CN105451973A - 用于制造复合成型件的方法和复合成型件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合成型件(1)、尤其按照根据本发明的方法制造的复合成型件、尤其用于风能设备，所述复合成型件具有热塑性塑料和纤维复合件半成品。根据本发明提出：所述纤维复合件半成品具有柔性的、编织物状的纤维体系(20)，所述热塑性塑料作为成型的芯材料(2A)分布在所述纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的所述纤维体系(20)中并且与编织物状的所述纤维体系(20)连接，其中编织物状的所述纤维体系(20)在具有所述成型的芯材料(2A)的复合件中具有交叉的、朝向彼此定向的纤维(21，22)，所述纤维在交叉点中具有纤维角，所述纤维角在10°和90°之间、尤其所述纤维角在30°和60°之间，优选所述纤维(21，22)以公差范围为+/-5°的45°的纤维角朝向彼此定向，并且其中编织物状的所述纤维体系(20)在复合件中形成所述复合成型件(1)的外部的功能层。

Description

用于制造复合成型件的方法和复合成型件
技术领域
一种根据权利要求1的前序部分所述的用于制造复合成型件、尤其用于风能设备的复合成型件的方法，所述复合成型件具有热塑性塑料和纤维复合件半成品。本发明还涉及一种复合成型件、一种夹层构件、一种转子叶片元件和一种风能设备。
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。
因此，风能设备的转子叶片现今主要由纤维复合材料构成，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。
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。
风能设备的转子叶片通常由纤维增强型构件构造；所述纤维增强型构件通常具有主要为在树脂状的层压基质材料中的玻璃和/或碳纤维。这种或者其它纤维可以在转子叶片的纵轴线中或者沿着转子叶片的纵轴线取向，其中纤维的精确的定向通常难以控制。但是，基本上可以关于在运行期间出现的离心力或重力优化转子叶片。所述纤维的取向事实上可根据制造过程来影响。在此，可能至关重要的是，使用何种类型的纤维半成品；这些纤维半成品可包括织物、纤维网(Gelege)、垫、粗纱以及填充材料、片、针或者染料。用于制造纤维复合构件的方法是多种多样的。现在，包括人工铺设法、预浸材料技术、真空注射法(Vakuuminfusionsverfahren)、纤维缠绕法、注塑成型件、纤维喷涂、压塑件、挤塑成型件以及片状模塑料(CMC)的方法是已知的。注塑成型件例如以成本适宜的注塑成型法制造，其中通常使用玻璃纤维。
在DE10336461中描述了一种用于制造为纤维复合构型的转子叶片的方法，其中制造形成转子叶片的外轮廓的壳并且由具有预设的长度的纤维束制造承载结构以及将承载结构运输到壳中，所述纤维束相应地以硬化的复合材料浸渍。
US4,242,160提出一种方法，其中一件式的纤维增强型转子叶片由接合的内部的和外部的纤维增强的壳构成。内部的包覆物通过连接分开地构成的管状的半部制成。外部的壳在内壳的外侧上优选通过缠绕多个纤维增强的环氧树脂材料的绕组构造。
纤维缠绕法、尤其作为用于将连续纤维束(粗纱)铺设到至少近似柱形的模具上的技术，确保用于纤维的定位和取向的高精确性，所述无穷尽纤维束经由其它方法步骤浸渍和硬化。为了缠绕纤维，构件的本体是纤维复合材料的之后的形状。在缠绕纤维时，附加地还在已失去的和可再次使用的芯之间进行区分，其中已失去的芯可以是所述结构的功能构件。
在US2012/0261864中提出一种方法，其中纤维材料铺设到模具表面上，类似于待制造的纤维增强的结构的负像。在此，纤维材料的束铺设到表面上并且定向为，使得通过施加低的压力提供纤维增强的结构。
在高性能复合机构中，纤维预成型坯注入有树脂并且制造用于连续纤维增强的复合构件的符合要求的、成本适宜的纤维预成型坯(所谓的预成型件)。这些预成型件就符合要求的纤维取向、局部的符合要求的纤维堆积和外部轮廓而言是“定做的”。如此制造的预成型坯可以通过常规的生产过程加工为所谓的高压釜预浸渍构型的构件。
德国专利商标局在优先权申请中检索了下述现有技术：DE4300208A1、DE10336461A1、DE102012201262A1、EP0402309A1、EP0697275A2、EP0697280A1、EP1992472A1和WO94/19176A1。
发明内容
