CN105228813B - 转子叶片制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种实现用于制造转子叶片的制造装置（1），包括，沿着叶片模具（M1，M2）纵向侧设置的轨道对（11A，11B）；第一台架组件（2），实现为横跨轨道对（11A，11B）并且承载第一工具装置（20，21），该第一工具装置（20，21）至少包括用于分配纤维材料（41）至叶片模具（M1，M2）中的纤维分配器（20）；第二台架组件（3），实现为横跨轨道对（11A，11B）并且承载第二工具装置（30，31），该第二工具装置（30，31）至少包括处理工具（31）用于为纤维分配器（20）处理覆盖薄片（5），该覆盖薄片（5，5A）实现为施加压力至所分配的纤维材料（41）；以及控制装置（10），实现为实现台架组件（2，3）沿着轨道对（11A，11B）的协调移动以及协调第二工具装置（31）的操作与第一工具装置（20）的操作。本发明进一步描述了一种纤维分配器工具；一种生产线（100）；一种制造转子叶片的方法；以及一种使用这样的方法制造的转子叶片。

Description

转子叶片制造装置

技术领域

本发明描述了一种用于转子叶片制造的制造装置；一种纤维分配工具；一种生产线；一种制造转子叶片的方法；以及一种风力涡轮机转子叶片。

背景技术

风力涡轮机转子叶片通常由增强纤维材料制成，并且通过在两个半模（一个用于叶片的吸力侧，以及一个用于叶片的压力侧）中铺设合适的纤维排布来构造。在已知的方法中，在真空辅助树脂转移模塑（VARTM）技术中，采用树脂浸渍纤维敷层以粘结纤维和纤维层，并且然后被固化以硬化。叶片半部被连结，并且叶片的外表面必要时能够被处理。

风力涡轮机转子叶片翼型的希望的空气动力学形状、包含用于连接至轴毂的圆形根区段、对轻重量以及结构强度的需求全部合计成昂贵且复杂的制造工艺。例如，在叶片模具中手工设置纤维材料的工艺是非常耗时的，导致叶片冗长的总生产时间。此外，手工铺设是困难的，并且即使非常小心也无法排除纤维材料的错误定位。纤维敷层中的不一致性——例如太薄或太厚的纤维层，过度拉紧或欠拉紧的纤维粗纱，纤维材料中的皱褶或皱痕等——能够导致成品转子叶片中的结构缺陷。

风力涡轮机转子叶片的不同区域在操作期间经受不同类型的负载，并且叶片的一些区域经受比其他区域更大的负载。因此一定的最小材料厚度是必需的以避免在叶片中发展裂缝。然而，材料厚度的增加将导致叶片重量的增加。在传统的制造技术中，纤维材料敷层可能并未恰当地考虑这些因素，以使得得到的叶片可能无法展现必需的结构强度，或者叶片可能过分地重以使得在运输和安装期间的处理变得更加困难和耗时。

因此本发明的目标是提供一种可靠的、更经济的并且较少耗时的制造结构强健的风力涡轮机转子叶片的方式。

发明内容

由本发明的制造装置、纤维分配器工具、生产线、制造转子叶片的方法、以及风力涡轮机转子叶片实现这个目标。

根据本发明，实现了用于制造转子叶片的制造装置，并且包括，轨道对，其沿着叶片模具的纵向侧设置；第一台架组件，实现为横跨轨道对并且承载第一工具装置，所述第一工具装置至少包括纤维分配器用于将纤维材料分配到叶片模具中；第二台架组件，实现为横跨轨道对并且承载第二工具装置，所述第二工具装置至少包括处理工具，用于为纤维分配器处理覆盖薄片，所述覆盖薄片实现为向被分配的纤维材料施加压力；以及控制装置，实现为实现台架组件沿着轨道对的协调运动并且协调第二工具装置的操作和第一工具装置的操作。

操作工具装置以执行诸如在敷层工序期间在模具中分配纤维材料的功能。在本发明的情况中，“工具装置”能够包括能够被主动地或被动地用于执行或完成功能的任何工具或装置。通过控制台架沿着轨道对的运动并且同时协调工具装置，根据本发明的制造装置允许执行有利地高效并且精确的纤维敷层，因为分配或敷设在模具中的纤维材料能够立即被覆盖薄片压到模具上。在研发根据本发明的制造装置过程中，已经观察到，当纤维材料在被敷设之后立即被压到模具上时，能够获得质量的显著改进。已经观察到，通过纤维分配器和覆盖薄片处理工具的协作，显著减小或者甚至消除了在纤维材料中发展褶皱或皱痕的可能性。根据本发明的制造装置的另一优点在于，其大大缩短了叶片“在模具中的时间”。这导致更有成本效益的制造工艺，因为叶片模具是转子叶片制造的最昂贵部件。有效地，当将要制造多个转子叶片时需要较少的模具。此外，通过***作的工具装置的高效和协调控制而减少了每个个体转子叶片的制造时间。

根据本发明，实现了一种纤维分配器工具，用于这样的制造装置，并且包括用于连接至第一工具装置的纤维分配器的连接器；用于将覆盖薄片从模具抬升的抬升机构；以及用于在抬起的覆盖薄片之下将纤维材料分配至叶片模具上的送料机构。

根据本发明的纤维分配器的优点是，纤维材料能够基本上被直接供给在覆盖薄片和模具之间，以使得纤维材料立即被压至模具上，或者至纤维材料的之前敷设层上。以这种方式，纤维材料最优地敷设至模具中，并且减少或者甚至消除了张力不完整或不一致的可能性。

