(57)【要約】【課題】本発明は、マットリックス材料に埋め込まれた繊維を含むベース要素を含む繊維複合材に関する。本発明は、さらに、繊維複合部材の製造方法に関する。本発明はさらに、支持要素および補強要素を含む構造部材、および構造部材の製造方法に関する。繊維複合部材は、マットリックス材料に埋め込まれた繊維を含むベース要素と、マットリックス材料に埋め込まれた繊維を含む補強要素とを含み、ベース要素と補強要素とが相互接続されており、孔がベース要素と補強要素を貫通し、孔に隣接するベース要素の繊維が切断され、孔に隣接する補強要素の繊維は連続している。
2019506481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス材料（２２３１）に埋め込まれた繊維（２４）を含むベース要素（２０）と、
マトリックス材料（２２２１）に埋め込まれた繊維（２３）を含む補強要素（２１）と、
前記ベース要素（２０）と前記補強要素（２１）とを貫通する孔（２２）と、
を備え、
前記ベース要素（２０）と前記補強要素（２１）とは相互接続され、
前記孔（２２）に隣接するベース要素（２０）の繊維（２４）は切断され、前記孔（２２）に隣接する補強要素（２３）の繊維は連続している、
繊維複合部材（２）。
【請求項２】
前記ベース要素の前記繊維（２４）は、
−織物、および／または
−クロスレイド構造、および／または
−多軸クロスレイド構造、および／または
−刺繍、および／または
−不織材料、および／または
−マット、および／または
−編組織物、
として、前記マトリックス材料（２２３１）の内部に設けられ、
前記補強要素（２１）の繊維（２３）は、繊維束として、好ましくはロービングとして存在する、
前記請求項に記載の繊維複合部材（２）。
【請求項３】
前記ベース要素（２０）および／または前記補強要素（２１）の繊維（２４）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、
を含む、あるいは、から構成される、
前記請求項のいずれか１つに記載の繊維複合部材（２）。
【請求項４】
前記ベース要素（２０）および／または前記補強要素（２１）の前記マトリックス材料（２２３１）は、
−好ましくは、熱可塑性プラスチック材料、および／または熱硬化性プラスチック材料を含む、あるいは、から構成されるプラスチック材料を含む、あるいは、から構成され、および／または、
−セメントを含む、あるいは、から構成される、および／または、
−コンクリートを含む、あるいは、から構成される、および／または、
−金属を含む、あるいは、から構成される、および／または、
−セラミックスを含む、あるいは、から構成される、および／または、
−炭素を含む、あるいは、から構成される、
前記請求項のいずれか１項に記載の繊維複合部材（２）。
【請求項５】
前記ベース要素（２０）および前記補強要素（２１）は、実質的に一体的および／または形状適合的に相互接続され、および／または、
前記ベース要素（２０）および前記補強要素（２１）は、前記ベース要素（２０）のマトリックス材料（２２３１）および前記補強要素（２１）のマトリックス材料（２２２１）に埋め込まれた繊維を用いて相互接続され、および／または、
前記ベース要素（３０）から離れて面する前記孔（２２）の端部の補強要素（３１）は、接続要素を受け入れるためのベアリング面を有し、前記ベアリング面は、孔（２２）の通路方向と直交する平面である、
前記請求項のいずれか１項に記載の繊維複合部材（２）。
【請求項６】
マトリックス材料に埋め込まれた繊維と、
補強要素（２１）を貫通する孔（２２）と、
を備え、
前記補強要素（２１）の製造における前記孔（２２）は、前記孔（２２）に隣接する繊維が連続するように、繊維とマットリックス材料とから構成されている、
補強要素（２１）。
【請求項７】
支持要素（３０）と、
請求項６に記載の補強要素（２１）と、
前記支持要素（３０）と前記補強要素（２１）とを貫通する孔（２２）と、
を備え、
前記支持要素（３０）と前記補強要素（２１）とは、相互接続されている、
構造部材。
【請求項８】
マトリックス材料に埋め込まれた繊維を、備え、
前記一体型繊維複合部材は少なくとも１つの局所的に材料の厚さが増した部分（local material thickening）を有し、
前記局所的に材料の厚さが増した部分において、前記一体型繊維複合部材を貫通する孔と、を有し、
前記繊維および前記マトリックス材料からの前記一体型繊維複合部材の製造において、前記孔は、前記孔に隣接する繊維が連続するように、構成される、
一体型繊維複合部材。
【請求項９】
タワー（１０２）とゴンドラ（１０４）とロータ（１０６）とを備えた風力発電設備（１００）であって、
前記風力発電設備（１００）は、請求項１から５のいずれか１つに記載の繊維複合部材（２）、および／または、請求項６に記載の補強要素、および／または、請求項７に記載の構造部材、および／または、請求項８に記載の一体型繊維複合部材を、備えている。
【請求項１０】
請求項１から５のいずれか１項に記載の繊維複合部材（２）の製造方法であって、前記方法は、
繊維（２４）およびマトリックス材料（２２３１）からベース要素（２０）を製造するステップと、
前記ベース要素（２０）に第１の孔を組み込むステップと、前記第１の孔に隣接する繊維（２４）が切断され、
ここに第２の孔が構成されるように、繊維（２３）およびマトリックス材料（２２２１）から補強要素（２１）を製造するステップと、前記第２の孔に隣接する繊維（２３）が連続し、
前記第１の孔と前記第２の孔とが相互接続されるように、前記ベース要素（２０）および前記補強要素（２１）を相互配置し、相互接続するステップと、
を備えている。
【請求項１１】
接続は、材料的に一体的に、好ましくは、マトリックス材料の１つで構成される接着剤を用いて行われる、
請求項１０に記載の繊維複合部材（２）の製造方法。
【請求項１２】
前記第２の孔を製造するためのプレイスホルダが使用される、
請求項１０または１１に記載の繊維複合部材（２）の製造方法。
【請求項１３】
繊維（２３）およびマトリックス材料（２２２１）から補強要素（２１）を製造するステップを、
備え、
孔（２２）が構成され、前記孔（２２）に隣接する繊維が連続したままである、
請求項６に記載の補強要素（２１）の製造方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の一体型繊維補強部材の製造方法であって、
孔に隣接する繊維が連続する場合には、孔が局所的に材料の厚さが増した位置において構成されるように、局所的に材料の厚さが増した部分を有する繊維およびマトリックス材料から一体型繊維複合部材を製造するステップを、含む。
【請求項１５】
請求項７に記載の構造部材の製造方法であって、
支持要素（３０）を製造するステップと、
前記支持要素（３０）に孔を組み込むステップと、
孔を有する請求項１３に記載の補強要素（２１）を製造するステップと、
前記支持要素（２０）の孔と前記補強要素（２１）の孔とが相互接続されるように、前記支持要素（２０）と前記補強要素（２１）とを相互配置し、相互接続するステップと、
を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリックス材料に埋め込まれた繊維を含む基本要素を含む繊維複合部材に関する。本発明はさらに、繊維複合部材の製造方法に関する。本発明はさらに、構造要素および補強要素を含む構造部材に関する。さらに本発明は、構造部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最初に述べた種類の繊維複合部材は、実質的に２つの主成分部分を含む繊維複合材料から製造される。主成分部分は、マトリックス材料と繊維とであって、主成分部分は、相互に相反しており、繊維複合材料は、２つの個々の主成分部分より優れた特性を有する。
