专利名称：夹层板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及夹层板，特别是用于风力涡轮机叶片的夹层板，该夹层板包括夹芯材料以及上层板部和下层板部，其中所述上层板部及下层板部包括热塑性基质材料和加热元件。本发明还涉及包括这种夹层板风力涡轮机叶片以及制造夹层板的方法。本发明还涉及风力涡轮机叶片的修整方法和除冰方法。
背景技术：
风力涡轮机转子的风力涡轮机叶片具有约40米或更长的长度，有时达到约90或100米。风力涡轮机叶片需要非常坚硬，因此通常组成包括金属或复合材料的壳结构。用于风力涡轮机叶片的这种复合材料一般由用坚固纤维(诸如玻璃纤维、碳纤维或其它纤维)加强的塑性材料构成。使用纤维加强的热塑性材料来制造的这类产品数量正日益增加。对于这些产品，可以将热塑性纤维和加强纤维的混合材料置于模具中，并通过加热模具来使其熔化。在被加热的模具中，热塑性基质材料熔化并且与加强纤维固结，以形成坚固的复合材料。然而，对于壁厚较大的大型结构或具有内部芯结构(其本身是绝热的)的结构而言，加热所述材料(尤其是夹芯结构的内部部分)几乎是不可能的，或者至少是费时耗能的。因此，热塑性材料并不常用于具有较大壁厚或具有绝热夹芯材料(诸如软木、蜂窝元件、PVC泡沫)的产品中。代替使用热塑性材料，热固性聚合物材料(诸如聚酯、乙烯酯或环氧树脂)通常用于这类复合材料中(参见WO 2010133587 Al)。然而，热固性复合材料具有一些缺点，诸如在循环利用那些材料时成本高，或者在不能循环利用时则会产生大量的废料积累。
发明内容
因此，本发明的一个目的是要提供一种改进的用于风力涡轮机叶片的夹层板、风力涡轮机叶片本身以及改进的制造这种层压板的方法。更具体地，本发明进一步的目的是要提供一种成本敏感的、任选地能够容易地循环利用的、可靠的夹层板。另一目的是要提供风力涡轮机叶片的修整方法和除冰方法。本发明的目的是通过根据权利要求1的夹层板、根据权利要求6的风力涡轮机叶片、根据权利要求11的制造夹层板的方法、根据权利要求14的修整方法和根据权利要求15的除冰方法来实现的。根据本发明的夹层板包括:夹芯材料以及上层板部和下层板部，其中上层板部和/或下层板部包括热塑性基质材料和加热元件。夹芯材料特别地具有支撑结构的功能，其可以是具有上层板部和下层板部的叶片的内部芯，或者可以是构成(例如风力涡轮机叶片的)上部叶片壳或下部叶片壳的夹层板的芯层。如果叶片的长度和尺寸增加到40米或更大，则叶片通常由封闭或围住一空腔或空间的上部和下部叶片壳构成。出于稳定性的原因，可以在上部叶片壳和下部叶片壳之间设置一个或多个腹板(例如内部隔离物或稳定器元件)。根据本发明的夹层板的加热元件包括导电纤维，其在热塑性基质材料内部构成电路。所述导电纤维可通过流过纤维的电流而被加热。由此，被加热的导电纤维可以(例如在制造过程期间)用于加热热塑性基质材料。当电流产生足够的热量以将导电纤维加热到高于热塑性基质材料熔点的温度时，热塑性基质材料熔化并且在随后的冷却过程中与导电纤维固结。对于本发明而言，导电纤维可以是具有足够低的电阻的、能够通过流过导电纤维的电流来加热该纤维周围的材料的任意纤维或金属丝或丝线。可由引导电流通过电路的电流接触或由利用振荡磁场来感生在纤维构成的环形结构中流动的电流的感应加热机构来向纤维提供加热能量。这两种技术以及用于加热导电纤维的类似替代技术可被用来加热纤维结构。加热元件被实现为加热围绕这些加热元件的热塑性材料，从而熔化热塑性材料。为了实现热塑性基质材料与导电纤维的固结，加热元件被布置成用于对热塑性基质材料块进行加热。