(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造される繊維強化構造体の反転した形状を有する型表面（１）上に繊維材料を配置し、該型表面（１）上に繊維材料を配置した後に樹脂を注入しかつ硬化させる、繊維強化構造体を製造する方法において、
型表面（１）上に繊維材料を成層させることが、型表面（１）上又は既に型表面（１）上に配置された繊維材料上に繊維材料のロービング（１３）を配置し、該ロービング（１３）と型表面（１）との間の空間に負圧を提供するステップを有し、
ロービングをカセット（３３）に提供し、型表面（１）上又は既に型表面（１）上に配置された繊維材料上にロービングを配置する時に該ロービングをカセット（３３）から引き出して配置することを特徴とする、繊維強化構造体を製造する方法。
【請求項２】
ロービング（１３）が乾燥している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
型表面上（１）又は既に型表面（１）上に配置された繊維材料上に配置されたロービング（１３）の上側に、気密カバー（１５）を配置する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
ロービング（１３）をカセット（３３）から引き出しながら、カセット（３３）を型表面（１）に沿って移動させる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
ローラ又は車輪（１１）を有する支持手段（７）によって保持されたカセット（３３）を使用し、ロービング（１３）を型表面（１）上又は既に型表面（１）上に配置された繊維材料上に配置する時に、支持手段（７）を型表面（１）に沿って移動させる、請求項４記載の方法。
【請求項６】
支持手段（２３）のアームによって保持されたカセット（３３）を使用し、ロービング（１３）を型表面（１）上又は既に型表面（１）上に配置された繊維材料上に配置する時に、支持手段（２３）を型表面（１）を備えた型に沿って移動させる、請求項４記載の方法。
【請求項７】
ロービング（１３）を型表面（１）上又は既に型表面（１）上に配置された繊維材料上に配置する時に、カセット（３３）を気密カバー（１５）の下側に配置する、請求項３または請求項３を引用する請求項４から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
型表面（１）の寸法に適応された長さでロービング（１３）を提供する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
型表面（１）上又は既に型表面（１）上に配置された繊維材料上に配置されたそれぞれのロービング（１３）に、所定のそれぞれの張力を提供する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
型表面（１）上又は既に型表面（１）上に配置された繊維材料上に複数の平行なロービング（１３）を同時に配置する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
型表面（１）上にロービング（１３）の複数の層を配置する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
複数の異なる品質及び／又は複数の異なる材料のロービング（１３）を使用する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
型表面（１）にチャネル（１７）を有する型を使用し、前記チャネル（１７）が、型表面（１）上に配置されたロービング（１３）に向かって又は既に型表面（１）上に配置された繊維材料に向かって開放している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造される繊維強化構造体の反転した形状を有する型表面上に繊維材料を配置し、繊維材料を型構造体に配置した後に樹脂を注入する、繊維強化構造体を製造する方法に関する。特に、本発明は、繊維強化型風車ロータブレードを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化構造体、つまり風車ロータブレードを製造する方法は例えば欧州特許出願公開第２１３３３７３号明細書に開示されている。一般に、複数のマットの形態の繊維層が型において互いに積層され、型が閉じられた後、樹脂が注入及び固化され、ロータブレードを製造する。
【０００３】
繊維強化構造体を製造する別の方法は米国特許第４２４２１６０号明細書から公知であり、この明細書には、フィラメント強化型複合マンドレルの使用を含む、風車ロータブレードを製造する方法が記載されている。フィラメントはマンドレルに巻き付けられ、最終的に風車ロータブレードの桁を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２１３３３７３号明細書
【特許文献２】米国特許第４２４２１６０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来公知技術を考慮して、本発明の課題は、風車ロータブレードのような繊維強化構造体を製造する有利な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