マトリックス材料は、繊維をそれぞれの位置に保持し、繊維間に応力を伝達して分配するマトリックスを構成する。さらに、マトリックスは、外部の機械的および化学的推論から繊維を保護する働きをする。繊維は、材料の強度を増加させ、前記強度は、マトリックスの繊維配向に依存して、方向依存性（異方性）または方向独立性（等方性）のいずれかである。
【０００３】
繊維複合材料は、様々な技術分野、特に、それぞれ高強度が対象とされる低成分重量、または一般的に軽量構造用途に使用される。繊維複合材料を適用するための例示的な製品は、航空機、自動車、風力発電設備のロータ、またはスポーツ用品である。
最初に述べたタイプの構造部材は、多数の技術製品における技術製品の構成部品として見出される。構造部材の製造に用いられる材料は、例えば、鋼、アルミニウム、チタン、他の金属材料、鋳物、プラスチック材料、木材、および／または他の材料を含む。
【０００４】
繊維複合部材および／または構造部材を含む製品は、しばしば、１つ以上の構成要素から構成され、これにより、構成要素が相互接続されなければならない。この目的のために、例えば、ネジ結合または他の解放可能および／または解放不可能な接続を取り付けるために、穴、好ましくは穴が繊維複合部材および／または構造部材に組み込まれることが多い。ここで穴は、ノッチとして作用し、繊維複合部材または構造部材にノッチ効果が生じる。これらの位置にある構成要素は、ストレスの集中によって弱められ、構成要素の技術的な故障が生じる可能性がある。
【０００５】
ドイツ特許商標庁は、本出願に係る優先権出願において、以下の従来技術をリサーチした；DE 10 2010 046 609 A1、DE 10 2014 100 182 A1、EP 2 982 871 A1、WO2008/119409 A1、および WO2015/146690A1。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第10 2010 046 609号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第10 2014 100 182号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第2 982 871号明細書
【特許文献４】国際公開第2008/119409号
【特許文献５】国際公開第2015/146690号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
よって、本発明の目的は、上述した１または複数の不利な点を軽減、または排除する繊維複合部材、および構造部材、繊維複合部材および構造部材の製造方法を提供することにある。特に、本発明の目的は、繊維複合部材および構造部材、および複合部材および構造部材の製造方法を提供することであって、前記部材および方法は、前記孔の領域における構成要素の弱化を低減および／または緩和する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様によれば、上記目的は、マトリックス材料に埋め込まれた繊維を含むベース要素を含み、マトリックス材料に埋め込まれた繊維を含む強化要素を含む繊維複合部材によって達成され、ベース要素と補強要素とは相互接続され、孔がベース要素と補強要素とを通って延び、孔に隣接するベース要素の繊維が切断され、孔に隣接する補強要素の繊維が連続している。
【０００９】
繊維複合部材は、マトリックス材料を含むか、またはそこに埋め込まれた繊維を含むベース要素を有する。本基本要素は、技術的構成要素の構成要素の一部、例えば、風力発電設備の一体化されたロータまたはロータの一部として理解されるべきである。
さらに、ベース要素は、繊維複合材料から製造され、繊維複合材料は、実質的にマトリックス材料および繊維を含むか、または繊維材料から実質的に構成される。繊維は、繊維方向が、使用される半製品によって決定されるように、予め製造された半製品として組み込まれることが好ましい。例えば、ベース要素の様々な位置での繊維配向の正確な方向は、限られた範囲でのみ決定可能である。
【００１０】
本発明は、とりわけ、力を受けるノッチ付き繊維複合部材に局所的な応力集中が付与されるという洞察に基づいている。後者により、既存の溶液中に応力集中を有する成分領域は、力吸収断面積が拡大され、応力が低減されるように、しばしば強化される。力吸収断面積を拡大するための通常の尺度は、各成分領域にさらに多くの材料を設けることである。
【００１１】
したがって、ノッチ効果にもかかわらず、部品が十分な強度を有するように、従来技術では、材料を厚くすることがしばしば提供される。このようにして設計された材料を厚くすることは、一般に重量の増加をもたらし、特に繊維複合材料の場合には、強化された軽量構造効果に反する。さらに、そのような方法で設計された材料を厚くすることは、建設的な自由を制限し、審美的な魅力を妨げる可能性がある。さらに、このように設計された材料を厚くすることは、繊維複合材料が典型的には高価な材料を特徴とするため、高コストにつながる。
【００１２】
本発明による繊維複合部材は、とりわけ重質材料を厚くすること、およびこのタイプの材料を厚くすることについて説明された欠点を補強要素によって避けることができるという洞察に基づいている。補強要素は、繊維複合部材の構成要素部分であり、ベース要素に接続されている。補強要素は、例えば、孔を介して応力の集中が生じるベース要素の領域に配置され、ここで以前に提供された材料を厚くすることを置換することを可能にする。
【００１３】
補強要素は同様に、繊維複合材料を含むか、または繊維複合材料から構成され、繊維複合材料は実質的にマトリックス材料および繊維から構成される。補強要素の繊維複合材料は、部分的にまたは完全に、好ましくは、同じマトリックス材料および／または部分的にまたは完全にベース要素と同じ繊維を含む。代替的には、補強要素の繊維複合材料は、同じマトリックス材料を含まなくてもよく、および／またはベース要素と同じ繊維を含まなくてもよい。
【００１４】
補強要素の形状は、好ましくは、繊維複合部材の応力状況に適合される。本補強要素の幾何学的形状は、好ましくは、力または力のフラックスおよび／またはベース要素および補強要素における応力のシミュレーションによって決定される。さらに、繊維の配向は、可能な限り高い材料の剛性を達成して材料の入力を最小にするように、局所的に支配的なそれぞれの力束方向に対応するように適合させることができる。この種のシミュレーションは、例えば、有限要素法に基づいて行うことができる。特に好ましい実施形態における補強要素は、細長い形状を有する。ここで断面は、これが補強要素の領域における孔の長手方向の動作に直角に走る断面であると理解されるべきである。補強要素の断面は、基本的には任意の形状を取ることができ、前記形状は、特に力の束によって決定される。補強要素は、好ましくは、円形または正方形の断面を有する。さらに好ましくは、孔の通過軸と平行に測定された補強要素の高さは、補強要素の孔の中心および／または領域において最大であり、側面に向かって高さが減少し、好ましくはベース要素への平坦な移行が可能になる。
【００１５】
代わりに、幾何学的基準を補強要素に対して定義して、補強要素がベクトル要素および応力状況の大部分に適しているようにすることができる。この代替変形例は、生産量の増加による補強要素の特に費用効果の高い生産を可能にする。
記載されているタイプの補強要素は、従来の材料を厚くすることと比較して、繊維複合材料の連続した繊維によってより高い剛性を利用することができるので、材料の使用量を少なくすることができる。したがって、材料の利用率の向上、軽量化、視覚的魅力の向上、および低コスト化の利点を実現することができる。
【００１６】
補強要素は、好ましくは補強要素をベース要素に取り付けるために、支持面として機能するように構成された領域または側部をさらに備える。それに応じて、ベース要素は同様に、ベース要素に付随する補強要素のための適切な領域または適切な側面を有する。これらの面は、補強要素の支持面がベース要素の支持面と完全に接触するように相互に適合されることがさらに好ましい。