因此，可以将加热元件布置在大块基质材料内的一个或多个层中，从而使得加热元件适于向热塑性基质材料提供足够的热量。为了增加热塑性基质材料中被加热区域的表面，可将每个加热元件以直线或弯曲或曲折式构形布置在热塑性基质材料层中。加热元件优选向热塑性材料提供足够的表面区域，例如通过包括多个线圈来替代直线结构，以减少加热时间或在相同的加热时间内熔化更大量的周围的热塑性基质材料。如果导电纤维小，则加热元件的数量将增加到在合理时间内加热热塑性基质材料块的足够的量。在熔化和冷却过程之后，所获得的夹层板包括夹芯材料以及由固结的复合材料制成的上和下层板部，该复合材料包括热塑性基质材料和作为加强元件的导电纤维。因此，导电纤维在制造过程期间是加热元件，而在最终产品中是加强元件，因为它们为上和下层板部的热塑性材料提供了足够的强度和刚性。因此能够以成本敏感和高效的方式生产可靠的层压板。一旦热塑性材料再次熔化，夹层板就变得易于循环利用。导电纤维或任意额外的加热器(例如外部加热器)可用于熔化热塑性材料并将其分成一个分离的部分，而芯材料和任意其它非热塑性材料保留在另一部分中。因而，夹层板容易生产、具有很大的强度和刚性并且能够容易地循环利用。本发明的另一方面是由上文所述的夹层板制成的风力涡轮机叶片，因为该夹层板具有改进的特性，诸如夹层板材料的强度和刚度提高以及可循环利用的能力提高。本发明的另一方面是一种改进的制造这种夹层板的方法。所述方法包括以下步骤:
a)提供夹芯材料，
b)将热塑性基质材料和多个导电纤维的混合物布置作为夹芯材料上侧和/或下侧的上层板部和/或下层板部，以及
c)向所述多个导电纤维供应电流，以将导电纤维加热到高于热塑性基质材料熔点的温度。如果在模具中制造叶片，则将在模具中布置(这里是指放置或施加)热塑性基质材料和多个导电纤维的第一混合物作为下层板部，随后布置夹芯材料。一旦设置完夹芯材料，就将热塑性基质材料和多个导电纤维的第二混合物布置在夹芯材料上作为芯支撑结构的上层板部。这可以在连续步骤中完成或者例如通过将纤维混合物缠绕在夹芯材料周围而在一个步骤中在夹芯材料两侧完成。类似地，可以将上层板部放入模具中，随后再放置夹芯材料和下层板部。包括热塑性基质材料和导电纤维的上和下层板部或层可以在被布置于模具中或夹芯材料上之前被制备成所谓的“套件”(例如编织好或制备好的席垫)，或者可以被纤维挨纤维地放置到模具中或夹芯材料上。如果基质材料包括颗粒状或粉末状材料或具有不同的形式(例如为网的形式)，则可以将导电纤维以特殊的结构或构造布置在基质材料中。导电纤维基本上位于热塑性基质材料内部，从而使得热塑性材料完全覆盖或包围导电纤维。为了防止短路，导电材料彼此适当地分隔开并且完全被非导电材料(诸如热塑性基质材料)围绕。在下一步骤中，向在热塑性基质材料内部构成电路的导电纤维供应电流，以对其进行加热。流过导电纤维的电流量和供应电流的时间取决于待熔化的层板层的厚度和热塑性基质材料的熔点。为了向夹层板提供足够的强度，内部加热元件(即导电纤维)产生的热量必须足以将热塑性基质材料结合到夹芯材料的表面。为了提供适当的夹层板设计((例如在风力涡轮机的叶片设计中)，可以通过对在模具中由热塑性基质材料和导电纤维制成的下和上层板部施压来支持热熔化过程。这还可允许形成特定设计的表面，例如平滑表面。此外，可以加热模具，以便支持热塑性材料(尤其是在夹层板外表面部分的热塑性材料中)的熔化。由于热塑性基质材料主要是在内部(即利用导电纤维)被加热，因而与仅由模具利用外部加热的公知方法相比，改进了熔化过程。尤其地，根据本发明的过程可以降低熔化时间和/或熔化温度，因为可以避免由夹芯材料的屏蔽效应或待被加热的下和上层板部的厚度导致的部分层压板过热。