具有玻璃短纤维的柔软长形元件.pdf

一种用于增强纤维增强复合结构（50，55）中的接合部的柔软长形元件（160，260）。柔软长形元件（160，260）包括短切增强玻璃纤维（162，262）和用于将短切纤维保持成长形形状的保持装置（164，264）。此外，还公开了利用这种柔软长形元件（160，260）作为填充元件的复合结构（50，55）以及用于制造这种柔软长形元件（160，260）的设备和方法。

权利要求书
1.   一种用于增强纤维增强复合结构中的接合部的绳索，其特征在于，所述绳索包括：
-呈玻璃纤维形式的短切增强纤维，其主要具有随机的朝向并且具有介于0.5cm至5cm之间的平均长度，以及
-保持装置，其用于将短切纤维保持呈绳索形状。

2.  如权利要求1所述的绳索，其中，所述主要随机朝向的短切增强纤维是缠绕的。

3.  如权利要求1或2所述的绳索，其中，所述保持装置是敞开结构的管，例如网孔管，且其中所述短切纤维被保持在所述管内。

4.  如前述权利要求中任一项所述的绳索，其中，所述保持装置是增粘剂。

5.  如前述权利要求中任一项所述的绳索，其中，所述短切纤维的平均长度介于1cm至4cm之间，有利地为约2.5cm。

6.  如前述权利要求中任一项所述的绳索，其中，所述绳索具有至少5mm的直径。

7.  如权利要求1至6中任一项所述的绳索的用途，所述绳索用作复合结构中的填充材料，或者用于防止在用于制造复合结构的树脂传递模塑成型工艺中树脂池的形成。

8.  一种复合结构，例如风力涡轮机叶片，其由嵌在聚合物基体中的纤维增强材料制成，并且包括如权利要求1至6所述的绳索，所述绳索嵌在所述聚合物基体中，例如，绳索布置在所述复合结构的接合部处或接合部内。

9.  一种制造包括短切增强纤维的绳索的方法，所述方法包括如下步骤：
a）提供呈玻璃纤维形式的短切增强纤维，其主要具有随机的朝向并且具有介于0.5cm至5cm之间的平均长度，
b）提供用于保持所述短切增强纤维的保持装置，以及
c）使所述短切增强纤维和保持装置成形为绳索。

10.  如权利要求9所述的方法，其中，步骤a）包括将纤维增强材料短切成所述短切增强纤维。

11.  如权利要求9或10所述的方法，其中，步骤b）和/或c）包括将所述短切增强材料送给到网孔管内的步骤。

12.  一种用于制造包括短切增强纤维的绳索的设备，其中所述设备包括：
-短切装置，所述短切装置用于将呈玻璃纤维形式的增强纤维短切成短切增强纤维，所述短切增强纤维具有介于0.5cm至5cm之间的平均长度，
-绳索形成装置，所述绳索形成装置用于提供保持装置，所述保持装置用于保持所述短切增强纤维并且使所述短切增强纤维成形为绳索形状，以及
-填充装置，所述填充装置用于将所述短切增强纤维送给到所述绳索形成装置，其中所述填充装置适配成从所述短切装置接收所述短切增强纤维，并且所述填充装置还连接到所述绳索形成机以将所述短切增强纤维送给到所述绳索形成机，其中所述设备还包括用于使所述短切增强纤维随机朝向的装置。

13.  如权利要求12所述的设备，其中，所述绳索形成装置包括编织装置，用于绕所述短切增强纤维编织一个或多个包绕线。

14.  如权利要求12至13中任一项所述的设备，其中，所述送给装置包括用于压实所述短切增强纤维的螺杆压实机。

15.  如权利要求12至14中任一项所述的设备，其中，所述填充装置还包括可变朝向喷嘴，例如可转动的喷嘴，用于使送给到所述绳索成形装置的短切增强纤维的朝向随机化。