【００１７】
ベース要素と補強要素は、さらに相互接続されている。本文脈では、相互接続されることは、好ましくは、ベース要素および補強要素が１つまたは複数の領域において互いに絡み合うことを意味する。ベース要素と補強要素との間の接続は、実質的に一体的な、力の当てはめおよび／または形状適合の方法で構成することができる。ベース要素と補強要素との間の実質的に一体の接続が特に好ましい。この接続は、例えば、交換部品の装着および／またはより簡単な輸送を可能にするために、繊維複合部材を解体するために解放可能に設計されることがさらに好ましい。
【００１８】
本発明に係る繊維複合部材は、さらに１つまたは複数の構成要素に孔を必要とする接続要素が、複数の繊維複合材を接続するためにしばしば使用されるという洞察に基づいている。よって、本発明によれば、孔は、ベース要素および補強要素を貫通する。ここでの孔は、好ましくは、孔の軸方向の全長にわたって同一であるか、あるいは孔の軸方向の長さにわたって可変であることが好ましい。具体的には、補強要素の領域とは異なるように、ベース要素の領域における孔の断面を設計する可能性がある。この多様性は、孔の直径および／または孔の断面の幾何学的形状に関連し得る。孔は、さらに好ましくは、実質的に円形、楕円形、三角形、または多角形、スロット形状、および／または幾何学的に定義されていない断面を有する。
【００１９】
孔は、さらに好ましくは、貫通孔として設けられることが好ましい。この好ましい変形例の孔は、完全にベース要素および補強要素を貫通する。あるいは、好ましくは、孔は、めくら穴として設けられる。この好ましい変形例の孔は、補強要素を完全に貫通しているが、ベース要素を再び出ないか、または孔はベース要素を完全に貫通しているが、補強要素を再び出ない。
【００２０】
孔に隣接するベース要素の繊維複合材料の繊維は、実質的に切断されている。ベース要素の孔の孔縁は、好ましくは、孔に隣接する切断された繊維の分離面とマトリックス材料によって実質的に形成される。孔縁または孔縁の領域の繊維は、例えば、ドリル処理によって、好ましくは、孔の中で、および／または、孔の生産によって切断される。ベース要素の孔の中、または孔を通して、それぞれ繊維は延びず、補強要素の孔の中、または孔を通して、繊維は延びない。
【００２１】
本発明によれば、孔に隣接する補強要素の繊維複合材料の繊維は連続的である。これに関連して、特に、補強要素に含まれる繊維、特に、孔縁の領域を走る繊維ではない繊維が切断されず、従って分離面も持たないことが理解されるべきである。繊維は、好ましくは孔の周り、特に、孔縁の領域内で連続的に延びることが好ましい。さらに好ましくは、実質的に孔の周りの接線方向および／または孔縁に沿って接線方向に延びている。
【００２２】
非連続繊維の場合の繊維複合材料内の力の伝達は、連続繊維を有する繊維複合材料よりも不均一である。したがって、繊維の連続性は、構成要素の強度が特に高いという特別な利点を有する。さらに、補強要素における繊維の上述した配置は、孔の環境、特に、孔縁の領域において繊維が圧縮されるという利点を有するので、典型的には、この領域における強度より強調されたものは再び積極的に影響を受ける。
【００２３】
本明細書中の切断された、または連続した繊維は、それぞれ、それぞれの外観または加工された状態の繊維を指すように理解されるべきである。ベース要素の繊維が、織物、および／またはクロスレイド構造、および／または多軸クロスレイ構造、および／または刺繍、および／または不織材料としてマトリックス材料内に配置される場合、したがって、切断された織物、クロスレイド構造、多軸クロスレイド構造、刺繍、不織材料、マット、および／または編組織物、またはそれらの部分または部分にそれぞれ適用される。補強要素の繊維が、例えば、繊維束、好ましくはロービングのようなマトリックス材料内に配置されている場合、それに応じて連続繊維も連続繊維束またはロービング、またはその一部または部分をそれぞれ意味する。特に、市販のスプライスを有する、通常の（市販の）品質の繊維束またはロービングが好ましくは使用される。
【００２４】
従来のようにして孔が形成され、孔が切断されたベース要素と、孔が孔の周りを連続的に延びるように繊維が敷設された補強要素との組み合わせは、ベース要素の生産におけるコスト節減、補強要素の強度と剛性の増加は、共通の繊維複合部材で統一することができる。
繊維複合材の１つの好ましい実施形態の場合、ベース要素の繊維は、織布、および／またはクロスレイド構造、および／または多軸クロスレイ構造、および/または刺繍、および／または不織材料、および／またはマット、および／または編組織物として、マトリックス材料内に配置され、繊維または補強要素は、繊維束として、好ましくはロービングとして存在する。
【００２５】
ベース要素の繊維は、好ましくは既に１つまたは複数の上記形態の半製品として存在する。そのため、ベース要素の経済的な製造の可能性があり、特に、時間の面で正当な努力によって非常にボリュームの大きい要素を生成する可能性もある。しかしながら、この種の半製品の利用のために、典型的には、例えば、半製品の敷設中に、例えば、孔のような特定の繊細な幾何学的要素が生成される可能性はない。
【００２６】
補強要素の繊維は、非常に柔軟な方法でレイアップすることができる繊維束、好ましくは、ロービングの形態で存在し、したがって複雑な形状を生成することも可能になる。繊維束は、１つの繊維から構成されているか、２つ以上の繊維から構成されている。繊維束が２つ以上の繊維から構成されている場合、繊維は実質的に平行になるように配置され、前記繊維は好ましくはいわゆるフィラメント繊維である。繊維束、特にロービングは、通常、その繊度の数またはその長さ単位の質量に基づいて分類される。
【００２７】
繊維束は、材料の非常に高い強度が達成されるように、力の流れに関して配向されるように配置することができる。力束の方向に向くように配置された繊維は、繊維束が主荷重経路または主応力に沿って敷設されるように理解されるべきである。力の流れに関して配向させるために繊維束を敷くことは、構成要素内を流れる力の流れ、または構成要素内に局部的に作用する応力の方向に関する知識の程度をそれぞれ必要とする。この知識は、好ましくはシミュレーションによって取得され、さらに好ましくは、有限要素シミュレーションに基づいて取得される。この高い強度は、典型的には、外力によって誘発される応力を吸収するのに必要とされる材料がより少なくなる。繊維束の敷設における高度の柔軟性は、例えば、繊維が幾何学要素の周りに敷設されることを可能にする。
【００２８】
繊維複合部材のさらに好ましい実施形態は、ベース要素および／または補強要素の繊維が、有機繊維および／または無機繊維および／または天然繊維を含むかまたはそれらからなることを提供する。
無機繊維は、例えば、ガラス繊維、玄武岩繊維、ホウ素繊維、セラミック繊維、または鋼繊維である。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（特に、ダイニーマ繊維のような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、亜麻繊またはサイザル繊維である。
【００２９】
繊維複合部材の好ましい実施形態の１つの変形例では、ベース要素の繊維は、ガラス繊維のみからなるか、または炭素繊維のみからなるか、またはアラミド繊維のみから構成される。好ましい実施形態のさらなる変形例において、ベース要素は、ガラス繊維、炭素繊維、およびアラミド繊維から選択される２つの異なる繊維を含む。好ましい実施形態のさらなる変形例は、ベース要素がガラス繊維、炭素繊維およびアラミド繊維を含むことを提供する。ベース要素の繊維は、さらに好ましくは、繊維複合材料で処理されるように構成された他の繊維から構成されるか、またはそれを含むことができる。