有利地，以如下方式来定位内部加热元件，即使得:将更多的热量引入有更多热塑性基质材料必须被加热的那些位置。例如，可将热量引导到热塑性基质材料的比其它部分更厚或被叶片的绝热部分(诸如芯支撑结构)屏蔽的那些部分。因此，可在热塑性基质材料中提供改进的热量分布。在已经使用导电纤维加热热塑性基质材料(例如在制造过程中)之后，电流终止，并且热塑性基质材料被主动地或被动地(即被静置以)冷却到低于热塑性基质材料熔点的温度。在此步骤中，即所谓的冷却过程中，热塑性基质材料与导电纤维固结。此过程的另一优点是，在使用夹层板结构的另一过程或修整步骤期间，导电纤维可用作加热元件。这表示可再次熔化热塑性材料，例如以调节叶片的形状或将另一层(例如覆盖层或保护层)施加到层板上。此外，所述加热元件还可以在最终产品中用作加热元件，例如用作风力涡轮机叶片操作期间的除冰装置。在该例中，优选将导电纤维的温度调节到低于热塑性基质材料的熔点。如在下文的描述中所揭示的，本发明的特别有利的实施例和特征将由从属权利要求给出。通过结合下文描述的各个实施例的特征可以推导出其它实施例，并且可以按任意的适当方式结合不同类型权利要求的特征。风力涡轮机叶片的夹层板优选由轻质构造制成。为了实现此目标，作为支撑结构的夹芯材料优选包括轻质构造材料，诸如泡沫聚合物或蜂窝或木结构。这类材料的适当例子是PVC泡沫、硬纸板或软木。由于它们重量轻并且同时向夹芯材料提供了高的刚性，因此优选将它们用在本发明的夹层板中。由于那些材料通常具有绝热特性，因此惯常的制造过程(也就是仅从模具侧施加热量的制造过程)使得那些材料在常规技术中因屏蔽热量而不被优选。然而，在根据本发明的夹层板中，在热塑性材料层中提供了内部加热元件。因此，这些缺点被克服了，并且由于它们的因重量轻而提高的加固和支撑特性使得这些材料成为优选的材料。所述轻质构造优选包括一个或多个层板层，其为芯支撑结构提供足够强度。所述层板层(即上和下层板层)可包括一个或多个层，尤其是加强树脂或塑料层。根据本发明的夹层板优选包括分别设置在夹芯材料的上侧和下侧上的至少一个上层板部和至少一个下层板部。上和下层板部优选包括热塑性基质材料。示例性的热塑性基质材料是聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯或聚乙烯聚合物或共聚物、HTPET (高韧性聚对苯二甲酸乙二醇酯，也被称作热塑性聚酯)、HTPP(高韧性聚对苯二甲酸丙二醇酯)、POM (聚甲醛)、PA6尼龙、或类似的热塑性材料。用于本发明夹层板一个优选实施例中的导电纤维可包括碳纤维或金属纤维(例如用于一些抗静电纺织物中的细不锈钢纤维或铜纤维)。这些纤维是优选的，因为它们的电阻低，而且对热塑性材料层提供了加强效果。代替碳或金属纤维，任意的导电纤维(诸如纱线、丝线或金属丝)都可以用于夹层板，只要所述纤维可以响应流过纤维的电流或感生这种电流的振荡磁场而产生热量。对于以上导电纤维，替代性地或额外地，由电绝缘材料(例如玻璃纤维或塑料纤维)制成的纤维，如由热塑性材料制成的纤维，可以用作这类导电纤维，如果用导电材料覆盖它们或在其中混合了导电材料而使得它们导电的话。示例性的非导电纤维材料是例如由玻璃、玄武岩、芳纶、亚麻、大麻纤维或其它天然纤维，诸如通常用于抗静电织物的高密度聚乙烯纤维(例如来自Premix的名为PRE-ELEC PE1299的PE-HD塑料)制成的。导电材料可以是任何常规上浆剂，并且可包括导电粉末和/或涂层，所述粉末和/或涂层可被用来产生一个在纤维表面上流动的小生热电流的层，或者若被混合在其中，则使得整个纤维材料导电。