本发明由此出发，其目的是：提出一种改进的用于制造复合成型件的方法、一种复合成型件以及一种夹层构件、一种转子叶片元件和一种风能设备，它们关于现有技术得以改进，但是至少针对在上文中所描述的问题中的一个。至少要提出针对在现有技术中已知的解决方案的一个替选的解决方案。尤其，关于所述制造方法要提供制造复合成型件的简单且可控的可行性。特别地，要显示出复合成型件在静态的和动态的负荷方面的至少一个优化的特性。尤其，所述制造方法和具有有取向的并且相应定向的纤维的复合成型件要以改进的方式抵抗作用力。此外，所述制造方法和复合成型件或夹层构件、转子叶片元件以及风能设备要使用优化的层体系，所述层体系在工艺方面和/或材料方面实现改进的功能性。尤其，所述复合构件和所述方法要实现长期的并且针对负荷作用的刚度和/或强度，优选在不仅提高弯曲刚度而且在提高剪切刚度的情况下。
所述目的在制造方法方面通过本发明借助于权利要求1的方法来实现。
本发明以用于制造复合成型件、尤其用于风能设备的复合成型件的方法为出发点，所述复合成型件具有热塑性塑料和纤维复合件半成品，其中所述方法根据本发明具有下述步骤：
-提供热塑性塑料和具有柔性的、编织物状的纤维体系的纤维复合件半成品，
-使作为成型的芯材料的热塑性塑料在纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的纤维体系中分布并且将其与编织物状的纤维体系连接，其中
-在具有成型的芯材料的复合件中的柔性的、编织物状的纤维体系具有交叉的纤维，所述纤维朝向彼此定向，并且
-所述纤维在交叉点中具有纤维角，所述纤维角在10°和90°之间、尤其所述纤维角在30°和60°之间，优选所述纤维以公差范围为+/-5°的45°的纤维角朝向彼此定向，并且其中
-在复合件中的编织物状的纤维体系形成复合成型件的外部的功能层。
优选地，纤维以公差范围为+/-5°的45°的纤维角朝向彼此定向。
关于所述复合成型件，所述目的通过本发明借助于权利要求6的复合成型件实现。本发明以如下复合成型件、尤其根据上述方法制造的、尤其用于风能设备的复合成型件为出发点，所述复合成型件具有热塑性塑料和纤维复合件半成品。根据本发明提出：
-所述纤维复合件半成品具有柔性的、编织物状的纤维体系，
-所述热塑性塑料作为成型的芯材料分布在纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的纤维体系中并且与编织物状的纤维体系连接，其中
-在具有成型的芯材料的复合件中所述编织物状的纤维体系具有交叉的、朝向彼此定向的纤维，
-所述纤维在交叉点中具有纤维角，所述纤维角在10°和90°之间、尤其所述纤维角在30°和60°之间，优选所述纤维以公差范围为+/-5°的45°的纤维角朝向彼此定向，并且其中
-所述编织物状的纤维体系在复合件中形成复合成型件的外部的功能层。
编织物状的纤维体系基本上宽泛地理解为任何类型的束状物体系，所述束状物体系在交叉的、朝向彼此定向的纤维方面具有一定可变性。优选地，这是：编织件或编织物，其中由易弯曲的并且就此而言包括纤维材料的这种柔性材料构成的多个束状物交织；或针织物，其中易弯曲的并且就此而言包括纤维材料的这种柔性材料自身交织，形成网眼的丝体系如针织品也是可行的。除此之外也可行的是织物状的结构，其中束状物(虽然不那么优选但是可行的)完全地或者部分地直角地或者近似90°地朝向彼此引导，优选在交叉点中具有如下纤维角，所述纤维角优选在10°和90°之间，所述纤维角优选在30°和60°之间，优选纤维以公差范围为+/-10°的45°的纤维角朝向彼此定向或者在特定的其它纤维角的情况下以+/-5°的公差范围朝向彼此定向。
尤其是，据此这些类型的束状物体系是特别优选的，其纤维角此外可根据待引入的成型的芯材料的尺寸和形状可变地设置，尤其自动地可变地设置。据此特别优选的是具有可变的纤维角的柔性的和可变地成型的编织物状的纤维体系。一些纤维体系特别好地辅助该特性，例如尤其是编织物状的纤维体系，所述编织物状的纤维体系从如下组中选择，所述组由编织件、针织物、针织品构成。
为了在其它的部件或者设备方面实现所述目的，本发明着重于权利要求13的夹层构件和权利要求14的转子叶片元件以及权利要求15的风能设备。
夹层构件包含至少一个、尤其多个复合成型件以形成芯构件。芯构件至少单侧地、优选双侧地由至少一个覆盖层覆盖。在一个改进方案中，夹层构件的芯构件以吸收力的覆盖层片覆盖，所述覆盖层片通过芯构件的芯材料保持间隔。当前的改进方案实现：在重量小的情况下，将之前所提到的具有有限最大值的特性组合集成在夹层构件中，所述夹层构件总体而言在负荷作用较高时通常耐久地抵抗额定值的线性增长。尤其地，夹层构造由于编织物状的纤维体系而具有改进的剪切刚度和弯曲刚度，所述纤维体系在具有成型的芯材料的复合件中具有交叉的纤维，所述纤维朝向彼此定向，并且所述纤维在交叉点中具有纤维角，所述纤维角在30°和60°之间，尤其其中所述纤维以公差范围为+/-5°的45°的纤维角朝向彼此定向。
在一个优选的改进方案中，转子叶片元件包含至少一个、尤其多个复合成型件作为芯材料。该改进方案将优化的复合成型件集成到转子叶片中、尤其在制造过程中集成到转子叶片的半壳中；由此可以实现改进的耐久性、尤其改进的抗压强度或者改进的剪切刚度和弯曲刚度。以这种方式，关于运行期间出现的离心力或重力优化转子叶片。在此，通过使用该复合构件，由于成型的芯作为热塑性塑料而实现将裂纹最小化或者最小化的裂纹蔓延。
