(57)【要約】【課題】スパーキャップおよびロータブレードの比較的堅固な構成を可能にするスパーキャップおよびスパーキャップの製造方法を提供する。【解決手段】風力発電装置（１００）のロータブレード（１０８）用のスパーキャップ（２００）であって、第１の端部（２１０）から第２の端部（２２０）に至る長手伸長部（Ｌ）と、該長手伸長部（Ｌ）に対して直交する横伸長部（Ｑ）と、前記長手伸長部（Ｌ）および横伸長部（Ｑ）に対して直交する厚さ（Ｄ）と、第１の繊維複合材料（３００）の少なくとも２つの層と、第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層と、を備え、前記第１の繊維複合材料は、前記第２の繊維複合材料とは別のマトリクス材料および／または別の繊維を有し、前記第２の繊維複合材料は、一部分において前記第２の端部（２２０）に隣接し、厚さ方向に前記第１の繊維複合材料の少なくとも２つの層の間に配置されており、前記第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層は、前記第２の端部（２２０）の前方で終端する。【選択図】  図３
2019507273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置（１００）のロータブレード（１０８）用のスパーキャップ（２００）であって、
第１の端部（２１０）から第２の端部（２２０）に至る長手伸長部（Ｌ）と、該長手伸長部（Ｌ）に対して直交する横伸長部（Ｑ）と、前記長手伸長部（Ｌ）および横伸長部（Ｑ）に対して直交する厚さ（Ｄ）と、
第１の繊維複合材料（３００）の少なくとも２つの層と、
第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層と、を備え、
前記第１の繊維複合材料は、前記第２の繊維複合材料とは別のマトリクス材料および／または別の繊維を有し、
前記第２の繊維複合材料は、一部分において前記第２の端部（２２０）に隣接し、厚さ方向に前記第１の繊維複合材料の少なくとも２つの層の間に配置されており、
前記第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層は、前記第２の端部（２２０）の前方で終端する、スパーキャップ。
【請求項２】
第２の端部（２２０）にある領域は、第１の繊維複合材料（３００）の少なくとも１つの層を含む、請求項１に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項３】
第１の繊維複合材料（３００）の層の数は、第２の端部（２２０）に向かって減少する、請求項１又は２に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項４】
第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも２つの層を備え、第２の繊維複合材料（４００）の層の数は、第２の端部（２２０）に向かって減少する、請求項１から３のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項５】
第１の繊維複合材料（３００）の少なくとも３つ以上の層および／または第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも３つ以上の層を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項６】
第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層は、対向する２つの外側を有し、該外側はそれぞれ、長手伸長部（Ｌ）および横伸長部（Ｑ）における層の平坦な広がりにより形成され、
第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層の両側には、第１の繊維複合材料（３００）の同数の層が配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項７】
第２の繊維複合材料の繊維は炭素繊維を含み、または炭素繊維であり、および／または
第１の繊維複合材料（３００）の繊維は、無機繊維、とりわけガラス繊維を含み、または無機繊維である、請求項１から６のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項８】
第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料のマトリクス材料は、プラスチックを含み、またはプラスチックから作製され、
プラスチックは、好ましくは熱可塑性プラスチックおよび／または熱硬化性プラスチックを含み、またはそれから作製され、および／または
セメントを含み、またはセメントから作製され、および／または
コンクリートを含み、またはコンクリートから作製され、および／または
セラミックを含み、またはセラミックから作製される、請求項１から７のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項９】
第１の繊維複合材料（３００）の層および第２の繊維複合材料（４００）の層は、第１の繊維複合材料（３００）の少なくとも２つの外側層の間に配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項１０】
第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料の繊維は、実質的に長手伸長部（Ｌ）の方向に対して平行に延在している、請求項１から９のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項によるスパーキャップ（２００）、および／または
導電性シート層および雷保護システムの避雷装置を備え、前記導電性シート層は、避雷装置に導電接続を介して接続されている、
風力発電装置（１００）のロータブレード（１０８）。
【請求項１２】
前記シート層は、ロータブレードの長手伸長部の方向に伸長部を有し、該伸長部は、好ましくはロータブレードの長手伸長部の最大で１／５、とりわけ最大で１／１０または最大で１／２０または最大で１／５０であり、
前記シート層は、ロータブレードの長手伸長部の方向において、第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層が終端する領域を覆い、および／または
前記シート層は、ロータブレードの長手伸長部に対して横方向に測定したロータブレード壁の厚さの外側の半部分内に配置されており、とりわけ外側の３分の一または外側の４分の一または外側の１０分の一または外側の５０分の一または外側の１００分の一に配置されており、および／または
前記シート層は、好ましくはロータブレードの設計に対して重要な支持特性を有しない繊維複合材料の１つまたは複数の層の上に配置されており、および／または
前記シート層は、予期される雷電流負荷に耐えるように配置および構成されており、および／または
前記シート層は、好ましくは規則的なパターンで配置された複数の切欠部および／または編み目を有する、請求項１１に記載のロータブレード（１０８）。
【請求項１３】
タワー（１０２）、ナセル（１０４）およびロータ（１０６）を備える風力発電装置において、
前記ロータ（１０６）は、請求項１から１０の少なくとも一項によるスパーキャップを備える少なくとも１つのロータブレード（１０８）を有し、および／または請求項１１または１２による少なくとも１つのロータブレード（１０８）を有する、
ことを特徴とする風力発電装置。
【請求項１４】
第１の端部（２１０）から第２の端部（２２０）に至る長手伸長部（Ｌ）と、長手伸長部（Ｌ）に対して直交する横伸長部（Ｑ）と、長手伸長部（Ｌ）および横伸長部（Ｑ）に対して直交する厚さ（Ｄ）と、を備えるスパーキャップ（２００）の製造方法であって、
当該方法は、
第１の繊維複合材料（３００）の少なくとも２つの層を設置する工程と、
第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層を、当該第２の繊維複合材料が一部分において第２の端部（２２０）に隣接し、厚さ（Ｄ）の方向で第１の繊維複合材料（３００）の少なくとも２つの層の間に配置され、第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層が第２の端部（２２０）の前方で終端するように設置する工程と、を含み、
前記第１の繊維材料は、前記第２の繊維複合材料とは別のマトリクス材料および／または別の繊維を有する、
製造方法。
【請求項１５】
第１の繊維複合材料（３００）の層の数は、第２の端部（２２０）に向かって減少する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも２つの層は、当該第２の繊維複合材料（４００）の層の数が第２の端部（２２０）に向かって減少するように設置される、請求項１４または１５に記載のスパーキャップ（２００）の製造方法。
【請求項１７】
請求項１から１０の少なくとも一項によるスパーキャップを取り付けること、および／または
導電性シート層を取り付けること、およびシート層を雷保護システムの避雷装置に導電接続を介して接続することを含む、
請求項１１または１２に記載のロータブレード（１０８）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置のロータブレード用のスパーキャップ（Holmgurt）に関するものであり、このスパーキャップは、第１の端部から第２の端部に至る長手伸長部と、該長手伸長部に対して直交する横伸長部と、長手伸長部および横伸長部に対して直交する厚さと、を備える。本発明はさらに、冒頭に述べたスパーキャップを備える、風力発電装置のロータブレードに関する。さらに本発明は、タワー、ナセルおよびロータを備える風力発電装置に関するものであり、前記ロータは、冒頭の述べたスパーキャップを備える少なくとも１つのロータブレードを有することを特徴とする。さらに本発明は、冒頭に述べたスパーキャップの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に述べた形式のスパーキャップは、例えばロータブレード、好ましくは風力発電装置のロータブレードまたは航空機支持面の構成部分であり、とりわけ長手方向での補強のために構成されている。この種の補強は、とりわけ縦伸長部に沿って延在する力を吸収するために用いられ、風力発電装置のロータブレードの場合、前に述べた縦伸長部は、ロータブレードの根元からロータブレードの先端まで延在している。スパーキャップは一般的に、第１の端部と第２の端部を有するように構成されている。スパーキャップはさらに通常は平坦な幾何形状を有し、この幾何形状は長手伸長部と横伸長部によって形成される。横伸長部および長手伸長部に対して直交してスパーキャップは厚さを有する。
【０００３】
スパーキャップは種々の材料から作製することができ、または種々の材料を含むことができる。現在のところ、スパーキャップは繊維強化材料、好ましくは繊維強化プラスチックから作製するのが普通である。なぜならこれらの材料は、比較的に重量が軽く、高い剛性を有するからである。さらに繊維強化材料の異方性特性は、スパーキャップの製造の際に利用することができる。なぜならこれにより、とりわけ長手方向に指向された剛性を提供することができるからである。現在のところ、ガラス強化プラスチックが頻繁に使用される。なぜならこれは、高剛性と低コストとの良好な妥協を提示するからである。
【０００４】
風力発電装置のロータブレードは、通常とりわけ、上部および下部シェル要素を含む。シェル要素の外側表面は、ロータブレードの外側幾何形状を実質的に形成する。多くの場合、ロータブレードは、スパーキャップを備える上部シェル要素および／またはスパーキャップを備える下部シェル要素を含む。スパーキャップ（単数ないし複数）は、通常、シェル要素の内側に配置されている。ここでスパーキャップは、好ましくはシェル要素の内面上または内面に配置されており、および／またはシェル要素に埋め込まれている。
【０００５】
冒頭に述べた形式のスパーキャップに対する要求は多種多様である。長手方向におけるロータブレードの剛性機能に対応するために、スパーキャップは、とりわけその縦伸長部の方向において比較的に高い剛性を有しなければならない。とりわけこの剛性は、長手補強部としての機能を達成するための、スパーキャップを取り囲むエレメントの剛性よりも高くなければならない。しかしながら、風力発電装置のロータブレードあるいはロータブレード内に含まれるスパーキャップは、剛性要求が高くても小さな重量を有しなければならない。ロータブレードの重量が小さいことは、一方ではナセルのハブにおける垂直方向の力（Normalkraft）を低減し、他方ではハブ並びにロータブレードの伸長部内における遠心力を低減する。
【０００６】
とりわけ繊維強化プラスチックを使用する場合、使用される材料の質量とコストとの間に直接的な関連性が存在する。繊維強化プラスチックは高価であるので、ここでは使用される材料体積ないしその質量を最小にし、それでも高い剛性を達成することが望まれる。冒頭に述べた形式のスパーキャップに対するさらなる要求は、スパーキャップがロータブレードの上部および／または下部シェル要素に挿入可能であり、および／またはシェル要素に固定可能であることである。
【０００７】
ドイツ特許商標庁は、本出願の優先出願において以下の従来技術を調査した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】DE 10 2011 003 560 B4
【特許文献２】DE 10 2008 007 304 A1
【特許文献３】DE 10 2009 047 570 A1
【特許文献４】DE 10 2010 002 432 A1
【特許文献５】DE 10 2013 100 117 A1
【特許文献６】DE 202 06 942 U1
【０００９】
風力発電装置は、その構造的高さ、および吹き曝しの立地場所であるため、嵐の際には落雷により大きな危険に曝される。その際に雷は、通常、風力発電装置の最高箇所に落ち、この最高箇所は、通常、ブレード先端により形成される。非常に高度のある装置の場合だけ、上向きの雷（Aufwaertsblitzen）の可能性があるが、この雷は風力発電装置の他の箇所にも落雷することがある。落雷の際には、雷が風力発電装置の支持構造体に落ちる危険性がある。したがって落雷の危険性を低減することが必要である。
【００１０】
風力発電装置の振動系統は複雑であるので、この動的な力を吸収することができ、とりわけ良好な疲労強度を有するというさらなる要求がスパーキャップに課せられる。この疲労強度はとりわけ重要である。なぜならスパーキャップを連続的に監視することはできず、さらにスパーキャップの交換は通常、非破壊では実行できないからである。
【００１１】
冒頭に述べた形式のスパーキャップは長い間、とりわけ風力発電装置の建造および航空機の製造から十分に公知である。風力発電装置への経済的な要求が増大しているので、ハブの高さおよびロータ直径に関して装置が益々大型化する傾向が認められる。ここでロータ直径は、個々のロータブレードの長さと直接的に関連している。
【００１２】
