(57)【要約】【課題】成形後に型キャビティから中子を取り出すことを容易にする。【解決手段】第１の中子２２と第２の中子２５とを含む中子配列の周囲に複合材料１６を配置し、該複合材料１６を硬化させ、根元部分３と肩部４とを含む風車ロータ翼１，１００）を形成し、根元部分３に設けられた開口３１を通じて前記第１の中子２２を風車ロータ羽根１，１００から取り出す方法において、肩部４に設けられた開口３３を通じて前記第２の中子２５を風車ロータ羽根１，１００から取り出す。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車ロータ羽根（１，１００）を製造するための方法であって、
第１の中子（２２）と第２の中子（２５）とを含む中子配列の周囲に複合材料（１６）を配置し、
該複合材料（１６）を硬化させ、根元部分（３）と肩部（４）とを含む風車ロータ翼（１，１００）を形成し、
前記根元部分（３）に設けられた開口（３１）を通じて前記第１の中子（２２）を風車ロータ羽根（１，１００）から取り出す方法において、
前記肩部（４）に設けられた開口（３３）を通じて前記第２の中子（２５）を風車ロータ羽根（１，１００）から取り出すことを特徴とする、風車ロータ羽根を製造するための方法。
【請求項２】
第１の中子（２２）及び／又は第２の中子（２５）が、柔軟な充填材料によって包囲された中実中子（２３，２６）を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１の中子（２２）及び／又は第２の中子（２５）が、柔軟な充填材料が充填された柔軟な中子外側部分（２４，２７）によって包囲された中実中子（２３，２６）を含む、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
第１の中子（２２）及び／又は第２の中子（２５）を取り出す前に、柔軟な充填材料を風車ロータ羽根（１，１００）から取り出す、請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
前記複合材料（１６）が、繊維強化材料を含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
風車ロータ羽根（１，１００）が、後縁（１１）と、翼弦方向（１４）と、スパン方向（１２）と、支持ウェブ（１８）とを有しており、該支持ウェブ（１８）が、前記翼弦方向（１４）に対して垂直な平面においてスパン方向（１２）に沿って配置されており、支持ウェブ（１８）が、後縁（１１）に面した後縁側（２１）を有しており、第１の中子（２２）が、前記後縁側（２１）に、支持ウェブ（１８）に隣接して配置されており、第２の中子（２５）が、支持ウェブ（１８）から離れて、第１の中子（２２）に隣接して配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
風車ロータ羽根（１，１００）が、前縁（９）と、翼弦方向（１４）と、スパン方向（１２）と、支持ウェブ（１８）とを有しており、該支持ウェブ（１８）が、前記翼弦方向（１４）に対して垂直な平面においてスパン方向（１２）に沿って配置されており、支持ウェブ（１８）が、前縁（９）に面した前縁側（２０）を有しており、第３の中子（２８）が、前記前縁側（２０）に、支持ウェブ（１８）に隣接して配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記肩部分（４）に設けられた開口（３３）を通じて第２の中子（２５）を風車ロータ羽根（１，１００）から取り出した後、前記肩部分（４）に設けられた開口（４）を閉鎖する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記肩部分（４）に設けられた開口（３３）を、ハッチ及び／又はキャップ及び／又はカバー及び／又は面板によって閉鎖する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
風車ロータ羽根（１，１００）が、前縁（９）と後縁（１１）とを有しており、第１の中子（２２）及び／又は第２の中子（２５）及び／又は第３の中子（２８）が、根元端部（３５）と、先端部（３６）と、前縁（９）と後縁（１１）とを結ぶ平面における直径（３７）とを有しており、該直径（３７）が、前記根元端部（３５）から先端部（３６）に向かって減少している、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
型キャビティの形成のための型部材の内部に複合材料（１６）と中子配列とを配置し、前記型キャビティに真空を提供し、前記型キャビティ内にマトリックス材料を噴射する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
