(57)【要約】【課題】複合部材を製造するプロセスのより優れた制御性を許容する改良された型を提供する。【解決手段】少なくとも１つの繊維強化マトリックスを有する複合部材、特に風車翼を製造するための型１において、少なくとも１つの内側ラミネート層３と少なくとも１つの外側ラミネート層４との間に配置された少なくとも１つの断熱性のコア層２と、内側及び／又は外側ラミネート層３，４に接触して又は近接して配置された少なくとも１つの加熱及び／又は冷却手段とが設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの繊維強化マトリックスを有する複合部材、特に風車翼を製造するための型（１）において、
少なくとも１つの内側ラミネート層（３）と少なくとも１つの外側ラミネート層（４）との間に配置された少なくとも１つの断熱性のコア層（２）と、
前記内側及び／又は外側ラミネート層（３，４）に接触して又は近接して配置された少なくとも１つの加熱及び／又は冷却手段とが設けられていることを特徴とする、少なくとも１つの繊維強化マトリックスを有する複合部材、特に風車翼を製造するための型。
【請求項２】
加熱及び／又は冷却手段が、断熱性のコア層（２）及び／又は内側及び／又は外側ラミネート層（３，４）の内の少なくとも１つの凹所（５，５′）に配置されているか、又は断熱性のコア層（２）の上部に配置されているか、又は断熱性のコア層（２）及び／又は内側及び／又は外側ラミネート層（３，４）内に埋込み成形されている、請求項１記載の型。
【請求項３】
加熱及び／又は冷却手段が、加熱及び／又は冷却媒体を搬送するための少なくとも１つの管（６，６′）及び／又は電気加熱ワイヤを有しており、好適には管（６，６′）が少なくとも部分的に電気加熱ワイヤ（７，７′）によって包囲されている、請求項１又は２記載の型。
【請求項４】
加熱及び／又は冷却媒体又は加熱及び／又は冷却手段自体の流量及び／又は温度及び／又は加熱力を決定するための少なくとも１つのセンサ（１７，１７′）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の型。
【請求項５】
少なくとも１つの熱センサ（８，８′）が、内側及び／又は外側層（３，４）の温度を決定するために内側及び／又は外側ラミネート層（３，４）に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の型。
【請求項６】
少なくとも１つの断熱性のコア層（２）と、内側及び／又は外側ラミネート層（３，４）との間の結合を強化するカップリング剤（９）が、少なくとも１つの断熱性のコア層（２）と、内側及び／又は外側ラミネート層（３，４）との間に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の型。
【請求項７】
内側及び外側ラミネート層（３，４）が、繊維複合材料、好適には、硬化された樹脂マトリックス内のガラス繊維、無機繊維又は炭素繊維又は前記繊維の組合せから形成されており、断熱性のコア層（２）が、バルサ材、ポリマ発泡材料又はこれらの組合せから形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の型。
【請求項８】
内側及び／又は外側ラミネート層（３，４）の厚さが、１２〜４ｍｍ、好適には８ｍｍである、請求項１から７までのいずれか１項記載の型。
【請求項９】
型（１）の加熱及び／又は冷却プロセスを制御するための制御ユニット（１２）を備えた加熱及び／又は冷却システム（１１）と結合可能な又は結合された、請求項１から８までのいずれか１項記載の少なくとも１つの型（１）を有する、複合部材、特に風車翼を製造するための装置。
【請求項１０】
型（１）が、加熱及び／又は冷却媒体又は加熱及び／又は冷却手段自体の流量及び／又は温度及び／又は加熱力を決定するための少なくとも１つのセンサ（１７）、及び／又は内側及び／又は外側ラミネート層（３，４）に配置された少なくとも１つの熱センサ（８）を有しており、制御ユニット（１２）が、センサ（１７，８）からのデータを受け取りかつ処理し、加熱及び／又は冷却システム（１１）を制御するための制御データを発生するように構成されている、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