風力発電装置のサイズが増大すると、さらに個々のコンポーネント、とりわけロータブレード内のコンポーネントの機械的負荷が益々大きくなる。ロータブレードの長さが長くなることにより、遠心力が大きくなり、したがって長手方向の力を吸収するコンポーネント内の個々の力も大きくなる。これらの力が増大するため、長手方向の力を吸収するスパーキャップを、長手方向に対して直交する比較的に大きな断面を有する個別の領域に設け、これにより剛性を高める傾向が認められる。しかし厚さの増大は、スパーキャップの重量の上昇と関連している。
【００１３】
ハブの高さが上昇し、ロータブレードが長くなるため、落雷の危険性が格段に大きくなる。現在のスパーキャップあるいはスパーキャップが組み込まれたロータブレードの問題点は、これが落雷に対して脆弱なことである。落雷の危険性を低減し、スパーキャップの剛性を高めるための特別の措置は、しばしば高いコストと結び付いている。既存の装置および方法は種々の利点を提供するが、さらなる改善が望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって本発明の課題は、前記欠点の１つまたは複数を回避または除去するスパーキャップおよびスパーキャップの製造方法を提供することである。とりわけ本発明の課題は、スパーキャップおよびロータブレードの比較的堅固な構成を可能にするスパーキャップおよびスパーキャップの製造方法を提供することである。さらに本発明の課題は、落雷の危険性の少ないロータブレードを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の課題は、第１の視点によれば、第１の端部から第２の端部に至る長手伸長部と、該長手伸長部に対して直交する横伸長部と、前記長手伸長部および横伸長部に対して直交する厚さと、第１の繊維複合材料（Faserverbundmaterial）の少なくとも２つの層と、第２の繊維複合材料の少なくとも１つ層と、を備える、風力発電装置のロータブレード用のスパーキャップであって、第１の繊維複合材料は、第２の繊維複合材料とは別のマトリクス材料および／または別の繊維を有し、第２の繊維複合材料は、一部分において第２の端部に隣接して厚さ方向に第１の繊維複合材料の少なくとも２つの層の間に配置されており、第２の繊維複合材料の少なくとも１つ層は、第２の端部の前方で終端しているスパーキャップによって解決される。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の端部から第２の端部に至る長手伸長部は、スパーキャップの方向での、スパーキャップの最長の延伸部に相当する長手伸長部である。横伸長部は、長手伸長部に対して直交する方向に伸長しており、厚さよりも大きな寸法を有する。このことは、スパーキャップは実質的に厚さの小さい平坦なエレメントとして構成されているという知見を伴う。したがってスパーキャップの平坦な伸長部は、長手伸長部および横伸長部によって形成される。
【００１７】
スパーキャップの厚さは、前に記述した平面に対して直交する方向、すなわち長手伸長部に対して直交する方向であって、同時に横伸長部に対しても直交する方向に延在する。スパーキャップの固有の負荷に適合するために、横伸長部の寸法および／または厚さの寸法は長手伸長部に沿って変化される。その際にとりわけ厚さの寸法は、第２の端部に向かって、および／または第１の端部に向かって減少する。このことはとりわけ、広がりの程度がロータブレードの先端に向かって減少することにより可能となる。
【００１８】
スパーキャップは、第１の繊維複合材料の少なくとも２つの層を含む。これらの層は、厚さの小さい平坦な幾何形状を有する実質的に１つの材料の層として理解される。ここで１つの層は、平坦に配置された少なくとも２つの繊維と、これら繊維を取り囲むマトリクス材料とから形成される。繊維複合材料の層は、スパーキャップの前記平坦な伸長部に対して実質的に面平行に配置されている。さらに本発明のスパーキャップは、第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層を含み、第２の繊維複合材料の層も同様に、厚さが小さく平坦な幾何形状を有する材料の層として理解される。
【００１９】
この種の繊維複合層を備えるスパーキャップは、好ましくは完全に剛性（starr）とすることができ、何れの軸の周りの撓みも許容しない。さらに好ましくはこの種のスパーキャップは、特定の軸を基準にしてある程度、可撓性（elastisch）である。例えばスパーキャップは、横伸長部に対して平行の軸を基準にしてその長手伸長部の寸法が大きいため可撓性になることがある。可及的に小さな可撓性は、長手伸長部の好ましくは長手方向において、すなわち長手伸長部に対して平行の軸を基準にして実現される。
【００２０】
ここで本発明では第１の繊維複合材料の構成成分は、第２の繊維複合材料の構成成分から異なっている。冒頭に述べた形式の繊維複合材料は、実質的に２つの主構成成分を有する。主構成成分はマトリクス材料と繊維であり、主構成成分（複数）は、繊維複合材料が、好ましくは、関与する２つの個々の主構成成分のいずれかよりも高い値の特性を有するというこの種の交互作用を相互間に有する。ここで繊維はマトリクス材料に埋め込まれている。異なる構成成分をスパーキャップの２つの繊維複合材料に使用することは、複数の材料の使用が、スパーキャップの達成可能な特性に関して有利であるという知見に基づいている。なぜなら材料の固有の特性、例えば剛性、比重または導電率を目的に応じて利用することができるからである。
【００２１】
マトリクス材料は、繊維をそれらの位置で保持し、応力を繊維間に伝達し、かつ分散するマトリクスを形成する。さらにこのマトリクスは、繊維を外部の機械的および化学的影響から保護するために役立つ。繊維は、マトリクス内の繊維経過が方向に依存するか（異方性）または方向に依存しないか（等方性）に応じて材料の剛性を高める。第１の繊維複合材料および第２の繊維複合材料の異なる構成成分は、実質的に繊維および／またはマトリクス材料に関連する。
【００２２】
別の繊維とは、ここでは繊維種類ないし繊維材料の意味で相違する、あるいは区別される繊維を意味する。第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料の繊維は、異なる繊維種類を含むことができ、または異なる繊維種類から形成することができる。潜在的に可能な繊維種類は、有機繊維、および／または無機繊維、および／または天然繊維とすることができる。無機繊維は、例えばガラス繊維、バサルト繊維、ボロン繊維、セラミック繊維またはスチール繊維である。有機繊維は、例えばアラミド繊維、炭素繊維、ポリエステル繊維およびポリエチレン繊維（例えばダイニーマ繊維（Dyneema  登録商標）のような、とりわけ高性能ポリエチレン（ＨＰＰＥ）繊維）である。天然繊維は、例えば麻繊維、亜麻繊維またはサイザル麻繊維である。
【００２３】
好ましい一変形実施形態では、第１および／または第２の繊維複合材料は、それぞれ単独の繊維種類だけを含む。さらなる好ましい一変形例では、第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料は、それぞれ２つの繊維種類、例えば有機繊維と無機繊維を含む。特に好ましい一変形実施形態では、第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料は、それぞれ３つ以上の異なる繊維種類を含む。
【００２４】
特に好ましい一実施形態では、以下でさらに詳細に記載するように、第１の繊維複合材料の繊維は非導電性繊維、例えばガラス繊維を含むか、またはそれであり、第２の繊維複合材料の繊維は、炭素繊維を含むか、またはそれである。
【００２５】
第１および／または第２の繊維複合材料の繊維は、種々異なるやり方でマトリクス材料内に配置することができる。繊維は、織物、および／または層状体（Gelege）、および／または多軸層状体、および／または編物、および／またはフリース材、および／またはマット、および／または網状組織、および／または繊維束、好ましくは租紡糸として、マトリクス材料内に配置することができる。
【００２６】
繊維のこの配置は、とりわけ製造プロセス、とりわけ製造プロセスの経済性、並びに繊維複合材料の異方性を決定する。スパーキャップに対する要求に応じて、繊維を配置することにより強い異方性または強い等方性を達成することができ、これにより、長手方向、横方向そして厚さ方向における剛性に対しても、繊維複合材料に含まれる繊維の配向によって影響を与えることができる。スパーキャップの異方性特性を好ましくは達成すべきである。なぜならスパーキャップの役目は、長手方向の力の吸収を保証することだからである。この目的のために、繊維は好ましくは長手方向に配向されてマトリクス材料に埋め込まれる。
【００２７】
本発明によれば第２の繊維複合材料の繊維は一部分において、スパーキャップの第２の端部に隣接して厚さ方向に関して、第１の繊維複合材料の２つの層の間に配置される。したがって第１の繊維複合材料の層と、第２の繊維複合材料の層とは、実質的に面平行に上下に重ねて配置されている。スパーキャップは少なくとも３つの層から形成され、ここでは２つの外側層と、少なくとも１つの内部層が存在する。ここで１つの層は、繊維複合材料の１つまたは複数の層から形成される。ここで２つの外側層は、第１の繊維複合材料の層から形成され、全部で３層の場合、これらの外側層の間に配置される内部層は第２の繊維複合材料の層から形成される。
【００２８】
スパーキャップの厚さは、面平行に上下に重ねて配置された第１の繊維複合材料の層と、面平行に上下に重ねて配置された第２の繊維複合材料の層により形成される。したがってスパーキャップの厚さは、第１の繊維複合材料の層の数と、第２の繊維複合材料の層の数に対して実質的に線形である。層の数により、スパーキャップの重量は根本的に影響を受ける。なぜなら厚さは、平坦な広がりと関連して長手伸長部と横伸長部により決定され、繊維複合材料の比重はスパーキャップの重量を決定するからである。
【００２９】
第２の繊維複合材料から形成される内部層は、本発明によれば一部分において第２の端部に隣接している。したがって内部層ないし内部層を有する部分は、第２の端部から実質的に長手方向に離間している。離間の寸法は、縦方向のスパーキャップ伸長部の寸法の好ましくは２％、さらに好ましくは５％、さらに好ましくは７．５％、さらに好ましくは１０％、さらに好ましくは１２．５％、さらに好ましくは１５％、さらに好ましくは１７．５％、さらに好ましくは２０％、さらに好ましくは２０％超である。この部分はさらにスパーキャップの第１の端部まで伸長することができる。さらなる好ましい一変形例では、この部分は同様にスパーキャップの第１の端部からも離間している。
【００３０】
したがって本発明によれば第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層は、スパーキャップの第２の端部の前方で終端する。したがってさらに、第２の繊維複合材料を有する前記部分は、常に第２の端部から離間している。さらに第２の端部は実質的に、第１の繊維複合材料の層により形成される。したがって本発明の前提は、スパーキャップの第２の端部には第１の繊維複合材料の少なくとも１つの層が存在することである。
【００３１】
スパーキャップの好ましい一実施形態では、第１の繊維複合材料の層の数は、第２の端部に向かって減少する。第１の繊維複合材料の層の数が第２の端部に向かって減少することは、層の数によりスパーキャップの重量が大幅に影響を受け、この種の層の減少が重量の削減につながり得る点で有利である。層の減少と、それに結び付いた重量の削減により、さらに剛性の低下が生じる。このような層の数の減少は、軸方向での層の数の減少（Abschaeftungないし軸方向での戻しないし折り返し  Zurueckschaeftung）とも称することができる。
【００３２】
しかし第１の繊維複合材料の層の低減は、第１と第２の繊維複合材料の層を含む上記の領域において、第１の繊維複合材料から形成された２つの外側層が存在しており、したがって第２の繊維複合材料の層（単数または複数）が第１の繊維複合材料のこれら２つの外側層の間に配置されている場合にだけ、行われる。第２の繊維複合材料の層が配置されていない第２の端部の領域では、第１の繊維複合材料の層の数を１まで低減することができる。
【００３３】
第２の端部に向かって第１の繊維複合材料の層が低減することが、とりわけ有利である。なぜなら第２の端部に向かって必要なスパーキャップの長手方向の剛性は、遠心力がロータブレードの先端に向かって低下するので減少し、したがって達成される重量削減は、剛性要求に関して何らの欠点を伴わないからである。
【００３４】
スパーキャップのさらなる好ましい一実施形態では、スパーキャップは第２の繊維複合材料の少なくとも２つの層を有し、第２の繊維複合材料の層の数は第２の端部に向かって減少する。この変形実施形態は、第２の繊維複合材料の層もスパーキャップの重量に影響し、したがって剛性要求の小さいスパーキャップの部分（複数）では低減することができるという事情を考慮する。
【００３５】
第２の端部に向かって第２の繊維複合材料の層が低減することは特に有利である。なぜなら第２の端部に向かって必要なスパーキャップの長手方向の剛性は、ロータブレードの先端に向かって遠心力が低下するので減少するからである。このようにして重量削減を達成することができる。同時に第２の端部に向かって第２の繊維複合材料の層が低減すること、および／または第１の繊維複合材料の層が低減することは、軸方向での層の数の縮少（Abschaeftung）に起因する、スパーキャップにおける剛性の好ましくない急激な変化が縮小または回避されるように、好ましくは互いにおよび／またはスパーキャップのそれぞれの箇所における要求に適合される。これはとりわけ、第１および第２の繊維複合材料の層の（数の）低減が、正確に同じ個所で行われるのではなく、ずらして行われることによって回避または縮小することができる。
【００３６】
本発明のスパーキャップのさらなる有利な一発展形態では、スパーキャップは、第１の繊維複合材料の少なくとも３つ以上の層および／または第２の繊維複合材料の少なくとも３つ以上の層を含む。この変形実施形態は、スパーキャップに対する適用の大部分において適用される。なぜなら通常、スパーキャップの所望の剛性特性を達成するためには複数ないし多数（Viehlzahl）の繊維複合材料層が必要だからである。
【００３７】
本発明のスパーキャップの特に好ましい一変形例では、第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層は、対向する２つの外側を有し、これら２つの外側はそれぞれ、長手伸長部および横伸長部における層の平坦な広がりによって形成される。ここでは第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層の両側には、第１の繊維複合材料の同数の層が配置されている。したがって第１の繊維複合材料の層から形成された２つの外側層は、第１の繊維複合材料のそれぞれ同数の層を有する。
【００３８】
本発明のスパーキャップのさらなる好ましい一実施形態では、第２の繊維複合材料の繊維は炭素繊維を含むか、または炭素繊維である。炭素繊維強化繊維複合材料は、非常に剛性が高いという特別の利点を有し、同時に極めて小さな比重を有する。炭素繊維強化繊維複合材料の剛性は、とりわけ強く異方性に調整可能であり、したがってスパーキャップの長手方向における剛性を目的に応じて高めることができる。さらに長手方向の剛性は、連続（endlos）繊維が使用される場合に有利に影響を受ける。