根据本发明，实现了用于制造风力涡轮机转子叶片的生产线，并且包括根据本发明的用于制造上半部叶片的第一制造装置，其中，轨道对沿着上叶片模具的纵向侧设置；以及根据本发明的用于制造下半部叶片的第二制造装置，其中，轨道对沿着下叶片模具的纵向侧设置；以及其中，实现了第一和第二制造装置的控制装置以协调工具装置的操作以使得基本上同时制造叶片半部。

在此同样地，根据本发明的生产线能够实现多个转子叶片制造的显著成本降低。能够基本上同时准备单个转子叶片的两个叶片半部，并且能够最优地利用两个制造装置的台架组件和工具。例如，具有工具装置地台架组件能够基本上连续使用而没有任何显著的空闲时间。一准备好一个上半部叶片和一个下半部叶片，台架组件和工具装置就能够用于开始准备另一个转子叶片。

根据本发明，制造转子叶片的方法包括步骤：

(A) 沿着叶片模具的纵向侧设置轨道对；

（B）设置第一台架组件以横跨轨道对并且在第一台架上放置第一工具装置，所述第一工具装置至少包括用于将纤维材料分配至叶片模具中的纤维分配器；

（C）设置第二台架组件以横跨轨道对并且在第二台架上放置第二工具装置，所述第二工具装置至少包括处理工具，用于为第一工具装置处理覆盖薄片；以及

（D）操作控制装置以实现台架组件沿着轨道对的协调运动并且协调第二工具装置的操作与第一工具装置的操作。

根据本发明的方法的优点是，有可能基本上同时在模具中制造叶片的半部，以使得叶片半部在质量方面相对应。

根据本发明，使用这样的方法制造风力涡轮机转子叶片。根据本发明的转子叶片的优点是纤维敷层能够由工具装置的协调操作以受控和高效方式完成。结果是纤维材料的高质量和均匀分布，在其中纤维材料不可能发展褶皱或皱痕，其与传统制造技术相比以显著更短的时间被获得。另一优点是第二工具装置能够总是向纤维分配器提供特定质量的纤维材料，以使得材料厚度能够根据在其中正铺设纤维材料的叶片的区域调整。以这种方式，根据本发明的方法使得有可能获得具有上好的结构质量的叶片，即便其制造时间可能比使用现有技术制造技术制造的叶片显著更短。

由从属权利要求给出本发明的特别有益的实施例和特征，其在下面的说明书中被揭示。不同权利要求类别的特征如果合适的话可以组合以给出在本文并未描述的其他实施例。

根据本发明的制造装置和方法特别适合于“干法敷层”工艺，在其中纤维（通常是玻璃纤维、碳纤维或类似物）在初始阶段中分布或者铺设在模具中。仅在两个叶片半模已经被连结之后将树脂浸渍到纤维材料中。转子叶片因此基本上制造成一体，因为在连结的叶片半部上执行树脂浸渍和固化阶段。这个工艺能够称作“模具辅助的树脂转移模塑成型”（VARTM）。当然，根据本发明的制造装置和方法也能够用在“湿法敷层”工艺中，在其中在敷层之前已经采用树脂浸渍诸如纤维垫的纤维材料；或者为了制造叶片半部，在将已固化叶片半部连结在一起之前对叶片半部分开执行树脂浸渍和固化。然而，在下文中但是不以任何方式限制本发明，可以假设纤维分配执行作为“干法敷层”工艺。

轨道对能够以任何合适的方式沿着叶片模具设置。优选地，制造装置包括轨道支撑结构，用于支撑轨道对的轨道以使得轨道的高度以一定间隙超过叶片模具高度。以这种方式，台架和工具装置能够以安全距离行进在叶片模具之上。台架和工具相对于叶片模具移动，叶片模具优选地在整个纤维敷层工艺中保持固定。

优选地，控制装置包括驱动单元，设置在台架中用于沿着轨道对移动台架；和/或致动单元，用于致动工具装置。例如，每个台架能够装备具有马达以沿着轨道对移动台架。为了允许平滑运动，台架能够在每个外端部上具有轮子或辊子的设置，设置成沿着轨道移动。为了致动工具装置，工具自身可以具有任意数目的致动机构，诸如能够由控制装置所控制的步进式马达。例如，能够实现控制装置以运行计算机算法，其向这样的致动机构发出控制命令。一个或多个算法能够实现作为计算机程序产品，当计算机程序产品载入控制装置的诸如可编程逻辑控制器（PLC）的可编程装置的存储器中时用于执行根据本发明的方法的相关步骤。优选地，操作控制装置以将台架组件从叶片模具的一个端部移动到另一个端部，而同时控制工具装置以执行合适的纤维分配步骤，取决于至少第一台架和纤维分配器相对于叶片模具的位置。

优选地，实现每个工具装置以至少部分地横过其台架。例如，能够实现纤维分配器以在第一台架的宽度之上移动，以使得纤维分配器能够到达模具的内表面的所有部分。

优选地实现纤维分配器以自动地分布或敷层纤维材料至叶片模具中。为此，在本发明的优选实施例中，纤维分配器实施作为能够被控制用于执行合适功能的机器人工具。机器人工具可以包括一个、两个或更多臂。优选地，纤维分配器实现作为机器人臂，其具有数个自由度，并且能够对接用于分配不同种类纤维材料的各种工具附件。在其自身上和/或连接至工具附件的这样的机器人臂可以在下文中称作“纤维分配器”。