制御ユニット（１２）が、少なくとも熱センサ（８）からのデータから、部材の硬化の程度を決定しかつ制御するように適応されている、請求項９記載の装置。
【請求項１２】
加熱及び／又は冷却システム（１１）が、制御ユニット（１２）によって制御される、少なくとも１つのポンプ及び／又は少なくとも１つの弁及び／又は少なくとも１つの加熱及び／又は冷却源を有している、請求項９から１１までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
請求項９から１２までのいずれか１項記載の装置（１０）を用いて、複合部材、特に風車翼を製造するための方法。
【請求項１４】
制御ユニット（１２）が、加熱及び／又は冷却媒体又は加熱及び／又は冷却手段自体の流量及び／又は温度及び／又は加熱力を決定するための少なくとも１つのセンサ（１７）から、又は少なくとも１つの熱センサ（８）から、データを受け取りかつ処理し、加熱及び／又は冷却システム（１１）を制御するための制御データを発生する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
制御ユニット（１２）が、少なくとも熱センサ（８）からのデータから、複合部材の効果の程度を決定する、請求項１３又は１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの繊維強化マトリックスを有する複合部材、特に風車翼、を製造するための型に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合部材は、並外れた機械的な特性を示す。つまり、複合部材は、軽量であるが、過酷な荷重条件に耐えるように十分に強い必要がある高性能製品、例えば航空宇宙部品（翼又はプロペラ）、艇殻、自転車フレーム、レーシングカーボディ又は風車翼において人気を得た。熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂のようなマトリックス内に１つ又は２つ以上の繊維材料を有するこのような複合部材、例えば風車翼の製造の際、通常、複数の繊維複合層が、１つ又は２つ以上の型の内部に、他の構造部品と一緒に配置され、樹脂のようなマトリックスが、好適には低い圧力を加えながら、型内に射出される。
【０００３】
欧州特許第１３１０３５１号明細書には、風車翼の形状の型キャビティを形成する上部型部分と下部型部分との内部に型コアを備えた閉鎖された型において風車翼を製造する方法が記載されている。繊維材料及びコア材料を型キャビティに配置した後、真空が提供され、硬化性樹脂のようなマトリックスが充填パイプを介して射出される。樹脂のようなマトリックスを硬化させるために、特別な温度分布が実現されなければならない。つなり、様々な加熱及び冷却傾斜域及び／又は温度平坦域が、樹脂のようなマトリックスが硬化し、風車翼を形成する間に、調節及び監視されなければならない。
【０００４】
上述の欧州特許第１３１０３５１号明細書において使用される従来の型構造は、ラミネートの下側に取り付けられた銅メッシュと一緒に、銅から形成された水管を有する、所定の厚さのモノリス繊維複合ラミネートを有している。管は通常、発泡材料で絶縁されており、その結果、加熱及び冷却はそれぞれ周囲へではなく、主としてラミネートを介して進行するように強制される。
【０００５】
メッシュを備えた銅から形成された水管は、重い構成部材であり、管及びメッシュを支持するために強い、すなわち厚いラミネートを必要とする。さらに、ラミネートは、温度変化が成形品の形状に影響しないことを保証しなければならない。従って、管内の水から型の外面への、さらに型構造の表面における伝熱は制限され、使用される材料の比較的低い熱伝導率により、ゆっくりと生じる。
【０００６】
従って、加熱又は冷却の適切な制御のための唯一の可能性は、管を流過する流体の流入温度及び流出温度を測定することによって達成される。
【０００７】
従って、加熱及び冷却プロセスを制御することは困難である。どの程度加熱又は冷却が必要とされるか、またどれだけ長く温度が提供されるべきであるかは、主に、型の厚さと、提供される加熱及び冷却手段とに依存する。
【０００８】
