KR101830014B1 - 복합 구조 부품의 제조 방법, 복합 구조 부품, 그리고 풍력 발전 설비 - Google Patents

복합 구조 부품의 제조 방법, 복합 구조 부품, 그리고 풍력 발전 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특히 풍력 발전 설비를 위한 제조 방법 및 복합 구조 부품에 관한 것이며, 상기 복합 구조 부품은 적어도 2개의 컴포넌트로 구성되는 복수의 복합 성형 부품을 포함하고, 제1 컴포넌트는 성형용 코어 재료로 형성되며, 제2 컴포넌트는 접합층의 부분으로서 형성된다. 본 발명에 따라서, 성형용 코어 재료는 프리즘의 형태에 따라서 각기둥형 몸체로서 다각형 베이스면을 구비하여 형성되고, 베이스면의 다각형은 베이스와, 이 베이스에 대해 30°와 60° 사이인 각도를 보유하고, 복수의 각기둥형 몸체가 접합되며, 상호 간에 접촉하는 변들 상에서는 접합층이 프리즘들의 베이스면에 대해 30°내지 60°의 각도로 연장되는 방식으로 접합층들의 기능적 배향이 형성된다.

Description

복합 구조 부품의 제조 방법, 복합 구조 부품, 그리고 풍력 발전 설비{METHOD FOR PRODUCING A COMPOSITE STRUCTURAL PART, COMPOSITE STRUCTURAL PART AND WIND POWER PLANT}
본 발명은 풍력 발전 설비를 위한 복합 구조 부품을 제조하기 위한 청구항 제1항의 전제부에 따르는 방법에 관한 것이며, 상기 복합 구조 부품은 적어도 2개의 컴포넌트로 구성되는 복수의 복합 성형 부품(composite shaped part)을 포함하고, 제1 컴포넌트는 성형용 코어 재료(shaping core material)로 형성되며, 제2 컴포넌트는 접합층(joining layer)의 부분으로서 형성된다. 또한, 본 발명은 청구항 제9항의 전제부에 따르는 상응하는 복합 구조 부품에도 관한 것이다. 특히 본 발명은 상기 복합 구조 부품을 포함하는 샌드위치 구조 부품(sandwich structural part), 로터 블레이드 부재(rotor blade element) 및 풍력 발전 설비에 관한 것이다.
복합 성형 부품은 고정된 기하학적 치수를 갖는 몸체로서 제조되어 상호 간에 결합되는 2개 이상의 재료로 이루어진 성형 부품이다. 복합체에서 확인되는 재료들은 대개 특히 자신의 적용 분야와 관련하여 특정 목적을 위한 기능 특성들을 보유한다. 획득되는 재료의 특성들을 위해, 개별 컴포넌트들의 물질적인 특성들, 그리고 상황에 따라서는 그 기하학적인 특성들이 중요하다. 이는 상이한 컴포넌트들의 특성들을 상호 간에 결합하는 것을 가능하게 하며, 그럼으로써 복합 재료들은 폭넓게 적용될 수 있다. 최종 제품을 위해 필요한 특성들은 요건에 따라 컴포넌트들을 위한 상이한 출발물질들의 선택을 통해 설정될 수 있다.
복합 구조 부품은 대개 하중 작용 조건에서 복합 성형 부품의 최적화된 거동을 나타내는 특성들을 보유한다. 특성들은 예컨대 소정의 강도, 강성 또는 연성(ductility)과 관련하여 상호 간에 할당될 수 있다. 복합 성형 부품은 하중 작용 조건에서 복합체의 개별 컴포넌트에 비해 복합체의 최적화된 거동을 나타내야만 한다. 복합 성형 부품들의 개발은 원칙적으로 요구되는 특성들이 수년 동안의 하중 재하(load application)를 견디기 위해 유효수명과 조합되어 최적화되는 방식으로 진행되고 있다. 특히 풍력 발전 설비의 로터 블레이드들 및 그 다른 부품들의 경우, 높고 심하게 가변하는 하중 작용이 가해지며, 이런 하중 작용은 그 외에 풍력 발전 설비의 부품이면서 크기가 증가하는 상기 부품과 함께 마찬가지로 증가한다. 특히 로터 블레이드들은 정적 하중 재하뿐만 아니라 발생하는 동적 하중 재하도 견뎌야 한다.
복합 구조 부품들은 상이한 유형 및 방식으로 제조될 수 있다. 따라서 풍력 발전 설비의 로터 블레이드들은 오늘날 주로 강화 섬유들이 대개 매트로서 기지(matrix) 내에 매립되어 있는 섬유 복합 재료들로, 대개는 유리 섬유 강화 플라스틱으로 제조된다. 로터 블레이드는 대개 하프쉘 샌드위치 구조(half-shell sandwich structure)로 제조된다. 증가하는 질량에서는 예컨대 탄소 섬유 강화 플라스틱이 이용된다. 여기서 요구되는 특성들은 한편으로 구조 강도가 상대적으로 높은 조건에서도 낮은 중량일 뿐만 아니라, 다양한 경도 정도, 그리고 하중 작용에 부합하는 인장 강도이다. 유리 섬유 강화 또는 탄소 섬유 강화 재료들은 어느 경우든 원칙적으로, 그리고 상술한 관점들 하에서 자신의 최적화된 강도와 관련하여 발사 목재(balsa wood)의 지금까지의 이용을 교체한다.
복합 구조 부품들의 전형적인 이용은 샌드위치 구조 내에 복합 구조 부품들의 통합에 있다. 이 경우, 그에 상응하게 설정된 구조 부품을 얻기 위해 다양한 특성들을 갖는 복수의 층이 매립된다. 한편으로 구조적으로 재료들뿐만 아니라, 개별 컴포넌트들의 배향 또는 정렬도 중요하다. 코어 재료는 예컨대 종이, 마분지, 금속, 발사 목재, 골함석, 플라스틱, 발포재 및 기타 성형용 컴포넌트들과 같은 재료들로 구성될 수 있으며, 대개는 구조적인 중공부들과 결부된다. 코어 재료의 임무는 인장력뿐만 아니라 전단력도 전달하면서 덮개 층들을 보호하는 것에 있다.
섬유 강화 컴포넌트들 또는 복합 구조 부품들은 적층 재료 내에 분포되는 방식으로 섬유들을 포함하고, 섬유들은 섬유 복합 재료의 더 높은 고품질의 특성을 달성하기 위해 적어도 하나의 특정 방향으로 배향되어 있다. 원칙적으로 어느 경우든, 대개 재료 내에서는 3가지 작용 위상으로 구별할 수 있으며, 즉 내인장성이 매우 우수한 섬유, 우선 어느 경우든 상대적으로 연질인 임베딩 기지(embedding matrix), 그리고 두 컴포넌트들을 연결하는 경계층으로 구별할 수 있다. 섬유들은 전형적으로 유리, 탄소, 세라믹, 특히 아라미드, 나일론 섬유, 콘크리트 섬유, 천연 섬유 또는 강섬유(steel fiber)로 구성될 수 있다. 임베딩 기지 자체, 대개는 폴리머는 재료 고유의 휨 강성을 가지고 섬유들을 제자리에 고정하고 섬유들 사이의 응력을 전달하며 외부의 기계적 및 화학적 영향들로부터 섬유들을 보호한다. 경계층은 두 컴포넌트들 간의 응력 전달에 이용된다. 섬유 강화 복합 구조 부품의 경우 문제는 하중을 받는 구조 부품의 영역들에서 각각의 섬유들의 균열이 형성될 수 있다는 점에 있으며, 이런 균열 형성은 증가된 동적 기계적 하중 재하의 결과로 특히 굽힘 모멘트로 인해 발생할 수 있다.
