(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１管端と第２管端とを有する管状体を用意するステップと、
前記管状体を液体で満たすステップと、
前記管状体を閉じるステップと、
前記管状体を成形するステップと、
を備え、
前記成形するステップは、
−前記管状体に１または複数の曲げ半径を導入して蛇行形状に曲げるステップと、
前記蛇行形状は、１または複数の曲げ半径（bending radii）にそれぞれ隣接する１つ以上の略湾曲していない管セグメントを有し、
−前記略湾曲していないセグメントの管断面を変えるステップと、を含む、
管状体の成形方法。
【請求項２】
以下のステップを含む、
−前記成形するステップの前に、前記管状体の中の前記液体を加圧する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記液体は、２０ｂａｒ以上の圧力にさらされる、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記曲げ半径（bending radii）または複数の曲げ半径（bending radii）の少なくとも１つは、管直径の３倍未満である、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記管断面を変化させるために、前記管状体を金型内に配置し、力を加えることによって前記金型と一致するように成形する、
請求項１から４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
以下のステップを含む、
−成形中に圧力が所定の値を超える場合には、液体を前記管状体から排出する、
請求項１から５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
以下のステップを含む、
−成形中の液体圧力を、監視する、
請求項１から６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記管状体は、鋼材によって成形される、
請求項１から７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
第１管端と第２管端とを有し、液体が満たされた状態で閉じられ、１つ以上のセグメントまたは全体の管断面が、略多角形の断面形状である蛇行管状体であって、
−複数の曲げ半径（bending radii）と、
−前記曲げ半径（bending radii）に隣接する複数の略湾曲していないセグメントと、
を有し、
少なくとも１つの略湾曲していないセグメントが、略矩形の断面を有する。
【請求項１０】
発電機内の請求項９に記載の蛇行管状体の使用であって、
前記発電機は、電流を生成するように設計され、
−前記発電機は、その中に巻線が配置された多数の溝を有し、
−前記管状体は、略矩形の断面を有する略湾曲していない複数の管セグメントを有し、前記管状体の略湾曲していないセグメントは前記溝内に配置され、前記セグメントを通る冷却液体の流れがある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
第１の態様によれば、本発明は、管状体の成形方法に関する。別の態様によれば、本発明は、このような方法によって製造された蛇行管状体に関する。別の態様によれば、本発明は、この種の管状体の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
管状体の成形は、広く知られているプロセスである。製造後、管状体は、一般的に、略湾曲していない細長い形態である。しかし、管状体は、実際には、直線状の送出部に沿ってのみ使用されるものではないため、設置場所によっては、管状体を用いて、流体が湾曲した経路、例えば、コーナーの周りに沿って、送達されることが時々ある。これらの状況では、支線、フランジ付パイプエルボ等を使用することは必ずしも可能であるとは限らず、一方、例えば、成形によって、管状体を曲げることができる必要がある。一方、所定の開口断面にそれらを敷設することができるように、または、管状体の断面を可能な限り所定の開口断面に近づけることができるようにするために、管状体の断面形状に関して管状体を形成することができる必要がある。後者は、管状体と冷却されるべき本体との間の最良の可能な熱伝達を達成するために、冷却要素として管状体を使用する場合に特に重要である。
【０００３】
管状体を形成するときの１つの特定の課題は、管状体の崩壊または座屈または他の何らかの形での管状体の望ましくない変形を防止し、成形工程で意図される変形のみを得ることである。これを達成するために、従来技術の充填材として砂が使用される。砂は、管状体の内部断面を充填し、適切な充填密度があれば、成形中の管状体の崩壊または望ましくない圧痕を防止する。
【０００４】
たとえこの方法が、個々の曲げ半径の生成またはチューブの非円形断面の製造のような、単純な成形プロセスで可能であっても、蛇行管状体の製造のようにより複雑な成形工程の場合には、成形プロセス後に、砂を管状体から完全に除去することはもはや可能ではないという問題がある。その結果、従来技術では、蛇行管状体のように複雑な管状体形状を一体で製造することは不可能である。