优选的涂层或粉末包括石墨或碳黑。作为优选示例，由热塑性复合物制成的并且通过混入很常见的粉末“碳黑”而导电的线丝可以用作导电纤维。如果非导电纤维材料具有良好的导热性，则可将导电材料设置在纤维材料的内部或芯部。这可防止短路，同时可提供纤维到热塑性基质材料的良好加热效果。与导电纤维的材料无关，导电纤维被调整成在热塑性基质材料的内部形成电路，从而用作加热元件。本发明的电路可以是从夹层板的第一端延伸到相对的第二端然后再返回的电路。两个端都可以连接到电源，以便产生流过纤维的电流，由此加热纤维和周围的基质材料。或者，导电纤维可以构成完全被热塑性材料围绕的小电路。可以通过感应耦合加热对这些小电路进行加热。感应耦合加热的原理是普通技术人员众所周知的，例如从烹饪设备中。根据此实施例，包括小的圆、环或其它类圆形状的由导电纤维或纳米管(例如碳纳米管)制成的一个或多个电路可以用作加热元件。通过向电路施加振荡磁场进行感应加热。由此不需要直接的线连接，也可以通过约几厘米到十几厘米的特定距离施加磁场。电流将在电路中(例如纳米管中)出现，并且将被转化为热量，该热量本身可以熔化加热元件周围的热塑性基质材料。
根据本发明的夹层板优选包括通过利用加热元件来熔化热塑性纤维或织物而制备的热塑性基质材料。如上所述，加热元件在制造过程中位于热塑性纤维或织物之间并且被设计为使得它们向周围的热塑性基质材料产生热量。例如，热塑性纤维和导电纤维的混合物可以被预先制备并且通过夹层板的自动或手动制造过程被放置到模具中。由此可以将混合纤维材料布置为特定图案，从而在制造期间通过加热元件提供改进的加热图案。由于对热塑性基质材料的快速加热，即使在后层板中或夹层板中包括绝热的芯材料，也可以在层板层中提供改进的热量分布。因此，最终层板因可以用作芯材料的各种材料而具有改进的特征并且热塑性层板层与芯支撑结构具有改进的结合特性。根据本发明的夹层板可具有额外包括加强材料(诸如加强玻璃、塑料或碳纤维、碳纳米管或天然纤维)的热塑性基质材料。可使用通常用于常规复合材料中的任意加强材料来提高夹层板的强度和刚性。使用量取决于所需的特性并且可以低于通常使用的量，因此用作加热元件的导电纤维不仅具有加热性能还具有加强效果。如果使用碳纤维或碳纳米管，则优选将它们放置在层板的不与导电纤维接触的部分中，以防止与它们发生短路。在根据本发明的夹层板的另一优选实施例中，芯支撑结构包括专门用于将上和下层板部互相电连接的多个导电通道(诸如突出在上和下层板部中的线和/或纱线)。例如，如果上或下层板部之一是内部层板层，这意味着位于最终风力涡轮机叶片的上或下叶片壳的内侧，则所述通道可以用作从外层板部到内层板部的电连接。可以通过缝合例如由铜或其它导电材料制成的线或通过在上和下层板部之间设置螺栓来制备所述通道。例如，如果在上叶片壳中设置一个或多个这类通道，则导电纤维可以按曲折方式横跨芯支撑结构从层板部根部延伸到叶片梢端，从而可以加热紧邻芯支撑结构的部分上层板部和部分下层板部。由此，可以向层板层内部提供热量。因而，可以提高芯支撑结构和由热塑性基质材料制成的层板层之间的结合强度。根据层板厚度可以在导电纤维之外额外地使用这些导电结构或替代导电纤维。或者，可以利用腹板或位于风力涡轮机叶片腹板上的金属丝形成导电通道，所述风力涡轮机叶片被设置在上和下叶片壳之间。这些腹板或金属丝(例如避雷设备)可用于电连接叶片的上壳和下壳。根据本发明的夹层板可适用于风力涡轮机叶片。更具体地，由于能够制备较厚的层板并且因前文所述的原因而可以使用许多种类的夹芯材料作为支撑结构，因而所述夹层板为风力涡轮机叶片提供了提高的刚性和强度。