従って、型の構造的一体性を妥協することなく、プロセスのより優れた制御のためのより迅速な反応熱応答を達成するために、型のラミネート厚さをどのようにして減じるかが決定的な課題である。
【０００９】
薄い型は、熱のばらつきに対して敏感な、不安定な、機械的に弱い型構造を生じ、成形品の形状に大きな差を生じる。さらに、薄い型は壊れやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許第１３１０３５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、複合部材を製造するプロセスのより優れた制御性を許容する改良された型を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題は、少なくとも１つの外側ラミネート層と少なくとも１つの内側ラミネート層との間に配置された少なくとも１つの断熱性のコア層と、内側及び／又は外側ラミネート層と接触して又は近接して配置された少なくとも１つの加熱及び／又は冷却手段とを有する、上述の形式の型によって達成される。
【００１３】
少なくとも１つの外側ラミネート層と少なくとも１つの内側ラミネート層との間に配置された少なくとも１つの断熱性のコア層を備えることにより、本発明の型は、好適には軽量な断熱性のコア層によって分離された、２つの、剛性の、強い内側及び外側ラミネート層を有する、サンドイッチ状のパネル又は構造体を有する。低密度のコアによって、荷重を実際に支持する内側及び外側ラミネート層を分離することにより、重量をほとんど増大することなくパネルの慣性モーメントを高め、効率的な構造体を生じる。サンドイッチの機械的特性は、断熱性のコア層と、内側及び外側ラミネート層の材料と、断熱性のコア層の厚さと、内側及び外側層の厚さとに依存する。本発明による型は、従来技術において開示された型と比較して、より薄い内側及び／又は外側ラミネート層を生ずる。
【００１４】
内側及び／又は外側ラミネート層と接触した又は近接して配置された少なくとも１つの加熱及び／又は冷却手段は、より薄い内側及び／又は外側ラミネート層に加えて、内側及び／又は外側ラミネート層への又はこれらのラミネート層を通る改良された伝熱を提供する。さらに、より短い反応時間及び潜伏期（型が初期から所定のプロセスに応じた加工温度まで加熱される時間）が実現される。従って、型をより迅速に加熱又は冷却することができ、これは、形成される部材に対して大きな効果を有する。急激な温度変化は、プロセスエネルギを節約するために必要であるならば達成されてよい。従って、本発明による型は、温度のより優れた、より迅速な調節可能性を有しており、より優れた制御可能なプロセスを生じる。
【００１５】
型は、内側ラミネート層又は外側ラミネート層に接触して又は近接して配置された加熱及び／又は冷却手段を有することが可能である。同様に、加熱及び／又は冷却手段を、内側及び外側ラミネート層の両方に接触して又は近接して配置することができ、これは、熱により誘発された応力、例えば内側及び外側ラミネート層の間の温度勾配によって生ぜしめられる型の熱負荷に関して有利である。型内に設けられる加熱及び／又は冷却手段の配置形式及び合計数は、複合部材の寸法及び使用される材料に依存する。
【００１６】
好適には、加熱及び／又は冷却手段は、断熱性のコア層及び／又は内側及び／又は外側ラミネート層内の少なくとも１つの凹所に配置されているか、又は断熱性のコア層の上部において曝されているか、又は断熱性のコア層及び／又は内側及び／又は外側ラミネート層内に埋込み成形されている。従って、本発明は、組み合わせて又は択一例として考えることができる、加熱及び／又は冷却手段を配置するための多様な可能な位置を開示する。断熱性のコア層及び／又は内側及び／又は外側ラミネート層内に、加熱及び／又は冷却手段を収容するための、溝、切欠又は同様の開口等の凹所が可能である。その他に、加熱及び／又は冷却手段を、断熱性のコア層の上部、例えば表面又は表面近くの領域に配置することが可能である。
【００１７】
同様に、断熱性のコア層及び／又は内側及び／又は外側ラミネート層内への加熱及び／又は冷却手段の埋込み成形が可能である。全ての構成は、加熱及び／又は冷却手段が、内側及び／又は外側ラミネート層へ、さらに複合部材への適切かつ迅速な伝熱を提供するという前提に基づく。本発明による型は、容易にかつ迅速に焼き戻すことができ、すなわち、所望の温度に調節することができる。