说明书具有玻璃短纤维的柔软长形元件
技术领域
本发明涉及一种填料绳索、这种填料绳索的用途、一种制造这种填料绳索的方法以及一种制造这种填料绳索的设备。
背景技术
风力涡轮机叶片常根据两种结构设计之一来制造，即将薄型空气动力学壳体胶粘或以其它方式结合到主梁（spar beam）上的设计或者将梁帽（spar cap）（也称作主层压板）集成到空气动力学壳体中的设计。
在第一个设计中，主梁构成叶片的承载结构。主梁与空气动力学壳体或壳体部件分开制造。空气动力学壳体常制造为两个壳体部件，通常为压力侧壳体部件和吸力侧壳体部件。两个壳体部件胶粘或以其它方式连接到主梁，并且沿着壳体部件的前缘和后缘进一步地胶粘到彼此。这种设计的优点是关键的承载结构可单独制造，并因此较容易控制。此外，这种设计容许多种不同制造方法来生产该梁，例如模制成型和丝状体卷绕成型。
在第二个设计中，梁帽或主层压板集成到壳体中并与空气动力学壳体模制到一起。主层压板与叶片的其余部分相比通常包括较高数量的纤维层，并且至少就该数量的纤维层而言，可形成风力涡轮机壳体的局部增厚。因此，主层压板可形成叶片内的纤维插入部分。在这种设计中，主层压板构成承载结构。叶片壳体通常设计有集成在压力侧壳体部件中的第一主层压板和集成在吸力侧壳体部件中的第二主层压板。第一主层压板和第二主层压板通常借助于一个或多个抗剪腹板而连接，抗剪腹板例如可为C形或I形的。对于很长的叶片，叶片壳体还沿着纵向长度范围的至少一部分包括压力侧壳体内的另外的第一主层压板和吸力侧壳体内的另外的第二主层压板。这些另外的主层压板也可借助于一个或多个抗剪腹板而连接。这种设计的优点是借助于叶片壳体部件的模制较容易控制叶片的空气动力学形状。
真空浸注（vacuum infusion）或VARTM（真空辅助树脂传递模塑成型）是一种方法，其通常用来制造复合结构，例如包括纤维增强基体材料的风力涡轮机叶片。
在填充模具的过程中，借助于模具腔内的真空出口而产生真空（就此而言，所述真空可理解为欠压或负压），由此液体聚合物经由入口通道被抽吸到模具腔内从而充满所述模具腔。随着流动前沿朝真空通道移动，由于负压，聚合物在模具腔内从入口通道沿所有方向分散。因此，为了实现模具腔的完全填充，最优地定位入口通道和真空通道是重要的。然而，确保聚合物在整个模具腔内完全分布常常是困难的，因此这经常导致所谓的干斑，即具有未被充分浸渍树脂的纤维材料的区域。这种干斑是纤维材料未被浸渍并且能够存在气穴的区域，其难以或者不可能通过控制入口侧处的真空压力和可能的超压而去除。在采用刚性模具部件和呈真空袋形式的弹性模具部件的真空浸注技术中，在填充模具的过程之后，通过在相应的位置刺穿袋并且例如借助于注射器针头来抽出空气能够修复干斑。液体聚合物能够可选地注入在相应位置，这也能够例如借助于注射器针头来完成。这是个耗时和令人厌倦的过程。在大模具部件的情况下，工作人员必需站在真空袋上。这是不希望的，尤其在聚合物尚未硬化时更是如此，因为这会导致已插入的纤维材料的变形以及因此导致结构的局部弱化，其可引发例如弯曲效应。
在大多数情况下所应用的聚合物或树脂是聚酯、乙烯基酯或环氧酯，但也可为PUR或pDCPD，纤维增强最经常的是基于玻璃纤维或碳纤维。环氧酯在多个特性方面具有优点，例如固化期间的收缩性（进而潜在地导致层压板中的较少皱褶）、电气特性以及机械强度和疲劳强度。聚酯和乙烯基酯具备的优点是它们对凝胶漆提供了更好的粘结特性。因此，在制造壳体过程中，通过在将纤维增强材料布置在模具内之前将凝胶漆涂到模具上，可将凝胶漆涂到壳体外表面。因此，可避免各种模制后的操作，例如喷涂叶片。此外，聚酯和乙烯基酯比环氧酯便宜。因此，可以简化制造过程并且可以降低成本。
复合结构常包括覆盖有纤维增强材料的芯部材料，纤维增强材料为例如一个或多个纤维增强聚合物层。芯部材料可用作这些层之间的间隔件以形成夹层结构，并通常由刚性轻质材料制成以减小复合结构的重量。为了确保液体树脂在浸渍过程中能够有效地分配，芯部材料可设置有树脂分配网，例如通过在芯部材料的表面上提供通道或沟槽。夹层结构在空气动力学壳体和抗剪腹板两者中均经常使用。