风能设备具有塔、吊舱和转子，所述转子具有转子轮毂和多个转子叶片，其中转子叶片具有至少一个根据本发明的设计理念的转子叶片元件，和/或塔、吊舱和/或转子轮毂具有根据本发明的设计理念的夹层构件。
因为对于转子叶片的结构动态性而言由于转子叶片尺寸设计得越来越大也可预期负荷越来越大，所以该负荷可以通过根据本发明的设计理念的复合构件的材料特定的特征变量抵消。
基本上，本发明的设计理念通常在复合成型件中予以考虑，也与制造方法无关。然而特别是已证实如下复合成型件是有利的，所述复合成型件按照根据本发明的设计理念的制造方法来制造。然而，基本上也可以使用其它的制造方法作为所要求的制造方法。
本发明以如下考虑为出发点：如在现有技术中所描述的纤维复合材料能够抵抗负荷作用。对复合构件的较高要求或者对特定的复合构件例如转子叶片的较大的几何尺寸设计的较高要求需要针对复合构件的新方法，其中也要考虑制造方法中的资源和效率。尤其，借助于根据本发明的编织物状的纤维体系在具有成型的芯材料的复合件中实现复合成型件中的较高的弯曲刚度和剪切刚度，因为该纤维体系具有交叉的纤维，所述纤维朝向彼此定向并且所述纤维在交叉点中具有纤维角，所述纤维角在30°和60°之间，优选所述纤维以公差范围为+/-5°的45°的纤维角朝向彼此定向。
本发明已认识到，在根据本发明的复合成型件中，根据纤维基质复合构件的类型，沿着纤维方向的强度和刚度明显高于横向于纤维方向的强度和刚度。然而，因为负荷如牵拉或者挤压的作用并不总是垂直于表面法线，所以不如说所述作用会由纤维复合构件中仅仅沿着一个方向取向的纤维限制。本发明提出交叉的纤维的功能取向，所述功能取向将在表面中作用到构件上的力或负荷作用降低到最小。为此，根据本发明提出，交叉的纤维朝向彼此定向并且在交叉点中具有纤维角，所述纤维角在30°和60°之间，优选所述纤维以公差范围为+/-5°的45°的纤维角朝向彼此定向。
由于可变地朝向彼此定向的纤维，用来制造这种有取向的复合成型件的方法可以在技术上简单且成本适宜地执行。
功能定向实现：制造面向负荷的复合成型件，所述复合成型件经受分配成型的芯材料的方法并且实现外部的层作为功能层的构成。该层的特征在于作为功能层，因为其通过纤维的功能定向抵抗负荷作用。交叉的纤维的有取向的纤维层片设置引起机械特性在结构上的提高并且能够满足对复合成型件的要求。
整体上，本发明以如下考虑为出发点：通过选择适当的、柔性的、编织物状的纤维体系和其与热塑性塑料的复合实现可设置的刚度。在此，作为成型的芯材料的基质(热塑性塑料)的延展特性与外部功能层(相连的、在功能上朝向彼此定向的编织物状的纤维体系)的特性组合，其中所述纤维体系主要提高强度、尤其抗断强度。
本发明的有利的改进方案从从属权利要求中得出并且详细地说明如下有利的可行性：在任务设置的范围中以及关于其它的优点实现在上文中所阐述的设计理念。
一个尤其优选的改进方案以如下考虑为出发点：通过使用纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的纤维体系可以提供在方向上有取向的编织物结构、网眼结构、针织物结构或者类似的纤维结构，它们(尤其在引入基质或者类似的成型的芯材料时、尤其在制造方法中引入基质或者类似的成型的芯材料时)能够以对应于芯材料的形状的方式和方法定向，以便由此在芯材料上相关地设置功能层。尤其，这借助于如下形状可变的、编织物状的纤维***是这种情况，所述纤维***具有编织物结构、网眼结构、针织物结构或者类似的纤维结构，其中编织物结构、网眼结构、针织物结构或者类似的纤维结构随着其形状的改变在丝的交叉点中分别设置可变的纤维角，所述纤维角可以在10°和90°之间、尤其所述纤维角可以在30°和60°之间，尤其所述纤维角可以在40°和50°之间，尤其其中所述纤维以公差范围为+/-5°的45°的纤维角朝向彼此定向。尤其地，这在软管状的二维或三维的编织物状的纤维体系中引起可扩张的、可变的横截面，使得整个结构在引入成型的芯材料时与可能易弯曲的或者柔性的纤维材料无关是可扩张的、可拉伸和可收缩的。有利的是，尤其在编织物软管或者织物软管中，可拉伸的开口横截面在至少2:1至6:1的范围中、尤其在4:1的范围中。
通过以保持可自设置的方式选择有取向的纤维层片设置和纤维，可以影响外部的层的刚度或耐压性。所述改进方案尤其也实现如下方法，所述方法是成本适宜的、可控制的并且除此之外是功能复合成型件的改进的实现方案。通过这两个部件芯材料和编织物状的纤维体系相互的交互作用、尤其本身彼此适应的形状以及其彼此间的比例，复合构件获得特别优化的特性组合，以便在静态和动态的负荷作用情况下实现高的使用寿命。
另一个优点在于，通过在芯材料和编织物状的纤维体系中组合两种材料，可以设置特定的材料特征变量；这两种材料可以彼此不相关地优化。这样，基质仅是内芯，而不必接收附加的其它功能如锚固、腐蚀和侵蚀防护。