【００１８】
加熱及び／又は冷却手段は、加熱及び／又は冷却媒体を搬送するための少なくとも１つの管及び／又は電気加熱ワイヤを有していてよく、この場合、好適には、管は少なくとも部分的に電気加熱ワイヤによって包囲されている。管は、好適には蛇行構造で型を通って曲がりくねっている。しかしながら、電気加熱ワイヤは、加熱管の上方又は下方に配置されていてもよい。本発明による型は、それぞれ異なる加熱源を使用して加熱又は冷却することができる。１つは、流体加熱及び／又は冷却媒体であり、この場合、加熱及び／又は冷却手段は、液体又は気体又は蒸気の加熱及び／又は冷却媒体を搬送する管又は同様のものとして構成されている。概して、高温源又は低温源から、直接に又は適切な加熱装置を介して、加熱又は冷却される物質又は空間へ熱を伝導することができるあらゆる流体が、加熱及び／又は冷却媒体として用いられる。例としてその高い熱容量により水が挙げられる。
【００１９】
第２に、加熱手段は電気ワイヤを含むことができ、つまり型は適切な電流の印加によって焼戻しされ、これは、対象物を加熱するために極めて迅速な方法である。好適には、電気ワイヤは、少なくとも部分的に前記加熱及び／又は冷却管を包囲しており、これは管とワイヤとの可能な組合せを表す。電圧又は電流が印加されることによってワイヤに所望の発熱を生じる、円形の横断面と、単位長さごとの適切な電気抵抗とを備えた金属又は合金のワイヤが、使用可能である。適切な例は、ニッケル・クロムベースの合金から形成されたワイヤである。
【００２０】
同様に、型が、加熱手段として電気加熱ワイヤのみを有する領域と、管のみを有する領域とを有するか又は電気加熱手段によって包囲された加熱及び／又は冷却手段としての管を有することが可能である。
【００２１】
好適には、型は、加熱及び／又は冷却媒体又は加熱及び／又は冷却手段自体の流量及び／又は温度及び／又は加熱力を決定するための少なくとも1つのセンサを有している。このような形式において、全てのプロセス関連パラメータは測定され、監視することができる。プロセスパラメータは、主に、加熱及び／又は冷却媒体の流量、温度及び加熱力、又は電気加熱ワイヤの加熱力である。好適には、センサは、加熱及び／又は冷却手段のそれぞれに割り当てられている。同様に、特定の加熱及び／又は冷却手段のみがこれらのセンサを有していることも可能である。管の前記蛇行状構造によれば、例えば２つに１つの巻きのみが１つ又は２つ以上のセンサを有することも考えられる。
【００２２】
発明の別の実施形態において、少なくとも１つの熱センサが、内側及び／又は外側ラミネート層の温度を決定するために内側及び／又は外側ラミネート層に配置されている。熱センサは、熱センサの隣接する領域における温度又は温度変化の迅速かつ正確な測定をそれぞれ可能にする。複数の熱センサが、型内の様々な位置に別個に配置されているか又は配列を形成していてよい。
【００２３】
少なくとも1つの断熱性のコア層と内側及び／又は外側ラミネート層との間の結合を強化するカップリング剤が、少なくとも1つの断熱性のコア層と内側及び／又は外側ラミネート層との間に配置されていると、望ましい。これにより、内側及び／又は外側ラミネート層と断熱性のコア層との間の層間剥離を回避する適切な結合が提供されている。発明の観点からのカップリング剤は、通常の接着剤、又はプラズマ処理又はコロナ処理又はこれらのあらゆる組合せのような表面活性化方法であってよい。断熱性のコア層の上部に配置された加熱及び／又は冷却手段の場合、切断されたストランドのマットの層等はカップリング剤として働くことができ、これにより、加熱及び／又は冷却手段を埋め込む、断熱性のコア層と内側及び／又は外側ラミネート層との間の結合を高める。
【００２４】
好適には、内側及び外側ラミネート層は、硬化された樹脂マトリックス内の、繊維複合材料、好適にはガラス繊維、無機繊維又は炭素繊維又は前記繊維の組合せから形成されており、断熱性のコア層は、バルサ材、ポリマ発泡材料又はこれらの組合せから形成されている。繊維強化材料は、１つ又は２つ以上のタイプの繊維の１つ又は２つ以上の層によって強化されたポリママトリックスから形成された複合材料である。繊維は、通常、ガラス、炭素又はアラミドをベースとしているのに対し、マトリックスは、通常、エポキシ、ビニルエステル又はポリエステル又は多様な耐久性熱硬化性又は熱可塑性ポリマから成る。強化繊維又は繊維の層の向きを特定化することは、型の強度、及び変形に対する耐性だけでなく、層の熱伝導率を高めることもできる。必要であれば、上述のようなカップリング剤が、単層又は多層構造の間に設けられていてよい。内側及び／又は外側ラミネート層に適した材料は、概して、特に剛性に関して優れた機械的特性を提供する。
