風力タービンブレードの製造方法
【課題】風力タービンブレードの製造方法を簡略化すること。
【解決手段】第１の金型部品の第１の金型表面に配置された第１の複合繊維層に、収縮された状態の袋体を配置するステップと、前記袋体と前記第１の複合繊維層とを前記第１の金型表面に固定するステップと、前記第１の金型表面と、第２の複合繊維層が配置された第２の金型部品の第２の金型表面とが中空部材の形状になるように、該第１の金型部品と該第２の金型部品とを結合させるステップと、前記第１の複合繊維層が前記第１の金型表面に押し付けられ、かつ前記第２の複合繊維層が前記第２の金型表面に押し付けられ、該第１の複合繊維層と該第２の複合繊維層とが結合されて前記中空部材の形状を成すように、前記袋体を膨張させるステップと、を有する方法。
【解決手段】第１の金型部品の第１の金型表面に配置された第１の複合繊維層に、収縮された状態の袋体を配置するステップと、前記袋体と前記第１の複合繊維層とを前記第１の金型表面に固定するステップと、前記第１の金型表面と、第２の複合繊維層が配置された第２の金型部品の第２の金型表面とが中空部材の形状になるように、該第１の金型部品と該第２の金型部品とを結合させるステップと、前記第１の複合繊維層が前記第１の金型表面に押し付けられ、かつ前記第２の複合繊維層が前記第２の金型表面に押し付けられ、該第１の複合繊維層と該第２の複合繊維層とが結合されて前記中空部材の形状を成すように、前記袋体を膨張させるステップと、を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合繊維から作製された中空部材を製造するための形状を成形するための方法に関し、とりわけ風力タービン用の中空ブレードの形状を成形するための方法に関する。さらに本発明は、風力タービン用のブレードと、成形システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力タービン用の風力タービンブレードのサイズは大きくなってきているので、最近の風力タービンブレードの多くは複合繊維から製造され、とりわけガラス繊維から製造される。大型の風力タービンブレードを製造するために使用される製造方法は幾つかあり、たとえばレジントランスファモールド法がある。
【０００３】
ＥＰ１３１０３５１Ａ１に、風力タービン用ブレードの製造方法が開示されている。ブレードの下側を形成する金型部品に設けられたガラス繊維の層に、金型コアを配置する。金型コアの頂部に、別のガラス繊維層を配置し、最後に上側金型部品を前記金型コアの上に配置し、繊維層を該金型コアに押し付けることにより、ブレードの形状が形成される。
【０００４】
金型部品内の繊維層が硬化したら、金型コアを取り外さなければならない。風力タービンブレードのサイズが大きく、風力タービンブレードの形状が複雑である場合、この金型コアの取り外しは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＥＰ１３１０３５１Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、風力タービンブレードの製造方法を簡略化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題は、複合繊維から成る中空部品、とりわけ風力タービン用の中空ブレードを製造するための形状を成形するための、独立請求項に記載の形成方法と、独立請求項に記載の風力タービン用のブレードと、独立請求項に記載の方法を実施するための成型システムとによって解決される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例を、第１の金型部品と第２の金型部品とが分解された状態で示す。
【図２】第１の金型部品に袋体が配置された本発明の一実施例を示す。
【図３】第１の金型部品がひっくり返された、本発明の一実施例を示す。
【図４】第１の金型部品と第２の金型部品とが結合された、本発明の別の実施例を示す。
【図５】第１の金型部品と第２の金型部品とが結合された状態にある、本発明の一実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の１つの側面では、複合繊維から作製される中空部材を製造するための形状を成形するための方法を開示し、とりわけ風力タービン用の中空ブレードの形状を成形するための方法を開示する。本発明の製造方法では、作製される中空部材の第１の形状部分に相当する、第１の金型部品の第１の金型表面上に、第１の複合繊維層を配置し、該中空部材の第２の形状部分に相当する、第２の部分の第２の金型表面に、第２の複合繊維層を配置する。前記第１の複合繊維層上に、収縮した状態で袋体を配置する。
【００１０】
前記袋体および前記第１の複合繊維層を前記第１の金型表面に固定する。前記第１の金型表面および前記第２の金型表面が、作製される前記中空部材（たとえば風力タービンブレード）の形状になるように、前記第１の金型部品を前記第２の金型部品に結合させる。前記第１の複合繊維層が前記第１の金型表面に押し付けられ、かつ前記第２の複合繊維層が前記第２の金型表面に押し付けられるように、前記袋体を膨張させることにより、該第１の複合繊維層および該第２の複合繊維層が結合され、作製される前記中空部材の形状を成すようにする。
【００１１】
別の実施例では、上記製造方法によって作製された風力タービン用ブレードを開示する。
【００１２】
さらに本発明の別の側面では、複合繊維から成る中空部材を作製するための上記製造方法を実施するための成形システムを開示する。
【００１３】
前記第１の金型部品は、成形装置の上側金型部品とすることができ、前記第２の金型部品は該成形装置の下側金型部品とすることができる。前記第１の金型部品は前記第１の金型表面を含むことができる。その際には、この第１の金型表面はたとえば、形成すべき中空部材の形状の第１の領域の雌型を成す。第１の金型部品内の第１の金型表面に第１の複合繊維層を配置すると、該第１の複合繊維は中空部材の第１の形状領域を成す。たとえば、前記第１の金型部品が上半分であり、かつ前記第２の金型部品が下半分である場合、該第１の金型表面は、作製される前記中空部材の上半分（たとえばブレードの上半分）の雌型となり、該第２の金型表面は、該中空部材の下半分（ブレードの下半分）の雌型となる。さらに、成形装置が前記第１の金型部品と前記第２の金型部品と、さらに別の金型部品を有し、前記第１の金型表面と前記第２の金型表面と別の金型表面とによって金型表面が構成され、これらの金型表面に２つ以上の個別の複合繊維層を配置することができる。換言すると、作製される中空部材の最終形状は、２つ以上の形状領域に分割することができる。
【００１４】
前記複合繊維層の繊維の相互間の配向を一方向または多方向にして、該複合繊維層を形成することができる。さらに、前記複合繊維をウェブ形状、織布状とすることができ、たとえば繊維マットやプリプレグとすることができる。第１の複合繊維層は、第１の金型部品に配置される１つの複合繊維層とするか、または、前記第１の金型部品に配置され相互に重ねられる複数の複合繊維層とすることができ、第２の複合繊維層は、第２の金型部品に配置される１つの複合繊維層とするか、または、前記第２の金型部品に配置され相互に重ねられる複数の複合繊維層とすることができる。
【００１５】
前記複合繊維はガラス繊維、炭素繊維、または別のポリマー繊維材料を含むことができる。
【００１６】
前記袋体はフレキシブルな中空体、すなわち膨張可能かつ折畳み可能な中空体であり、たとえばゴムや別の弾性材料から作製された中空体である。前記袋体は、収縮可能かつ膨張可能な材質とすることができる。収縮した状態では袋体は折り畳まれて該袋体のサイズは最小になり、膨張された状態では該袋体のサイズは最大になる。中空の袋体内部に加圧された空気を送るか、または該袋体の周囲で減圧を行うことによって、該袋体を膨張状態にすることができる。袋体はたとえば液体に対して、すなわち樹脂に対して不浸透性であり、かつ気密性である。
【００１７】
本発明により、従来技術の製法では複合繊維層が配置された金型コアピンを不要にし、たとえば風力タービン用ブレード等である中空部材を一工程で作製することができる。このことは、収縮した袋体および前記第１の複合繊維層を第１の金型部品に固定（secure）することによって実現される。前記袋体と前記第１の複合繊維層との間に接着材（たとえば樹脂）を適用するか、または該袋体と該前記第１の金型表面との間で減圧を行うことにより、該袋体および該第１の複合繊維層を固定することができる。このようにして、前記袋体および第１の複合繊維層が金型表面に固定されると、第１の金型部品を扱うのが非常に簡単になり、該第１の複合繊維層は該袋体によって前記第１の金型表面に押し付けられているので、該第１の複合繊維層が滑って該第１の金型表面に対して相対的に動くことがなくなる。それゆえ、第１の金型部品から袋体および第１の複合繊維層が出てくることなく、該第１の金型部品をひっくり返すことができ、該第１の金型部品と該第２の金型部品とを簡単に組み立てることができ、両金型部品が結合された後、形成すべき中空部材の形状の仕上げを行うための仕上げ工程、たとえば樹脂射出成形や樹脂硬化工程を実施することができる。
【００１８】