【００３９】
ここで炭素繊維は種々異なるマトリクス材料に埋め込むことができ、繊維強化プラスチックを使用する場合には、とりわけ熱可塑性または熱硬化性のマトリクス材料を使用するのが有利である。さらに炭素繊維強化プラスチックは、良好な減衰特性、目的に応じて調整可能な熱膨張と関連して高い衝撃強さを特徴とする。さらに炭素繊維強化プラスチックは、ガラス繊維強化プラスチックと比較して非常に高い導電性および伝熱性を特徴とする。
【００４０】
本発明はさらに、落雷の危険性は、ロータブレード内ないしロータブレードにある導電材料によって高まるという知見を基礎とする。剛性および比重に関する炭素繊維強化プラスチックの特別の有利性がこの知見により制限される。なぜなら前に説明した炭素繊維強化プラスチックの高い導電性により、それを使用することによって落雷の危険性が高まるからである。本発明はさらに、炭素繊維強化プラスチックを非導電性または導電性の低い材料により取り囲めば、炭素繊維強化プラスチックをスパーキャップに使用する際に高められた落雷の危険性を低減できるという知見に基づく。ここではさらに雷の落雷の危険性は、ロータブレードフランジへの内部アースの経過において最小にすることができる。
【００４１】
ロータブレード内部ないしロータブレードにある導電性材料およびこれに伴う落雷の危険性に関する前述の知見からはさらに、導電性材料の軸方向での層の数の減少（ないし戻し配置  Zurueckschaeftung）の有利性の知見が由来する。したがって第２の繊維複合材料をスパーキャップの第２の端部から前述のように離間することは、落雷の危険性を低減するためのさらなる解決策である。
【００４２】
さらなる有利な一実施形態では、第１の繊維複合材料の繊維は、無機繊維、とりわけ非導電性繊維、例えばガラス繊維を含むか、またはそれである。無機繊維は通常、それらの良好な材料特性にもかかわらず、小さな材料コストしか引き起こさず、加工も同様に安価に実施することができるという利点を提供する。このことはとりわけ、炭素繊維強化プラスチックと直接比較すると当てはまる。好ましくは無機繊維は、ガラス繊維の他、とりわけバサルト繊維、ボロン繊維またはセラミック繊維である。ガラス繊維は、とりわけ好ましくは繊維強化プラスチックに繊維として使用され、ここでは主に、熱硬化性または熱可塑性のマトリクス材料が使用される。
【００４３】
本発明はさらに、スパーキャップにおいて非導電性材料の使用はいくつかの利点を提供するという知見に基づく。これらの利点は、例えば、落雷の危険性は、非導電性のスパーキャップ材料を使用する際に低減されることによって顕著となる。本発明はさらに、２つのスパーキャップ材料を使用する場合には、導電性と非導電性の材料を使用することができるという知見に基づく。非導電性または略非導電性の材料が導電性材料を実質的に取り囲む場合、導電性材料を完全にまたは十分に絶縁することができ、ひいては落雷の危険性を低減することができる。
【００４４】
本発明のスパーキャップのさらなる一変形実施形態では、第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料のマトリクス材料はプラスチックを含み、またはプラスチックから作製され、このプラスチックは好ましくは熱可塑性材料および／または熱硬化性材料を含み、またはそれらから作製され、および／または第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料のマトリクス材料はセメントを含み、またはセメントから作製され、および／またはコンクリートを含み、またはコンクリートから作製され、および／またはセラミックを含み、またはセラミックから作製される。
【００４５】
熱可塑性マトリクス材料からなるプラスチックマトリクスの利点は、このようにして形成されたスパーキャップは、さらに変形および／または溶接され得ることである。これはとりわけ、熱可塑性マトリクス材料は何回も溶融できるからである。このことは、スパーキャップをロータブレードの中空空間に固定する場合に有利であり得る。これに対して熱硬化性材料をマトリクス材料として有するスパーキャップ、またはこれから作製されるスパーキャップは、特に高い安定性を特徴とする。熱硬化性マトリクス材料の欠点は、硬化後にこれをさらに加工するのが困難であり、複数回の溶融が不可能なことである。
【００４６】
セメント、コンクリート、金属、セラミックおよび／または炭素を使用することにより、限定するものではないがとりわけ、引張および／または圧縮力に関するそれらの剛性、それらの比重、それらの導電性および／または伝熱性および／またはそれらの加工性に関連する前記材料の特別の利点を利用することができる。
【００４７】
本発明のスパーキャップでは、第１の繊維複合材料は、第２の繊維複合材料とは別のマトリクス材料を有することができる。例えば第１の繊維複合材料は、熱可塑性マトリクス材料を含むことができ、可撓性および加工性に関するこの材料の利点を利用することができる。さらに第２の繊維複合材料は熱硬化性マトリクス材料を含むことができ、この材料による高い剛性を利用することができる。プラスチックおよび／またはセラミックから作製されたマトリクスは、本適用分野では非導電性ないし導電性の低い材料であり、したがってこれらのマトリクス材料をとりわけ第１の繊維複合材料に使用する場合、落雷の危険性を低減することができるという特別の利点を提供する。
【００４８】
本発明のスパーキャップのさらなる特に好ましい一変形実施形態では、第１の繊維複合材料の層と第２の繊維複合材料の層（複数）が、第１の繊維複合材料の２つの外側層の間に配置されている。この変形実施形態では、第１の繊維複合材料の外側繊維複合材料層の間に、上下に混じり合って第１の繊維複合材料の層と第２の繊維複合材料の層を配置することができる。
【００４９】
したがってこの変形実施形態では、第１の繊維複合材料の１つまたは複数の層から形成された２つ以上の層と、第２の繊維複合材料の１つまたは複数の層から形成された１つの層が配置されている。第１の繊維複合材料の層から形成された２つの外側層の間には、第１の繊維複合材料の層と、第２の繊維複合材料の層とから形成された複数の層を配置することができる。したがってここでは、２つの異なる材料が層ごとに混じり合っている。好ましくは第１と第２の繊維複合材料は同じマトリクス材料を有する。
【００５０】
この種の配置構成は、スパーキャップにおける剛性の急激な変化を低減することができ、したがって応力ピークが存在しないか、または弱い応力ピークしか存在しない点で有利である。第１の複合材料の２つの外側層を設けることは、これらの層が特有の技術的課題を引き受ける点で必要である。とりわけここでは、スパーキャップをロータブレードに嵌め込まなければならず、したがって第１の繊維複合材料はさらなる材料と、好ましくは物質的に結合すべきであるという必要条件を述べておく。さらに、第１の繊維複合材料が非導電性の材料から形成されており、この非導電性の材料は第２の繊維複合材料を絶縁し、したがって落雷の危険性を低減することができるというすでに述べた利点を実現することができる。
【００５１】
さらに好ましい一変形実施形態では、第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料の繊維は、長手伸長部の方向に対して実質的に平行に延在する。この種の繊維経過により、とりわけ長手方向におけるスパーキャプの引張強度（ないし剛性）が最大になる。
【００５２】
本発明のスパーキャップおよびその発展形態のさらなる利点、変形実施形態および実施詳細については、所属の製造方法の特法についての以下の記述も参照されたい。
【００５３】
本発明のさらなる一視点によれば、冒頭に述べた課題は、前に記述したスパーキャップおよび／または導電性のシート層と落雷保護システムの避雷装置を備える風力発電装置のロータブレードによって解決され、前記導電性のシート層は避雷装置と導電接続部を介して接続されている。
【００５４】
本発明のスパーキャップを風力発電装置のロータブレードに設けることは、種々の観点において有利である。とりわけこの種のロータブレードは、重量の小さいことと、場合により高められた剛性（ないし強度  Steifigkeit）を特徴とする。さらに相応の繊維複合材料の選択の際に、落雷の危険性を低減することができる。これはとりわけ、第１の繊維複合材料に対して導電性の低い材料を使用することによって実現される。
【００５５】
避雷装置、例えばレセプタと電気的に接続された、同様に導電性のシート層を設けることは、これにより避雷装置の捕捉面積を格段に拡大することができ、したがってこの領域、例えばロータブレードのスパーキャップ部（Gurt）における落雷の危険性および／またはそれに起因するロータブレードの損傷を格段に低減することができるという利点を有する。
【００５６】
ロータブレードのさらなる好ましい一構成では、シート層は、ロータブレードの長手伸長部の方向に伸長部を有し、この伸長部は、好ましくはロータブレードの長手伸長部の最大で１／５、とりわけ最大で１／１０または最大で１／２０または最大で１／５０である。したがってシート層は、好ましくはロータブレードの長手伸長部全体にわたっておらず、ロータブレードの長手伸長部の大部分にもわたっておらず、比較的に小さな領域にだけわたって伸長している。
【００５７】
さらに好ましくは、シート層は、スパーキャップの第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層が終端する領域を、ロータブレードの長手伸長部の方向に覆う。とりわけ、シート層が第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層が終端する領域を覆う配置構成では、例えばスパーキャップにおける、すなわちこの領域における落雷に対する危険性をさらに低減することができる。
【００５８】
さらなる好ましい一構成では、シート層は、ロータブレードの長手伸長部に対して横方向に測定したロータブレード壁の厚さの外側の（即ち厚さ方向の外側面）半部分内に配置されており、とりわけ外側の３分の一、または外側の４分の一、または外側の１０分の一、または外側の５０分の一または外側の１００分の一に配置されている。ロータブレード表面においてシート層を可及的に（ロータブレードの長手伸長部に対して横の方向で）外側に配置することは、シート層のとりわけ効率的な作用に対して好ましい。
【００５９】
好ましくはシート層は、好ましくはロータブレードの設計に対して重要な支持特性を有しない繊維複合材料の１つまたは複数の層の上に配置される。この構成は、損傷の場合、例えば雷の光アークによる繊維複合材料の損傷の場合に、ロータブレードの支持能力に対して重要な繊維複合材料の層は損傷されず、付加的に設けられ、シート層が配置された繊維複合材料の層だけが損傷されるので特に好ましい。
【００６０】
さらにシート層が、予期される雷電流負荷に耐えるように配置および構成されていると好ましい。予期される雷電流負荷は、とりわけ予期される平均雷電流負荷とすることができる。シート層および／またはシート層が配置された繊維複合材料の１つまたは複数の層が、雷電流負荷、とりわけ予期される雷電流負荷を上回る雷電流負荷に耐えられない場合、または完全には耐えられない場合、シート層および／またはシート層が配置された繊維複合材料の１つまたは複数の層の修理および／または交換を行うことができる。
【００６１】
さらなる好ましい一構成では、シート層は、好ましくは規則的なパターンで配置された複数の切欠部および／または編み目を有する。例えば切欠部および／または編み目は、ひし形および／または矩形および／または正方形および／または円形および／または楕円形および／または多角形に構成することができる。切欠部および／または編み目の間のウェブは、好ましくは０．３ｍｍの厚さと０．５ｍｍの幅を有する。切欠部および／または編み目は、好ましくは３．５ｍｍの長さと２．５ｍｍの幅を有する。
【００６２】
シート層は好ましくはアルミニウムまたは銅から作製されるか、またはアルミニウムまたは銅の合金を有する。
【００６３】
本発明のさらなる一視点によれば冒頭に述べた課題は、タワー、ナセルおよびロータを備える風力発電装置によって解決され、この風力発電装置は、ロータが前に記述したスパーキャップを備えるロータブレードおよび／または前に記述した少なくとも１つのロータブレードを有することを特徴とする。すでに述べた利点の他に、本発明のスパーキャップを含む風力発電装置は、この風力発電装置に比較的大きなハブ高さと、比較的大きなロータ翼長を設けることができる点で有利である。さらに風力発電装置の全体コストは本発明のスパーキャップを設けることにより低減することができる。導電性のシート層を設けることにより、落雷の危険性および／またはこれに起因する損傷を格段に低減することができる。
【００６４】
本発明のさらなる一視点によれば、冒頭に述べた課題は、第１の端部から第２の端部へ至る長手伸長部と、長手伸長部に対して直交する横伸長部と、長手伸長部および横伸長部に対して直交する厚さと、を備えるスパーキャプの製造方法によって解決される。この方法は、第１の繊維複合材料の少なくとも２つの層を設置する工程と、第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層を、第２の繊維複合材料が一部分において第２の端部に隣接し、厚さ方向で第１の繊維複合材料の少なくとも２つの層の間に配置され、第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層が第２の端部の前方で終端するように設置する工程と、を含み、第１の繊維材料は、第２の繊維複合材料とは別のマトリクス材料および／または別の繊維を有する。
【００６５】
第１および／または第２の繊維複合材料の層の設置は、これら層の平坦側の大部分がそれぞれ面平行であり、上下に重なって配置されるように行われる。層の設置はさらに、第２の繊維複合材料の層が第１の繊維複合材料の層の間に設置されるように行われる。さらに好ましくは、第２の繊維複合材料の対向する２つの外側層の上には、第１の繊維複合材料のそれぞれ同数の層が配置されている。
【００６６】
スパーキャップの第２の端部には、第１の繊維複合材料の層と第２の繊維複合材料の層が、第１の繊維複合材料の層は第２の端部にまで達し、第１の繊維複合材料の層は第２の端部の前方で既に終端するように設置される。したがって第２の端部は、第１の繊維複合材料の層だけによって形成される。
【００６７】
本発明のスパーキャップの製造方法はさらに、第１の繊維複合材料と第２の繊維複合材料を使用することによって行われ、第１の繊維複合材料は第２の繊維複合材料とは別の材料である。この相違は、とりわけ使用される繊維および／または使用されるマトリクス材料において示される。好ましくは第１の繊維複合材料に対しては、非常に導電性の低い材料または非導電性の材料が使用される。さらに好ましくは第２の繊維複合材料に対しては、とりわけ非常に高い剛性を有する材料が使用される。
【００６８】
繊維複合材料の層の設置は異なるやり方で行うことができ、例えば繊維巻付け技術、オートクレープ圧縮技術または手作業でのラミネート方法が適用される。選択された繊維および／または選択されたマトリクス材料に応じて、引き続き前に示した製造工程に続いてさらなる製造工程を行うことができる。これらの工程は、例えばマトリクス材料の硬化および／または繊維複合材料の圧縮を含むことができる。
【００６９】