不同于纤维复合材料的目前的常规应用，在此纤维是外部的功能层，所述功能层覆盖成型的芯。在此，该功能层保护芯并从而朝抗性较少的类型扩展热塑性塑料的可能的产品系列。因为基质成分仅作为成型的芯而为支承面，所以通过芯的相应设置的直径可以改变特定的材料特性的份额。
编织物状的纤维体系可以特定局部地通过选择纤维、局部的密度和不同的纤维的组合来抵抗相应的负荷作用，所述负荷作用通常受制于构件而在局部上是不同的。通过相应的密度和在复合件中构成的隔离层，可以产生保护层并且同时产生至芯内部的力传递。
特别有利的是，所述方法可通过以45°的角度朝向彼此的功能定向来描述，因为所述定向在力平行四边形中与起作用的负荷相反地取向。在此所述机制基于下述思考：水平地并且竖直地起作用的力份额的法向分量在平行四边形中被划分。纤维的定向由此与起作用的力或负荷相反地取向。通过在交叉点处的优选45°的纤维角或者根据本发明的设计理念的另一合适的纤维角的定向可以吸收在表面上起作用的提高的负荷或者可以相应的抵消该负荷。同时，优选的45°的角度或者编织物状的纤维体系的呈45°的角度的定向因此被视为是理想的，以便实现特别高的抗扭曲强度或剪切强度。
在一个优选的改进方案中，根据在上文中所描述的方法制造复合成型件，其中作为成型的芯材料的热塑性塑料在纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的纤维体系中分布和连接，其中编织物状的纤维体系(在具有成型的芯的复合件中)具有如下纤维，所述纤维在功能上朝向彼此定向，呈30°到60°之间的纤维角，并且其中定向的编织物状的纤维体系在复合件中为复合成型件的外部的功能层。尤其是，所述优选的改进方案的复合成型件具有呈45°的角度的功能定向。由此，所述改进方案提供如下复合成型件，所述复合成型件与纤维复合构件类似，然而在所述情况下相对于外部的层具有功能取向，所述功能取向由此引起定向的强度。呈30°到60°之间的角度或优选呈45°的角度的定向的纤维引起：起作用的负荷在所述情况中为牵拉或者挤压在微机械上通过力平行四边形的相反地取向的力截住。此外，首先柔性的编织物状的纤维体系实现成型的芯材料的大的改变。制造过程因此不再与纤维复合构件的技术上的实现方案绑定，而是可以根据应用调整芯的形状。通过所述改进方案发展在形状上可自由选择的功能成型件。纤维复合件半成品的保护性的纤维与带有功能特性的成型的热塑性塑料紧密地复合，所述功能特性由热塑性塑料和柔性的编织物状的纤维体系的材料特征变量组成。除此之外，该复合成型件由于编织物状的纤维体系而具有附加的功能、即有取向地抵抗特定的负荷。
在一个优选的改进方案中，热塑性塑料在纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的纤维体系中分布并且材料配合地连接；这提供了如下可行性：所述成分(热塑性塑料和纤维复合件半成品)能够在化学上粘附地或者内聚地连接。由此实现的效果是优化的层体系，所述层体系能够容易地分配起作用的力，因为经由材料配合的复合构成较小的边界面以便更容易地进行表面力传输。所述成分通过原子力或者分子力保持在一起。因此，它们是不可分离的连接，所述连接只可通过破坏连接剂来分开。材料配合的连接产生如下复合件，所述复合件在负荷作用时不经受其它力。外部的功能层(定向的编织物状的纤维体系)可以通过复合有效地发挥其功能性。所述改进方案可以表示编织物状的纤维体系中的附加成分，所述附加成分仅引起材料配合或者各个纤维可以一起形成材料配合的连接。因此，柔性的、编织物状的纤维体系的浸渍的纤维也可以有助于这种材料配合。替选地，也可以考虑真空注入制造。这种材料配合的连接在腐蚀性的和粘附性的介质的情况下在侵蚀方面证实是有利的。
一个优选的改进方案提出：热塑性塑料在纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的纤维体系中分布并且形状配合地连接；所述改进方案实现了热塑性塑料和纤维半成品之间的形状配合。在此，成型的芯已经可以具有表面腔。在此，腔必须以如下方式设计，使得起作用的力不超出外部的层的反作用力，以便使复合件再次脱离其形状配合。同时也可以考虑的是，在该改进方案中，热塑性塑料以如下方式分布，使得柔性的、编织物状的纤维体系可以下陷并且被贯穿。由此实现机械锚固，所述机械锚固在所述情况下是形状配合。由材料配合和形状配合的复合组成的组合将这两个正面的方面联合并且由改进方案加以考虑。
在一个特别优选的改进方案中，热塑性塑料被挤到纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的纤维体系中。优选地，所述方法具有下述步骤：将热塑性塑料作为束状物来提供，尤其是从挤出机来提供，并且将柔性的、编织物状的纤维体系作为软管状的编织物状的纤维体系来提供。优选地，此外提出：热塑性塑料作为成型的芯材料分布在纤维复合件半成品的柔性的编织物状的纤维体系中，其方式是：所述热塑性塑料作为软的束状物尤其是从挤出机引入到、尤其是挤入到编织物状的纤维体系的软管中，并且在软的束状物固化时构成具有编织物状的纤维体系的复合件，作为复合成型件的外部的功能层。