그러나 적층 또는 기지 재료 내에 각각 특정 개수의 섬유를 포함하는 섬유 강화 컴포넌트들 또는 복합 구조 부품들은 각각의 컴포넌트들의 기계적 성능을 대폭 향상시킨다. 전단 강성 및 휨 강성과 같은 재료 고유의 특성 변수들뿐만 아니라 소정의 방향으로 섬유들의 집중을 위해, 각각의 컴포넌트들의 기계적 지지 특성들은 개별적으로 목표한 바대로 특히 복합체의 각각 컴포넌트의 인장 강도와 관련하여 설정될 수 있다. 섬유 복합 재료들의 치수 설계를 위한 요인은 섬유들과 기지 간의 부피 비율이다. 섬유들의 비율이 더 높을수록, 복합 재료는 더 단단해지긴 하지만, 그러나 취성도 더 높아진다. 인장 강도 외에도, 복합체가 압력 하중을 받는 경우, 전단 및 휨 강성 역시도 중요한 역할을 할 수 있다. 그 외에도 특히 원칙적으로 하나의 코어와 하나 또는 2개의 덮개 층을 포함하는 이른바 샌드위치 유형의 복합 구조를 통해, (T자 빔의 원리에 따라서) 적당한 전단 강성이 있는 코어와 비교적 휨 강성이 있는 적어도 하나의 덮개 층에 의해 복합체의 높은 기계적 강성이 달성될 수 있고, 그럼에도 복합체는 경량 구조로 실현될 수 있다는 점은 공지되었다.
또한, 공지된 점에 따르면, 발포된 열가소성 플라스틱이 샌드위치 복합체들 또는 복합 구조 부품들 내에서 코어 층으로서 이용된다. 발포 플라스틱 플레이트의 제조는 예컨대 압출 방법에 의해 수행될 수 있다. 요구하는 바가 많은 적용을 위해서는, 샌드위치 복합체의 경우 열가소성 플라스틱들에는 높은 정도의 강도 및 강성, 특히 압력 및 전단 하중 재해에 대한 전단 및 휨 강성을 보유하는 섬유들이 구비되어야 한다. 재료 특성 값들의 상승은 층 복합체들의 가산을 통해 선형으로 수행될 수 있다. 그러나 너무 높은 질량의 복합 구조 부품들은 개별 구조 부품의 높은 비중량을 야기할 수 있다. 그러므로 바람직하게는, 재료 선택 외에도, 복합 구조 부품의 특성 요건을 그에 상응하게 매칭하고, 그리고/또는 개량할 수 있게 하는 구조적인 조치들을 제공해야 한다.
EP 2 307 193에서는 박판형 구조 부재가 개시되며, 발포체는 한 평면에 서로 나란히 배치되고 상호 간에 결합되어 발포체를 형성하는 몸체 세그먼트들로 구성되고, 이 몸체 세그먼트들은 자신들의 접촉하는 표면들 상에서 평평한 용접 이음매들을 포함하며, 이와 동시에 용접 이음매들은 상호 간에 소정 간격으로 이격되어 있는 리세스들에 의해 중단된다. 이 경우, 박판형 구조 부재는 특히 판 유형이며, 바람직하게는 샌드위치 복합체들에서, 예컨대 풍력 발전 설비의 로터 윙들에서 코어로서, 또는 코어 층으로서 이용된다.
EP 1 308 265에서는 길게 신장된 구조의 구조 부품이 개시되며, 이 구조 부품은, 적층되어 상호 간에 평행한 플레이트들이 섬유/플라스틱 복합체로 구성되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 풍력 발전 설비에서 이용을 위해 적합한 개량된 복합 구조 부품이 제공된다.
독일 특허 및 상표청은 우선권 출원에서 하기 종래 기술을 조사하였다. - DE 1 504 768 A, DE 603 03 348 T2; EP 2 307 193 B1, EP 1 308 265 A1.
본 발명의 과제는, 종래 기술과 관련하여 개량되는 복합 구조 부품, 풍력 발전 설비, 및 제조 방법을 명시하는 것에 있으며, 특히 앞에서 기재한 문제들 중 적어도 하나의 문제를 다루는 것에 있다. 본 발명의 과제는 적어도 종래 기술에서 공지된 해결책에 대한 대체되는 해결책을 제안하는 것에 있다. 본 발명의 과제는, 특히 강성 및/또는 강도와 관련하여 구조 부품을 최적화하는 간소화되지만 그럼에도 개량된 가능성이 제공되는 방식으로 복합 구조 부품, 그리고 복합 구조 부품의 제조 방법을 형성하는 것에 있다. 본 발명의 과제는, 특히 복합 구조 부품 및 복합 구조 부품의 제조 방법이 개량된 유형 및 방식으로 구현될 수 있도록 하는 것에 있다. 본 발명의 과제는, 특히 복합 구조 부품 및 제조 방법이 바람직하게는 휨 강성 및 전단 강성을 증가시키면서 하중 작용에 대항하여 적합한 장기간 강성 및/또는 강도를 가능하게 하는 것에 있다.
방법과 관련하여, 본 발명을 통한 상기 과제는, 청구항 제1항의 방법으로 해결된다. 본 발명은, 적어도 2개의 컴포넌트로 구성된 복수의 복합 성형 부품을 포함하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품을 제조하기 위한 방법에 있어서, 제1 컴포넌트는 성형용 코어 재료로 형성되고 제2 컴포넌트는 접합층의 부분으로서 형성되는, 상기 방법을 기초로 한다.
본 발명은, 2개의 컴포넌트로 이루어진 복합 구조 부품은 요구되는 재료 특성들과 관련하여 조합을 통해 최적화될 수 있다는 고려사항을 기초로 한다. 이 경우, 두 컴포넌트에 관련되는 해결책들이 제시된다. 따라서 상대적으로 더 높은 하중을 상쇄시키기 위해, 임베딩 기지의 내부에 예컨대 하나의 방향성 섬유를 포함하는 복합 구조 부품들이 제공될 수 있다. 본 발명은, 샌드위치 구조 또는 유사한 구조와 관련하여 결합이 가능한 방식으로 복합 구조 부품이 제조되어야 한다는 고려사항을 기초로 하며, 특히 상기 결합은 접착 또는 접합, 특히 고온 접합 또는 접착을 통해 가능해야 한다. 본 발명에 따라서 확인된 점에 따르면, 재료들의 선택 외에도, 복합체 내의 힘이 향상된 방식으로 흡수될 수 있는 정도로 복합 구조 부품의 구조적인 형태가 설계될 때, 복합 구조 부품은 개량된 복합체 고유의 재료 특성들을 확보하였다.
