用于对风力涡轮机叶片的前缘进行磨削的磨削工具的制作方法

1.本发明涉及一种用于对风力涡轮机的前缘进行磨削的磨削工具。这种磨削工具可以用于对已经在包括两个模具半部的模具中制造出的风力涡轮机叶片执行精整操作。其还可用于对在操作期间受到磨损影响的风力涡轮机叶片进行修理。


背景技术：

2.风力涡轮机用于将风能转换成电能。风作用在连接到用于驱动发电机的轴的风力涡轮机叶片上。这样的风力涡轮机叶片可以通过不同的制造技术来制造，典型地包括在包括两个模具半部的模具中模制。模具半部之间的连接部分可以沿着叶片的前缘，并且在脱模之后，通常必须沿着前缘对叶片表面进行一些精整操作，以便确保叶片的再次影响性能的期望形状。这种精整操作典型地包括通过使用手持式抛光或振动工具(如刷条、偏心磨床或普通磨床)进行磨削。这是耗时的过程，需要良好的技能以确保满意的结果。
3.此外，风力涡轮机叶片在使用过程中经历磨损，并且为了维持所要求的性能，维护可能是必要的，以便使磨损的叶片几何形状回到所希望的形状中。这种维护通常包括可能是麻烦的磨削，因为其必须在现场进行。
4.因此，用于对风力涡轮机叶片的前缘进行磨削的改进的磨削工具将是有利的。
5.本发明的目的是提供一种用于对风力涡轮机叶片的前缘进行磨削的磨削工具，与使用已知技术相比，使用该磨削工具能更容易确保前缘的预定形状。
6.本发明的另一目的是提供一种用于对风力涡轮机叶片的前缘进行磨削的磨削工具，从而使得制造过程中的精整操作比使用已知技术更高效。
7.本发明的另一目的是提供一种用于对风力涡轮机叶片的前缘进行磨削的磨削工具，使用该磨削工具使得磨损前缘的修复比使用已知技术更有效。
8.本发明的至少一些实施方式的目的是提供一种用于对风力涡轮机叶片的前缘进行磨削的磨削工具，与已知技术相比，使用该磨削工具可以延长用于进行磨削的研磨材料的使用寿命。
9.特别地，本发明的目的可以被视为提供一种解决现有技术的上述问题的磨削工具。


技术实现要素：

10.在本发明的上下文中，术语“风力涡轮机发电机”或“风力涡轮机”应被认为包括但不限于包括一个或多个风力涡轮机叶片的风力涡轮机发电机，这些风力涡轮机叶片可以通过风的作用而围绕安装在细长塔架的最上部分上的机舱中安装的水平轴线进行旋转。机舱本身围绕竖直轴线枢转，以便将叶片转动到与风向合适的对准位置。一个或多个叶片以取决于风和叶片的空气动力学的速度旋转，以便驱动用于将风能转换成电能的发电机。简言之，风力涡轮机或风力涡轮机发电机或风力发电机或航空发电机可以被定义为用于将风的动能转换成机械能并且随后转换成电能的装置。
11.在本发明的背景下，术语“风力涡轮机叶片”或类似措辞应当被认为包括但不限于具有适合于在进行穿过空气的相对运动时提供气动升力的翼形轮廓的细长结构。在本发明的背景下，这些风力涡轮机叶片可被互换地称为“转子叶片”。
12.在本发明的第一方面，上述目的和若干其它目的旨在通过提供一种用于对风力涡轮机叶片的前缘进行磨削的磨削工具来获得，该磨削工具包括：
13.平行的两个轴，在所述磨削工具的使用中，所述两个轴中的至少一个轴被旋转驱动，所述两个轴沿着其长度的至少一部分是平行的；
14.框架，该框架用于将所述两个轴保持在固定的相互关系中；
15.安装在所述框架上的旋转地安装的张紧装置，例如张紧轮；以及
16.环形研磨带，该环形研磨带是围绕所述张紧装置和引导件布置的，所述两个轴中的每个轴上各有一个所述引导件；
17.其中，所述轴、所述张紧装置和所述引导件被布置成在垂直于所述轴的平行部分的平面中引导所述研磨带；
18.其中，所述两个轴被布置成使得所述张紧装置的外表面和承载所述研磨带的所述引导件的外表面形成的假想曲线比所述研磨带的长度短。
[0019]“假想曲线”是指在围绕张紧装置和引导件进行布置的状况下将具有最短可能长度的曲线。
[0020]
呈张紧轮的形式的张紧装置的替代方案可以是另一个轴。
[0021]