【００２５】
断熱性のコア層は、好適には、バルサ材、又はその他のタイプの軽量な木材、又はあらゆるポリマ発泡材料、例えばポリウレタンベース又はポリスチレンベースの発泡材料、又はこれらのあらゆる組合せから形成されている。コア層に適した材料は、小さな重量と、低い熱伝導率とを提供する。
【００２６】
内側及び／又は外側ラミネート層の厚さは、１２〜４ｍｍ、好適には８ｍｍである。従来の公知の型と比較して、７０％までラミネートの厚さを減じることができ、本発明による型の上述の良好な加熱及び／又は冷却特性を提供する。もちろん、厚さの減少が望ましいが、内側及び／又は外側ラミネート層のその他の寸法も発明の範囲に含まれる。
【００２７】
さらに、本発明は、型の加熱及び／又は冷却プロセスを制御するための制御ユニットを備えた加熱及び／又は冷却システムに結合可能な又は結合された、上述の少なくとも１つの型を有する、複合部材、特に風車翼を製造するための装置に関する。本発明による装置は、型を、制御ユニットを備えた加熱及び／又は冷却システムに結合しており、型の加熱及び／又は冷却、例えば焼戻しの改良された制御を提供することによって、形成される部材の最適化された製造、特に硬化プロセスを提供する。複合部材を製造する間、部材の硬化に関する厳格な温度分布が、高品質の製品を得るために維持されなければならない。これは、温度及び／又は温度勾配、及び必要であれば、型に沿った他のプロセスに関連するパラメータ、の正確な調節及び制御を必要とする。本発明による型を、制御ユニットを備えた加熱及び／又は冷却システムに結合することは、複合部材の製造を最適化することを可能にし、既存の成形技術と比較して、より優れた製品を提供する。
【００２８】
発明の好適な実施形態において、型は、加熱及び／又は冷却媒体又は加熱及び／又は冷却手段自体の流量及び／又は温度及び／又は加熱力を決定するための少なくとも１つのセンサ及び／又は内側及び／又は外側ラミネート層に配置された少なくとも１つの熱センサを有しており、制御ユニットは、センサからのデータを受け取って処理し、加熱及び／又は冷却システムを制御するための制御データを生ぜしめるように構成されている。つまり、制御ユニットは、型内の様々な位置に分配されたセンサによって送られるデータから全てのプロセス関連パラメータを監視及び制御することができる。センサは、好適には実時間で、加熱及び／又は冷却媒体の流量及び／又は温度及び／又は加熱力、又は加熱及び／又は冷却手段の温度又は加熱力、例えば電気加熱ワイヤの加熱力、及び管を流過する流体の温度又は圧力等の、全てのプロセス関連パラメータに関するデータを決定してよい。
【００２９】
さらに、センサは、１つ又は２つ以上のプロセスパラメータについての情報を含むデータを、例えば入力信号として、加熱及び／又は冷却システムの制御ユニットへ送信してよい。少なくとも１つのセンサからの入力データは処理され、制御データ（データセット）は、加熱及び／又は冷却システムを制御するために生ぜしめられ、この加熱及び／又は冷却システムによって型又は型の一部の加熱及び／又は冷却が行われる。このような形式において、例えば望ましくない温度のずれ又はその他のプロセスパラメータのずれがまず検出可能であり、第２に制御データに基づいて調節可能である。好適には、これは実時間で行われる。例えば、型の１つの領域内により少ない熱が提供されると、制御データは、加熱手段に信号を提供し、加熱手段は、対応する領域における温度を高める。つまり、加熱及び冷却ユニットが埋設された又は設けられた有利な制御ユニットは、複合部材を製造する間の型の温度のより優れた制御及び調節につながる。装置が有する型の数及び配列は、実質的に、複合部材のジオメトリに依存する。
【００３０】