従来技術の製法では、金型部品内の複合繊維層に中実のコアピンを配置し、その後、該中実のコアピンの上に第２の複合繊維層を配置し、最後に、第２の金型部品を前記第１の金型部品に結合させなければならない。このような製法では、第２の複合繊維層が滑り出してしまうおそれがある。さらに、金型部品のすべての部分を調整するのは複雑である。本発明の製造方法では、第１の金型部品が第２の金型部品に結合されるときには、第１の複合繊維層および膨張可能な袋体はすでに固定されており、該第１の金型部品に位置整合されている。それゆえ、第１の金型部品に対して相対的に第１の複合繊維層が滑るのを防止することができる。膨張可能な袋体によって、複合繊維層を金型部品の表面に押し付けることができ、袋体および第１の複合繊維層を第１の上側金型部品に固定するために中実のコアピンを使用する必要はなくなる。
【００１９】
さらに、複合繊維層が硬化した後は、袋体を収縮させて該袋体のサイズを縮小することにより、作製された中空部材の内部空洞から該袋体を取り外すのを容易にすることができる。
【００２０】
このことは、たとえば風力タービン用のブレード等である複雑な部材を製造するとき、たとえば複雑な部材を長さ方向にねじるときに有利である。風力タービンブレードをねじる工程を行う場合、従来の中実のコアピンを取り外すのが複雑になってしまう。膨張可能な袋体を使用することにより、完成した風力タービンブレードの内部空洞からこの袋体を取り外すのが容易になる。
【００２１】
本発明の別の実施例では、袋体および第１の複合繊維層が減圧（すなわち真空）によって第１の金型表面に固定されるように、該袋体と該第１の金型表面との間の空気を吸出することによって、該袋体を固定する。この実施例ではこのことによって、空気の吸出を停止したときに袋体を容易に取り外せるようになる。付加的または択一的に、袋体および／または第１の複合繊維層をたとえば接着材（たとえば樹脂）によって第１の金型表面に固定することができる。固定するためにさらに付加的に外部から、たとえば中実のコアピンによって押さえつけるのを、不要にすることができる。
【００２２】
別の実施例では、第１の複合繊維層が第１の金型表面の縁辺からはみ出す余剰部分を成すように、該第１の複合繊維層を第１の金型表面より大きくする。この余剰部分は、余剰長さ、突出部分またははみ出し部分となる。とりわけ第１の複合繊維層のマージン部分において余剰部分を使用することにより、第１の金型表面の領域を画定し各形状部分の寸法に相当する金型部品の縁辺と、第２の複合繊維層とを重ねることができる。前記余剰部分は動くことができ（たとえば折畳み可能）、袋体によって第１の金型表面に固定されることはない。
【００２３】
別の実施例では、第１の金型部品と第２の金型部品とを結合させる際に、前記余剰部分が該第２の金型部品内の第２の複合繊維層に部分的に重なるように、該第１の金型部品を該第２の金型部品に整合させる。このことにより、第１の複合繊維層と第２の複合繊維層とが接触する接触領域（境界領域）が強化され、その結果、より頑強な部材を製造することができる。第１の金型部品を第２の金型部品に整合させる際には、結合される両金型部品間に形成された空洞内部に該余剰部分が曲げられ、その結果、余剰部分が第２の複合繊維層と重なる。
【００２４】
本発明の別の実施例では、前記第１の金型部品を前記第２の金型部品に整合させる際に、前記余剰部分が重力によって所定の位置に整合するように該第１の金型部品を配置する。次に、前記第１の金型部品と前記第２の金型部品とを組み合わせ、前記余剰部分が前記所定の位置にきたときに、該余剰部分が部分的に、該第２の金型部品内の第２の複合繊維層に重なるようにする。たとえば、第１の金型部品をひっくり返すと、該第１の金型部品に固定されていない余剰部分は、重力によってほぼ垂直方向に整合され、第１の金型部品と第２の金型部品とを組み合わせたときに、前記余剰部分の端部は第２の複合繊維層に接触する。第１の金型部品と第２の金型部品とをさらにくっつけると、前記余剰部分の端部は、該第１の金型部品と該第２の金型部品との間に形成された内部空洞に向かって、第２の複合繊維層に沿ってスライドし、最終的な状態では、第１の金型部品と第２の金型部品とが最終的に固定されると、前記余剰部分は第２の複合繊維層と重なるオーバーラップ部分を形成する。
【００２５】
別の実施例では、前記袋体を膨張させる際に、前記余剰部分が前記第２の金型部品内の第２の複合繊維層に部分的に重なるように、該袋体を膨張させて該余剰部分を持ち上げる。この実施例では、前記袋体の潰れた表面に前記余剰部分が来るように、該余剰部分を折り畳むことができる。袋体を膨張させると、該袋体が最終位置まで膨張するまで前記余剰部分は該袋体の表面と一緒に動き、最終位置では、該余剰部分は第２の複合繊維層に押し付けられる。
【００２６】
本発明の製造方法の別の実施例では、第２の複合繊維層が第２の金型表面の縁辺からはみ出す別の余剰部分を成すように、該第２の複合繊維層を第２の金型表面より大きくする。第１の金型部品と第２の金型部品とを結合させる際にはさらに、前記別の余剰部分が該第１の金型部品内の第１の複合繊維層に部分的に重なるように、該第１の金型部品を該第２の金型部品に整合させる。
【００２７】
本発明の製造方法の別の実施例では、第１の金型部品と第２の金型部品とを結合させる前に、ウェブを第１の複合繊維層または第２の複合繊維層に取り付け、該第１の金型部品と該第２の金型部品とが結合されたときにウェブが第１の複合繊維層と第２の複合繊維層とに結合されて、作製される中空部材が強化されるようにする。
【００２８】
前記ウェブは頑強または硬質の部材であり、たとえば木材、金属、複合繊維材料または別の硬質かつ非弾性の材料から作製される。前記ウェブを作製される中空部材の内部空洞内に取り付け、前記第１の複合繊維層および前記第２の複合繊維層に接触させることにより、両複合繊維層間に力が伝達し、このことによって複合繊維部材を強化することができる。
【００２９】
前記ウェブは、たとえば溶接や接着によって第１の複合繊維層に固定することができる。さらに、第１の複合繊維層および／または第２の複合繊維層の複合繊維材料にウェブを包み込むこともできる。
【００３０】
本発明の製造方法の別の実施例では、第１の金型部品と第２の金型部品とを結合させる前に、第１の複合繊維層にウェブを取り付け、かつ第２の複合繊維層にウェブを取り付けることにより、該第１の金型部品と該第２の金型部品とが結合されたときに前記ウェブと前記別のウェブとが結合され、作製される中空部材が強化されるようにする。前記ウェブおよび前記別のウェブはそれぞれ、たとえば、各複合繊維層が取り付けられる第１の面を含む。前記ウェブおよび前記別のウェブはさらに、両ウェブが相互に接触する際に接触部分となる別の面を含むこともできる。このことにより、前記ウェブと前記別のウェブとの間に力が伝達し、両複合繊維層間に力が伝達して、作製される中空部材を強化することができる。
【００３１】
別の実施例では、袋体を膨張させる際に、ａ）該袋体と第１の金型表面との間の空気を吸出し、ｂ）該袋体と第２の金型表面との間の空気を吸出する。このことにより、袋体は第１の複合繊維層を第１の金型表面に押し付け、第２の複合繊維層を第２の金型表面に押し付ける。前記袋体は膨張された状態になったとき、作製される中空部材の形状になるようにすることができる。代わりの方法として、前記袋体を弾性とし、その結果、該袋体の形状は任意の形状を有し、かつ、作製すべき中空部材の最終形状が得られるまで、かつ、該（弾性の）袋体の形状がそれ自体で第１の金型表面の形状と第２の金型表面の形状とに合うまで、該袋体から空気を吸出するかまたは該袋体に空気を送り込むことによって、該弾性の袋体を膨張させたときの該袋体の形状がそれ自体で調整可能となる。
【００３２】
第１の金型部品および／または第２の金型部品は、各金型表面から空気を吸出するための真空ポンプを接続するための接続部を有することができる。これにより、たとえば袋体と第１の金型表面との間の空気を吸出することによって、該袋体が膨張する。換言すると、袋体の内部と外部との間の圧力差を用いて袋体を膨張させることができる。
【００３３】
別の実施例では、袋体を膨張させる際に、該袋体が第１の複合繊維層を第１の金型表面に押し付け、第２の複合繊維層を第２の金型表面に押し付けるように、加圧された空気を該袋体内に送り込む。加圧された空気を送り込むことにより、袋体の内部と外部との間に圧力差が得られる。
【００３４】
さらに本発明の別の側面では、複合繊維から成る中空部材を作製するための上記製造方法を実施するための成形システムを開示する。前記成形システムは、第１の金型部品と第２の金型部品と袋体とを含む。
【００３５】
本発明では、たとえばタービン中空ブレード等である部材を１つの成形工程だけで作製できる次のような製造方法、すなわち、製造のために中空部材内に設けられる中実のコアピンを不要にできる製造方法を提供する。
【００３６】
第１のステップでは、ブレードを成すたとえばガラス繊維層等である複合繊維層を、２つの別個の金型部品内に配置する。これら２つの金型部品はそれぞれ近似的に、前記ブレードの形状の半分を成すことができる。たとえば、タービンブレードの前縁と後縁とを結ぶ翼形中心線（main line）で風力タービンブレードの形状を分割し、第１の金型部品はタービンブレード形状の上半分に相当する金型表面を含み、第２の金型部品の第２の金型表面はタービンブレードの下半分に相当するようにすることができる。
【００３７】
ブレードの各半分に対応する各金型部品に、ガラス繊維層を配置する。これらのブレード半部に１つまたは複数のウェブを取り付けることができる。このウェブにたとえばガラス繊維材料が巻きつけられることにより、該ウェブがブレード構造体の他の部分に確実に固定される。
