説明

風力発電設備のロータブレードを製造する方法及び風力発電設備のロータブレード

【課題】高品質の風力発電設備のロータブレードをより経済的に製造する方法を提供すること。
【解決手段】風力発電設備のロータブレードの製造方法は、少なくとも1つの型を準備する工程と、少なくとも1つの芯材を有する積層繊維複合物を少なくとも1つの型に配置する工程と、樹脂を供給する工程と、を含む。芯材は、第1溝部を有する上面、第2溝部を有する下面、及び第1溝部と第2溝部との間の接続部を有する。樹脂は、積層繊維複合物が十分に満たされるまで、特に第1溝部及び/又は第2溝部を通じて、供給される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、風力発電設備のロータブレードの製造方法及び風力発電設備のロータブレードに関する。
【背景技術】
【0002】
多くの場合、繊維複合部材の形態をとる風力発電設備のロータブレードは、何年もの間定期的に雨風に曝され、極端な天候状況に曝されることもあるので、それらに耐えることができなければならない。これは、一方ではロータブレードの設計事項である。他方では、ロータブレードは、実際に適切な材料特性を有しなければならない。このことは、負荷に耐えることができ、かつ長寿命な構成部材を製造することを可能にする、まさに繊維複合構造であるという事実からすでに明らかになっている。したがって、風力発電設備用のローラーブレードは、一般的には、真空注入方法で製造される。この場合、芯材(コアーないし中子型)としての樹脂発泡体又はバルサ材に加えてガラス繊維マットをローラーブレード用の型内に置き、真空下でポンプ及びホースシステムによってガラス繊維マットに樹脂を浸み込ませる。したがって、ローラーブレードは、芯材要素、及び芯材の両側にサンドウィッチ構造のガラス繊維強化エポキシ樹脂を備える。
【0003】
この場合、樹脂は、一般的に、真空導入又は真空注入法で導入ないし注入される。この場合、薄膜を設けて、薄膜下を真空にすることができる。真空は、樹脂の拡がり流動を促進することができるので、特に有利である。通常、積層構造の芯材と他の層との間には流動補助剤がおかれる。流動補助剤は、ロータブレードの材料が均一に満たされるように、樹脂が迅速に拡がって流れることができるようにする。
【0004】
特許文献1は、ロータブレードの製造方法を開示する。これは、一方又は両方の面に複数の溝を有する芯材を使用することを包含する。芯材の溝は、芯材を曲げやすくすることを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】国際公開WO2009/003477A1号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、一律に高品質で、より経済的な製造を可能にする複合繊維部材の製造方法を提供することであり、特に、風力発電設備用のロータブレードの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的は、請求項1に記載の方法及び請求項3に記載の風力発電設備のロータブレードによって達成される。
【0008】
一視点において、風力発電設備のロータブレード又は繊維複合構成部材の製造方法が提供される。この場合、少なくとも1つの型が準備され、少なくとも1つの芯材を有する積層繊維複合物が当該少なくとも1つの型(外型)内に置かれる。芯材は、第1溝部(複数)を有する上面及び第2溝部(複数)を有する下面、並びに第1溝部及び第2溝部間の接続部を有する。第1溝部と第2溝部は互い違いとなっている。樹脂は、積層繊維複合物が十分に満たされる(含浸される)まで、特に第1溝部及び/又は第2溝部を通じて供給することができる。
【0009】
また、本発明は、他の視点において、第1面及び第2面を有する少なくとも1つの芯材を有する風力発電設備のロータブレード又は繊維複合構成部材に関する。第1面に少なくとも1つの第1溝部(複数)が設けられ、第2面に少なくとも1つの第2溝部(複数)が設けられる。第1溝部と第2溝部の境界領域に接続部も存在する。
【0010】
本発明のさらなる構成は、従属請求項の内容である。
【発明の効果】
【0011】
本発明の一視点において、流動補助剤を必要としない風力発電設備のロータブレードの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第1実施形態に係る風力発電設備のロータブレードの芯材要素の概略斜視図。
【図2】芯材要素の簡易平面図。
【図3】本発明の風力発電設備の概略図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の一視点において、樹脂の供給は真空注入法で実施される。
【0014】
本発明の一視点において、第1溝部及び第2溝部は、芯材(コアー)の長さ方向に沿って互い違いになっている。
【0015】
本発明のさらなる視点において、第1溝部及び第2溝部は、芯材に切除(溝切り)ミリング加工で形成される。
【0016】