【０００５】
優先権の基礎となるドイツ特許出願において、ドイツ特許商標庁は、以下の書類を特定した。ＤＥ ６９４ ０２ ０５１ Ｔ２、ＤＥ １９６ １６ ４８４ Ａ１、ＥＰ ０ ０９９ ７１４ Ａ１、ＤＥ １９９ ５２ ５０８ Ａ１、ＤＥ １０ ２０１０ ０１８ １６２ Ｂ３。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０６７８１８６号明細書の独語翻訳文（独国特許出願公開第６９４０２０５１号明細書）
【特許文献２】独国特許出願第１９６１６４８４号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第００９９７１４号明細書
【特許文献４】独国特許出願第１９９５２５０８号明細書
【特許文献５】独国特許発明第１０２０１００１８１６２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、本発明の根底をなす目的は、上述した欠点を可能な限り排除する管状体を形成する方法を示すことであった。特に、成形の複雑さに対してより高い柔軟性を可能にする管状体を形成する方法を示すことが、本発明の基本的な目的であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、請求項１の特徴によって最初に指定されたタイプの方法の場合、基礎をなす目的を達成する。特に、本発明による方法は、以下のステップを有する。第１および第２の管端部を有する管状体を用意するステップ。管状体に液体、好ましくは水を充填するステップ。管状体を閉じるステップ。管状体を形成するステップ。本発明は、管状体の複雑さに関係なく、特に、液体または気体状態での前記本体の成形後に、一方の端部または好ましくは両方の管端部が成形後に再び開かれる限り、管状体から水を除去することができるという洞察を利用する。さらに、本発明は、管が完全に充填され閉じられていれば、水または適切な油のような液体を圧縮することは困難であり、従って、液体状態にあるにもかかわらず、管内容積を適切に安定させることができるという事実を利用する。
【０００９】
本方法の特に好ましい展開では、この方法はさらに、以下の成形ステップの前に管状体内の液体を加圧するステップを含む。液体の加圧により、液体は予め充填されている。物理的に言えば、液体は完全に非圧縮性ではない。しかしながら、本発明によれば、上記方法の目的のために、水を使用する場合には、十分な非圧縮性または十分に低い圧縮性が利用可能であり、これは成形前に水に圧力をかけることによってさらに改善され得ることが見出された。加圧は、いわば、管状体の完全な充填の指標を提供する。加圧に関連する１つの特定の利点は、以下の通りである。例えば、管状体の成形時に亀裂のような漏れが発生すると、加圧液体は管状体の内部から直ちに逃げるであろう。この逃げは、容易に検出される。これにより、圧力検査が、成形時に同時に行われる。成形プロセスが完了するまで液体が逃げることがなければ、作業者は、管が、少なくとも管状体が内部から受ける圧力まで耐圧的であることをすぐに認識する。これは、大きな経済的利点を表している。
【００１０】
液体は、好ましくは２０ｂａｒ以上、特に好ましくは５０ｂａｒから２００ｂａｒの範囲の圧力に付される。
本方法の好ましい実施形態では、成形ステップは、１つ以上の曲げ半径をチューブに導入するステップを含む。要するに、内部安定剤として液体を使用する利点はより効果的であって、管状体の幾何学的形状はより複雑であり、その結果、さらに曲げ半径が管に導入される。
【００１１】
別の好ましい実施形態では、曲げ半径または複数の曲げ半径の少なくとも１つ、好ましくは複数の曲げ半径または曲げ半径の全てが管直径の３倍未満である。一方、従来技術の従来の管曲げ方法の場合、管直径の最大３倍まで容易に、約５倍の最小曲げ半径を基準にしているが、本発明による方法は、液体、特に加圧された液体を内部安定剤として使用することで著しく大きな曲げを可能とし、これにより曲げ半径が著しくより小さくなる。より好ましい実施形態では、達成可能な曲げ半径は、管直径の３倍未満から管直径の約２倍の範囲内であって、従来のように、曲げ半径も、管状体に使用される材料、特に壁厚に依存する。例えば、直径１２ｍｍ、肉厚１ｍｍ、材料としてステンレス鋼を用いた管の場合、上述した曲げ半径を達成することができる。
【００１２】
本方法の別の好ましい実施形態では、成形ステップは、管状体の１つ以上のセグメントまたは管状体全体の管の断面、好ましくは略多角形の断面形状、特に好ましくは略長方形の形状、を変更するステップを含む。略多角形または略長方形の形状は、断面の角度が技術的に可能な範囲内にあることを意味すると解釈される。管断面が、断面に多角形、特に矩形の形状を与える１以上のエッジを有するように成形することにより、管断面がこのように変形される場合には、小さなエッジ半径が内側と外側とに残されることが予想されなくてはならない。これは、略多角形または略長方形の断面形状の概念の理解を無視することができる。
【００１３】
