(57)【要約】   風力タービンのローターブレードを製造する方法を提供する。スパーキャップ（４００）用の金型（３００）を作製する。金型（３００）は、少なくとも１つの負のキャップ縁部（３１０，３２０）を有する。負のスカーフ継ぎ部を有するスパーキャップ（４００）が設けられるように、ガラス繊維層の端部における横方向のスカーフ継ぎ部を達成するため、金型（３００）の中および負のキャップ縁部（３１０，３２０）にガラス繊維層を置く。負のスカーフ継ぎ部を有するスパーキャップ（４００）を、ローターブレードの芯材に取り付ける。【選択図】  図３Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービンのローターブレード（２００）を製造する方法であって、
スパーキャップ（４００）用の金型（３００）を作製するステップであって、前記金型（３００）が、少なくとも１つの負のキャップ縁部（３１０，３２０）を有する、ステップと、
第１の端部（４０１）および第２の端部（４０２）を有するスパーキャップ（４００）が設けられるように、ガラス繊維層の端部における横方向のスカーフ継ぎ部を達成するため、前記金型（３００）の中および前記負のキャップ縁部（３１０，３２０）に前記ガラス繊維層を置くステップであって、前記第１の端部（４０１）および／または前記第２の端部（４０２）が負のスカーフ継ぎ部を有する、ステップと、
前記スパーキャップ（４００）の前記第１の端部（４０１）および／または前記第２の端部（４０２）を、前記ローターブレード（２００）の芯材（２１０）に、確実に固定された状態に取り付けるステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記金型（３００）が、スカーフ継ぎ部を有する部分を有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金型（３００）に少なくとも１つの樹脂通路が設けられている、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記キャップ縁部（３１０，３２０）が、２０゜と４０゜の間の角度、特に、２２゜と３５゜の間の角度、を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
風力タービンローターブレード（２００）であって、
第１の端部（４０１）および第２の端部（４０２）を有する少なくとも１つのスパーキャップ（４００）であって、前記第１の端部（４０１）および／または前記第２の端部（４０２）が負のスカーフ継ぎ部を有する、前記少なくとも１つのスパーキャップ（４００）、
を備えており、
前記スパーキャップ（４００）の前記第１の端部（４０１）および／または前記第２の端部（４０２）が、前記ローターブレード（２００）の芯材（２１０）に、確実に固定された状態に取り付けられる、
風力タービンローターブレード（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力タービンのローターブレードを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、風力タービンのローターブレードの概略断面図を示している。ローターブレードは、一般には２つのシェル、すなわち吸引側に相当する第１のシェル１０および圧力側に相当する第２のシェル２０を備えている。さらにローターブレードは、吸引側および圧力側におけるそれぞれのスパーキャップ４０と、吸引側におけるスパーキャップ４０と圧力側におけるスパーキャップ４０を互いに結合している棒材（bar）３０とを有する。この配置構造では、スパーキャップ４０は、吸引側および／または圧力側の材料に固定的に接合される。
【０００３】
特許文献１には、風力タービンのスパーキャップと、そのようなスパーキャップの製造が記載されている。スパーキャップは、ガラス繊維織布（glass fibre fabric）または炭素繊維織布（carbon fibre fabric）の複数の個々の層を備えており、これらを金型の中に配置する。次に金型の中に真空フィルム（vacuum film）を配置し、金型と真空フィルムによって画成される体積中にエポキシ樹脂を注入する。樹脂が乾いたら、キャップを使用することができる。この場合、第１のシェルまたは第２のシェル（吸引側または圧力側）の内向き側にキャップを設けることができる。スパーキャップの端部をわずかに傾斜させることができるように、金型の側壁をわずかに傾斜させることができる。
【０００４】
スパーキャップのこの製造では、繊維織布の個々の織布に、横方向にスカーフ継ぎ部が形成される（scarfed）。スカーフ継ぎ部（scarfing）を達成するために、さまざまな厚さのくさび形発泡体または三角形発泡体を使用することができる。
【０００５】
一般には、スパーキャップにはまっすぐな縁部または端部が設けられる。この目的のため、スパーキャップがその外側領域において、より柔らかい材料を有するように、より柔らかい材料の第１のくさびが設けられ、この第１のくさびの上に、より硬い材料の第２のくさびを設けることができる。
【０００６】
一般に、スパーキャップは、長方形の断面形状で作製される。この工程時、横方向のスカーフ継ぎ部をくさび形発泡体によって模擬することができ、特に、縁部にくさび形発泡体を設けることができる。しかしながらこの方策は、柔らかいくさび形発泡体が損傷しうるため、スパーキャップの輸送性に関して不利である。
【０００７】