【００３０】
繊維複合部材の好ましい実施形態の１つの変形例では、補強要素の繊維は、ガラス繊維のみからなるか、炭素繊維のみからなるか、またはアラミド繊維のみからなる。好ましい実施形態のさらなる変形例において、補強要素は、ガラス繊維、炭素繊維、およびアラミド繊維から選択される２つの異なる繊維を含む。好ましい実施形態のさらなる変形例は、補強要素がガラス繊維、炭素繊維、およびアラミド繊維を含むことを提供する。補強要素の繊維は、さらに、繊維複合材料で処理されるのに適したように構成された別の繊維で構成されているか、またはそれを含むことができる。
【００３１】
単一の繊維タイプ、例えば、ガラス繊維のみの提供は、部品内に剛性飛躍が生じず、一般的に生産が単純化される点で有利である。さらに、１つの繊維の利点を完全に利用することができる。２種類以上の繊維、例えば、ガラス繊維およびアラミド繊維、またはガラス繊維および炭素繊維の提供は、使用される繊維の特定の利点の利用の点で利点をもたらすことができる。
【００３２】
繊維複合部材のさらに好ましい改良は、ベース要素および／または補強要素のマトリックス材料が、プラスチック材料を含むか、またはプラスチック材料から構成され、プラスチック材料は、好ましくは、熱可塑性プラスチック材料および／または熱硬化性プラスチック材料を含み、または熱可塑性プラスチック材料および／または熱硬化性プラスチック材料からなり、および／またはベース要素および／または補強要素のマトリックス材料は、セメントを含む、またはセメントからなる、および／またはコンクリートを含む、またはコンクリートからなる、および／または金属を含む、または金属からなる、および／またはセラミックスを含む、またはセラミックスからなる、および／または炭素を含む、または炭素からなる。
【００３３】
熱可塑性マトリックスを有するマトリックスは、生成された繊維複合部材が、まだ形成され、溶接され得るという利点を持つ。その原因は、特に、熱可塑性マトリックス材料を複数回溶融できることにある。マトリックス材料としての熱硬化性プラスチック材料を含む、またはそれらからなる繊維複合部材は、特に高い強度によって区別される。
セメント、コンクリート、金属、セラミック、および／または炭素の使用は、言及された材料の特定の利点を利用することを可能にし、前記利点は、特に、引っ張りおよび／または圧縮力、前記材料の比重、および／または前記材料の加工能力に関するが、限定されるものではない。
【００３４】
繊維複合部材のさらに好ましい実施形態は、ベース要素と補強要素とが実質的に一体化され、および／または形状適合様式で相互接続され、および／またはベース要素と補強要素とが、および／または補強要素のマトリックス材料内に埋め込まれており、および／またはベース要素から離れて面する端部の補強要素は、接続要素を受け入れるためのベアリング面を有し、前記ベアリング面は、孔の通過方向と直交するように平面である。
【００３５】
このタイプの材料的に一体的な接続は、特に、関与する材料の相互の材料係合によって確立される接続として理解されるべきである。互いの材料係合を可能にするさらなる物質が、要素の接続に使用されることが好ましい。この好ましい実施形態のさらなる変形例では、材料的に一体的な接続が接着剤を使用して実施される。接着剤は、接着および／または凝集によって少なくとも２つの要素を相互接続する材料として理解されるべきである。接着剤は、さらに好ましくは、ベース要素および／または補強要素のマトリックス材料と同じ材料を含む。接着剤は、さらに好ましくは、ベース要素および／または補強要素のマトリックス材料と同じ材料からなる。
【００３６】
さらに好ましい改良によれば、ベース要素および補強要素は、ベース要素のマトリックス材料および補強要素のマトリックス材料に埋め込まれた繊維を介して相互接続される。ベース要素と補強要素とを接続するための繊維は、ベース要素および／または補強要素が備える同じ繊維とすることができる。これらの繊維は、さらに、ガラス繊維、炭素繊維および／またはアラミド繊維から選択されることが好ましい。繊維複合部材のこの好ましい改良の１つの特定の変形例では、ベース要素および／または補強要素のマトリックス材料は、ベース要素と補強要素との間の接続点に、それぞれ追加的に存在するかまたは組み込まれる。さらに、ベース要素および／または補強要素のマトリックス材料ではないマトリックス材料が、ベース要素と補強要素との間の接続点に追加的に存在、および／または組み込まれていることがさらに好ましい。ベース要素と補強要素とが相互接続される繊維は、好ましくはローリング、好ましくはロービングのような繊維束として存在してもよく、および／または織布、クロスレイド構造、多軸クロレスレイド構造、刺繍、不織材料、マット、および／または編組織物、またはそれらの一部または部分をそれぞれ含む。
【００３７】
ベース要素と補強要素との間の連結は、連結の高い強度と繊維複合部材の均質性とを可能にする。ベース要素と補強要素との間のこのような接続は、応力跳躍を減少させる可能性において特に有利である。接続の非常に肯定的な寿命が、さらに生じる。さらに、ベース要素および補強要素において伝達される力、または生成される力の束は、それぞれ、特に有利な方法で伝達される。
【００３８】
繊維複合部材のさらに好ましい設計の実施形態は、ベース要素と補強要素とが形状適合的に相互接続されることを提供する。形状適合接続は、例えば、溝形（tongue-and-groove）接続、ダブテール接続またはスプラインキーのような、接続されるべき少なくとも２つの要素の相互係合によって形成される。
繊維複合部材の好ましい実施形態の別の変形例では、ベース要素から離れて面する端部の補強要素は、接続要素を受け入れるためのベアリング面を有し、前記ベアリング要素は、孔の通過方向と直交する平面である。ベアリング面は、ベアリング面にワッシャを取り付けることができるように、孔の周囲領域の補強要素に組み込まれており、例えば、孔とワッシャの開口部とが同一の流路方向を有し、ワッシャの開口部からネジを孔内に導入することができる。ベアリング面は、好ましくは、スクリューヘッドを直接受け入れるために役立つ。あるいは、好ましくは、さらなる締結手段が、前記ベアリング面に支持された部分および／または領域を介して孔内に導入される。
【００３９】
実施形態のさらなる利点、変形形態、および繊維複合部材の実施形態の詳細およびその改良形態に関して、関連する製造方法の特徴に関する以下の説明も参照されたい。
本発明のさらなる態様によれば、最初に述べた目的は、マトリックス材料に埋め込まれた繊維を含む補強要素によって達成され、ここでは孔が補強要素を貫通しており、補強要素の製造において、孔は、孔に隣接する繊維が連続しているように、繊維およびマトリックス材料から構成される。
【００４０】
本発明による補強要素およびその潜在的改良は、補強要素を、本発明による繊維複合部材および構造部材における使用および前記構成要素の改良に特に適したものにする特徴を有する。実施形態の利点、変形形態、および補強要素およびその改良形態の実施形態の詳細に関して、繊維複合部材および構造部材のそれぞれの特徴に関する記載が参照される。
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で言及した目的は、本発明の前述の態様による支持要素と補強要素とを含む構造部分によって達成され、支持要素と補強要素とが相互接続されており、孔が支持要素と補強要素を貫通している。
【００４１】
構造部材は、技術製品の構成要素の一部です。本明細書の構造部材は、技術製品の単一の構成要素であってもよく、あるいは、他の構成要素部分以外の構成要素部分であってもよい。さらに、構造部材は、鋼、アルミニウム、チタン、他の金属製品、プラスチック材料、木材、および／または他の材料を含む、またはそれらからなることが好ましい支持要素を有する。支持要素は、さらに好ましくは、鋳造材料を含む、または１つまたは複数の鋳造材料から構成される。補強要素は、上述した本発明の態様に係る補強要素と同様の性質、機能、実施形態等を有する。