纤维材料能够例如是纤维粗纱或纤维垫。可以通过组合数股细丝或纤维而预形成纤维粗纱以给出希望厚度和/或宽度和/或强度的粗纱或束，并且通常从模具的一个端部铺设至另一个端部（例如从根部端至尖端）以为转子叶片提供不间断的材料层。纤维粗纱通常卷绕在绕线筒或卷轴上直至它们被需要。在本发明的情况中，措词“第一类型的纤维材料”应该理解为包括纤维粗纱，并且能够包括玻璃纤维、碳纤维或任何其他合适的纤维，例如具有约9600g每1000m的线性质量密度（Tex）。相反地，纤维垫能够是纺织的、无纺的，或者具有一定厚度和宽度的纤维材料的“针织”垫。这些用于向叶片提供结构稳定性。纤维垫的长度通常卷绕在鼓盘或轮轴上直至它被需要。在本发明的情况中，措词“第二类型的纤维材料”应该理解为包括纤维垫。

用于多兆瓦涡轮机的转子叶片可以具有70m或更大的长度，以使得需要相当大量的纤维材料以填充半模。因此，需要纤维粗纱和/或纤维垫的供应源。在一个方法中，能够监控材料供应源以使得当纤维粗纱卷轴看起来运行低速时，能够带来更换卷轴并且提供至纤维分配器。然而，在本发明的优选实施例中，第一工具装置包括用于存储纤维粗纱的充足供应源的第一料斗。术语“充足供应源”可以理解为意味着例如对于至少一个叶片半模的敷层是充足的纤维粗纱的供应源。纤维粗纱能够卷绕在绕线筒上，如上面所描述的，并且数个这样的绕线筒能够设置在第一料斗中以使得纤维分配器能够自动地取得新的绕线筒并且当之前的绕线筒变成空的时连接至其，以使得纤维粗纱的分配能够被执行，基本没有中断或停机时间。

优选地实现纤维分配器以包括能够与各种工具附件对接的机器人臂，如上面所描述的。例如，第一工具附件能够专用于在模具中纤维粗纱的分布。这样的工具附件可以在下文中称作“纤维粗纱工具附件”。优选地，纤维分配器的纤维粗纱工具附件包括用于从粗纱供应源送入纤维粗纱的纤维进料机构。例如，安装至纤维粗纱工具附件的多个狭窄管能够成群地设置，以及粗纱丛或束能够从绕线筒引出并且穿过管进入纤维粗纱工具附件中。第二工具附件能够专用于在模具中的纤维垫的分配，并且这样的工具附件在下文中可以称作“纤维垫工具附件”。

纤维粗纱丛通常用某种胶料来处理或涂底漆以保护纤维免受损伤并且促进粗纱的处理。胶料也用作帮助树脂粘结至纤维的底漆，因此也改进了完工叶片的结构强度。然而，因为胶料使粗纱丛有效地***，所述胶料使得难以将粗纱敷设至弯曲的模具中。因此，在本发明的另一优选实施例中，第一工具装置包括***单元或“去胶器”，其被实现为在将纤维粗纱丛敷设在叶片模具中之前***在该纤维粗纱丛上的胶料。例如，***单元能够包括狭窄的弯曲管，粗纱丛在被敷设在模具中之前被拉穿过该管。拉粗纱穿过这样的弯曲管的动作能够足够***胶料。为了确保胶料的完全***以获得更柔性的粗纱，能够拉动粗纱穿过两个这样的弯曲管。***胶料的动作并未在物理地将胶料从粗纱移除。替代地，硬质的胶料“破碎”或“ 剥落”并且保持作为在粗纱纤维内的碎片。这确保了树脂将仍然能够良好地粘结至粗纱纤维。一个或多个***单元能够设置在纤维分配器上，例如作为纤维粗纱工具附件的一部分，在保持工具附件的机器人臂上，在提供纤维粗纱绕线筒的供应源的料斗上等。在任一情形中，来自绕线筒的粗纱能够被拉动穿过***单元的狭窄管。***单元能够包括任意数目的管，例如管的阵列，以使得能够在由纤维粗纱工具附件送出之前在对应数目粗纱上***胶料。

通常需要数个粗纱层以便获得转子叶片的希望材料厚度。然而，如果粗纱简单地疏松地敷设到模具中，那么可能产生皱痕或折痕。在粗纱的纵长方向中的任何中断意味着其强度减小。结果，粗纱中的褶皱或皱痕能够减损完工叶片的结构强度，并且能够促进疲劳损伤。因此，在本发明的特别优选实施例中，实现纤维分配器以敷设或引导覆盖薄片到已经敷设在模具中的纤维粗纱上。以这种方式，粗纱基本上立即经受压力，以使得它们被有效地压入模具中。粗纱的第一层因此能够被直接地压到模具表面上。随后被分配的粗纱层然后能够被有效地压到之前敷设的粗纱层上。对于每个粗纱层，覆盖薄片确保粗纱保持平坦和平滑，以使得基本上排除了褶皱或皱痕发展的可能性。因为覆盖薄片的功能是施加重量至粗纱，所以其可以称作“加重薄片”或“加重垫”。当然，第一工具装置也能够用于在初始步骤中将覆盖薄片直接敷设至模具表面上。为此，能够使用专用工具或工具附件。替代地，能够使用具有纤维粗纱工具附件的纤维分配器，但是没有供给任何纤维粗纱。

尽管任何合适的重材料可以用作覆盖薄片，但是覆盖薄片优选地包括沿纵向方向具有可忽略弹性的材料，例如具有在1－5 GPa范围内的杨氏模量的材料。例如，覆盖薄片或加重垫能够由合适的橡胶或合成材料制成，优选地具有有利的抗静电属性。优选地，覆盖薄片具有在2.0 mm至25.0 mm范围内的材料厚度，更优选地在5.0 mm至15.0 mm范围内。这样的材料能够有效地在纵长方向不被拉伸。因为覆盖薄片无法沿纵长拉伸，所述不存在粗纱由覆盖薄片沿纵长压缩或弄皱的风险。覆盖薄片有效地施加静负载到粗纱上，以使得这些有利地被保持就位。