본 발명에 따라서, 성형용 코어 재료는 프리즘의 형태에 따라서 각기둥형 몸체(prismatic body)로서 다각형 베이스면(base surface)을 구비하여 형성되고, 베이스면의 다각형은 베이스와, 이 베이스에 대해 30°와 60° 사이인 각도를 보유하고, 복수의 각기둥형 몸체가 접합되며, 상호 간에 접촉하는 변들 상에는 접합층이 상호 간에 인접하는 프리즘들 중 적어도 하나의 프리즘의 베이스면에 대해 30°내지 60°의 각도로 연장되는 방식으로 접합층들의 기능적 배향(functional orientation)이 형성된다.
바람직하게는, 본 발명의 개념에 따라서, 섬유들 또는 얀들(yarn) 또는 대응하는 스트랜드들(strand)의 종방향 및 횡방향 정렬은 코어의 기하학적 형태로 전용된다. 특히 종방향 및 횡방향 정렬은 보충하여 섬유 복합 구조 부품들의 이용하에 보조된다. 복합 구조 부품은 장력 또는 압력과 같은 하중 작용 동안, 그리고 전단 하중 재해 동안에도 그에 상응하게 접합층들의 방향성 강성 및 재료들의 조합으로부터 생성되는 거대 기계적 강도(macro-mechanical strength)를 나타낸다.
성형용 코어 재료가 힘의 평행사변형에 따라서 인장력을 여러 방향으로 제거할 수 있는 접합층들의 기능적 배향을 사전 설정하는 반면에, 전단 응력 및 비틀림 응력을 흡수할 수 있으면서 장력 또는 압력과 같은 상응하는 하중 작용과 상응하는 휨 강도를 상쇄시킬 수 있는 구조 부품이 변들을 따라서 접합될 수 있다. 변들을 통해 사전 설정되는 기능적 배향의 각각의 각도들에서 수행되는 접합은 경우에 따라 각도의 선택을 통해 여전히 영향을 받을 수 있는 바람직한 조치로서 증명되었다.
본 발명의 개념에 따라서, 3차원 응력 텐서(stress tensor)는 상쇄될 수 있다. 다각형 베이스면은 상이한 배향 가능성을 사전 설정하면서 하중 작용을 상쇄시키는 접합층들의 편조물(braid)을 위한 기본 구조를 형성한다. 종래 기술에서 언급한 구조적인 특징들은, 힘이 표면에 대해 수직으로 작용하는 정도로, [단축(sing-axis)의 응력 텐서에 상응하는] 힘 법선들로 정렬된다. 그러나 그 밖에도 본 발명에 따라서 바람직한 힘 분포를 갖는 3차원 하중 작용 역시도 배치 구조 및 접합 질량들에 따라서 가능해질 수 있다. 이런 개념은, 접합층들이 구조 부품의 주연장부(main extension)에 대해 비스듬하게 진행하고 그에 따라 그에 상응하게 강도와 관련하여 증가하는 복합 구조 부품을 위한 추가의 강화용 구조 조치들의 기능을 나타냄으로써 강도를 상쇄하는 코어 재료의 정렬을 가능하게 한다.
베이스면의 크기의 선택을 통해, 재료 특성들은, 면적의 크기를 통해, 그에 따라 성형용 코어의 부피 비율을 통해 전단 강도 및 전단 강성과 관련한 재료 특성 변수들이 설정되는 정도로 가변될 수 있다. 특정한 기하학적 배치 구조, 상응하는 각도 기울기(angle gradient) 및 상응하는 부피 비율로 변들을 접합하는 것을 통해, 결과적으로 전체적으로 구조적인 재료 고유의 복합 구조 부품을 제조하기 위해 압력 강도 및 강성이 설정될 수 있다. 특히 자신의 변들과 관련하여 성형용 코어 재료들의 구조적인 배치는 결과적으로 증가된 강도를 보유할 수 있는 복합 구조 부품의 최적화되고 개량된 조직적인 구조를 달성한다.
복합 구조 부품과 관련하여, 본 발명을 통한 과제는 청구항 제9항의 복합 구조 부품으로 해결된다.
본 발명은 적어도 2개의 컴포넌트로 구성되는 복수의 복합 성형 부품을 포함하는 풍력 발전 설비를 위한 복합 구조 부품을 기초로 하며, 여기서 제1 컴포넌트는 성형용 코어 재료로 형성되고 제2 컴포넌트는 접합층의 부분으로서 형성된다. 본 발명에 따라서, 성형용 코어 재료는 프리즘의 형태에 따라서 각기둥형 몸체로서 다각형 베이스면을 구비하여 형성되고, 베이스면의 다각형은 베이스와, 이 베이스에 대해 30°와 60° 사이의 각도를 보유하며, 그리고
- 복수의 각기둥형 몸체가 접합되고, 상호 간에 접촉하는 변들 상에서는 접합층이 상호 간에 인접하는 프리즘들 중 적어도 하나의 프리즘의 베이스면에 대해 30°내지 60°의 각도로 연장되는 방식으로 접합층들의 기능적 배향이 형성된다.
본 발명의 개념은 샌드위치 구조 부품의 형태인 복합 구조 부품에도 관한 것이다. 바람직한 개선예는, 적어도 하나의 덮개 층을 구비하는 코어 재료로서 복합 구조 부품들 중 적어도 하나를 내포하는 샌드위치 성형 부품(sandwich shaped part)이다. 이런 개선예는, 복합 구조 부품이 코어 재료를 통해 그 이격 간격이 유지되는 힘 흡수용 덮개 층으로 구성되는, 샌드위치 성형 부품의 구조도 함께 포함한다. 그에 따라, 본 개선예는, 전체적으로 공칭 값들의 선형 증가를 통해 상대적으로 더 높은 하중 작용을 피로(fatigue)에 대한 비임계 방식으로 상쇄시키는 샌드위치 구조 부품 내에 적은 중량의 조건에서 한정된 최댓값을 갖는 앞에서 언급한 특성 조합들을 통합하는 것을 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 개념은 로터 블레이드 부재의 형태인 복합 구조 부품에도 관한 것이다. 한 개선예는, 코어 재료로서 적어도 하나의 복합 구조 부품을 이용하는 로터 블레이드 부재를 포함한다. 특히 최적화된 복합 구조 부품은, 최적화된 피로 강도 및 압력 강도를 달성하기 위해, 로터 블레이드의 구조 내에, 그리고 특히 그 외에도 전형적인 하프쉘 구조(half-shell structure)의 로터 블레이드의 구조 내에 통합된다. 바람직한 방식으로, 로터 블레이드는 작동 동안 현장의 견인력 또는 중력 힘과 관련하여 최적화된다. 이 경우, 상기 복합 구조 부품의 이용을 통해, 열가소성 플라스틱으로서 성형용 코어를 기반으로 균열 최소화 또는 최소화된 균열 전파가 달성된다.
본 발명은 청구항 제17항의 풍력 발전 설비에 관한 것이며, 상기 풍력 발전 설비는 특히 적어도 하나의 복합 구조 부품을 포함한 로터 블레이드를 포함한다. 로터 블레이드들의 점점 더 대형화되는 치수 설계를 통해, 그리고 로터 블레이드들의 구조 동적 거동을 통해 점점 더 커지는 하중이 기대되기 때문에, 이런 하중은 복합 성형 부품으로 설정된 재료 고유의 특성 값들 및 구조적으로 접합된 복합 구조 부품에 상응하게 개량된 방식으로 흡수될 수 있다. 지금까지 이용되던 재료들은 자신들의 재료 고유의 특성들과 관련하여 사전 설정된 질량으로 인해 제한되며, 그로 인해 강도 증대를 위한 구조적인 조치들을 추가로 포함하는 상기 재료들로 대체될 수 있다.
