(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、ファイバ材料に液体ポリマーが含浸され、また、鋳型キャビティを有する鋳型１８が使用される、真空注入法によりファイバ複合材料のシェル部材を製造する方法に関する。鋳型キャビティ内にて、下方分配層１１が配置される。複数のファイバ層を含むファイバ挿入体１が下方分配層１１の上方に配置される。第一の上方分配層９及び第二の上方分配層１０がファイバ挿入体の上方にて互いに横断方向に距離をおいて配置され、このため、第一の分配層の少なくとも一部分はファイバ挿入体１の第一の領域２に重なり合い、また、第二の分配層の少なくとも一部分は、ファイバ挿入体１の第二の領域３に重なり合い、第一の領域２及び第二の領域３は、第一及び第二の分配層９、１０の何れにも重なり合うことなく、中間領域６により分離される。第一の入口通路７は、第一の分配層９の上方に配置され、第二の入口通路８は、第二の分配層１０の頂部に配置される。ファイバ挿入体１の中間領域６の上方に半透過性膜５が配置され、該膜は、第一の分配層９及び（又は）第二の分配層１０の上に重なり合うよう拡張することができ、また、該膜は、気体に対して透過性で且つ液体ポリマーに対して実質的に不透過性であり、上記半透過性膜５は真空源と連通している。最後に、それ自体、既知の方法にて、真空バッグ１９が鋳型１８の頂部に配置され、真空バッグは、真空源によって空気が排除され、また、第一及び第二の入口通路７、８を介してポリマーが鋳型内に導入される。本発明は、該方法を使用してポリマーを提供する装置にも関する。
2009528195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバ材料には液体ポリマーが含浸され、また、鋳型キャビティを有する鋳型（１８）が使用される、真空注入法によりファイバ複合材料のシェル部材を製造する方法において、鋳型キャビティ内にて、
ａ）下方分配層（１１）が配置され、
ｂ）複数のファイバ層を含むファイバ挿入体（１）が下方分配層（１１）の上方に配置され、
ｃ）第一の上方分配層（９）及び第二の上方分配層（１０）がファイバ挿入体の上方にて互いに横断方向に距離をおいて配置され、このため、第一の分配層の少なくとも一部分はファイバ挿入体（１）の第一の領域（２）に重なり合い、また、第二の分配層の少なくとも一部分は、ファイバ挿入体（１）の第二の領域（３）に重なり合い、第一の領域（２）及び第二の領域（３）は、第一及び第二の分配層（９、１０）の何れにも重なり合うことなく、中間領域（６）により分離され、
ｄ）第一の入口通路（７）は、第一の分配層（９）の上方に配置され、
ｅ）第二の入口通路（８）は、第二の分配層（１０）の頂部に配置され、
ｆ）ファイバ挿入体（１）の中間領域（６）の上方に半透過性膜（５）が配置され、該半透過性膜は、第一の分配層（９）及び（又は）第二の分配層（１０）の上に重なり合うよう拡張することができ、また、該膜は、気体に対して透過性で且つ液体ポリマーに対して実質的に不透過性であり、前記半透過性膜（５）は真空源と連通しており、その後、
ｇ）それ自体、既知の態様にて、真空バッグ（１９）は、鋳型（１８）の頂部に配置され、真空バッグは、真空源によって空気が排除され、また、ポリマーが第一及び第二の入口通路（７、８）を介して鋳型内に導入されることを特徴とする、真空注入法によりファイバ複合材料のシェル部材を製造する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、ステップａ）の前に、複数のファイバ層（２１）が鋳型キャビティ内に配置され、また、好ましくは、完成した成形シェル部材の外部を規定するゲルコートも配置される、方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、ステップｂ）とステップｃ）との間にて複数のファイバ層（２２）が鋳型キャビティ内に配置され、前記複数のファイバ層は、完成した成形シェル部材の内部を規定する、方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１つの項に記載の方法において、ファイバ挿入体（１）は、風力タービンのブレードのブレードシェル半体における長手方向強化部分である、主積層体を構成する、方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１つの項に記載の方法において、ファイバ挿入体（１）は、１０−１００ｍｍ、２０−８０又は３０−５０ｍｍの厚さである、方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１つの項に記載の方法において、中間領域（６）は、５０−１０００ｍｍ、７０−５００ｍｍ又は１００−２００ｍｍの幅である、方法。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１つの項に記載の方法において、真空通路（１６）は、鋳型の縁部に沿って提供される、方法。