此外，可以通过利用内部加热装置或外部加热器来加热叶片，由此熔化热塑性材料并且将热塑性部分与任意其它组件分开，来循环利用这种风力涡轮机叶片。对于风力涡轮机叶片，通过将导电纤维分别放入模具中，电路可以从根部区域被引导到梢端区域，然后再返回根部区域。因此，可以以成本敏感的方式容易地制备风力涡轮机叶片。优选地，风力涡轮机叶片包括上部叶片壳和下部叶片壳。上部叶片壳或下部叶片壳，或者两个壳都包括本发明的夹层板。可以通过腹板任选地连接上部叶片壳和/或下部叶片壳，以便提高风力涡轮机叶片结构的稳定性，所述腹板是稳定器部分或隔离物。所述腹板可以设置有避雷导体元件，以避免由雷击导致的危险损害。避雷导体可以同时用作导线，以将电流引导到叶片梢端处的导电纤维中。在另一替代方式中，避雷导体可以用于在梢端从导电纤维接收电流，该导电纤维在层板层中延伸到叶片梢端并且与避雷导体连接。在一个替代性实施例中，尤其是对于较小的叶片，整个叶片构成夹层板。这意味着上部叶片壳包括上层板部并且下部叶片壳包括下层板部。在两个层板部之间设置芯支撑结构。由于稳定性原因，如果叶片长度不大于约20米，优选不大于10米，那么这样的结构是有利的。优选地，所述导电纤维沿基本上直线方向沿从叶片根部到叶片梢端的基本上纵向方向布置在构成上部和下部叶片壳的夹层板的热塑性基质材料中。在该例中，导电丝被以一种将热量引入最需要的位置的高效方式放置在层板层中。由此，可以提供从叶片根部区域到梢端区域的适当热量分布。当叶片长度大于30米时，导电纤维基本上可具有沿从所述根部到所述梢端的方向与叶片至少相等的长度和沿返回所述根部的方向相等的长度。如果沿近似直线方向放置纤维，则通过最小化导电纤维的长度可以改进叶片任意区域中的热塑性基质材料的加热时间。在根据本发明的风力涡轮机的一种优选构造中，由在上部叶片壳中从叶片根部延伸到叶片梢端并且在下部叶片壳中从梢端返回根部的导电纤维构成多个电路。由此可以通过利用在两个叶片壳(下部叶片壳和上部叶片壳)中的相同电路来加热两个叶片壳。对于上部和下部叶片壳的夹层板，导电纤维可位于每个壳的下层板部或上层板部中的任意一个中或者可以经由上文所述的电连接通道被连接。在任意一种情形中，都可同时以适当的方式加热层板层(即热塑性基质材料层)。或者，可以由在上部或下部叶片壳的上部或下部中从叶片根部延伸到叶片梢端并且在上部和下部叶片壳之间的空间中从梢端返回根部的导电纤维来构成多个电路。例如，置于此空间中的腹板或避雷导体可以用作在叶片梢端处接收电流并将电流传输到叶片根部的导线。可以通过利用由导电纤维构成的加热元件进行内部加热以熔化热塑性基质材料，来根据本发明的方法制备用于风力涡轮机叶片的夹层板。优选地，将多个热塑性纤维和/或热塑性织物与多个导电纤维以及任选的其它加强纤维布置在一起。由此，可在热塑性基质材料层中适当地分布加热元件和将被产生的热量。任选地，可将多个感应加热元件(例如碳纳米管等)混入热塑性基质材料和多个导电纤维的混合物中。由于通过利用额外的感应加热过程(例如通过施加外部振荡磁场)而产生的额外加热效果，相比利用导电纤维进行单独加热，可减少熔化热塑性基质材料的时间。由于在上和/或下层板部中提供有内部加热元件，因而夹层板外的外部加热系统，例如，被加热的模具、基于热油或空气或水的加热系统等，并不是必须的。此外，由于工人并不被暴露于外部加热系统的热表面，因此本发明的方法比加热模具的常规方法更安全。
根据下文详细说明并结合附图考虑，本发明的其它目的和特征将变得明显。然而，应该理解，附图仅是出于例示的目的而设计的，不应作为限制本发明的限定。图1示出了本发明夹层板的一个实施例的层板部加热前的示意 图2示出了图1层板部加热后的示意图； 图3示出了本发明一个实施例的夹层板的横截面；