【００３８】
さらに、金型表面のうち１つの辺からはみ出す余剰ガラス繊維材料を設けることもできる。
【００３９】
本発明の製造方法の第２のステップでは、実質的に複合繊維層の金型表面全体に、樹脂を通さない気密の１つまたは複数の袋体を、とりわけ第１の金型部品に設ける。これはたとえば、ガラス繊維材料の余剰部分も含む。
【００４０】
袋体は少なくとも、第１の複合繊維層の主要部分をカバーするが、とりわけ袋体は、第１の複合繊維層の余剰部分をカバーしない。その結果、該余剰部分が未だ動けるようにする。
【００４１】
袋体の表面または複数の袋体の合計の表面は、第１の複合繊維層に接触する面積の少なくとも２倍である表面積を有し、袋体が膨張したときに、第２の複合繊維層の相応の部分もカバーするようにしなければならない。
【００４２】
第３のステップではとりわけ、第１の金型表面と袋体との間のスペースを真空にする。第１の金型表面と袋体との間のスペースを真空にする（減圧する）ことにより、該袋体は第１の金型表面へ引っ張られ、第１の複合繊維層を該第１の金型表面に押し付け、該袋体が第１の複合繊維層の表面積全体をカバーするのが完全でなくても、該第１の複合繊維層および該袋体は第１の金型に定位置で固定されて保持される。
【００４３】
第４のステップでは、第１の金型部品を回転させてひっくり返し、たとえば該第１の金型部品の長手軸を中心として１８０°回転させて、たとえば袋体と第１の複合繊維層とを含めて該第１の金型部品を上下反対にする。このことにより、自由に動くことができる余剰部分は重力によって、第１の金型部品からほぼ垂直方向にぶら下がる。
【００４４】
第５のステップでは、第１の金型部品を下降させて、第２の金型部品に対して位置決めする。このことによって余剰部分は、第１の金型部品と第２の金型部品との間に形成された空洞内に折り込まれ、該余剰部分は第２の金型内の第２の複合繊維材料の内表面に対して位置整合される。
【００４５】
第６のステップでは、袋体を広げて膨張させ、第１の金型部品と第２の金型部品との間の内部空洞全体、すなわち、第１の複合繊維層と第２の複合繊維層との間の内部空洞全体を満たす。このことにより、袋体はこれらの複合繊維層を各金型表面に保持する。
【００４６】
とりわけ袋体の表面と第１の金型表面および第２の金型表面との間の空洞を減圧することにより（真空にすることにより）、袋体を広げることができる。また、加圧された空気を袋体内部に送り込むことによっても、袋体を膨張させることができる。
【００４７】
第１の金型部品と第２の金型部品とを気密接続し、内部空洞を気密封止するために、該第１の金型部品と該第２の金型部品との間にシールを挿入することができる。
【００４８】
袋体を広げて膨張させる際、第１の金型表面と第２の金型表面と該袋体との間のスペースを減圧すること（真空にすること）により、樹脂射出成形法によって第１の複合繊維層と第２の複合繊維層とに樹脂が射出されるようにすることができる。最後に、中空部材の硬化およびキャスティングを行い、完成された中空部材を金型部品から容易に取り外すことができる。
【００４９】
たとえば袋体を膨張させて広げることにより、前記余剰部分を最終位置まで持ち上げることができる。余剰繊維部分は、両複合繊維層のいずれにも形成することができる。中空部材が風力タービンのブレードである場合、たとえば第１の複合繊維層および／または第２の複合繊維層に、たとえば成形すべきブレードの前縁または後縁に、余剰部分を形成することができる。
【００５０】
本発明の実施形態は、異なる対象に関連して記載されたものであることに留意されたい。特に、いくつかの実施形態については装置に関する請求項を参照して説明したが、他の実施形態については方法に関する請求項を参照して説明した。しかしながら当業者であれば、前述の記載および後述の記載から、ことわりが無い限り、１つの対象に関連する特徴のあらゆる組み合わせの他に、それとは異なる対象に関連する複数の特徴の組み合わせ、殊に装置を特定する請求項に記載の特徴と、方法を特定する請求項に記載の特徴の組み合わせも本願の開示内容と見なせることが分かる。
【実施例】
【００５１】
以下で説明する実施例から、本発明の上述の側面および別の側面を理解することができる。実施例を参照してこれらを説明する。以下では実施例を参照して本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００５２】
各図は概略的に示したものである。複数の異なる図において、類似または同一の構成要素には同じ参照番号を付してあることに留意されたい。
【００５３】
図１〜図５に、複合繊維から作製された中空部材を製造するための形状を成形するための方法を示しており、とりわけ風力タービン用の中空ブレードの形状を成形するための方法を開示する。
【００５４】
図１に、第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０とを示す。第１の金型部品１１０の第１の金型表面に、第１の複合繊維層１０１が配置されている。第１の金型表面は、作製される中空部材の第１の形状部分に相当する。たとえば中空部材は風力タービンのブレードであり、第１の形状部分は、作製される風力タービン用ブレードの（上）半分を成すことができる。
【００５５】
第２の金型部分１２０の第２の金型表面に第２の複合繊維層１０２を配置することができる。この第２の金型表面は、作製される中空部材の第２の形状部分に相当する。第２の形状部分は、作製される風力タービン用ブレードの（下）半分を成すことができる。
【００５６】
さらに、図１に示されているように、作製される中空部材を強化するためのウェブ１０５を、第１の金型部品に取り付けることができる。第１の金型部品１１０に１つまたは複数のウェブ１０５を取り付け、第２の金型部品１２０に１つまたは複数の別のウェブ１０６を取り付けることができる。ウェブ１０５，１０６は、各複合繊維層１０１，１０２に接着、溶接または織り込むことができる。第１の金型表面および第２の金型表面は、各縁辺１０４によって画定されている。図１に示されているように、第１の複合繊維層１０１は、各金型表面から外側の方向に縁辺１０４からはみ出す余剰部分１０３を有することができる。第１の金型表面によって決定される第１の形状部分より第１の複合繊維層１０１を大きく作製すると、余剰部分１０３が形成される。
【００５７】
図２に、後続のステップにおける第１の金型部品１１０を示す。第３の複合繊維層１０１に袋体２０１を収縮した状態で配置する。図２に示されているように、第１の複合繊維層１０１に、収縮した状態の袋体２０１を複数配置することもできる。余剰部分１０３は袋体２０１によって被覆されることはなく、該余剰部分１０３は自由に動くことができる。ウェブ１０５は、第２の複合繊維層１０２の表面に接触するように形成することができる。またはウェブ１０５は、第２の複合繊維層１０２に取り付けられた別のウェブ１０６に接触する面を含むことができる。前記ウェブ１０５の面または前記別のウェブ１０６の面が袋体２０１によって被覆されることはない。
【００５８】
図３に、ひっくり返され上下逆さまになった第１の金型部品１１０を示す。自由に動くことができる余剰部分１０３は一般的に、たとえば重力によって、垂直方向に位置整合される。袋体２０１および第１の複合繊維層１０１は第１の金型部品１１０の第１の金型表面に固定されている。前記袋体２０１および第１の複合繊維層１０１は、たとえば両部材を（樹脂によって）接着するか、または該袋体２０１と第１の金型表面との間を減圧することによって固定することができる。したがって、袋体２０１、ウェブ１０５および第１の複合繊維層１０１が重力によって第１の金型部品１１０から落ちることはない。さらに、袋体２０１とウェブ１０５と第１の複合繊維層１０１とが相対的に動くことが阻止されるので、後で再調整する必要がなくなる。
【００５９】
図４に、第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０とが接触する前の状態を示す。余剰部分１０３はいずれも、別の装置によって内側に折り畳まれている。さらに、余剰部分１０３の端部面は第２の複合繊維部分１０２に接触することができる。このことにより、第１の金型部品１１０を第２の金型部品１２０に向かって動かす間、余剰部分１０３は、第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０との間に形成された内部空洞の方向に自然に動く（滑り落ちる）。
【００６０】
図５に、相互に接触する第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０とを示す。図５に示されているように、第１の複合繊維層１０１の余剰部分１０３が第２の複合繊維層１０２に重なる。とりわけ余剰部分１０３は、第１の金型部品１１０および第２の金型部品１２０との境界領域が存在する位置において、第２の複合繊維層１０２に重なる。とりわけ、第１の金型表面が、作製されるブレードの上半分を形成し、かつ第２の金型表面が該ブレードの下半分を形成する場合、第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０とが接触する境界領域は該ブレードの前縁および後縁の領域に形成される。
【００６１】
