(57)【要約】  風力タービン（１）であって、第１の部分（６，９）と、該第１の部分（６，９）に接続可能な第２の部分（５，１０）と、第１の部分（６，９）に接続され該第１の部分（６，９）から突出するばね要素（１１）とを含み、ここで、ばね要素（１１）は、第２の部分（５，１０）を、第１の部分（６，９）に向かって案内するように構成されており、ここで、ばね要素（１１）は、第２の部分（５，１０）が第１の部分（６，９）に向かって案内される間に変形するように構成されている。接続される部分（５，６，９，１０）間の動きを低減する弾性案内システムが提供されているため、組み立て作業が簡単になる。特に、組み立て作業の持続時間を短縮することができる。
2021505809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービン（１）であって、
第１の部分（６，９）と、
前記第１の部分（６，９）に接続可能な第２の部分（５，１０）と、
前記第１の部分（６，９）に接続され該第１の部分（６，９）から突出するばね要素（１１）と、
を含み、
前記ばね要素（１１）は、前記第２の部分（５，１０）を、前記第１の部分（６，９）に向かって案内するように構成されており、
前記ばね要素（１１）は、前記第２の部分（５，１０）が前記第１の部分（６，９）に向かって案内される間に変形するように構成されている、
風力タービン（１）。
【請求項２】
前記ばね要素（１１）は、少なくとも０．５ｍ、１ｍ、２ｍ、または３ｍだけ前記第１の部分（６，９）から突出する、請求項１記載の風力タービン。
【請求項３】
前記第１の部分（６，９）は、少なくとも１トン、５トン、１０トン、５０トン、１００トン、または１５００トンの質量を有し、かつ／または前記第２の部分（５，１０）は、少なくとも１トン、５トン、１０トン、５０トン、１００トン、または１５００トンの質量を有する、請求項１または２記載の風力タービン。
【請求項４】
前記ばね要素（１１）は、金属、特に鋼もしくはアルミニウムで製造されており、または前記ばね要素（１１）は、プラスチック材料、特にゴムで製造されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の風力タービン。
【請求項５】
さらに、前記第１の部分（６，９）または前記第２の部分（５，１０）に接続されかつ当該第１の部分（６，９）または第２の部分（５，１０）から突出する堅固な案内要素（１３）を含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の風力タービン。
【請求項６】
前記堅固な案内要素（１３）は、０．５ｍ、０．２５ｍ、０．１５ｍ、または０．１ｍ未満だけ前記第１の部分（６，９）または前記第２の部分（５，１０）から突出する、請求項５記載の風力タービン。
【請求項７】
さらに、前記第１の部分（６，９）に接続されかつ当該第１の部分（６，９）から突出するさらなるばね要素（１２）を含み、前記さらなるばね要素（１２）は、前記第２の部分（５、１０）を、前記第１の部分（６，９）に向かって案内するように構成されており、前記さらなるばね要素（１２）は、前記第２の部分（５，１０）が前記第１の部分（６，９）に向かって案内される間に変形するように構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の風力タービン。
【請求項８】
前記第１の部分はハブ（６）であり、前記第２の部分はブレード（５）である、請求項１から７までのいずれか１項記載の風力タービン。
【請求項９】
前記第１の部分は、タワー区分（９）、ナセル区分、発電機、ハブ区分またはブレード区分（８）であり、前記第２の部分は、タワー区分（１０）、ナセル区分、発電機、ハブ区分またはブレード区分（８）である、請求項１から７までのいずれか１項記載の風力タービン。
【請求項１０】
前記ばね要素（１１）は、第１のばね部分（２０）および第２のばね部分（２１）を含み、前記第１のばね部分（２０）と前記第２のばね部分（２１）との間の角度（α）は、１００°〜１７０°の間、１１０°〜１６０°の間、１２０°〜１５０°の間、または１３０°〜１４０°の間である、請求項１から９までのいずれか１項記載の風力タービン。
【請求項１１】
前記ばね要素（１１）は、前記第１のばね部分（２０）と前記第２のばね部分（２１）との間に配置されかつ前記第１のばね部分（２０）を前記第２のばね部分（２１）に接続する接続部分（２２）を含み、前記接続部分（２２）は、前記第２の部分（５，１０）に接触する、請求項１０記載の風力タービン。
【請求項１２】