图4示出了本发明一个实施例的风力涡轮机叶片的横截面；
图5示出了图4风力涡轮机叶片横截面的透视 图6示出了图5风力涡轮机叶片另一横截面，即沿叶片纵向方向的横截面；
图7示出了本发明另一实施例的夹层板的横截面；以及 图8示出了本发明方法的流程图。附图中，相同的附图标记始终标示了相同的对象。附图中的各个对象不一定是按比例绘制的。
具体实施例方式图1示出了本发明夹层板一个实施例的层板部加热前的示意图。在此横截面中示出了热塑性纤维1、加强纤维2和导电纤维3的混合物。适当地放置导电纤维，从而使得它们被热塑性纤维I和加强纤维2包围，以避免在导电纤维3之间发生任何短路。图2示出了加热后，即电流被引入导电纤维3并由此将它们加热到高于热塑性纤维材料I熔点的温度之后，图1的同一层板部。在热塑性纤维I熔化并通过冷却而固结之后，导电纤维3和加强纤维2适当地分布在坚固的热塑性基质材料11中。由于导电纤维3在混合物中的精确放置，或者由于不导电的加强纤维2的加入，导电纤维3彼此分隔开，以防止在两个或多个导电纤维3之间发生短路。图3示出了根据本发明一个实施例的夹层板10的剖视图，该夹层板10包括上层板部4、下层板部5和夹芯材料6。夹芯材料6夹在上层板部4和下层板部5之间，为热塑性基质材料层提供适当的支撑。夹芯材料6由轻质材料(例如，如此图中所示的软木)制成，并且为作为用于例如风力涡轮机叶片的适当复合材料的夹层板10提供适当的刚性。通过夹芯材料6在芯的上表面和下表面上支撑由热塑性基质材料11 (在图中是ABS聚合物)制成的两个层板层4、5。热塑性基质包括作为内部加热元件的导电纤维3，这里是碳纤维。此外，在基质中可以出现加强纤维(未示出)，以进一步提高热塑性基质材料(因此提高夹层板10)的刚性和强度。导电纤维3指向纵向方向，S卩，它们垂直于图3的薄板的平面延伸。如果图3所示的夹层板10是风力涡轮机叶片的一部分，则这里所示的视图是从根部区域到梢端区域。导电纤维从根部区域沿直线延伸到叶片的梢端区域并再次以相同方式返回。在图3中，可以调节上层板部4中的导电纤维3，从而使得其中流动的电流从根部区域流到梢端区域(即流到薄板中)。同时，下层板部5中的导电纤维3在梢端区域接收电流并将电流传送回根部区域(电流流出薄板之外)。由此，电路可以在与根部区域的导电纤维3连接的电源(未示出)处闭合。当然，作为优选实施例上文描述中所述方式的替代，可以提供替代性的电流流动。例如，电流可以沿另一方向流动或者可被汇聚在梢端的汇聚电极(例如避雷导体)中，该汇聚电极被设置在上叶片壳和下叶片壳之间的空间中。图4示出了根据本发明一个实施例的风力涡轮机叶片100的横截面。风力涡轮机叶片100包括具有导电纤维300的下部叶片壳400和具有导电纤维200的上部叶片壳500。在此叶片中，都由图3所示的夹层板10制成的下部和上部叶片壳使用了与图3夹层板中相同的材料。出于稳定性的原因，叶片100包括连接下部和上部叶片壳的腹板600作为额外的加强构件。优选稳定的这一部分是叶片中最厚的部分，这是指下部和上部叶片壳具有相对于彼此的最大距离的叶片部分(如图4所示)。当然，可在叶片100内的所述空间中设置两个、三个或更多个腹板600。所述空间可以是中空空间或者可以部分或全部被填充以蜂窝结构或任意其它轻质材料。图5示出了图4风力涡轮机横截面的透视图，其中，沿腹板600从叶片100的根部区域到梢端区域设置有金属避雷导体700。在图5中，叶片是在根部区域(未示出)之后很短距离处剖切的，并且图中示出了朝向梢端(未示出)方向的区段。