前に説明した製造方法の好ましい発展形態では、第１の繊維複合材料の層の数が第２の端部に向かって低減され、層の低減は連続的にまたは所定の間隔で行われる。ここでは実質的に、第１の繊維複合材料の上下に重ねて配置された層の数が低減される。したがって第１の繊維複合材料の層から形成された２つの層が第２の繊維複合材料の最外の面に配置され、第２の端部に向かって厚さ方向に減少する寸法を有する。
【００７０】
この製造工程により、スパーキャップの厚さは、長手伸長部に沿って低減される。個々の層の厚さが非常に小さいことにより、一般的には個々の層の非常に均質な移行を保証することができ、かくてスパーキャップは安定した幾何形状を有することができる。
【００７１】
製造方法の好ましい一実施形態では、第２の繊維複合材料の少なくとも２つの層は、第２の繊維複合材料の層の数が第２の端部に向かって減少するよう設置される。ここでも第２の繊維複合材料の層数が低減されることに基づき、スパーキャップの長手伸長部に沿った固有の負荷状況に対処される。第２の繊維複合材料の層の設置の際には、第２の繊維複合材料の層が第２の端部に至るまで設置されるのではなく、この設置はすでに第２の端部の前方で終了されることに注意すべきである。この形式の設置により、第２の繊維複合材料が第２の端部にまで達せず、したがって第２の端部は実質的に第１の繊維複合材料の層によってだけ形成されることが保証される。
【００７２】
本発明の製造方法およびその発展形態は、本発明の方法をとりわけ本発明のスパーキャップおよびその発展形態を作製するのに適したものにする特徴を有する。したがって製造方法の利点、変形実施形態および詳細な実施に関しては、スパーキャップおよびその発展形態の対応の装置的特徴に関する先行の記述も参照される。
【００７３】
本発明のさらなる一視点によれば、冒頭に述べた課題は、前に記述したロータブレードの製造方法によって解決される。この方法は、前に記述したスパーキャップを取り付けること、および／または導電性のシート層を取り付けること、およびシート層を落雷保護システムの避雷装置と導電性接続部を介して接続することを含む。
【００７４】
ロータブレードに対する製造方法の利点、変形実施形態および詳細な実施に関しても、その他の視点の相応の特徴に関する先行の記述が参照される。
【００７５】
本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して例示的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】一風力発電装置の概略図である。
【図２】一スパーキャップの長手伸長部と横伸長部の方向における概略的断面図である。
【図３】一スパーキャップの長手伸長部と厚さの方向における概略的断面図である。
【図４】一スパーキャップの横伸長部と厚さの方向における概略的断面図である。
【図５】軸戻し部の領域におけるスパーキャップの横伸長部と厚さの方向での概略的断面図である。
【図６】本発明のロータブレードの概略図である。
【図７】図６のロータブレードの導電性シート層の概略図からの拡大部分を示す図である。
【実施例】
【００７７】
図１は、風力発電装置の概略図を示す。図１は、タワー１０２とナセル１０４を備える風力発電装置１００を示す。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０を備えるロータ１０６が配置されている。ロータ１０６は、稼働時に風によって回転運動され、これによりナセル１０４内の発電機を駆動する。
【００７８】
本発明のスパーキャップ２００は、とりわけロータブレード１０８の長手方向補強のために使用される。この目的のために、少なくとも１つのスパーキャップ２００、好ましくは２つのスパーキャップ２００が、ロータブレード１０８の内部に配置されており、好ましくはロータブレード１０８の内部に向いた側に固定されている。
【００７９】
図２は、スパーキャップ２００の長手方向Ｌ伸長部と横方向Ｑ伸長部の方向における概略的断面図である。スパーキャップは、その長手方向Ｌ伸長部に沿って縦方向に第１の端部２１０から第２の端部２２０まで伸長している。第１の端部２１０は、好ましくはロータブレード根元の領域に配置されたスパーキャップ２００の端部を代表する。これに対して第２の端部２２０は、ロータブレード先端の領域に配置されたスパーキャップ２００の端部を代表する。横方向Ｑ伸長部の寸法は、長手方向Ｌ伸長部に沿い第２の端部２２０に向かって部分的（段階的）に減少することができる。あるいは横方向Ｑ伸長部の寸法の減少は、好ましくは連続的に行うこともできる。
【００８０】
スパーキャップ２００は、実質的に繊維複合材料から作製されており、この繊維複合材料はいわゆる層の形態に加工することができ、この形態において作製されたスパーキャップ２００内にも存在する。１つの層は、実質的に繊維とマトリクス材料を含み、層（Lage）はとりわけレイヤー（Schicht）として構成されている。すなわち、１つの層は厚さの小さい平坦な幾何形状を有する。層の平坦な幾何形状は、とりわけ長手伸長部Ｌと横伸長部Ｑの方向における面によって形成されている。
【００８１】
したがって図２、図３、図４および図５では、第１の繊維複合材料３００の層（単数ないし複数）と、第２の繊維複合材料４００の層（単数ないし複数）が形成されている。第１の繊維複合材料３００の層は、好ましくはガラス繊維を含むか、またはガラス繊維であり、第２の繊維複合材料の層は、好ましくは炭素繊維を含むか、または炭素繊維である。
【００８２】
図２には、実質的に第１の繊維複合材料３００の一層と、第２の繊維複合材料の一層が図示されている。第１の繊維複合材料３００の層は、第２の繊維複合材料４００の層の大部分を、長手伸長部Ｌの方向と横伸長部Ｑの方向において取り囲む。
【００８３】
とりわけスパーキャップ２００は、第２の繊維複合材料４００の層の軸方向減少部（ないし軸方向戻し部）４１０を有する。この層の軸方向減少部４１０は、とりわけ第２の繊維複合材料４００の層がスパーキャップ２００の第２の端部２２０から離間して（配置されて）いることを特徴とする。このような離間は、第１の繊維複合材料の導電性が低く、または非導電性であり、第２の繊維複合材料が第１の繊維複合材料と比較して高い導電性を有する場合に対して落雷の危険性を低減する。さらにこの種の絶縁により、ロータブレードフランジへの内部アースの経過において落雷の危険性が低減される。
【００８４】
図２のスパーキャップ２００の概略図は、第１の繊維複合材料３００の層および第２の繊維複合材料４００の層の横方向Ｑの伸長部（の構成）を示す。
【００８５】
図３は、スパーキャップ２００の長手方向Ｌ伸長部と厚さ方向Ｄにおける概略的断面図である。この図には、とりわけ層と層の数が概略的に示されている。層は、それらの平坦な広がりに対して直交し、かつそれらの長手伸長方向に対して直交するような視点で図示されている。スパーキャップの厚さＤは、第１の繊維複合材料３００の上下に重ねて配置された層の数と、第２の繊維複合材料４００の層の数とによって決定される。第２の繊維複合材料４００の層の軸方向減少部４１０の領域は、この（視点の）図にも同様に図示されている。
【００８６】
さらに第１の繊維複合材料３００の個々の層の縦伸長部と第２の繊維複合材料４００の個々の層の縦伸長部とが図示されており、それぞれの縦伸長部のそれらの寸法は等しくない。第２の繊維複合材料４００の層の軸方向減少部（の存在）により、第２の繊維複合材料に対して第１の繊維複合材料に対するよりも剛性の大きい材料を選択すると、剛性の急激な変化が発生する。第２の繊維複合材料４００の層（の数）を、長手伸長方向Ｌに沿った箇所において低減することにより、第１の繊維複合材料３００の層が全体として、第２の繊維複合材料４００の層よりも大きな剛性を有することができ、これにより剛性の急激な変化を十分に最小化することができる。
【００８７】
さらに第２の繊維複合材料４００の層（の数）をこのように低減（削減）することにより、第１の繊維複合材料３００の層の数も第２の端部２２０に向かって低減することができる。これによりさらに、広がり程度が縮小するに応じて、スパーキャップ２００は、第２の端部２２０に向かって全体として比較的少数の上下に重ねて配置された層により作製することができる。上下に重ねて配置された層の数を低減することにより、結果として、コンパクトな構造、比較的に小さい材料コストおよび製造時間の短縮、並びに最終的にはスパーキャップ２００の重量の軽減が得られる。
【００８８】
さらに第２の繊維複合材料４００の層（複数）は、厚さ方向に第１の繊維複合材料３００の（複数の）層の間に配置されていることが示されている。さらにこの特別の実施例では、第２の繊維複合材料４００の層は対向する２つの外側を有し、これら外側の層は長手伸方向Ｌおよび横伸長方向Ｑにおける層の平坦な広がりによって形成されることが示されている。ここで第２の繊維複合材料４００の層の２つの外側には、第１の繊維複合材料３００の同数の層が配置されている。このことは図３について言うと、第２の繊維複合材料４００の３つの層の上方および下方には垂直方向にそれぞれ好ましくは第１の繊維複合材料３００の同数の層が配置されていることを意味する。
【００８９】
図４は、一スパーキャップ２００の横方向Ｑ伸長部と厚さ方向Ｄにおける一概略的断面図である。図示の断面は、第１の繊維複合材料３００の層と第２の繊維複合材料４００の層が低減されていない、図３の説明と同様の長手方向Ｌ伸長部に沿った領域からのものである。したがって第２の繊維複合材料４００の３つの層が内部に配置されており、それらの平坦な外側には第１の繊維複合材料のそれぞれ２つの層が配置されている。さらに第１の繊維複合材料３００の層と第２の繊維複合材料４００の層は、好ましくは完全に横方向Ｑ伸長部に沿って伸長している。
【００９０】
図５は、一スパーキャップの横方向伸長部と厚さ方向Ｄにおける一概略的断面図である。図示の断面は、とりわけ、第１の繊維複合材料３００の層（の数）と第２の繊維複合材料４００の層（の数）が削減されている、図３の説明と同様の長手方向Ｌ伸長部に沿った軸方向戻し部４１０の領域からものである。なぜならここでは第１の繊維複合材料３００の層だけが図示されているからである。さらに軸方向戻し部４１０の一領域が図示されており、この領域は、第２の端部２２０に隣接しており、第２の繊維複合材料４００の層を有しておらず、実質的に第１の繊維複合材料３００の層から作製されるか、またはこれを含む。
【００９１】
図６は、ロータブレード先端５１０と、第１および第２のレセプタ５０１，５０２の形態の２つの避雷装置とを備える本発明の一ロータブレード１０８を概略的に示し、レセプタは詳細に図示しない雷保護システムの一部である。第２のレセプタ５０２とは導電性のシート層５３０が導電接続されている。このシート層は、ロータブレードの長手伸長部全体にわたって伸長しておらず、ロータブレードの長手方向伸長部の方向に数メートル、好ましくは約１〜５ｍの伸長部Ｅを有する。とりわけシート層５３０は、ロータブレードの長手方向伸長部で、スパーキャップの第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層が終端する領域を覆う。この領域は、図６では第１と第２の繊維複合材料５２２を備えるスパーキャプ（部分）から第１の繊維複合材料５２１だけを備えるスパーキャップ（部分）への移行部にある。さらに好ましくはシート層５３０は、ロータブレード１０８の長手伸長部に対して横方向について可及的に大きく外側にまで延在配置されている。
【００９２】
図７は、図６のロータブレードの導電性シート層５３０の概略図からの拡大部分図である。シート層５３０は、ひし形の編み目５３１を有し、これらの編み目はウェブ５３２によって分離されている。編み目５３１の間のウェブ５３２は、好ましくは０．３ｍｍの厚さＴと０．５ｍｍの幅Ｒを有する。編み目は好ましくは、３．５ｍｍの長さＬＭと２．５ｍｍの幅ＴＭを有する。
【符号の説明】
【００９３】
１００  風力発電装置
１０２  タワー
１０４  ナセル
１０６  ロータ
１０８  ロータブレード
１１０  スピナ
２００  スパーキャップ
２１０  第１の端部
２２０  第２の端部
３００  第１の繊維複合材料の層（単数または複数）
４００  第２の繊維複合材料の層（単数又は複数）
４１０  軸方向戻し部の領域
５０１，５０２  レセプタ
５１０  ロータブレード先端
５２１  第１の繊維複合材料を備えるスパーキャップ
５２２  第１と第２の繊維複合材料を備えるスパーキャップ
５３０  導電性シート層
５３１  編み目
５３２  ウェブ
Ｌ  長手（長手方向）伸長部
Ｑ  横（横方向）伸長部
Ｄ  厚さ（厚さ方向）
Ｅ  ロータブレードの長手（方向）伸長部におけるシート層の伸長部（寸法）
ＴＭ  編み目の幅
ＬＭ  編み目の長さ
Ｒ  ウェブの幅
Ｔ  ウェブの厚さ
【図１】
2019507273.tif 000003
【図２】
2019507273.tif 000004
【図３】
2019507273.tif 000005
【図４】
2019507273.tif 000006
【図５】
2019507273.tif 000007
【図６】
2019507273.tif 000008
【図７】
2019507273.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月7日(2018.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置（１００）のロータブレード（１０８）用のスパーキャップ（２００）であって、
第１の端部（２１０）から第２の端部（２２０）に至る長手伸長部（Ｌ）と、該長手伸長部（Ｌ）に対して直交する横伸長部（Ｑ）と、前記長手伸長部（Ｌ）および横伸長部（Ｑ）に対して直交する厚さ（Ｄ）と、
第１の繊維複合材料（３００）の少なくとも２つの層と、
第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層と、を備え、
前記第１の繊維複合材料は、前記第２の繊維複合材料とは別のマトリクス材料および／または別の繊維を有し、
前記第２の繊維複合材料は、一部分において前記第２の端部（２２０）に隣接し、厚さ方向に前記第１の繊維複合材料の少なくとも２つの層の間に配置されており、
前記第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層は、前記第２の端部（２２０）の前方で終端する、スパーキャップ。
【請求項２】
第２の端部（２２０）にある領域は、第１の繊維複合材料（３００）の少なくとも１つの層を含む、請求項１に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項３】
第１の繊維複合材料（３００）の層の数は、第２の端部（２２０）に向かって減少する、請求項１又は２に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項４】
第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも２つの層を備え、第２の繊維複合材料（４００）の層の数は、第２の端部（２２０）に向かって減少する、請求項１から３のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項５】
第１の繊維複合材料（３００）の少なくとも３つ以上の層および／または第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも３つ以上の層を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項６】