繊維強化構造体、特に繊維強化型風車ロータブレードを製造する本発明の方法において、製造される繊維強化構造体の反転した形状を有する型表面上に繊維材料を配置する。繊維材料を型表面上に配置した後、樹脂を注入しかつ硬化させ、構造体を硬化させる。本発明によれば、型表面上に繊維材料を成層させることは、型表面上又は、既に型表面上に配置されたロービング、マット等の形態であってよい繊維材料上に、繊維材料のロービングを配置するステップを含む。ロービングと型表面との間の空間に負圧を提供する。
【０００７】
言い換えれば、本発明によれば、繊維材料の少なくとも１つの層は、マットの形態ではなく、ロービングの形態で、つまり二次元の繊維構造体ではなくほぼ一次元の繊維構造体の形態で配置される。繊維材料のロービングを型表面上又は既に型表面上に配置された繊維材料上に配置することは、繊維強化構造体における耐荷重フィラメントの向き付けを設定する場合により高い自由度を許容する。さらに、マットではなくロービングを使用することによって、しわをより簡単に防止することができる。本発明に関連して、ロービングに加えてマット又は類似のものを使用することは可能であるが、本発明は、全ての繊維材料がロービングの形態で型表面上に配置される場合も含んでいることに注意すべきである。
【０００８】
ロービングは、型表面に向かって吸引されるので、提供された負圧によって所定位置に保持される。これに関して、型表面上、又は既に型表面上に配置された繊維材料上に配置されるロービングの上側に気密カバーが配置されると有利である。このカバーは、負圧が提供された時に、ロービングをその下側の表面に押し付けることによってだけでなく、ロービングに気密カバーを押し付けることによってもロービングの移動が制限されることを保証する。さらに、ロービングは、負圧が提供されたときにカバーによって加えられる圧力によって圧縮されてもよい。
【０００９】
本発明は特に、乾燥したロービングを配置するのに適しているが、濡れたロービングを配置するために使用することもできる。濡れたロービングとは、ロービングが型に配置される前にロービングに濡れた（硬化されていない）樹脂が予め含浸されていることを意味するのに対し、乾燥したロービングとは、型に配置されるときに予め含浸されていない。
【００１０】
ロービングは、リールに提供され、型表面上又は既に型表面上に配置された繊維材料上に配置されるためにリールから繰り出されてよい。択一的に、ロービングは、カセットに提供され、型表面上又は既に型表面上に配置された繊維材料上に配置される時にカセットから引き出されて配置されてよい。リール又はカセットは型表面に沿って移動させられながら、ロービングがリールから繰り出されるか又はカセットから引き出されて配置される。
【００１１】
リール又はカセットは、例えばローラ又は車輪を備えたスタンドのような支持手段によって保持されていてよく、この場合、ロービングが型表面上又は既に型表面上に配置された繊維材料上に配置される時に支持手段は型表面に沿って走行する。
【００１２】
ローラ又は車輪を備えた支持手段によって保持されたリール又はカセットの代わりに、リール又はカセットは、例えばスタンドのような支持手段のアームによって保持されていてよく、この場合、ロービングが型表面上又は既に型表面上に配置された繊維材料上に配置される時に支持手段は型表面を備えた型に沿って移動させられる。支持手段の移動は、クレーン、例えばクレーンガントリに沿って移動するオーバーヘッドクレーンを使用することによって、又は型に沿って移動するキャリッジを使用することによって提供することができる。
【００１３】
ロービングが型表面上又は既に型表面上に配置された繊維材料上に配置される時にリール又はカセットが気密カバーの下側に配置されていると有利である。これに関して、ロービングを配置するときに型表面上を転動するローラ又は車輪を備えた支持手段を使用することは有利である。なぜならば、支持手段全体を気密カバーで被覆することができるからである。
【００１４】
ロービングは、切断が不要であるように型表面の寸法に適応させられた長さでリール又はカセットに提供されてよい。
【００１５】
型表面上又は既に型表面上に配置された繊維材料上に配置されたそれぞれのロービングに所定のそれぞれの張力が加えられると、完成した繊維強化構造物の耐荷重能力の観点から、ロービングの配置を最適化することができる。
【００１６】
型表面上又は既に型表面上に配置された繊維材料上へのロービングの配置を加速するために、複数の平行なロービングが同時に型表面上又は既に型表面上に配置された繊維材料上に配置されてよい。
【００１７】
ロービングの複数の層が型に配置される場合、それぞれの層におけるロービングの延在方向を選択することにより、完成した構造体の耐荷重能力を最適化することができる。さらに、ロービングの１つの層又は複数の異なる層において、複数の異なる品質及び／又は複数の異なる材料のロービングが使用されてよい。
【００１８】
型表面と、型に配置されたロービングとの間、又はカバーが設けられている場合にカバーとの間に、均一に分配された負圧を提供するために、型表面にチャネルを設けることができる。これらのチャネルは、型表面上に配置されたロービングに向かって又は既に型表面上に配置された繊維材料に向かって開放している。
【００１９】
本発明のさらに別の特徴、特性及び利点が、添付の図面に関連した以下の実施形態の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】繊維強化構造体を製造する本発明の方法の第１の実施形態を概略的に示す図である。
【図２】図１の詳細を示す図である。
【図３】図１に示された方法の変化態様を概略的に示す図である。