图6示出了图5风力涡轮机叶片的横截面平面图。在上部叶片壳20的夹层板的上层板部中从叶片根部20到梢端30进行剖切。导电纤维40从根部20指向梢端30，并且将电流从设置在电流输入60处的电源(未示出)引导到叶片100的梢端30。导电纤维50从梢端30 (与导电纤维40的连接未被示出)接收电流并且将电流引导到叶片根部30处的电流输出70处，以使电路与电源(未示出)闭合。从叶片100的根部区域20到梢端区域30以基本上直线方式布置导电纤维40、50。导电纤维40、50彼此分隔开，以避免短路。图7示出了根据本发明另一实施例的夹层板的横截面。夹层板包括上层板部4、下层板部5和夹芯材料6。通过夹芯材料6在芯的上表面和下表面上支撑由热塑性基质材料11 (例如如图7所示的ABS聚合物)制成的两个层板层4、5。热塑性基质材料包括导电纤维3 (这里是碳纤维)作为内部加热元件。在该图中，导电纤维3在薄板平面内被定向成基本上纵向方向，这表示从根部区域(在左侧)到梢端区域(在右侧)。在夹芯材料6的选择区域设置导线7。它们形成从上层板部5横跨夹芯材料6到下层板部4的连接。在图中，通过缝合穿过夹芯材料的铜线来制备所示导线。或者，具有导电元件或导电螺栓的预先制备的通道可以用于替代铜线在下层板部和上层板部之间形成电连接通道。所述导电元件必须具有低电阻，以便避免加热夹芯材料。可以在夹芯材料的整个表面上以特定图案设置额外的导线或仅在其上所选择的区域中设置额外的导线。导线有助于快速加热绝热夹芯材料的表面区域，并且因此改进了热塑性层板部与夹芯材料的结合。这可以提高风力涡轮机叶片的可靠性。图8示出了根据本发明的方法的流程图，所述方法包括用于提供如图3所示的夹层板的以下步骤:
A)提供夹芯材料6，
B)布置热塑性基质材料I和多个导电纤维3的混合物作为夹芯材料6上侧或下侧的上层板部4和/或下层板部5，以及
C)向所述多个导电纤维3供应电流，以将导电纤维加热到高于热塑性基质材料1、11熔点的温度。任选地，之后可进行冷却步骤，其中，所获得的夹层板结构10主动或被动地冷却到低于热塑性基质材料1、11熔点的温度。尽管已经以优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但是应该理解，在不脱离本发明范围的情况下可对本发明进行许多额外的改进和变型。尽管本发明已被参照风力涡轮机叶片来描述，但是也可用本发明的方法来制备用于飞机、直升机、冷却器、或汽车零件以及汽车工业或类似设备中各种部件的其它叶片、翼片或转子。复合材料中的内部加热热塑性层板层可广泛用于类似技术领域。为清楚起见，应该理解，本申请中用来表示英语不定冠词的用语“一”并不排除多个，并且用语“包括”并不排除其它步骤或元件。除非另行说明，否则“装置”、“设备”或“元件”可包括多个独立的装置、设备或元件。
权利要求
1.一种夹层板(10)，包括夹芯材料(6)以及上层板部(4)和下层板部(5)，其中，所述上层板部(4 )和所述下层板部(5 )包括热塑性基质材料(11)和加热元件，其特征在于，所述加热元件是在所述热塑性基质材料(11)的内部构成电路的导电纤维(3 )。
2.根据权利要求1所述的夹层板，其中，所述夹芯材料(6)包括泡沫聚合物和/或蜂窝结构和/或木结构。
3.根据权利要求1或2所述的夹层板，其中，所述导电纤维(3)包括碳纤维和/或金属纤维和/或覆盖有导电层的玻璃或塑料纤维。
4.根据前述权利要求之一所述的夹层板，其中，所述热塑性基质材料(11)包括加强材料⑵。
5.根据前述权利要求之一所述的夹层板，其中，所述夹芯材料(6)包括突入到所述上层板部(4)和所述下层板部(5)中的多个导电通道(J)。