【請求項８】
好ましくは楕円形のシェル部材を製造することに関連して真空注入法にて使用されるポリマーを提供する装置において、
互いに横断方向に距離をおいて長手方向に平行に伸びる第一の分配層（９）と、第二の分配層（１０）とを含み、これにより第一の分配層（９）と第二の分配層（１０）との間に中間の長手方向領域（６）を提供し、また、
中間領域（６）の少なくとも実質的に全体を覆い且つ、真空源と連通するようにされた半透過性膜（５）を含む、ポリマーを提供する装置。
【請求項９】
請求項８に記載のポリマーを提供する装置において、
ポリマー源と接続し得るようにされた第一の入口通路（７）であって、第一の分配層（９）に向けて面する１つ又はより多くの開口部を有する前記第一の入口通路（７）と、
ポリマー源と接続し得るようにされた第二の入口通路（８）であって、第二の分配層（１０）に向けて面する１つ又はより多くの開口部を有する前記第二の入口通路（８）とを更に含む、装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載のポリマーを提供する装置において、半透過性膜（５）は、第一の分配層（９）と第二の分配層（１０）との間に配置される、装置。
【請求項１１】
請求項８から１０の何れか１つの項に記載のポリマーを提供する装置において、半透過性膜は、該膜が第一の分配層（９）及び（又は）第二の分配層（１０）と重なり合うように配置される、装置。
【請求項１２】
請求項８から１１の何れか１つの項に記載のポリマーを提供する装置において、入口通路（７、８）は、オメガ輪郭外形を有する管として形成される、装置。
【請求項１３】
請求項８から１２の何れか１つの項に記載のポリマーを提供する装置において、半透過性膜（５）は、長手方向真空通路の一部分を形成することを特徴とする、装置。
【請求項１４】
請求項８から１３の何れか１つの項に記載のポリマーを提供する装置において、前側と、後側と、中央の真空通路（１５）と、真空通路（１５）の各側部にて伸びる２つの入口通路（７、８）とを有し、真空通路の領域内の前側は、半透過性膜（５）により構成され、また、入口通路の領域内にて、液体ポリマーに対して透過性である、好ましくは楕円形の膜バッグを含む、装置。
【請求項１５】
請求項８から１４の何れか１つの項に記載のポリマーを提供する装置において、２つの分配層（９、１０）と比較して外側に配置された、有孔層の形態をしていることが好ましい引裂き層を更に含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバ材料には液体ポリマーが含浸され、また、鋳型キャビティを有する鋳型が使用される、真空注入法によりファイバ複合材料のシェル部材を製造する方法に関する。更に、本発明は、好ましくは、楕円形のシェル部材の製造に関して真空注入法にて使用されるポリマーを提供する装置に関する。
【０００２】
このように、本発明は、鋳型キャビティ内にファイバ材料が前以て挿入され、鋳型キャビティ内にて真空が発生され、これによりポリマーを引き抜くとき、樹脂とも称される液体ポリマーが鋳型キャビティ内に充填される、ＶＡＲＴＭ（真空アシスト樹脂トランスファ成形法）によりファイバ複合成形品を製造する方法及び装置に関する。ポリマーは、熱硬化性プラスチック又はサーモプラストとすることができる。
【背景技術】
【０００３】
真空注入法は、ロービング(すなわちファイババンドの束)、ロービングのバンド又はマット(個々のファイバにて出来たフェルトマット又はファイバロービングにて出来た織ったマット)である、均一に分配されたファイバが鋳型部分の１つ内に積層される、ファイバ複合成形品を成形するために使用される過程である。第二の鋳型部部分は、弾性的な真空バッグにて出来ていることが多く、その後、ファイバ材料の頂部に配置される。鋳型部分の内側部と真空バッグとの間の鋳型キャビティ内にて、全真空圧の典型的に８０から９０％の真空圧を発生させることにより、液体ポリマーを引き込み且つ鋳型キャビティ内に保持されたファイバ材料とともに鋳型キャビティを充填することができる。入口通路とも称される、いわゆる分配層又は分配管は、真空バッグとファイバ材料との間にて使用され、可能な限り確実に且つ効率良くポリマーを分配することができる。殆どの場合、使用されるポリマーは、ポリエステル又はエポキシであり、また、ファイバ強化材は、ガラスファイバ又は炭素ファイバ系のものであることが最も多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