본 발명의 추가의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에서 확인할 수 있으며, 그리고 개별적으로는 과제 설정의 범위에서, 그리고 추가 장점들과 관련하여 확장된 개념을 실현할 수 있는 바람직한 가능성을 명시하고 있다.
특히 바람직한 것으로서 증명된 점에 따르면, 상호 간에 접촉하는 변들 상에서 복수의 프리즘의 접합은 프리즘(들)의 횡축에 대해 실질적으로 45°의 각도로 접합층의 기능적 배향을 형성한다. 특히 이는 45° 각도의 접합층의 기능적 배향에 적용되며, 다시 말하면 다각형의 베이스에 대한 각도는 +/-10의 분산, 바람직하게는 +/-5의 분산 이내에서 45°이다. 바람직하게는 상호 간에 접촉하는 변들 상에서 프리즘(들)의 베이스면에 대해 +/-10의 분산, 바람직하게는 +/-5의 분산 이내에서 45°의 각도로 연장되는 접합층들의 기능적 배향이 형성된다.
특히 바람직한 개선예의 범위에서, 성형용 코어 재료는 원통형 몸체의 형태에 따라서 다각형의 베이스면을 구비하여 형성된다.
그러나 한 개선예의 한 변형예에서, 성형용 코어 재료는 접합되어 3차원 다면체의 형태인 각기둥형 몸체를 형성할 수도 있으며, 다면체 표면들의 각도는 30° 내지 60°이며, 바람직하게는 다면체 표면은 베이스면 및/또는 횡축에 대해 +/-10, 바람직하게는 +/-5의 분산 이내에서 45°의 각도를 갖는다. 특히 복합 구조 부품의 경우, 성형용 코어 재료는 접합되어 3차원 다면체를 형성하며, 다면체 표면들의 각도는 베이스에 대해 30°내지 60°이고, 바람직하게는 45°의 각도이다. 이런 개선예에서, 상응하는 다양한 구조물들을 통해 인가된 힘의 흡수를 위한 구조적인 조치가 실현된다. 여기서 인접하는 변들은 상호 간에 구조적으로 용이하게 접합될 수 있고, 기하구조에 상응하게 상호 간에 포개질 수 있다. 이 경우, 본 개선예에 따라, 베이스면들 상에 추가 평면들이 구성되고 힘 작용은 변 정렬에 상응하게 소산되게 하는 정도로 층 시스템을 구성할 수 있다.
특히 복합 구조 부품은 제2 컴포넌트로서 30° 내지 60°의 각도, 바람직하게는 45°의 각도로 성형용 코어 재료의 피복부(sheathing)로서의 섬유들의 기능적 배향을 제공한다. 본 개선예는 전단 및 비틀림 응력과 관련하여 복합 구조 부품의 추가의 바람직한 경화(hardening)를 제공한다. 3차원 성형용 코어 재료의 구조적인 해결책과 특정한 섬유 배향을 갖는 피복부는 비교적 높은 압력 강도를 달성할 수 있으면서 높은 하중 작용을 상쇄시킬 수 있다. 인가되는 3차원 응력 텐서는 한편으로 강도를 증가시키는 접합층의 3차원 배향을 상쇄시키며, 그리고 다른 한편으로는 접합층들 내에 통합된 섬유들의 기능적 배향을 상쇄시킨다. 구조 부품의 하중 한계는 유효 수명과 관련하여 상기 유형의 방식으로 제조된 구조 부품에 대한 정적 및 동적 하중 작용 조건에서 특히 바람직하게 증가된다.
바람직한 개선예를 위해 복합 구조 부품이 제공되고, 성형용 코어 재료 및 접합층은 평평하게 접합된 육각형들로 이루어진 횡단면 패턴을 제공하고, 상호 간에 접촉하는 변들은 횡축에 대해 30° 내지 60°의 각도로 접합층들의 기능적 배향을 형성하며, 횡축은 육각형 베이스면의 베이스에 대해 평행하게 정렬된다. 벌집형 재료들의 공지된 원리의 개선예의 경우, 육각형 구조에 의해 동적 및 정적 하중 재하와 관련하여 특히 높은 강도가 달성될 수 있다. 이처럼 이용되는 재료들과 결부되는 바람직한 구조는 특히 큰 (특히 동적) 하중 작용을 위해 이용될 수 있다. 그 외에도 여기서 기재되는 구조적으로 성형하는 코어 재료의 형태는 상술한 각도로 접합의 간단한 공정 처리를 가능하게 하면서 힘 분포를 허용하는 접합층들의 비교적 큰 망상조직(network)을 제공한다.
특히 한 복합 구조 부품의 경우 성형용 코어 재료는 아크릴니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리아미드, 폴리락테이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에테르케톤 및 폴리비닐클로라이드의 군 중에서 적어도 하나의 성분을 함유한다.
바람직한 개선예의 범위에서, 성형용 코어 재료를 위해, 하중 작용과 관련하여 특정한 재료 특성 값들을 갖는 컴포넌트가 이용될 수 있다. 복수의 성형용 코어 재료의 합은 복합체 고유의 의도하는 최대 특성 값을 달성할 수 있다. 다양한 재료들로 이루어진 조합은, 국소적 기하학적 힘 분포에 추가로, 작용력과 관련한 재료 특성 변수들의 국소적 설정을 가능하게 한다. 그에 따라, 다양하거나 복수의 열가소성 플라스틱들의 경우, 구조 부품 고유 및 구조 고유의 재료 특성 값이 설정될 수 있으며, 이런 재료 특성 값은 그 밖에도 상호 간에 접촉하는 변들 및 상응하는 접합층의 구조적인 조치를 통해 큰 힘 작용에 대한 최적화된 해결책을 나타낸다. 바람직하게는 복합 구조 부품의 경우 제2 컴포넌트는 복수의 프리즘으로 이루어진 복합체를 접합하며, 그에 따라 성형용 코어에 비해 비교적 증가된 강성을 갖는 변형 가능한 열가소성 구조 부품을 형성한다.
상기 및 또 다른 개선예들은, 접합층이 개별 성형용 코어 재료들 사이에서 상응하는 힘 분포를 통한 탄성 변형에 대한 몸체의 저항을 가능하게 하기 위해 증가된 전단 강도를 보유한다는 장점을 제공한다. 여기서 요구되는 증가된 전단 강도는 구조 부품의 내부에서의 증가된 강도로 이어지며, 그리고 힘이 기하학적 특성 변수 및 재료 고유의 특성 변수에 상응하게 분포되도록 하는 점에 기여한다. 이런 경우에, 전단 강도는 성형용 코어 재료의 전단 강도보다 더 높을 수 있는데, 그 이유는 방향성 접합층들이 상응하는 전단면들 및 비틀림면들의 전달을 촉진하기 때문이다. 접합층의 재료 성분 또는 힘은 하중 작용과 관련하여 소정의 휨 및 비틀림 강성과 연결되어 그에 상응하게 증가된 전단 강성을 나타낼 수 있다.