所述改进方案提供如下可行性：使作为成型的芯材料的热塑性塑料进入到柔性的、编织物状的纤维体系中并且使其分布在其中。也可以考虑的是，固态的直至粘稠的热塑性塑料块的束状物在压力下连续地从成型开口中压出到纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的纤维体系中。在此，在成型开口中产生理论上任意长度的相应的本体并且从而可以使柔性的编织物状的纤维体系相应地定向。在此，开口的横截面可根据编织物状的纤维体系的直径来调整并且通过拉伸或者压缩柔性的、编织物状的纤维体系实现定向朝向复合件中的纤维的功能定向。
挤出技术是本身已知的方法，然而所述方法除此之外可以协同地使用，以便将软的束状物尤其从挤出机引入到、尤其挤入到编织物状的纤维体系的软管中，也就是说直接从挤出机挤入到编织物状的纤维体系的软管中。
这还允许简单的实现方案，所述实现方案允许关于层体系中的功能复合成型件的制造的可控的并且成本适宜的变型形式。此外，将挤出法用于相应的复合成型件实现了复杂形状的实现，所述使用同时可以实现到柔性的、编织物状的纤维体系中的压入。纤维的定向可以通过形状构造(Formgebilde)本身实现。最后，该改进方案也实现一种在较高的温度中的方法，所述较高的温度有助于复合，所述复合应是材料配合的和/或形状配合的。
一个优选的改进方案通过呈表面构造的附加的纤维与角度无关地提高复合成型件的强度、尤其此外提高弯曲刚度和剪切刚度。该改进方案考虑：功能定向抵抗起作用的负荷的力平行四边形，然而在其它的力或者不同地起作用的力的情况下，其它沿着另一个方向伸展的丝可以吸收附加的力并且提高复合成型件的刚度或强度。由此，在施加的力方面优化复合成型件的外部的层的功能性并且关于起作用的力具有较大的公差。同时，该改进方案也通过使附加的丝成束来实现在复合成型件的棱边或角处的较高的刚度。此外，纤维的定向可以通过附加的纤维控制并且加厚通过编织物状的纤维体系形成的功能层。
呈软管形式的编织物状的纤维体系优选具有二维的编织结构。该改进方案在没有外部的功能层的棱边或间隙效应的情况下实现形状配合的复合件。外部的功能层中的薄弱部位可以通过软管的形状最小化并且在所述制造方法中同时实现均匀分布的简单工艺步骤和具有外部的功能层的复合构件的均匀的定向。
一个优选的改进方案是：编织物状的纤维体系具有如下软管的形式并且在复合件内部具有附加的纤维，所述软管具有三维的编织结构，所述附加的纤维在功能上以30°和60°之间的纤维角、优选45°的纤维角朝向彼此定向。该改进方案吸收已经在纤维复合材料中实现的附加的方面，即位于内部的结构引起附加的强度。通过吸收三维的编织结构也可以从成型的芯材料的基质内部中产生功能力。纤维的定向在基本上完全不同的形状中是可行的；然而优选的是，以在45°+/-5°角度的范围中的纤维角吸收负荷；尤其是，该角度适合于高的扭曲或剪切力。所述改进方案附加地实现：在起作用的力方面优化热塑性塑料的材料特定的特性，而不引起附加的重量。在此首先可以考虑材料配合的复合可行性。
在一个特别优选的改进方案中，热塑性塑料具有下述组中的至少一个成分：丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺、聚醋酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚醚醚酮和聚氯乙烯。通过选择分布的制造过程，例如在批量过程中，相应的热塑性塑料或者成分或者它们的混合物可以利用其材料特定的特性来使用，以便针对相应的复合成型件设置所要求的特性。除此之外，以不同的热塑性塑料的均匀的和/或局部不同的分布混合不同的热塑性塑料会是有利的。例如可以使用第一数量的复合成型件和第二数量的复合成型件以作为唯一的夹层构件或转子叶片元件，或者例如可以使用第一数量的复合成型件和第二数量的复合成型件以作为第一和第二夹层构件或转子叶片元件，所述夹层构件或转子叶片元件装入在转子叶片、塔、吊舱和/或转子轮毂中作为芯构件；所述第一数量和第二数量的复合成型件可以具有不同的芯材料和/或编织物状的纤维体系。
在一个改进方案中，柔性的、编织物状的纤维体系可以具有来自下述组中的至少一个成分，所述组由如下构成：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、天然纤维、金属线、单丝或多丝纱线、尤其热塑丝或者由尼龙、PET、聚丙烯或者类似塑料构成的一般塑料丝。选择唯一的或者由一个或多个不同类型的硬的纤维组成的组合可以用于特定地影响复合成型件的特性和/或有助于与芯材料的材料配合。有利的是材料尤其塑料的在200℃的或者高于200℃的相对高的熔点和耐UV性。