第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層は、対向する２つの外側を有し、該外側はそれぞれ、長手伸長部（Ｌ）および横伸長部（Ｑ）における層の平坦な広がりにより形成され、
第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層の両側には、第１の繊維複合材料（３００）の同数の層が配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項７】
第２の繊維複合材料の繊維は炭素繊維を含み、または炭素繊維であり、および／または
第１の繊維複合材料（３００）の繊維は、無機繊維を含み、または無機繊維である、請求項１から６のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項８】
第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料のマトリクス材料は、プラスチックを含み、またはプラスチックから作製され、および／または
セメントを含み、またはセメントから作製され、および／または
コンクリートを含み、またはコンクリートから作製され、および／または
セラミックを含み、またはセラミックから作製される、請求項１から７のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項９】
第１の繊維複合材料（３００）の層および第２の繊維複合材料（４００）の層は、第１の繊維複合材料（３００）の少なくとも２つの外側層の間に配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項１０】
第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料の繊維は、実質的に長手伸長部（Ｌ）の方向に対して平行に延在している、請求項１から９のいずれか一項に記載のスパーキャップ（２００）。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項によるスパーキャップ（２００）、および／または
導電性シート層および雷保護システムの避雷装置を備え、前記導電性シート層は、避雷装置に導電接続を介して接続されている、
風力発電装置（１００）のロータブレード（１０８）。
【請求項１２】
前記シート層は、ロータブレードの長手伸長部の方向に伸長部を有し、
前記シート層は、ロータブレードの長手伸長部の方向において、第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層が終端する領域を覆い、および／または
前記シート層は、ロータブレードの長手伸長部に対して横方向に測定したロータブレード壁の厚さの外側の半部分内に配置されており、および／または
前記シート層は、繊維複合材料の１つまたは複数の層の上に配置されており、および／または
前記シート層は、予期される雷電流負荷に耐えるように配置および構成されており、および／または
前記シート層は、複数の切欠部および／または編み目を有する、請求項１１に記載のロータブレード（１０８）。
【請求項１３】
タワー（１０２）、ナセル（１０４）およびロータ（１０６）を備える風力発電装置において、
前記ロータ（１０６）は、請求項１から１０の少なくとも一項によるスパーキャップを備える少なくとも１つのロータブレード（１０８）を有し、および／または請求項１１または１２による少なくとも１つのロータブレード（１０８）を有する、
ことを特徴とする風力発電装置。
【請求項１４】
第１の端部（２１０）から第２の端部（２２０）に至る長手伸長部（Ｌ）と、長手伸長部（Ｌ）に対して直交する横伸長部（Ｑ）と、長手伸長部（Ｌ）および横伸長部（Ｑ）に対して直交する厚さ（Ｄ）と、を備えるスパーキャップ（２００）の製造方法であって、
当該方法は、
第１の繊維複合材料（３００）の少なくとも２つの層を設置する工程と、
第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層を、当該第２の繊維複合材料が一部分において第２の端部（２２０）に隣接し、厚さ（Ｄ）の方向で第１の繊維複合材料（３００）の少なくとも２つの層の間に配置され、第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも１つの層が第２の端部（２２０）の前方で終端するように設置する工程と、を含み、
前記第１の繊維材料は、前記第２の繊維複合材料とは別のマトリクス材料および／または別の繊維を有する、
製造方法。
【請求項１５】
第１の繊維複合材料（３００）の層の数は、第２の端部（２２０）に向かって減少する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも２つの層は、当該第２の繊維複合材料（４００）の層の数が第２の端部（２２０）に向かって減少するように設置される、請求項１４または１５に記載のスパーキャップ（２００）の製造方法。
【請求項１７】
請求項１から１０の少なくとも一項によるスパーキャップを取り付けること、および／または
導電性シート層を取り付けること、およびシート層を雷保護システムの避雷装置に導電接続を介して接続することを含む、
請求項１１または１２に記載のロータブレード（１０８）の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置のロータブレード用のスパーキャップ（Holmgurt）に関するものであり、このスパーキャップは、第１の端部から第２の端部に至る長手伸長部と、該長手伸長部に対して直交する横伸長部と、長手伸長部および横伸長部に対して直交する厚さと、を備える。本発明はさらに、冒頭に述べたスパーキャップを備える、風力発電装置のロータブレードに関する。さらに本発明は、タワー、ナセルおよびロータを備える風力発電装置に関するものであり、前記ロータは、冒頭の述べたスパーキャップを備える少なくとも１つのロータブレードを有することを特徴とする。さらに本発明は、冒頭に述べたスパーキャップの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に述べた形式のスパーキャップは、例えばロータブレード、好ましくは風力発電装置のロータブレードまたは航空機支持面の構成部分であり、とりわけ長手方向での補強のために構成されている。この種の補強は、とりわけ縦伸長部に沿って延在する力を吸収するために用いられ、風力発電装置のロータブレードの場合、前に述べた縦伸長部は、ロータブレードの根元からロータブレードの先端まで延在している。スパーキャップは一般的に、第１の端部と第２の端部を有するように構成されている。スパーキャップはさらに通常は平坦な幾何形状を有し、この幾何形状は長手伸長部と横伸長部によって形成される。横伸長部および長手伸長部に対して直交してスパーキャップは厚さを有する。
【０００３】
スパーキャップは種々の材料から作製することができ、または種々の材料を含むことができる。現在のところ、スパーキャップは繊維強化材料、好ましくは繊維強化プラスチックから作製するのが普通である。なぜならこれらの材料は、比較的に重量が軽く、高い剛性を有するからである。さらに繊維強化材料の異方性特性は、スパーキャップの製造の際に利用することができる。なぜならこれにより、とりわけ長手方向に指向された剛性を提供することができるからである。現在のところ、ガラス強化プラスチックが頻繁に使用される。なぜならこれは、高剛性と低コストとの良好な妥協を提示するからである。
【０００４】
風力発電装置のロータブレードは、通常とりわけ、上部および下部シェル要素を含む。シェル要素の外側表面は、ロータブレードの外側幾何形状を実質的に形成する。多くの場合、ロータブレードは、スパーキャップを備える上部シェル要素および／またはスパーキャップを備える下部シェル要素を含む。スパーキャップ（単数ないし複数）は、通常、シェル要素の内側に配置されている。ここでスパーキャップは、好ましくはシェル要素の内面上または内面に配置されており、および／またはシェル要素に埋め込まれている。
【０００５】
冒頭に述べた形式のスパーキャップに対する要求は多種多様である。長手方向におけるロータブレードの剛性機能に対応するために、スパーキャップは、とりわけその縦伸長部の方向において比較的に高い剛性を有しなければならない。とりわけこの剛性は、長手補強部としての機能を達成するための、スパーキャップを取り囲むエレメントの剛性よりも高くなければならない。しかしながら、風力発電装置のロータブレードあるいはロータブレード内に含まれるスパーキャップは、剛性要求が高くても小さな重量を有しなければならない。ロータブレードの重量が小さいことは、一方ではナセルのハブにおける垂直方向の力（Normalkraft）を低減し、他方ではハブ並びにロータブレードの伸長部内における遠心力を低減する。
【０００６】
とりわけ繊維強化プラスチックを使用する場合、使用される材料の質量とコストとの間に直接的な関連性が存在する。繊維強化プラスチックは高価であるので、ここでは使用される材料体積ないしその質量を最小にし、それでも高い剛性を達成することが望まれる。冒頭に述べた形式のスパーキャップに対するさらなる要求は、スパーキャップがロータブレードの上部および／または下部シェル要素に挿入可能であり、および／またはシェル要素に固定可能であることである。
【０００７】
ドイツ特許商標庁は、本出願の優先出願において以下の従来技術を調査した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】DE 10 2011 003 560 B4
【特許文献２】DE 10 2008 007 304 A1
【特許文献３】DE 10 2009 047 570 A1
【特許文献４】DE 10 2010 002 432 A1
【特許文献５】DE 10 2013 100 1 17 A1
【特許文献６】DE 202 06 942 U1
【０００９】
風力発電装置は、その構造的高さ、および吹き曝しの立地場所であるため、嵐の際には落雷により大きな危険に曝される。その際に雷は、通常、風力発電装置の最高箇所に落ち、この最高箇所は、通常、ブレード先端により形成される。非常に高度のある装置の場合だけ、上向きの雷（Aufwaertsblitzen）の可能性があるが、この雷は風力発電装置の他の箇所にも落雷することがある。落雷の際には、雷が風力発電装置の支持構造体に落ちる危険性がある。したがって落雷の危険性を低減することが必要である。
【００１０】
風力発電装置の振動系統は複雑であるので、この動的な力を吸収することができ、とりわけ良好な疲労強度を有するというさらなる要求がスパーキャップに課せられる。この疲労強度はとりわけ重要である。なぜならスパーキャップを連続的に監視することはできず、さらにスパーキャップの交換は通常、非破壊では実行できないからである。
【００１１】
冒頭に述べた形式のスパーキャップは長い間、とりわけ風力発電装置の建造および航空機の製造から十分に公知である。風力発電装置への経済的な要求が増大しているので、ハブの高さおよびロータ直径に関して装置が益々大型化する傾向が認められる。ここでロータ直径は、個々のロータブレードの長さと直接的に関連している。
【００１２】
風力発電装置のサイズが増大すると、さらに個々のコンポーネント、とりわけロータブレード内のコンポーネントの機械的負荷が益々大きくなる。ロータブレードの長さが長くなることにより、遠心力が大きくなり、したがって長手方向の力を吸収するコンポーネント内の個々の力も大きくなる。これらの力が増大するため、長手方向の力を吸収するスパーキャップを、長手方向に対して直交する比較的に大きな断面を有する個別の領域に設け、これにより剛性を高める傾向が認められる。しかし厚さの増大は、スパーキャップの重量の上昇と関連している。
【００１３】
ハブの高さが上昇し、ロータブレードが長くなるため、落雷の危険性が格段に大きくなる。現在のスパーキャップあるいはスパーキャップが組み込まれたロータブレードの問題点は、これが落雷に対して脆弱なことである。落雷の危険性を低減し、スパーキャップの剛性を高めるための特別の措置は、しばしば高いコストと結び付いている。既存の装置および方法は種々の利点を提供するが、さらなる改善が望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって本発明の課題は、前記欠点の１つまたは複数を回避または除去するスパーキャップおよびスパーキャップの製造方法を提供することである。とりわけ本発明の課題は、スパーキャップおよびロータブレードの比較的堅固な構成を可能にするスパーキャップおよびスパーキャップの製造方法を提供することである。さらに本発明の課題は、落雷の危険性の少ないロータブレードを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の課題は、第１の視点によれば、第１の端部から第２の端部に至る長手伸長部と、該長手伸長部に対して直交する横伸長部と、前記長手伸長部および横伸長部に対して直交する厚さと、第１の繊維複合材料（Faserverbundmaterial）の少なくとも２つの層と、第２の繊維複合材料の少なくとも１つ層と、を備える、風力発電装置のロータブレード用のスパーキャップであって、第１の繊維複合材料は、第２の繊維複合材料とは別のマトリクス材料および／または別の繊維を有し、第２の繊維複合材料は、一部分において第２の端部に隣接して厚さ方向に第１の繊維複合材料の少なくとも２つの層の間に配置されており、第２の繊維複合材料の少なくとも１つ層は、第２の端部の前方で終端しているスパーキャップによって解決される。
本発明の第２の視点によれば、
第１の端部から第２の端部に至る長手伸長部と、長手伸長部に対して直交する横伸長部と、長手伸長部および横伸長部に対して直交する厚さと、を備えるスパーキャップの製造方法が提供される。
当該方法は、
第１の繊維複合材料の少なくとも２つの層を設置する工程と、
第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層を、当該第２の繊維複合材料が一部分において第２の端部に隣接し、厚さの方向で第１の繊維複合材料の少なくとも２つの層の間に配置され、第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層が第２の端部の前方で終端するように設置する工程と、を含み、
前記第１の繊維材料は、前記第２の繊維複合材料とは別のマトリクス材料および／または別の繊維を有する。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものであり、本発明を図示の態様に限定することは意図していない。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の端部から第２の端部に至る長手伸長部は、スパーキャップの方向での、スパーキャップの最長の延伸部に相当する長手伸長部である。横伸長部は、長手伸長部に対して直交する方向に伸長しており、厚さよりも大きな寸法を有する。このことは、スパーキャップは実質的に厚さの小さい平坦なエレメントとして構成されているという知見を伴う。したがってスパーキャップの平坦な伸長部は、長手伸長部および横伸長部によって形成される。
【００１７】