肩部分（４）を有する風車ロータ羽根（１，１００）において、前記肩部分（４）に開口（３３）が設けられていることを特徴とする、風車ロータ羽根。
【請求項１３】
前記肩部（４）に設けられた開口（３３）が閉鎖されるようになっている、請求項１２記載の風車ロータ羽根。
【請求項１４】
前記肩部（４）に設けられた開口（３３）が、ハッチ及び／又はキャップ及び／又はカバー及び／又は面板によって閉鎖されるようになっている、請求項１３記載の風車ロータ羽根。
【請求項１５】
請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法によって製造されることを特徴とする、風車ロータ羽根（１，１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車ロータ羽根を製造するための方法及び風車ロータ羽根に関する。
【背景技術】
【０００２】
風車ロータ羽根を製造するための様々な方法が知られている。つまり、中子又はマンドレルにロービングテープ又はロービングバンドルを巻き付けることによって風車ロータ羽根が形成されることが知られている。羽根が通常、２つの半シェルを前縁及び後縁において接着により結合することによって形成されるような方法によってロータ羽根が形成されることも従来技術から知られている。半シェルは通常、羽根キャビティの内部において１つ又は２つ以上のビームによって支持されており、これらのビームも接着により半シェルに結合されており、ビームは、例えば、Ｕ字形又はＩ字形に形成されていてよく、これにより、これらのビームのフランジは半シェルとの接触面を形成しているか、又はビームは例えば巻き付けることによって形成されていてよく、これにより、巻き付けられたビームの外面の一部は、半シェルに向いた接触面を形成している。
【０００３】
さらに、ロータ羽根を閉鎖された型において一体に形成することが、欧州特許第１３１０３５１号明細書の開示から知られている。さらに、欧州特許第１１０９６５７号明細書から、風車ロータ羽根等の、キャビティを有する部分的に閉鎖された構造体において複合材料を製造することが知られている。この場合、繊維強化材料が少なくとも１つの中子又はマンドレルの周囲に配置され、この中子又はマンドレルは、前記強化材料を成形した後、部分的に閉鎖された構造体から取り出される。中子又はマンドレルは、柔軟な材料から形成された中子外側部分から成る。中子外側部分は、成形可能で抜取り可能な充填材料が充填されている。充填材料は、成形の後、前記中子外側部分から排出される。
【０００４】
風車ロータ羽根を製造するために使用される１つの現在の方法は、欧州特許第１１０９６５７号明細書に開示されたものとほぼ同様の、ただし柔軟な充填材料によって包囲された実質的に中実の中子を含む、２つの中子又はマンドレルを使用する。これらの中子はそれぞれ、羽根の長手方向軸線に沿って支持ウェブのそれぞれの側において羽根シェルに適合するための適切な形状を有している。欧州特許第１１０９６５７号明細書に開示された方法との別の相違点は、成形後に充填材料だけが別個に抜き取られるのではなく、中子外側部分と、前記実質的に中実の中子と、柔軟な充填材料とを含んだ中子全体が抜き取られる。あいにく、羽根の後縁区分の形状は、特に羽根根元部の近くの羽根の"肩"において大きく湾曲しているので、ロータ羽根を成形した後に中子をキャビティから取り出すために中子を十分に圧縮できるように、ウェブのこの側に沿った中子の前記柔軟な材料の割合が高くなければならない。
【０００５】
この方法に関連する１つの別の態様は、例えば幾つかの領域において中子が繊維強化材料に、特に羽根肩部領域の周囲にはまり込んだ場合に、成形後にキャビティから中子を取り出すことが困難になるということである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第１３１０３５１号明細書
【特許文献２】欧州特許第１１０９６５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の第１の課題は、前記問題を克服する、風車ロータ羽根を製造するための有利な方法を提供することである。本発明の第２の課題は、有利な風車ロータ羽根を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の課題は、請求項１に記載の風車ロータ羽根を製造するための方法によって解決される。第２の課題は、請求項１２及び１５に記載の風車ロータ羽根によって解決される。従属請求項は発明の別の発展形を定義している。
【０００９】
本発明による風車ロータ羽根を製造するための方法において、複合材料が中子配列の周囲に配置される。中子配列は、第１の中子と、第２の中子とを含む。次いで、複合材料は、硬化させられ、風車羽根を形成する。風車ロータ羽根は、根元部分と、肩部分とを有している。複合材料が硬化させられると、第１の中子は、根元部分に設けられた開口を通じて風車ロータ羽根から取り出される。第２の中子は、肩部分に設けられた開口を通じて風車ロータ羽根から取り出される。本発明による方法は、中子配列の取出しの際に、中子配列が、キャビティから中子配列を取り出すために著しく圧縮される必要がないという利点を有している。