특히 성형용 코어 재료가 추가로 안쪽에 위치하는 기능적 방향성 섬유들을 통해 강화되는 복합 구조 부품이 제공될 수 있다. 힘 분포는 바람직하게는 접합층들 상에서 수행될 수 있고 그에 따라 접선력(tagential force)을 흡수할 수 있으며, 그럼으로써 균열 또는 파손 설정 위치들은 해소될 수 있다.
성형용 열가소성 플라스틱을 강화하는 기능적 방향성 섬유들은 상기 플라스틱의 재료 고유의 특성 변수와 관련하여 상기 플라스틱을 최적화할 수 있다. 섬유들, 얀들 또는 대응하는 스트랜드들은 상응하는 힘을 흡수하여 이 힘을 상쇄시키는 유형 및 방식으로 정렬될 수 있다. 그에 따라, 매크로 메커니즘 및 마이크로 메커니즘에서, 구조적인 층 고유의 해결책들에 상응하게, 하중 작용 및 높은 동적 하중 피크를 상쇄시킬 수 있는 가능성이 제공될 수 있다.
특히 섬유들 또는 얀들 또는 대응하는 편조, 편포 또는 편물 구조가 접합층 내에 삽입될 수 있으며, 그에 따라 높은 전단력 및 비틀림력을 흡수할 수 있다. 다축으로 분배되어 평면에서 표면 평행사변형을 펼쳐 형성하는 작용 하중은 여기서 구조적인 특징, 즉 접합층의 기하학적 정렬을 통해서도 흡수될 수 있다. 이 경우, 한편으로 다각형의 변동을 통해, 폭과 높이와 관련하여 임의로 조합될 수 있으면서 그에 상응하는 기하학적 해결책들을 통해 국소적으로 상이하게 발생하는 힘을 흡수할 수 있는 복합 구조 부품이 제조될 수 있다. 이 경우, 구조적인 특징들은, 변들이 30°와 60° 사이의 각도 또는 45°의 바람직한 각도를 형성하는 유형 및 방식으로 그 변들이 접촉하는 특징들이다. 이처럼 45°의 바람직한 각도는, 전단력 및 비틀림력이 45° 각도에서 발생한다는 점에서 비롯된 것이다. 다른 한편으로, 코어 재료 및 섬유를 위한 재료들의 조합이 바람직하게 이용될 수 있으며, 그럼으로써 여기서는 그 외에 기하구조 해결 가능성 외에도, 그에 상응하게 정렬되는 재료 해결책 역시도 가능하게 된다. 접합은 변들을 통해 수행되며, 그리고 이용되는 재료들에 따라서 섬유들을 포함하고 상응하는 강도 및 강성을 증가시키는 층을 형성하며, 이런 층은 하중 작용 동안 힘을 피로에 대한 비임계 방식으로 흡수할 수 있다. 힘의 전달 및 그 분포는 부피에 따라서 연성 특성을 증가시킬 수 있는 성형용 코어 재료를 통해 수행된다.
특히 제2 컴포넌트는 매트의 형태로 삽입될 수 있으면서 성형용 코어에 함께 접합된다. 매트들을 삽입하는 것을 통해, 결과적으로 2개 이상의 포개진 각기둥형 몸체들, 특히 다면체들 또는 원통형 몸체들을 이용하여 앞에서 언급한 기능적으로 정렬된 변들을 형성하기 위해, 각기둥형 몸체들의 간단한 포갬이 가능해질 수 있다. 이 경우, 해결책에 이용되는 성형용 코어 재료의 기하학적 형태를 통해 추가로 개별 재료들과 관련한 개량된 특성을 나타내는 간단하면서도 경제적인 제조 방법이 제공된다. 여기서 기능적 배향은 설정된 특성 프로파일들과 관련하여 매트들을 통해 해결된다. 이 경우, 상기 매트들은 복합 구조 부품의 구성부품이며 강도를 그에 상응하게 증가시킬 수 있다.
바람직하게는 45°의 각도로 수행되는 섬유들의 분포는 상기 각도에서 개량된 방식으로 하중을 (결과적으로 정의된 표면에서 전형적으로 최적화된 방식으로) 상쇄시킬 수 있으며, 그리고 분명하게 강도를 증가하는 방식으로 작용할 수 있다. 확인된 점에 따르면, 동적 하중 재하는 특히 표면 법선에 대해 전형적으로 45° 각도로 발생하고 피로 균열로도 지칭되는 야기되는 균열의 원인이 된다. 섬유들의 정렬을 통해, 상대적으로 더 높은 피로 강도가 전제될 수 있는 방식으로 균열 형성은 감소될 수 있다.
바람직하게는 복합 구조 부품을 제조하기 위한 방법에서, 성형용 코어 재료는 압출된다. 열가소성 플라스틱의 기하학적 형태의 제조는 경제적이면서도 간단한 방법을 통해 수행될 수 있다. 압출에 의해, 열가소성 플라스틱 덩어리의 스트랜드는 가압 조건에서 연속해서 성형 개구부로부터 압출될 수 있으며, 이 경우 성형 개구부는 상응하는 변 배향을 갖는다. 압출을 통해 상응하는 몸체는 임의의 길이로 형성되고 그에 따라 적용에 상응하게 제조될 수 있다. 설정된 공정 변수들에 따라서, 상기 방법을 통해 기하학적 열가소성 플라스틱의 경제적이고 간단하면서도 신속한 생산이 제공될 수 있다.
편조 구조물 유형의 섬유 시스템은 원칙적으로 광범위하게는 교차하면서 상호 간에 상대적으로 정렬되는 섬유들과 관련하여 소정의 가변성을 갖는 각종의 스트랜드 시스템으로서 해석된다. 바람직하게 이는 복수의 스트랜드가 섬유 재료를 함유하여 유연하고 이런 점에 한해 그 자체로서 가요성인 재료로 서로 뒤섞여 얽혀 짜져 있는 편조물 또는 편조 구조물이거나, 또는 섬유 재료를 함유하여 유연하고 이런 점에 한해 그 자체로서 가요성인 재료가 그 자체로 얽혀 짜져 있는 편포이며, 그리고 방직물과 같은 그물망을 형성하는 얀 시스템 역시도 가능하다. 그 밖에도, (좀 더 덜 바람직하긴 하지만, 가능한 사항으로) 스트랜드들이 완전히, 또는 부분적으로 상호 간에 상대적으로 직각으로, 또는 거의 90°로 안내되고, 바람직하게는 교차점에서 바람직하게는 10°와 90° 사이이고, 바람직하게는 30°와 60° 사이인 섬유 각도를 가지며, 바람직하게는 섬유들이 +/-10의 분산 범위를 갖는 45° 안팎의 섬유 각도로 상호 간에 상대적으로 정렬되거나, 또는 또 다른 특정한 섬유 각도의 경우에는 +/-5의 분산 범위로 상호 간에 상대적으로 정렬되는, 편물 유형의 구조물들 역시도 가능하다.