鋳型を充填する過程の間、この場合、負圧であると理解される真空圧が鋳型キャビティ内の真空通路を介して発生され、これにより、液体ポリマーは、入口通路を介して鋳型キャビティ内に引き込まれて、上記鋳型キャビティを充填する。入口通路から、流れ前線が真空通路に向けて動くとき、ポリマーは、負圧のため、鋳型キャビティ内にて全方向に分散する。このように、鋳型キャビティを完全に充填し得るよう入口通路及び真空通路を最適に配置することが重要である。しかし、鋳型キャビティの全体にポリマーを完全に分配することを保証することは、困難であることが多く、従って、このことは、いわゆるドライスポット、すなわち、ファイバ材料が樹脂にて十分に含浸されない領域となることが多い。このように、ドライスポットは、ファイバ材料が含浸されず、空気ポケットが存在し、また、真空圧力、従って、場合により入口側部にて過圧力を制御することにより、除去することが困難又は不可能な領域である。中実な鋳型部分及び真空バッグの形態をした弾性的な鋳型部分を採用した真空注入法に関連して、例えば、それぞれの位置にて布に穴を開け且つ、例えば、注射針により空気を吸い出すことにより、鋳型を充填する過程の後、ドライスポットを修復することができる。液体ポリマーは、選択的にそれぞれに位置に射出することができ、これは、例えば、同様に注射針にて行うことができる。これは、時間がかかり且つ面倒な過程である。大きい鋳型部分の場合、作業員は真空バッグの上に立たなければならず、その結果、挿入したファイバ材料が変形し、このため、構造体が局所的に弱体化するから、このことは、特に、ポリマーが未だ硬化していない場合、望ましくない。
【０００５】
特許文献には、真空圧が作用可能である領域を増大させ、これにより、上述した問題点を少なくする、半透過性膜を使用する例が開示されている。この点に関して、半透過性膜という語は、気体は透過させるが、液体ポリマーは透過させない膜を意味する。このように、半透過性膜がファイバ挿入体にわたって配置された場合、空気ポケットをより容易に除去することができる。
【０００６】
例えば、風力タービンのブレードが近年、益々、大型となり、現在、長さ６０ｍ以上となっているため、より多くのファイバ材料をポリマーにて含浸させなければならないから、かかるブレードの製造に関連した含浸時間は増大している。更に、ブレードのような大型のシェル部材の含浸はドライスポットを回避するため、流れ前線を制御することを必要とし、上記制御は、例えば、入口通路及び真空通路を時間に関連して制御することを含むから、注入過程はより複雑となっている。このことは、ポリマーを引き込み又は射出するのに必要な時間を増大させる。その結果、ポリマーは、より長時間、液体に止まらなければならず、このため、通常、硬化時間が長くなる。
【０００７】
本発明の目的は、鋳型を充填する時間、硬化時間の両方、及びドライスポットの危険性を少なくすることができる真空注入法によりファイバ複合材料のシェル部材を製造する新規且つ改良された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、次のこと、すなわち、鋳型キャビティ内にて、
ａ）下方分配層が配置され、
ｂ）複数のファイバ層を含むファイバ挿入体が下方分配層の上方に配置され、
ｃ）第一の上方分配層及び第二の上方分配層がファイバ挿入体の上方にて互いに横断方向に距離をおいて配置され、このため、第一の分配層の少なくとも一部分はファイバ挿入体の第一の領域に重なり合い、また、第二の分配層の少なくとも一部分は、ファイバ挿入体の第二の領域に重なり合い、第一の領域及び第二の領域は、第一及び第二の分配層の何れにも重なり合うことなく、中間領域により分離され、
ｄ）第一の入口通路は、第一の分配層の上方に配置され、
ｅ）第二の入口通路は、第二の分配層の頂部に配置され、
ｆ）ファイバ挿入体の中間領域の上方に半透過性膜が配置され、該膜は、第一の分配層及び（又は）第二の分配層の上に重なり合うよう拡張することができ、また、該膜は、気体に対して透過性で且つ液体ポリマーに対して実質的に不透過性であり、該半透過性膜は、真空源と連通しており、その後、
ｇ）それ自体、既知の方法にて、真空バッグは、鋳型の頂部に配置され、真空バッグは、真空源によって空気が排除され、また、ポリマーが第一及び第二の入口通路を介して鋳型内に導入されるようにすることで実現される。
【０００９】