覆盖薄片能够以任何合适的方式被敷设在粗纱之上。例如，处理工具能够跟随或追踪纤维分配器并且当第一台架沿着模具移动时将覆盖薄片敷设在粗纱之上。然而，在本发明的优选实施例中，纤维粗纱工具附件包括引导机构，其被实现以引导覆盖薄片穿过纤维粗纱工具附件，以使得覆盖薄片能够基本上直接敷设在粗纱之上（或者在起始步骤中，直接敷设到模具表面上）。在一个可能的实现方式中，覆盖薄片能够卷绕在安装于第二台架上的处理工具的卷轴或鼓盘上。覆盖薄片因此能够由处理工具分配。在第一步骤中，覆盖薄片的外端部能够被供给穿过纤维粗纱工具附件并且固定或固接至叶片模具的一个端部，例如在根端部处。合适的夹持机构能够用于固定覆盖薄片的端部。纤维粗纱工具附件由如上面所描述的纤维进料机构连接至纤维粗纱供应源，并且能够开始从多个绕线筒展开纤维粗纱，***胶料，并且供给粗纱穿过喷嘴或鼻部并进入模具中。在此同样地，合适的夹持机构能够用于初始地确保粗纱的端部以某种方式固定至模具的根端部，在第一台架开始朝模具向下行进之前。夹持机构能够实现作为诸如液压活塞的工具，例如作为无支撑装置或者设置在第二台架上，其能够施加足够的向下力以将粗纱和/或覆盖薄片保持就位。单个夹持机构能够用于将粗纱和覆盖垫二者保持就位。

第一和第二台架沿着在模具尖端部的方向的轨道平滑地移动，以使得纤维粗纱工具附件在根部对尖端方向敷设粗纱带。同时，覆盖薄片压在位于纤维粗纱工具附件后面的直接敷设的纤维粗纱上。在替代实施例中，第一台架和第二台架能够在初始步骤中被带至模具的一个端部，并且覆盖薄片能够在引导其穿过纤维粗纱工具附件之后固定在那个端部处。第二台架随后能够移动至相对的模具端部，以使得加重垫沿着模具的整个长度敷设。在后续步骤中，第一台架朝向另一端部移动，以使得纤维粗纱工具附件能够敷设粗纱带，而同时抬升加重垫以便将粗纱送入模具中。以这种方式，粗纱被有效地直接敷设在覆盖薄片之下，并且没有被给予任何机会发展出皱痕或折痕。在上面所描述的实施例中，纤维粗纱进料机构可能需要放置至纤维粗纱工具附件的一个侧，因为纤维分配器必须从上方连接至纤维粗纱工具附件，并且覆盖薄片必须穿过纤维粗纱工具附件的本体并且有效地“阻挡”纤维粗纱工具附件的任何尖端面和根端面。例如，纤维粗纱进料机构能够实现作为从纤维粗纱工具附件的一个侧面突出的管群（弯曲以***胶料）。

在本发明的另一优选实施例中，覆盖薄片实现为两个部分，并且包括第一薄片和第二薄片，以使得每个薄片能够在一个端部处附接至纤维粗纱工具附件。类似于上面所描述的实施例，能够通过将第一薄片的一个端部固定至纤维粗纱工具附件、并且随后当第一台架朝向模具的尖端部移动时从第二台架上的处理工具展开第一薄片而准备纤维粗纱敷层步骤。第二覆盖薄片的外端部也能够固定至纤维粗纱工具附件（例如在其“尖端”面上），并且用于卷绕或收集第二覆盖薄片的卷轴或鼓盘能够定位在模具的尖端部处。随后控制第一台架以朝向尖端部移动，允许纤维粗纱工具附件将粗纱送出至模具中。同时，由处理工具展开第一覆盖薄片，而响应于第一台架组件沿着轨道对的移动而将第二覆盖薄片再卷绕至第二卷轴上。在替代实施例中，纤维分配器自身可以被实现以放出第一覆盖薄片并且卷起或收集第二覆盖薄片。为此，例如可以实现纤维粗纱工具附件以在其尖端侧面上和在其根部侧面上支撑覆盖薄片的整个卷轴。在这些实施例中，当纤维分配器沿着模具移动时能够由控制装置致动覆盖薄片卷轴。尽管这些实施例需要两个覆盖薄片，它们可以是优选的，因为纤维粗纱工具附件无需抬升起重的覆盖薄片以便将粗纱送入模具中。此外，这些实现允许更灵活的方法来设计纤维粗纱工具附件。例如，粗纱进料机构能够设置在基本上方块形的纤维粗纱工具附件的四个竖直面的任一个上。

在本发明的优选实施例中，纤维进料机构设置在纤维粗纱工具附件的上部面上。以这样的方式，使得“竖直进料”成为可能，并且对于纤维粗纱材料供应源的位置或设置没有约束。例如，包含绕线筒供应源的用于纤维粗纱工具附件的料斗能够放置在第一台架上的任何方便的点上。其设置不受约束，对于纤维进料机构的横向设置，可能就是这种情况。

在大型转子叶片的敷层中也需要相当数量的纤维垫。因此，在本发明的另一优选实施例中，第二工具装置包括用于存储纤维垫的充足供应源的第二料斗。在此同样地，术语“充足供应源”可以理解意味着例如足以用于至少一个叶片半模的敷层的纤维垫的供应源。例如，数个纤维垫的卷轴能够设置在第二料斗中。