在本发明的一些实施方式中，磨削工具进一步包括可移动地安装至框架的两个研磨带保持器，研磨带保持器被成形并布置成在以下位置之间移动：
[0022]-保持位置，在所述保持位置中，所述研磨带保持器沿着所述研磨带的与所述引导件相接触的至少部分保持所述研磨带，以及
[0023]-释放位置，在所述释放位置中，所述研磨带保持器与所述研磨带脱离接触。这样的研磨带保持器有利于磨削工具的使用，这是因为研磨带被保持成与引导件正确接合，使得磨削工具的使用者不必作为磨削操作的一部分来注意研磨带在引导件中的布置。
[0024]
如上所述，两个轴被布置成使得张紧装置的外表面和承载研磨带的引导件的外表面形成的假想曲线比研磨带的长度短。这意味着当磨削工具未被使用时，研磨带是松弛的。研磨带保持器用于确保研磨带在准备使用时保持在正确的位置中。
[0025]
如在附图中示出的实施方式中的情况，两个轴可沿着它们的整个长度平行。然而，在其中这些轴中的一个轴不被驱动的实施方式中，这个不被驱动的轴沿着不承载引导件的长度部分可以具有另一取向。它可以例如朝向框架弯曲或弯折。其还可以与框架集成。此外，这些轴不需要沿着其整个长度具有恒定的截面。
[0026]
磨削工具的设计(包括两个轴之间的固定的相互关系和张紧装置的布置)意味着，对于给定长度的研磨带，无论前缘的曲率半径如何，都在研磨带的位于引导件之间的笔直部分之间获得所产生的预定角度；这将在附图中示出。因此，可以确保通过磨削工具磨削出前缘的对应的预定形状。如果需要不同的预定角度，这可通过改变成具有另一长度的研磨带而获得。本发明的优点在于可以使用相同的工具来执行从叶片最顶端到根端的磨削，这是因为研磨带能适应前缘的截面的变化的曲率半径。
[0027]
研磨带保持器可成形成使得当研磨带保持器处于保持位置时，研磨带保持器在研
磨带的一部分上延伸，使得研磨带在研磨带保持器之间围绕引导件在相反的方向上弯曲。
[0028]
当从前缘处的研磨位置开始移动而绕过下一个引导件时，研磨带的曲率发生变化，这一变化的优点是，因研磨而产生的碎屑被从研磨带自动移除，使得与磨削盘相比，使用寿命得到了显著延长。
[0029]
用于驱动被驱动轴的马达可由电池或由连接至外部电源的电缆供电。这种马达可以是磨削工具的一部分，但也可以是可与被驱动轴连接的外部装置。
[0030]
在本发明的一些实施方式中，所述两个轴中的一个轴不被驱动并且被固定地安装在所述框架中，并且该一个轴上的引导件被旋转地安装，例如被轴承支撑。
[0031]
在其中所述两个轴中的一个轴不被驱动的替代实施方式中，这个轴可以被旋转地安装在所述框架中，例如被轴承支撑，并且该一个轴上的引导件被固定地安装或者呈该一个轴中的凹槽的形式。不同的选项赋予工具的设计更多的自由度。
[0032]
在本发明的一些实施方式中，所述磨削工具包括多个研磨带和对应数量的引导件、张紧装置和研磨带保持器；所述多个研磨带沿着轴布置在连续的磨削平面中；并且所述张紧装置将偏置张紧力施加至所述研磨带。这些张紧装置可安装在单独的杠杆臂上，所述杠杆臂用于施加偏置张紧力。“对应数目”是指参考一个研磨带的以上给定描述匹配研磨带的数目的数目。例如，对于每个研磨带，存在两个引导件，每个轴上有一个引导件。当在每个轴上存在不止一个研磨带并且由此存在不止一个引导件时，这些引导件可以是单独的部件。然而，本发明的保护范围还覆盖了其中一系列引导件被设置为整体元件的实施方式。
[0033]
在本发明的具有多个研磨带并且被如上所述地设计的实施方式中，多个研磨带可具有至少两种不同的砂砾粗糙度，并且可沿轴的长度方向具有增大的砂砾粗糙度。
[0034]“砂砾粗糙度”是指研磨带是多粗糙的，并且它涉及从正在磨削的表面去除的材料的量以及所产生的糙率；确切的测量取决于例如材料和所施加的压力。砂砾粗糙度也可被称为砂砾尺寸，其是指嵌入研磨带的砂纸中的研磨材料颗粒的尺寸。已经针对砂砾尺寸建立了若干标准。这些标准不仅建立了平均砂砾尺寸，而且还建立了距平均值的允许变化。两个最常见的标准是美国cami(涂层磨料制造商协会)和欧洲fepa(欧洲磨料生产商联合会)“p”级。fepa系统与iso 6344标准相同。