スパーキャップの厚さは、前に記述した平面に対して直交する方向、すなわち長手伸長部に対して直交する方向であって、同時に横伸長部に対しても直交する方向に延在する。スパーキャップの固有の負荷に適合するために、横伸長部の寸法および／または厚さの寸法は長手伸長部に沿って変化される。その際にとりわけ厚さの寸法は、第２の端部に向かって、および／または第１の端部に向かって減少する。このことはとりわけ、広がりの程度がロータブレードの先端に向かって減少することにより可能となる。
【００１８】
スパーキャップは、第１の繊維複合材料の少なくとも２つの層を含む。これらの層は、厚さの小さい平坦な幾何形状を有する実質的に１つの材料の層として理解される。ここで１つの層は、平坦に配置された少なくとも２つの繊維と、これら繊維を取り囲むマトリクス材料とから形成される。繊維複合材料の層は、スパーキャップの前記平坦な伸長部に対して実質的に面平行に配置されている。さらに本発明のスパーキャップは、第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層を含み、第２の繊維複合材料の層も同様に、厚さが小さく平坦な幾何形状を有する材料の層として理解される。
【００１９】
この種の繊維複合層を備えるスパーキャップは、好ましくは完全に剛性（starr）とすることができ、何れの軸の周りの撓みも許容しない。さらに好ましくはこの種のスパーキャップは、特定の軸を基準にしてある程度、可撓性（elastisch）である。例えばスパーキャップは、横伸長部に対して平行の軸を基準にしてその長手伸長部の寸法が大きいため可撓性になることがある。可及的に小さな可撓性は、長手伸長部の好ましくは長手方向において、すなわち長手伸長部に対して平行の軸を基準にして実現される。
【００２０】
ここで本発明では第１の繊維複合材料の構成成分は、第２の繊維複合材料の構成成分から異なっている。冒頭に述べた形式の繊維複合材料は、実質的に２つの主構成成分を有する。主構成成分はマトリクス材料と繊維であり、主構成成分（複数）は、繊維複合材料が、好ましくは、関与する２つの個々の主構成成分のいずれかよりも高い値の特性を有するというこの種の交互作用を相互間に有する。ここで繊維はマトリクス材料に埋め込まれている。異なる構成成分をスパーキャップの２つの繊維複合材料に使用することは、複数の材料の使用が、スパーキャップの達成可能な特性に関して有利であるという知見に基づいている。なぜなら材料の固有の特性、例えば剛性、比重または導電率を目的に応じて利用することができるからである。
【００２１】
マトリクス材料は、繊維をそれらの位置で保持し、応力を繊維間に伝達し、かつ分散するマトリクスを形成する。さらにこのマトリクスは、繊維を外部の機械的および化学的影響から保護するために役立つ。繊維は、マトリクス内の繊維経過が方向に依存するか（異方性）または方向に依存しないか（等方性）に応じて材料の剛性を高める。第１の繊維複合材料および第２の繊維複合材料の異なる構成成分は、実質的に繊維および／またはマトリクス材料に関連する。
【００２２】
別の繊維とは、ここでは繊維種類ないし繊維材料の意味で相違する、あるいは区別される繊維を意味する。第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料の繊維は、異なる繊維種類を含むことができ、または異なる繊維種類から形成することができる。潜在的に可能な繊維種類は、有機繊維、および／または無機繊維、および／または天然繊維とすることができる。無機繊維は、例えばガラス繊維、バサルト繊維、ボロン繊維、セラミック繊維またはスチール繊維である。有機繊維は、例えばアラミド繊維、炭素繊維、ポリエステル繊維およびポリエチレン繊維（例えばダイニーマ繊維（Dyneema  登録商標）のような、とりわけ高性能ポリエチレン（ＨＰＰＥ）繊維）である。天然繊維は、例えば麻繊維、亜麻繊維またはサイザル麻繊維である。
【００２３】
好ましい一変形実施形態では、第１および／または第２の繊維複合材料は、それぞれ単独の繊維種類だけを含む。さらなる好ましい一変形例では、第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料は、それぞれ２つの繊維種類、例えば有機繊維と無機繊維を含む。特に好ましい一変形実施形態では、第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料は、それぞれ３つ以上の異なる繊維種類を含む。
【００２４】
特に好ましい一実施形態では、以下でさらに詳細に記載するように、第１の繊維複合材料の繊維は非導電性繊維、例えばガラス繊維を含むか、またはそれであり、第２の繊維複合材料の繊維は、炭素繊維を含むか、またはそれである。
【００２５】
第１および／または第２の繊維複合材料の繊維は、種々異なるやり方でマトリクス材料内に配置することができる。繊維は、織物、および／または層状体（Gelege）、および／または多軸層状体、および／または編物、および／またはフリース材、および／またはマット、および／または網状組織、および／または繊維束、好ましくは租紡糸として、マトリクス材料内に配置することができる。
【００２６】
繊維のこの配置は、とりわけ製造プロセス、とりわけ製造プロセスの経済性、並びに繊維複合材料の異方性を決定する。スパーキャップに対する要求に応じて、繊維を配置することにより強い異方性または強い等方性を達成することができ、これにより、長手方向、横方向そして厚さ方向における剛性に対しても、繊維複合材料に含まれる繊維の配向によって影響を与えることができる。スパーキャップの異方性特性を好ましくは達成すべきである。なぜならスパーキャップの役目は、長手方向の力の吸収を保証することだからである。この目的のために、繊維は好ましくは長手方向に配向されてマトリクス材料に埋め込まれる。
【００２７】
本発明によれば第２の繊維複合材料の繊維は一部分において、スパーキャップの第２の端部に隣接して厚さ方向に関して、第１の繊維複合材料の２つの層の間に配置される。したがって第１の繊維複合材料の層と、第２の繊維複合材料の層とは、実質的に面平行に上下に重ねて配置されている。スパーキャップは少なくとも３つの層から形成され、ここでは２つの外側層と、少なくとも１つの内部層が存在する。ここで１つの層は、繊維複合材料の１つまたは複数の層から形成される。ここで２つの外側層は、第１の繊維複合材料の層から形成され、全部で３層の場合、これらの外側層の間に配置される内部層は第２の繊維複合材料の層から形成される。
【００２８】
スパーキャップの厚さは、面平行に上下に重ねて配置された第１の繊維複合材料の層と、面平行に上下に重ねて配置された第２の繊維複合材料の層により形成される。したがってスパーキャップの厚さは、第１の繊維複合材料の層の数と、第２の繊維複合材料の層の数に対して実質的に線形である。層の数により、スパーキャップの重量は根本的に影響を受ける。なぜなら厚さは、平坦な広がりと関連して長手伸長部と横伸長部により決定され、繊維複合材料の比重はスパーキャップの重量を決定するからである。
【００２９】
第２の繊維複合材料から形成される内部層は、本発明によれば一部分において第２の端部に隣接している。したがって内部層ないし内部層を有する部分は、第２の端部から実質的に長手方向に離間している。離間の寸法は、縦方向のスパーキャップ伸長部の寸法の好ましくは２％、さらに好ましくは５％、さらに好ましくは７．５％、さらに好ましくは１０％、さらに好ましくは１２．５％、さらに好ましくは１５％、さらに好ましくは１７．５％、さらに好ましくは２０％、さらに好ましくは２０％超である。この部分はさらにスパーキャップの第１の端部まで伸長することができる。さらなる好ましい一変形例では、この部分は同様にスパーキャップの第１の端部からも離間している。
【００３０】
したがって本発明によれば第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層は、スパーキャップの第２の端部の前方で終端する。したがってさらに、第２の繊維複合材料を有する前記部分は、常に第２の端部から離間している。さらに第２の端部は実質的に、第１の繊維複合材料の層により形成される。したがって本発明の前提は、スパーキャップの第２の端部には第１の繊維複合材料の少なくとも１つの層が存在することである。
【００３１】
スパーキャップの好ましい一実施形態では、第１の繊維複合材料の層の数は、第２の端部に向かって減少する。第１の繊維複合材料の層の数が第２の端部に向かって減少することは、層の数によりスパーキャップの重量が大幅に影響を受け、この種の層の減少が重量の削減につながり得る点で有利である。層の減少と、それに結び付いた重量の削減により、さらに剛性の低下が生じる。このような層の数の減少は、軸方向での層の数の減少（Abschaeftungないし軸方向での戻しないし折り返し  Zurueckschaeftung）とも称することができる。
【００３２】
しかし第１の繊維複合材料の層の低減は、第１と第２の繊維複合材料の層を含む上記の領域において、第１の繊維複合材料から形成された２つの外側層が存在しており、したがって第２の繊維複合材料の層（単数または複数）が第１の繊維複合材料のこれら２つの外側層の間に配置されている場合にだけ、行われる。第２の繊維複合材料の層が配置されていない第２の端部の領域では、第１の繊維複合材料の層の数を１まで低減することができる。
【００３３】
第２の端部に向かって第１の繊維複合材料の層が低減することが、とりわけ有利である。なぜなら第２の端部に向かって必要なスパーキャップの長手方向の剛性は、遠心力がロータブレードの先端に向かって低下するので減少し、したがって達成される重量削減は、剛性要求に関して何らの欠点を伴わないからである。
【００３４】
スパーキャップのさらなる好ましい一実施形態では、スパーキャップは第２の繊維複合材料の少なくとも２つの層を有し、第２の繊維複合材料の層の数は第２の端部に向かって減少する。この変形実施形態は、第２の繊維複合材料の層もスパーキャップの重量に影響し、したがって剛性要求の小さいスパーキャップの部分（複数）では低減することができるという事情を考慮する。
【００３５】
第２の端部に向かって第２の繊維複合材料の層が低減することは特に有利である。なぜなら第２の端部に向かって必要なスパーキャップの長手方向の剛性は、ロータブレードの先端に向かって遠心力が低下するので減少するからである。このようにして重量削減を達成することができる。同時に第２の端部に向かって第２の繊維複合材料の層が低減すること、および／または第１の繊維複合材料の層が低減することは、軸方向での層の数の縮少（Abschaeftung）に起因する、スパーキャップにおける剛性の好ましくない急激な変化が縮小または回避されるように、好ましくは互いにおよび／またはスパーキャップのそれぞれの箇所における要求に適合される。これはとりわけ、第１および第２の繊維複合材料の層の（数の）低減が、正確に同じ個所で行われるのではなく、ずらして行われることによって回避または縮小することができる。
【００３６】
本発明のスパーキャップのさらなる有利な一発展形態では、スパーキャップは、第１の繊維複合材料の少なくとも３つ以上の層および／または第２の繊維複合材料の少なくとも３つ以上の層を含む。この変形実施形態は、スパーキャップに対する適用の大部分において適用される。なぜなら通常、スパーキャップの所望の剛性特性を達成するためには複数ないし多数（Viehlzahl）の繊維複合材料層が必要だからである。
【００３７】
本発明のスパーキャップの特に好ましい一変形例では、第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層は、対向する２つの外側を有し、これら２つの外側はそれぞれ、長手伸長部および横伸長部における層の平坦な広がりによって形成される。ここでは第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層の両側には、第１の繊維複合材料の同数の層が配置されている。したがって第１の繊維複合材料の層から形成された２つの外側層は、第１の繊維複合材料のそれぞれ同数の層を有する。
【００３８】
本発明のスパーキャップのさらなる好ましい一実施形態では、第２の繊維複合材料の繊維は炭素繊維を含むか、または炭素繊維である。炭素繊維強化繊維複合材料は、非常に剛性が高いという特別の利点を有し、同時に極めて小さな比重を有する。炭素繊維強化繊維複合材料の剛性は、とりわけ強く異方性に調整可能であり、したがってスパーキャップの長手方向における剛性を目的に応じて高めることができる。さらに長手方向の剛性は、連続（endlos）繊維が使用される場合に有利に影響を受ける。
【００３９】
ここで炭素繊維は種々異なるマトリクス材料に埋め込むことができ、繊維強化プラスチックを使用する場合には、とりわけ熱可塑性または熱硬化性のマトリクス材料を使用するのが有利である。さらに炭素繊維強化プラスチックは、良好な減衰特性、目的に応じて調整可能な熱膨張と関連して高い衝撃強さを特徴とする。さらに炭素繊維強化プラスチックは、ガラス繊維強化プラスチックと比較して非常に高い導電性および伝熱性を特徴とする。
【００４０】
本発明はさらに、落雷の危険性は、ロータブレード内ないしロータブレードにある導電材料によって高まるという知見を基礎とする。剛性および比重に関する炭素繊維強化プラスチックの特別の有利性がこの知見により制限される。なぜなら前に説明した炭素繊維強化プラスチックの高い導電性により、それを使用することによって落雷の危険性が高まるからである。本発明はさらに、炭素繊維強化プラスチックを非導電性または導電性の低い材料により取り囲めば、炭素繊維強化プラスチックをスパーキャップに使用する際に高められた落雷の危険性を低減できるという知見に基づく。ここではさらに雷の落雷の危険性は、ロータブレードフランジへの内部アースの経過において最小にすることができる。
【００４１】
ロータブレード内部ないしロータブレードにある導電性材料およびこれに伴う落雷の危険性に関する前述の知見からはさらに、導電性材料の軸方向での層の数の減少（ないし戻し配置  Zurueckschaeftung）の有利性の知見が由来する。したがって第２の繊維複合材料をスパーキャップの第２の端部から前述のように離間することは、落雷の危険性を低減するためのさらなる解決策である。
【００４２】
さらなる有利な一実施形態では、第１の繊維複合材料の繊維は、無機繊維、とりわけ非導電性繊維、例えばガラス繊維を含むか、またはそれである。無機繊維は通常、それらの良好な材料特性にもかかわらず、小さな材料コストしか引き起こさず、加工も同様に安価に実施することができるという利点を提供する。このことはとりわけ、炭素繊維強化プラスチックと直接比較すると当てはまる。好ましくは無機繊維は、ガラス繊維の他、とりわけバサルト繊維、ボロン繊維またはセラミック繊維である。ガラス繊維は、とりわけ好ましくは繊維強化プラスチックに繊維として使用され、ここでは主に、熱硬化性または熱可塑性のマトリクス材料が使用される。
【００４３】
本発明はさらに、スパーキャップにおいて非導電性材料の使用はいくつかの利点を提供するという知見に基づく。これらの利点は、例えば、落雷の危険性は、非導電性のスパーキャップ材料を使用する際に低減されることによって顕著となる。本発明はさらに、２つのスパーキャップ材料を使用する場合には、導電性と非導電性の材料を使用することができるという知見に基づく。非導電性または略非導電性の材料が導電性材料を実質的に取り囲む場合、導電性材料を完全にまたは十分に絶縁することができ、ひいては落雷の危険性を低減することができる。