風力タービン（１）の組み立てのための方法であって、
ａ）第１の部分（６，９）と、第２の部分（５，１０）と、前記第１の部分（６，９）に接続されかつ当該第１の部分（６，９）から突出するばね要素（１１，１２）とを設けるステップ（Ｓ１）と、
ｂ）前記ばね要素（１１，１２）を用いて前記第２の部分（５，１０）を、前記第１の部分（６，９）に向かって案内するステップ（Ｓ２）であって、前記ばね要素（１１，１２）は、前記第２の部分（５，１０）が前記第１の部分（６，９）に向かって案内される間に変形するステップ（Ｓ２）と、
ｃ）前記第２の部分（５，１０）を、前記第１の部分（６，９）に接続するステップ（Ｓ３）と、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力タービンおよび風力タービンの組み立てのための方法に関する。
【０００２】
最新の風力タービンのローターブレードは、繊維強化プラスチックで形成されている。ローターブレードは、典型的には、丸みのある前縁と鋭利な後縁とを有する翼を含む。ローターブレードは、自身のブレードの翼根で風力タービンのハブに接続されている。ローターブレードは、ローターブレードのピッチ運動を可能にするピッチベアリングを用いてハブに接続されている。このピッチベアリングは、通常、転動体軸受である。ローターブレードが長いほど、ローターブレードとの相互作用で受ける風の力は強くなる。この力は、ローターブレードのピッチベアリングを介してハブに伝わる。
【０００３】
風力タービンの組み立ての場合、特に、ブレードをハブに接続する場合には、例えば、１つのシナリオとして、ボルトまたはガイドピンを、例えば数ミリメートル（ｍｍ）のクリアランスしかない孔部に貫通させる必要が生じることがある。例えば、そのような作業は、例えば５０〜１５０メートル（ｍ）の高さの現場で行われるので困難を伴う可能性がある。またそのような作業は、それぞれの高さにおいて必然的に存在する動きのために、より困難になる可能性もある。これらの動きは、５０〜５００ｍｍの間の大きさを有し得る。
【０００４】
本発明の１つの課題は、改良された風力タービンを提供することである。
【０００５】
したがって、次のような風力タービンが提供される。すなわち、この風力タービンは、第１の部分と、該第１の部分に接続可能な、特に第１の部分に接続された第２の部分と、第１の部分に接続され該第１の部分から突出するばね要素とを含み、ここで、ばね要素は、第２の部分を、第１の部分に向かって案内するように構成されており、ここで、ばね要素は、第２の部分が第１の部分に向かって案内されている間、変形するように構成されている。
【０００６】
この風力タービンの利点は次のとおりである。接続される部分間の動きを低減する弾性案内システムが提供されているため、組み立て作業が簡単になる。特に、組み立て作業の持続時間を短縮することができる。したがって、コストも削減することができる。さらに、第１の部分と第２の部分との間で衝撃的な相対運動を防止する、第１の部分と第２の部分との間の迅速な弾性接続が提供されるため、第１の部分と第２の部分との間の積み重ねが回避され得る。
【０００７】
ばね要素は、第２の部分が接続のために第１の部分に向かって動かされる間、第２の部分を、第１の部分に向かって案内するように構成されている。好適には、ばね要素は、第２の部分が第１の部分に向かって案内される間に、単に弾性変形するように構成されている。ばね要素は、案内運動中に、例えばハウジングの内面または第２の部分の外殻と相互作用する。
【０００８】
特に、第２の部分は、第１の部分に向かって嵌合方向を有し、ここで、ばね要素は、第２の部分が第１の部分に向かって案内される間に、嵌合方向に対して実質的に垂直に変形または湾曲する。
【０００９】
好適には、第１および第２の部分の接続状態では、ばね要素は第２の部分の内部空間に突出する。特に、ばね要素には、第１および第２の部分の接続状態で、例えば嵌合方向に対して垂直および／または例えば径方向に弾性的に予荷重がかけられる。
【００１０】
「風力タービン」とは、目下、風の運動エネルギーを回転エネルギーに変換する装置を指し、この回転エネルギーは、当該装置により、再び電気エネルギーに変換することができる。一実施形態によれば、ばね要素は、少なくとも０．５ｍ、１ｍ、２ｍ、または３ｍだけ第１の部分から突出している。
【００１１】
このことは、第２の部分の内部空間内へのばね要素の嵌合が、第１の部分と第２の部分との間のそれぞれの距離で実行できるという利点を有する。付加的または代替的に、ばね要素は、少なくとも０．５ｍ、１ｍ、２ｍ、または３ｍだけ第１の部分に対する接続インターフェースから突出し得る。そのような接続インターフェースは、例えば第１の部分のフランジに設けられてもよい。