図５に示されているように、第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０とが結合された状態では、ウェブ１０５と別のウェブ１０６とが接触しており、このことにより、第１の複合繊維層１０１から第２の複合繊維層１０２へ力が伝達することができるので、ウェブ１０５と別のウェブ１０６とによって、作製される中空部材が強化される。第１の金型表面と第２の金型表面との間のスペースに形成された内部空洞、袋体２０１が膨張され、該袋体２０１は第１の複合繊維層１０１および第２の複合繊維層１０２をそれぞれの金型表面に押し付ける。袋体２０１は、たとえば、加圧された空気を各袋体２０１内部に噴射することによって膨張させることができる。別の有利な実施形態では、真空ポンプを金型部品１１０，１２０に接続し、袋体２０１の表面と第１の金型表面との間のスペース、および、該袋体２０１の表面と第２の金型表面との間のスペース（および、袋体２０１と各ウェブ表面との間のスペース）から、空気を吸出することができる。このことにより、各袋体２０１の内部容積内の圧力と、該袋体２０１と各金型表面との間の外側スペース内の圧力との間に圧力差が発生し、この圧力差によって該袋体２０１は膨張し、各複合繊維層を金型表面に向かって押圧する。空気の吸出を最大限にするために、第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０とが接触する境界領域に封止部材５０１を取り付け、該第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０との間に形成された内部空洞を封止することができる。
【００６２】
さらに、袋体２０１と第１の金型表面との間、該袋体２０１と第２の金型表面との間、および、該袋体２０１とウェブ１０５，１０６との間を減圧する場合、樹脂を射出して複合繊維層１０１，１０２に該樹脂を浸透させることができる。
【００６３】
樹脂を射出した後は、複合繊維層１０１，１０２を硬化して、最終形状と、最終製品である頑強なたとえばブレード等の中空部材を作製することができる。複合繊維層１０１，１０２の硬化後、袋体２０１と第１の金型表面および第２の金型表面との間の減圧を低下させて該袋体２０１を潰すことができる。袋体２０１が潰れた状態では、袋体２０１の容積は縮小されて小さくなるので、作製された中空部材の内部空洞から該袋体２０１を容易に取り出すことができる。
【００６４】
本明細書中、"〜を有する"なる語はそれ以外の要素を有することを排除せず、"１つの"なる語は当該の要素が複数個設けられることを排除しない。異なる実施形態に関して説明した要素を組み合わせることもできる。また、特許請求の範囲に記載されている参照番号は請求の範囲を制限するものではないと解すべきである。
【符号の説明】
【００６５】
１０１ 第１の複合繊維層
１０２ 第２の複合繊維層
１０３ 余剰部分
１０５ ウェブ
１１０ 第１の金型部品
１２０ 第２の金型部品
２０１ 袋体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合繊維から作製された中空部材を製造するための形状を成形するための方法に関し、とりわけ風力タービン用の中空ブレードの形状を成形するための方法に関する。さらに本発明は、風力タービン用のブレードと、成形システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力タービン用の風力タービンブレードのサイズは大きくなってきているので、最近の風力タービンブレードの多くは複合繊維から製造され、とりわけガラス繊維から製造される。大型の風力タービンブレードを製造するために使用される製造方法は幾つかあり、たとえばレジントランスファモールド法がある。
【０００３】
ＥＰ１３１０３５１Ａ１に、風力タービン用ブレードの製造方法が開示されている。ブレードの下側を形成する金型部品に設けられたガラス繊維の層に、金型コアを配置する。金型コアの頂部に、別のガラス繊維層を配置し、最後に上側金型部品を前記金型コアの上に配置し、繊維層を該金型コアに押し付けることにより、ブレードの形状が形成される。
【０００４】
金型部品内の繊維層が硬化したら、金型コアを取り外さなければならない。風力タービンブレードのサイズが大きく、風力タービンブレードの形状が複雑である場合、この金型コアの取り外しは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＥＰ１３１０３５１Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、風力タービンブレードの製造方法を簡略化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題は、複合繊維から成る中空部品、とりわけ風力タービン用の中空ブレードを製造するための形状を成形するための、独立請求項に記載の形成方法と、独立請求項に記載の風力タービン用のブレードと、独立請求項に記載の方法を実施するための成型システムとによって解決される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例を、第１の金型部品と第２の金型部品とが分解された状態で示す。
【図２】第１の金型部品に袋体が配置された本発明の一実施例を示す。
【図３】第１の金型部品がひっくり返された、本発明の一実施例を示す。
【図４】第１の金型部品と第２の金型部品とが結合された、本発明の別の実施例を示す。
【図５】第１の金型部品と第２の金型部品とが結合された状態にある、本発明の一実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の１つの側面では、複合繊維から作製される中空部材を製造するための形状を成形するための方法を開示し、とりわけ風力タービン用の中空ブレードの形状を成形するための方法を開示する。本発明の製造方法では、作製される中空部材の第１の形状部分に相当する、第１の金型部品の第１の金型表面上に、第１の複合繊維層を配置し、該中空部材の第２の形状部分に相当する、第２の部分の第２の金型表面に、第２の複合繊維層を配置する。前記第１の複合繊維層上に、収縮した状態で袋体を配置する。
【００１０】
前記袋体および前記第１の複合繊維層を前記第１の金型表面に固定する。前記第１の金型表面および前記第２の金型表面が、作製される前記中空部材（たとえば風力タービンブレード）の形状になるように、前記第１の金型部品を前記第２の金型部品に結合させる。前記第１の複合繊維層が前記第１の金型表面に押し付けられ、かつ前記第２の複合繊維層が前記第２の金型表面に押し付けられるように、前記袋体を膨張させることにより、該第１の複合繊維層および該第２の複合繊維層が結合され、作製される前記中空部材の形状を成すようにする。
【００１１】
別の実施例では、上記製造方法によって作製された風力タービン用ブレードを開示する。
【００１２】
さらに本発明の別の側面では、複合繊維から成る中空部材を作製するための上記製造方法を実施するための成形システムを開示する。
【００１３】
前記第１の金型部品は、成形装置の上側金型部品とすることができ、前記第２の金型部品は該成形装置の下側金型部品とすることができる。前記第１の金型部品は前記第１の金型表面を含むことができる。その際には、この第１の金型表面はたとえば、形成すべき中空部材の形状の第１の領域の雌型を成す。第１の金型部品内の第１の金型表面に第１の複合繊維層を配置すると、該第１の複合繊維は中空部材の第１の形状領域を成す。たとえば、前記第１の金型部品が上半分であり、かつ前記第２の金型部品が下半分である場合、該第１の金型表面は、作製される前記中空部材の上半分（たとえばブレードの上半分）の雌型となり、該第２の金型表面は、該中空部材の下半分（ブレードの下半分）の雌型となる。さらに、成形装置が前記第１の金型部品と前記第２の金型部品と、さらに別の金型部品を有し、前記第１の金型表面と前記第２の金型表面と別の金型表面とによって金型表面が構成され、これらの金型表面に２つ以上の個別の複合繊維層を配置することができる。換言すると、作製される中空部材の最終形状は、２つ以上の形状領域に分割することができる。
【００１４】
前記複合繊維層の繊維の相互間の配向を一方向または多方向にして、該複合繊維層を形成することができる。さらに、前記複合繊維をウェブ形状、織布状とすることができ、たとえば繊維マットやプリプレグとすることができる。第１の複合繊維層は、第１の金型部品に配置される１つの複合繊維層とするか、または、前記第１の金型部品に配置され相互に重ねられる複数の複合繊維層とすることができ、第２の複合繊維層は、第２の金型部品に配置される１つの複合繊維層とするか、または、前記第２の金型部品に配置され相互に重ねられる複数の複合繊維層とすることができる。
【００１５】
前記複合繊維はガラス繊維、炭素繊維、または別のポリマー繊維材料を含むことができる。
【００１６】
前記袋体はフレキシブルな中空体、すなわち膨張可能かつ折畳み可能な中空体であり、たとえばゴムや別の弾性材料から作製された中空体である。前記袋体は、収縮可能かつ膨張可能な材質とすることができる。収縮した状態では袋体は折り畳まれて該袋体のサイズは最小になり、膨張された状態では該袋体のサイズは最大になる。中空の袋体内部に加圧された空気を送るか、または該袋体の周囲で減圧を行うことによって、該袋体を膨張状態にすることができる。袋体はたとえば液体に対して、すなわち樹脂に対して不浸透性であり、かつ気密性である。