通过附加的位于内部的功能取向的纤维对热塑性塑料的加强证实是有利的。通过这种方式和类似的措施能够附加地用于加固复合成型件。能够使用相应的作用机制或者所计算出的纤维(例如玻璃纤维和/或碳纤维)的力矩，但是也能够使用三维的编织物状的纤维体系，热塑性塑料相应地分布到所述纤维体系中。它们可以具有特定的取向并且根据制造过程来集成。
三维的、编织物状的纤维体系理解为如下编织物状的纤维体系，其二维表面通过附加的纤维的编织性的、作用性的、织补性的或者在其它情况下形成网眼的或者类似的编织物状的连接、尤其编织物状地连接的纤维的规则的分布三维地交联、尤其在编织物软管或者织物软管的开口横截面之上三维地交联。就此而言，使三维的编织物状的纤维体系与二维的编织物状的纤维体系区分，所述二维的编织物状的纤维体系可以是平坦的、软管状的、尤其是呈编织物或者织物软管的形式(具有圆形的或者有角的或者倒角的软管横截面形状)或者是拱起的、完全或者部分地拱起的，并且所述二维的编织物状的纤维体系可以与附加地松散散布的纤维组合地使用。
附图说明
现在，本发明的实施例接下来参照附图比照例如同样示出的现有技术来描述。所述实施例不一定要按比例示出，更确切地说，用于进行阐述的附图以示意性的和/或略微扭曲的形式来详述。关于对从附图中可直接看到的教导的补充，参照相关的现有技术。在此要考虑的是，关于一个实施方式的形式和细节可以进行多种改型或者改变，而不脱离本发明的一般思想。本发明的在说明书中、附图中以及权利要求中所公开的特征不仅可以单独体现本发明的改进方案的实质而且以任意的组合体现本发明的改进方案的实质。此外，由至少两个在说明书、附图和/或权利要求中所公开的特征构成的所有组合落入本发明的范围中。本发明的一般思想不限于在下文中示出和描述的实施方式的精确的形式或者细节，或者限于如下主题，所述主题相对于在权利要求中所要求保护的主题可能是有限的。在所提出的测量范围中，在此位于所提到的极限内的值也应作为极限值公开并且可任意使用并且可要求保护。本发明的其它的优点、特征和细节从下文对优选的实施例的描述以及根据附图得出。
附图详细地示出：
图1A示出复合成型件的一个实施方式的示意图，其中热塑性塑料在此作为具有优选的柔性的编织物的长方体示出；
图1B示出复合成型件的另一个实施方式的示意图，其中热塑性塑料作为由长筒袜状的编织物围绕的柱形构造示出；
图2示出作用到呈复合成型件的编织物形式的上部的功能层上的负荷的示意图；
图3A示出在又一个优选的实施方式中的复合成型件的示意性的横截面，其中成型的芯作为热塑性塑料示出并且位于其上方的外部的功能层作为柔性的编织物示出；
图3B示出在又一个优选的实施方式中的复合成型件的示意性的横截面，其中成型的芯作为热塑性塑料示出并且位于其上方的外部的功能层作为柔性的编织物具有软管的形式，所述软管具有三维的编织结构；
图3C示出在又一个优选的实施方式中的复合成型件的示意性的横截面，具有集成的功能取向的纤维；
图4示出风能设备的转子叶片的简化的横截面视图，所述转子叶片具有根据一个优选的实施方式的复合成型件；
图5示出风能设备；
图6示出制造方法的一个优选的实施方式的流程图。
具体实施方式
在图1至图4中，对于相同的或者类似的部件或者相同或类似功能的部件而言，为了简单起见，使用相同的附图标记。
图1示出复合成型件1，所述复合成型件以长方体的形式绘出为成型的芯材料2A。在此，编织物20在这种情况中即由玻璃纤维构成的、闭合为长方体外罩的编织物垫围绕该长方体并且示出以彼此间为45°的功能纤维角α定向的纤维。各个纤维21和纤维22在此示出α＝45°的纤维角并且在面上形成功能上的力平行四边形，所述力平行四边形关于图2详细阐述。在此，在该视图中提供纤维的均匀的分布。然而也可以考虑的是，(例如根据负荷分布)纤维21、22不同地扩张。因此，在局部更紧密的编织结构中的功能定向也可能在更高的负荷起作用的区域中出现。热塑性塑料的形状已经可以有利于此地用作成型的芯材料。通过选择编织结构和其密度也可加强较高的力作用的中央或者一般区域。
图1B类似地示出另一个实施方式的复合成型件1’；在这种情况中，成型的热塑性塑料2B以柱体的形式示出，所述柱体由柔性的编织物20’围绕；在这种情况下由PET构成的编织物软管。定向的纤维在此对应于在权利要求1中提到的45°角并从而彼此在功能上定向，以便由此构成外部的功能层。
在图2中示意性地示出从外部起作用的力FGESAMT(在这种情况下即牵引力)，具有由此产生的法向力FA和FS，所述法向力在力平行四边形K中被划分。定向的纤维21和22作为外部的功能层在此抵抗法向力并且在平面中形成功能层，所述功能层抵抗所述力。编织物的纤维可以借助于复合***的提高的强度抵抗起作用的力FGESAMT，而纤维21不会屈服于横向负荷，因为该横向负荷通过纤维22吸收。在此，其它的剪力或者传递力也可以通过外部的功能层截住并且在具有相应的材料特定的特性的复合成型件中最小化。
