(57)【要約】  本発明は、風力タービン用のロータブレード、風力タービン用のロータ、風力タービン、ロータブレードの製造方法、ロータブレードのロータハブへの接続方法、および風力タービンのロータの修理方法に関する。ロータブレードは、接続インタフェースを有し、接続インタフェースは、ロータブレードを風力タービンの別の要素に接続するためのテンション要素を受け入れるための少なくとも１つの切り欠きを有し、切り欠きの外周面は、接続材料によって形成され、雌ネジを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続インタフェースを使用し、
前記接続インタフェースは、ロータブレードを風力タービンの別の要素に接続するためのテンション要素を受け入れるための少なくとも１つの切り欠きを有し、
前記切り欠きの外周面は、接続材料によって形成され、雌ネジを有している、
風力タービン用のロータブレード。
【請求項２】
前記切り欠きは、ブラインド穴の形態で構成されている、
請求項１に記載のロータブレード。
【請求項３】
前記切り欠きは、雌ネジを開けて導入することで得られる、
請求項１または２に記載のロータブレード。
【請求項４】
前記切り欠きは、少なくとも前記切り欠きの直径の倍数に対応する深さを有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のロータブレード。
【請求項５】
前記切り欠きは、少なくとも、前記切り欠きの直径の３倍、好ましくは、６倍、特に、最大で１２倍に対応する深さを有する、
請求項１から４のいずれか１項に記載のロータブレード。
【請求項６】
前記ロータブレード材料および／または前記接続材料は、繊維強化複合材料、特に、繊維プラスチック複合材料、好ましくは、ガラス繊維強化エポキシ樹脂複合材料である、
請求項１から５のいずれか１項に記載のロータブレード。
【請求項７】
前記ロータブレードの材料および／または前記接続材料は、特に、剛性の尺度として使用される、それぞれの材料の弾性係数および/または剪断係数で、前記テンション要素の材料の剛性よりも低い剛性を有している、
請求項１から６のいずれか１項に記載のロータブレード。
【請求項８】
前記ロータブレードの材料および／または前記接続材料は、特に、剛性の尺度として使用される、それぞれの材料の弾性係数および／またはせん断係数で、前記テンション要素の材料の剛性よりも何倍も低い、好ましくは、少なくとも５倍低い、例えば、少なくとも７倍低い剛性を有する、
請求項１から７のいずれか１項に記載のロータブレード。
【請求項９】
前記接続インタフェースは、多数の切り欠きを有している、
請求項１から８のいずれか１項に記載のロータブレード。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の前記ロータブレードの形態で構成される第１のロータブレードセグメントと、
請求項１から９のいずれか１項に記載の前記ロータブレードの形態で構成される第２のロータブレードセグメントと、
前記第１のロータブレードセグメントの切り欠きに受け入れられ、前記第２のロータブレードセグメントのテンションアンカに固定されている第１のテンション要素と、
前記第２のロータブレードセグメントの切り欠きに受け入れられ、前記第１のロータブレードセグメントのテンションアンカに固定されている第２のテンション要素と、
を備えた組み立てロータブレード。
【請求項１１】
ロータハブと、前記ロータハブに固定された少なくとも１つのロータブレードとを備え、
少なくとも１つの前記ロータブレードは、請求項１から９のいずれか１項に記載のロータブレードとして構成されている、
風力タービン用のロータ。
【請求項１２】
前記テンション要素は、前記切り欠き内に接着剤によって接着されている、
請求項１１に記載のロータ。
【請求項１３】
タワーと、前記タワー上に配置されロータを有するナセルと、を備え、前記ロータは、ロータハブと、前記ロータハブに固定された少なくとも１つのロータブレードとを有し、請求項１から９のいずれか１項に記載のロータブレード、および／または、前記ロータは、請求項１１に記載のように構成される、
風力タービン。
【請求項１４】
請求項１から９のいずれか１項に記載のロータブレードの製造方法であって、
接続インタフェースを有するロータブレードを提供するステップと、
ドリルで前記接続インタフェースに少なくとも１つの切り欠きを作成し、雌ネジを導入するステップと、
を備えた方法。
【請求項１５】
請求項１から９のいずれか１項に記載のロータブレードを提供するステップと、
接着剤を切り欠きへ導入するステップと、
テンション要素を前記切り欠きへねじ込んで、前記ロータブレードを前記ロータハブへ固定するステップと、
を備えたロータブレードのロータハブへの接続方法。
【請求項１６】
上記請求項のいずれか１項に記載の風力タービン用のロータの修理方法、特に、ロータブレードのロータハブへの接続を修理する方法であって、
前記切り欠きからテンション要素を開放するステップと、
前記切り欠きをより大きな直径に拡大し、雌ネジを導入するステップと、
前記テンション要素を切り欠きへねじ込むことで、前記ロータハブへ前記ロータブレードを固定するステップと、
を備えた方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力タービン用ロータブレードおよびロータ、風力タービン、ロータブレードの製造方法、ロータブレードのロータハブへの接続方法および風力タービンのロータの修理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際特許出願公開第２０１３／０８３４５１号、独国特許出願公開第１９７ ３３ ３７２号明細書、独国特許出願公開第１０３ ２４ １６６号明細書、独国特許出願公開第１９９ ６２ ９８９号明細書、独国特許出願公開第１０ ２００６ ０２２ ２７９号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０８８ ０２５号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１４ ２０６ ６７０号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１５ １２０ １１３号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１６ １１０ ５５１号明細書、独国特許出願公開第１０２ ０１ ７２６号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１４ ２０５ １９５号明細書または独国特許出願公開第１０ ２０１４ ２２０ ２４９号明細書に記載されているように、ロータブレードを風力発電プラントのロータブレードハブに固定するため、またはロータブレードセグメントを互いに固定するための様々な解決策がある。
【０００３】
接続には、高い信頼性要件が課せられるが、同時に簡単で安価な製造と組み立てが望まれる。
本願の優先権主張出願について、ドイツ特許商標庁は、以下の先行技術文献をサーチした：独国特許発明第１０ ２０１５ ２１２ ９０６号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１４ ０１８ ２８０号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０５０ ９６６号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１５ ００７ ９７７号明細書。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０ ２０１５ ２１２ ９０６号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０ ２０１４ ０１８ ２８０号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０５０ ９６６号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０ ２０１５ ００７ ９７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