根据本发明的方法允许优化纤维分配工艺的效率。例如，在本发明的优选实施例中，第二工具装置能够包括实现为向第一工具装置提供纤维垫的送料工具。送料工具能够例如将纤维垫的长度从卷轴转移至纤维垫工具附件。换言之，送料工具能够“装载”这样的纤维垫工具附件，并且能够“停放”该工具附件准备就绪用于纤维分配器，分配器能够“收集”所装载的工具附件并且前进以施加纤维垫至模具。优选地，第二料斗装备有送料工具，当纤维分配器忙于另一个纤维垫工具附件时能够准备至少一个这样的额外纤维垫工具附件。以这种方式，纤维垫能够被不受任何中断地分布或者敷层，因为装载的工具附件能够总是准备好并等待纤维分配器。

风力涡轮机转子叶片的不同区段或区域具有关于结构强度和挠性的不同需求。尽管确保某一最小材料厚度是重要的，但是也重要的是考虑在风力涡轮机的操作期间作用在各种叶片区域上的不同负载效应。根据本发明的方法和制造装置允许在纤维材料敷层阶段期间以非常高效的方式考虑这些方面。为此，在本发明的优选实施例中，实现第二工具装置以选择纤维垫的特定类型和/或切割纤维垫的特定长度。

在本发明的优选实施例中，第二工具装置包括用于将纤维垫卷轴从纤维材料供应源抬升至卷绕单元的抬升工具。这能够以任何合适的方式实现。然而，在本发明的优选实施例中，第二台架包括强健的框架，纤维垫供应源能够存储在其中，例如以倾斜阵列，以使得纤维垫的每个卷轴可从上方接近。优选地，抬升工具包括实现为以侧对侧方式横穿料斗框架的滑架，以及将纤维垫卷轴抬升至卷绕单元中的抓取装置（例如钩对）。为此，在本发明的优选实施例中，抬升工具优选地包括致动器，用于致动滑架和/或用于致动抓取装置以便选择纤维垫卷轴以用于装载至卷绕单元中。这些致动器能够由控制装置所控制。

优选地操作控制装置以向第一和第二台架的致动器以及第一和第二工具装置发出相应命令。例如，具有不同材料厚度的纤维垫的卷轴能够装载至第二料斗上，并且能够控制第二工具装置以选择特定的纤维垫卷轴，将那个卷轴抬升至卷绕单元，并且从那个卷轴展开一定长度的纤维垫并且将那个纤维垫长度装载至纤维垫工具附件中。随后由控制装置控制纤维分配器以收集那个装载的工具附件并且施加该纤维垫长度至叶片模具中的特定区域。例如，控制装置能够规定纤维垫的希望类型和长度，以及根据第一台架沿着叶片模具的位置那个纤维垫的取向（侧对侧；根部对尖端）。如上所指出的，控制装置能够根据它们相对于叶片模具的位置而控制台架和工具装置。能够在之前已经执行了转子叶片模型的有限元分析以确定在转子叶片的特定区域处的最小材料强度以及确定需要由特定叶片区域承受的最小负载。使用这个信息，控制装置能够确定对于整个叶片的最优纤维材料分布，并且然后能够相应地控制工具装置。对于叶片类型的最优纤维材料分布以及对应的工具“编排”和获得那个纤维材料分布所需的台架控制步骤能够限定在合适的控制算法或程序中。通过运行那个程序以执行所限定的步骤，有可能获得多个基本上相同的转子叶片，每个叶片具有基本上相同的质量。

以这样的方式，能够实现非常精确地裁剪的纤维材料敷层。这随后将确保结构可靠的转子叶片，其不比所必须的重，但是具有有利的长寿命。

根据本发明的生产线不限于只使用一对叶片半部。在本发明的另一实施例中，每个制造装置的轨道对优选地设置成容纳在轨道之间依次设置的多个叶片模具。例如，第一排上叶片半部模具能够根部对尖端地设置在第一制造装置的轨道之间，而第二排下叶片半部模具能够根部对尖端设置在第二制造装置的轨道之间。当完成了第一对叶片半部的纤维敷层时，台架和工具装置能够简单地沿着轨道前进以开始在叶片半模的下一对中的敷层。在这期间，能够准备第一叶片的根端部，例如通过将根部衬套环放入完工的下半模中；转动完工的上半模并且将其降低至下半模上；密封半模；以及执行浸渍和固化工艺，诸如VARTM工艺。

附图说明

从以下详细说明书结合附图考虑，当前发明的其他目标和特征将变得明显。然而要理解的是，附图被设计仅为了说明目的，并且不作为本发明限制的定义。

图1是根据本发明的生产线的实施例的示意图；

图2是在初始阶段处根据本发明的制造装置的实施例的示意图；

图3是在后续阶段期间图2的制造装置的示意图；

图4是根据本发明的用于制造装置的第一台架的实施例的详细示意图；

图5是根据本发明的用于制造装置的纤维垫料斗的实施例的详细示意图；

图6示出了根据本发明的穿过制造装置的工具附件的第一实施例的示意剖视图；

图7示出了根据本发明的穿过制造装置的工具附件的第二实施例的示意剖视图。

在附图中，相同的附图标记是指全文中相同的目标。附图中的目标无需按照比例绘制。

具体实施方式

图1是根据本发明的生产线100的实施例的示意图。该生产线100的这个示例性实施例由两个制造装置1构成，每个专用于特定类型叶片半部的构建。例如，一个制造装置1用于制造上半部，并且包括傍着一排上叶片半模M1设置的轨道11A、11B对。另一个制造装置1用于制造下半部，并且也包括轨道11A、11B对，在这种情形中，轨道11A、11B傍着一行下叶片半模M2设置。