[0035]
通过使用砂砾粗糙度增大的多个研磨带，可以获得有效的磨削过程。当磨削工具沿着前缘移动时，前缘的特定部分受到粗糙度降低的随后研磨带的磨削。因此，该方法的一个工作操作就类似于传统上利用例如各自具有一种砂砾粗糙度的磨削盘的磨削工具进行磨削时所需的多个步骤。
[0036]
在本发明的具有多个研磨带并且被如上所述地设计的实施方式中，这些轴可以是第一被驱动轴和第二被驱动轴，并且在磨削工具的使用过程中，这些研磨带中的一些研磨带可以顺时针运行，并且这些研磨带中的一些研磨带可以逆时针运行。这可以例如通过顺时针运行的研磨带由第一被驱动轴驱动并且由第二轴上的轴承支撑引导件引导而逆时针运行的研磨带由第二被驱动轴驱动并且由第一轴上的轴承支撑引导件引导来实现。这样的实施方式的示例将在附图中示出。
[0037]
顺时针运行的研磨带可与逆时针运行的研磨带交替。因此，来自磨削过程的力可被更均匀地分布，使得更容易手动操纵磨削工具，使得更容易施加均匀的压力并且由此在前缘上获得均匀的磨削表面。
[0038]
在如上所述的任何实施方式中的磨削工具中，至少一个被驱动轴可包括用于与驱动所述至少一个被驱动轴的外部驱动装置接合的连接部。因此，磨削工具不需要包括其自身的马达和电池。这种外部驱动装置可例如形成用于执行磨削的自动装置的一部分。
[0039]
上述任一实施方式中的磨削工具的框架可包括布置在轴的端部处的可移除端板，使得研磨带可在移除端板之后被替换。由于研磨带的磨损，这种替换可能是必要的。还可以使用另一长度的研磨带，以便获得正在被磨削工具磨削的前缘的另一最终几何形状。
[0040]
在本发明的一些实施方式中，磨削工具适于在使用期间是手持的。在替代实施方式中，磨削工具适于形成例如磨削机器人的自动装置的一部分。还可能的是具有一个磨削工具，该磨削工具可以是手持式的或者形成自动装置的一部分，这取决于实际需要，例如待执行的磨削工作量。
[0041]
本发明的第二方面涉及一种通过使用根据前述权利要求中任一项所述的磨削工具来对风力涡轮机叶片的前缘进行磨削的方法，该方法包括以下步骤：
[0042]
将所述磨削工具的研磨带呈现给有待磨削的前缘，
[0043]
通过朝向并越过所述前缘按压所述研磨带来施加推力，
[0044]
使所述研磨带旋转并由此对所述前缘进行磨削，以及
[0045]
在保持所述推力的同时使所述磨削工具沿着所述前缘移动。
[0046]
在本发明的一些实施方式中，研磨带的旋转将通过推力实现，所述推力导致研磨带的充分张紧以使研磨带与下方表面之间的摩擦将所述至少一个被驱动轴的旋转传递到研磨带。在替代实施方式中，研磨带的旋转可在磨削工具被推向前缘之前开始。
[0047]
本发明的第三方面涉及根据本发明的第二方面的方法对已经在包括两个模具半部的模具中制造出的风力涡轮机叶片执行精整操作的用途。这种制造方法导致需要进行精整操作以便去除可能的过量材料并且确保前缘具有光滑且预定义的期望几何形状。本发明使得这种精整过程更高效并且使得更容易在一个工作过程中确保所期望的几何形状。如果需要进一步的最终抛光，则这可能潜在地通过使用传统使用的抛光或振动工具(如刷条、偏心磨削机或平面磨削机)来完成。
[0048]
本发明的第三方面可替代地涉及根据本发明的第二方面的方法对已经在操作过程中受到磨损影响的风力涡轮机叶片执行修复操作的用途。
[0049]
本发明的第一、第二和第三方面可以各自与任何其它方面相结合。参考下文所述的实施方式，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并得以阐明。
附图说明
[0050]
现在将参考附图更详细地描述根据本发明的磨削工具。附图示出了实施本发明的一种方式，并且不应被解释为限于落入所附权利要求书的范围内的其它可能的实施方式。
[0051]
图1示意性地示出了磨削过程中的磨削工具。