よって、本発明の目的は、既存の解決策に関連して改善された、風力タービン用のロータブレード、風力タービン用のロータ、風力タービン、ロータブレードを製造する方法、ロータブレードをロータハブに接続する方法、風力タービンのロータを修理する方法を提供することである。特に、本発明の目的は、コストを節約し、かつ／または簡素化され、かつ／または特に効率的および／または信頼性が高い、風力タービン用のロータブレード、風力タービン用のロータ、風力タービン、ロータブレードを製造する方法、ロータブレードをロータハブに接続する方法、および風力タービンのロータを修理するための方法を提供することである。
【０００６】
前記目的は、本発明によれば、接続インタフェースを有する風力タービン用のロータブレードによって達成され、接続インタフェースは、ロータブレードを風力タービンの別の要素に接続するためのテンション要素を受け入れるための少なくとも１つの切り欠きを有し、切り欠きの外周面は、ロータブレードの材料で形成され、雌ネジを有する。
本発明は、とりわけ、例えば、既存の横方向のボルト接続が、実際には、一般に、頑丈で信頼性があり、製造が容易であるという知識に基づいている。しかしながら、現在、これらの接続で発生する追加の重量と接続に必要なスペースが制限要因となることがよくある。本発明はさらに、接着剤で結合されたネジ付きスリーブを有する既存のロータブレード接続もまた、特に、高コストに関連し、その後大きな困難を伴う場合にのみ交換できるという知識に基づいている。
【０００７】
対照的に、ここで説明する解決策では、接続インタフェースのロータブレードの材料に直接切り欠きが形成されているため、追加のスペースやネジ付きスリーブや追加の材料が必要ないため、非常に軽量で省スペースの接続が可能になる。この方法では、既存の解決策と比較して、所定のロータブレード形状、特に、特定の接続形状の切り欠きとテンション要素の数を大幅に増やすことができる。ここで説明する解決策は、生産がより速く簡単になり、必要な部品が少ないため（例えば、接着剤で接着するための個別のスリーブが不要など）、コスト削減にもつながる。
【０００８】
ここで説明する解決策は、接続を修復することも有利に可能にする。切り欠きの直径は、必要に応じて、例えば、ドリルで穴を開けて再度カットするか、またはねじ込みインサートを挿入することで拡大することができる。この方法では、テンション要素（恐らく同様に対応してより大きな直径、または、特に、ねじ込みインサートを使用する場合には、より小さなまたは同一の直径でもよい）が、拡大された切り欠きに再び導入されてもよい。
【０００９】
テンション要素は、好ましくは、接着剤の材料で切り欠きに導入される。接着剤の材料は、テンション要素の前および／または同時および／または後に、切り欠きに導入される。好ましくは、テンション要素が導入された後に接着剤を切り欠きに導入することもできるように、例えば、ボアの形態の充填経路、または複数の充填経路を設けることができる。
【００１０】
接続インタフェースは、好ましくは、ロータブレードの長手方向軸が実質的に直交する平面にある。接続インタフェースは、好ましくは、環状構成であってもよい、および／または、環状端面を有していてもよい。
本願では、ロータブレードは、特に、さらなるロータブレードセグメントに接続されてロータブレードを形成することができるロータブレードセグメントを意味するとも理解される。ロータブレードは一般に、その主広がり方向がロータブレード根元からロータブレード先端まで縦軸に沿って延びる。２つの組み立てられたロータブレードセグメントを含むロータブレードは、組立てロータブレードと呼ばれることもある。
【００１１】
切り欠きは、特に、ロータブレードを、例えば、ロータブレードハブおよび／またはロータブレードアダプタおよび／または（別の）ロータブレードセグメントなどの風力タービンの別の要素に接続するために使用される。有利な改良では、風力タービンの別の要素、例えば、ロータブレードハブおよび／またはロータブレードアダプタおよび／または（別の）ロータブレードセグメントは、同様に、接続インタフェースを有しており、接続インタフェースは、別の要素をロータブレードに接続するためのテンション要素を受け入れるための少なくとも１つの切り欠きを有し、切り欠きの外周面は、接続材料で形成され、雌ネジを有する。
【００１２】
これは、２つのロータブレードセグメントを相互に接続する場合に特に適している。
好ましくは、ロータブレードの、および風力タービンの別の要素のそれぞれの切り欠きは、互いに対してオフセットして配置される。この方法では、テンション要素は、ロータブレードと別の要素で交互に受け入れることができる。さらに好ましくは、ロータブレードは、別の要素の切り欠きに受け入れられたテンション要素を、ロータブレードに固定するために配置されたテンション要素アンカを有している。さらに好ましくは、別の要素は、ロータブレードの切り欠きに受け入れられたテンション要素を、別の要素に固定するために配置されるテンション要素アンカを有している。テンション要素アンカは、開口部および／またはアンカエレメント、例えば、Ｄボルトを含むことができる。
【００１３】
例示的な実施形態では、ここで説明されるようなロータブレードの形態で構成される第１のロータブレードセグメントと、ここで説明されるようなロータブレードの形態で構成される第２のロータブレードセグメントと、第１のロータブレードセグメントの切り欠きに受け入れられ第２のロータブレードセグメントのテンションアンカに固定されている第１のテンション要素と、第２のロータブレードセグメントの切り欠きに受け入れられ第１のロータブレードセグメントのテンションアンカに固定されている第２のテンション要素と、を備えた組み立てロータブレードを形成することが有利に可能である。好ましくは、２つのロータブレードセグメントはそれぞれ、好ましくは複数のテンション要素アンカと交互に配置された複数の切り欠きとの接続インタフェースを有している。多数の切り欠きおよび／または多数のテンション要素アンカは、環状に、例えば、好ましくは同心円状に配置されるリングの形態または２つ以上のリングの形態で配置することができる。組み立てロータブレードの利点は、特に、２つのロータブレードセグメントの軽くて薄い接続であって、限られたスペースに多数のテンション要素を配置できるようになることである。
【００１４】
切り欠きは、好ましくは、実質的に円筒形の構成である。さらに好ましくは、切り欠きは、第１の直径を有する実質的に円筒形のシャフト部分を有し、第２の直径を有し開口部に隣接する幅広のヘッド部分を有し、第２の直径は、第１の直径より大きい。切り欠きの長手方向において、シャフト部分は、好ましくはヘッド部分よりも長く、特に、ヘッド部分より何倍も長い。
【００１５】
切り欠きの長手方向軸は、好ましくは、ロータブレードの長手方向軸に実質的に平行である。
切り欠きに受け入れられるテンション要素は、好ましくは、雄ネジを有し、切り欠きの雌ネジおよびテンション要素の雄ネジは、好ましくは、互いに係合するように構成される。
【００１６】
切り欠きに受け入れられたテンション要素は、ロータブレードを固定するために、例えば、その端が切り欠きから突き出た状態で、風力タービンの別の要素（ロータハブ、ロータブレードアダプタまたは（別の）ロータブレードセグメント）を受け入れる。他の固定タイプであってもよい。
好ましい実施形態によれば、切り欠きがブラインド穴の形態で構成されるように提供される。ブラインド穴の開口部は、好ましくは、接続インタフェースの端面にある。長手方向軸に沿った切り欠きの長手方向の範囲は、好ましくは、そこに受け入れられるテンション要素のその部分の長さよりも長い。
【００１７】
切り欠きは、雌ネジをあけて導入することによって得られることがさらに好ましい。特に、切り欠きは、ドリルで、好ましくは、続いて、雌ネジを導入することによって得られることが好ましい。
さらに好ましい実施形態では、切り欠きが、切り欠きの直径の少なくとも倍数に対応する深さを有するように提供される。深さは、好ましくは、切り欠きの縦軸に沿った範囲に対応する。
【００１８】
さらに好ましいさらなる発展は、切り欠きが、切り欠きの直径の少なくとも３倍、好ましくは、少なくとも６倍に対応する深さを有することを特徴とする。切り欠きは、切り欠きの直径の最大で１２倍に対応する深さを有することが好ましい。
切り欠きの直径が、長手方向軸に直交する接続インタフェースの範囲の約３分の１、好ましくは、約１０〜５０％、特に、２０〜４０％に対応することがさらに好ましい。
【００１９】
好ましい発展は、ロータブレードがロータブレード材料を有するか、または実質的にロータブレード材料から構成されることを特徴とする。接続インタフェースが接続材料を有するか、または接続材料から実質的に構成されることがさらに好ましい。好ましい実施形態では、ロータブレードの材料と接続材料が同じになるように提供される。接続材料は、ロータブレード材料との関係で強化することができる。