「分配層」という語は、液体ポリマーがファイバの挿入体よりも速い流動速度を有することを許容する層として理解すべきである。これにより、最初に、液体ポリマーは、２つの上方分配層内を迅速に拡がり、その後、ポリマーの流れ前線は第一及び第二の領域を通って移動する。流れ前線がファイバ挿入体の底側部に達すると、ポリマーは、その後、下方分配層内にて迅速に拡がり、これにより液体ポリマーは、中間領域の下方に引き込まれる。流れ前線は、その後、中間領域を通って上方に移動し且つ真空源と接続された半透過性膜に向けて上方に移動する。含浸相又は射出相の終了時、流れ前線は、主としてＶ字形の流れ前線を形成し、これにより空気ポケットがファイバ挿入体に生じないことを保証する。ファイバ挿入体の幅は、ファイバ挿入体の厚さよりも多少、大きいことが多いため、この方法は、比較的幅の広い流れ前線が最初に、第一の領域及び第二の領域を通って下方に移動し、次に、中間領域を通って上方に移動するため、含浸時間が最小とされることを保証する。これにより、ポリマーの流れ前線が通るべき全長は、流れ前線が主として、ファイバ挿入体の面内にて横方向に動く含浸過程と比較して、最小とされる。含浸時間は短くなるため、その後の硬化時間も短くすることができ、このため、例えば、風力タービンのブレードの総製造時間を短くすることができる。この方法は、楕円形のシェル部材を製造するのに特に適している。
【００１０】
更に、この方法は、全ての入口を同時に開くことが可能であるという有利な効果を有する。このことは、方法は流れ前線がどれ程、遠方に移動したか、また、次の入口をいつ開けるべきかを個々に評価することを必要としないで、しかも良好で且つ均質な含浸の質を提供することを意味する。
【００１１】
分配層は、例えば、通路が設けられたバルサのような多孔質のコア材料にて形成することができ、通路は、表面に凹所のように形成され、また、多くの場合、ブレードの長手方向に対して垂直に分配層の面に沿って伸びるものとする。しかし、通路は、ブレードの長手方向に対してその他の角度にて伸長するようにしてもよい。これと代替的に、分配層は、高透過性を有する網又はファイバマットにて出来たものとしてもよい。
【００１２】
本発明に従った方法の望ましい実施の形態に従い、ステップａ）の前、複数のファイバ層が鋳型キャビティ内に配置され、また、好ましくは、完成した成形シェル部材の外部を規定するゲルコートも施されるようにする。
【００１３】
別の望ましい実施の形態に従い、ステップｂ）とステップｃ）との間にて複数のファイバ層が鋳型キャビティ内に配置され、上記複数のファイバ層は、完成した成形シェル部材の内部を規定するようにする。完成した成形シェル部材のファイバ層は比較的薄いことが好ましい。
【００１４】
１つの好ましい実施の形態に従い、有孔フィルムの形態であることが好ましい引裂き層は、上方ファイバ層の頂部に又はファイバ挿入体の頂部に配置される。これにより、硬化が完了した後、その頂部にこれらの要素の全てが配置された引裂き層を引き裂くことにより上方分配層、半透過性膜及び入口通路は、容易に除去することができる。
【００１５】
本発明の１つの有利な実施の形態に従い、ファイバ挿入体は、風力タービンのブレードのブレードシェル半体における長手方向強化部分である、主積層体を構成する。かかる主積層体は、風力タービンのブレードを剛性にし且つ風力タービンの作動中、大きい応力荷重を吸収する。別の有益な実施の形態に従い、ファイバ挿入体は、風力タービンのブレードのブレードシェル半体のルート部領域における強化部分であるルート部積層体である。このルート部積層体は、ルート部領域の全体の主として横方向に向けて伸びることが好ましい。更に、ファイバ挿入体は、風力タービンのブレードのブレードシェル半体の前側及び後側強化部とすることもできる。本発明に従った方法は、全ての入口を同時に開始し、これにより、全ての積層体を同時に含浸することを可能にするが、既知のシステムによれば、ドライスポットが回避されることを保証し得るよう入口通路及び（又は）真空通路を時間的に制御することを必要とするであろう。したがって、全含浸時間を顕著に短くすることが可能である。
【００１６】
１つの実施の形態に従い、ファイバ挿入体は、１０−１００ｍｍ、２０−８０又は３０−５０ｍｍの厚さである。望ましい実施の形態に従い、中間領域は、５０−１０００ｍｍ、７０−５００ｍｍ又は１００−２００ｍｍの幅である。
【００１７】
真空通路は、鋳型の縁部に沿って提供することができる。これにより、例えば、主積層体の各側部におけるブレードシェル半体の部品をポリマーにて効率的に射出する。
本発明に従った目的は、また、好ましくは楕円形のシェル部材を製造することに関連して真空注入法にて使用されるポリマーを提供する装置により実現され、該装置は、互いに横断方向に距離をおいて長手方向に平行に伸びる第一の分配層と、第二の分配層とを含み、これにより第一の分配層と第二の分配層との間に中間の長手方向領域を提供し、また、中間領域の少なくとも実質的に全体を覆い且つ真空源と連通するようにされた半透過性膜を含む。これにより、この装置は、真空注入過程と関連して完全に任意の形態にて配置することができる。これにより、半透過性膜及び分配層は、単一の加工過程にて互いに正確に配置することができるため、鋳型の充填過程を準備する時間を短縮することができる。
【００１８】