每个制造装置1具有第一台架2和第二台架3，设置成使得台架2、3横跨轨道11A、11B并且能够沿着轨道11A、11B移动。控制单元10控制每个台架2、3沿着轨道对11A、11B的行进，并且发出控制信号102、103以分开地或一起地以相同速率（同步地）或不同速率移动台架2、3，按照所需要的。附图对于每个制造装置1示出了分开的控制单元10，但是应该理解的是，每个制造装置1的台架2、3能够由共同的控制器控制。

各种工具装置（在这个图中未示出）安装在台架2、3上。操作工具装置和台架2、3来以协调方式执行纤维敷层步骤以使得纤维垫和纤维粗纱敷设在每个半模M1、M2的根端部M_root和尖端部M_tip之间。在敷层工序期间，控制单元10能够将制造装置1的第一台架2视作“主台架”，并且能够根据第一工具装置的要需以及第一台架2相对于模具的位置而控制第二台架3（“从台架”）和第二工具装置的操作。例如，控制单元10能够追踪纤维分配器的敷层速率，并且能够采取必要的步骤以确保工具附件被装载并准备好用于纤维分配器，并且能够将第二台架移动到位以使得纤维分配器的机器人臂能够卸载“空的”工具附件并且收集新的已装载工具附件。能够由控制装置10根据第一台架2沿着模具M1、M2的位置D₂而确定正敷设的纤维材料的类型和/或数量和/或方向。两个制造装置1能够同时操作。以这种方式，上叶片半部和下叶片半部能够同时准备。一旦为半模M1、M2对完成了干法敷层，台架2、3移动至下一对半模M1、M2，而第一模具对能够被结合准备用于VARTM树脂浸渍和固化工序。根据本发明的这个生产线100和方法显著减少了叶片在模具中的时间并且因此能够降低风力涡轮机转子叶片的总制造成本。

图2是在纤维敷层工艺中的初始阶段处根据本发明的制造装置1的实施例的示意图。该附图示出了叶片模具M1、M2的区段，以及位于模具M1、M2之上的台架2、3。台架2、3装备有辊子221和驱动机构（未示出）以允许沿着轨道11A、11B在由箭头所示的两个方向平滑行进。轨道11A、11B沿着支撑腿部110的合适的装置设置。

第一台架2承载了纤维分配器20，实现作为具有数个自由度的机器人臂200。机器人臂200能够操作各种工具附件。视图示出了正用于施加纤维垫42的长度至模具M1、M2的内侧的纤维垫工具附件23。已经由设置在第二台架3的料斗30中的卷绕单元将希望的纤维垫类型的纤维垫42切割到希望的长度，其将借助图5进行解释。该附图也示出了实现成保持覆盖薄片5的另一工具31，覆盖薄片5已经卷绕在卷轴或鼓盘周围。当正敷设纤维粗纱时，覆盖薄片5将用于向下压纤维粗纱，其将借助图3进行解释。

图3是在另一阶段期间图2的制造装置的示意图。该附图示出了连接至纤维粗纱附件工具22的纤维分配器20的机器人臂200。这个工具附件22从绕线筒（未示出）吸入纤维粗纱41。拉动粗纱41或束41穿过弯曲管224以***并移除任何胶料。在工具附件22内，辊子（未示出）的设置将粗纱41供给至模具M1、M2的表面上。为了确保粗纱41被压抵靠模具M1、M2的表面，实现工具附件22以在覆盖薄片5下方施加粗纱41，覆盖薄片用于当施加它们时压低粗纱41。在这个实施例中，已经延伸在叶片表面的长度之上（例如从根端部至尖端部）的覆盖薄片5被供给穿过工具附件22，其能够抬升覆盖薄片5以使得粗纱41能够被施加至模具M1、M2。当具有这个工具附件22的第一台架沿着轨道移动时，其抬升覆盖薄片5并且同时地施加纤维粗纱41至叶片模具M1、M2。以这种方式，粗纱41被最优地压到叶片表面M1、M2上。此外，如果希望的话，能够通过抽取在模具表面和粗纱41之间的空气而施加负压至模具M1、M2。

图4是根据本发明的用于制造装置的第一台架2的实施例的示意图。在这个实施例中，台架2在每个外端部上具有辊子221以使得台架2能够沿着轨道11A、11B滚动。该附图示出了具有机器人臂200和用于连接至如上面所描述的各种工具附件的连接器203的纤维分配器20。在这个实施例中，第一料斗21已经抬升至第一台架2上。为此，第一台架2能够装备有支座，并且叉车装置能够用于将第一料斗21抬升至支座上就位。第一料斗21承载具有纤维粗纱41的绕线筒的供应源。机器人20能够接近这个纤维粗纱41的供应源以确保能够有效地使用纤维粗纱工具附件22。由控制装置（未示出）发出的信号102控制纤维分配机器人20的操作。

图5是根据本发明的用于制造装置的第二料斗30的实施例的详细示意图，第二料斗设置在第二台架3上，其被实现为横跨制造装置的轨道11A、11B。第二料斗30包括用于保持卷绕在卷轴或鼓盘420上的纤维垫的供应源的架子304，以及滑架302，其能够以侧对侧的方式横穿第二料斗30以使得例如钩对的抓取器303能够接近每个纤维垫卷轴420。第二料斗30也装备有例如驱动单元和辊子/轨道设置（未示出）的致动器，用于实现滑架302的移动和抓取器303的抓取动作。以这种方式，控制装置（未示出）能够控制第二工具装置以装载具有某一类型纤维垫的卷绕单元301，并且能够指示卷绕单元301以将特定长度的纤维垫传输至纤维垫工具附件23。实现第二料斗30以放置已装载的工具附件23准备好用于纤维分配器，分配器能够借由机器人连接器接口202而连接至工具附件23，并且能够使其抬升离开第二料斗30。由控制装置（未示出）发出的信号103控制具有其卷绕/切割单元301、滑架302、抓取器303和致动器的第二料斗30的操作。