【００１０】
概して、第１の中子及び／又は第２の中子は、柔軟な充填材料によって包囲された中実中子を含む。例えば、第１の中子及び／又は第２の中子は、柔軟な充填材料が充填された柔軟な中子外側部分によって包囲された中実中子を含んでいてよい。柔軟な充填材料は、第１及び／又は第２の中子を取り出す前に、風車羽根から取り出すことができる。
【００１１】
さらに、中子配列、特に第１の中子及び／又は第２の中子は、大きな割合の中実材料と、僅かに小さな割合の柔軟な材料とから構成することができる。例えば、実質的に中実の中子材料を使用することができる。
【００１２】
好適には、複合材料は、繊維強化材料、例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂又はポリエステル、を含むことができる。一般に、複合材料を層状構造に配置することができる。
【００１３】
風車ロータ羽根は、後縁と、翼弦方向と、スパン方向と、支持ウェブ又はせん断ウェブとを有することができる。支持ウェブは、翼弦方向に対して垂直な平面においてスパン方向に沿って配置することができる。支持ウェブは、後縁に向かって面した後縁側を有していてよい。第１の中子は、有利には、後縁側において、支持ウェブに隣接して配置することができる。第２の中子は、支持ウェブから離れて、第１の中子に隣接して配置することができる。
【００１４】
さらに、風車ロータ羽根は、前縁と、翼弦方向と、スパン方向と、支持ウェブ若しくはせん断ウェブとを有していてよい。支持ウェブは、翼弦方向に対して垂直な平面において、スパン方向に沿って配置することができる。支持ウェブは、前縁に向かって面した前縁側を有していてよい。第３の中子は有利には前縁側において、支持ウェブに隣接して配置されていてよい。好適には、第３の中子は、複合材料が硬化させられた時に、根元部分に設けられた開口を通じて風車ロータ羽根から取り出すことができる。
【００１５】
本発明に関連して、複合材料を硬化させるステップは、複合材料を硬化させる及び／又は以前柔軟であった複合材料を固体状態又は硬い状態に変換させるための用語又は指示として使用される。
【００１６】
肩部分に設けられた開口を通じて風車ロータ羽根から第２の中子を取り出した後、肩部に設けられた開口は、例えばハッチ及び／又はキャップ及び／又はカバー及び／又は面板又はその他のいずれかの適切な手段によって閉鎖することができる。
【００１７】
風車ロータ羽根は、前縁及び後縁を有していてよく、第１の中子及び／又は第２の中子及び／又は前述の第３の中子であってよい第３の中子はそれぞれ、根元端部及び先端部を有することができる。第１の中子及び／又は第２の中子及び／又は第３の中子はさらに、風車ロータ羽根の前縁と後縁とを結ぶ平面における直径を有することができる。この直径は、有利には、特定の中子の根元端部から先端部に向かって減少している。根元端部から先端部までの特定の中子の減少する直径は、風車ロータ羽根からの中子の容易な取り出しを可能にする。有利には、第１の中子及び／又は第２の中子及び／又は第３の中子の少なくとも１つの中実中子部分は、根元部から先端部までの減少する直径を有している。
【００１８】
別の変化態様において、複合材料と中子配列とは、型キャビティの形成のために外側肩部分内に配置される。次いで、型キャビティに真空が提供され、マトリックス材料、例えば樹脂が、型キャビティ内に噴射される。マトリックス材料を噴射した後、複合材料は硬化させられる。次いで、外側型部材を取り外すことができ、外側型部材を取り外す前又は後に、中子配列をロータ羽根から取り出すことができる。第１の中子は根元部分に設けられた開口を通じて取り出され、第２の中子は肩部分に設けられた開口を通じて取り出される。
【００１９】
請求項１２に記載の本発明の風車ロータ羽根は、肩部分と、肩部分に設けられた開口とを有している。肩部分に設けられた開口は、例えばハッチ及び／又はキャップ及び／又はカバー及び／又は面板によって閉鎖することができる。例えば保守又は検査の際には、閉鎖された開口を再度開放させることができる。開口は、一般に検査するのが困難な肩部における翼の内部への容易かつ快適なアクセスを提供する。
【００２０】
本発明に関連して、肩部は、最大翼弦長を有する、後縁の部分として定義される。肩部は、羽根根元部から、翼弦長が最大翼弦長の７０％の値を有するような、肩部と先端との間の、後縁における箇所まで延びた、後縁に沿って部分として定義される。
【００２１】
請求項１５に記載の本発明の風車ロータ羽根は、前述の本発明による方法によって製造される。
【００２２】