【図４】図３に示された方法を択一的な図で示している。
【図５】繊維強化構造体を製造する本発明の方法の第２の実施形態を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
繊維強化構造体を製造する本発明の方法の第１の実施形態を図１及び図２に関連して説明する。図１は、繊維材料、例えばガラス繊維材料、炭素繊維材料等を型表面上に配置する手順を概略的に示しており、図２は、樹脂を導入する前に繊維材料がどのように型に保持されるかを示している。
【００２２】
型３の表面１上に繊維材料を配置することを助けるための手段として、車輪又はローラ１１を有するベース９を備えた支持体７によって保持されたリール５が使用される。型表面上に配置される繊維材料は、ロービング１３の形態でリールに巻き付けられている。
【００２３】
型は、あらゆる繊維強化構造体、一般的には大型の繊維強化構造体のための型であることができる。特に、型は、風車ロータブレードのための型、つまりロータブレード二分割シェルの反転した形状若しくはイメージを表現した型表面を備えた型であることができる。この形状は、繊維強化構造体を製造するために、例えば真空補助樹脂含浸成形法（ＶＡＲＴＭ）によって風車ロータブレード二分割シェルを製造するために使用される。
【００２４】
繊維強化構造体を製造する場合、繊維材料は、リール５が型表面１上に沿って移動しながらリール５から繰り出される一般的に乾燥したロービング１３の形態で型３の表面１に配置される。型表面１上にロービング１３を配置する間、ロービング１３、リール５及びまだロービング１３によって被覆されていない型表面１は、気密カバーによって被覆され、この気密カバーは、この実施形態では、例えば透明ＰＶＣタイプフィルム等の気密フィルム１５である。透明フィルムを使用することは、ロービングがフィルム１５の下側で型表面１上に正しく配置されているかどうかを見ることができるという利点を提供する。ロービング１３を型表面１上における所定の位置に保持するために、型表面１と気密フィルム１５との間の空間から空気が吸い出される。この手段によって、乾燥したロービングは型表面１に向かって吸引される。さらに、フィルム１５が型表面１に向かって吸引され、これによりロービングを固定する。型表面１と気密フィルム１５との間の空間から空気を吸い出すポンプの能力が、気密フィルムの縁部においてこの空間に進入する空気の量よりも多くの空気を吸い出すように十分に高い場合には、気密フィルム１５は型の縁部に気密に固定される必要がないことに注意すべきである。
【００２５】
図２は、型表面１と気密フィルム１５との間の負圧によって型表面１上に固定されたロービング１３を備えた型３を示している。フィルム１５を型表面１に向かって引き付け、これによりロービング１３を所定位置に保持しかつロービングを圧縮する吸い込みは、矢印１９によって示されている。
【００２６】
方法のこの段階において、気密フィルム１５の唯一の意味は、乾燥ロービングを型に固定し、ロービングを型において圧縮することである。しかしながら、本発明のより後の段階において、気密フィルムは、それまで乾燥していた、つまり樹脂によって濡らされていなかったロービングの繊維材料に樹脂が注入される時に真空バッグを形成することができる。この場合、リール５が型表面から取り除かれた後、フィルムは型３の縁部に気密に固定される。
【００２７】
型表面１と気密フィルム１５との間の空間からの空気の吸出しを高めるために、図２に示したように型表面１に空気流れチャネルを設けることができる。これらの空気チャネル１７は、型３全体の等しく分配された吸込み作用を保証するために有効であることができる。
【００２８】
ロービング１３の第１の層が型表面上に配置された後、さらにロービングの層を提供するためにロービングを配置する手順を繰り返すことができる。特に、異なるロービング、例えば異なる品質又は異なる材料のロービングの２つ以上の層を提供することができる。異なる品質は例えばロービングの重量として測定することができる。例えば、９．６ｋｇ〜１０．６ｋｇ毎メートル、つまり９６〜１０６ｔｅｘの重量のロービングを使用することができる。ロービングの異なる重量は、同じ直径を有するが異なる密度を有するロービング、同じ密度を有するが異なる直径を有するロービング、又は異なる密度及び異なる直径を有するロービングによって達することができる。
【００２９】
さらに、ロービングが型表面１上又は既に型上に存在するロービングの層上に配置される方向は、ロービングのために使用される材料と同様に、層ごとに異なることができる。さらに、異なる材料又は異なる品質のロービングは、一つの層の中に存在してもよい。例えば、ｎ本ごとに炭素繊維ロービングの形態のロービングを有し、その他のロービングはガラス繊維ロービングであることができる。
【００３０】
リール５を使用することによって、複数のロービングを並行して型表面１上又は既に型に存在するロービングの層上に配置することができることに注目すべきである。特に、ロービングは、１０〜１００本、好適には２０〜５０本、例えば３２本の複数の平行なロービングとして配置することができる。
【００３１】
図１に示された方法の変化態様が、図３及び図４に概略的に示されている。図１及び図２に示されたものと相違しないエレメントは、同じ参照符号によって示されており、改めてここで説明しない。
【００３２】