[0052]
图2.a和图2.b分别示意性地示出了处于保持位置和释放位置的研磨带保持器。
[0053]
图3.a和图3.b示意性地示出了研磨带在两个引导件之间的角度可如何通过改变为具有另一长度的研磨带而改变。
[0054]
图4示意性地示出了端板被移除以露出承载张紧轮的杠杆臂的磨削工具。
[0055]
图5示意性地示出了磨削工具的三维视图，该磨削工具具有四个带有两种不同砂
砾粗糙度的研磨带。
[0056]
图6示意性地示出了具有两个被驱动轴的磨削工具的三维视图，其中一个被驱动轴是以截面图示出的。
[0057]
图7示意性地示出了磨削工具的三维视图，该磨削工具具有四个被布置成在交替的旋转方向上运行的研磨带。
具体实施方式
[0058]
图1示意性地示出了用于对风力涡轮机叶片2的前缘1进行磨削的磨削工具3的示例。磨削工具3包括两个平行轴4，当使用磨削工具3时，两个平行轴4中的至少一个轴被旋转地驱动。所示实施方式的轴4沿着它们的整个长度是平行的。磨削工具3具有用于将两个轴4以固定的相互关系进行保持的框架5；这个框架5可以不同于所示出的设计。在所示实施方式中，张紧装置为张紧轮6的形式，张紧轮6安装在框架5上并用于向研磨带7施加张紧，如下文将解释的。图2中的实施方式包括四个环形研磨带7和两个引导件8，每个环形研磨带都是围绕张紧轮6布置的，两个轴4中的每个轴上均具有一个用于各研磨带7的引导件。轴4、张紧轮6和引导件8的尺寸、形状和布置形式被设计成使得在垂直于轴4的连续平面中引导研磨带7。两个轴4被布置成使得对于每个研磨带7，张紧轮6和承载研磨带7的引导件8的外表面形成比研磨带7的长度短的假想曲线。由此获得的是，当磨削工具3向下而风力涡轮机叶片2的定向如图2所示时，研磨带7可以被布置在前缘1上方以便在前缘1上方进行磨削。磨削工具3被压到前缘1上，直到研磨带7开始旋转，从而对前缘1进行磨削。该磨削也可以在风力涡轮机叶片2处于其它定向(例如水平)的情况下进行。
[0059]
还如图1中的实施方式所示，对于每个研磨带7，磨削工具3包括可移动地安装至框架5的两个研磨带保持器9。然而，也可使一个研磨带保持器9与多于一个研磨带7相关联，例如以限制可移动部件的数量。如图2中示意性地示出，研磨带保持器9的形状和布置形式被设计成使得其在图2.a中所示的保持位置与如图2.b中所示的释放位置之间移动，在保持位置中，研磨带保持器9沿着研磨带的与引导件8接触的部分保持研磨带7，在释放位置中，研磨带保持器9与研磨带7脱离接触。对于图1所示的实施方式，框架5包括可移除的端板10，该端板布置在轴4的端部处，使得可在移除端板10之后并且研磨带保持器9处于释放位置的情况下替换研磨带7。该端板10在图2中被移除以更清楚地示出其它部件。在图中，研磨带保持器9为铰接地连接至框架5的弯曲杆的形式，但可以实现可释放地保持研磨带7的功能的任何几何形状都被本发明的范围覆盖。
[0060]
研磨带保持器9的形状被设计为使得当研磨带保持器处于保持位置时，研磨带保持器在研磨带7的一部分上延伸，使得研磨带7在研磨带保持器9之间围绕引导件4在相反的方向上弯曲，如图中所示。如还示出的，这意味着研磨带7的形状在磨削工具3的使用过程中在有待布置在前缘1上的区域中获得顶点。因此，将更容易地操纵磨削工具。研磨带保持器9优选地具有与引导件4的外表面互补的形状，使得当研磨带7在使用之前松弛时，研磨带7也牢固地保持就位。
[0061]
研磨带7通常将具有足够的刚度，以当磨削工具3不与前缘1接合时也基本上保持所示形状。然而，即使研磨带7因具有较小的刚度而使得它们在支撑点之间向下下垂，它们也会由于研磨带保持器9的形状而被保持在引导件4中。如上所述，当从前缘1处的研磨位置
开始移动而绕过下一个引导件4时，研磨带7的曲率发生变化，这一变化的优点是，因研磨而产生的碎屑被从研磨带7自动移除，使得与磨削盘相比，使用寿命得到了显著延长。
[0062]