本発明は、中子配列の設計と、中子配列がキャビティからどのようにして取り出されるかとにおいて公知技術とは異なる。設計は、中子配列が少なくとも２つの中子に分割されている点で異なり、取出しは、前記２つの中子がキャビティから別々の開口を通じて、すなわち羽根根元部分と、羽根肩部分においてロータ羽根に形成された開口とを通じて、取り出される点で異なる。これらの相違点の技術的な効果は、キャビティからの中子の取り出しのための有利な作業を容易にするということである。
【００２３】
本発明の別の特徴、特性及び利点は、添付の図面に関連した実施の形態の以下の説明から明らかになるであろう。全ての言及された特徴はそれ自体で及び互いのあらゆる組合せにおいて有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】翼のスパンと、翼の翼弦とによって規定された平面でみた平面図で風車ロータ羽根を概略的に示す図である。
【図２】ロータ羽根の翼セクションの翼弦方向断面を概略的に示す図である。
【図３】中子が充填された、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ってみた、ロータ羽根の翼セクションの翼弦方向断面を概略的に示す図である。
【図４】羽根のスパンと羽根の翼弦とによって規定された平面でみた断面図で、中子を備えた風車ロータ羽根を概略的に示す図である。
【図５】長手方向軸線に沿った断面図で中子を概略的に示す図である。
【図６】羽根のスパンと羽根の翼弦とによって規定された平面でみた断面図で、支持ウェブを備えない、中子を備える、変更された風車ロータ羽根を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
ここで本発明の実施の形態を図１から図６までを参照しながら説明する。
【００２６】
図１は、羽根のスパンと羽根の翼弦とによって規定された平面における平面図でロータ羽根を示している。図１は、３羽根型ロータにおいて通常使用されるような風車羽根１を示している。しかしながら、本発明は、３羽根型ロータのための羽根に限定されない。実際には、その他のロータ、例えば１羽根型ロータ又は２羽根型ロータにおいて実施されてよい。
【００２７】
図１に示されたロータ羽根１は、円筒状の根元部分３と、先端部２とを有している。先端部２は羽根の最も外側の部分を形成している。根元部分３の円筒形状は、羽根１をロータハブの軸受に固定するために働く。ロータ羽根１はさらに、いわゆる肩部分４を有しており、この肩部分４は、最大翼形（profile）深さ、すなわち羽根の最大翼弦長の位置として定義される。肩部分４と先端部２との間において、翼部分５が延びており、この翼部分５は、空気力学的に成形された翼形を有している。肩部分４と円筒状の根元部分３との間において、移行部分７が延びており、この移行部分７において、翼部分５の空気力学的な翼形から、根元部分３の円筒状の翼形への移行が生じている。
【００２８】
ロータ羽根１は、羽根の根元部分３から先端部２まで延びたスパン１２を有している。翼弦方向１４は、スパン１２に対して垂直に向けられている。
【００２９】
ロータ羽根の翼セクション５の翼弦方向断面が、図２に示されている。図２に示された空気力学的翼形は、凸面状の吸込面１３と、より緩やかな凸面を成した圧力面１５とを有している。羽根の前縁９から後縁１１まで延びた一点鎖線１４は、翼形の翼弦を示している。圧力面１５は、図２において凸面状セクション１７と凹面状セクション１９とを有しているが、圧力面１５が吸込面１３よりも凸面状である限り、全く凹面状セクションが設けられていなくてもよい。
【００３０】
翼部分５における吸込面１３と圧力面１５とは、それぞれロータ羽根１の吸込面及び圧力面とも呼ばれるが、厳密にいえば、羽根１の円筒状の根元部分３は、圧力面又は吸込面を有していない。
【００３１】
ロータ羽根１は、積層構造１６と、せん断ウェブ若しくは支持ウェブ１８とを有している。支持ウェブ１８は、翼弦方向１４に対して垂直な平面に沿って延びている。支持ウェブ１８は、前縁側２０と、後縁側２１とを有している。前縁側２０は前縁９に面しており、後縁側２１は後縁１１に面している。
【００３２】
図３は、概略的に、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ってみた断面図を示している。この断面は、肩部４の近くの翼部分５において、言い換えれば肩部において、見た断面である。
【００３３】
ロータ羽根１の内部には、第１の中子２２と、第２の中子２５と、第３の中子２８とを含む中子配列が配置されている。第３の中子２８は、支持ウェブ１８の前縁側２０に隣接して配置されている。第１の中子２２は支持ウェブ１８の後縁側２１に隣接して配置されている。第２の中子２５は、支持ウェブ１８から離れているが第１の中子２０に隣接して配置されている。第２の中子２５は、肩部分４において後縁１１の近くに配置されている。