【００１７】
本発明により、従来技術の製法では複合繊維層が配置された金型コアピンを不要にし、たとえば風力タービン用ブレード等である中空部材を一工程で作製することができる。このことは、収縮した袋体および前記第１の複合繊維層を第１の金型部品に固定（secure）することによって実現される。前記袋体と前記第１の複合繊維層との間に接着材（たとえば樹脂）を適用するか、または該袋体と該前記第１の金型表面との間で減圧を行うことにより、該袋体および該第１の複合繊維層を固定することができる。このようにして、前記袋体および第１の複合繊維層が金型表面に固定されると、第１の金型部品を扱うのが非常に簡単になり、該第１の複合繊維層は該袋体によって前記第１の金型表面に押し付けられているので、該第１の複合繊維層が滑って該第１の金型表面に対して相対的に動くことがなくなる。それゆえ、第１の金型部品から袋体および第１の複合繊維層が出てくることなく、該第１の金型部品をひっくり返すことができ、該第１の金型部品と該第２の金型部品とを簡単に組み立てることができ、両金型部品が結合された後、形成すべき中空部材の形状の仕上げを行うための仕上げ工程、たとえば樹脂射出成形や樹脂硬化工程を実施することができる。
【００１８】
従来技術の製法では、金型部品内の複合繊維層に中実のコアピンを配置し、その後、該中実のコアピンの上に第２の複合繊維層を配置し、最後に、第２の金型部品を前記第１の金型部品に結合させなければならない。このような製法では、第２の複合繊維層が滑り出してしまうおそれがある。さらに、金型部品のすべての部分を調整するのは複雑である。本発明の製造方法では、第１の金型部品が第２の金型部品に結合されるときには、第１の複合繊維層および膨張可能な袋体はすでに固定されており、該第１の金型部品に位置整合されている。それゆえ、第１の金型部品に対して相対的に第１の複合繊維層が滑るのを防止することができる。膨張可能な袋体によって、複合繊維層を金型部品の表面に押し付けることができ、袋体および第１の複合繊維層を第１の上側金型部品に固定するために中実のコアピンを使用する必要はなくなる。
【００１９】
さらに、複合繊維層が硬化した後は、袋体を収縮させて該袋体のサイズを縮小することにより、作製された中空部材の内部空洞から該袋体を取り外すのを容易にすることができる。
【００２０】
このことは、たとえば風力タービン用のブレード等である複雑な部材を製造するとき、たとえば複雑な部材を長さ方向にねじるときに有利である。風力タービンブレードをねじる工程を行う場合、従来の中実のコアピンを取り外すのが複雑になってしまう。膨張可能な袋体を使用することにより、完成した風力タービンブレードの内部空洞からこの袋体を取り外すのが容易になる。
【００２１】
本発明の別の実施例では、袋体および第１の複合繊維層が減圧（すなわち真空）によって第１の金型表面に固定されるように、該袋体と該第１の金型表面との間の空気を吸出することによって、該袋体を固定する。この実施例ではこのことによって、空気の吸出を停止したときに袋体を容易に取り外せるようになる。付加的または択一的に、袋体および／または第１の複合繊維層をたとえば接着材（たとえば樹脂）によって第１の金型表面に固定することができる。固定するためにさらに付加的に外部から、たとえば中実のコアピンによって押さえつけるのを、不要にすることができる。
【００２２】
別の実施例では、第１の複合繊維層が第１の金型表面の縁辺からはみ出す余剰部分を成すように、該第１の複合繊維層を第１の金型表面より大きくする。この余剰部分は、余剰長さ、突出部分またははみ出し部分となる。とりわけ第１の複合繊維層のマージン部分において余剰部分を使用することにより、第１の金型表面の領域を画定し各形状部分の寸法に相当する金型部品の縁辺と、第２の複合繊維層とを重ねることができる。前記余剰部分は動くことができ（たとえば折畳み可能）、袋体によって第１の金型表面に固定されることはない。
【００２３】
別の実施例では、第１の金型部品と第２の金型部品とを結合させる際に、前記余剰部分が該第２の金型部品内の第２の複合繊維層に部分的に重なるように、該第１の金型部品を該第２の金型部品に整合させる。このことにより、第１の複合繊維層と第２の複合繊維層とが接触する接触領域（境界領域）が強化され、その結果、より頑強な部材を製造することができる。第１の金型部品を第２の金型部品に整合させる際には、結合される両金型部品間に形成された空洞内部に該余剰部分が曲げられ、その結果、余剰部分が第２の複合繊維層と重なる。
【００２４】
本発明の別の実施例では、前記第１の金型部品を前記第２の金型部品に整合させる際に、前記余剰部分が重力によって所定の位置に整合するように該第１の金型部品を配置する。次に、前記第１の金型部品と前記第２の金型部品とを組み合わせ、前記余剰部分が前記所定の位置にきたときに、該余剰部分が部分的に、該第２の金型部品内の第２の複合繊維層に重なるようにする。たとえば、第１の金型部品をひっくり返すと、該第１の金型部品に固定されていない余剰部分は、重力によってほぼ垂直方向に整合され、第１の金型部品と第２の金型部品とを組み合わせたときに、前記余剰部分の端部は第２の複合繊維層に接触する。第１の金型部品と第２の金型部品とをさらにくっつけると、前記余剰部分の端部は、該第１の金型部品と該第２の金型部品との間に形成された内部空洞に向かって、第２の複合繊維層に沿ってスライドし、最終的な状態では、第１の金型部品と第２の金型部品とが最終的に固定されると、前記余剰部分は第２の複合繊維層と重なるオーバーラップ部分を形成する。
【００２５】
別の実施例では、前記袋体を膨張させる際に、前記余剰部分が前記第２の金型部品内の第２の複合繊維層に部分的に重なるように、該袋体を膨張させて該余剰部分を持ち上げる。この実施例では、前記袋体の潰れた表面に前記余剰部分が来るように、該余剰部分を折り畳むことができる。袋体を膨張させると、該袋体が最終位置まで膨張するまで前記余剰部分は該袋体の表面と一緒に動き、最終位置では、該余剰部分は第２の複合繊維層に押し付けられる。
【００２６】
本発明の製造方法の別の実施例では、第２の複合繊維層が第２の金型表面の縁辺からはみ出す別の余剰部分を成すように、該第２の複合繊維層を第２の金型表面より大きくする。第１の金型部品と第２の金型部品とを結合させる際にはさらに、前記別の余剰部分が該第１の金型部品内の第１の複合繊維層に部分的に重なるように、該第１の金型部品を該第２の金型部品に整合させる。
【００２７】
本発明の製造方法の別の実施例では、第１の金型部品と第２の金型部品とを結合させる前に、ウェブを第１の複合繊維層または第２の複合繊維層に取り付け、該第１の金型部品と該第２の金型部品とが結合されたときにウェブが第１の複合繊維層と第２の複合繊維層とに結合されて、作製される中空部材が強化されるようにする。
【００２８】
前記ウェブは頑強または硬質の部材であり、たとえば木材、金属、複合繊維材料または別の硬質かつ非弾性の材料から作製される。前記ウェブを作製される中空部材の内部空洞内に取り付け、前記第１の複合繊維層および前記第２の複合繊維層に接触させることにより、両複合繊維層間に力が伝達し、このことによって複合繊維部材を強化することができる。
【００２９】
前記ウェブは、たとえば溶接や接着によって第１の複合繊維層に固定することができる。さらに、第１の複合繊維層および／または第２の複合繊維層の複合繊維材料にウェブを包み込むこともできる。
【００３０】
本発明の製造方法の別の実施例では、第１の金型部品と第２の金型部品とを結合させる前に、第１の複合繊維層にウェブを取り付け、かつ第２の複合繊維層にウェブを取り付けることにより、該第１の金型部品と該第２の金型部品とが結合されたときに前記ウェブと前記別のウェブとが結合され、作製される中空部材が強化されるようにする。前記ウェブおよび前記別のウェブはそれぞれ、たとえば、各複合繊維層が取り付けられる第１の面を含む。前記ウェブおよび前記別のウェブはさらに、両ウェブが相互に接触する際に接触部分となる別の面を含むこともできる。このことにより、前記ウェブと前記別のウェブとの間に力が伝達し、両複合繊維層間に力が伝達して、作製される中空部材を強化することができる。
【００３１】
別の実施例では、袋体を膨張させる際に、ａ）該袋体と第１の金型表面との間の空気を吸出し、ｂ）該袋体と第２の金型表面との間の空気を吸出する。このことにより、袋体は第１の複合繊維層を第１の金型表面に押し付け、第２の複合繊維層を第２の金型表面に押し付ける。前記袋体は膨張された状態になったとき、作製される中空部材の形状になるようにすることができる。代わりの方法として、前記袋体を弾性とし、その結果、該袋体の形状は任意の形状を有し、かつ、作製すべき中空部材の最終形状が得られるまで、かつ、該（弾性の）袋体の形状がそれ自体で第１の金型表面の形状と第２の金型表面の形状とに合うまで、該袋体から空気を吸出するかまたは該袋体に空気を送り込むことによって、該弾性の袋体を膨張させたときの該袋体の形状がそれ自体で調整可能となる。
【００３２】
第１の金型部品および／または第２の金型部品は、各金型表面から空気を吸出するための真空ポンプを接続するための接続部を有することができる。これにより、たとえば袋体と第１の金型表面との間の空気を吸出することによって、該袋体が膨張する。換言すると、袋体の内部と外部との間の圧力差を用いて袋体を膨張させることができる。
【００３３】