多年以来风力涡轮机叶片已经得以改进，以使其相对于载荷更高效和优化从而提高风力涡轮机的年发电量（AEP）并优化风力涡轮机的每兆瓦的成本。现代风力涡轮机叶片常构造有最接近毂部的根部区域、包括最远离毂部的升力产生轮廓的翼型区域以及位于根部区域和翼型区域之间的过渡区域。翼型区域具有对于产生升力而言理想的或几乎理想的叶片形状，而根部区域具有大致上圆形的截面，这减小了风暴载荷并且使叶片安装到毂部更容易和更安全。如名称所暗示的，过渡区域具有从根部区域的圆形形状渐变到翼型区域的翼型轮廓的形状。通常，叶片在过渡区域内的弦宽朝向最大弦也称作肩部的方向增加，该肩部可形成过渡区域和翼型区域之间的边界。此外，叶片轮廓通常沿纵向扭转，以弥补转子叶片的局部变化流入速度和局部半径的攻角。另外，由于风力涡轮机叶片随着时间推移已日益变长，直至今天可大于70m长，因而对风力涡轮机使用预弯曲叶片已变得越来越有吸引力，这是因为预弯曲叶片容许将风力涡轮机转子置于接近风力涡轮机塔架之处，同时仍能在强风时避免叶片与塔架碰撞。另外，叶片的预弯曲容许叶片被制造得不太硬和更轻。
总之，可以看到，由于双曲率表面、预弯曲、扭转等，现代风力涡轮机叶片已朝向复杂的几何结构方向发展。此外，叶片包括若干接合部，例如在叶片的前缘和后缘处以将两个叶片壳体部件结合的接合部。以上同样适用于C形或I形抗剪腹板。它们常常构造为如下的夹层结构，即具有在腿部和脚部（或凸缘）之间接合部处的倒角，以将载荷从腹板传递到主层压板，而不会在腿部和脚部之间的接合部中出现失效和破裂风险。然而，这种倒角在正常情况下将导致在接合部处出现树脂富集区域或树脂池。在树脂的固化过程中，由于高放热峰，这种树脂池将经常产生燃烧了的树脂，其进而可导致机械性能较弱的点。
因此，包括单向朝向增强纤维的绳索（UD绳索）常在否则为树脂富集区域内用作填料材料。此外，这种绳索也用在腹板中，以将载荷从腿部的蒙皮层传递到凸缘。然而，调查已显示，由于致密包封的UD纤维，UD绳索的使用可导致绳索中心处的干的增强纤维。这进而也可导致机械性能较弱的点。调查也显示，即使对于相对较小直径的绳索也可能发生干的区域，例如具有约6mm直径的绳索。另外，UD绳索将仅提供叶片纵向上的硬度，但是，为增强接合部的性能，具有重要性的是横向强度。在UD绳索情况下，浸注绳索的横向强度仅由所用树脂的强度决定。
本发明的目的是获得一种包括增强纤维的绳索，其克服或缓解现有技术的缺点中的至少一个或者提供一种有用的替代方案。
发明内容
根据第一方面本发明提供了一种绳索，其用于增强纤维增强复合结构中的接合部并且适配成确保在浸注工艺过程中适当润湿，其中，所述绳索包括：呈玻璃纤维形式的短切（chopped）增强纤维，所述短切增强纤维主要具有随机的朝向并且具有介于0.5cm至5cm之间的平均长度；以及保持装置，其用于保持所述短切纤维呈绳索形状。
短切玻璃纤维将主要具有随机的朝向，由此纤维不被致密包封。因此，具有短切纤维的绳索将便利于从绳索的外周到绳索的芯部的开口，并且当在用于制造风力涡轮机叶片或另一复合结构的浸注工艺中使用时确保能使整个绳索适当地润湿。此外，随机朝向的短切纤维确保了至少多个纤维朝向为有部件沿横向。因此，纤维有助于横向强度并且增加了其中使用该绳索作为填料材料的接合部的性能。因此，无需购买另外的UD绳索，并可避免用于处理多余玻璃或废弃玻璃的成本，这是由于多余玻璃或废弃玻璃可被短切并用于根据本发明的绳索。由于所需绳索的量，故绳索通常占据叶片成本的相对主要部分。包括两个I形腹板的70米叶片将例如单独为腹板使用8个绳索。由于腹板通常大致沿叶片的整个长度延伸，因此单个叶片将单独为腹板需要560米的绳索。因此，具有短切纤维的绳索不仅提供优于使用UD绳索的机械优点，而且浪费较少和生产成本较低。
