如是热溶体，这样过程就包括在胶水的 固化期间热的应用。胶粘过程通常包括使用保持装置和/或垫片以保证修理补片4在紧固 之后的期望位置。图6示意性地显示了通过使用树脂预浸渍纤维7b紧固至固体构件1的修理补片 4。由该方法紧固的修理补片通常也通过使用树脂预浸渍纤维7b制造，但是它也可以通过使用真空辅助的树脂灌注工艺制造。该方法类似于上面所述的用于通过使用树脂预浸渍纤 维7b制造修理补片4的方法，不同之处是它不包括使用剥落帘布层、分离箔和通气层。在 紧固过程中，过量的树脂将充满凹槽3和修理补片4之间的周边间隙以提供修理补片4的 紧固。依照本发明的纤维复合物固体构件的修理包括在局部恶化的表面中建立凹槽3。 这优选地是通过使用CNC铣刀的机械加工完成的，CNC铣刀被编程以除去材料以获得具有 预定深度和周边形状的凹槽3而同时考虑表面的曲率。可替换的是，机械加工可以包括使 用具有对应于凹槽3形状的孔14的膜板13，该膜板13布置在将被机械加工的表面的上面， 如图7中示意性地显示的那样。膜板13可以是非柔性的并且具有对应于将被机械加工的 表面的曲率的曲率。图显示了平面和因此以及平面膜板13的修理。或者(未显示)，它可 以由柔性材料例如硅橡胶制造，包括保持装置以朝固体构件的表面保持模板。这种方式可 以包括简单的夹具，或者它们可以包括通过使用真空保持膜板的装置。为了使用于维修的停机时间减小到最低，具有多个预定尺寸和形状的修理补片通 常预先制造并且准备好在需要时使用。如上所述，修理补片的厚度可以由在紧固之前布置 在修理补片下方的附加层进行调节。因此仅仅需要预先制造少量数目厚度的修理补片。虽然已经结合指定实施例描述了本发明，但是它不应解释为以任意方式限制为 所提出的实例。本发明的范围是由所附权利要求组设定的。在权利要求书中，术语“包括 (comprising)”或“包括(comprises) ”并不排除其它可能的元件或步骤。而且，所提及的 参考例如“一个(a)”或“一个(an)”等等不应解释为不包括多个。权利要求中对于图中指 示的元件的参考标记的使用不应解释为限制本发明的范围。另外，在不同的权利要求中提 及的各个特征可能有利地进行组合，并且在不同权利要求中提到的这些特征并不排除特征 的组合是不可能和有利的。
权利要求
一种用于修理纤维复合物固体构件的方法，所述纤维复合物固体构件具有局部恶化表面区域，例如具有裂纹或皱褶，所述方法包括下列步骤 机械加工包括局部恶化的表面区域的表面部分从而获得具有预定深度和周边形状的凹槽， 将具有与凹槽匹配的预定厚度和周边形状的修理补片放置在凹槽中，以及 通过使用结合材料将修理补片紧固至固体构件，在该方法中，修理补片和结合材料的弹性和热性能是这样的，以便在紧固之后，结合在一起的修理补片和结合材料具有与机械加工之前表面部分的相应性能基本上相同的弹性和热性能。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，修理补片的制造方法包括_在型面上涂敷一层涂料，所述涂料与固体构件的涂料层具有基本上相同的弹性和热 性能，-将一或多层强化纤维置于该涂料层上， -由真空辅助的树脂灌注工艺使用树脂浸渍纤维， -施加热以固化修理补片，并且 -机械加工修理补片为预定的周边形状。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，修理补片的制造方法包括_在型面上涂敷一层涂料，所述涂料与固体构件的涂料层具有基本上相同的弹性和热 性能，-将一或多层树脂预浸渍纤维置于该涂料层上， -施加真空和热以降低树脂的粘度并且固化修理补片，并且 -机械加工修理补片为预定的周边形状。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，修理补片的机械加工包括具有与表面部 分中机械加工的凹槽匹配的周边形状的膜板的使用。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，修理补片由真空辅助的树脂灌 注工艺紧固至固体构件。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在修理补片被紧固之前，一或多个附加层的 强化纤维置于凹槽中修理补片下方，所述附加层的纤维具有与凹槽匹配的周边形状。
7.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，修理补片通过胶粘紧固至固体 构件。
8.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，修理补片紧固至固体构件的 方法包括-在修理补片被紧固之前，一或多层的树脂预浸渍树脂置于凹槽中修理补片下方，所述 一或多层树脂预浸渍纤维具有与凹槽匹配的周边形状，并且 -施加真空和热以降低树脂的粘度并且固化树脂。
9.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，表面部分是弯曲的，例如具有双曲率。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，修理补片具有的曲率类似于固体构件的相 应表面部分的曲率。
11.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，修理补片已被制造在用于模制 固体构件的阳模上的相应位置上。
12.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，表面部分是通过使用CNC铣刀 机械加工的。
13.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，表面部分的机械加工包括膜板 的使用，该模板具有通孔，通孔具有对应于将由机械加工获得的凹槽的周边形状的形状。
14.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，凹槽的深度为至少1毫米，例 如1至3毫米或3至10毫米。
15.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，强化纤维是从包括玻璃纤维、 碳纤维和芳族聚酸胺纤维的组中选取的。
16.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，复合物固体构件是用于制造风 力涡轮机叶片的工具。
17.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，复合物固体构件是风力涡轮 机叶片。
全文摘要
本发明涉及一种用于修理具有局部恶化表面区域例如具有裂纹或皱褶的纤维复合物固体构件的方法。固体构件例如是用于制造风力涡轮机叶片的模具或是这种叶片。该方法包括机械加工包括局部恶化表面区域的表面部分从而获得具有预定深度和周边形状的凹槽，将具有与凹槽匹配的预定厚度和周边形状的修理补片置于凹槽中，并且通过使用结合材料将修理补片紧固至固体构件。修理补片和结合材料的至少一些弹性和热性能是在紧固之后，结合在一起的修理补片和结合材料具有与机械加工之前的表面部分的相应性能基本上相同的弹性和热性能。
文档编号B29C33/74GK101903162SQ200880121525
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月8日 优先权日2007年12月21日
发明者A·奥勒森, H·施罗德, K·N·斯滕贝克 申请人:维斯塔斯风力系统集团公司