在图3A中示意性地示出复合成型件的横截面，其中示出编织物状的纤维体系的二维结构的外部的层20A；在此具有围绕由热塑性塑料30构成的材料芯的由丝21和22构成的定向的编织物20。
在图3B中示出编织物状的纤维体系的三维定向，所述纤维体系除了外部的功能层20A外也在内部通过成型的芯材料30中的一种的丝23定向并从而形成克服外部的负荷作用的三维的作用结构20B。
在图3C中绘出热塑性塑料30的芯内部中的纵向纤维24，所述纵向纤维除了具有呈45°角的纤维21、22的外部的功能层20A外还表现为用于防止外部的负荷作用的纤维组合部20C并且可以吸收附加的剪切应力和扭曲应力。
在图4中简化地示出用于风能设备100的转子叶片108的横截面。该转子叶片108包括上部的半壳108.o和下部的半壳108.u，其中在这些壳中设有承载结构10.o和10.u，所述承载结构能够吸收和转移作用在转子叶片上的负荷。这些承载结构能够通过转子叶片元件、例如呈夹层构型的转子叶片元件或者通过所述的复合成型构件构成，以便刚好吸收这些相应的负荷。图4的细节X示出具有多个复合成型件1的这种承载结构10，所述复合成型件由芯材料2构成，芯材料由柔性的、编织物状的纤维体系20围绕，所述复合成型件(在此示例性地)在最紧密的包装中组成为承载结构10。
图5示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有转子106，所述转子具有三个转子叶片108(例如类似于图4的转子叶片108的类型)和导流罩110。转子106在运行时通过风置于旋转运动并且从而驱动吊舱104中的发电机。
图6示出制造方法的一个优选的实施方式的流程图的过程，所述制造方法用于复合成型件1或者将多个所述复合成型件组装为承载结构10以便引入到风能设备100的转子叶片108中。以在上文中所阐述的方式在第一步骤S1中提供热塑性塑料并且在步骤S2中提供呈编织物形式的纤维复合件半成品。
在第三步骤S3中，将热塑性塑料作为成型的芯材料引入柔性的编织物中并且使其分布在所述柔性的编织物中，使得所述热塑性塑料与编织物连接。在当前情况下，在步骤S3.1中将由粗粒混合物构成的热塑性塑料输送给挤出机并且在步骤S3.2中在挤出机的输出端处将其作为软的束状物直接引入到编织物软管中。编织物软管具有交叉的纤维，所述纤维在交叉点处具有45°的纤维角，并且当成型的芯材料冷却时，该编织物软管围绕仍然软的成型的芯材料被牵拉。由此软的成型的芯材料围绕编织物软管或者在编织物软管处或在所述编织物软管的纤维处固化，使得在编织物软管和热塑性材料之间产生复合，必要时完全地或者至少部分地、但是并非必须地在其外侧处与编织物软管复合；软的成型的材料能够保留在编织物软管的轮廓内或者也能够完全地或者部分地向外穿过编织物；也就是说，在后一种情况下向外渗出并且必要时甚至在外部再次围绕编织物软管并且将其环绕。
整体上可作为连续束状物生产的复合束状物可以在步骤S4中根据需要被分成多个复合成型件并且例如以在图4的细节X中所示出的方式在步骤S5中组成为承载结构。承载结构可以在步骤S6中被引入到转子叶片108的半壳中或者风能设备100的另一部件中。在当前情况下，半壳被组装为转子叶片坯件并且经受其它的生产步骤，直至转子叶片在步骤S7中能够安置在图5中所示的类型的风能设备100上。

Claims (15)

1.一种用于制造复合成型件、尤其用于风能设备的复合成型件的方法，所述复合成型件具有热塑性塑料和纤维复合件半成品，其中所述方法具有下述步骤：
-提供所述热塑性塑料和具有柔性的、编织物状的纤维体系的所述纤维复合件半成品，
-使作为成型的芯材料的所述热塑性塑料分布在所述纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的所述纤维体系中并且将所述热塑性塑料与编织物状的所述纤维体系连接，其中
-柔性的、编织物状的所述纤维体系在具有所述成型的芯材料复合件中具有交叉的纤维，所述纤维朝向彼此定向，并且
-所述纤维在交叉点中具有纤维角，所述纤维角在10°和90°之间、尤其所述纤维角在30°和60°之间，优选所述纤维以公差范围为+/-5°的45°的纤维角朝向彼此定向，并且其中
-编织物状的所述纤维体系在复合件中形成所述复合成型件的外部的功能层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
-将所述热塑性塑料尤其从挤出机作为束状物来提供，并且
-将柔性的、编织物状的所述纤维体系作为软管状的、编织物状的纤维体系来提供，其中
-作为成型的芯材料的所述热塑性塑料分布在所述纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的所述纤维体系中，其方式是：将所述热塑性塑料作为软的束状物尤其从所述挤出机引入、尤其挤入到编织物状的所述纤维体系的软管中，并且