さらに、制御ユニットは、少なくとも熱センサからのデータから部材の硬化の程度を決定及び制御するように適応されている。この実施形態において、制御ユニットは、１つ又は２つ以上の数学的アルゴリズム等を用いて実時間で、例えば型表面の近傍に配置された１つ又は２つ以上の熱センサからの入力データに従って、成形された複合部材から硬化の程度を計算するように適応されている。本発明によれば、主に型の温度に依存する複合部材の硬化プロセスは、加熱及び／又は冷却手段と型の温度とを制御及び調節する制御ユニット及び加熱及び／又は冷却システムを介して調節可能である。
【００３１】
同様に、プロセス時間を短縮することができる。なぜならば、複合部材の硬化が完了した時間を明確に決定可能であるので、例えば制御データに基づいて加熱及び／又は冷却システムによって型は加熱モードから冷却モードへ切り換えられるからである。熱センサからの、型内の温度又は温度勾配の実時間入力に従って、複合部材の硬化プロセスの進行を完了させることができ、また、硬化プロセスは、加熱及び／又は冷却手段を使用して、型内の適切な温度を調節することによって、制御可能である。
【００３２】
加熱及び／又は冷却システムは、好適には、少なくとも１つのポンプ及び／又は少なくとも１つの弁及び／又は制御ユニットによって制御される少なくとも１つの加熱及び／又は冷却源を有する。制御ユニットは、付加的に加熱及び／又は冷却システムを制御することによって、使用される材料と硬化の進行とに従って、適切な型温度を迅速に調節するように適応されている。加熱及び／又は冷却システムのポンプ及び弁は、好適には複合部材の硬化の進行に従って、加熱及び／又は冷却手段の内部の加熱及び／又は冷却媒体、ひいては、型の温度の正確な制御に貢献する。同様に、前記電気加熱ワイヤは、加熱及び／又は冷却システムによって電気加熱ワイヤに適切な電流を供給することによって作動させられてよい。従って、制御ユニット、ひいては加熱システムは、型又は型の個別の領域のそれぞれに沿った焼戻し、例えば加熱又は冷却のための全ての手段を有しかつ制御する。
【００３３】
さらに、本発明は、上述の装置を用いて、複合部材、特に風車翼を製造するための方法に関する。本発明による型と、制御ユニットを備えた本発明による加熱及び／又は冷却システムとを有する本発明による装置によって、複合部材の製造方法は、主として、型内において曝された特定の型キャビティ内に配置された成形される複合部材への熱源からの迅速な熱伝導を生じる比較的薄い内側ラミネート層及び／又は外側ラミネート層により加熱及び冷却のための型の温度の比較的迅速な調節可能性に基づき、方法の制御及び継続時間の観点から著しく改良されている。好適には、装置は、上部型部分と下部型部分とを有している。
【００３４】
好適には、制御ユニットは、加熱及び／又は冷却媒体及び／又は加熱及び／又は冷却手段自体の流量及び／又は温度及び／又は加熱力を決定するための少なくとも１つのセンサからの、及び／又は少なくとも１つの熱センサからのデータを受け取って処理し、加熱及び／又は冷却システムを制御するための制御データ（データセット）を発生する。制御システムは、有利には継続的に、センサによって継続的に送られる、加熱及び／又は冷却媒体及び／又は加熱及び／又は冷却手段自体の流量、温度及び加熱力に関する全てのプロセス関連パラメータについての情報を受け取り、センサによって、制御ユニットは、加熱及び／又は冷却システムを制御するための制御データを発生する。制御ユニットは、実時間監視を行い、必要であれば、主として型の温度の迅速かつ正確な調節によって、製造方法の全てのプロセス関連パラメータの最適化を行う。
【００３５】
好適には、制御ユニットは、少なくとも熱センサからのデータから複合部材の硬化の程度を決定し、このことは、制御ユニットにおいて実行される数学アルゴリズムによって、硬化プロセスの進行、例えば複合部材の硬化の程度の進行を決定及び予測することができる関連する制御ユニットを備えた加熱及び／又は冷却システムによる温度の迅速な調節により、複合部材を製造するさらに最適化されたプロセスにつながる。硬化プロセスは、加熱及び／又は冷却システムを用いて、型の個別の領域又は型全体の迅速な焼戻しによって制御又は影響されてよい。部材が完全に硬化した後、これは、主に熱センサからのデータに基づいて制御ユニットによっても検出可能であり、型の冷却が瞬間的に開始され、硬化した複合部材が型から解放されてよい。
【００３６】