スパーキャップの製造において、下側のガラス繊維層を挿入することができ、金型の縁部に帯状発泡体（foam strip）を配置することができる。この場合、帯状発泡体は、内側に向かって負の（negative）スカーフ継ぎ部が形成されている、くさびの形とすることができる。次に、その負のスカーフ継ぎ部にガラス繊維織布を配置することができる。構造部品であるスパーキャップと、ブレードの上縁部および下縁部に隣接するサンドイッチ部との間の柔らかい遷移部を設ける目的で、スパーキャップの主要部を構成するガラス繊維織布には、横方向にスカーフ継ぎ部が形成されなければならない。スパーキャップの縁部に設けられる帯状発泡体は、異なる厚さとすることができ、これによりスパーキャップが極めて高い費用効果で製造される。
【０００８】
優先権を主張する独国特許出願に関して、独国特許商標庁は、次の文書、すなわち、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、および特許文献５を調査した。
【０００９】
くさび形発泡体または発泡体部分は、風力タービンのローターブレードにスパーキャップを取り付けるときに使用することができる。この発泡体部分は樹脂通路（resin passage）を有することができる。この場合、芯材を設けることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９０４７５７０号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１２２１９２２６号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０１０００２４３２号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０３３６４６１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１７／０００１３８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、風力タービンのローターブレードの改良された製造方法を提供することである。詳細には、本発明の目的は、風力タービンのローターブレード用のスパーキャップの製造を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、請求項１に係る、風力タービンのローターブレードを製造する方法によって達成される。
【００１３】
したがって、風力タービンのローターブレードを製造する方法を提供する。スパーキャップ用の金型を作製する。この金型は、少なくとも１つの負のキャップ縁部を有する。負のスカーフ継ぎ部を有するスパーキャップが設けられるように、ガラス繊維層の端部における横方向のスカーフ継ぎ部を達成するため、金型の中および負のキャップ縁部にガラス繊維層を置く。負のスカーフ継ぎ部を有するスパーキャップを、ローターブレードの芯材に取り付ける。
【００１４】
本発明の一態様によれば、金型は、スカーフ継ぎ部を有する部分を有する。
【００１５】
本発明のさらなる態様によれば、金型は、少なくとも１つの樹脂通路を有する。
【００１６】
本発明は、スパーキャップの端部における帯状発泡体を有さない風力タービンローターブレード用のスパーキャップを提供するというコンセプトに関する。このコンセプトは、特に、くさび形発泡体が金型の一部として設けられていることによって、または、くさび部もしくはくさび形発泡体が、スパーキャップを製造するための金型にすでに組み込まれていることによって、達成することができる。これにより明らかに、金型がより複雑になるが、スパーキャップの製造方法または製造が改善される。したがって本発明によれば、金型の中でガラス繊維層にスカーフ継ぎ部を形成することができる。特に、ガラス繊維織布層に、負のキャップ用縁部において深いスカーフ継ぎ部を形成することができる。これにより、所望の横方向のスカーフ継ぎ部を達成することができる。この場合に得られる成形物は、機械によって作製されるサンドイッチ発泡体の形状に合致することができ、この場合、サンドイッチ発泡体を負のスカーフ継ぎ部の下または中に挿入することができる。
【００１７】
本発明によれば、スパーキャップは、負のスカーフ継ぎ部を有して製造される。スパーキャップはガラス繊維織布から製造することができ、したがってスパーキャップの材料は、硬い材料または硬化材料に相当する。
【００１８】
本発明の一態様によれば、発泡体部分は、スカーフ継ぎ部および樹脂通路を有することができる。樹脂通路を提供するために使用される発泡体部分には、スパーキャップの負のスカーフ継ぎ部と互いに合致するように、正のスカーフ継ぎ部を形成することができる。この場合、スパーキャップのガラス繊維織布と発泡体部分との間の遷移を、硬い材料から柔らかい材料への遷移とすることができる。
【００１９】
スパーキャップを本発明に従って製造することによって、高さを補正するための追加の帯状芯材（core material strips）が必要ない。個々の繊維織布要素の横方向のスカーフ継ぎ部が維持され、ローターのシェルの芯材に隙間なく確実に固定され、繊維織布要素をトリミングなしで製造することができる。
【００２０】
本発明の一態様によれば、スカーフ継ぎ部とは、部分または要素（例えばスパーキャップ）の、鋭角に傾斜している端部を表す。スカーフ継ぎ部によって剥離応力を低減することができ、したがって接合部の強度が増す。
【００２１】