-在软的所述束状物固化时将具有编织物状的所述纤维体系的复合件构成为所述复合成型件的外部的功能层。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热塑性塑料分布在所述纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的所述纤维体系中并且材料配合地与柔性的、编织物状的所述纤维体系连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述热塑性塑料分布在所述纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的所述纤维体系中并且形状配合地与柔性的、编织物状的所述纤维体系连接。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在编织物状的所述纤维体系和/或热塑性塑料中引入附加的纤维、尤其与所述的纤维角无关地引入附加的纤维，并且相对于不具有所述附加的纤维的复合成型件提高所述复合成型件的强度。
6.一种复合成型件、尤其根据权利要求1至5中任一项所述的方法制造的复合成型件、尤其用于风能设备的复合成型件，所述复合成型件具有热塑性塑料和纤维复合件半成品，其特征在于，
-所述纤维复合件半成品具有柔性的、编织物状的纤维体系，
-所述热塑性塑料作为成型的芯材料分布在所述纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的所述纤维体系中并且与编织物状的所述纤维体系连接，其中
-编织物状的所述纤维体系在具有所述成型的芯材料的复合件中具有交叉的、朝向彼此定向的纤维，
-所述纤维在交叉点中具有纤维角，所述纤维角在10°和90°之间、尤其所述纤维角在30°和60°之间，优选所述纤维以公差范围为+/-5°的45°的纤维角朝向彼此定向，并且其中
-编织物状的所述纤维体系在复合件中形成所述复合成型件的外部的功能层。
7.根据权利要求6所述的复合成型件，其特征在于，编织物状的所述纤维体系是如下纤维体系，该纤维体系从如下组中选择，所述组由如下组成：编织件、针织物、针织品、织物。
8.根据权利要求6或7所述的复合成型件，其特征在于，所述热塑性塑料作为束状物存在，并且柔性的、编织物状的所述纤维体系作为软管状的、编织物状的纤维体系存在，尤其，编织物状的所述纤维体系具有软管的形式，所述软管具有二维取向的编织结构。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的复合成型件，其特征在于，编织物状的所述纤维体系具有软管的形式，所述软管具有三维的编织结构，并且附加的纤维在所述复合件的内部中在功能上以在15°和90°之间的纤维角、尤其30°和60°之间的纤维角朝向彼此定向、优选以公差范围为+/-5°的45°的纤维角朝向彼此定向。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的复合成型件，其特征在于，所述热塑性塑料通过附加的位于内部的在功能上有取向的纤维加强。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的复合成型件，其特征在于，分布在柔性的、编织物状的所述纤维体系中的所述热塑性塑料具有下述组的至少一个成分：丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺、聚醋酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚醚醚酮和聚氯乙烯。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的复合成型件，其特征在于，柔性的、编织物状的所述纤维体系具有选自编织成分的下述组的编织成分：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、天然纤维、金属线、单丝纱线和热塑丝。
13.一种夹层构件、尤其用于风能设备的夹层构件，在使用多个根据权利要求6至12中任一项所述的复合成型件时用于形成芯构件，其特征在于，所述芯构件至少单侧地由至少一个覆盖层覆盖。
14.一种转子叶片元件、尤其用于风能设备、用于转子叶片的转子叶片元件，在使用多个根据权利要求6至12中任一项所述的复合成型件时用于形成芯构件，其特征在于，所述芯构件由至少一个转子叶片覆盖层围绕，尤其，所述转子叶片元件具有根据权利要求13的夹层构件。
15.一种风能设备，所述风能设备具有塔、吊舱和转子，所述转子具有转子轮毂和多个转子叶片，其中，所述转子叶片具有根据权利要求14所述的至少一个转子叶片元件，和/或所述塔、所述吊舱和/或所述转子轮毂具有根据权利要求13所述的夹层构件。
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