该附图也示出了卷绕在鼓盘上并且由分配器31或处理工具31所支撑的覆盖薄片5，在纤维粗纱分配步骤期间，分配器31或处理工具31按照需要能够分配覆盖薄片5或重卷覆盖薄片5。在这个实施例中，第二料斗30示出为与覆盖薄片分配器31共用第二台架3。在替换实施例中，第二料斗30能够延伸越过第二台架3，以使得架子304能够存储纤维垫卷轴420的更大供应源。在另一替代例中，第二料斗30能够容纳两个卷绕单元301，以使得数个工具附件23能够采用某种特定长度纤维垫填装以准备好由纤维分配器使用。

第二料斗30也能够用于存储纤维粗纱工具附件，即保持这样的工具附件以准备好用于机器人臂。也能够实现第二台架3以保持纤维粗纱绕线筒的供应源，并且也可以实现成在粗纱分配工序期间将纤维粗纱供给至纤维粗纱工具附件。

在第二台架的功能的进一步发展中，活塞或辊子设置（未示出）能够用于施加压力至由纤维分配工具所敷设的纤维材料层，或者施加压力至覆盖了纤维材料层的覆盖薄片。

图6示出了在粗纱敷设步骤期间穿过纤维粗纱工具附件22的简化剖视图。覆盖薄片5已经在根端部和尖端部之间敷设在模具M1、M2的长度之上。纤维分配工具20的机器人臂200借由接口202连接至纤维粗纱工具附件22，接口能够是从自动组装线已知的标准连接器，包含控制信号接口以及用于纤维粗纱工具附件22中的任何驱动单元的电源线。在这种实现方式中，构造纤维粗纱工具附件22以允许覆盖薄片5在辊子221的设置之上穿过纤维粗纱工具附件22。以这种方式，纤维粗纱工具附件22能够在纤维粗纱工具附件22下方的区域中将覆盖薄片5抬升远离模具M1、M2。纤维粗纱41从如上面所描述的绕线筒供应源供给到纤维粗纱工具附件22。通过拉动粗纱41穿过纤维进料机构224的弯曲管224的设置而***胶料，纤维进料机构设置在纤维粗纱工具附件22的一个侧面处。穿过进料机构224到达的粗纱41随后能够组合为具有一定希望宽度的带。驱动单元222安装在纤维粗纱工具附件22内，并且能够从侧移动至侧（即移入或移出绘图平面），以及能够将粗纱41带送出至模具M1、M2上。设置驱动单元222以使得粗纱直接地敷设到在重的覆盖薄片5下方的模具M1、M2上，覆盖薄片的重力F_G将粗纱41有效地压到模具M1、M2上。覆盖薄片5能够是具有约10.0mm厚度的合成橡胶垫5。同时，当它们被送出时，驱动单元222能够向粗纱41施加希望的张力F_T。覆盖薄片5的重力F_G与由纤维粗纱工具附件22所施加的张力F_T的组合确保粗纱41当其被敷设在模具中时不会褶皱。尽管这个附图示出了五个辊子221的设置，在工具附件的下部区域中仅放置两个辊子的实施例也是可以想象的。

图7示出了在粗纱敷设步骤期间穿过纤维粗纱工具附件22的另一实施例的简化剖视图。在这个实施例中，一个覆盖薄片5A已经在根端部和尖端部之间敷设在模具M1、M2的长度之上，并且在一个端部固定至工具附件22，在这种情形中固定至工具附件22的“尖端面”。当工具附件22朝向模具M1、M2的尖端部移动时，这个覆盖薄片5A的另一端部能够重卷至所安装的卷轴或鼓盘上。第二覆盖薄片5B的一个端部固定至工具附件22的“根端面”，并且当工具附件22沿所示方向朝向尖端部移动时能够从卷轴展开。在此同样地，机器人臂200借由标准接口202连接至纤维粗纱工具附件22。在这个实施例中，纤维粗纱工具附件22无需实际地将覆盖薄片抬升远离模具M1、M2，以使其实现方式更不复杂。这个实施例允许纤维进料224安装在纤维粗纱工具附件22顶部上。在此同样地，如上面所描述的驱动单元222安装在纤维粗纱工具附件22内并且能够将粗纱41带送出至模具M1、M2上。设置驱动单元22以使得粗纱在第二覆盖薄片5B下方直接地敷设至模具M1、M2上，第二覆盖薄片的重力F_G有效地将粗纱41压到模具M1、M2上。同时，当它们正被送出时，驱动单元222能够向粗纱41施加希望的拉力F_T。第一覆盖薄片5A确保连续地压低之前敷设的粗纱41层。

尽管已经以优选实施例及其变形例的方式公开了当前发明，但是将理解的是能够不脱离本发明的范围而对其做出许多额外的修改和变形。例如，任何合适的机构都能够用于向被敷设的粗纱施加压力。这样做的一种可能方式可以是使用纤维压缩工具，诸如辊子或活塞，来向先前敷设的纤维材料层和/或覆盖薄片上施加压力。

为了清楚起见，要理解的是，在这个申请的全文中“一”或“一个”的使用并未排除多个，并且“包括”并未排除其他步骤或元件。“单元”或“模块”的提及并未排除使用多于一个的单元或模块。

Claims (17)

1.一种用于制造转子叶片的制造装置（1），包括：

－轨道对（11A，11B），沿着叶片模具（M1，M2）的纵向侧设置；

－第一台架组件（2），实现为横跨所述轨道对（11A，11B）以及承载第一工具装置（20，21），所述第一工具装置（20，21）至少包括用于将纤维材料（41）分配至叶片模具（M1，M2）中的纤维分配器（20）；