磨削工具3的设计(包括两个轴4之间的固定的相互关系以及与由杠杆臂施加的偏置力相关的张紧装置6的位置，见下文)意味着对于给定长度的研磨带7，无论前缘1的曲率半径如何，都在研磨带7的位于引导件4之间的笔直部分之间获得所产生的预定角度β。图3.a示出了其中角度β是90
°
的示例，并且图3.b示出了其中因研磨带7较长而导致角度β较小的示例。因此，可以通过选择研磨带7的特定长度(该特定长度针对磨削工具的给定设计而产生预定角度β)来确保由磨削工具3磨削的前缘1的预定曲率半径。
[0063]
通过比较图1和图3.a可知，对于给定的磨削工具3以及研磨带7的给定长度，所述角度将与前缘1的截面的曲率半径无关。
[0064]
在本发明的具有多个研磨带7的实施方式中，张紧轮6优选地安装在各杠杆臂11上，从而将偏置张紧力施加至对应的研磨带7。这种偏置通常是通过使用弹簧(未示出)来获得的。图4.a示出了张紧轮11被如何安装在以所示出的取向将向上的力施加至研磨带7的杠杆臂11上。图4.b以张紧轮6被安装至杠杆臂的状态示出了图4.a中的杠杆臂11的几何形状。通过使杠杆臂11单独地向每个研磨带7施加张紧，确保了当风力涡轮机叶片2的总体几何形状沿着叶片2的纵向方向变化时，所有研磨带7都执行磨削操作。当磨削发生在叶片的叶梢附近而使得并非所有研磨都带与前缘1接合时，剩余的研磨带7仍将保持具有期望的张紧。此外，张紧的单独施加将抵消研磨带7之间长度的任何变化。
[0065]
图5从另一角度示出了先前附图的磨削工具3以更清楚地示出研磨带保持器9如何与每个研磨带7接合以将它们在引导件中保持在位。图5中的研磨带具有用两个不同的附图标记7a和7b示意性地示出的两种不同的砂砾粗糙度。
[0066]
当磨削工具3沿着前缘1移动时，前缘的特定部分随后受到粗糙度降低的研磨带7的磨削。因此，该方法的一个工作操作就类似于传统上利用例如各自具有一种砂砾粗糙度的磨削盘的磨削工具进行磨削时所需的多个步骤。
[0067]
图6示出了磨削工具3，其中轴4是第一被驱动轴4a和第二被驱动轴4b。在磨削工具3的使用期间，一些研磨带7由第一被驱动轴4a驱动并且由第二轴上的轴承支撑引导件8a引导而顺时针运行，并且一些研磨带7由第二被驱动轴4b驱动并且由第一轴4a上的轴承支撑引导件8b引导而逆时针运行。第二轴4b是以截面图示出的，以便分别更清楚地示出轴承中的安装和固定安装。
[0068]
在具有两个被驱动轴4a、4b的此类实施方式中，顺时针运行的研磨带7优选地与逆时针运行的研磨带7交替，如图7中示意性地示出的。这两个不同的旋转方向在图中由配有箭头的研磨带7示出。
[0069]
在本发明的一些实施方式中，磨削工具3包括可以由内置电池供电的马达(未示出)。这对于适于在使用过程中手持的磨削工具3可能是优选的。可替代地，至少一个被驱动轴4可包括用于与驱动至少一个被驱动轴的外部驱动装置的连接部或接合部。这种外部驱动装置在图7中示意性地示出为框12。它可以例如是自动装置，例如磨削机器人，磨削工具3可连接至该自动装置。
[0070]
如上所述的磨削工具3的使用典型地包括以下步骤：
[0071]
将磨削工具3的一个或多个研磨带呈现给有待磨削的前缘1，
[0072]
通过朝向并越过前缘1按压研磨带7来施加推力，直到研磨带7开始旋转并由此对前缘1进行磨削，
[0073]
在保持推力的同时使磨削工具3沿着前缘1移动。
[0074]
尽管已经结合具体的实施方式描述了本发明，但是不应被解释为以任何方式限于所呈现的实施方式。本发明的范围由所附权利要求书陈述。在权利要求的上下文中，用语“包括”或“包含”不排除其它可能的元素或步骤。此外，所提及的例如“一个”或“一种”等引用不应被解释为排除多个。相对于附图中所示的元件，权利要求中附图标记的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，在不同权利要求中提及的单独特征可能有利地组合，并且在不同权利要求中提及的这些特征不排除特征的组合是不可能的和有利的。