図３及び図４に示された変更された方法は、リール５が支持スタンド２３のアーム２１から懸吊されているという点において、図１及び図２に示された方法とは異なる。支持スタンド２３は、可動なベース２５、例えばキャリッジを移動させるためのローラ、車輪２７又はその他の手段を有するキャリッジに載置されている。ロービングを型表面１上又は既に型表面１上に配置された繊維材料上に配置する時、支持スタンド２３は型３に沿って移動させられ、これにより、リール５を型表面１に沿って移動させる。
【００３３】
図４に見られるように、支持スタンド２３によってリール５が型１に沿って移動させられながら複数の平行なロービング１３を繰り出し、型表面上に配置することができる。それと同時に、リール５と、型表面の大部分とは、気密フィルム１５によって被覆されている。吸引ライン３１を通じて気密フィルム１５と型表面との間の空間から空気を吸い出すために使用されるポンプ２９も図４に示されている。
【００３４】
リール５は必ずしも、スタンドによって支持されたアームから懸吊されている必要はなく、その代わりに、張り出したフレーム又はガントリのようなオーバーヘッド支持構造体から垂下したアームから懸吊されていてもよいことに注意すべきである。
【００３５】
本発明の方法の第２の実施形態は図５に概略的に示されている。図１及び図２に示されたエレメントと相違しないエレメントは、図１及び図２と同じ符号によって示されており、改めてここで説明しない。
【００３６】
第２の実施形態は、型表面１上又は既に型表面１上に配置された繊維層上に配置されるロービング１３がリール５から繰り出されるのではなく、カセット３３に配置されているという点において第１の実施形態とは異なる。カセット３３は、この実施形態では、型３に沿って移動することができる支持スタンドのアーム２１から懸吊されている。アーム２１から懸吊される代わりに、カセット３３は、図１に関して説明したように支持体によって支持することもできることに注意すべきである。
【００３７】
カセット３３におけるロービングは、それぞれの層への配分された長さで準備されていてよい。これは、配置プロセスにおいて材料の切断が不要であることを保証する。さらに、必要とされるロービングの正確な重量のみがカセット３３によって運搬されることを保証することができる。所定の長さでロービング１３を提供することの別の利点は、「プライ・ドロップ」の効果をできるだけ減じることができることである。プライ・ドロップとは、繊維の１つ又は２つ以上の層が終わっている箇所において、この箇所に著しい力の集中を誘発する不連続が生じる場合に生じる効果である。
【００３８】
製造される繊維強化構造体の複数の異なる部分の長さは異なることもあるので、カセット３３から引き出されて配置されるロービング１３は異なる長さを有していてよいことに注意すべきである。
【００３９】
図１から図５に関して説明した全ての実施形態において、繊維強化構造体の製造の仕上げを行うために、繊維材料が型に配置された後、真空補助樹脂含浸成形法が行われる。繊維強化構造体が風車ロータブレードの二分割シェルである場合、シェルは互いに接合され、最終的に風車ロータブレードを形成する。真空補助樹脂含浸成形法では、型に配置されたロービングを含む空間に真空（負圧）を生ぜしめる真空バリヤの一部となるように気密フィルム１５が使用されてよく、この真空は、樹脂を繊維材料内へ吸入させる。
【００４０】
繊維強化型積層構造体を製造する本発明の方法は、発明の典型的な実施形態に関連して説明されているが、これらの実施形態の変更が考えられる。例えば、型に配置されるそれぞれのロービングの張力を制御することができる。この手段によって、ロービングの配置を最適化することができる。張力を制御するための手段は、リール又はカセットに設けることができる。
【００４１】
図１から図５に関連して説明した実施形態の別の変化態様は、ロービングに加えて、繊維材料のマットが型に配置されるというものであってよい。製造される繊維強化構造体の特性を最適化するために、マットとロービングとの組合せが使用されてよい。
【００４２】
実施形態に関連して説明されている本発明は、気密フィルムと型表面との間の排気された空間にロービングを配置することがロービングの強固な保持を確立し、これにより、ロービングは型に配置された後にずれたり移動したりしないという点で有利である。このことは、転じて、完成した繊維強化構造体においてしわが生じないことを保証する。特に、本発明の方法は、ロービングの２つ以上の層が形成される場合に有利である。なぜならば、ロービングがずれることができないようにロービングを互いに向かって押し付けることにより、これらの層は、互いに対して所定の位置に保持されるからである。
【００４３】
本発明の方法のさらに別の利点は、型に配置されたロービングを、真空（負圧）によって所定の位置に保持することができるだけでなく、圧縮することもでき、これは繊維密度を高めるということである。
【００４４】
実質的に本発明の方法に関して説明したプロセス全体は、ロボット等によって自動的に開始及び実施することができ、これは時間的に効率がよく、費用対効果も高い。
【符号の説明】
【００４５】
１  表面、  ３  型、  ５  リール、  ７  支持体、  ９  ベース、  １１  車輪又はローラ、  １３  ロービング、  １５  気密フィルム、  ２３  支持手段、  ２５  可動なベース、  ２７  車輪、  ２９  ポンプ、  ３１  吸引ライン、  ３３  カセット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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