－第二台架组件（3），实现为横跨所述轨道对（11A，11B）以及承载第二工具装置（30，31），所述的第二工具装置（30，31）至少包括处理工具（31），用于为所述纤维分配器（20）处理覆盖薄片（5，5A，5B），所述覆盖薄片（5，5A，5B）实现为施加压力至所分配的纤维材料（41）；以及

－控制装置（10），实现为实现台架组件（2，3）沿着所述轨道对（11A，11B）的协调移动以及协调所述第二工具装置（31）的操作与所述第一工具装置（20）的操作。

2.根据权利要求1所述的制造装置，其中，所述纤维分配器（20）实现为将纤维粗纱（41）和/或纤维垫（42）分配至叶片模具（M1，M2）中。

3.根据权利要求1或2所述的制造装置，其中，所述纤维分配器（20）包括***单元，实现为在纤维材料（41）分配至所述叶片模具（M1，M2）中之前***纤维材料（41）的胶料。

4.根据权利要求1或2所述的制造装置，其中，所述第一工具装置（20）实现为将覆盖薄片（5，5A，5B）敷设至由所述纤维分配器（20）分配的纤维材料（41）上。

5.根据权利要求1或2所述的制造装置，其中，所述覆盖薄片（5，5A，5B）包括沿纵向方向基本上可忽略的弹性。

6.根据权利要求1或2所述的制造装置，其中，所述覆盖薄片（5，5A，5B）具有在2.0 mm至25.0 mm范围内的材料厚度。

7.根据权利要求6所述的制造装置，其中，所述覆盖薄片（5，5A，5B）具有在5.0mm至15.0mm范围内的材料厚度。

8.根据权利要求1或2所述的制造装置，包括引导机构（221），实现为引导覆盖薄片（5）穿过所述纤维分配器（20）的纤维分配器工具（22）。

9.根据权利要求1或2所述的制造装置，其中，所述覆盖薄片（5A，5B）包括第一薄片（5A）和第二薄片（5B），以及其中，响应于所述第一台架组件（2）沿着轨道对（11A，11B）的移动而松开第二薄片（5B）并收回第一薄片（5A）。

10.根据权利要求1或2所述的制造装置，包括引导机构（221），实现为引导覆盖薄片（5）穿过所述纤维分配器（20）的纤维分配器工具（22），其中，所述纤维分配器（20）包括纤维进料机构（224）,用于从纤维材料供应源（21）供给纤维材料（41），所述纤维进料机构（224）设置在所述纤维分配器（20）的纤维分配器工具（22）的上面上。

11.一种用于根据权利要求1至10任一项所述的制造装置（1）的纤维分配器工具（22），所述纤维分配器工具（22）包括：

－连接器（202），用于连接至第一工具装置（20）的纤维分配器（20）的机器人臂（200）；

－抬升机构，用于将覆盖薄片（5，5B）从模具（M1，M2）抬升；以及

－送料机构（222，223），用于在抬升的覆盖薄片（5，5B）下方分配纤维材料（41）至叶片模具（M1，M2）中。

12.一种用于制造风力涡轮机转子叶片的生产线（100），所述生产线（100）包括：

－第一制造装置（1），根据权利要求1至10任一项所述，用于制造上叶片半部，其中，轨道对（11A，11B）沿着上叶片模具（M1）的纵向侧设置；以及

－第二制造装置（1），根据权利要求1至10任一项所述，用于制造下叶片半部，其中，所述轨道对（11A，11B）沿着下叶片模具（M2）的纵向侧设置；

其中，所述第一和第二制造装置（1）的控制装置（10）实现为协调工具装置（20，21，30，31）的操作以使得叶片半部基本上被同时制造。

13.根据权利要求12所述的生产线，其中，设置每个制造装置（1）的轨道对（11A，11B）以容纳在所述轨道（11A，11B）之间依次设置的多个叶片模具（M1，M2）。

14.一种制造转子叶片的方法，所述方法包括步骤：

（A）沿着叶片模具（M1，M2）的纵向侧设置轨道对（11A，11B）；

（B）设置第一台架组件（2）以横跨轨道对（11A，11B）并且在第一台架组件（2）上放置第一工具装置（20，21），所述第一工具装置（20，21）至少包括纤维分配器（20），用于将纤维材料（41，42）分配至叶片模具（M1，M2）中；

（C）设置第二台架组件（3）以横跨所述轨道对（11A，11B）并且在第二台架组件（3）上放置第二工具装置（30，31），所述第二工具装置（30，31）至少包括处理工具，用于为纤维分配器（20）处理覆盖薄片（5，5A），所述覆盖薄片实现为施加压力至所分配的纤维材料；

（D）操作控制装置（10）以实现台架组件（2，3）沿着轨道对（11A，11B）的协调移动并且协调第二工具装置（30，31）的操作与所述第一工具装置（20，21）的操作。

15.根据权利要求14所述的方法，包括步骤：致动所述纤维分配器（20）以抬升覆盖薄片（5）；在抬升的覆盖薄片（5）下方分配纤维材料（41）；将覆盖薄片（5）降低到所分配的纤维材料（41）上。

16.根据权利要求14至15任一项所述的方法，其中，操作所述控制装置（10）以基于台架组件（2）相对于转子叶片模具（M1，M2）的位置（D₂）而控制台架组件（2，3）和/或工具装置（20，21，30，31）。

17.一种风力涡轮机转子叶片，所述风力涡轮机转子叶片使用根据权利要求14至16任一项所述的方法制造。