根据之前的描述，可以得出，在高度有利的实施方式中的短切纤维在绳索中具有随机的朝向。
根据一特别有利的实施方式，保持装置是敞开结构的管，例如网孔管，其中短切纤维被保持在管内。这提供了用于保持短切纤维的简单的类似短袜的（sock-like）结构，其中短切纤维可从管内的开口突出，以提供接合部的横向强度。网孔管可具有与支架（stents）中使用的那些相似的形状和设计。
网孔管也具有如下优点，即它们可以是可膨胀的或可收缩的。因此，相同类型的网孔管可用于包括短切纤维的多种直径的绳索。网孔管可被牵拉至期望直径，例如与将短切增强纤维送给到管内同时进行。该管还可被热处理以保持形状并结合到短切纤维。原理上，也可以通过改变送给速度和/或牵拉速度而沿纵向改变绳索的直径。
根据另一高度有利的实施方式，保持装置是包绕短切增强纤维的一种或多种包绕纤维。该包绕纤维能够借助于编织机例如包绕短切纤维。编织机还可用于形成围绕短切纤维的网孔管。网孔管也可通过绕短切纤维包绕网孔板而形成。例如，这可以用与编织机相似的装置来进行。
在另一实施方式中，所述保持装置是增粘剂（tackifier）。增粘剂可用于确保短切纤维被保持呈绳索形状。例如，这可通过将短切纤维送给到成形管或喷嘴内并且使短切纤维通过树脂浴或增粘剂浴而进行。在一较简单实施方式中，仅简单地将增粘剂添加到短切纤维，之后，短切纤维被压实（compacted）并成形为绳索。增粘剂确保了短切纤维粘接到彼此。增粘剂可例如为热塑性塑料。增粘剂有利地填充成品绳索的体积的0.5-10%，或0.5-5%，例如约1%。
在又另一实施方式中，保持装置是芯部纤维或丝状体，短切增强纤维附接到芯部纤维或丝状体。这种实施方式提供蓬松增强绳索，其确保了适当润湿和横向增强。短切增强纤维可例如包绕芯部纤维或丝状体，或与芯部纤维或丝状体缝接或编织到一起。绳索也可包括另外的芯部纤维或丝状体。
在一有利实施方式中，所述短切纤维的平均长度介于1cm至4cm之间，有利地为约2.5cm。这种长度提供了纤维的最优随机朝向，以确保适当润湿和横向强度。
在另一有利实施方式中，所述绳索具有至少5mm的直径。绳索直径可达到20mm或25mm或甚至达到30mm。有利的绳索直径例如为约6mm、9mm、12mm或15mm。
保持装置也可成形为具有外部形状，其适配于特定的接合部。保持装置可例如具有基本上三角形横截面，其具有带有网孔结构的三个侧面，由此提供三角形状的绳索。
短切增强纤维有利地填充绳索体积的至少50%、或至少60%、或至少70%、或至少80%、或至少90%。
在一有利实施方式中，保持装置由聚合物材料制成，例如热塑性材料或热固性材料。然而，上述材料也可从尼龙、玻璃和聚酯所组成的群组中选择。在另一有利实施方式中，材料是可溶于树脂中的，例如聚酯、乙烯基酯或环氧酯，由此当树脂被浸注并在后来被固化以形成复合结构时，保持装置将溶解于聚合物基体中。因此，包绕纤维或网孔管由所述材料制成。
在另一有利实施方式中，主要随机朝向的短切增强纤维可被缠绕（entangled）或盘绕（entwined），以维持绳索形状。这种缠绕是通过随机朝向的短切纤维而非通过搓捻或类似方式获得的。在这种实施方式中，保持装置可以考虑由缠绕的短切纤维形成。
根据第二方面，本发明提供根据前述实施方式中任一种的绳索作为复合结构中的填充材料的用途。相似地，本发明提供根据前述实施方式中任一种的绳索作为填充材料以防止在用于制造复合结构的树脂传递模塑成型工艺中树脂池的形成的用途，这进而最小化在复合结构中的树脂富集区域，而树脂富集区域可导致形成结构中的机械性能较弱的点。
根据第三方面，本发明提供一种复合结构，其由嵌在聚合物基体中的纤维增强材料制成并包括如前述实施方式中任一种所述的绳索，所述绳索嵌在聚合物基体中。
复合结构有利地包括接合部，其中绳索设置在接合部处或内部。
在一替代性实施方式中，在制造复合结构的过程中，绳索是通过如下而成形的，即：将短切纤维注入空置处，例如在接合部处的空置处，从而用短切纤维有效填充空置处并形成绳索形状，之后，注入树脂。