【００４４】
本発明のスパーキャップのさらなる一変形実施形態では、第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料のマトリクス材料はプラスチックを含み、またはプラスチックから作製され、このプラスチックは好ましくは熱可塑性材料および／または熱硬化性材料を含み、またはそれらから作製され、および／または第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料のマトリクス材料はセメントを含み、またはセメントから作製され、および／またはコンクリートを含み、またはコンクリートから作製され、および／またはセラミックを含み、またはセラミックから作製される。
【００４５】
熱可塑性マトリクス材料からなるプラスチックマトリクスの利点は、このようにして形成されたスパーキャップは、さらに変形および／または溶接され得ることである。これはとりわけ、熱可塑性マトリクス材料は何回も溶融できるからである。このことは、スパーキャップをロータブレードの中空空間に固定する場合に有利であり得る。これに対して熱硬化性材料をマトリクス材料として有するスパーキャップ、またはこれから作製されるスパーキャップは、特に高い安定性を特徴とする。熱硬化性マトリクス材料の欠点は、硬化後にこれをさらに加工するのが困難であり、複数回の溶融が不可能なことである。
【００４６】
セメント、コンクリート、金属、セラミックおよび／または炭素を使用することにより、限定するものではないがとりわけ、引張および／または圧縮力に関するそれらの剛性、それらの比重、それらの導電性および／または伝熱性および／またはそれらの加工性に関連する前記材料の特別の利点を利用することができる。
【００４７】
本発明のスパーキャップでは、第１の繊維複合材料は、第２の繊維複合材料とは別のマトリクス材料を有することができる。例えば第１の繊維複合材料は、熱可塑性マトリクス材料を含むことができ、可撓性および加工性に関するこの材料の利点を利用することができる。さらに第２の繊維複合材料は熱硬化性マトリクス材料を含むことができ、この材料による高い剛性を利用することができる。プラスチックおよび／またはセラミックから作製されたマトリクスは、本適用分野では非導電性ないし導電性の低い材料であり、したがってこれらのマトリクス材料をとりわけ第１の繊維複合材料に使用する場合、落雷の危険性を低減することができるという特別の利点を提供する。
【００４８】
本発明のスパーキャップのさらなる特に好ましい一変形実施形態では、第１の繊維複合材料の層と第２の繊維複合材料の層（複数）が、第１の繊維複合材料の２つの外側層の間に配置されている。この変形実施形態では、第１の繊維複合材料の外側繊維複合材料層の間に、上下に混じり合って第１の繊維複合材料の層と第２の繊維複合材料の層を配置することができる。
【００４９】
したがってこの変形実施形態では、第１の繊維複合材料の１つまたは複数の層から形成された２つ以上の層と、第２の繊維複合材料の１つまたは複数の層から形成された１つの層が配置されている。第１の繊維複合材料の層から形成された２つの外側層の間には、第１の繊維複合材料の層と、第２の繊維複合材料の層とから形成された複数の層を配置することができる。したがってここでは、２つの異なる材料が層ごとに混じり合っている。好ましくは第１と第２の繊維複合材料は同じマトリクス材料を有する。
【００５０】
この種の配置構成は、スパーキャップにおける剛性の急激な変化を低減することができ、したがって応力ピークが存在しないか、または弱い応力ピークしか存在しない点で有利である。第１の複合材料の２つの外側層を設けることは、これらの層が特有の技術的課題を引き受ける点で必要である。とりわけここでは、スパーキャップをロータブレードに嵌め込まなければならず、したがって第１の繊維複合材料はさらなる材料と、好ましくは物質的に結合すべきであるという必要条件を述べておく。さらに、第１の繊維複合材料が非導電性の材料から形成されており、この非導電性の材料は第２の繊維複合材料を絶縁し、したがって落雷の危険性を低減することができるというすでに述べた利点を実現することができる。
【００５１】
さらに好ましい一変形実施形態では、第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料の繊維は、長手伸長部の方向に対して実質的に平行に延在する。この種の繊維経過により、とりわけ長手方向におけるスパーキャプの引張強度（ないし剛性）が最大になる。
【００５２】
本発明のスパーキャップおよびその発展形態のさらなる利点、変形実施形態および実施詳細については、所属の製造方法の特法についての以下の記述も参照されたい。
【００５３】
本発明のさらなる一視点によれば、冒頭に述べた課題は、前に記述したスパーキャップおよび／または導電性のシート層と落雷保護システムの避雷装置を備える風力発電装置のロータブレードによって解決され、前記導電性のシート層は避雷装置と導電接続部を介して接続されている。
【００５４】
本発明のスパーキャップを風力発電装置のロータブレードに設けることは、種々の観点において有利である。とりわけこの種のロータブレードは、重量の小さいことと、場合により高められた剛性（ないし強度  Steifigkeit）を特徴とする。さらに相応の繊維複合材料の選択の際に、落雷の危険性を低減することができる。これはとりわけ、第１の繊維複合材料に対して導電性の低い材料を使用することによって実現される。
【００５５】
避雷装置、例えばレセプタと電気的に接続された、同様に導電性のシート層を設けることは、これにより避雷装置の捕捉面積を格段に拡大することができ、したがってこの領域、例えばロータブレードのスパーキャップ部（Gurt）における落雷の危険性および／またはそれに起因するロータブレードの損傷を格段に低減することができるという利点を有する。
【００５６】
ロータブレードのさらなる好ましい一構成では、シート層は、ロータブレードの長手伸長部の方向に伸長部を有し、この伸長部は、好ましくはロータブレードの長手伸長部の最大で１／５、とりわけ最大で１／１０または最大で１／２０または最大で１／５０である。したがってシート層は、好ましくはロータブレードの長手伸長部全体にわたっておらず、ロータブレードの長手伸長部の大部分にもわたっておらず、比較的に小さな領域にだけわたって伸長している。
【００５７】
さらに好ましくは、シート層は、スパーキャップの第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層が終端する領域を、ロータブレードの長手伸長部の方向に覆う。とりわけ、シート層が第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層が終端する領域を覆う配置構成では、例えばスパーキャップにおける、すなわちこの領域における落雷に対する危険性をさらに低減することができる。
【００５８】
さらなる好ましい一構成では、シート層は、ロータブレードの長手伸長部に対して横方向に測定したロータブレード壁の厚さの外側の（即ち厚さ方向の外側面）半部分内に配置されており、とりわけ外側の３分の一、または外側の４分の一、または外側の１０分の一、または外側の５０分の一または外側の１００分の一に配置されている。ロータブレード表面においてシート層を可及的に（ロータブレードの長手伸長部に対して横の方向で）外側に配置することは、シート層のとりわけ効率的な作用に対して好ましい。
【００５９】
好ましくはシート層は、好ましくはロータブレードの設計に対して重要な支持特性を有しない繊維複合材料の１つまたは複数の層の上に配置される。この構成は、損傷の場合、例えば雷の光アークによる繊維複合材料の損傷の場合に、ロータブレードの支持能力に対して重要な繊維複合材料の層は損傷されず、付加的に設けられ、シート層が配置された繊維複合材料の層だけが損傷されるので特に好ましい。
【００６０】
さらにシート層が、予期される雷電流負荷に耐えるように配置および構成されていると好ましい。予期される雷電流負荷は、とりわけ予期される平均雷電流負荷とすることができる。シート層および／またはシート層が配置された繊維複合材料の１つまたは複数の層が、雷電流負荷、とりわけ予期される雷電流負荷を上回る雷電流負荷に耐えられない場合、または完全には耐えられない場合、シート層および／またはシート層が配置された繊維複合材料の１つまたは複数の層の修理および／または交換を行うことができる。
【００６１】
さらなる好ましい一構成では、シート層は、好ましくは規則的なパターンで配置された複数の切欠部および／または編み目を有する。例えば切欠部および／または編み目は、ひし形および／または矩形および／または正方形および／または円形および／または楕円形および／または多角形に構成することができる。切欠部および／または編み目の間のウェブは、好ましくは０．３ｍｍの厚さと０．５ｍｍの幅を有する。切欠部および／または編み目は、好ましくは３．５ｍｍの長さと２．５ｍｍの幅を有する。
【００６２】
シート層は好ましくはアルミニウムまたは銅から作製されるか、またはアルミニウムまたは銅の合金を有する。
【００６３】
本発明のさらなる一視点によれば冒頭に述べた課題は、タワー、ナセルおよびロータを備える風力発電装置によって解決され、この風力発電装置は、ロータが前に記述したスパーキャップを備えるロータブレードおよび／または前に記述した少なくとも１つのロータブレードを有することを特徴とする。すでに述べた利点の他に、本発明のスパーキャップを含む風力発電装置は、この風力発電装置に比較的大きなハブ高さと、比較的大きなロータ翼長を設けることができる点で有利である。さらに風力発電装置の全体コストは本発明のスパーキャップを設けることにより低減することができる。導電性のシート層を設けることにより、落雷の危険性および／またはこれに起因する損傷を格段に低減することができる。
【００６４】
本発明のさらなる一視点によれば、冒頭に述べた課題は、第１の端部から第２の端部へ至る長手伸長部と、長手伸長部に対して直交する横伸長部と、長手伸長部および横伸長部に対して直交する厚さと、を備えるスパーキャプの製造方法によって解決される。この方法は、第１の繊維複合材料の少なくとも２つの層を設置する工程と、第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層を、第２の繊維複合材料が一部分において第２の端部に隣接し、厚さ方向で第１の繊維複合材料の少なくとも２つの層の間に配置され、第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層が第２の端部の前方で終端するように設置する工程と、を含み、第１の繊維材料は、第２の繊維複合材料とは別のマトリクス材料および／または別の繊維を有する。
【００６５】
第１および／または第２の繊維複合材料の層の設置は、これら層の平坦側の大部分がそれぞれ面平行であり、上下に重なって配置されるように行われる。層の設置はさらに、第２の繊維複合材料の層が第１の繊維複合材料の層の間に設置されるように行われる。さらに好ましくは、第２の繊維複合材料の対向する２つの外側層の上には、第１の繊維複合材料のそれぞれ同数の層が配置されている。
【００６６】
スパーキャップの第２の端部には、第１の繊維複合材料の層と第２の繊維複合材料の層が、第１の繊維複合材料の層は第２の端部にまで達し、第１の繊維複合材料の層は第２の端部の前方で既に終端するように設置される。したがって第２の端部は、第１の繊維複合材料の層だけによって形成される。
【００６７】
本発明のスパーキャップの製造方法はさらに、第１の繊維複合材料と第２の繊維複合材料を使用することによって行われ、第１の繊維複合材料は第２の繊維複合材料とは別の材料である。この相違は、とりわけ使用される繊維および／または使用されるマトリクス材料において示される。好ましくは第１の繊維複合材料に対しては、非常に導電性の低い材料または非導電性の材料が使用される。さらに好ましくは第２の繊維複合材料に対しては、とりわけ非常に高い剛性を有する材料が使用される。
【００６８】
繊維複合材料の層の設置は異なるやり方で行うことができ、例えば繊維巻付け技術、オートクレープ圧縮技術または手作業でのラミネート方法が適用される。選択された繊維および／または選択されたマトリクス材料に応じて、引き続き前に示した製造工程に続いてさらなる製造工程を行うことができる。これらの工程は、例えばマトリクス材料の硬化および／または繊維複合材料の圧縮を含むことができる。
【００６９】
前に説明した製造方法の好ましい発展形態では、第１の繊維複合材料の層の数が第２の端部に向かって低減され、層の低減は連続的にまたは所定の間隔で行われる。ここでは実質的に、第１の繊維複合材料の上下に重ねて配置された層の数が低減される。したがって第１の繊維複合材料の層から形成された２つの層が第２の繊維複合材料の最外の面に配置され、第２の端部に向かって厚さ方向に減少する寸法を有する。
【００７０】
この製造工程により、スパーキャップの厚さは、長手伸長部に沿って低減される。個々の層の厚さが非常に小さいことにより、一般的には個々の層の非常に均質な移行を保証することができ、かくてスパーキャップは安定した幾何形状を有することができる。
【００７１】
製造方法の好ましい一実施形態では、第２の繊維複合材料の少なくとも２つの層は、第２の繊維複合材料の層の数が第２の端部に向かって減少するよう設置される。ここでも第２の繊維複合材料の層数が低減されることに基づき、スパーキャップの長手伸長部に沿った固有の負荷状況に対処される。第２の繊維複合材料の層の設置の際には、第２の繊維複合材料の層が第２の端部に至るまで設置されるのではなく、この設置はすでに第２の端部の前方で終了されることに注意すべきである。この形式の設置により、第２の繊維複合材料が第２の端部にまで達せず、したがって第２の端部は実質的に第１の繊維複合材料の層によってだけ形成されることが保証される。
【００７２】
本発明の製造方法およびその発展形態は、本発明の方法をとりわけ本発明のスパーキャップおよびその発展形態を作製するのに適したものにする特徴を有する。したがって製造方法の利点、変形実施形態および詳細な実施に関しては、スパーキャップおよびその発展形態の対応の装置的特徴に関する先行の記述も参照される。
【００７３】
本発明のさらなる一視点によれば、冒頭に述べた課題は、前に記述したロータブレードの製造方法によって解決される。この方法は、前に記述したスパーキャップを取り付けること、および／または導電性のシート層を取り付けること、およびシート層を落雷保護システムの避雷装置と導電性接続部を介して接続することを含む。
【００７４】
ロータブレードに対する製造方法の利点、変形実施形態および詳細な実施に関しても、その他の視点の相応の特徴に関する先行の記述が参照される。
【００７５】
本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して例示的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】一風力発電装置の概略図である。
【図２】一スパーキャップの長手伸長部と横伸長部の方向における概略的断面図である。
【図３】一スパーキャップの長手伸長部と厚さの方向における概略的断面図である。
【図４】一スパーキャップの横伸長部と厚さの方向における概略的断面図である。
【図５】軸戻し部の領域におけるスパーキャップの横伸長部と厚さの方向での概略的断面図である。