6.一种风力涡轮机叶片(100)，包括根据前述权利要求之一所述的夹层板。
7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，包括由腹板(600)任选地连接的上部叶片壳(500)和下部叶片壳(400)，其特征在于，所述上部叶片壳(500)和/或下部叶片壳(400)由所述夹层板(10)组成。
8.根据权利要求6或7所述的风力涡轮机叶片，其中，所述导电纤维(40，50;200，300)沿基本上直线方向沿从叶片根部(20)到叶片梢端(30)的基本上纵向方向布置在所述夹层板的热塑性基质材料中。
9.根据权利要求6至8之一所述的风力涡轮机叶片，其中，多个所述电路由在上部叶片壳(500)中从所述叶片根部延伸到叶片(100)的梢端并且在所述下部叶片壳(400)中从所述梢端返回所述根部的导电纤维(`200、300)构成。
10.根据权利要求6至9之一所述的风力涡轮机叶片，其中，多个所述电路由在上部叶片壳(200)或下部叶片壳(300)的上部或下部中从所述叶片根部(20)延伸到所述叶片(100)的梢端(30)并且在所述上部叶片壳(200)和所述下部叶片壳(300)之间的空间中从所述梢端返回所述根部的导电纤维(40、50)构成。
11.一种制造夹层板(10)的方法，包括以下步骤: a)提供夹芯材料(6)， b)布置热塑性基质材料(I)和多个导电纤维(3)的混合物作为用于所述夹芯材料(6)上侧或下侧的上层板部(4)和/或下层板部(5)，以及 c)向所述多个导电纤维(3)供应电流，以将所述导电纤维加热到高于所述热塑性基质材料(1、11)熔点的温度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤b)中的所述混合物包括用于与所述多个导电纤维(3)布置在一起的多个热塑性纤维(I)和/或热塑性织物。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，步骤b)包括:将所述热塑性基质材料(11)和所述多个导电纤维(3)的混合物与多个感应加热元件布置在一起。
14.一种修整方法，包括以下步骤:在制造风力涡轮机叶片的进一步的过程或修整步骤中，通过利用用于熔化热塑性基质材料(11)的加热元件(3)来加热根据权利要求1至5之一所述的夹层板(10)的热塑性基质材料(11)。
15.一种风力涡轮机叶片(100)的除冰方法，所述风力涡轮机叶片(100)包括根据权利要求I至5之一所述的夹层板(10)，其中，在所述风力涡轮机叶片(100)的操作期间，利用加热元件(3 )来 加热所述热塑性基质材料(11)。
全文摘要
本发明涉及夹层板及其制造方法。具体地，提供了一种用于风力涡轮机叶片的夹层板，包括夹芯材料(6)以及上层板部(4)和下层板部(5)，其中所述上层板部(4)和所述下层板部(5)包括热塑性基质材料(11)和加热元件，其中所述加热元件是在所述热塑性基质材料(11)的内部构成电路的导电纤维(3)。本发明还提供了一种包括这种夹层板(10)的风力涡轮机叶片(100)以及制造这种夹层板(10)的方法。本发明还提供了一种风力涡轮机叶片(100)的修整方法和除冰方法。
文档编号F03D11/00GK103171179SQ201210561169
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月21日 优先权日2011年12月22日
发明者E.格罗夫-尼尔森 申请人:西门子公司