在一优选实施方式中，复合结构是风力涡轮机叶片。因此，本发明提供一种由嵌在聚合物基体内的纤维增强材料制成的风力涡轮机叶片，其中所述风力涡轮机叶片可包括位于风力涡轮机叶片的不同部分之间的接合部。绳索可例如用于安装在风力涡轮机叶片内部的抗剪腹板中。绳索也可用于叶片的附件，例如表面安装的扰流器、阻力板或类似物。
聚合物基体可例如为环氧酯、聚酯或乙烯基酯。纤维增强材料可例如为玻璃纤维、碳纤维或芳族聚酸胺纤维。
根据第四方面，本发明提供一种制造包括短切增强纤维的绳索的方法，所述方法包括如下步骤：a）提供呈玻璃纤维形式的短切增强纤维，其主要具有随机朝向且具有介于0.5cm至5cm之间的平均长度，b）提供用于保持所述短切增强纤维的保持装置，以及c）使所述短切增强纤维和保持装置成形为绳索。
在一有利实施方式中，步骤a）包括将纤维增强材料短切或以另外方式切割成短切增强纤维。
在另一有利实施方式中，步骤b）和/或c）包括将所述短切增强纤维送给到网孔管内的步骤。短切纤维可以例如通过吹送短切纤维或以另外方式将它们填入管内而被送给到管。在将短切纤维送给到网孔管内的同时牵拉网孔管，从而为绳索获得期望的直径。牵拉和填充的速度可被设定以获得期望的绳索直径和纤维密度。
在另一有利实施方式中，短切增强纤维被送给到编织机，编织机绕短切纤维编织保持装置。编织机可例如形成绕短切纤维的网孔管。替代地，它可提供绕短切纤维的单个包绕纤维。
在又另一有利实施方式中，增粘剂在步骤b）中被供应到短切纤维。
根据第五实施方式，本发明提供一种用于制造包括短切增强纤维的绳索的设备，其中所述设备包括：短切装置，所述短切装置用于将呈玻璃纤维形式的增强纤维短切成短切增强纤维，其具有介于0.5cm至5cm之间的平均长度；绳索形成装置，所述绳索形成装置用于提供保持所述短切增强纤维的保持装置并且使所述短切增强纤维成形为绳索形状；以及填充装置，所述填充装置用于将所述短切增强纤维送给到所述绳索形成装置，其中所述填充装置适配成从所述短切装置接收所述短切增强纤维，所述填充装置还连接到所述绳索形成机，以将所述短切增强纤维送给到所述绳索形成机。原理上，如果可购买到或以其它方式单独生产出短切纤维，则可从所述设备中略去短切装置。在这种示例中，短切纤维可被简单地送给到填充装置，其中所述设备还包括用于使短切增强纤维随机朝向的装置。
所述的用于使短切增强纤维随机朝向的装置可集成到短切装置和/或填充装置中。然而，所述的用于使短切增强纤维随机朝向的装置也可作为单独装置应用于所述设备上。
在一有利实施方式中，所述绳索形成装置包括编织装置，用于绕所述短切增强纤维编织一个或多个包绕线。编织机可例如形成围绕短切纤维的网孔管。
在另一有利实施方式中，所述绳索形成装置包括用于配合绕短切增强纤维的网孔管的装置。因此，短切纤维可以被填充到预先制造的网孔管内。
所述绳索形成装置还可包括用于将网孔管牵拉至期望外径的牵引装置。
在一个实施方式中，填充装置包括用于将短切增强纤维喷洒或吹送到绳索成形装置的喷洒装置。然而，根据一有利实施方式，所述送给装置包括用于压缩短切纤维的压实机，例如螺杆压实机。在这种实施方式中，短切纤维可简单地被推动到绳索成形装置。所述填充装置可包括成形装置，例如管件或喷嘴，其将短切纤维供应到呈绳索需要的期望横截面形状的绳索成形装置。
在一特别有利实施方式中，所述填充装置还包括可变朝向喷嘴或口状件，例如可转动的喷嘴或口状件，用于使送给到所述绳索成形装置的短切增强纤维的朝向进一步地随机化。
在又另一有利实施方式中，所述设备还包括用于将绳索卷绕到线圈、辊子或线轴上的卷绕机。因此，在制造复合结构时，绳索可在以后从所述辊子应用于纤维铺设。
附图说明
以下参照附图所示实施方式详细解释本发明，其中
图1示出风力涡轮机，
图2示出风力涡轮机叶片的示意图，
图3示出风力涡轮机叶片的横截面的示意图，
图4示出根据本发明的填料绳索的第一实施方式，
图5示出根据本发明的填料绳索的第二实施方式，