【図６】本発明のロータブレードの概略図である。
【図７】図６のロータブレードの導電性シート層の概略図からの拡大部分を示す図である。
【実施例】
【００７７】
図１は、風力発電装置の概略図を示す。図１は、タワー１０２とナセル１０４を備える風力発電装置１００を示す。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０を備えるロータ１０６が配置されている。ロータ１０６は、稼働時に風によって回転運動され、これによりナセル１０４内の発電機を駆動する。
【００７８】
本発明のスパーキャップ２００は、とりわけロータブレード１０８の長手方向補強のために使用される。この目的のために、少なくとも１つのスパーキャップ２００、好ましくは２つのスパーキャップ２００が、ロータブレード１０８の内部に配置されており、好ましくはロータブレード１０８の内部に向いた側に固定されている。
【００７９】
図２は、スパーキャップ２００の長手方向Ｌ伸長部と横方向Ｑ伸長部の方向における概略的断面図である。スパーキャップは、その長手方向Ｌ伸長部に沿って縦方向に第１の端部２１０から第２の端部２２０まで伸長している。第１の端部２１０は、好ましくはロータブレード根元の領域に配置されたスパーキャップ２００の端部を代表する。これに対して第２の端部２２０は、ロータブレード先端の領域に配置されたスパーキャップ２００の端部を代表する。横方向Ｑ伸長部の寸法は、長手方向Ｌ伸長部に沿い第２の端部２２０に向かって部分的（段階的）に減少することができる。あるいは横方向Ｑ伸長部の寸法の減少は、好ましくは連続的に行うこともできる。
【００８０】
スパーキャップ２００は、実質的に繊維複合材料から作製されており、この繊維複合材料はいわゆる層の形態に加工することができ、この形態において作製されたスパーキャップ２００内にも存在する。１つの層は、実質的に繊維とマトリクス材料を含み、層（Lage）はとりわけレイヤー（Schicht）として構成されている。すなわち、１つの層は厚さの小さい平坦な幾何形状を有する。層の平坦な幾何形状は、とりわけ長手伸長部Ｌと横伸長部Ｑの方向における面によって形成されている。
【００８１】
したがって図２、図３、図４および図５では、第１の繊維複合材料３００の層（単数ないし複数）と、第２の繊維複合材料４００の層（単数ないし複数）が形成されている。第１の繊維複合材料３００の層は、好ましくはガラス繊維を含むか、またはガラス繊維であり、第２の繊維複合材料の層は、好ましくは炭素繊維を含むか、または炭素繊維である。
【００８２】
図２には、実質的に第１の繊維複合材料３００の一層と、第２の繊維複合材料の一層が図示されている。第１の繊維複合材料３００の層は、第２の繊維複合材料４００の層の大部分を、長手伸長部Ｌの方向と横伸長部Ｑの方向において取り囲む。
【００８３】
とりわけスパーキャップ２００は、第２の繊維複合材料４００の層の軸方向減少部（ないし軸方向戻し部）４１０を有する。この層の軸方向減少部４１０は、とりわけ第２の繊維複合材料４００の層がスパーキャップ２００の第２の端部２２０から離間して（配置されて）いることを特徴とする。このような離間は、第１の繊維複合材料の導電性が低く、または非導電性であり、第２の繊維複合材料が第１の繊維複合材料と比較して高い導電性を有する場合に対して落雷の危険性を低減する。さらにこの種の絶縁により、ロータブレードフランジへの内部アースの経過において落雷の危険性が低減される。
【００８４】
図２のスパーキャップ２００の概略図は、第１の繊維複合材料３００の層および第２の繊維複合材料４００の層の横方向Ｑの伸長部（の構成）を示す。
【００８５】
図３は、スパーキャップ２００の長手方向Ｌ伸長部と厚さ方向Ｄにおける概略的断面図である。この図には、とりわけ層と層の数が概略的に示されている。層は、それらの平坦な広がりに対して直交し、かつそれらの長手伸長方向に対して直交するような視点で図示されている。スパーキャップの厚さＤは、第１の繊維複合材料３００の上下に重ねて配置された層の数と、第２の繊維複合材料４００の層の数とによって決定される。第２の繊維複合材料４００の層の軸方向減少部４１０の領域は、この（視点の）図にも同様に図示されている。
【００８６】
さらに第１の繊維複合材料３００の個々の層の縦伸長部と第２の繊維複合材料４００の個々の層の縦伸長部とが図示されており、それぞれの縦伸長部のそれらの寸法は等しくない。第２の繊維複合材料４００の層の軸方向減少部（の存在）により、第２の繊維複合材料に対して第１の繊維複合材料に対するよりも剛性の大きい材料を選択すると、剛性の急激な変化が発生する。第２の繊維複合材料４００の層（の数）を、長手伸長方向Ｌに沿った箇所において低減することにより、第１の繊維複合材料３００の層が全体として、第２の繊維複合材料４００の層よりも大きな剛性を有することができ、これにより剛性の急激な変化を十分に最小化することができる。
【００８７】
さらに第２の繊維複合材料４００の層（の数）をこのように低減（削減）することにより、第１の繊維複合材料３００の層の数も第２の端部２２０に向かって低減することができる。これによりさらに、広がり程度が縮小するに応じて、スパーキャップ２００は、第２の端部２２０に向かって全体として比較的少数の上下に重ねて配置された層により作製することができる。上下に重ねて配置された層の数を低減することにより、結果として、コンパクトな構造、比較的に小さい材料コストおよび製造時間の短縮、並びに最終的にはスパーキャップ２００の重量の軽減が得られる。
【００８８】
さらに第２の繊維複合材料４００の層（複数）は、厚さ方向に第１の繊維複合材料３００の（複数の）層の間に配置されていることが示されている。さらにこの特別の実施例では、第２の繊維複合材料４００の層は対向する２つの外側を有し、これら外側の層は長手伸方向Ｌおよび横伸長方向Ｑにおける層の平坦な広がりによって形成されることが示されている。ここで第２の繊維複合材料４００の層の２つの外側には、第１の繊維複合材料３００の同数の層が配置されている。このことは図３について言うと、第２の繊維複合材料４００の３つの層の上方および下方には垂直方向にそれぞれ好ましくは第１の繊維複合材料３００の同数の層が配置されていることを意味する。
【００８９】
図４は、一スパーキャップ２００の横方向Ｑ伸長部と厚さ方向Ｄにおける一概略的断面図である。図示の断面は、第１の繊維複合材料３００の層と第２の繊維複合材料４００の層が低減されていない、図３の説明と同様の長手方向Ｌ伸長部に沿った領域からのものである。したがって第２の繊維複合材料４００の３つの層が内部に配置されており、それらの平坦な外側には第１の繊維複合材料のそれぞれ２つの層が配置されている。さらに第１の繊維複合材料３００の層と第２の繊維複合材料４００の層は、好ましくは完全に横方向Ｑ伸長部に沿って伸長している。
【００９０】
図５は、一スパーキャップの横方向伸長部と厚さ方向Ｄにおける一概略的断面図である。図示の断面は、とりわけ、第１の繊維複合材料３００の層（の数）と第２の繊維複合材料４００の層（の数）が削減されている、図３の説明と同様の長手方向Ｌ伸長部に沿った軸方向戻し部４１０の領域からものである。なぜならここでは第１の繊維複合材料３００の層だけが図示されているからである。さらに軸方向戻し部４１０の一領域が図示されており、この領域は、第２の端部２２０に隣接しており、第２の繊維複合材料４００の層を有しておらず、実質的に第１の繊維複合材料３００の層から作製されるか、またはこれを含む。
【００９１】
図６は、ロータブレード先端５１０と、第１および第２のレセプタ５０１，５０２の形態の２つの避雷装置とを備える本発明の一ロータブレード１０８を概略的に示し、レセプタは詳細に図示しない雷保護システムの一部である。第２のレセプタ５０２とは導電性のシート層５３０が導電接続されている。このシート層は、ロータブレードの長手伸長部全体にわたって伸長しておらず、ロータブレードの長手方向伸長部の方向に数メートル、好ましくは約１〜５ｍの伸長部Ｅを有する。とりわけシート層５３０は、ロータブレードの長手方向伸長部で、スパーキャップの第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層が終端する領域を覆う。この領域は、図６では第１と第２の繊維複合材料５２２を備えるスパーキャプ（部分）から第１の繊維複合材料５２１だけを備えるスパーキャップ（部分）への移行部にある。さらに好ましくはシート層５３０は、ロータブレード１０８の長手伸長部に対して横方向について可及的に大きく外側にまで延在配置されている。
【００９２】
図７は、図６のロータブレードの導電性シート層５３０の概略図からの拡大部分図である。シート層５３０は、ひし形の編み目５３１を有し、これらの編み目はウェブ５３２によって分離されている。編み目５３１の間のウェブ５３２は、好ましくは０．３ｍｍの厚さＴと０．５ｍｍの幅Ｒを有する。編み目は好ましくは、３．５ｍｍの長さＬＭと２．５ｍｍの幅ＴＭを有する。
【００９３】
本願において、以下の形態が可能である。
（形態１）
前記第１の視点に記載のとおり。
（形態２）
第２の端部にある領域は、第１の繊維複合材料の少なくとも１つの層を含む、好ましくは形態１に記載のスパーキャップ。
（形態３）
第１の繊維複合材料の層の数は、第２の端部に向かって減少する、好ましくは形態１又は２に記載のスパーキャップ。
（形態４）
第２の繊維複合材料の少なくとも２つの層を備え、第２の繊維複合材料の層の数は、第２の端部に向かって減少する、好ましくは形態１から３のいずれかに記載のスパーキャップ。
（形態５）
第１の繊維複合材料の少なくとも３つ以上の層および／または第２の繊維複合材料（４００）の少なくとも３つ以上の層を備える、好ましくは形態１から４のいずれかに記載のスパーキャップ。
（形態６）
第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層は、対向する２つの外側を有し、該外側はそれぞれ、長手伸長部および横伸長部における層の平坦な広がりにより形成され、
第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層の両側には、第１の繊維複合材料の同数の層が配置されている、好ましくは形態１から５のいずれかに記載のスパーキャップ。
（形態７）
第２の繊維複合材料の繊維は炭素繊維を含み、または炭素繊維であり、および／または
第１の繊維複合材料の繊維は、無機繊維、とりわけガラス繊維を含み、または無機繊維である、好ましくは形態１から６のいずれかに記載のスパーキャップ。
（形態８）
第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料のマトリクス材料は、プラスチックを含み、またはプラスチックから作製され、
プラスチックは、好ましくは熱可塑性プラスチックおよび／または熱硬化性プラスチックを含み、またはそれから作製され、および／または
セメントを含み、またはセメントから作製され、および／または
コンクリートを含み、またはコンクリートから作製され、および／または
セラミックを含み、またはセラミックから作製される、好ましくは形態１から７のいずれかに記載のスパーキャップ。
（形態９）
第１の繊維複合材料の層および第２の繊維複合材料の層は、第１の繊維複合材料の少なくとも２つの外側層の間に配置されている、好ましくは形態１から８のいずれかに記載のスパーキャップ。
（形態１０）
第１の繊維複合材料および／または第２の繊維複合材料の繊維は、実質的に長手伸長部の方向に対して平行に延在している、好ましくは形態１から９のいずれかに記載のスパーキャップ。
（形態１１）
形態１から１０のいずれかによるスパーキャップ、および／または
導電性シート層および雷保護システムの避雷装置を備え、前記導電性シート層は、避雷装置に導電接続を介して接続されている、
風力発電装置のロータブレード。
（形態１２）
前記シート層は、ロータブレードの長手伸長部の方向に伸長部を有し、該伸長部は、好ましくはロータブレードの長手伸長部の最大で１／５、とりわけ最大で１／１０または最大で１／２０または最大で１／５０であり、
前記シート層は、ロータブレードの長手伸長部の方向において、第２の繊維複合材料の少なくとも１つの層が終端する領域を覆い、および／または
前記シート層は、ロータブレードの長手伸長部に対して横方向に測定したロータブレード壁の厚さの外側の半部分内に配置されており、とりわけ外側の３分の一または外側の４分の一または外側の１０分の一または外側の５０分の一または外側の１００分の一に配置されており、および／または
前記シート層は、好ましくはロータブレードの設計に対して重要な支持特性を有しない繊維複合材料の１つまたは複数の層の上に配置されており、および／または
前記シート層は、予期される雷電流負荷に耐えるように配置および構成されており、および／または
前記シート層は、好ましくは規則的なパターンで配置された複数の切欠部および／または編み目を有する、好ましくは形態１１に記載のロータブレード。
（形態１３）
タワー、ナセルおよびロータを備える風力発電装置において、
前記ロータは、好ましくは形態１から１０の少なくとも一形態によるスパーキャップを備える少なくとも１つのロータブレードを有し、および／または好ましくは形態１１または１２による少なくとも１つのロータブレードを有する、
ことを特徴とする風力発電装置。
（形態１４）
第２の視点に記載のとおり。
（形態１５）
第１の繊維複合材料の層の数は、第２の端部に向かって減少する、形態１４に記載の方法。
（形態１６）
第２の繊維複合材料の少なくとも２つの層は、当該第２の繊維複合材料の層の数が第２の端部に向かって減少するように設置される、好ましくは形態１４または１５に記載のスパーキャップの製造方法。
（形態１７）
好ましくは形態１から１０の少なくとも一形態によるスパーキャップを取り付けること、および／または
導電性シート層を取り付けること、およびシート層を雷保護システムの避雷装置に導電接続を介して接続することを含む、
好ましくは形態１１または１２に記載のロータブレードの製造方法。
【符号の説明】
【００９４】
１００  風力発電装置
１０２  タワー
１０４  ナセル
１０６  ロータ
１０８  ロータブレード
１１０  スピナ
２００  スパーキャップ
２１０  第１の端部
２２０  第２の端部
３００  第１の繊維複合材料の層（単数または複数）
４００  第２の繊維複合材料の層（単数又は複数）
４１０  軸方向戻し部の領域
５０１，５０２  レセプタ
５１０  ロータブレード先端
５２１  第１の繊維複合材料を備えるスパーキャップ
５２２  第１と第２の繊維複合材料を備えるスパーキャップ
５３０  導電性シート層
５３１  編み目
５３２  ウェブ
Ｌ  長手（長手方向）伸長部
Ｑ  横（横方向）伸長部
Ｄ  厚さ（厚さ方向）
Ｅ  ロータブレードの長手（方向）伸長部におけるシート層の伸長部（寸法）
ＴＭ  編み目の幅
ＬＭ  編み目の長さ
Ｒ  ウェブの幅
Ｔ  ウェブの厚さ
【国際調査報告】
2019507273.tif 000010
2019507273.tif 000011
2019507273.tif 000012
2019507273.tif 000013
2019507273.tif 000014
2019507273.tif 000015
2019507273.tif 000016
2019507273.tif 000017
2019507273.tif 000018
2019507273.tif 000019