１つの好ましい実施の形態に従い、本発明に従った装置は、ポリマー源と接続し得るようにされた第一の入口通路であって、第一の分配層に向けて面する１つ又はより多くの開口部を有する上記第一の入口通路と、ポリマー源と接続し得るようにされ第二の入口通路であって、第二の分配層に向けて面する１つ又はより多くの開口部を有する上記第二の入口通路とを更に含む。
【００１９】
１つの有利な実施の形態に従い、半透過性膜は、第一の分配層と第二の分配層との間に配置される。このように、２つの分配層及び半透過性膜を例えば、継手バッグとして形成することができる。
【００２０】
１つの代替的な有利な実施の形態に従い、半透過性膜は、第一の分配層及び（又は）第二の分配層と重なり合うよう配置される。
１つの好ましい実施の形態に従い、入口通路は、オメガ輪郭外形を有する管として形成される。入口通路は、また、有孔部を有する管として形成することもできる。
【００２１】
ポリマーを提供する装置の１つの有利な実施の形態に従い、半透過性膜は、長手方向真空通路の一部分を形成する。
別の実施の形態に従い、装置は、前側と、後側と、中央の真空通路と、真空通路の各側部にて伸びる２つの入口通路とを有し、真空通路の領域内の前側は、半透過性膜により構成され、また、入口通路の領域内にて、液体ポリマーに対して透過性である、好ましくは楕円形をした膜バッグを含む。これにより特に簡単な実施の形態が提供される。
【００２２】
ポリマーを提供する装置の１つの好ましい実施の形態に従い、上記装置は、２つの分配層に対して外側に配置された、有孔フィルムの形態をしていることが好ましい引裂き層を更に含む。これにより、分配層及び真空バッグ並びに場合によっては、入口通路及び（又は）真空通路は、引裂き層上に配置され、これにより、これら構成要素の全ては、例えば、風力タービンのブレードの製造が完了した後、共に除去することができる。
【００２３】
１つの実施の形態に従い、ポリマーを提供する装置は、第二の分配層から横断方向に距離をおいて配置された第三の分配層と、第二及び第三の分配層の間に配置され又はこれらに部分的に重なり合う更なる半透過性膜とを更に含む。このように、ポリマーを提供する装置は、同一の原理に従って、更なる分配層及び半透過性膜を含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、図面に示した１つの実施の形態に関して以下に詳細に説明する。
真空注入法によって風力タービンのブレードのブレードシェル半体を製造するための鋳型の図１に示した断面図は、完成したブレードシェル半体の外側部に適合する頂側部を有する中実な鋳型部分１８を示す。説明の理由のため、上記鋳型部分１８の頂側部は、平面として示されているが、これは、典型的に、ブレードシェル半体の所望の形態となるように湾曲させてある。第一に、いわゆるゲルコートが鋳型部分１８の内側部に施され、該ゲルコートは、その後に、完成したブレードシェル半体の外側部を形成する。ゲルコートの上方には、下方の、好ましくは、複数の薄いファイバ層２１から成るファイバ材料が配置され、このファイバ層２１の上方には、下方分配層１１が配置される。ファイバ挿入体１が分配層１１及びファイバ層２１の頂部に配置され、上記ファイバ挿入体に隣接して、バルサ１２又はＰＶＣ発泡材のような充填材料又はサンドイッチ材料が配置される。
【００２５】
ブレードの主積層体を構成する図示した実施の形態において、ファイバ挿入体１の上方にて、上方の、好ましくは、複数の薄いファイバ層２２の形態をしたファイバ材料が配置される。鋳型部品の長手方向に伸びるよう鋳型部品１８内に配置されたポリマーを提供する装置は、上方ファイバ層２２の頂部に配置される。ポリマーを提供する装置は、引裂き層２０と、第一の上方分配層９と、第二の分配層１０と、半透過性膜５を有する真空通路１５とを含む。第一の分配層９及び第二の分配層１０は、互いに横断方向に距離をおいて長手方向に、主として平行に伸びるように配置されている。第一の上方分配層９は、主積層体１の第一の領域２に重なり合うよう配置され、また、第二の分配層は、主積層体の第二の領域３に重なり合い、これにより、第一の領域２と第二の領域３との間に中間領域６を形成するように配置される。
【００２６】
この場合、半透過性膜５が２つの上方分配層９、１０に部分的に重なり合うが、真空通路１５を２つの上方分配層９、１０の間に配置することもできる、１つの実施の形態にて真空通路１５が示されている。ポリマーを提供する装置は、液体ポリマーに対して透過性である開口部であって、第一の上方分配層９に面する１つ又はより多くの開口部を有する第一の入口通路７と、液体ポリマーに対して透過性である開口部であって、第一の上方分配層１０に面する１つ又はより多くの開口部を有する第二の入口通路８とを含む。これと代替的に、２つの入口通路７、８は、引き続いて、第一及び第二の分配層９、１０の頂部にそれぞれ別個のユニットとして配置してもよい。
【００２７】