图6示出根据本发明的用于制造填料绳索的设备的总体布局，
图7示出根据本发明的用于制造填料绳索的设备的第一实施方式的示意图，
图8示出根据本发明的用于制造填料绳索的设备的第二实施方式的示意图，
图9示出填料绳索的第二实施方式的变型的横截面，以及
图10示出根据本发明的填料绳索的第三实施方式的横截面。
具体实施方式
图1图示根据所谓的“丹麦概念”的传统的现代迎风风力涡轮机，其具有塔架4、机舱6以及具有大致水平转子轴的转子。转子包括毂部8和自毂部8沿径向延伸的三个叶片10，各叶片均具有最接近毂部的叶片根部16和最远离毂部8的叶片尖部14。转子具有表示为R的半径。
图2示出风力涡轮机叶片10的示意图。风力涡轮机叶片10具有传统风力涡轮机叶片的形状，并包括最接近毂部的根部区域30、最远离毂部的轮廓区域或翼型区域34以及位于根部区域30和翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括前缘18和后缘20，当叶片安装在毂部上时，前缘18面向叶片10的转动方向，后缘20面向前缘18的反向。
翼型区域34（也称作轮廓区域）具有对于产生升力而言理想的或几乎理想的叶片形状，然而根部区域30由于结构考量而具有大致圆形或椭圆形横截面，这例如使得将叶片10安装到毂部较容易和较安全。根部区域30的直径（或弦）可沿着整个根部区域30恒定。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状渐变为翼型区域34的翼型轮廓的过渡轮廓。过渡区域32的弦长通常随着与毂部相距的距离r的增加而增加。翼型区域34具有翼型轮廓，该翼型轮廓具有在叶片10的前缘18和后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着与毂部相距的距离r的增加而减小。
叶片10的肩部40限定为叶片10具有其最大弦长的位置。肩部40通常设置在过渡区域32和翼型区域34之间的边界处。
应注意，叶片的不同部分的弦通常不位于共同平面内，这是由于叶片可能被扭转和/或弯曲（即预弯曲），因此使弦平面具有对应扭转和/或弯曲的过程，这是最经常的情况，以为了补偿依赖于从毂部开始的半径的叶片的局部速度。
叶片通常由压力侧壳体部分36和吸力侧壳体部分38制成，压力侧壳体部分36和吸力侧壳体部分38沿着叶片20的前缘18和后缘20处的结合线胶粘到彼此。
图3示出沿着图2中所示的线                                               -的叶片的横截面的示意图。如前所述，叶片10包括压力侧壳体部分36和吸力侧壳体部分38。压力侧壳体部分36包括梁帽41，也称作主层压板，梁帽41构成压力侧壳体部分36的承载部件。梁帽41包括多个纤维层42，多个纤维层42主要包括沿着叶片的纵向排列的单向纤维，以为叶片提供硬度。吸力侧壳体部分38也包括梁帽45，梁帽45包括多个纤维层46。压力侧壳体部分38还可包括夹层芯部材料43，夹层芯部材料43通常由轻木或泡沫聚合物制成，并夹在多个纤维增强蒙皮层之间。夹层芯部材料43用于为壳体提供硬度，以确保壳体在叶片转动过程中大致保持其空气动力学轮廓。相似地，吸力侧壳体部分38也可包括夹层芯部材料47。
压力侧壳体部分36的梁帽41和吸力侧壳体部分38的梁帽45借助于第一抗剪腹板50和第二抗剪腹板55连接。抗剪腹板50、55在所示实施方式中形状为I形腹板。然而，诸如C形腹板的其它构造也可使用。第一抗剪腹板50包括腿部和两个脚部或凸缘。腿部包括由多个蒙皮层52覆盖的夹层芯部材料51，夹层芯部材料51例如为轻木或泡沫聚合物。第二抗剪腹板55具有设有腿部和两个凸缘的相似设计，腿部包括由多个蒙皮层57覆盖的夹层芯部材料56。两个抗剪腹板50、55的夹层芯部材料51、56在凸缘附近被倒角，以将载荷从腹板50、55传递到主层压板41、45，而不会有在腿部和脚部之间的接合部中发生失效和破裂的风险。然而，这种设计通常将导致在腿部和凸缘之间的接合部区域内出现树脂富集区域。此外，这种树脂富集区域可包括在树脂固化过程中由于高放热峰而产生的燃烧树脂，燃烧树脂进而可导致产生机械性能较弱的点。因此，在这些接合部区域处布置多个包括玻璃纤维的填料绳索60。此外，这种绳索60也将便利于将载荷从腿部的蒙皮层传递到凸缘。