【００１２】
さらなる実施形態によれば、第１の部分は、少なくとも１トン、５トン、１０トン、５０トン、１００トン、または１５００トンの質量を有し、かつ／または第２の部分は、少なくとも１トン、５トン、１０トン、５０トン、１００トン、または１５００トンの質量を有する。
【００１３】
このことは、時間消費の削減とともに重量部分の接続が容易になり得るという利点を有する。特に、第１の部分の質量は１０トン〜１５００トンの間であり、かつ／または第２の部分の質量は１０トン〜１５００トンの間であり得る。
【００１４】
さらなる実施形態によれば、ばね要素は、金属、特に鋼もしくはアルミニウムで製造され、またはプラスチック材料、特にゴムで製造されている。
【００１５】
特に、鋼は、ばね鋼であってもよい。このことは、十分な弾性が提供され、脆性破壊を引き起こしかねない堅固な挙動が回避され得るという利点を有する。
【００１６】
さらなる実施形態によれば、風力タービンは、第１の部分または第２の部分に接続されかつ当該第１の部分または第２の部分から突出する堅固な案内要素を含む。
【００１７】
このことは、付加的に、第２の部分の堅固な案内が実行できるという利点を有する。特に、この堅固な案内要素とは案内ピンまたはボルトである。好適には、これらの堅固な案内要素に対応する孔部が、第１の部分または第２の部分に設けられている。
【００１８】
さらなる実施形態によれば、堅固な案内要素は、０．５ｍ、０．２５ｍ、０．１５ｍ、または０．１ｍ未満だけ第１の部分または第２の部分から突出する。
【００１９】
このことは、第１のステップにおいて、長いリーチを有する弾性的な案内部（ばね要素）を用いて第２の部分が、第１の部分に向かって案内され、第２のステップにおいて、短いリーチを有する堅固な案内部（堅固な案内要素および対応する孔部）を付加的または単に用いて第２の部分が、第１の部分に向かって案内されるという利点を有する。したがって、第１の部分および第２の部分の正確な接続が可能である。
【００２０】
さらなる実施形態によれば、風力タービンは、第１の部分に接続されかつ当該第１の部分から突出するさらなるばね要素を含み、ここで、さらなるばね要素は、第２の部分を、第１の部分に向かって案内するように構成され、さらに、第２の部分が第１の部分に向かって案内される間に変形するように構成されている。
【００２１】
このことは、第１の部分に対する第２の部分の明確に規定された案内移動が実行され得るという利点を有する。好適には、一ばね要素が第１のばね要素であり、さらなるばね要素は第２のばね要素である。特に、３つ、４つ、または５つの好適には同一のばね要素が設けられている。これらのばね要素は、同一であってもよい。
【００２２】
さらなる実施形態によれば、第１の部分はハブであり、第２の部分はブレードである。
【００２３】
このことは、ハブへのブレードの取り付けプロセスが改善できるという利点を有する。
【００２４】
さらなる実施形態によれば、第１の部分は、タワー区分、ナセル区分、発電機、ハブ区分またはブレード区分であり、第２の部分は、タワー区分、ナセル区分、発電機、ハブ区分またはブレード区分である。
【００２５】
さらなる実施形態によれば、ばね要素は、第１のばね部分および第２のばね部分を含み、ここで、第１のばね部分と第２のばね部分との間の角度は、１００°〜１７０°の間、１１０°〜１６０°の間、１２０°〜１５０°の間、または１３０°〜１４０°の間である。
【００２６】
したがって、第１のばね部分と第２のばね部分との間の弾性湾曲が容易になる。好適には、さらなるばね要素は、一ばね要素と同一である。特に、一ばね要素およびさらなるばね要素は、相互に対向するように配置され、ここで、一ばね要素の第１のばね部分およびさらなるばね要素の第１のばね部分は、テーパー状の案内が提供されるように互いに向かって湾曲する。
【００２７】
さらなる実施形態によれば、ばね要素は、第１のばね部分と第２のばね部分との間に配置されかつ第１のばね部分を第２のばね部分に接続する接続部分を含み、ここで、該接続部分は、第２の部分に接触する。
【００２８】
特に、接続部分は、ばね要素の座屈部分または角部分であり、ここで、第１および第２のばね部分は、直線ビーム部分として提供され得る。
【００２９】