最新技術では、スパーキャップは一般に箱状の金型の中で製造され、キャップの帯状縁部が、芯材へのスパーキャップの遷移部において使用されるが、スパーキャップと芯材との間に隙間が生じることがある。対照的に、本発明による織布の横方向のスカーフ継ぎ部の場合、スパーキャップに関して織布の幅が固定的に定義され、織布は階段状にされる、または横方向にスカーフ継ぎ部が形成される。これにより、芯材、ローターブレードのシェル、およびスパーキャップの間に、実質的に隙間が存在せず確実に固定する遷移部をもたらすことができる、このことは、特に、スパーキャップの負のスカーフ継ぎ部によって達成される。
【００２２】
本発明のさらなる構造は、添付の請求項の主題である。
【００２３】
以下では、本発明の利点および一例としての実施形態について、図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】最新技術による風力タービンローターブレードの概略断面図を示している。
【図２】本発明に係る風力タービンの概略図を示している。
【図３】図３Ａはローターブレードの一部の概略断面図を示しており、図３Ｂは図３ＡにおけるＡ−Ａの概略断面図を示しており、図３Ｃは図３Ａに示した部分のＢ−Ｂの概略断面図を示している。
【図４】図４Ａはスパーキャップの製造時におけるスパーキャップの概略断面図を示しており、図４Ｂおよび図４Ｃはスパーキャップの製造時におけるスパーキャップのさらなる概略断面図を示している。
【図５】本発明の一実施形態に係るローターブレードの一部の概略断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図２は、本発明に係る風力タービンの概略図を示している。風力タービン１００は、タワー１０２と、タワー１０２の上のポッド１０４を有する。ポッド１０４には、３枚のローターブレード２００およびスピナー１１０を有する空力ローター１０６が設けられている。空力ローター１０６は、風力タービンの運転中に風によって回転し、したがって空力ローター１０６に直接または間接的に結合されている発電機の回転子または回転子部材をさらに回転させる。この発電機はポッド１０４の中に配置されており、電気エネルギーを発生させる。ローターブレード２００のピッチ角は、各ローターブレード２００のローターブレード根元部におけるピッチモーターによって変えることができる。
【００２６】
図３Ａ〜図３Ｃは、スパーキャップの製造における本発明に係るローターブレード２００の一部のさまざまな概略断面図を示している。図３Ｂは、断面Ａ−Ａに沿った概略断面図であり、図３Ｃは、断面Ｂ−Ｂに沿った概略断面図である。
【００２７】
風力タービンのローターブレード２００用のスパーキャップ４００の、本発明に係る製造方法では、特別に設計された金型縁部３１０，３２０を有する金型３００を使用する。図３Ａ〜図３Ｃは、スパーキャップの前縁２０１を示している。さらに図３Ａには、ローターブレード２００の芯材２１０を示してある。図３Ｂおよび図３Ｃは、金型縁部３１０，３２０を有する金型３００と、第１の端部４０１および第２の端部４０２を有するスパーキャップ４００とを示している。
【００２８】
本発明の一態様によれば、第１の金型縁部３１０の角度を３５゜とすることができ、第２の金型縁部３２０の角度を２２゜とすることができる。本発明の一態様によれば、これらの角度は一様な設定とすることができる。
【００２９】
図３Ｂにおいては、狭いキャップ４１０および／または幅広キャップ４２０を設けることができる。
【００３０】
図３Ｃには、第２の金型縁部３２０を有する金型３００の代替構造が提供されている。
【００３１】
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明に係るスパーキャップのさまざまな概略断面図を示している。図４Ａ〜図４Ｃは、それぞれ、金型３００（上段）と、スパーキャップ４００を含む金型３００を示している。図４Ａに示した金型３００およびスパーキャップ４００の形状は、図３Ｂの金型およびスパーキャップの形状に実質的に対応している。図４Ｂの金型およびスパーキャップの形状は、図３Ｃにおける金型３００およびスパーキャップ４００の形状に実質的に対応している。
【００３２】
図５は、本発明の一実施形態に係るローターブレードの一部の概略断面図を示している。図５は、芯材２１０と、第１の端部４０１および第２の端部４０２を有するスパーキャップ４００と、オプションとして嵌め込み発泡体（foam inlay）５００とを示している。スパーキャップの第１の端部４０１および第２の端部４０２は、それぞれ負のスカーフ継ぎ部を有する。嵌め込み発泡体５００は、傾斜した端部５１０と、オプションとして樹脂通路５２０とを有する。樹脂通路５２０は、端部５１０に対して反対側に設けることができる。
【００３３】
図５から理解できるように、それぞれが負のスカーフ継ぎ部を有する２つの端部を有するスパーキャップ４００が、ローターブレードの芯材２１０に設けられる。芯材２１０の浅い角度との組み合わせにおけるスパーキャップの浅い角度によって、スパーキャップとローターブレードの芯材との間の、隙間なく確実に固定する大きな面積の遷移部が可能である。
【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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【国際調査報告】
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