【００２０】
ロータブレードの接続インタフェースおよび／または他の部品は、例えば、同様に好ましくは、全体的にまたは主に、接続材料および／またはロータブレード材料から構成される補強材を含むこともできる。
好ましくは、接続インタフェースは、ロータブレードと一体的に製造され、および／または、ロータブレードと一体に構成される。
【００２１】
この場合、ロータブレード材料が繊維強化複合材料、特に、繊維プラスチック複合材料、好ましくは、ガラス繊維強化エポキシ樹脂複合材料であることが特に好ましい。接続材料が、繊維強化複合材料、特に、繊維プラスチック複合材料、好ましくは、ガラス繊維強化エポキシ樹脂複合材料であることがさらに好ましい。
使用される繊維材料は、好ましくは、有機繊維、および／または無機繊維、および／または天然繊維であってもよい。
【００２２】
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、例えば、ダイニーマ繊維などの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、亜麻繊維またはサイザル麻繊維である。
好ましくは、繊維強化複合材料のマトリックス材料は、プラスチックを含むか、またはプラスチックで構成される。プラスチックは、好ましくは、熱可塑性物質および／または熱硬化性物質を含むか、またはそれらから構成される。特に好ましいのは、例えば、ポリエステル樹脂（ＵＰ）および／またはエポキシ樹脂などの熱硬化性プラスチック、および／またはポリアミドなどの熱可塑性プラスチックである。繊維強化複合材料のマトリックスマトリックス材料は、セメントおよび／またはコンクリートおよび／または金属および／またはセラミックおよび／または炭素を含むか、またはそれらから構成される。
【００２３】
さらに好ましい実施形態では、ロータブレード材料および／または接続材料が、特に、剛性の尺度として使用される、それぞれの材料の弾性係数および／またはせん断係数で、テンション要素の材料の剛性よりも何倍も低い、好ましくは、少なくとも５倍低い、例えば、少なくとも７倍低い剛性を有する。
テンション要素は、好ましくは鋼を含むか、全体的に、または、主に鋼から構成される。
【００２４】
さらに好ましいさらなる発展は、接続インタフェースが多数の切り欠きを有することを特徴とする。多数の切り欠きは、１列または複数列に配置される。この場合、切り欠きが円形経路上にあるか、または２つ、３つ、またはそれ以上の実質的に同心の円形経路上にあることが特に好ましい。切り欠きはまた、楕円形経路または複数の楕円形経路上にあってもよい。切り欠きが円周方向に等距離に配置されることがさらに好ましい。好ましくは、切り欠きの数に対応するいくつかのテンション要素が設けられており、テンション要素は、好ましくは、各切り欠きに配置されるか、または配置可能である。
【００２５】
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、ロータハブと、ロータハブに固定された少なくとも１つのロータブレードを備えた風力タービン用のロータによって達成され、少なくとも１つのロータブレードは上記のように構成されている。
ロータの好ましい実施形態によれば、ロータハブがロータブレードを接続するためのフランジ部分を有し、ロータブレードが、複数の切り欠きで受け取られる複数のテンション要素によってフランジ部分にねじ込まれることが提供される。
【００２６】
フランジ部分は、好ましくは、包囲するように構成される。フランジ部分は、断面が実質的にＴ字形状であることがさらに好ましい。
ロータのさらに好ましい実施形態では、テンション要素が切り欠きに接着剤で結合されるようになっている。
特に、テンション要素は、切り欠きにねじ込まれるだけでなく、接着剤で接着されることも好ましい。
【００２７】
この目的のために、テンション要素が切り欠きに導入される前に、接着材料が切り欠きに導入される。接着剤材料としては、非粘着性接着剤材料および／またはエポキシドおよび／またはポリウレタンおよび／またはアクリル酸メチルをベースとする接着剤材料を使用することが好ましい。
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、タワーと、タワーに配置されロータを有するナセルと、を備えた風力タービンによって達成され、ロータは、ロータハブとロータハブに固定された少なくとも１つのロータブレードとを有しており、ロータブレードは、上記のように構成されている、および／または、ロータは、上記のように構成されている。
【００２８】
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、接続インタフェースを有するロータブレードを提供するステップ、ドリルにより接続インタフェースに少なくとも１つの切り欠きを生成するステップ、好ましくは、続いて雌ネジを導入するステップを含む、上記ロータブレードを製造する方法によって達成される。
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、ロータブレードをロータハブに接続する方法であって、上記ロータブレードを提供するステップ、接着剤を切り欠きに導入するステップ、テンション要素を切り欠きにねじ込むことによってロータブレードをロータハブに固定するステップを含む方法によって達成される。
【００２９】
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、風力タービンの上記ロータを修理する方法、特に、ロータブレードのロータハブへの接続を修理する方法であって、切り欠きからテンション要素を開放するステップ、切り欠きをより大きな直径に拡大し雌ネジを導入するステップ、テンション要素を切り欠きへねじ込むことでロータハブへロータブレードを固定するステップを含む方法によって達成される。
【００３０】
雌ネジの導入は、既存の接続と比較してより小さい、より大きい、または同一の直径を有する雌ネジが導入されるように行うことができる。より大きな、より小さな、または同じ直径の雌ネジを導入するために、ねじ切りインサートを拡大切り欠きに挿入および／または接着結合することが好ましく、ねじ切りインサートは、好ましくは金属で構成されるか、または金属を含む。既存の接続と比較してより大きな直径を有する雌ネジも、接続インタフェースのロータブレード材料に直接形成することができ、その結果、切り欠きの外周面がロータブレード材料で形成される。
【００３１】
雌ネジの直径に応じて、既存の接続部と比較して、より小さい、より大きい、または同一の直径を有するテンション要素がねじ込まれることが好ましい。
テンション要素は、好ましくは、いわゆる「ねじ抽出器」によって、および／または、掘削操作を実行することによって、接着結合が失敗するまで解放トルクを加えることによって、切り欠きから解放することができる。
【００３２】
風力タービンの上記ロータを修理するための方法は、好ましくは、ロータブレードが分解されることなく実行される。これは、嵌合部品のボアが十分に大きい、および／または、より大きな直径に拡大できる場合に特に好ましい。組み立てられた状態でのテンション要素の修理および／または交換は、とりわけ、ロータブレードの分解を回避することが可能であって、したがって、それに関連する時間および費用の支出を大幅に削減することが可能であるという利点を有する。
【００３３】
本発明による装置のさらに有利な実施形態の変形は、ここで論じられる好ましい特徴を組み合わせることによって生成される。
本発明の前記さらなる態様の利点、実施形態の変形形態および実施形態の詳細、ならびにそのさらなる発展に関して、対応する装置の特徴に関連して前述の説明を参照する。
本発明の好ましい実施形態を、添付の図面に基づいて例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るロータブレードを有する風力タービンの概略図。
【図２】それぞれのテンション要素が導入された複数の切り欠きとの接続インタフェースを有するロータブレードの実施形態の詳細の概略図。
【図３】テンション要素が導入された接続インタフェースの切り欠きの概略縦断面図。
【図４】接続インタフェースの切り欠きを通る概略縦断面図。