さらに、風力タービン、特に風力タービンブレードなどの組み立てのための方法が提供される。この方法は、ａ）第１の部分と、第２の部分と、前記第１の部分に接続されかつ当該第１の部分から突出するばね要素とを設けるステップと、ｂ）ばね要素を用いて第２の部分を、第１の部分に向かって案内するステップであって、ここで、ばね要素は、第２の部分が第１の部分に向かって案内される間に変形するステップと、ｃ）第２の部分を、第１の部分に接続させるステップとを含む。
【００３０】
本発明の装置を参照して説明される実施形態および特徴は、必要な変更を加えて、本発明の方法に適用される。
【００３１】
本発明のさらなる可能な実施手段または代替的手段はまた、実施形態に関して上記もしくは下記で説明された特徴の組み合わせ（本明細書では明示的に言及されていない）を包含する。また当業者であるならば、本発明の最も基本的な形態に対して、個別のもしくは無縁の態様および特徴を追加することもできよう。
【００３２】
本発明のさらなる実施形態、特徴および利点は、添付の図面と併せて、以下の説明および従属請求項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】一実施形態による風力タービンの斜視図
【図２】図１による風力タービンの風力タービンブレードの斜視図
【図３】図１による風力タービンのローターの部分斜視図
【図４】図１の線ＩＶ−ＩＶの断面図
【図５】図１による風力タービンのばね要素の側面図
【図６】図５の線ＶＩ−ＶＩの断面図
【図７】風力タービンを組み立てるための方法の概略的なブロック図
【００３４】
図中、別段の指示がない限り、同様の参照番号は、同様または機能的に同等の要素を示す。
【００３５】
図１は、風力タービン１を示す。風力タービン１は、ナセル３の内部に配置された発電機（図示せず）に接続されたローター２を含む。ナセル３は、風力タービン１のタワー４の上端に配置されている。タワー４は、第１のタワー区分９と、第１のタワー区分９に接続された第２のタワー区分１０とを含むことができる。
【００３６】
ローター２は、３つのローターブレード５を含む。ローターブレード５は、風力タービン１のハブ６に接続されている。この種のローター２は、例えば、３０メートル〜２００メートルまたはそれ以上の範囲の直径を有し得る。ローターブレード５は、高い風荷重を受ける。同時に、ローターブレード５は、軽量である必要がある。これらの理由により、最新の風力タービン１のローターブレード５は、繊維強化複合材料から製造されている。ここでは、一般に、コスト上の理由からガラス繊維が炭素繊維よりも好適である。多くは、単方向繊維マットの形態のガラス繊維が使用されている。
【００３７】
図２は、ローターブレード５を示す。このローターブレード５は、風力エネルギーの最適利用のために成形された空気力学的に設計された部分７と、ローターブレード５をハブ６に接続するための翼根８とを含む。
【００３８】
図３は、風力タービン１のローター２の部分斜視図を示す。それに応じて、第１の部分と、該第１の部分に接続可能な第２の部分とが設けられている。第１の部分は、少なくとも１トン、５トン、１０トン、５０トン、１００トン、または１５００トンの質量を有し得る。第２の部分も、少なくとも１トン、５トン、１０トン、５０トン、１００トン、または１５００トンの質量を有し得る。
【００３９】
このケースでは、第１の部分はハブ６であり、第２の部分はブレード５である。さらに、ハブ６に接続された一ばね要素１１およびさらなるばね要素１２が設けられている。これらのばね要素１１，１２は、ハブ６から突出し、ここで、これらのばね要素１１，１２は、ブレード５をハブ６に向かって案内するように構成されており、さらにここでは、これらのばね要素１１，１２は、ブレード５がハブ６に向かって案内される間に変形するように構成されている。
【００４０】
ばね要素１１，１２は、金属、特に鋼もしくはアルミニウムで製造されてもよいし、またはプラスチック材料、特にゴムで製造されてもよい。さらに、風力タービン１は、翼根８に接続され、該翼根８から突出する堅固な案内要素１３を含む。特に、この堅固な案内要素１３は、案内ピンまたはボルトである。堅固な案内要素１３は、０．５ｍ、０．２５ｍ、０．１５ｍ、または０．１ｍ未満だけ翼根８から突出している。ハブ６は、案内要素１３に対応する孔部（図示せず）を含む。これらの孔部および案内要素１３は、フォームフィット接続を形成するように構成されている。
【００４１】
ブレード５が組み立てプロセス中に嵌合方向Ｘでハブ６に向かって移動すると、最初に、ばね要素１１，１２が、翼根８の内面１５によって取り囲まれた翼根８の内部空間１４に係合する。次いで、ブレード５を、ばね要素１１，１２を用いて嵌合方向Ｘでハブ６に向かって案内することができる。このブレード５の案内中に、ばね要素１１，１２は、嵌合方向Ｘに垂直な径方向内方Ｒへ変形および／または湾曲する。