在一个替代的实施方式中，在制造腹板过程中，通过在接合部处的空置处注入干的短切纤维或粘性短切纤维而形成绳索60。这在凸缘预制成时尤其适用。在这种示例中，干的短切纤维可注入玻璃蒙皮之间，之后注入树脂并填充空置处和短切纤维。
叶片壳体36、38还可包括位于前缘和后缘处的纤维增强材料。通常，壳体部分36、38借助于胶粘凸缘而结合到彼此，其中可使用另外的填料绳索（未示出）。另外，很长的叶片可以包括具有另外的梁帽的分段部分，这些分段部分借助于一个或多个另外的抗剪腹板连接，这可能会需要使用甚至更多的填料绳索。此外，填料绳索也可用于叶片上的附件或改造部件中，例如表面安装的扰流器（譬如T形或L形的）、阻力板或类似物。
现有技术的风力涡轮机叶片使用包括单向玻璃纤维或扭转玻璃纤维的填料绳索。然而，玻璃纤维被集致密包封成这种绳索，且调查已显示使用这种绳索可导致在绳索中心处出现干的增强纤维。这进而也可导致机械性能较弱的点。调查已示出，甚至对于相对小直径绳索也可能出现这种干的区域，例如具有约6mm直径的绳索。另外，这种绳索仅提供叶片纵向上的硬度，然而为增强接合部的性能，重要的是横向强度。在现有技术绳索的情况下，浸注绳索的横向强度仅由所用树脂的强度确定。
本发明通过提供包括短切增强纤维的绳索而克服这些问题。在图4中绘示出根据本发明的绳索160的第一实施方式。填料绳索60包括容纳于呈网孔管164形式的保持装置内的短切增强纤维162。短切增强纤维162具有随机的朝向，由此纤维未被致密包封。因此，具有短切纤维的绳索162便利于从绳索外周向绳索的芯部的开口，并且当在用于制造风力涡轮机叶片10或另一复合结构的浸注工艺中使用时确保能使整个绳索适当地润湿。此外，随机朝向的短切纤维162将确保至少多个纤维162朝向为有部件沿横向。因此，短切纤维162有助于横向强度，并增加了其中使用填料绳索60作为填料材料的接合部的性能。
短切增强纤维162有利地由玻璃纤维或与制成复合结构的其余部分的相同种类的增强纤维制成。短切增强纤维有利地具有25mm的平均长度，这被证明提供了短切增强纤维162的充分随机的朝向，从而确保适当地润湿并为其中使用绳索60作为填料材料的接合部提供横向强度。
围绕短切纤维162的网孔管164有利地由聚合物材料制成。聚合物材料可以是可溶于树脂中的，在浸注工艺中网孔溶解于树脂并成为最终复合结构的基体材料的部分。网孔管164的屏蔽尺寸（mask size）可具有任何期望的尺寸，但应当大致上足够大以至于树脂能穿过并且短切纤维能突出穿过，而且足够小以确保短切纤维162保持在网孔管164内部。
图5示出根据本发明的填料绳索260的第二实施方式。在这种实施方式中，短切增强纤维262附接到或包绕在呈芯部纤维或丝状体264形式的保持装置上。另外，增粘材料可涂于短切增强纤维262以确保它们被保持在芯部丝状体264上。填料绳索可还包括如图9中所示的另外的柔性芯部元件。芯部丝状体可被缝接、扭转或编织，使得在浸注过程中树脂能够进入芯部以完全浸湿。短切增强纤维可与芯部丝状体一起被缝接、包绕或编织，以提供如图9所示的“蓬松”绳索。
在图中未示出的又另一实施方式中，填料绳索仅包括呈增粘剂形式的保持装置。增粘剂确保短切纤维被保持为期望的绳索形状。也可以使用增粘剂和网孔管的结合作为保持装置。