【図５】組み立てられたロータブレードの例の拡大詳細を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本発明に係る風力タービンの概略図を示す。風力タービン１００は、タワー１０２、タワー１０２上のナセル１０４を有している。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８を有する空力ロータ１０６とスピナ１１０とが設けられている。風力タービンが運転中に、空力ロータ１０６は、風によって回転運動するように設定され、それにより、空力ロータ１０６に直接または間接的に接続されている発電機の電気力学的ロータも回転させる。発電機は、ナセル１０４内に配置され、電気エネルギーを生成する。ロータブレード１０８のピッチ角は、それぞれのロータブレード１０８のピッチモータによって変更することができる。ロータブレード１０８は、ここで説明される解決策によって固定される。
【００３６】
図２は、複数の切り欠き２１１を備えた接続インタフェース２１０を有するロータブレード２００の実施形態の詳細の概略図を示しており、切り欠きには、それぞれのテンション要素２２０が導入されている。それぞれの切り欠き２１１の外周面は、接続材料によって形成されている。切り欠き２１１の開口部は、接続インタフェース２１０の端面２１２にある。切り欠き２１１の直径は、好ましくは、切り欠き２１１および／またはロータブレード２００の長手方向軸に直交する接続インタフェース２１０の範囲ＤＦの約３分の１、好ましくは約１０〜５０％、特に、約２０〜４０％に対応する。
【００３７】
図３は、テンション要素３２０が導入された接続インタフェース３１０の切り欠き３１１を通る概略縦断面図を示し、前記テンション要素は、直径Ｄと、切り欠き３１１に受け入れられるその部分の長さＬＢ１と、切り欠き３１１からはみ出した部分の長さＬＢ２とからなる全長とを有している。切り欠き３１１の外周面は、接続材料によって形成されている。切り欠き３１１は、ブラインド穴の形態で構成され、開口部は、接続インタフェース３１０の端面３１２にある。接着材料３３０は、切り欠きに導入される。
【００３８】
切り欠き３１１は、実質的に円筒形の構成であり、第１の直径ＤＢを有する実質的に円筒形のシャフト部分３１１ａを有し、開口部に隣接し第２の直径ＤＥを有する幅広のヘッド部分３１１ｂを有し、第２の直径ＤＥは、第１の直径ＤＢよりも大きい。切り欠きの長手方向において、シャフト部分３１１ａは、長さＬＥを有するヘッド部分３１１ｂよりも何倍も長い。全体として、切り欠き３１１は、基本的な長さＬＧおよび全長ＬＢを有する。長手方向軸に沿った切り欠き３１１の前記長手方向範囲は、そこに受け入れられるテンション要素３２０の部分の長さＬＢ１よりも長く、切り欠き３１１の直径ＤＢの倍数に対応する。切り欠き３１１の直径ＤＢは、好ましくは、切り欠き３１１および／またはロータブレードの長手方向軸に直交する接続インタフェース３１０の範囲ＤＦの約３分の１、好ましくは、約１０〜５０％、特に、約２０〜４０％に対応する。
【００３９】
複数列接続を持つ実施形態が好ましい場合もある。
切り欠き３１１に受け入れられたテンション要素３２０は、雄ネジを有し、切り欠き３１１の雌ネジおよびテンション要素３２０の雄ネジは、互いに係合するように構成されている。
図４は、接続インタフェース４１０における切り欠き４１１の略縦断面図を示す。切り欠き４１１の外周面は、接続材料によって形成される。切り欠き４１１は、ブラインド穴の形態で構成され、開口部は、接続インタフェース４１０の端面４１２にある。切り欠き４１１は、実質的に円筒形の構成であり、第１の直径ＤＢを有する実質的に円筒形のシャフト部分４１１ａを有し、開口に隣接する第２の直径ＤＥを有する広がったヘッド部分４１１ｂを有し、第２の直径ＤＥは第１の直径ＤＢより大きい。移行部分４１１ｃは、幅広のヘッド部分４１１ｂとシャフト部分４１１ａとの間に構成され、前記部分は、好ましくは３０〜６０°、特に、４５°の傾斜角αを有する。端部４１１ｄは、ブラインド穴の閉鎖端に構成され、前記部分は、好ましくは、６０〜１２０°の傾斜角βを有する。シャフト部分４１１ａは、接続材料に直接切り込まれる雌ネジ４１３を有する。
【００４０】
切り欠きの長手方向において、長さＬＶを有するシャフト部分４１１ａは、長さＬＥを有するヘッド部分４１１ｂよりも何倍も長い。長手方向軸に沿った切り欠き４１１の長手方向範囲は、切り欠き３１１の直径ＤＢの倍数に対応する。切り欠き３１１の直径ＤＢは、好ましくは、切り欠き４１１および／またはロータブレードの長手方向軸に直交する接続インタフェース４１０の範囲ＤＦの約３分の１、好ましくは約１０〜５０％、特に、約２０〜４０％に対応する。
【００４１】
接続インタフェース２１０，３１０，４１０は、好ましくは、ロータブレード材料と同一の接続材料を含む。さらに好ましくは、接続インタフェース２１０，３１０，４１０はそれぞれ、ロータブレードと一体的に製造され、および／または、それぞれがロータブレードと一体に構成される。
直径ＤＥは、好ましくは直径ＤＢの約１．２５倍である。さらに好ましくは、長さＤＥは、好ましくは、直径ＤＢの約１．５倍である。好ましくは、長さＬＶは、直径ＤＢの約６倍である。
【００４２】
図５は、第１のロータブレードセグメント１１００および第２のロータブレードセグメント１２００を有する組み立てられたロータブレード１０００の例からの拡大詳細を示す。両方のロータブレードセグメント１１００，１２００は、本明細書に記載されるように構成される。
第１のロータブレードセグメント１１００は、開口部１１３１を含む複数のテンション要素アンカ１１３０との接続インタフェース１１１０を含む。Ｄボルトの形態で構成されるアンカエレメント１１３２は、テンション要素アンカ１１３０の開口部１１３１に配置される。テンション要素を受け入れるための切り欠きは、いずれの場合も、テンション要素アンカ１１３０の間に配置される。前記切り欠きは、断面図ではないので、図５では見えない。しかし、切り欠きは、ここで説明するように構成されており、切り欠きの外周面は、接続インタフェース１１１０の接続材料によって形成されている。
【００４３】
第２のロータブレードセグメント１２００は、対応する方法で構成される。第２のロータブレードセグメント１２００は、開口部１２３１を含む複数のテンション要素アンカ１２３０を備えた接続インタフェース１２１０を含む。Ｄボルトの形態で構成されるアンカ要素１２３２は、テンション要素アンカ１２３０の開口部１２３１に配置される。テンション要素を受け入れるための切り欠きは、いずれの場合も、テンション要素アンカ１２３０の間に配置される。前記切り欠きは、断面図ではないので図では見えない。しかしながら、切り欠きは、本明細書に記載されるように構成され、切り欠きの外周面は、接続インタフェース１２００の接続材料によって形成される。
【００４４】
接続インタフェース１１１０，１２１０の２つの端面は、ジョイントＴで互いに合わせられる。
第１のロータブレードセグメント１１００の切り欠きには、第２のロータブレードセグメント１２００のテンション要素アンカ１２３０に固定されたテンション要素１１２０が導入されている。第２のロータブレードセグメント１２００の切り欠きには、第１のロータブレードセグメント１１００のテンション要素アンカ１１３０に固定されたテンション要素１２２０が導入されている。よって、第１および第２のロータブレードセグメント１１００，１２００のテンション要素の導入および固定は、ここでは交互に行われるが、他の構成であってもよい。
【００４５】
組み立てロータブレードのロータブレードセグメントの前記接続は、多くの重量とスペースを節約し、例えば、限られたスペースに多数のテンション要素を配置することを可能にする。対応する接続は、ロータブレードセグメント間だけでなく、原理的には、ロータブレードと、例えば、ロータブレードハブおよび／またはロータブレードアダプタなどの風力タービンの別の要素との間でも可能である。
【図１】
2021502512.tif 000003
【図２】
2021502512.tif 000004
【図３】
2021502512.tif 000005
【図４】
2021502512.tif 000006
【図５】
2021502512.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月8日(2020.5.8)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続インタフェースを使用し、
前記接続インタフェースは、ロータブレードを風力タービンの別の要素に接続するためのテンション要素を受け入れるための少なくとも１つの切り欠きを有し、