따라서 특히 상기 유형의 스트랜드 시스템이 특히 바람직하며, 이런 스트랜드 시스템의 섬유 각도는 그 외에도 가변 설정되며, 특히 구성할 성형용 코어 재료의 각각의 크기 및 형태에 따라서 자발적으로 가변 설정된다. 따라서 특히 바람직한 경우는 가변 섬유 각도를 갖는 가요성이면서 가변 성형 가능한 편조 구조물 유형의 섬유 시스템이다. 소정의 섬유 시스템들은, 예컨대 특히 편조물, 편포물, 방직물로 이루어진 군에서 선택되는 편조 구조물 유형의 섬유 시스템처럼 상기 특성을 특히 적합하게 보조한다.
이제 본 발명의 실시예들은 하기에서 예컨대 마찬가지로 도시되어 있는 종래 기술과 비교하여 도면들에 따라서 기재된다. 상기 도면들은 실시예들을 반드시 표준적으로 나타내는 것이 아니라, 오히려 설명에 유용한 도면으로서 개략적이고, 그리고/또는 약간 왜곡된 형태로 도시되어 있다. 도면에서 직접적으로 확인할 수 있는 교시들의 보충 설명과 관련하여서는 해당하는 종래 기술이 참조된다. 이 경우, 고려할 사항은, 한 실시예의 형태 및 상세내용과 관련하여 본 발명의 일반적인 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정 또는 변경이 실행될 수 있다는 점이다. 명세서, 도면 및 특허청구범위에서 개시되는 본 발명의 특징들은 개별적으로뿐만 아니라 임의로 조합되어서도 본 발명의 개선예를 위한 핵심을 형성할 수 있다. 그 외에도, 명세서, 도면 및/또는 특허청구범위에서 개시되는 적어도 2개의 특징으로 이루어지는 모든 조합 특징도 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 일반적인 사상은 하기에서 도시되고 기재되는 실시예의 정확한 형태 또는 그 상세내용으로만 국한되지 않으며, 그리고 특허청구범위에서 청구되는 대상에 비해 제한될 수도 있는 대상으로만 국한되지도 않는다. 명시한 치수 범위의 경우, 여기서 언급한 한계 이내에 위치하는 값들 역시도 한계 값들로서 개시되는 것이면서 임의로 적용 및 청구될 수도 있어야 한다. 본 발명의 추가 장점들, 특징들 및 상세내용들은 바람직한 실시예들의 하기의 기재내용에서, 그리고 도면에 따라서 제시된다.
도 1의 (A)는 성형용 코어가 베이스면으로서 다각형을 갖는 프리즘으로서 도시되어 있는 바람직한 실시예에서 복합 구조 부품을 도시한 개략도이다.
도 1의 (B)는 성형용 코어가 다양한 기하학적 베이스면들을 갖는 프리즘으로서 도시되어 있는 바람직한 실시예에서 복합 구조 부품을 도시한 개략도이다.
도 2는 추가 피복부가 도시되어 있는 다각형 베이스면을 갖는 접합된 프리즘들을 도시한 개략도이다.
도 3은 열가소성 플라스틱이 원형 횡단면 및 상응하는 피복부를 포함하여 길게 신장된 튜브로서 도시되어 있는 바람직한 실시예의 성형용 코어를 도시한 개략도이다.
도 4는 서로 포개진 다면체의 형태인 복합 구조 부품을 도시한 개략도이다.
도 5는 실시예가 횡단면 평면에 벌집 구조를 갖는 복합 구조 부품의 횡단면을 도시한 개략도이다.
도 6은 로터 블레이드를 절단하여 간소화하여 도시한 횡단면도이다.
도 7은 풍력 발전 설비이다.
도 9는 제조 방법의 바람직한 실시예의 흐름도이다.
도 1 내지 도 8에서 동일하거나 유사한 부재들, 또는 동일하거나 유사한 기능을 갖는 부재들에 대해 간소화를 위해 동일한 도면부호들을 이용하였다.
도 1의 (A)에는, 제1 실시예에서의 복합 구조 부품(1001)이 한 절개 부분으로 도시되어 있으며, 상기 복합 구조 부품은, 상기 절개 부분에서, 적어도 2개의 컴포넌트로 구성된 복합 성형 부품들이 2개의 각기둥형 몸체(10.1, 10.2)의 형태로, 여기서는 2등변 사다리꼴 형태의 베이스면(G)을 갖는 2개의 프리즘의 형태로 형성되는 방식으로 형성된다. 여기서 어둡게 빗금 표시된 접합층(20)은 45°의 각도로 정렬된다. 다시 말하면 이는 사다리꼴 형태의 베이스면(G)의 베이스(B)의 관점에서 표시된 횡축(Q)과 관련하여 45°로 측정된다. 각기둥형 몸체들(10.1, 10.2)의 성형용 코어 재료는 여기서 재료 고유의 특성들을 가지면서 임의로 선택될 수 있는 열가소성 플라스틱이며, 이런 열가소성 플라스틱은 그 외에 접합에 의해 접합층(20)을 통해 야기되는 강도를 갖는다. 이 경우, 접합 재료의 선택 및 접합층들의 선택된 부피 비율을 통해 상응하는 하중 작용에 매칭될 수 있는 하중 고유의 기계적 강도가 달성될 수 있다.
도 1의 (B)에는, 제2 실시예의 복합 구조 부품(1002)이 한 절개 부분으로 도시되어 있으며, 상기 복합 구조 부품은 상기 절개 부분에서 사다리꼴 형태의 베이스면(11, 12)을 갖는 각기둥형 몸체(10.1, 10.2)와 3각형 베이스면(13)을 갖는 각기둥형 몸체(10.3)를 포함하는 복합 성형 부품들로서 형성되어 있다. 여기서 프리즘들로서 지칭되는 원통 각기둥형 몸체들(10.1, 10.2, 10.3)은 자신들의 변들에서 접합되며, 여기서 접합층의 기능적 배향은 횡축(Q)에서 상호 간에 인접하는 프리즘들 중 적어도 하나의 프리즘의 베이스면(BF)에 대해 45°의 각도로 연장된다. 접합층(20)의 재료 및 부피는 각각의 요건에 따라서 선택될 수 있으며, 빗금 표시로 식별 표시되어 있다. 여기서 개략도에는 접합층의 기능적 배향이 도시되어 있다. 그에 따라 성형용 코어 재료의 기하구조를 통해 힘을 상쇄시키는 구조가 실현될 수 있다.
도 2에는, 제3 실시예의 복합 구조 부품(1003)이 한 절개 부분으로 도시되어 있으며, 상기 복합 구조 부품은 상기 절개 부분에서 복합 구조체로서 프리즘들로서 지칭되는 2개의 원통 각기둥형 몸체(10.1, 10.2)를 접합하고 있다. 프리즘들은 각각 동일한 사다리꼴 형태의 베이스면(11)을 포함하며, 프리즘의 표면은, 자신의 섬유들이 정렬되어 있는 접합층의 부분으로서 편조 또는 편물 유형의 섬유 덮개부(30)를 형성하는 제2 컴포넌트에 의해 덮여 있다. 그에 따라, 이처럼 작용하는 힘에 상응하게 정렬되는 섬유들은 접합층들의 평면에서 추가적인 강도 및 강성을 야기한다. 이 경우, 매크로 메커니즘뿐만 아니라 마이크로 메커니즘도 접합층의 구조적인 유형 및 추가 덮개부의 배향을 통해 최적화되어 구성될 수 있다.