【００４２】
支持要素と補強要素は、さらに相互接続されている。本文脈で相互接続されることは、好ましくは、支持要素および補強要素が１つまたは複数の領域において互いに影響することを意味することができる。支持要素と補強要素との間の接続は、材料的に一体的であって、力適合および／または形態適合となるように構成することができる。ベース要素と補強要素との間の材料的に一体の接続が特に好ましい。さらに好ましくは、この接続部は、例えば、摩耗部品を装着するため、および／または、より簡単な輸送を可能にするために、構造部材が解体されるように解放可能に設計されている。
【００４３】
孔は、支持要素および補強要素を貫通している。ここで、孔は、好ましくは、孔の軸方向の全長にわたって同一であるか、あるいは孔の軸方向の長さにわたって可変である断面を有することが好ましい。特に、補強要素の領域とは異なるように、支持要素の領域における孔の断面を設計する可能性がある。この多様性は、孔の直径および／または孔の断面の幾何学的形状に関連し得る。さらに、孔は、実質的に円形、楕円形、三角形、または多角形、スロット形状、および／または幾何学的に定義されていない断面を有することが好ましい。
【００４４】
さらに好ましくは、孔は、貫通孔として設けられる。この好ましい変形例の孔は、支持要素および補強要素を完全に貫通する。あるいは、好ましくは、孔は、めくら穴（blind hole）として設けられる。この好ましい変形例の孔は、補強要素を完全に貫通するが、支持要素から再び出ないか、または支持要素を完全に貫通するが、補強要素から再び出ない。
【００４５】
構造部材は、上述の繊維複合部材と同様である。特に、構造部材の支持要素は、繊維複合部材の説明で記載したように、構成および精製される。構造部材と上記繊維複合部材との違いは、繊維複合部材のベース要素である構造部材の支持要素がマトリックス材料に埋め込まれた繊維を含まず、または別の材料で構成されていることである。
したがって、補強要素は、繊維／マトリックス要素として構成されたベース要素と共に有利に使用できるだけでなく、他の材料から構成された支持要素と共に使用することができる。支持要素および補強要素を有するこのタイプの構造部材は、多数の材料または材料の組合せがそれぞれ使用される可能性があるため、特に有利である。このような構造部材は、特に軽量構造でも使用することができ、小さい材料量にもかかわらず、ノッチ上の対応する補強要素により高い剛性を達成することができる。更なる利点の点で、繊維複合部材のそれぞれの記載も参照され、前記利点は、ベース材料以外の材料からの支持要素を有する構造部材に類似の方法で適用可能である。特に繊維複合部材に関連して記載された改良は、ベース要素とは異なる支持要素を考慮して、同様の方法で構造部材に適用される。
【００４６】
実施形態のさらなる利点、変形形態、および構造部材の実施形態の詳細およびそれらの改良形態に関して、関連する製造方法の特徴に関する以下の説明も参照されたい。
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、マトリックス材料に埋め込まれた繊維を含む一体的な繊維複合部材によって達成され、一体化された繊維複合部材は、少なくとも１つの局所的な材料の厚さが増した部分を有し、材料の厚さが増した位置にある孔は、一体化された繊維複合部材を貫通し、孔は、繊維とマトリックス材料とから繊維複合部材を製造する際に、孔に隣接する繊維が連続するように構成されている。
【００４７】
一体的な繊維複合部材の繊維は、好ましくは、ガラス繊維、炭素繊維、および／またはアラミド繊維である、またはそれらを含む。マトリックスは、好ましくは、プラスチック材料である、またはプラスチック材料を含むマトリックス材料によって形成される。前記プラスチック材料は、典型的には軽量であり、従って、一体化された繊維複合部材の軽量構造モードに寄与するので、プラスチック材料が特に好ましい。
【００４８】
一体化された繊維複合部材の材料を厚くすることは、好ましくは実質的に規定された繊維配向を有する。繊維はさらに、前記繊維が前記材料の厚い部分に配置された孔の周りを走るように配置される。繊維が孔の周りを回っているので、この繊維は連続しており、切断されていない。
この文脈において連続的なことは、特に、一体化された繊維複合部材に含まれる繊維が切断されず、従って、分離面も有していないこと、特に、孔縁の領域内を走る繊維ではないことが理解されるべきである。繊維は、好ましくは孔の周り、特に孔縁の領域内で連続的に延びることが好ましい。さらに好ましくは、実質的に孔の周りの接線方向および／または孔縁に沿って接線方向に延びている。
【００４９】
本発明による一体化された繊維複合部材は、連続した繊維のために、孔の領域の強度が非常に高いため、特に好ましい。強度は、特に、既存の溶液中に提供される切断された繊維を有する材料の厚さを増すことよりも高く、その結果、より少ない材料を同じ強度で使用でき、複雑な形状を実現することができる。
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、タワー、ゴンドラ、およびロータを有する風力発電設備によって達成され、風力発電設備は、上述の繊維複合部材および／または上述の構造部材および／または一体化された繊維複合部材を提供することである。本発明によるこの実施形態の１つの特定の変形例において、本発明によるベース要素は、風力発電設備のハブに固定された空力ロータとして具体化される。
【００５０】
本発明の更なる態様によれば、冒頭で言及した目的は、繊維およびマトリックス材料からベース要素を製造する段階と、ベース要素に第１の孔を組み込む段階とを含む繊維複合部材の製造方法によって達成され、第１の孔に隣接する繊維が切断され、第２の孔に隣接する繊維が連続的になるように繊維およびマトリックス材料から第２の孔が構成され、第１の孔と第２の孔とが相互に接続され、好ましくは共通の通過軸を有するように、ベース要素と補強要素とを相互配置し、相互接続する。
【００５１】
ベース要素の製造は、前記繊維または個々の繊維束はそれぞれ取り扱いが困難であるため、繊維を集めた繊維状の半製品を用いて行うことが好ましい。さらに、既に予備含浸されて使用されている繊維状半製品の可能性がある。予備含浸された繊維状半製品は、予備含浸された繊維状半製品がすでに繊維を含むだけでなく、同様にマトリックス材料を含む点で区別される。
【００５２】
第１の孔は、好ましくはベース要素の製造時にベース要素に組み込まれる。第１の孔は、好ましくは、ベース要素の一方の側に開口部を有し、ベース要素の反対側に開口部を有する貫通孔として構成されている。第１の孔は、さらに好ましくは、ベース要素の一方の側にのみ開口部を有するめくら穴として実施される。
第１の孔は、さまざまな方法でベース要素に組み込まれる。その方法は、特に材料と第１の孔の断面に依存する。第１の孔の断面は、生産技術の可能性に照らして自由に選択することができる。この目的のために、例えば、ドリルなどの分離製造方法を用いることが好ましい。製造される第１の孔に隣接する繊維は、第１の孔が組み込まれることにより切断される。さらに、繊維端が特定される孔縁は、第１の孔の組み込みによって構成される。繊維端は、異なる断面を持つことができ、一方で、後者は、繊維の初期断面に依存し、他方で、孔縁における繊維の位置に依存する。
【００５３】
補強要素の製造は、繊維束、好ましくはロービングを敷くことによって行うことが好ましい。繊維束の敷設は、特に、第２の孔が所定の位置に形成されるように行われる。したがって、繊維束は、好ましくは、機械的後処理が必要とされないように、第２の孔の周りに配置される。さらに好ましくは、ロービング法によって、０°までの巻き取りが行われる。この第２の孔の製造により、第２の孔に隣接する繊維が連続している。この文脈において連続とは、特に、第２の孔の環境中に、孔の組み込みにより切断された繊維が存在しないように理解されることである。第２の孔は、好ましくは、補強要素の反対側に２つの開口部を有する貫通孔として構成されている。あるいは、補強要素の孔は、補強要素の一方の側にのみ開口部を有するめくら穴として実施することができる。