前記切り欠きの外周面は、接続材料によって形成され、雌ネジを有している、
風力タービン用のロータブレード。
【請求項２】
前記切り欠きは、ブラインド穴の形態で構成されている、
請求項１に記載のロータブレード。
【請求項３】
前記切り欠きは、雌ネジを開けて導入することで得られる、
請求項１または２に記載のロータブレード。
【請求項４】
前記切り欠きは、少なくとも前記切り欠きの直径の倍数に対応する深さを有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のロータブレード。
【請求項５】
前記切り欠きは、少なくとも、前記切り欠きの直径の３倍に対応する深さを有する、
請求項１から４のいずれか１項に記載のロータブレード。
【請求項６】
前記ロータブレード材料および／または前記接続材料は、繊維強化複合材料である、
請求項１から５のいずれか１項に記載のロータブレード。
【請求項７】
前記ロータブレードの材料および／または前記接続材料は、それぞれの材料の弾性係数および/または剪断係数で、前記テンション要素の材料の剛性よりも低い剛性を有している、
請求項１から６のいずれか１項に記載のロータブレード。
【請求項８】
前記ロータブレードの材料および／または前記接続材料は、それぞれの材料の弾性係数および／またはせん断係数で、前記テンション要素の材料の剛性よりも何倍も低い剛性を有する、
請求項１から７のいずれか１項に記載のロータブレード。
【請求項９】
前記接続インタフェースは、多数の切り欠きを有している、
請求項１から８のいずれか１項に記載のロータブレード。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の前記ロータブレードの形態で構成される第１のロータブレードセグメントと、
請求項１から９のいずれか１項に記載の前記ロータブレードの形態で構成される第２のロータブレードセグメントと、
前記第１のロータブレードセグメントの切り欠きに受け入れられ、前記第２のロータブレードセグメントのテンションアンカに固定されている第１のテンション要素と、
前記第２のロータブレードセグメントの切り欠きに受け入れられ、前記第１のロータブレードセグメントのテンションアンカに固定されている第２のテンション要素と、
を備えた組み立てロータブレード。
【請求項１１】
ロータハブと、前記ロータハブに固定された少なくとも１つのロータブレードとを備え、
少なくとも１つの前記ロータブレードは、請求項１から９のいずれか１項に記載のロータブレードとして構成されている、
風力タービン用のロータ。
【請求項１２】
前記テンション要素は、前記切り欠き内に接着剤によって接着されている、
請求項１１に記載のロータ。
【請求項１３】
タワーと、前記タワー上に配置されロータを有するナセルと、を備え、前記ロータは、ロータハブと、前記ロータハブに固定された少なくとも１つのロータブレードとを有し、請求項１から９のいずれか１項に記載のロータブレード、および／または、前記ロータは、請求項１１に記載のように構成される、
風力タービン。
【請求項１４】
請求項１から９のいずれか１項に記載のロータブレードの製造方法であって、
接続インタフェースを有するロータブレードを提供するステップと、
ドリルで前記接続インタフェースに少なくとも１つの切り欠きを作成し、雌ネジを導入するステップと、
を備えた方法。
【請求項１５】
請求項１から９のいずれか１項に記載のロータブレードを提供するステップと、
接着剤を切り欠きへ導入するステップと、
テンション要素を前記切り欠きへねじ込んで、前記ロータブレードを前記ロータハブへ固定するステップと、
を備えたロータブレードのロータハブへの接続方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の風力タービン用のロータの修理方法、特に、ロータブレードのロータハブへの接続を修理する方法であって、
前記切り欠きからテンション要素を開放するステップと、
前記切り欠きをより大きな直径に拡大し、雌ネジを導入するステップと、
前記テンション要素を切り欠きへねじ込むことで、前記ロータハブへ前記ロータブレードを固定するステップと、
を備えた方法。
【請求項１７】
前記切り欠きは、少なくとも、前記切り欠きの直径の６倍に対応する深さを有する、
請求項５に記載のロータブレード。
【請求項１８】
前記切り欠きは、前記切り欠きの直径の最大で１２倍に対応する深さを有する、
請求項５に記載のロータブレード。
【請求項１９】
前記ロータブレード材料および／または前記接続材料は、繊維プラスチック複合材料である、
請求項６に記載のロータブレード。
【請求項２０】
前記ロータブレード材料および／または前記接続材料は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂複合材料である、
請求項６に記載のロータブレード。
【請求項２１】
それぞれの材料の弾性係数および/または剪断係数は、剛性の尺度として使用される、
請求項７に記載のロータブレード。
【請求項２２】
前記ロータブレードの材料および／または前記接続材料は、それぞれの材料の弾性係数および／またはせん断係数で、前記テンション要素の材料の剛性よりも少なくとも５倍低い剛性を有する、
請求項８に記載のロータブレード。
【請求項２３】
前記ロータブレードの材料および／または前記接続材料は、それぞれの材料の弾性係数および／またはせん断係数で、前記テンション要素の材料の剛性よりも少なくとも７倍低い剛性を有する、
請求項８に記載のロータブレード。
【請求項２４】
それぞれの材料の弾性係数および／またはせん断係数は、剛性の尺度として使用される、
請求項８に記載のロータブレード。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力タービン用ロータブレードおよびロータ、風力タービン、ロータブレードの製造方法、ロータブレードのロータハブへの接続方法および風力タービンのロータの修理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際特許出願公開第２０１３／０８３４５１号、独国特許出願公開第１９７ ３３ ３７２号明細書、独国特許出願公開第１０３ ２４ １６６号明細書、独国特許出願公開第１９９ ６２ ９８９号明細書、独国特許出願公開第１０ ２００６ ０２２ ２７９号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０８８ ０２５号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１４ ２０６ ６７０号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１５ １２０ １１３号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１６ １１０ ５５１号明細書、独国特許出願公開第１０２ ０１ ７２６号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１４ ２０５ １９５号明細書または独国特許出願公開第１０ ２０１４ ２２０ ２４９号明細書に記載されているように、ロータブレードを風力発電プラントのロータブレードハブに固定するため、またはロータブレードセグメントを互いに固定するための様々な解決策がある。
【０００３】
接続には、高い信頼性要件が課せられるが、同時に簡単で安価な製造と組み立てが望まれる。
本願の優先権主張出願について、ドイツ特許商標庁は、以下の先行技術文献をサーチした：独国特許発明第１０ ２０１５ ２１２ ９０６号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１４ ０１８ ２８０号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０５０ ９６６号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１５ ００７ ９７７号明細書。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０ ２０１５ ２１２ ９０６号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０ ２０１４ ０１８ ２８０号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０５０ ９６６号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０ ２０１５ ００７ ９７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