異なる分配層９、１０、１１は、例えば、バルサのような、多孔質のコア材料にて出来たものとすることができ、これらの分配層には、表面凹所として形成された通路を設けることができ、また、該通路は、多くの場合、ブレードの長手方向に対して垂直方向に、分配層の面内を伸びている。しかし、通路は、ブレードの長手方向に対して任意のその他の可能な角度にても伸びるようにしてもよい。これと代替的に、分配層は、高透過性を有する網又はファイバマットとしてもよい。
【００２８】
頂部にて、鋳型キャビティを形成する中実な鋳型部分１８と共に、気密の真空バッグ１９が配置されている。更に、例えば、有孔の真空管の形態をした真空通路を鋳型のフランジに配置することができる。
【００２９】
鋳型を充填する過程の間、真空通路１５、また、場合によっては、その他の配置された真空通路は真空源と連通し、また、入口通路７、８は、液体ポリマーを含むポリマー源と連通している。真空通路内の真空は、中実な鋳型部分１８と真空バッグ１９との間にて鋳型キャビティの全体に真空圧を形成し、これによりポリマーがファイバ材料１、２１、２２を通って拡がり且つファイバ材料を含浸するとき、ポリマーを入口通路７、８を通して鋳型キャビティ内に引き込む。硬化が完了したとき、真空バッグ１９及び引裂き層２０は、上方分配層９、１０及び真空通路１５と共に、除去される。
【００３０】
図１には図示されていないが、ブレードシェル部分の前縁及び後縁は、典型的に、ファイバ材料の縁強化部を有している。図１に示したように、主積層体１と縁強化部との間の領域内にて鋳型キャビティの一部分は、板に形成されたバルサ１２のような、充填材料にて充填されている。この板に形成されたバルサ材料は、多孔質であり、このため、液体ポリマーに対し透過性である。バルサ１２には、典型的に、ブレードシェル半体の長手方向に対して垂直方向に及び長手方向に向けて分配層の面内を伸びる通路が設けられている。通路は、例えば、バルサブロックを透過性布又は網の上に配置することにより形成することができる。これらの通路は、液体ポリマーが分配層の面内にて迅速に拡がることができることを保証する。しかし、充填材料は、バルサである必要はなく、優れた流れ性を有する任意のその他の材料で出来たものとしてもよい。これは、ＰＶＣ発泡材とし又はガラスファイバのルーズに織ったマットとし又は高透過性及び大きい容量を有する同様の網構造体としてもよい。
【００３１】
鋳型を充填する過程の間、液体ポリマーは、鋳型キャビティ内の真空圧のため、入口通路７、８から鋳型キャビティ内に流れる。鋳型キャビティの全体内の真空圧のため、液体ポリマーは、ブレードシェル部分の前縁及び後縁に向けて且つ、主積層体のファイバ挿入体１内に引き込まれる。
【００３２】
図２ａ−図２ｈには、鋳型を充填する過程の間、主積層体のファイバ材料３に液体ポリマーを含浸させる方法が示されている。簡略化のため、充填材料１２内のポリマーの分散状態は示されていない。鋳型を充填する過程の開始前、真空通路１５により及び場合によっては、例えば、ブレードシェル半体の前側又は後側に配置することのできるその他の真空通路によって鋳型キャビティ内の空気を排気する。空気の排気によって、鋳型キャビティ内の負圧として理解すべき真空圧が形成される。
【００３３】
図２ｂには、入口通路７、８を黒色にて示した液体ポリマーにて充填する、鋳型を充填する過程の開始が概略図で示されている。鋳型を充填する過程の開始時、液体ポリマーは、２つの上方分配層９、１０に向けられ、これらの分配層９、１０は、図２ｃに示したように、分配層に対して高透過性のため、ポリマーにて迅速に充填される。その後、液体ポリマーが第一の領域２及び第二の領域３を通ってそれぞれ下方に動く２つの幅の広い流れ前線を形成するので、ポリマーは、図２ｄに示したように、主積層体１を通ってゆっくりと下方に拡がる。これと同時に、ポリマーの一部は、半透過性膜５に向けて中間領域６内に引き込まれる。
【００３４】
流れ前線が図２ｅに示したように、下方分配層１１に達したとき、ポリマーは、この位置にて、また、中間領域６の下方にて、材料の高透過性のため、迅速に拡がる。その後、図２ｆに示したように、流れ前線は、中間領域６を通って上方に動き、最終的に、図２ｇに示したように、所望のｖ字形の形状体を形成し、空気ポケットが全く生じないことを保証する。最後に、主積層体の１の全体を図２ｈに示したように含浸させ、その後、硬化過程が開始される。
【００３５】
上方分配層９、１０及び下方分配層１１は、液体ポリマーが第一及び第二の領域２、３を通って下方に進む途中にて、また、中間領域６を通って上方に進む途中にて、比較的幅の広い流れ前線により主積層体１内にて拡がることを保証する。主積層体の幅は、主積層体の厚さ寸法の数倍であることが多いため、ポリマーの流れ前線は、可能な限り短い距離を動き、これにより含浸時間を短くし、従って、後続の硬化時間を短くすることが保証される。これにより、例えば、風力タービンのブレードの全体の製造時間を実質的に短くすることができる。図示した含浸過程の試験の結果、含浸時間は、それ自体、既知の技術を使用することによる含浸時間の１／３から１／２の範囲だけ短くすることができることが分かった。