存在多种制造根据本发明的填料绳索的方法。用于制造这种填料绳索的设备70一般包括短切装置75、填充装置80以及绳索成形装置90，如图6很示意性地示出的。短切装置75（或短切机）将增强纤维切割或短切成预定长度或长度间隔的短切增强纤维。填充装置80适配成从短切机75接收短切纤维，并将短切纤维送给到绳索形成装置90。绳索形成装置90将绳索定形，并为短切纤维提供保持装置，以确保短切纤维保持期望的绳索形状。原理上，如果可购买到或以另外方式单独生产出短切纤维，则可从该设备中略去短切装置。在这种情况下，简单地将短切纤维送给到填充装置。
图7示出根据本发明的用于制造图4中所示第一实施方式的填料绳索160的设备170的实施方式。设备170包括短切装置，短切装置包括呈漏斗176形式的入口，在漏斗176内设置有刀片、刀具、研磨机或类似装置（未示出）。长增强纤维177（例如来自于纤维毡或单向纤维绳索）被送给到漏斗176内，并且长纤维177被短切成具有预定长度间隔（例如25mm左右）的纤维。也可以使用来自于用于制造风力涡轮机叶片的铺设工序的多余玻璃。还可以使用来自于复合结构的错误制造中的废弃玻璃，特别是如果可从废弃玻璃去除固化树脂的情况。
已短切过的纤维送给到填充装置180内。填充装置180可例如包括压实机装置181，例如呈螺杆压实机形式。短切纤维被螺杆压实机装置181将向前推进到管状结构内。管状结构可包括锥形部182以进一步压实短切纤维，并将短切纤维压缩至期望的绳索直径。一般而言，由于对短切纤维的短切和压缩，短切纤维具有随机的朝向。然而，填充装置180可另外包括口状件或喷嘴183，以便于短切纤维的朝向进一步的随机性。口状件183可例如转动以确保短切纤维获得不同的朝向。
绳索成形装置包括编织机191，其将聚合物纤维或线材编织成围绕短切纤维的网孔管，因此形成填料绳索160。设备还可包括牵引装置以连续牵拉绳索，并可另外包括用于将绳索缠绕到辊子上的卷绕机。
图8示出根据本发明的用于制造填料绳索的设备270的第二实施方式，其中相似参考标号指代与图7中所示实施方式中的相似的部件。因此，仅描述两个实施方式之间的不同。在这种实施方式中，设备270的绳索成形装置包括增粘剂浴或树脂浴。短切纤维被推动通过上述浴，例如在敞开结构管内。增粘剂确保短切纤维被保持呈绳索形状360。
然而，利用增粘剂作为保持装置的填料绳索也可以简单得多的方法制造。在短切纤维被压实为绳索形状之前，可简单地将增粘剂施加到短切纤维。增粘剂将使短切纤维彼此粘接，并仍能够弯曲和压实以形成具有随机朝向的短切纤维的绳索。增粘剂可例如为热塑性树脂。提供成品绳索的体积的1%已足够，使得增粘剂如图10用白点所示地分散在绳索各处。根据一有利实施方式，增粘剂可填充成品绳索的体积的0.5-10%或0.5-5%。根据另一未示出的实施方式，随机朝向的短切增强纤维被缠绕或盘绕，使得它们维持绳索形状。通过随机朝向的短切纤维而非通过搓捻或类似方式获得这种缠绕。
已参照有利实施方式描述了本发明。然而，本发明的范围并不局限于所述实施方式，可在不偏离本发明范围情况下进行替代和修改。已例如关联包括集成在叶片壳体中的承载结构的风力涡轮机叶片描述了本发明。然而，根据本发明的填料绳索也可应用于包括中心梁或主梁作为承载结构且具有粘结到该梁的空气动力学壳体的风力涡轮机叶片。填充的绳索也可应用于与填料绳索相关的其它复合结构中。
参考标号列表
2风力涡轮机4塔架6机舱8毂部10叶片14叶片尖部16叶片根部18前缘20后缘22俯仰轴30根部区域32过渡区域34翼型区域36压力侧壳体38吸力侧壳体40肩部41压力侧的主层压板/梁帽42纤维层43夹层芯部材料45吸力侧的主层压板/梁帽46纤维层47夹层芯部材料50第一抗剪腹板51第一抗剪腹板的夹层芯部材料52蒙皮层55第二抗剪腹板56第二抗剪腹板的夹层芯部材料57蒙皮层60，160，260，360填料绳索162，262短切增强纤维164，264保持装置70用于制造绳索的设备75短切装置80，180，280填充装置90绳索形成装置176，276进料道177，277长纤维181，281压实机装置/螺杆压实机182，282锥形部183，283口状件/喷嘴191编织机291增粘剂浴