【００３４】
前記中子はそれぞれ、柔軟な中子外側部分によって包囲された中実中子を有している。柔軟な中子外側部分には柔軟な充填材料が充填されている。つまり、第１の中子２２は、柔軟な充填材料２４によって包囲された中実中子２３を有しており、第２の中子２５は、柔軟な材料２７によって包囲された中実中子２６を有しており、第３の中子２８は、柔軟な充填材料３０によって包囲された中実中子２９を有している。
【００３５】
図４は、羽根のスパン１２と羽根の翼弦１４とによって規定された平面に沿った断面図で風車ロータ羽根１を概略的に示している。図４は、ロータ羽根１の内部における中子２２，２５及び２８の可能な配列を概略的に示している。図４において、中子の中実中子２３，２６及び２９のみが示されている。これは、複合材料１６の硬化の後、及び柔軟な中子外側部分からの柔軟な充填材料２７，２４及び３０の可能な取出しの後の状況を概略的に示している。充填材料が中子外側部分から取り出されない場合、柔軟な充填材料を備えた中子外側部分は、ロータ羽根１からの中子２２，２５及び２８の取り出しの間、圧縮される。図４におけるこの場合、中子外側部分は、分かりやすくするために省略されている。
【００３６】
羽根の根元部分３は開口３１を有している。さらに、ロータ羽根１は、肩部分４に開口３３を有している。複合材料１６の硬化の後、及び選択的に充填材料２４，２７及び３０の取り出しの後、中子２２，２５及び２８を開口３１及び３３を通じてロータ羽根１から取り出すことができる。第３の中子２８及び第１の中子２２を開口３１を通じて取り出すことができる。第２の中子２５を、肩部分４における開口３３を通じて取り出すことができる。第２の中子２５を取り出した後、肩部分４における開口３３は好適には、ハッチ、キャップ、カバー又はその他のあらゆる適切な手段によって閉鎖される。
【００３７】
中子２２，２５及び２８の中実中子２３，２６及び２９の好適な設計が図５に概略的に示されている。図５は、中子３４の長手方向軸線３８に沿って、中子３４又は中子の中実中子を断面図で概略的に示している。中子３４は、第１の中子、第２の中子、又は第３の中子の中実中子である。中子３４は、根元端部３５及び先端部３６を有している。中子３４がロータ羽根１の内部に配置されている時、中子３４は、根元端部３５が根元部分３の近くに配置されかつ先端部３６が先端部２の近くに配置されるように、配置されている。さらに、中子３４は、長手方向軸線３８に対して垂直な直径３７を有している。直径３７は、ロータ羽根１の前縁９と後縁１１とによって規定された平面において測定される。好適には、直径３７は根元端部３５から先端部３６に向かって減少している。これは、個々の開口３１又は３３を通じたロータ羽根１からの中子３４の容易な取り出しを提供する。
【００３８】
図６は、羽根のスパンと羽根の翼弦とによって規定された平面における断面図で、支持ウェブを備えないが中子を備える変更された風車ロータ羽根１００を概略的に示している。図６に示された実施の形態において、図４の第１の中子と第３の中子とは、本発明の方法の第１の中子に相当する１つの中子３４に置き換えられている。中子３４は開口３１を通じて取り出すことができる。第２の中子２５は、肩部分４における開口３３を通じて取り出すことができる。
【００３９】
一般に、第１及び第２の中子若しくはマンドレルを含む少なくとも１つの前記中子配列の周囲に、繊維強化材料を配置することができる。前記強化材料を成形した後、中子配列は、部分的に閉鎖された構造体から取り出される。中子若しくはマンドレルは、柔軟な材料から形成された中子外側部分から成っていてよい。中子外側部分には、成形可能でかつ抜取り可能な充填材料が充填されている。充填材料は、成形後に前記中子外側部分から取り出すことができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  風車羽根、  ２  先端部、  ３  根元部分、  ４  肩部、  ５  翼部分、  ７  移行部分、  １１  後縁、  １２  スパン、  １３  吸込面、  １４  翼弦方向、  １５  圧力面、  １６  複合材料（積層構造）、  １７  凸面状セクション、  １８  支持ウェブ、  １９  凹面状セクション、  ２０  前縁側、  ２１  後縁側、  ２２  第１の中子、  ２３  中実中子、  ２４  柔軟な充填剤量、  ２５  第２の中子、  ２６  中実中子、  ２７  柔軟な材料、  ２８  第３の中子、  ２９  中実中子、  ３０  充填材料、  ３１，３３  開口、  １００  風車ロータ羽根
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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