以下に図面を参照しながら発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による型の主な断面図である。
【図２】本発明による装置の主な図である。
【図３】風車を製造するための本発明による型部分の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、型１のサンドイッチ状構造を明瞭に示す、本発明による型１の主な断面図である。型１は、断熱性のコア層２を有している。このコア層２は、例えばポリウレタンフォーム等の断熱性のポリマ発泡材料から形成されているか、又は好適にはバルサ材から形成されている。コア層２は、内側ラミネート層３と外側ラミネート層４との間に配置されている。内側ラミネート層３と外側ラミネート層４とは、クラッチ、例えば樹脂状のポリウレタンマトリックスにガラス繊維が所定の方向で配置された複数の層から形成されている。必要な場合には、内側ラミネート層３と外側ラミネート層４とは互いに異なる材料から形成されていてもよく、例えば、内側ラミネート層３は炭素複合材料から形成されており、外側ラミネート層４はガラス繊維又はその他の複合材料から形成されていてよい。接着剤層９は、断熱性のコア層２と、内側ラミネート層３及び外側ラミネート層４との間の結合を強化している。接着剤層９は、断熱性のコア層２と、内側ラミネート層３及び外側ラミネート層４との間に配置されている。
【００３９】
断熱性のコア層２には、切欠５の形式の凹所が設けられており、これらの凹所は、内側ラミネート層３と接触するように管６を収容しており、それぞれの管６は、周囲に電気ワイヤ７が巻き付けられていることにより、この電気ワイヤ７によって包囲されている。管６は、加熱及び／又は冷却媒体、例えば水、を搬送することによって、加熱及び／又は冷却手段として働く。内側ラミネート層３と外側ラミネート層４との厚さが薄いので、型１は、加熱又は冷却のそれぞれに対するより迅速な応答を示し、複合部材の製造プロセスを短縮する。内側ラミネート層３と外側ラミネート層４との厚さは、約８ｍｍである。
【００４０】
点線は、付加的な切欠５′と、外側ラミネート層４と接触するように配置された管６′及び電気ワイヤ７′との選択的な配列を示している。この配列は、内側ラミネート層３と外側ラミネート層４との間の温度勾配により型１内に生ぜしめられる熱応力の発生を回避するので、有利である。
【００４１】
管６，６′は、型１内に、曲がりくねった蛇行した状態で配置されている。管６′と電気ワイヤ７′とは、付加的な加熱及び／又は冷却サイクルとして見なされるか、又は管６及び電気ワイヤ７に接続され、組み合わされた加熱及び／又は冷却サイクルを形成していてもよい。
【００４２】
管６，６′を流過する加熱及び／又は冷却媒体、又は加熱及び／又は冷却手段自体の、流量及び／又は温度及び／又は加熱力を決定するためのセンサ１７は、管６，６′又は電気ワイヤ７，７′に関連させられている。従って、管６，６′を流過する加熱媒体又は冷却媒体としてそれぞれ作用する、水又はその他の液体の、温度、圧力又は流量の継続的な又は断続的な測定を行うことができる。さらに、電気ワイヤ７，７′の温度又は加熱力を測定することができる。同様のセンサ１７′も設けられていてよい。
【００４３】
その他に、型１内の所定の位置には、熱センサ８，８′が設けられている。図１は、内側ラミネート層３に配置された熱センサ８を示しており、これらの熱センサは、型１のこの領域内の特定の位置の温度を決定する。図示のように、熱センサ８を、内側ラミネート層３内に又は型表面に一体化することもできる。熱センサ８′（点線で示されている）も外側ラミネート層４に設けられていてよい。
【００４４】
図２は、本発明による装置１０の原理的な図を示している。装置１０は、型１を有しており、この型１は、型１の加熱及び／又は冷却プロセスを制御するための関連する制御ユニット１２を備えた、加熱及び／又は冷却システム１１に接続されている。従って、加熱及び／又は冷却システム１１は、１つ以上のポンプと、１つ以上の弁と、１つ以上の加熱及び／又は冷却源とを有している。この加熱及び／又は冷却源は、循環する流体が管（全てが図示されているわけではない）を流過する前にこの流体を所望の温度に加熱又は冷却するための通常のヒータ又はクーラのようなものである。加熱及び／又は冷却システム１１を型１に接続するための適切なコネクタ手段、例えば入力ライン１３及び出力ライン１４が、設けられている。