よって、本発明の目的は、既存の解決策に関連して改善された、風力タービン用のロータブレード、風力タービン用のロータ、風力タービン、ロータブレードを製造する方法、ロータブレードをロータハブに接続する方法、風力タービンのロータを修理する方法を提供することである。特に、本発明の目的は、コストを節約し、かつ／または簡素化され、かつ／または特に効率的および／または信頼性が高い、風力タービン用のロータブレード、風力タービン用のロータ、風力タービン、ロータブレードを製造する方法、ロータブレードをロータハブに接続する方法、および風力タービンのロータを修理するための方法を提供することである。
【０００６】
前記目的は、本発明によれば、接続インタフェースを有する風力タービン用のロータブレードによって達成され、接続インタフェースは、ロータブレードを風力タービンの別の要素に接続するためのテンション要素を受け入れるための少なくとも１つの切り欠きを有し、切り欠きの外周面は、ロータブレードの材料で形成され、雌ネジを有する。
本発明は、とりわけ、例えば、既存の横方向のボルト接続が、実際には、一般に、頑丈で信頼性があり、製造が容易であるという知識に基づいている。しかしながら、現在、これらの接続で発生する追加の重量と接続に必要なスペースが制限要因となることがよくある。本発明はさらに、接着剤で結合されたネジ付きスリーブを有する既存のロータブレード接続もまた、特に、高コストに関連し、その後大きな困難を伴う場合にのみ交換できるという知識に基づいている。
【０００７】
対照的に、ここで説明する解決策では、接続インタフェースのロータブレードの材料に直接切り欠きが形成されているため、追加のスペースやネジ付きスリーブや追加の材料が必要ないため、非常に軽量で省スペースの接続が可能になる。この方法では、既存の解決策と比較して、所定のロータブレード形状、特に、特定の接続形状の切り欠きとテンション要素の数を大幅に増やすことができる。ここで説明する解決策は、生産がより速く簡単になり、必要な部品が少ないため（例えば、接着剤で接着するための個別のスリーブが不要など）、コスト削減にもつながる。
【０００８】
ここで説明する解決策は、接続を修復することも有利に可能にする。切り欠きの直径は、必要に応じて、例えば、ドリルで穴を開けて再度カットするか、またはねじ込みインサートを挿入することで拡大することができる。この方法では、テンション要素（恐らく同様に対応してより大きな直径、または、特に、ねじ込みインサートを使用する場合には、より小さなまたは同一の直径でもよい）が、拡大された切り欠きに再び導入されてもよい。
【０００９】
テンション要素は、好ましくは、接着剤の材料で切り欠きに導入される。接着剤の材料は、テンション要素の前および／または同時および／または後に、切り欠きに導入される。好ましくは、テンション要素が導入された後に接着剤を切り欠きに導入することもできるように、例えば、ボアの形態の充填経路、または複数の充填経路を設けることができる。
【００１０】
接続インタフェースは、好ましくは、ロータブレードの長手方向軸が実質的に直交する平面にある。接続インタフェースは、好ましくは、環状構成であってもよい、および／または、環状端面を有していてもよい。
本願では、ロータブレードは、特に、さらなるロータブレードセグメントに接続されてロータブレードを形成することができるロータブレードセグメントを意味するとも理解される。ロータブレードは一般に、その主広がり方向がロータブレード根元からロータブレード先端まで縦軸に沿って延びる。２つの組み立てられたロータブレードセグメントを含むロータブレードは、組立てロータブレードと呼ばれることもある。
【００１１】
切り欠きは、特に、ロータブレードを、例えば、ロータブレードハブおよび／またはロータブレードアダプタおよび／または（別の）ロータブレードセグメントなどの風力タービンの別の要素に接続するために使用される。有利な改良では、風力タービンの別の要素、例えば、ロータブレードハブおよび／またはロータブレードアダプタおよび／または（別の）ロータブレードセグメントは、同様に、接続インタフェースを有しており、接続インタフェースは、別の要素をロータブレードに接続するためのテンション要素を受け入れるための少なくとも１つの切り欠きを有し、切り欠きの外周面は、接続材料で形成され、雌ネジを有する。
【００１２】
これは、２つのロータブレードセグメントを相互に接続する場合に特に適している。
好ましくは、ロータブレードの、および風力タービンの別の要素のそれぞれの切り欠きは、互いに対してオフセットして配置される。この方法では、テンション要素は、ロータブレードと別の要素で交互に受け入れることができる。さらに好ましくは、ロータブレードは、別の要素の切り欠きに受け入れられたテンション要素を、ロータブレードに固定するために配置されたテンション要素アンカを有している。さらに好ましくは、別の要素は、ロータブレードの切り欠きに受け入れられたテンション要素を、別の要素に固定するために配置されるテンション要素アンカを有している。テンション要素アンカは、開口部および／またはアンカエレメント、例えば、Ｄボルトを含むことができる。
【００１３】
例示的な実施形態では、ここで説明されるようなロータブレードの形態で構成される第１のロータブレードセグメントと、ここで説明されるようなロータブレードの形態で構成される第２のロータブレードセグメントと、第１のロータブレードセグメントの切り欠きに受け入れられ第２のロータブレードセグメントのテンションアンカに固定されている第１のテンション要素と、第２のロータブレードセグメントの切り欠きに受け入れられ第１のロータブレードセグメントのテンションアンカに固定されている第２のテンション要素と、を備えた組み立てロータブレードを形成することが有利に可能である。好ましくは、２つのロータブレードセグメントはそれぞれ、好ましくは複数のテンション要素アンカと交互に配置された複数の切り欠きとの接続インタフェースを有している。多数の切り欠きおよび／または多数のテンション要素アンカは、環状に、例えば、好ましくは同心円状に配置されるリングの形態または２つ以上のリングの形態で配置することができる。組み立てロータブレードの利点は、特に、２つのロータブレードセグメントの軽くて薄い接続であって、限られたスペースに多数のテンション要素を配置できるようになることである。
【００１４】
切り欠きは、好ましくは、実質的に円筒形の構成である。さらに好ましくは、切り欠きは、第１の直径を有する実質的に円筒形のシャフト部分を有し、第２の直径を有し開口部に隣接する幅広のヘッド部分を有し、第２の直径は、第１の直径より大きい。切り欠きの長手方向において、シャフト部分は、好ましくはヘッド部分よりも長く、特に、ヘッド部分より何倍も長い。
【００１５】
切り欠きの長手方向軸は、好ましくは、ロータブレードの長手方向軸に実質的に平行である。
切り欠きに受け入れられるテンション要素は、好ましくは、雄ネジを有し、切り欠きの雌ネジおよびテンション要素の雄ネジは、好ましくは、互いに係合するように構成される。
【００１６】
切り欠きに受け入れられたテンション要素は、ロータブレードを固定するために、例えば、その端が切り欠きから突き出た状態で、風力タービンの別の要素（ロータハブ、ロータブレードアダプタまたは（別の）ロータブレードセグメント）を受け入れる。他の固定タイプであってもよい。
好ましい実施形態によれば、切り欠きがブラインド穴の形態で構成されるように提供される。ブラインド穴の開口部は、好ましくは、接続インタフェースの端面にある。長手方向軸に沿った切り欠きの長手方向の範囲は、好ましくは、そこに受け入れられるテンション要素のその部分の長さよりも長い。
【００１７】
切り欠きは、雌ネジをあけて導入することによって得られることがさらに好ましい。特に、切り欠きは、ドリルで、好ましくは、続いて、雌ネジを導入することによって得られることが好ましい。
さらに好ましい実施形態では、切り欠きが、切り欠きの直径の少なくとも倍数に対応する深さを有するように提供される。深さは、好ましくは、切り欠きの縦軸に沿った範囲に対応する。
【００１８】