도 3에는, 제4 실시예의 복합 구조 부품(1004)을 위해, 여기서는 12각형(14)의 형태인 베이스면(GF)을 가지면서 프리즘으로서 지칭되는 원통 각기둥형 몸체(10.4)를 갖는 복합 구조체가 도시되어 있으며, 다시 말하면 상기 베이스면은 베이스(B)와 이 베이스(B)에 대해 접합층의 그에 상응하게 작은 각도(α)를 구비하여 각이 져 있다. 여기서 프리즘은 접합층의 부분으로서 편조 또는 편물 유형의 섬유 덮개부(30)를 형성하는 제2 컴포넌트로 덮여 있으며, 요컨대 여기서는 기능적으로 정렬된 섬유 배향을 갖는다. 피복부는, 그 자체로 추가로 정렬된 섬유들을 포함하는 편조 튜브의 이용하에 실현된다. 이처럼 거의 원형과 유사하지만, 그러나 다각형인 베이스면을 갖는 원통 각기둥형 몸체(10.4)의 피복부를 통해, 접합층들(20)의 촘촘한 망사조직이 형성될 뿐만 아니라, 섬유들의 추가 배향을 통해 큰 부피 비율 외에 강도 역시도 증가될 수 있다.
상기 유형의 실시예에는, 피복부를 위해 이상적인 방식으로 원형의 횡단면에 매칭되는 튜브가 이용될 수 있는 점이 도시되어 있으며, 그럼으로써 이런 경우에 해당 피복부가 복합 구조 부품의 증가된 강도를 야기하며, 그럼에도 하나의 복합 구조 부품(1004)으로 복수의 상기 복합 성형 부품의 방향성 조립이 충분히 가능한 방식으로, 다각형의 작은 모서리들을 통해 적당한 배향을 갖는 피복부가 설정될 수 있다.
도 4에는, 제5 실시예의 복합 구조 부품(1005)을 위해, 다면체의 형태로 프리즘으로서 지칭되는 3차원 각기둥형 몸체(10.5)를 포함하는 복합 성형 몸체가 도시되어 있다. 또한, 3각형 베이스면(GF)을 갖는 프리즘들의 형태인 복합 구조체들로 구성되는 복합 구조 부품(1005)도 나타낼 수도 있다. 이 경우, 접합층(20)은 방향성 변을 따르는 자신의 배향을 기반으로 성형용 코어를 재료 결합 방식으로 에워싸면서 강도를 갖는 재료 컴포넌트를 나타낸다. 이런 유형의 복합 구조 부품들은 자신들의 제조와 관련하여 간단하게 실현되는데, 그 이유는 접합이 동일한 기하학적 프리즘들을 간단하게 포개는 것을 통해 수행될 수 있기 때문이다. 접합층들 내에는 섬유 재료가 제공되어 대략 앞에서 설명한 유형의 덮개부(30)를 형성할 수 있지만, 그러나 반드시 그럴 필요는 없다.
도 5에는, 제6 실시예의 복합 구조 부품(1006)의 한 절개 부분이 횡단면도로 도시되어 있으며, 이는 덮개부를 갖는 접합층(20)과 접합되어 프리즘으로서 지칭되는 원통 또는 3차원의 동일한 각기둥형 몸체(10.6)를 복수 개 결합하는 것을 통해 형성되며, 그럼으로써 횡단면과 관련하여 순수 벌집 구조가 제공된다. 벌집 구조들은 높은 강도를 가지면서 상응하는 동적 및 정적 하중 재하를 수용할 수 있다. 육각형 베이스면, 및 이 베이스(B) 또는 베이스면(BF)에 대해 선택된 각도 범위(30°내지 60°)에서 변들의 동시적 배향을 갖는 프리즘들의 선택을 통해 벌집 구조가 형성되며, 이 벌집 구조는 상응하는 접합층의 배향 및 선택을 통해 높은 하중 작용을 상쇄시킬 수 있다. 그에 따라, 특히 본 발명의 개념에 따른 방법에 따라서 형성되는 벌집 구조로 복합 구조 부품(1006)을 위한 증가된 강도가 달성될 수 있다.
도 6에는, 풍력 발전 설비(100)를 위한 로터 블레이드(108)가 간소화되어 횡단면도로 도시되어 있다. 이런 로터 블레이드(108)는 상부 하프쉘(108.o)과 하부 하프쉘(108.u)을 포함하고, 상기 쉘들 내에는 지지 구조물들(10.o 및 10.u)이 로터 블레이드 상에서 작용하는 하중을 흡수하고 제거할 수 있는 보강부로서 제공된다. 이런 지지 구조물들은, 바로 상기한 상응하는 하중을 흡수하기 위해, 로터 블레이드 부재들을 통해 예컨대 샌드위치 구조로, 또는 전술한 복합 구조 부품들(1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006)을 통해 형성될 수 있다. 도 6의 상세도 X에는, 편조 구조물 유형의 가요성 섬유 시스템(20)에 의해 에워싸인 코어 재료(2)로 이루어져 (여기서는 예시로서) 가장 조밀한 패키지로 조립되어 지지 구조물(10)을 위한 복합 구조 부품을 형성하는 복수의 복합 성형 부품(1)을 포함한 상기 지지 구조물(10)이 도시되어 있다.
도 7에는 타워(102)와 곤돌라(104)를 포함하는 풍력 발전 설비(100)가 도시되어 있다. 곤돌라(104) 상에는 [예컨대 도 4의 로터 블레이드(108)의 유형과 유사한] 3개의 로터 블레이드(108)와 하나의 스피너(110)를 포함하는 로터(106)가 배치된다. 로터(106)는 작동 중에 바람에 의해 회전 운동하게 되며, 그 결과 곤돌라(104) 내의 발전기를 구동한다.
도 8에는, 흐름도의 범위에서 복합 구조 부품(1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006)을 위한 제조 방법의 바람직한 실시예, 또는 풍력 발전 설비(100)의 로터 블레이드(108) 내에 삽입하기 위한 지지 구조물(10)을 위한 복합 구조 부품(1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006)으로 복수의 복합 성형 부품(1)을 조립하는 방법이 도시되어 있다. 제1 단계 S1에서 열가소성 플라스틱이 제공되며, 제2 단계 S2에서는 섬유 복합 반제품이 편조 구조물의 형태로, 바람직하게는 매트 또는 편조 튜브로서 앞에서 설명한 유형으로 제공된다.
제3 단계 S3에서, 열가소성 플라스틱은 성형용 코어 재료로서 무한 스트랜드로서 제조되며, 그리고 제4 단계 S4에서는 각각의 요건에 따라서 복수의 복합 성형 부품으로 분할되며, 요컨대 프리즘의 형태에 따라서 각기둥형 몸체로서 다각형 베이스면을 구비하여 형성되며, 베이스면의 다각형은 베이스와, 이 베이스에 대해 30°내지 60° 사이의 각도를 갖는다.
제1 변형예에서는, 제1 단계 S3.1에서 과립상 혼합물로 이루어진 열가소성 플라스틱이 압출기로 공급되며, 그리고 압출기의 유출구에서는 연질 스트랜드로서 편조 튜브 내에 직접 삽입된다.