管断面の略多角形または略長方形への変更は、好ましくは、金型内に、セグメントまたは管状体のセグメント、または完全な管状体を配置し、そして力を加えることにより金型に一致するように成形することによって、達成される。本発明によれば、例えば、金型あるいは管状体の外部に対して、および／または、パンチのやり方で金型自身を用いて、力が付与される。本発明によれば、例えば、レベリングロールを用いて、パンチやロールを用いて、例えば、管状体を変形させることが好ましい。
【００１４】
別の実施形態では、この方法は、複数の曲げ半径が管状体に導入されること、および成形ステップが、さらに管を蛇行形状に曲げるステップを含むこと、において発展している。そして、蛇行形状は、曲げ半径の１つ以上に隣接する１つ以上の略湾曲していない管セグメントを有している。
【００１５】
別の好ましい選択肢として、この方法は、以下の、成形中に圧力が所定の値を超える場合、好ましくは圧力逃がし弁によって液体を管状体から排出するステップを含む。これは、成形の進行により、圧力が著しく、好ましくは１〜１０％以上に上昇するたびに液体を吐出する過剰圧力リミッタバルブを用いて、管状体の少なくとも一方の端部を閉鎖することによって行われることが好ましい。これにより、以下が達成される。外側から力を加えて管断面を変化させると、管状体の体積が小さくなることがある。変形したばかりの管状体のセグメントが、ある点において管状体の膨らみまたは望まない変形を引き起こさないようにするために、本実施形態によれば、管状体内の圧力を略一定に保つために、液体は選択的に排出される。管状体の設計に応じて、異なる限界値がここで定義される。１mmの肉厚で材料としてステンレス鋼を用いた場合、例えば、約５０ｂａｒの圧力限界の限界値が適切であることが判明している。
【００１６】
本発明による方法の別の好ましい実施形態では、前記方法はさらに以下の工程を含む：好ましくは圧力センサを用いて、成形中の液体圧力を監視するステップ。勿論、液圧の視覚的監視は圧力逃がし弁の観察を通して行うことができるという事実とは別に、成形プロセスをより正確に制御するために管状体内の圧力上昇を定量的に検出することも好ましく、そのために、周知の圧力測定トランスデューサを使用するのが好ましい。
【００１７】
本発明による方法は、鋼材、特にステンレス鋼、または構造用鋼によって成形された管状体であることが特に判明している。
本発明の第２の態様によれば、本発明の基本的な目的は、発電機を冷却するのに適した管状体を示すことであり、発電機は、特に風力発電プラントの多極同期発電機の形態で電流を生成するために使用される。
【００１８】
本発明は、管状体が請求項１２の特徴を有するように設計されているという目的を達成する。特に、蛇行管状体は、好ましくは、管直径の３倍未満の曲げ半径を有する複数の曲げ半径と、好ましくは折れ曲がり（kinks）がなく曲げ半径に隣接する複数の略湾曲していないセグメントと、を含み、略湾曲していないセグメントの少なくとも１つ、好ましくは複数または全てが、略矩形の断面を有する。
【００１９】
管状体の略湾曲していない部分が上下に言及される場合、これは、管状体が、これらの部分において曲線ではない、即ち、直線状になるように設計されているか、熱伝達を可能にするために、少なくとも、それが発電機の溝に導入され、好ましくは溝の反対側の壁に当たっている。溝の深さ方向においてわずかな曲率がある場合、曲率はここでは重要ではない。本発明によれば、溝の深さ方向に横切る方向、すなわち溝の壁に向かう方向またはそれから離れる方向に僅かな曲率があっても、セグメントが弾性変形によって溝に移動することができれば、略湾曲していない部分が想定される。
【００２０】
本発明に係る管状体は、好ましくは０．５〜３．５ｍｍの範囲、特に好ましくは１〜２ｍｍの範囲の壁厚を有する。
別の好ましい選択肢として、本発明に係る管状体は、鋼材、特にステンレス鋼または構造用鋼によって形成される。確かに、銅管のように、より高い延性のために形状の著しく大きな変化を可能にする材料がある。しかしながら、本発明の好ましい態様は、特に電流を発生させるための発電機に使用するために、最小限の導電性を持つ管状体を設計することである。根本的に、その蛇行形状における管状体は、コイルのようにも作用し、発電機の動作中、磁極片が蛇行部を備えた溝を通過して移動すると、電力損失または干渉場が生じる可能性があり、これらは材料の適切な選択によって低く保つことができる。
【００２１】
このように、第３の態様によれば、本発明は、上述の実施形態の１つに従った蛇行管状体を発電機に使用することに関する。
特に、本発明は、可能な限り経済的な手段によって発電機の冷却を実施し、可能な限り漏れのないように冷却液を運ぶことを可能にする目的を達成する。
【００２２】
上記の考察を考慮して、管状体がその製造中に耐圧性について（暗黙のうちに）チェックされているため、上述した好ましい実施形態の１つに係る蛇行した管状体の使用が特に好ましい。
【００２３】
本発明によれば、蛇行管状体は、風力発電プラントの多極同期発電機として設計された発電機に、特に好ましく使用される。発電機、特に好ましくは発電機のステータは、好ましくはステータ巻線である巻線が配置された多数の溝を有する。管状体の略矩形の断面の複数の略湾曲していない管セグメントが、溝に導入される。冷却液体が管状体を通って流れるとき、ステータ巻線によって生成された熱を溝から直接放散することができ、同時に、ステータ内における熱の発生を抑えることができる。
【００２４】