本発明は、風力発電設備のロータブレード又は繊維複合構成部材の芯材(コアーないし中子型)又は芯材材料に少なくとも1つの溝部(ないしチャンネルKanal)を設けるという概念に関する。この場合、少なくとも1つの溝部は、上面に少なくとも部分的に設けられ、少なくとも1つの溝部は、下面に少なくとも部分的に設けられ、上面の溝部と下面の溝部との間に接続部が存在する。これは、例えば、上面の溝部と下面の溝部が重複する領域に貫通孔を設けることによって実施することができる。しかしながら、これは、例えば、溝部の深さの調節によっても実施することができる。溝部の深さが材料の厚さの半分よりいくらか深く設定された場合、貫通開口、すなわち両溝部間の連絡路、が上面の溝部と下面の溝部の重複領域に自動的に形成される。樹脂は、1つの溝部又は複数の溝部に供給することができる。樹脂は、上面の溝部と下面の溝部が重複する接続部を通じて、溝部の長さ全体にわたって、そして、芯材材料全体ないしは積層繊維複合物全体に沿って均一に拡がり流動することができる。
【0017】
注入部(Anguss)、すなわち樹脂を供給する接続部、は、樹脂を供給するために、上面及び下面の両方に設けることができる。この場合、複数の注入部を、例えば、溝部の外端に設けることができる。
【0018】
繊維複合構成部材に溝部を有する芯材が複数存在する場合、溝部が相互に導通する路を設けるために、芯材間の接合(当接)部に横断方向の切除加工部(溝部)を設けてもよい。
【0019】
本発明の一視点において、溝部は、芯材に切除(溝切り)加工(Fraesen)によって形成される。このようにして、公知でありかつ信頼性のある管理及び試行試験された作業手順で溝部を形成することができる。芯材が、完成した半製品の形態で型内に装入できるように、溝部を芯材の製造時に予め形成することができる。
【0020】
また、脱気された樹脂を使用すれば、例えば空気の包含等による気泡を取り除いた樹脂によって、高強度を有するロータを実現することができる。
【実施例】
【0021】
本発明の実施例による利点及び形態は、図面を参照して詳細に以下に説明される。
【0022】
図1は、例えば第1例に係る風力発電設備のロータブレード等の繊維複合部材の芯材の概略斜視図である。芯材100は、上面(第1面)101及び下面(第2面)102を有する。複数の第1溝部110は、上面101に、例えばミリング(溝切り)加工によって、形成されており、複数の第2溝部120は、下面102に、例えばミリング加工によって、形成されている。接続部130は、例えば貫通孔130の形態で、第1溝部110と第2溝部120との間の交叉領域ないし重複領域に設けることができる。このようにして、第1溝部110、第2溝部120及び接続部130を有する連続的な溝部(チャンネル)が存在する。第1溝部110及び第2溝部120が材料の厚さの半分よりもいくらか深い場合には、第1溝部110と第2溝部120の重複領域において接続が自動的に形成される。芯材は、堅い板の形態であってもよい。
【0023】
溝部は上面101に一部延在すると共に、下面102に一部延在する。特に、溝部は、上面101と下面102とを交互に延在するが、接続部130によって連続的な構成とすることもできる。例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂等の樹脂は、真空注入法を使用して溝部に導入することができ、芯材要素が所定の厚さの樹脂で完全に覆われるまで、樹脂は溝部からさらに拡がり流動する。
【0024】
本発明の繊維複合部材、特に風力発電設備のロータブレードを完成するために、芯材又は芯材要素100及び例えばガラス繊維マットは、例えば二重シェルの片方(half-shell)のような型内に置くことができる。樹脂は、真空注入法によって溝部110,120に供給することができ、樹脂はまず溝部に充満し、その後、芯材要素100の上下の積層繊維複合物ないし不織布様のファイバ層(Gelege)に均一に分布される。この場合、樹脂の量は、積層繊維複合物が十分に含浸されるような量とする。
【0025】
このように、第1溝部110及び第2溝部120を有する溝部(チャンネルKanal)は、エポキシ樹脂の移動に使用することができる。エポキシ樹脂は、本発明の溝部を通じて迅速かつ均一に型内に拡がり、積層繊維複合物を完全に満たすために、上面及び下面の第1溝部110及び第2溝部120の端部にある注入口を介して供給することができる。
【0026】
エポキシ樹脂は、上面及び下面の両方にある注入口を介して直接的に供給してもよいし、溝部を介して間接的に供給してもよい。
【0027】
ロータブレードに複数の芯材が設けられる場合、各芯材の溝部間を接続し、繊維複合部材全体又は型全体に樹脂を拡げやすくするために、横方向の切除加工部(複数)又は横方向の溝部ないしチャンネル(複数)を接合部に設けることができる。
【0028】
図2は、例えば風力発電設備のロータブレード等の繊維複合部材用の本発明の芯材又は芯材要素100の一部の概略斜視図であり、樹脂500は、例えば真空注入法で供給される。図2に示すように、樹脂500はすでに部分的に拡がっている。図2によれば、樹脂は、溝部110,120,130に沿って拡がっている。図2に示されている樹脂の拡がり前線は、略して樹脂前線510と表すが、一様な樹脂の拡がりを示し、積層繊維複合物も一様に満たされていることを示す。
【0029】
風力発電設備のロータブレードの製造時間は、繊維複合部材又は風力発電設備のロータブレードの製造のための本発明の方法によって短縮することができる。加えて、流動促進剤がもはや不要となる。
【0030】
単一の部材からなるロータブレードの製造は、風力発電設備のロータブレードの製造のための本発明の方法によって簡略化することができる。