加熱及び／又は冷却システム１１と、管６とは、媒体が循環する閉じたサイクルである。本発明によれば、全てのプロセス関連のパラメータを実時間で監視することができる。なぜならば、型１は、ケーブル又はワイヤレス接続手段の形式で適切な送受信ユニットを介して制御ユニット１２に継続的に又は断続的に信号を送信する、加熱及び／又は冷却媒体又は加熱及び／又は冷却手段自体の流量及び／又は温度及び／又は加熱力を決定するためのセンサ１７、及び／又は内側及び／又は外側ラミネート層３，４に配置された少なくとも１つの熱センサ８、を有しているからである。制御ユニット１２は、センサ８，１７からデータを受け取って処理し、加熱及び／又は冷却システム１１を制御するための制御データ（データセット）を発生する。例えば、熱センサ８からの入力信号に基づいて制御ユニット１２によって発生された制御データは、型１の全体、又は型の一部のみを加熱させる。つまり、ポンプが作動させられて、より加熱された又はより冷却された流体を管６に供給し、型１又は型の一部を加熱又は冷却する。さらに、電気ワイヤ７に、より大きな又はより小さな電流が供給されてよく、これにより、同様の形式で加熱力を増減させる。制御ユニット１２は、熱センサ８から送られたデータから、数学アルゴリズムを用いて、成形される複合部材の硬化の程度を決定するように適応させられることもできる。これは、複数の利点を生ずる。全ての製品は型１から解放された後、完全に硬化させられているので、より優れた製品が得られる。また、いつ部材の硬化が完了したかを簡単に決定することができるので、プロセス時間が短縮される。また、硬化プロセスのより優れた制御が行われ、例えば、温度及びその後の硬化のずれを検出し、関連する加熱及び／又は冷却システム１１によって修正し、型の均一な加熱及び／又は冷却と、さらに複合部材の硬化とを生じることができる。
【００４５】
図３は、風車翼を製造するための本発明による型部分１５の斜視図を示している。もちろん、全てのその他のタイプ及び形状の複合部材が本発明による型及び本発明による装置のそれぞれによって製造されてよい。型１の１つの部分１５のみが示されており、この場合、示されていない部分は実質的に部分１５と同じ形状を有している。両方の部分は型キャビティ１６を形成し、この型キャビティに、繊維材料と、必要であれば型コアとが（両方とも図示されていない）配置され、型を閉鎖した後、必要であれば真空を提供し、樹脂のような硬化可能なマトリックスが射出される。温度が高められ、続いて硬化プロセスを開始する。全てのプロセス関連のデータは、実時間で、型内に設けられた様々なセンサから、制御ユニット１２（図２参照）へ送られ、この制御ユニット１２は、入力データを受け取り、処理しかつ監視し、型又は型の個別の部分の温度を個々に制御するために加熱及び／又は冷却システム１１（図２参照）を制御するための制御データを発生する。
【００４６】
さらに、本発明による方法は、少なくとも熱センサ８，８′（図１及び図２参照）からの入力データに基づいて、硬化プロセスの終了を与える特定のアルゴリズムを用いて、全体として又は部分的に、成形された部材の硬化の程度を決定する。
【００４７】
本発明によれば、関連した制御ユニット１２を備えた加熱及び／又は冷却システム１１によって、型１又は型１の一部の温度を迅速かつ正確に調節することができ、さらに、制御ユニット及び加熱及び／又は冷却システムと、型１との相互作用により、成形される複合部材の硬化の程度を決定しかつ硬化の程度に影響することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  型、  ２  断熱性のコア層、  ３  内側ラミネート層、  ４  外側ラミネート層、  ５，５′  切欠、  ６，６′  管、  ７，７′  電気ワイヤ、  ８，８′  熱センサ、  ９  接着剤層、  １０  装置、  １１  加熱及び／又は冷却システム、  １２  制御ユニット、  １５  型部分、  １６  型キャビティ、  １７  センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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