さらに好ましいさらなる発展は、切り欠きが、切り欠きの直径の少なくとも３倍、好ましくは、少なくとも６倍に対応する深さを有することを特徴とする。切り欠きは、切り欠きの直径の最大で１２倍に対応する深さを有することが好ましい。
切り欠きの直径が、長手方向軸に直交する接続インタフェースの範囲の約３分の１、好ましくは、約１０〜５０％、特に、２０〜４０％に対応することがさらに好ましい。
【００１９】
好ましい発展は、ロータブレードがロータブレード材料を有するか、または実質的にロータブレード材料から構成されることを特徴とする。接続インタフェースが接続材料を有するか、または接続材料から実質的に構成されることがさらに好ましい。好ましい実施形態では、ロータブレードの材料と接続材料が同じになるように提供される。接続材料は、ロータブレード材料との関係で強化することができる。
【００２０】
ロータブレードの接続インタフェースおよび／または他の部品は、例えば、同様に好ましくは、全体的にまたは主に、接続材料および／またはロータブレード材料から構成される補強材を含むこともできる。
好ましくは、接続インタフェースは、ロータブレードと一体的に製造され、および／または、ロータブレードと一体に構成される。
【００２１】
この場合、ロータブレード材料が繊維強化複合材料、特に、繊維プラスチック複合材料、好ましくは、ガラス繊維強化エポキシ樹脂複合材料であることが特に好ましい。接続材料が、繊維強化複合材料、特に、繊維プラスチック複合材料、好ましくは、ガラス繊維強化エポキシ樹脂複合材料であることがさらに好ましい。
使用される繊維材料は、好ましくは、有機繊維、および／または無機繊維、および／または天然繊維であってもよい。
【００２２】
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、例えば、ダイニーマ繊維などの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、亜麻繊維またはサイザル麻繊維である。
好ましくは、繊維強化複合材料のマトリックス材料は、プラスチックを含むか、またはプラスチックで構成される。プラスチックは、好ましくは、熱可塑性物質および／または熱硬化性物質を含むか、またはそれらから構成される。特に好ましいのは、例えば、ポリエステル樹脂（ＵＰ）および／またはエポキシ樹脂などの熱硬化性プラスチック、および／またはポリアミドなどの熱可塑性プラスチックである。繊維強化複合材料のマトリックス材料は、セメントおよび／またはコンクリートおよび／または金属および／またはセラミックおよび／または炭素を含むか、またはそれらから構成される。
【００２３】
さらに好ましい実施形態では、ロータブレード材料および／または接続材料が、特に、剛性の尺度として使用される、それぞれの材料の弾性係数および／またはせん断係数で、テンション要素の材料の剛性よりも何倍も低い、好ましくは、少なくとも５倍低い、例えば、少なくとも７倍低い剛性を有する。
テンション要素は、好ましくは鋼を含むか、全体的に、または、主に鋼から構成される。
【００２４】
さらに好ましいさらなる発展は、接続インタフェースが多数の切り欠きを有することを特徴とする。多数の切り欠きは、１列または複数列に配置される。この場合、切り欠きが円形経路上にあるか、または２つ、３つ、またはそれ以上の実質的に同心の円形経路上にあることが特に好ましい。切り欠きはまた、楕円形経路または複数の楕円形経路上にあってもよい。切り欠きが円周方向に等距離に配置されることがさらに好ましい。好ましくは、切り欠きの数に対応するいくつかのテンション要素が設けられており、テンション要素は、好ましくは、各切り欠きに配置されるか、または配置可能である。
【００２５】
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、ロータハブと、ロータハブに固定された少なくとも１つのロータブレードを備えた風力タービン用のロータによって達成され、少なくとも１つのロータブレードは上記のように構成されている。
ロータの好ましい実施形態によれば、ロータハブがロータブレードを接続するためのフランジ部分を有し、ロータブレードが、複数の切り欠きで受け取られる複数のテンション要素によってフランジ部分にねじ込まれることが提供される。
【００２６】
フランジ部分は、好ましくは、包囲するように構成される。フランジ部分は、断面が実質的にＴ字形状であることがさらに好ましい。
ロータのさらに好ましい実施形態では、テンション要素が切り欠きに接着剤で結合されるようになっている。
特に、テンション要素は、切り欠きにねじ込まれるだけでなく、接着剤で接着されることも好ましい。
【００２７】
この目的のために、テンション要素が切り欠きに導入される前に、接着材料が切り欠きに導入される。接着剤材料としては、非粘着性接着剤材料および／またはエポキシドおよび／またはポリウレタンおよび／またはアクリル酸メチルをベースとする接着剤材料を使用することが好ましい。
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、タワーと、タワーに配置されロータを有するナセルと、を備えた風力タービンによって達成され、ロータは、ロータハブとロータハブに固定された少なくとも１つのロータブレードとを有しており、ロータブレードは、上記のように構成されている、および／または、ロータは、上記のように構成されている。
【００２８】
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、接続インタフェースを有するロータブレードを提供するステップ、ドリルにより接続インタフェースに少なくとも１つの切り欠きを生成するステップ、好ましくは、続いて雌ネジを導入するステップを含む、上記ロータブレードを製造する方法によって達成される。
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、ロータブレードをロータハブに接続する方法であって、上記ロータブレードを提供するステップ、接着剤を切り欠きに導入するステップ、テンション要素を切り欠きにねじ込むことによってロータブレードをロータハブに固定するステップを含む方法によって達成される。
【００２９】
本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、風力タービンの上記ロータを修理する方法、特に、ロータブレードのロータハブへの接続を修理する方法であって、切り欠きからテンション要素を開放するステップ、切り欠きをより大きな直径に拡大し雌ネジを導入するステップ、テンション要素を切り欠きへねじ込むことでロータハブへロータブレードを固定するステップを含む方法によって達成される。
【００３０】
雌ネジの導入は、既存の接続と比較してより小さい、より大きい、または同一の直径を有する雌ネジが導入されるように行うことができる。より大きな、より小さな、または同じ直径の雌ネジを導入するために、ねじ切りインサートを拡大切り欠きに挿入および／または接着結合することが好ましく、ねじ切りインサートは、好ましくは金属で構成されるか、または金属を含む。既存の接続と比較してより大きな直径を有する雌ネジも、接続インタフェースのロータブレード材料に直接形成することができ、その結果、切り欠きの外周面がロータブレード材料で形成される。
【００３１】
雌ネジの直径に応じて、既存の接続部と比較して、より小さい、より大きい、または同一の直径を有するテンション要素がねじ込まれることが好ましい。
テンション要素は、好ましくは、いわゆる「ねじ抽出器」によって、および／または、掘削操作を実行することによって、接着結合が失敗するまで解放トルクを加えることによって、切り欠きから解放することができる。
【００３２】
風力タービンの上記ロータを修理するための方法は、好ましくは、ロータブレードが分解されることなく実行される。これは、嵌合部品のボアが十分に大きい、および／または、より大きな直径に拡大できる場合に特に好ましい。組み立てられた状態でのテンション要素の修理および／または交換は、とりわけ、ロータブレードの分解を回避することが可能であって、したがって、それに関連する時間および費用の支出を大幅に削減することが可能であるという利点を有する。
【００３３】
本発明による装置のさらに有利な実施形態の変形は、ここで論じられる好ましい特徴を組み合わせることによって生成される。
本発明の前記さらなる態様の利点、実施形態の変形形態および実施形態の詳細、ならびにそのさらなる発展に関して、対応する装置の特徴に関連して前述の説明を参照する。