【0031】
本発明の風力発電設備のロータブレードは、例えばサンドウィッチ法で製造することができる。この場合、例えば、PVCフォーム、バルサ材等のサンドウィッチ材料がロータブレードの芯材(コアーKern)として使用される。溝部は上述のように芯材に切除加工(ミリング加工)で形成することができる。樹脂の移動は、溝部によって、可能となるかないしは促進することができる。上面及び下面の切除(切欠)凹部間に接続箇所ないし研削空(凹)所を設けることは、樹脂ないしは(樹脂)複合材(マトリックス)が溝部全体に拡がることができることを意味する。樹脂の供給は、上面もしくは下面上の注入口によって直接的に行うことができ、又は構成部材もしくは芯材の溝部によって間接的に行うこともできる。芯材が複数の部材から成る場合、溝部の接続を確保するために、各部材間の接合部に横方向の切除(溝)部を設けてもよい。
【0032】
樹脂は、溝部外部よりも溝部内部のほうがより速く拡散することができる。したがって、樹脂溝部を使用する場合、流動補助剤を省略することが可能となる。樹脂溝部は、好ましくは、樹脂が長手方向に沿って樹脂溝部を通って迅速に拡がることができ、またさらに溝部の外に拡がることができるように、芯材要素の長手方向(軸方向)に向かって設けられる。これにより、樹脂の拡散が溝部外部よりも溝部内部においてより速く起こるので、より均一な樹脂の拡散を実現することができる。
【0033】
図3は、本発明の風力発電設備の概略図を示す。風力発電設備1は、パイロン(支柱)10と、パイロン10の上端に設けられたゴンドラ(ポッド)20と、を有する。例えば、3つのロータブレード30がポッド20に配設される。ロータブレード30は、ロータブレード先端部32及びロータブレード根元部31を有する。ロータブレード30は、例えば、ロータブレード根元部31でロータハブ21に固定される。ロータブレード30のピッチ角は、実際の風速にしたがって制御可能とすると好ましい。
【0034】
図3に示す風力発電設備のロータブレード30は、第1実施例によって製造することができる。
【符号の説明】
【0035】
1 風力発電設備
10 パイロン
20 ゴンドラ
21 ロータハブ
30 ロータブレード
31 ロータブレード根元部
32 ロータブレード先端部
100 芯材(コアー、中子型)
101 上面(第1面)
102 下面(第2面)
110 第1溝部
120 第2溝部
130 接続部
500 樹脂
510 樹脂前線

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも1つの型を準備する工程と、
少なくとも1つの芯材(100)を有する積層繊維複合物を前記少なくとも1つの型内に配置する工程と、
樹脂を供給する工程と、を含み、
前記芯材は、第1溝部(110)を有する上面(101)、第2溝部(120)を有する下面(102)、及び前記第1溝部(110)と前記第2溝部(120)との間の接続部(130)を有し、
前記第1溝部(110)と前記第2溝部(120)は、芯材(100)の長さに沿って互い違いになっており、
前記積層繊維複合物が十分に満たされるまで、特に前記第1溝部(110)及び/又は前記第2溝部(120)を通じて、樹脂を供給することを特徴とする、ロータブレード、特に風力発電設備のロータブレード、を製造する方法。
【請求項2】
樹脂の供給は真空注入法で行うことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項3】
第1面(101)及び第2面(102)を有する少なくとも1つの芯材(100)と、
前記第1面(101)に設けられた少なくとも1つの第1溝部(110)と、
前記第2面(102)に設けられた少なくとも1つの第2溝部(120)と、
前記第1溝部(110)と前記第2溝部(120)との重複領域に設けられた接続部(130)と、を備え、
前記第1溝部(110)及び前記第2溝部(120)は前記芯材(100)の長さ方向に沿って互い違いとなっていることを特徴とする風力発電設備のロータブレード。
【請求項4】
前記第1溝部(110)及び前記第2溝部(120)は、前記芯材(100)に切除加工で形成されていることを特徴とする請求項3に記載のロータブレード。
【請求項5】
前記芯材(100)は堅固な板であることを特徴とする請求項3又は4に記載のロータブレード。
【請求項6】
請求項3〜5のいずれか一項に記載の少なくとも1つの風力発電設備ロータブレードを有することを特徴とする風力発電設備。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公表番号】特表2013−519837(P2013−519837A)
【公表日】平成25年5月30日(2013.5.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−553330(P2012−553330)
【出願日】平成23年2月18日(2011.2.18)
【国際出願番号】PCT/EP2011/052422
【国際公開番号】WO2011/101437
【国際公開日】平成23年8月25日(2011.8.25)
【出願人】(512197272)ヴォッベン プロパティーズ ゲーエムベーハー (6)
【氏名又は名称原語表記】WOBBEN PROPERTIES GMBH
【Fターム(参考)】