【００３６】
ポリマーの流れ前線が主積層体１内にて中間領域６に向けてゆっくりと横方向にのみ動くことを保証するため、主積層体１の材料は、ファイバ層の平面におけるよりもファイバ層をわたってより高透過性を有するような態様にて形成することができる。
【００３７】
図１及び図２にて、下方分配層１１は、主積層体３よりも幅が広いとして示されている。しかし、このことは、必ずしもそうである必要はない。しかし、分配層は、中間領域６と少なくとも等しい幅とし、分配層１１は、第一の領域２及び第二の領域３を通って下方に動く流れ前線を「捕捉する」ことができるようにしなければならない。
【００３８】
含浸過程中に、空気ポケットが生じないことを保証するため、主積層体１の厚さ及び中間領域６の幅は、相互に適正な寸法とされることが更に重要である。中間領域６の幅は、主積層体１の厚さよりも大きく、例えば、その厚さの２−３倍、また、典型的に、約５倍であるようにすることができる。
【００３９】
入口通路７、８は、多量の液体ポリマーがこれらの入口通路を通って流れることができるような寸法とすることができる。鋳型を充填する過程の終了時、ポリマー源は、真空源を閉じる前に閉じ、これにより、入口通路７、８から液体ポリマーをより容易に排除することができるようにする。このことは、ポリマーの無駄を少なくすることになる。
【００４０】
真空通路１５は、半透過性膜５及び布により形成することができ、ここにおいて、三次元的網又は同様のものの形態の間隔維持材料を配置し、これにより鋳型を充填する過程の間、膜５及び布が潰れないことを保証することができ、この充填過程の間、真空通路１５内にて真空圧が確立される。
【００４１】
入口通路７、８に対して、それ自体既知であるΩ形状の輪郭外形部材又は有孔管を使用することができる。真空通路は、Ω形状の輪郭外形部材又は有孔管として形成することもできる。有孔の真空管が使用される場合、これらの管は、真空圧のため、管が潰れるのを防止する管内に伸びるヘリカル状の剛性部材により強化することができる。
【００４２】
図３には、風力タービンのブレードのブレードシェル半体を製造するための鋳型の断面図が示されており、断面図はブレードのルート部領域を示す。説明の理由のため、鋳型１８は、「非折り畳み状態」にて示されており、このため、鋳型の表面１８は、平面であるとして示されている。実際には、ブレードのルート部輪郭外形は典型的に、実質的に円形であるため、勿論、鋳型は湾曲している。最初に、ゲルコートが鋳型部分１８の内部に提供され、該ゲルコートは、完成したブレードシェル半体の外側を構成する。ゲルコートの上方には、複数の下方ファイバ層２１´から成るファイバ材料が配置され、該下方ファイバ層の上方には、下方分配層１１´が配置される。ファイバ挿入体１´が分配層１１´の上方に配置される。ファイバ挿入体１´の頂部にて、ブレードのルート部積層体を構成する図示した実施の形態において、複数の上方ファイバ層２２´の形態をしたファイバ材料が配置される。上方ファイバ層２２´の上方にて、ポリマーを提供する装置が提供され、該装置は、該装置が鋳型部分の長手方向に伸びるよう鋳型部部分１８内に配置される。ポリマーを提供する装置は、引裂き層２０´と、第一の上方分配層９´と、第二の分配層１０´と、第一の半透過性膜５を有する第一の真空通路１５´とを含む。第一の分配層９´及び第二の分配層１０´は、これらの層が互いに横断方向に離間して長手方向に実質的に平行に伸びるように配置される。ポリマーを提供する装置は、１つ又はより多くの開口部を有する第一の入口通路７であって、開口部は、液体ポリマーに対して透過性であって上記第一の上方分配層９’に面する上記第一の入口通路と、１つ又はより多くの開口部を有する第二の入口通路８´であって、開口部は、第二の上方分配層１０´に面する´上記第二の入口通路８´とを更に含むことができる。これと代替的に、２つの入口通路７´、８´は、第一及び第二の分配層９´、１０´の頂部にてそれぞれ別個のユニットとして、引き続いて配置してもよい。
【００４３】
図３に示した実施の形態に従い、ポリマーを提供する装置は、その上方に第三の入口通路３１が配置された第三の分配層３２を更に含む。第三の分配層３２は、第二の分配層１０´から横断方向に距離をおいて配置されている。真空通路の一部を形成する第二の半透過性膜３９は、第二の分配層１０´と第三の分配層３２との間に又はこれらの層に部分的に重なり合う状態に配置される。ポリマーを提供する装置は、その上方に第四の入口通路３５が配置された第四の分配層３６を更に含む。第四の分配層３６は、第一の分配層９´から横断方向に距離をおいて配置されている。真空通路の一部を形成する第三の半透過性膜４０は、第一の分配層９´と第四の分配層３６との間に又はこれらの分配層に部分的に重なり合う状態で配置されている。