別の実施例では、袋体を膨張させる際に、該袋体が第１の複合繊維層を第１の金型表面に押し付け、第２の複合繊維層を第２の金型表面に押し付けるように、加圧された空気を該袋体内に送り込む。加圧された空気を送り込むことにより、袋体の内部と外部との間に圧力差が得られる。
【００３４】
さらに本発明の別の側面では、複合繊維から成る中空部材を作製するための上記製造方法を実施するための成形システムを開示する。前記成形システムは、第１の金型部品と第２の金型部品と袋体とを含む。
【００３５】
本発明では、たとえばタービン中空ブレード等である部材を１つの成形工程だけで作製できる次のような製造方法、すなわち、製造のために中空部材内に設けられる中実のコアピンを不要にできる製造方法を提供する。
【００３６】
第１のステップでは、ブレードを成すたとえばガラス繊維層等である複合繊維層を、２つの別個の金型部品内に配置する。これら２つの金型部品はそれぞれ近似的に、前記ブレードの形状の半分を成すことができる。たとえば、タービンブレードの前縁と後縁とを結ぶ翼形中心線（main line）で風力タービンブレードの形状を分割し、第１の金型部品はタービンブレード形状の上半分に相当する金型表面を含み、第２の金型部品の第２の金型表面はタービンブレードの下半分に相当するようにすることができる。
【００３７】
ブレードの各半分に対応する各金型部品に、ガラス繊維層を配置する。これらのブレード半部に１つまたは複数のウェブを取り付けることができる。このウェブにたとえばガラス繊維材料が巻きつけられることにより、該ウェブがブレード構造体の他の部分に確実に固定される。
【００３８】
さらに、金型表面のうち１つの辺からはみ出す余剰ガラス繊維材料を設けることもできる。
【００３９】
本発明の製造方法の第２のステップでは、実質的に複合繊維層の金型表面全体に、樹脂を通さない気密の１つまたは複数の袋体を、とりわけ第１の金型部品に設ける。これはたとえば、ガラス繊維材料の余剰部分も含む。
【００４０】
袋体は少なくとも、第１の複合繊維層の主要部分をカバーするが、とりわけ袋体は、第１の複合繊維層の余剰部分をカバーしない。その結果、該余剰部分が未だ動けるようにする。
【００４１】
袋体の表面または複数の袋体の合計の表面は、第１の複合繊維層に接触する面積の少なくとも２倍である表面積を有し、袋体が膨張したときに、第２の複合繊維層の相応の部分もカバーするようにしなければならない。
【００４２】
第３のステップではとりわけ、第１の金型表面と袋体との間のスペースを真空にする。第１の金型表面と袋体との間のスペースを真空にする（減圧する）ことにより、該袋体は第１の金型表面へ引っ張られ、第１の複合繊維層を該第１の金型表面に押し付け、該袋体が第１の複合繊維層の表面積全体をカバーするのが完全でなくても、該第１の複合繊維層および該袋体は第１の金型に定位置で固定されて保持される。
【００４３】
第４のステップでは、第１の金型部品を回転させてひっくり返し、たとえば該第１の金型部品の長手軸を中心として１８０°回転させて、たとえば袋体と第１の複合繊維層とを含めて該第１の金型部品を上下反対にする。このことにより、自由に動くことができる余剰部分は重力によって、第１の金型部品からほぼ垂直方向にぶら下がる。
【００４４】
第５のステップでは、第１の金型部品を下降させて、第２の金型部品に対して位置決めする。このことによって余剰部分は、第１の金型部品と第２の金型部品との間に形成された空洞内に折り込まれ、該余剰部分は第２の金型内の第２の複合繊維材料の内表面に対して位置整合される。
【００４５】
第６のステップでは、袋体を広げて膨張させ、第１の金型部品と第２の金型部品との間の内部空洞全体、すなわち、第１の複合繊維層と第２の複合繊維層との間の内部空洞全体を満たす。このことにより、袋体はこれらの複合繊維層を各金型表面に保持する。
【００４６】
とりわけ袋体の表面と第１の金型表面および第２の金型表面との間の空洞を減圧することにより（真空にすることにより）、袋体を広げることができる。また、加圧された空気を袋体内部に送り込むことによっても、袋体を膨張させることができる。
【００４７】
第１の金型部品と第２の金型部品とを気密接続し、内部空洞を気密封止するために、該第１の金型部品と該第２の金型部品との間にシールを挿入することができる。
【００４８】
袋体を広げて膨張させる際、第１の金型表面と第２の金型表面と該袋体との間のスペースを減圧すること（真空にすること）により、樹脂射出成形法によって第１の複合繊維層と第２の複合繊維層とに樹脂が射出されるようにすることができる。最後に、中空部材の硬化およびキャスティングを行い、完成された中空部材を金型部品から容易に取り外すことができる。
【００４９】
たとえば袋体を膨張させて広げることにより、前記余剰部分を最終位置まで持ち上げることができる。余剰繊維部分は、両複合繊維層のいずれにも形成することができる。中空部材が風力タービンのブレードである場合、たとえば第１の複合繊維層および／または第２の複合繊維層に、たとえば成形すべきブレードの前縁または後縁に、余剰部分を形成することができる。
【００５０】
本発明の実施形態は、異なる対象に関連して記載されたものであることに留意されたい。特に、いくつかの実施形態については装置に関する請求項を参照して説明したが、他の実施形態については方法に関する請求項を参照して説明した。しかしながら当業者であれば、前述の記載および後述の記載から、ことわりが無い限り、１つの対象に関連する特徴のあらゆる組み合わせの他に、それとは異なる対象に関連する複数の特徴の組み合わせ、殊に装置を特定する請求項に記載の特徴と、方法を特定する請求項に記載の特徴の組み合わせも本願の開示内容と見なせることが分かる。
【実施例】
【００５１】
以下で説明する実施例から、本発明の上述の側面および別の側面を理解することができる。実施例を参照してこれらを説明する。以下では実施例を参照して本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００５２】
各図は概略的に示したものである。複数の異なる図において、類似または同一の構成要素には同じ参照番号を付してあることに留意されたい。
【００５３】
図１〜図５に、複合繊維から作製された中空部材を製造するための形状を成形するための方法を示しており、とりわけ風力タービン用の中空ブレードの形状を成形するための方法を開示する。
【００５４】
図１に、第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０とを示す。第１の金型部品１１０の第１の金型表面に、第１の複合繊維層１０１が配置されている。第１の金型表面は、作製される中空部材の第１の形状部分に相当する。たとえば中空部材は風力タービンのブレードであり、第１の形状部分は、作製される風力タービン用ブレードの（上）半分を成すことができる。
【００５５】
第２の金型部分１２０の第２の金型表面に第２の複合繊維層１０２を配置することができる。この第２の金型表面は、作製される中空部材の第２の形状部分に相当する。第２の形状部分は、作製される風力タービン用ブレードの（下）半分を成すことができる。
【００５６】
さらに、図１に示されているように、作製される中空部材を強化するためのウェブ１０５を、第１の金型部品に取り付けることができる。第１の金型部品１１０に１つまたは複数のウェブ１０５を取り付け、第２の金型部品１２０に１つまたは複数の別のウェブ１０６を取り付けることができる。ウェブ１０５，１０６は、各複合繊維層１０１，１０２に接着、溶接または織り込むことができる。第１の金型表面および第２の金型表面は、各縁辺１０４によって画定されている。図１に示されているように、第１の複合繊維層１０１は、各金型表面から外側の方向に縁辺１０４からはみ出す余剰部分１０３を有することができる。第１の金型表面によって決定される第１の形状部分より第１の複合繊維層１０１を大きく作製すると、余剰部分１０３が形成される。
【００５７】
図２に、後続のステップにおける第１の金型部品１１０を示す。第３の複合繊維層１０１に袋体２０１を収縮した状態で配置する。図２に示されているように、第１の複合繊維層１０１に、収縮した状態の袋体２０１を複数配置することもできる。余剰部分１０３は袋体２０１によって被覆されることはなく、該余剰部分１０３は自由に動くことができる。ウェブ１０５は、第２の複合繊維層１０２の表面に接触するように形成することができる。またはウェブ１０５は、第２の複合繊維層１０２に取り付けられた別のウェブ１０６に接触する面を含むことができる。前記ウェブ１０５の面または前記別のウェブ１０６の面が袋体２０１によって被覆されることはない。
【００５８】
図３に、ひっくり返され上下逆さまになった第１の金型部品１１０を示す。自由に動くことができる余剰部分１０３は一般的に、たとえば重力によって、垂直方向に位置整合される。袋体２０１および第１の複合繊維層１０１は第１の金型部品１１０の第１の金型表面に固定されている。前記袋体２０１および第１の複合繊維層１０１は、たとえば両部材を（樹脂によって）接着するか、または該袋体２０１と第１の金型表面との間を減圧することによって固定することができる。したがって、袋体２０１、ウェブ１０５および第１の複合繊維層１０１が重力によって第１の金型部品１１０から落ちることはない。さらに、袋体２０１とウェブ１０５と第１の複合繊維層１０１とが相対的に動くことが阻止されるので、後で再調整する必要がなくなる。
【００５９】