【００４２】
代替的に、第１の部分は、タワー区分９，１０、ナセル区分、発電機、ハブ区分またはブレード区分８であり、第２の部分は、タワー区分９，１０、ナセル区分、発電機、ハブ区分またはブレード区分８であり得る。
【００４３】
図４は、図１の線ＩＶ−ＩＶの断面図を示す。ばね要素１１，１２は、特にボルトを用いてハブ６のフランジ１６に接続されている。ばね要素１１，１２は、長さＬ１だけハブ６から突出している。この長さＬ１は、少なくとも０．２、０．３、０．４、０．５ｍ、１ｍ、２ｍ、または３ｍであってよい。ばね要素１１，１２は、さらに長さＬ２だけフランジ１６から突出する。この長さＬ２は、少なくとも０．５ｍ、１ｍ、２ｍ、３ｍ、または４ｍであってよい。
【００４４】
ブレード５は、さらに内面１５を有するハウジングまたは外殻１７を含む。ばね要素１１，１２は、内面１５によってそれぞれ径方向内方Ｒに押し出され、それぞれ径方向内方Ｒに対して予荷重がかけられる。ばね要素１１，１２の端部１８，１９から始まる第１および第２のばね要素１１，１２の間の距離Ａは、嵌合方向Ｘで増加する。したがって、内部空間１４へのばね要素１１，１２の嵌合が容易になりかつ案内の効果が嵌合方向Ｘで増加する。
【００４５】
図５は、ばね要素１１の側面図を示す。このばね要素１１は、第１のばね部分２０と第２のばね部分２１とを含む。第１のばね部分２０と第２のばね部分２１との間の角度αは、１００°〜１７０°の間、１１０°〜１６０°の間、１２０°〜１５０°の間、または１３０°〜１４０°の間である。
【００４６】
さらに、ばね要素１１は、第１のばね部分２０と第２のばね部分２１との間に配置されかつ第１のばね部分２０を第２のばね部分２１に接続する接続部分２２を含む。この接続部分２２は、例えば内面１５に接触する（図４参照）。
【００４７】
接続部分２２は、ばね要素１１の座屈部分または角部分であってもよい。第１および第２のばね部分２１，２２は、直線ビーム部分として提供されてもよい。そのうえさらに、フランジ部分２４は、フランジ１６に接続されるように設けられている（図４参照）。これらの部分２０，２１，２２，２４は、一体型要素として提供されてもよい。
【００４８】
図６は、ばね要素１１の、特に第１のばね部分２０の線ＶＩ−ＶＩの断面図を示す。ばね要素１１の断面２３は、実質的に矩形形状を有し得る。断面２３の長さＢ１は、断面２３の幅Ｂ２より小さくてもよい。幅Ｂ２は、長さＢ１の７５％、５０％、または２５％未満であってもよい。したがって、幅Ｂ２周りのばね要素１１の湾曲は、比較的小さな労力で変形を容易にさせる。
【００４９】
第１のばね要素１１に関して述べられたすべての特徴は、第２のばね要素１２に関しても提供され得ることを理解されたい。
【００５０】
図７は、風力タービン１の組み立てのための方法の概略的なブロック図を示す。
【００５１】
ステップＳ１では、第１の部分と、第２の部分と、第１の部分に接続されかつ当該第１の部分から突出するばね要素１１，１２とが設けられている。ステップＳ２では、ばね要素１１，１２を用いて第２の部分が、第１の部分に向かって案内され、ここで、ばね要素１１，１２は、第２の部分が第１の部分に向かって案内される間に変形する。
【００５２】
ステップＳ２は、好適には、長いリーチを有する弾性的な案内部（ばね要素１１，１２）を用いて第２の部分を、第１の部分に向かって案内する第１のステップと、短いリーチを有する堅固な案内部（堅固な案内要素および対応する孔部）を付加的または単に用いて第２の部分を、第１の部分に向かって案内する第２のステップとを含む。
【００５３】
ステップＳ３では、第２の部分が第１の部分に接続されて固定されている。
【００５４】
ここまで本発明を好適な実施形態に従って説明してきたが、当業者にとってはすべての実施形態において変更が可能であることは明らかである。
【００５５】
図１から図６に関して風力タービン１について説明されたすべての特徴は、図７の方法にも提供されることを理解されたい。
【図１】
2021505809.tif 000003
【図２】
2021505809.tif 000004
【図３】
2021505809.tif 000005
【図４】
2021505809.tif 000006
【図５】
2021505809.tif 000007
【図６】
2021505809.tif 000008
【図７】
2021505809.tif 000009
【国際調査報告】
2021505809.tif 000010
2021505809.tif 000011