【００５４】
軸線に直交するように構成された第２の孔の断面は、異なる幾何学的形状を有し、外部および／または内部力のために、応力状況に対応するように設計される。好ましくは、円形は、好ましくは楕円形であり、さらに好ましくはスロットを有し、あるいは好ましくは３つ以上の角部を有する。特に好ましい変形例は、第１および／または第２の孔の軸方向の全長にわたって一貫した幾何学的形状および／または一定の大きさを有する。さらなる好ましい変形例では、第１および／または第２の孔の軸方向の全長に渡って、可変の幾何学的な形状および／または可変サイズを有する。
【００５５】
ベース要素と補強要素との相互配置および相互接続がさらに行われる。ベース要素および補強要素は、好ましくは、２つの孔が相互に接続されるように、配置される。これは、第１の孔と第２の孔との間に接続が確立され、孔断面の少なくとも一部が重なっていることを意味する。第１の孔および第２の孔は、好ましくは、共通の通過軸を有する。共通の通過軸は、好ましくは、固定手段を取り付けるために役に立つため、特に好ましい。２つの孔は、好ましくは同軸に配置される。共通の通過軸は、強制的に第１の孔および／または第２の孔のそれぞれの中心を通って導かなければならないわけではない。これは、特に、第１の孔および／または第２の断面が円形であるように具体化されていない場合には当てはまらない。さらに、第１の孔および第２の孔は、互いにオフセットするように配置することができ、この場合には、共通の通過軸が存在しなければならない。
【００５６】
したがって、固定手段は、第１の孔および第２の孔を通って、および／または、第１の孔および第２の孔の中に、完全にまたは部分的に挿入可能とされるべきである。ベース要素を補強要素に接続することは、好ましくは、材料的に一体的なおよび／または形状適合および／または力適合の方法で行われる。
製造方法の１つの好ましい実施形態は、第２の孔を生成するためにプレースホルダが使用されることを提供する。繊維束が敷設される前、または繊維束が敷設されている間に、孔が形成された位置に、プレースホルダが配置される。補強要素の製造中の繊維束は、プレースホルダの周りに敷設される。プレースホルダは、好ましくは、製造される孔と同じ断面を有する。製造工程の終了時に、プレースホルダは、補強要素から除去される。プレースホルダの利用は、特に、寸法および形状に関して非常に高い精度を有する孔をもたらす。さらに、繊維束の敷設速度を加速させる可能性がある。
【００５７】
本発明に係る繊維複合部材の製造方法およびその改良は、前記方法および前記改良が、本発明に係る繊維複合部材の製造および前記繊維複合部材の改良に特に適した特徴を有する。したがって、本発明の利点、実施形態の変形形態、および製造方法の実施形態の詳細およびそれらの改良形態に関して、繊維複合部材の装置の特徴に関する前述の説明も参照される。
【００５８】
本発明のさらなる態様によれば、冒頭に述べた目的は、補強要素の製造方法によって達成され、補強要素の製造方法であって、繊維およびマトリックス材料から補強要素を生成するステップを備え、孔が形成され、孔に隣接する繊維は連続したままである。
本発明に係る補強要素の製造方法およびその改良、その可能性のある改良は、前記方法および前記改良を、本発明に係る補強要素および前記補強要素の改良を製造するのに特に適した特徴を有する。よって、本発明の利点、実施形態の変形形態、および製造方法の実施形態の詳細およびそれらの改良形態に関して、補強要素の装置の対応する特徴に関する前述の説明も参照される。
【００５９】
本発明のさらなる態様によれば、冒頭に述べた目的は、孔に隣接する繊維が連続している場合において、繊維とマトリックス材料とからなる一体化された繊維複合部材を、ここで孔が形成されるように製造するステップを備えた一体化された繊維複合体の製造方法によって達成される。
一体化された繊維複合部材の製造は、繊維束、好ましくはロービングを敷設することによって行われることが好ましい。繊維束の敷設は、特に、孔が所定の位置に形成されるように行われる。よって、繊維束は、好ましくは機械的な後処理が必要とされないように、前記孔の周りに配置される。さらに、ロービング法で０°まで巻き取られることが好ましい。孔を生成するためにプレースホルダが使用されることが好ましい。
【００６０】
この孔の生成は、孔に隣接する繊維が連続する結果をもたらす。この文脈において、連続するとは、特に、孔の取り込みに起因して、切断された繊維が孔の周囲領域に存在しないようにすることと理解されるべきである。孔は、好ましくは、一体化された繊維複合部材の反対側に２つの開口部を有する貫通孔として構成されていることが好ましい。
軸線に直交するように構成された孔の断面は、異なる幾何学的形状を有し、外部および／または内部力のために、応力状況に対応するように設計されていることができる。好ましくは、断面は、円形、好ましくは楕円形であり、さらに好ましくはスロットを有し、あるいは好ましくは３つ以上の角部を有する。特に好ましい変形例では、一貫した幾何学的形状および／または孔の軸方向全長にわたる一貫した寸法を有する。その代わりに、孔は、孔の軸方向長さにわたって可変形状および／または可変サイズを有することができる。
【００６１】
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、上述した構造部材の製造方法によって実現され、前記方法は、上述したように、支持要素を製造し、支持要素に孔を取り込み、孔を有する補強要素を製造し、支持要素の孔と補強要素の孔とが相互接続されるように、支持要素および補強要素が相互に配置され相互接続される。
コストおよび／または審美的な面で、機械的応力状況、環境的な影響を考慮に入れた特定の要件を特に考慮するように、多数の異なる材料が、支持要素の製造に使用される。生産は、特に処理される材料によっても影響を受ける。支持要素への前記孔の組み込みにおいて、前記組み込みが、一般的には、前記孔の内部への組み込みの場合よりも複雑さが少なくて済むように実行されることにより、ここでの後者は繊維強化材料ではないことに注意すべきである。これは、特に、孔が減法的製造方法によって組み込まれる場合に当てはまる。
【００６２】
本発明に係る構造部材の製造方法は、本発明に係る構造部材の製造方法に特に適した方法を提供する特徴を有する。したがって、利点、実施形態の変形形態、および製造方法の実施形態の詳細の点で、構造部材の装置のそれぞれの特徴に関連する前述の説明も参照される。
本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して例示的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】風力発電設備の概略図を示す図。
【図２】本発明に係る繊維複合部材の例示的な実施形態の模式的な水平断面図。
【図３】（ａ）は、本発明に係る繊維複合部材の例示的な実施形態の模式的な縦断面図。（ｂ）は、本発明に係る繊維複合部材の例示的な実施形態の孔縁の概略図。
【図４】本発明に係る繊維複合部材の補強要素の例示的な実施形態の模式的な水平断面図。
【図５】本発明に係る繊維複合部材のベース要素の例示的な実施形態の模式的な水平断面図。
【図６】本発明に係る構造部材の支持要素の例示的な実施形態の模式的な水平断面図。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