本発明の好ましい実施形態を、添付の図面に基づいて例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るロータブレードを有する風力タービンの概略図。
【図２】それぞれのテンション要素が導入された複数の切り欠きとの接続インタフェースを有するロータブレードの実施形態の詳細の概略図。
【図３】テンション要素が導入された接続インタフェースの切り欠きの概略縦断面図。
【図４】接続インタフェースの切り欠きを通る概略縦断面図。
【図５】組み立てられたロータブレードの例の拡大詳細を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本発明に係る風力タービンの概略図を示す。風力タービン１００は、タワー１０２、タワー１０２上のナセル１０４を有している。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８を有する空力ロータ１０６とスピナ１１０とが設けられている。風力タービンが運転中に、空力ロータ１０６は、風によって回転運動するように設定され、それにより、空力ロータ１０６に直接または間接的に接続されている発電機の電気力学的ロータも回転させる。発電機は、ナセル１０４内に配置され、電気エネルギーを生成する。ロータブレード１０８のピッチ角は、それぞれのロータブレード１０８のピッチモータによって変更することができる。ロータブレード１０８は、ここで説明される解決策によって固定される。
【００３６】
図２は、複数の切り欠き２１１を備えた接続インタフェース２１０を有するロータブレード２００の実施形態の詳細の概略図を示しており、切り欠きには、それぞれのテンション要素２２０が導入されている。それぞれの切り欠き２１１の外周面は、接続材料によって形成されている。切り欠き２１１の開口部は、接続インタフェース２１０の端面２１２にある。切り欠き２１１の直径は、好ましくは、切り欠き２１１および／またはロータブレード２００の長手方向軸に直交する接続インタフェース２１０の範囲ＤＦの約３分の１、好ましくは約１０〜５０％、特に、約２０〜４０％に対応する。
【００３７】
図３は、テンション要素３２０が導入された接続インタフェース３１０の切り欠き３１１を通る概略縦断面図を示し、前記テンション要素は、直径Ｄと、切り欠き３１１に受け入れられるその部分の長さＬＢ１と、切り欠き３１１からはみ出した部分の長さＬＢ２とからなる全長とを有している。切り欠き３１１の外周面は、接続材料によって形成されている。切り欠き３１１は、ブラインド穴の形態で構成され、開口部は、接続インタフェース３１０の端面３１２にある。接着材料３３０は、切り欠きに導入される。
【００３８】
切り欠き３１１は、実質的に円筒形の構成であり、第１の直径ＤＢを有する実質的に円筒形のシャフト部分３１１ａを有し、開口部に隣接し第２の直径ＤＥを有する幅広のヘッド部分３１１ｂを有し、第２の直径ＤＥは、第１の直径ＤＢよりも大きい。切り欠きの長手方向において、シャフト部分３１１ａは、長さＬＥを有するヘッド部分３１１ｂよりも何倍も長い。全体として、切り欠き３１１は、基本的な長さＬＧおよび全長ＬＢを有する。長手方向軸に沿った切り欠き３１１の前記長手方向範囲は、そこに受け入れられるテンション要素３２０の部分の長さＬＢ１よりも長く、切り欠き３１１の直径ＤＢの倍数に対応する。切り欠き３１１の直径ＤＢは、好ましくは、切り欠き３１１および／またはロータブレードの長手方向軸に直交する接続インタフェース３１０の範囲ＤＦの約３分の１、好ましくは、約１０〜５０％、特に、約２０〜４０％に対応する。
【００３９】
複数列接続を持つ実施形態が好ましい場合もある。
切り欠き３１１に受け入れられたテンション要素３２０は、雄ネジを有し、切り欠き３１１の雌ネジおよびテンション要素３２０の雄ネジは、互いに係合するように構成されている。
図４は、接続インタフェース４１０における切り欠き４１１の略縦断面図を示す。切り欠き４１１の外周面は、接続材料によって形成される。切り欠き４１１は、ブラインド穴の形態で構成され、開口部は、接続インタフェース４１０の端面４１２にある。切り欠き４１１は、実質的に円筒形の構成であり、第１の直径ＤＢを有する実質的に円筒形のシャフト部分４１１ａを有し、開口に隣接する第２の直径ＤＥを有する広がったヘッド部分４１１ｂを有し、第２の直径ＤＥは第１の直径ＤＢより大きい。移行部分４１１ｃは、幅広のヘッド部分４１１ｂとシャフト部分４１１ａとの間に構成され、前記部分は、好ましくは３０〜６０°、特に、４５°の傾斜角αを有する。端部４１１ｄは、ブラインド穴の閉鎖端に構成され、前記部分は、好ましくは、６０〜１２０°の傾斜角βを有する。シャフト部分４１１ａは、接続材料に直接切り込まれる雌ネジ４１３を有する。
【００４０】
切り欠きの長手方向において、長さＬＶを有するシャフト部分４１１ａは、長さＬＥを有するヘッド部分４１１ｂよりも何倍も長い。長手方向軸に沿った切り欠き４１１の長手方向範囲は、切り欠き４１１の直径ＤＢの倍数に対応する。切り欠き４１１の直径ＤＢは、好ましくは、切り欠き４１１および／またはロータブレードの長手方向軸に直交する接続インタフェース４１０の範囲ＤＦの約３分の１、好ましくは約１０〜５０％、特に、約２０〜４０％に対応する。
【００４１】
接続インタフェース２１０，３１０，４１０は、好ましくは、ロータブレード材料と同一の接続材料を含む。さらに好ましくは、接続インタフェース２１０，３１０，４１０はそれぞれ、ロータブレードと一体的に製造され、および／または、それぞれがロータブレードと一体に構成される。
直径ＤＥは、好ましくは直径ＤＢの約１．２５倍である。さらに好ましくは、長さＤＥは、好ましくは、直径ＤＢの約１．５倍である。好ましくは、長さＬＶは、直径ＤＢの約６倍である。
【００４２】
図５は、第１のロータブレードセグメント１１００および第２のロータブレードセグメント１２００を有する組み立てられたロータブレード１０００の例からの拡大詳細を示す。両方のロータブレードセグメント１１００，１２００は、本明細書に記載されるように構成される。
第１のロータブレードセグメント１１００は、開口部１１３１を含む複数のテンション要素アンカ１１３０との接続インタフェース１１１０を含む。Ｄボルトの形態で構成されるアンカエレメント１１３２は、テンション要素アンカ１１３０の開口部１１３１に配置される。テンション要素を受け入れるための切り欠きは、いずれの場合も、テンション要素アンカ１１３０の間に配置される。前記切り欠きは、断面図ではないので、図５では見えない。しかし、切り欠きは、ここで説明するように構成されており、切り欠きの外周面は、接続インタフェース１１１０の接続材料によって形成されている。
【００４３】
第２のロータブレードセグメント１２００は、対応する方法で構成される。第２のロータブレードセグメント１２００は、開口部１２３１を含む複数のテンション要素アンカ１２３０を備えた接続インタフェース１２１０を含む。Ｄボルトの形態で構成されるアンカ要素１２３２は、テンション要素アンカ１２３０の開口部１２３１に配置される。テンション要素を受け入れるための切り欠きは、いずれの場合も、テンション要素アンカ１２３０の間に配置される。前記切り欠きは、断面図ではないので図では見えない。しかしながら、切り欠きは、本明細書に記載されるように構成され、切り欠きの外周面は、接続インタフェース１２００の接続材料によって形成される。
【００４４】
接続インタフェース１１１０，１２１０の２つの端面は、ジョイントＴで互いに合わせられる。
第１のロータブレードセグメント１１００の切り欠きには、第２のロータブレードセグメント１２００のテンション要素アンカ１２３０に固定されたテンション要素１１２０が導入されている。第２のロータブレードセグメント１２００の切り欠きには、第１のロータブレードセグメント１１００のテンション要素アンカ１１３０に固定されたテンション要素１２２０が導入されている。よって、第１および第２のロータブレードセグメント１１００，１２００のテンション要素の導入および固定は、ここでは交互に行われるが、他の構成であってもよい。
【００４５】
組み立てロータブレードのロータブレードセグメントの前記接続は、多くの重量とスペースを節約し、例えば、限られたスペースに多数のテンション要素を配置することを可能にする。対応する接続は、ロータブレードセグメント間だけでなく、原理的には、ロータブレードと、例えば、ロータブレードハブおよび／またはロータブレードアダプタなどの風力タービンの別の要素との間でも可能である。
【国際調査報告】
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