ギアのない風力発電プラントの同期リング発電機の場合、「多極」という用語は、多数のステータ磁極、特に少なくとも４８個、しばしばさらに多くのステータティース、特に９６個のステータティースまたはそれ以上のステータティースを有する設計を意味すると解釈される。発電機の磁気的に活性な領域、すなわち、アーマチャとも呼ばれるロータとステータとの両方は、同期発電機の回転軸を中心とする環状領域に配置される。よって、特に、エアギャップの半径の０％から少なくとも５０％の範囲には、同期発電機の電流または電界を運ぶ材料がない。 特に、この内部空間は完全に自由であり、原理的にはアクセスすることもできる。この領域は、しばしばエアギャップ半径の０〜５０％、特にエアギャップ半径の０〜７０％または０〜８０％を構成することもできる。構造に依存して、この内側領域に支持構造が存在してもよいが、これは、いくつかの実施形態では、軸方向にオフセットされた設計としてもよい。ギアレス風力発電プラントのそのような同期発電機は、それらの機能のおかげで、ゆっくりと発電機を回転させる。ここで、「ゆっくりと回転する」という用語は、プラントのサイズに応じて毎分４０回転未満、特に毎分約４〜３５回転の速度を意味すると解釈される。
【００２５】
本発明は、以下の添付図面を参照して、好ましい例示的な実施形態により、より詳細に以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】蛇行する管状体の製造中の第１の方法の状態を示す図。
【図２】図１に係る方法の第２の方法状態を示す図。
【図３】図１および図２に係る方法の第３の方法状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１〜図３に示す管状体１は、その非変形状態では、略円筒形の断面を有し、図１に見られるように湾曲していない。成形ステップの準備のために、管状体１は、例えば、ブラインドプラグ等の閉塞手段によって、第１端セグメント２内において密閉されている。第２のクロージャ５は、反対側の第２端セグメント４に嵌め込まれている。第２のクロージャ５は、例えば、過剰圧力リミッタを有するチェックバルブとして設計されている。
【００２８】
管状体１は、好ましくは第２のクロージャ５を介して、液体で充填され、５０〜２００ｂａｒの範囲の圧力で加圧される。そして、管状体は、オプションとして設けられた逆止弁によって圧力密閉され、任意に設けられた圧力リミッタは、管状体１内の所定の圧力が超えた場合に、管状体１の内部から液体を排出するように設計されている。
【００２９】
充填および閉鎖され、好ましくは加圧された管状体１を用いて成形工程を実施することが可能である。図示された例示的な実施形態では、管状体１は、まず、図１に示すように、管曲げ装置１００に配置される。管曲げ装置１００は、管状体１の第１の脚部をストップ１０１に対して保持する。レバー１０３は、保持ピン１０５を中心にして管状体１を矢印Ａの方向に湾曲させる。管状体１に液体が充填されることにより、管の断面が崩壊することなく管を曲げることができ、図２に示すような状態が、曲げ加工を数回行うことによって達成される。
【００３０】
図示された例示的な実施形態の方法の中間生成物を表す、蛇行形状に曲げられた図２に示す管状体は、折れ曲がり（kinks）がなく曲げ半径９に隣接するように配置された略湾曲していない複数のセグメント７を有する。
【００３１】
好ましくは、図２に示す状態から出発して、略湾曲していないセグメント７の管断面は、変更される。これは、パンチング装置２００の金型２０３内に略湾曲していないセグメント７を連続的に配置することによって、図３に示すように達成される。金型２０３は、それらの間に、スロット幅Ｃと、好ましくはそれと同じスロット深さとを有する形状で、矩形の断面の隙間を定義する、例えば、２つの平行な棒材から構成されている。
【００３２】
矢印Ｂの方向において、パンチ２０１を上下に繰り返し動かすことにより、管の断面がスロットの断面と一致して成形されるように、管状体１は、金型２０３内において変形につながる外力を受ける。
【００３３】
液体の内圧を監視するように設計された圧力測定トランスデューサ１１は、好ましくは、第２のクロージャ５に配置される。所定の圧力値を超えると、パンチング装置２００によってもたらされる形状の変化に起因する管状体１の内部の容積の減少を考慮するために、前記圧力が超過すると、液体を手動で排出するか、または圧力リリーフバルブを自動的に開放するかのいずれかが可能である。
【００３４】
上記の例示的な実施形態から分かるように、本発明による方法は、組み合わされた曲げと管断面の形状の変化との両方に使用することができる。しかし、好ましくは加圧された液体によって管状体１の容積を安定化させる本発明に係る利点は、個々の処理ステップの両方において、すなわち、管断面の曲げのみが起こっているとき、または管断面の形状の変化が起こっているときにだけ作用する。水の使用は適切な安定化を可能にし、水の環境適合性は、その使用に有利と考えられる。
【００３５】
これに代えて、オイル等の使用も同様に想定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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