図１は、風力発電設備の概略図を示す。図１は、タワー１０２およびゴンドラ１０４を有する風力発電設備１００を示す。ゴンドラ１０４には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０とを有するロータ１０６が配置されている。運転中のロータ１０６は、風によって回転運動に設定され、これにより、ゴンドラ１０４内の発電機を駆動する。
本発明に係る繊維複合部材および構造部材は、風力発電設備１００の各種部品に利用される。例えば、ロータブレード１０８は、繊維強化プラスチック材料から製造することができる。ロータブレード１０８は、図２、図３および図５に示すベース要素２０の実施形態を表す繊維強化プラスチック材料から製造されることが好ましい。ロータブレード１０８は、ゴンドラ１０４に接続されなければならない。この接続は、補強要素を含むことができる。
【００６５】
図２は、ベース要素２０と補強要素２１の断片を有する、繊維複合部材２の模式的な水平断面図を示す。円形の孔２２が補強要素２１およびベース要素２０を貫通している。孔２２は、補強要素２１の中心に配置され、円形の断面を有する。
【００６６】
補強要素２１は、第１の端部２１１から第２の端部２１２まで、長手方向において延びている。第１の端部２１１および第２の端部２１２における補強要素２１は、いずれも細い端部を有している。孔２１は、第１の端部２１１と第２の端部２１２との間に配置される。第１の端部２１１と第２の端部２１２との間の補強要素２１は、さらに、拡張部２１３を有する。拡張部２１３は、孔２２が中心を有する位置において最も広い点を有する。拡張部２１３の幅は、この位置から長手方向において、第１の端部２１１に向かって減少し、第２の端部２１２に向かって減少する。
【００６７】
図３は、本発明に係る繊維複合部材２の模式的な垂直断面図を示しており、ベース要素２０および補強要素２１の断片を含む。本発明に係る補強要素２１は、補強要素２１のベース領域全体がベース要素２０上に乗るように、ベース要素２０に設けられている。ベース要素２は、全範囲にわたって一貫した高さを有し、ここでの終端は、これが断片であることを示すために区切られている。しかし、高さも変わる可能性がある。繊維複合部材２は、孔２２を有し、後者は貫通孔として形成されている。さらに、孔２２は、孔２２の中心を軸方向に貫通する通過軸２２１を有する。この例示的な実施形態における孔２２は、通過軸２２１に沿って幾何学的形状および直径の点で整合する断面を有する貫通孔として構成されている。孔２２を取り囲む要素に関連する孔２２は、補強要素２１の領域内の第１の孔縁２２２と、ベース要素２０の領域内の第２の孔縁２２３とによって、さらに画定されている。
【００６８】
この好ましい実施形態の補強要素２１は、孔２２の仮想垂直軸２２１の周りに鏡面対称に構成されている。補強要素は、特にこれが特定の磁束によって要求されるときに非対称に構成されてもよく、またはこれを好ましいものにするように見えるであろう。補強要素２１のベース要素２０に面する側は、補強要素２１がベース要素２０と物理的に接触する平面水平側を有する。補強要素２１は、ベース要素２０から離れている側では、第１の端部２１１から孔２２に向かって高さが高くなり、第２の端部２１２に向かって再び高さが減少し、第１の端部２１１と同じ高さになる。第１の端部２１１および第２の端部２１２における構成要素は、小さな垂直寸法を有し、拡張部２１３の領域において比較的大きな垂直寸法を有する。図３（ｂ）は、孔２２の第１の孔縁２２２および第２の孔縁２２３の概略図を示す。図３（ｂ）の図の方向は、図４の孔２２の通過軸２２１上の矢印２２４によって示されている。この図は、矢印２２４の先端の方向に向けられている。さらに、ベース要素２０の図が水平線２２４の下に示され、補強要素２１の図が水平線２２４の上に示されている。さらに、補強要素２１の領域内の第１の孔縁２２２が水平線２２４の上に示され、ベース要素２０の領域の第２の孔縁２２３が水平線２２４の下に示されている。図３（ｂ）の水平線２２４は、ベース要素２０と補強要素２１との間の接合部を表す。
【００６９】
補強要素２１のマトリックス材料２２２１は、第１の孔縁２２２の領域にのみ見られ、繊維の端は見えない。この理由は、本発明によれば、補強要素２１の繊維が連続的に孔の周りを流れ、孔２２を組み込むことによって繊維が切断されないためである。他方で、マトリックス材料２２３１および繊維端２２３２は、第２の孔縁２２３の領域に示されている。その理由は、本発明によれば、ベース要素２０の繊維が敷設され、続いて、ベース要素２０に組み込まれ、孔２２の第２の孔縁２２３に隣接している繊維が切断されるという事実にある。ここで形成される繊維の切断面または分離面は、第２の孔縁２２３上の繊維端２２３２として配置される。
【００７０】
図４は、繊維複合部材２の補強要素２１の水平断面図である。補強要素２１の外形は、図２に示す形状を有し、細い第１の端部２１１から細い第２の端部２１２まで延びる形状と、第１の端部２１１と第２の端部２１２との間の拡張部２１３とを含む。さらに、補強要素２１は、円形断面を有する孔２２を有し、前記孔２２は、補強要素２１の中心に配置されている。
【００７１】
さらに、繊維複合部材内を走る補強要素２１の繊維２３が概略的に示されている。繊維２３の配向、または後者の局所的な配向は、それぞれ、さらに見られる。拡張部２１３の領域の繊維２３は、孔２２の周りに、または第１の孔縁２２２の周りにそれぞれ配置される。拡張部２１３の領域における繊維２３の間隔は、第１の端部２１１および第２の端部２１２の領域における間隔よりも小さい。図３（ｂ）の第１の孔縁２２２は、孔２２の周りの繊維２３のこの配置のために、切断された繊維または繊維端をそれぞれ有さない。補強要素２１のマトリックス材料２２２１は、繊維２３が配置されていないところに存在する。
【００７２】
図５は、本発明に係る繊維複合部材２のベース要素２０の断片の模式的な水平断面図を示す。前記孔２２の第２の孔縁２２３によって周囲のベース要素２０に対して画定された前記孔２２は、前記ベース要素２０の断片の中心に位置する。ベース要素２０の繊維複合材料内を走る繊維２４がさらに概略的に図示されている。本実施形態における繊維２４は、平行繊維を有するクロスレイ構造として配置されている。
【００７３】
図５は、さらに、補強要素２１の場合のように、繊維２４が孔の周りを回っていないが、孔２２によって中断されており、連続していないことを示している。したがって、繊維２４は、孔２２の組み込みによって切断され、図３（ｂ）の第２の孔縁２２３は、繊維端を有する。
図３（ｂ）の断片の周囲の繊維端部２２３２は、第２の孔縁２２３における前記繊維２４の位置に依存するが、この例示的な実施形態では円形である繊維２４が繊維２４の長手方向に直交する方向に切断されず、縦方向に関して前記繊維２４の直交方向に対してある角度で切断されているため、楕円形に示されている。換言すれば、繊維２４は、横方向に切断される。さらに、繊維２４の直径のみが小さくなるように、繊維２４が単にトリミングされる可能性がある。
【００７４】
したがって、繊維複合部材２およびその潜在的な改良は、繊維複合部材が有利に他の部材に接続されることを可能にする。特に、既存の解決方法によってしばしば提供される材料の厚さを増すことが代用される。この目的のために、ベース要素２０の他に、例えば、ねじを通すことができる補強要素２１および孔２２が設けられている。特に、より低いコストに関連する、より高い強度を有する材料を削減する配置は、記載された構成によって可能になる。
【００７５】
図６は、本発明に係る構造部材の支持要素３０の断片の模式的な水平断面図である。第２の孔縁２２３によって周囲の支持要素３０から画定された孔２２は、支持要素３０の断片の中心に位置する。さらに、支持要素３０の材料は、繊維複合材料ではなく、したがってベース要素２０とは対照的に、繊維を含まないので、図５に概略的に示されている繊維は、ここには示されていない。このタイプの支持要素３０と補強要素２１（ここには図示せず）との組み合わせは、特に、孔または他のノッチの領域で、十分な強度を提供するが、小さな材料体積の提供の可能性を提供する。全体的な重量を低減することができ、特に、材料コストは、そのために節約することができる。