【００４４】
頂部にて、気密の真空布１９´が提供されており、該真空布は、中実な鋳型部部分１８と共に鋳型キャビティを形成する。更に、鋳型のフランジにて、例えば、相応する半透過性膜３４、３８を有する有孔真空管の形態をした第一及び第二の外側真空通路３３、３７が配置されている。
【００４５】
鋳型を充填する過程の間、真空通路は真空源と連通し、入口通路７´、８´、３１、３５は、液体ポリマーを有するポリマー源と連通している。入口通路内の真空圧は、中実な鋳型部分１８と真空バッグ１９´との間にて鋳型キャビティの全体の内部に真空圧を提供し、これによりポリマーは、ファイバ材料１´、２１、２２の間にて拡がり且つこれらのファイバ材料を含浸するとき、入口通路７´、８´、３１、３５を通り且つ鋳型キャビティ内に引き込まれる。硬化が完了した後、真空バッグ１９´及び引裂き層２０´は、上方分配層９´、１０´、３２、３６及び真空通路と共に除去する。
【００４６】
鋳型を充填する過程の間、液体ポリマーは、真空圧のため、入口通路７´、８´、３１、３５から鋳型キャビティ内に流れる。この過程の開始時、液体ポリマーは、４つの上方分配層９´、１０´、３２、３６内にて迅速に拡がり且つその後、上方分配層９´、１０´、３２、３６の下方にてルート部積層材１´内の領域を通って下方に拡がる。ポリマーの流れ前線が下方分配層１１´に達したとき、ポリマーは、その内部にて側部に向け且つ３つの半透過性膜５´、３９、４０の下方に配置された領域内にて下方に迅速に拡がる。その後、流れ前線は、半透過性膜５´、３９、４０に向けて上方に移動する。
【００４７】
この真空注入方法は、全ての入口を同時に開始させ、このため、流れ前線を導くため各種の入口及び真空通路を時間的に制御する必要がないという有利な効果を有する。これにより、全体の含浸時間又は射出時間を著しく短くすることができる。この方法の更なる有利な効果は、先行技術と比較してポリマーの無駄を著しく少なくすることができる点である。半透過性膜が鋳型の全ての縁部分に使用されるならば、ポリマーの無駄を完全に回避することができる。
【００４８】
本発明は、ライン吸引部を有する配置に基づいて説明した。しかし、それに代えて、ポイント吸引部を使用することができ、その場合、真空通路が中間領域の上方に配置され、また、上方分配層が真空通路のポイント吸引部の周りにて周方向に伸びるようにすることが可能である。
【００４９】
この説明から、当該技術分野の当業者は、分配層無しにて中間領域により分割された２つの上方分配層と、少なくとも中間領域に重なり合う下方分配層と組み合わせることが本発明の要旨であることが理解されよう。中間領域の幅は、特定の材料による試験に基づいて決定することができる。このように、ブレードを製造するとき、ポリマーを提供する複数の装置を使用することもでき、この場合、各種の装置の上方分配層を必ずしも同一の横断方向距離に配置する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に従った方法を実行する配置の概略断面図である。
【図２】２ａから２ｈは、本発明に従った方法により液体ポリマーがファイバ挿入体内にて拡がる様子を示す概略断面図である。
【図３】本発明に従った方法を実行する別の配置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    ファイバ挿入体／積層体
２    第一の領域
３    第二の領域
５    半透過性膜
６    中間領域
７    第一の入口通路
８    第二の入口通路
９    第一の上方分配層
１０    第二の上方分配層
１１    下方分配層
１２    充填材料／バルサ
１５    真空通路
１９    真空バッグ
２０    引裂き層
２１    下方ファイバ層
２２    上方ファイバ層
３１    第三の入口通路
３２    第三の分配層
３３    第一の外側真空通路
３４    半透過性膜
３５    第四の入口通路
３６    第四の分配管
３７    第二の外側真空通路
３８    半透過性膜
３９    第二の半透過性膜
４０    第三の半透過性膜
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【図２ｆ】
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【図２ｇ】
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【図２ｈ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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