図４に、第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０とが接触する前の状態を示す。余剰部分１０３はいずれも、別の装置によって内側に折り畳まれている。さらに、余剰部分１０３の端部面は第２の複合繊維部分１０２に接触することができる。このことにより、第１の金型部品１１０を第２の金型部品１２０に向かって動かす間、余剰部分１０３は、第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０との間に形成された内部空洞の方向に自然に動く（滑り落ちる）。
【００６０】
図５に、相互に接触する第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０とを示す。図５に示されているように、第１の複合繊維層１０１の余剰部分１０３が第２の複合繊維層１０２に重なる。とりわけ余剰部分１０３は、第１の金型部品１１０および第２の金型部品１２０との境界領域が存在する位置において、第２の複合繊維層１０２に重なる。とりわけ、第１の金型表面が、作製されるブレードの上半分を形成し、かつ第２の金型表面が該ブレードの下半分を形成する場合、第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０とが接触する境界領域は該ブレードの前縁および後縁の領域に形成される。
【００６１】
図５に示されているように、第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０とが結合された状態では、ウェブ１０５と別のウェブ１０６とが接触しており、このことにより、第１の複合繊維層１０１から第２の複合繊維層１０２へ力が伝達することができるので、ウェブ１０５と別のウェブ１０６とによって、作製される中空部材が強化される。第１の金型表面と第２の金型表面との間のスペースに形成された内部空洞、袋体２０１が膨張され、該袋体２０１は第１の複合繊維層１０１および第２の複合繊維層１０２をそれぞれの金型表面に押し付ける。袋体２０１は、たとえば、加圧された空気を各袋体２０１内部に噴射することによって膨張させることができる。別の有利な実施形態では、真空ポンプを金型部品１１０，１２０に接続し、袋体２０１の表面と第１の金型表面との間のスペース、および、該袋体２０１の表面と第２の金型表面との間のスペース（および、袋体２０１と各ウェブ表面との間のスペース）から、空気を吸出することができる。このことにより、各袋体２０１の内部容積内の圧力と、該袋体２０１と各金型表面との間の外側スペース内の圧力との間に圧力差が発生し、この圧力差によって該袋体２０１は膨張し、各複合繊維層を金型表面に向かって押圧する。空気の吸出を最大限にするために、第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０とが接触する境界領域に封止部材５０１を取り付け、該第１の金型部品１１０と第２の金型部品１２０との間に形成された内部空洞を封止することができる。
【００６２】
さらに、袋体２０１と第１の金型表面との間、該袋体２０１と第２の金型表面との間、および、該袋体２０１とウェブ１０５，１０６との間を減圧する場合、樹脂を射出して複合繊維層１０１，１０２に該樹脂を浸透させることができる。
【００６３】
樹脂を射出した後は、複合繊維層１０１，１０２を硬化して、最終形状と、最終製品である頑強なたとえばブレード等の中空部材を作製することができる。複合繊維層１０１，１０２の硬化後、袋体２０１と第１の金型表面および第２の金型表面との間の減圧を低下させて該袋体２０１を潰すことができる。袋体２０１が潰れた状態では、袋体２０１の容積は縮小されて小さくなるので、作製された中空部材の内部空洞から該袋体２０１を容易に取り出すことができる。
【００６４】
本明細書中、"〜を有する"なる語はそれ以外の要素を有することを排除せず、"１つの"なる語は当該の要素が複数個設けられることを排除しない。異なる実施形態に関して説明した要素を組み合わせることもできる。また、特許請求の範囲に記載されている参照番号は請求の範囲を制限するものではないと解すべきである。
【符号の説明】
【００６５】
１０１ 第１の複合繊維層
１０２ 第２の複合繊維層
１０３ 余剰部分
１０５ ウェブ
１１０ 第１の金型部品
１２０ 第２の金型部品
２０１ 袋体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合繊維から作製される中空部材の形状を成形するための方法であって、
前記中空部材はとりわけ、風力タービン用の中空ブレードであり、
前記方法は、
・前記中空部材の第１の形状部分に相当する、第１の金型部品（１１０）の第１の金型表面に、第１の複合繊維層（１０１）を配置する、第１の複合繊維層配置ステップと、
・前記中空部材の第２の形状部分に相当する、第２の金型部品（１２０）の第２の金型表面に、第２の複合繊維層（１０２）を配置する、第２の複合繊維層配置ステップと、
・前記第１の複合繊維層（１０１）上に、収縮された状態の袋体（２０１）を配置する袋体配置ステップと、
・前記袋体（２０１）と前記第１の複合繊維層（１０１）とを前記第１の金型表面に固定する、固定ステップと、
・前記第１の金型表面と前記第２の金型表面とが前記作製すべき中空部材の形状になるように、前記第１の金型部品（１１０）を前記第２の金型部品（１２０）に結合させる、結合ステップと、
・前記第１の複合繊維層（１０１）が前記第１の金型表面に押し付けられ、かつ前記第２の複合繊維層（１０２）が前記第２の金型表面に押し付けられ、該第１の複合繊維層（１０１）と該第２の複合繊維層（１０２）とが結合されて前記作製すべき中空部材の形状を成すように前記袋体（２０１）を膨張させる、膨張ステップと
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記固定ステップは、前記袋体（２０１）と前記第１の複合繊維層（１０１）とが減圧によって前記第１の金型表面に固定されるように該袋体（２０１）と前記第１の金型表面との間の空気を吸出する、第１の空気吸出ステップを有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の複合繊維層（１０１）は前記第１の金型表面より大きく、該第１の金型表面の縁辺（１０４）からはみ出る余剰部分（１０３）を成す、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記結合ステップは、
・前記余剰部分（１０３）が、前記第２の金型部品（１２０）内の前記第２の複合繊維層（１０２）に部分的に重なるように、前記第１の金型部品（１１０）を前記第２の金型部品（１２０）に整合させる、第１の整合ステップ
を有する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第１の整合ステップは、
・前記余剰部分（１０３）が重力によって所定の位置に整合されるように前記第１の金型部品（１１０）を配置する、第１金型部品配置ステップと、
・前記余剰部分（１０３）が前記所定の位置にきたときに該余剰部分（１０３）が、前記第２の金型部品（１２０）内の前記第２の複合繊維層（１０２）に部分的に重なるように、前記第１の金型部品（１１０）と該第２の金型部品（１２０）とを組み合わせる、金型部品組み合わせステップと
を有する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記膨張ステップは、
・前記余剰部分（１０３）が、前記第２の金型部品（１２０）内の前記第２の複合繊維層（１０２）に部分的に重なるように、前記袋体（２０１）を膨張させることによって該余剰部分（１０３）を持ち上げる、余剰部分持ち上げステップ
を有する、請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記第２の複合繊維層（１０２）は前記第２の金型表面より大きく、該第２の金型表面の縁辺（１０４）からはみ出る別の余剰部分（１０３）を成し、
前記結合ステップは、
・前記別の余剰部分（１０３）が部分的に、前記第１の金型部品（１２０）内の前記第１の複合繊維層（１０２）に重なるように、前記第１の金型部品（１１０）を前記第２の金型部品（１２０）に整合させる、第２の整合ステップ
を更に有する、請求項３から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記結合ステップの前に、
・前記第１の金型部品（１１０）と前記第２の金型部品（１２０）とが結合されたときにウェブ（１０５）が前記第１の複合繊維層（１０１）および前記第２の複合繊維層（１０２）に結合されて前記中空部材が補強されるように、該ウェブ（１０５）を前記第１の複合繊維層（１０１）または前記第２の複合繊維層（１０２）に取り付ける、ウェブ取り付けステップ
を更に有する、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】
前記結合ステップの前に、
・前記第１の金型部品（１１０）と前記第２の金型部品（１２０）とが結合されたときにウェブ（１０５）と別のウェブ（１０６）とが結合されて前記中空部材が補強されるように、該ウェブ（１０５）を該第１の複合繊維層（１０１）に取り付け、該別のウェブ（１０６）を該第２の複合繊維層（１０２）に取り付ける、ウェブ取り付けステップ