【符号の説明】
【００７６】
２      繊維複合部材
２０      ベース要素
２１      補強要素
２２      孔
２３      繊維、補強要素
２４      繊維、ベース要素
３０      支持要素
１００    風力発電設備
１０２    タワー
１０４    ゴンドラ
１０６    ロータ
１０８    ロータブレード
１１０    スピナ
２１１    第１端、補強要素
２１２    第２端、補強要素
２１３    拡張部（Widening）、補強要素
２２１    孔通過軸
２２２    第１の孔縁
２２３    第２の孔縁
２２４    矢印
２２２１  マトリックス材料、補強要素
２２３１  マトリックス材料、ベース要素
２２３２  繊維端
【図１】
2019506481.tif 000003
【図２】
2019506481.tif 000004
【図３】
2019506481.tif 000005
【図４】
2019506481.tif 000006
【図５】
2019506481.tif 000007
【図６】
2019506481.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月3日(2018.7.3)
【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】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記ベース要素の前記繊維（２４）は、
−織物、および／または
−クロスレイド構造、および／または
−多軸クロスレイド構造、および／または
−刺繍、および／または
−不織材料、および／または
−マット、および／または
−編組織物、
として、前記マトリックス材料（２２３１）の内部に設けられ、
前記補強要素（２１）の繊維（２３）は、繊維束として存在する、
請求項１に記載の繊維複合部材（２）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記ベース要素（２０）および／または前記補強要素（２１）の繊維（２４）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、
を含む、あるいは、から構成される、
請求項１または２に記載の繊維複合部材（２）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前記ベース要素（２０）および／または前記補強要素（２１）の前記マトリックス材料（２２３１）は、
−熱可塑性プラスチック材料、および／または熱硬化性プラスチック材料を含む、あるいは、から構成されるプラスチック材料を含む、あるいは、から構成され、および／または、
−セメントを含む、あるいは、から構成される、および／または、
−コンクリートを含む、あるいは、から構成される、および／または、
−金属を含む、あるいは、から構成される、および／または、
−セラミックスを含む、あるいは、から構成される、および／または、
−炭素を含む、あるいは、から構成される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の繊維複合部材（２）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記ベース要素（２０）および前記補強要素（２１）は、実質的に一体的および／または形状適合的に相互接続され、および／または、
前記ベース要素（２０）および前記補強要素（２１）は、前記ベース要素（２０）のマトリックス材料（２２３１）および前記補強要素（２１）のマトリックス材料（２２２１）に埋め込まれた繊維を用いて相互接続され、および／または、
前記ベース要素（３０）から離れて面する前記孔（２２）の端部の補強要素（３１）は、接続要素を受け入れるためのベアリング面を有し、前記ベアリング面は、孔（２２）の通路方向と直交する平面である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の繊維複合部材（２）。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
接続は、材料的に一体的に行われる、
請求項１０に記載の繊維複合部材（２）の製造方法。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
補強要素２１は、第１の端部２１１から第２の端部２１２まで、長手方向において延びている。第１の端部２１１および第２の端部２１２における補強要素２１は、いずれも細い端部を有している。孔２２は、第１の端部２１１と第２の端部２１２との間に配置される。第１の端部２１１と第２の端部２１２との間の補強要素２１は、さらに、拡張部２１３を有する。拡張部２１３は、孔２２が中心を有する位置において最も広い点を有する。拡張部２１３の幅は、この位置から長手方向において、第１の端部２１１に向かって減少し、第２の端部２１２に向かって減少する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
図３は、本発明に係る繊維複合部材２の模式的な垂直断面図を示しており、ベース要素２０および補強要素２１の断片を含む。本発明に係る補強要素２１は、補強要素２１のベース領域全体がベース要素２０上に乗るように、ベース要素２０に設けられている。ベース要素２０は、全範囲にわたって一貫した高さを有し、ここでの終端は、これが断片であることを示すために区切られている。しかし、高さも変わる可能性がある。繊維複合部材２は、孔２２を有し、後者は貫通孔として形成されている。さらに、孔２２は、孔２２の中心を軸方向に貫通する通過軸２２１を有する。この例示的な実施形態における孔２２は、通過軸２２１に沿って幾何学的形状および直径の点で整合する断面を有する貫通孔として構成されている。孔２２を取り囲む要素に関連する孔２２は、補強要素２１の領域内の第１の孔縁２２２と、ベース要素２０の領域内の第２の孔縁２２３とによって、さらに画定されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
この好ましい実施形態の補強要素２１は、孔２２の仮想垂直軸（孔通過軸２２１）の周りに鏡面対称に構成されている。補強要素は、特にこれが特定の磁束によって要求されるときに非対称に構成されてもよく、またはこれを好ましいものにするように見えるであろう。補強要素２１のベース要素２０に面する側は、補強要素２１がベース要素２０と物理的に接触する平面水平側を有する。補強要素２１は、ベース要素２０から離れている側では、第１の端部２１１から孔２２に向かって高さが高くなり、第２の端部２１２に向かって再び高さが減少し、第１の端部２１１と同じ高さになる。第１の端部２１１および第２の端部２１２における構成要素は、小さな垂直寸法を有し、拡張部２１３の領域において比較的大きな垂直寸法を有する。図３（ｂ）は、孔２２の第１の孔縁２２２および第２の孔縁２２３の概略図を示す。図３（ｂ）の図の方向は、図４の孔２２の通過軸２２１上の矢印２２４によって示されている。この図は、矢印２２４の先端の方向に向けられている。さらに、ベース要素２０の図が水平線２２４の下に示され、補強要素２１の図が水平線２２４の上に示されている。さらに、補強要素２１の領域内の第１の孔縁２２２が水平線２２４の上に示され、ベース要素２０の領域の第２の孔縁２２３が水平線２２４の下に示されている。図３（ｂ）の水平線２２４は、ベース要素２０と補強要素２１との間の接合部を表す。
【国際調査報告】
2019506481.tif 000009
2019506481.tif 000010
2019506481.tif 000011
2019506481.tif 000012