を更に有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記膨張ステップは、
・前記袋体（２０１）が前記第１の複合繊維層（１０１）を前記第１の金型表面に押し付け、かつ前記第２の複合繊維層（１０２）を前記第２の金型表面に押し付けるように、
ａ）該袋体（２０１）と前記第１の金型表面との間の空気と、
ｂ）該袋体（２０１）と前記第２の金型表面との間の空気と
を吸出する、第２の空気吸出ステップ
を有する、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】
前記膨張ステップは、
・前記袋体（２０１）が前記第１の複合繊維層（１０１）を前記第１の金型表面に押し付け、かつ前記第２の複合繊維層（１０２）を前記第２の金型表面に押し付けるように、加圧された空気を該袋体（２０１）内に送り込む、空気送入ステップ
を有する、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】
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作成された、風力タービン用のブレード。
【請求項１３】
・第１の金型部品（１１０）と、
・第２の金型部品（１２０）と、
・袋体（２０１）と
を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法を実施するための成形システム。
【請求項１】
複合繊維から作製される中空部材の形状を成形するための方法であって、
前記中空部材はとりわけ、風力タービン用の中空ブレードであり、
前記方法は、
・前記中空部材の第１の形状部分に相当する、第１の金型部品（１１０）の第１の金型表面に、第１の複合繊維層（１０１）を配置する、第１の複合繊維層配置ステップと、
・前記中空部材の第２の形状部分に相当する、第２の金型部品（１２０）の第２の金型表面に、第２の複合繊維層（１０２）を配置する、第２の複合繊維層配置ステップと、
・前記第１の複合繊維層（１０１）上に、収縮された状態の袋体（２０１）を配置する袋体配置ステップと、
・前記袋体（２０１）と前記第１の複合繊維層（１０１）とを前記第１の金型表面に固定する、固定ステップと、
・前記第１の金型表面と前記第２の金型表面とが前記作製すべき中空部材の形状になるように、前記第１の金型部品（１１０）を前記第２の金型部品（１２０）に結合させる、結合ステップと、
・前記第１の複合繊維層（１０１）が前記第１の金型表面に押し付けられ、かつ前記第２の複合繊維層（１０２）が前記第２の金型表面に押し付けられ、該第１の複合繊維層（１０１）と該第２の複合繊維層（１０２）とが結合されて前記作製すべき中空部材の形状を成すように前記袋体（２０１）を膨張させる、膨張ステップと
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記固定ステップは、前記袋体（２０１）と前記第１の複合繊維層（１０１）とが減圧によって前記第１の金型表面に固定されるように該袋体（２０１）と前記第１の金型表面との間の空気を吸出する、第１の空気吸出ステップを有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の複合繊維層（１０１）は前記第１の金型表面より大きく、該第１の金型表面の縁辺（１０４）からはみ出る余剰部分（１０３）を成す、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記結合ステップは、
・前記余剰部分（１０３）が、前記第２の金型部品（１２０）内の前記第２の複合繊維層（１０２）に部分的に重なるように、前記第１の金型部品（１１０）を前記第２の金型部品（１２０）に整合させる、第１の整合ステップ
を有する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第１の整合ステップは、
・前記余剰部分（１０３）が重力によって所定の位置に整合されるように前記第１の金型部品（１１０）を配置する、第１金型部品配置ステップと、
・前記余剰部分（１０３）が前記所定の位置にきたときに該余剰部分（１０３）が、前記第２の金型部品（１２０）内の前記第２の複合繊維層（１０２）に部分的に重なるように、前記第１の金型部品（１１０）と該第２の金型部品（１２０）とを組み合わせる、金型部品組み合わせステップと
を有する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記膨張ステップは、
・前記余剰部分（１０３）が、前記第２の金型部品（１２０）内の前記第２の複合繊維層（１０２）に部分的に重なるように、前記袋体（２０１）を膨張させることによって該余剰部分（１０３）を持ち上げる、余剰部分持ち上げステップ
を有する、請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記第２の複合繊維層（１０２）は前記第２の金型表面より大きく、該第２の金型表面の縁辺（１０４）からはみ出る別の余剰部分（１０３）を成し、
前記結合ステップは、
・前記別の余剰部分（１０３）が部分的に、前記第１の金型部品（１２０）内の前記第１の複合繊維層（１０２）に重なるように、前記第１の金型部品（１１０）を前記第２の金型部品（１２０）に整合させる、第２の整合ステップ
を更に有する、請求項３から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記結合ステップの前に、
・前記第１の金型部品（１１０）と前記第２の金型部品（１２０）とが結合されたときにウェブ（１０５）が前記第１の複合繊維層（１０１）および前記第２の複合繊維層（１０２）に結合されて前記中空部材が補強されるように、該ウェブ（１０５）を前記第１の複合繊維層（１０１）または前記第２の複合繊維層（１０２）に取り付ける、ウェブ取り付けステップ
を更に有する、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】
前記結合ステップの前に、
・前記第１の金型部品（１１０）と前記第２の金型部品（１２０）とが結合されたときにウェブ（１０５）と別のウェブ（１０６）とが結合されて前記中空部材が補強されるように、該ウェブ（１０５）を該第１の複合繊維層（１０１）に取り付け、該別のウェブ（１０６）を該第２の複合繊維層（１０２）に取り付ける、ウェブ取り付けステップ
を更に有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記膨張ステップは、
・前記袋体（２０１）が前記第１の複合繊維層（１０１）を前記第１の金型表面に押し付け、かつ前記第２の複合繊維層（１０２）を前記第２の金型表面に押し付けるように、
ａ）該袋体（２０１）と前記第１の金型表面との間の空気と、
ｂ）該袋体（２０１）と前記第２の金型表面との間の空気と
を吸出する、第２の空気吸出ステップ
を有する、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】
前記膨張ステップは、
・前記袋体（２０１）が前記第１の複合繊維層（１０１）を前記第１の金型表面に押し付け、かつ前記第２の複合繊維層（１０２）を前記第２の金型表面に押し付けるように、加圧された空気を該袋体（２０１）内に送り込む、空気送入ステップ
を有する、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】
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作成された、風力タービン用のブレード。
【請求項１３】
・第１の金型部品（１１０）と、
・第２の金型部品（１２０）と、
・袋体（２０１）と
を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法を実施するための成形システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−８２８３２（Ｐ２０１２−８２８３２Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５８２１（Ｐ２０１１−２２５８２１）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（３９００３９４１３）シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト (2,104)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｗｉｔｔｅｌｓｂａｃｈｅｒｐｌａｔｚ ２， Ｄ−８０３３３ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（３９００３９４１３）シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト (2,104)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｗｉｔｔｅｌｓｂａｃｈｅｒｐｌａｔｚ ２， Ｄ−８０３３３ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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