편조 튜브는 교차점에서 45°의 섬유 각도를 갖는 교차하는 섬유들을 포함하며, 그리고 상기 편조 튜브는 냉각되면 여전히 연질인 성형용 코어 재료의 둘레에 맞물린다. 그 결과, 연질의 성형용 재료는 편조 튜브의 둘레에서, 또는 그 표면에서, 또는 섬유들 자체의 표면에서 경화되며, 그럼으로써 편조 튜브와 열가소성 재료 사이에 복합체가 형성되며, 이런 복합체는 자신의 외면 상에 경우에 따라 완전히, 또는 어느 경우든 부분적으로 편조 튜브를 포함하지만, 그러나 이는 반드시 적용되지는 않으며, 요컨대 연질의 성형용 재료는 편조 튜브의 윤곽의 내부에 잔존할 수 있거나, 또는 편조물을 통해 완전히, 또는 부분적으로 바깥쪽을 향해 튀어나갈 수 있으며, 다시 말하면 후자의 경우에는 밀려나가고 경우에 따라서는 심지어 바깥쪽에서 다시 편조 튜브의 둘레에 놓이면서 이 편조 튜브를 에워쌀 수도 있다.
복수의 각기둥형 몸체는 이미 복합 구조체로서 접합되어 여기서는 복합 구조 부품을 형성할 수 있으며, 상호 간에 접촉하는 변들 상에서는 접합층이 상호 간에 인접하는 프리즘들 중 적어도 하나의 프리즘의 베이스면에 대해 30°내지 60°의 각도로 연장되는 방식으로 접합층들의 기능적 배향이 형성된다.
유사한 공정은 편조 매트로 실행될 수 있다. 제2 변형예에서는, 단계 S3.2에서 과립상 혼합물로 이루어진 열가소성 플라스틱이 압출기로 공급되며, 그리고 압출기의 유출구에서는 연질의 스트랜드로서 공급되면서 분할된다. 이렇게 획득되는 복수의 각기둥형 몸체는 (중간에 개재되는 매트의 유무와 무관하게) 접합될 수 있고, 상호 간에 접촉하는 변들 상에서는 접합층이 상호 간에 인접하는 프리즘들 중 적어도 하나의 프리즘의 베이스면에 대해 30°내지 60°의 각도로 연장되는 방식으로 접합층들의 기능적 배향이 형성된다. 바람직하게는 이를 위해 복합 성형체들은 상호 간에 포개진다. 또한, 중간에 개재되는, 다시 말하면 접합층(20) 내에 위치하는 편조 매트에 의해 상기 공정과 후속하는 고온 접합은 비교적 간단하게 구현된다.
본 출원의 대상에서 접합층(20)의 부분으로서 일반적으로 정의되는 제2 컴포넌트는 특히 실시예의 상기 변형예에 따라서 편조 매트 또는 고온 이음매(hot seam)일 수 있다.
예컨대 도 6의 상세도 X에 도시된 유형에 따라서, 복수의 복합 성형 부품은 단계 S5에서 하나의 지지 구조물로 구성될 수 있다.
지지 구조물은 단계 S6에서 로터 블레이드(108)의 하프쉘 내에, 또는 풍력 발전 설비(100)의 또 다른 부분 내에 삽입될 수 있다. 이런 경우에, 하프쉘들은 로터 블레이드 블랭크(rotor blade blank)로 조립되며, 그리고 로터 블레이드가 단계 S7에서 도 7에 도시된 유형의 풍력 발전 설비(100)에 부착될 수 있을 때까지 추가 제조 단계들로 처리된다.

Claims (17)

  1. 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품의 제조 방법으로서, 상기 복합 구조 부품은 적어도 2개의 컴포넌트로 구성된 복수의 복합 성형 부품을 포함하고, 제1 컴포넌트는 성형용 코어 재료로 형성되며, 제2 컴포넌트는 접합층의 부분으로서 형성되는 것인 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품의 제조 방법에 있어서,
    - 상기 성형용 코어 재료는 프리즘의 형태에 따라서 각기둥형 몸체로서 다각형 베이스면을 구비하여 형성되고, 상기 베이스면의 다각형은 베이스와, 이 베이스에 대해 30°내지 60°인 각도를 가지며,
    - 복수의 각기둥형 몸체가 접합되고, 상호 간에 접촉하는 변들 상에서는 접합층이 상호 간에 인접하는 프리즘들 중 적어도 하나의 프리즘의 베이스면에 대해 30°내지 60°의 각도로 연장되는 방식으로 접합층들의 방향성이 형성되고,
    - 상기 제2 컴포넌트는 편조 매트의 형태로 형성되고, 상기 편조 매트는 제1 각기둥형 몸체와 제2 각기둥형 몸체 사이에 삽입되어 상기 각기둥형 몸체의 성형용 코어와 결합되며,
    - 상기 성형용 코어 재료는 압출을 통해 제공되고,
    - 상기 복합 구조 부품은 고온 접합에 의하여 접합되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다각형의 베이스에 대한 각도는 +/-10의 분산 이내에서 45°인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상호 간에 접촉하는 상기 변들 상에서는, 상기 프리즘들의 베이스면에 대해 +/-10의 분산 이내에서 45°각도로 연장되는 접합층들의 방향성이 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형용 코어 재료는 원통형 몸체의 형태에 따라서 다각형 베이스면을 구비하여 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 컴포넌트는 상기 성형용 코어 재료의 덮개부로서 서로에 대해 30°내지 60°의 각도를 갖는 섬유들의 방향성을 갖는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형용 코어 재료는 접합되어 3차원 다면체 형태의 각기둥형 몸체를 형성하고, 다면체 표면들의 각도는 30°내지 60°인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품의 제조 방법.
  7. 적어도 2개의 컴포넌트로 구성된 복수의 복합 성형 부품을 포함하는, 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품으로서, 제1 컴포넌트는 성형용 코어 재료로 형성되고, 제2 컴포넌트는 접합층의 부분으로서 형성되는 것인 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품에 있어서,
    - 상기 성형용 코어 재료는 프리즘의 형태에 따라서 각기둥형 몸체로서 다각형 베이스면을 구비하여 형성되고, 상기 베이스면의 다각형은 베이스와, 이 베이스에 대해 30°내지 60°인 각도를 가지며,
    - 복수의 각기둥형 몸체가 접합되고, 상호 간에 접촉하는 변들 상에서는 접합층이 상호 간에 인접하는 프리즘들 중 적어도 하나의 프리즘의 베이스면에 대해 30°내지 60°의 각도로 연장되는 방식으로 접합층들의 방향성이 형성되고,
    - 상기 제2 컴포넌트는 편조 매트의 형태로 형성되고, 상기 편조 매트는 제1 각기둥형 몸체와 제2 각기둥형 몸체 사이에 삽입되어 상기 각기둥형 몸체의 성형용 코어와 결합되며,
    - 상기 성형용 코어 재료는 압출을 통해 제공되고,
    - 상기 복합 구조 부품은 고온 접합에 의하여 접합되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 컴포넌트는 상기 성형용 코어 재료의 덮개부로서 서로에 대해 30°내지 60°의 각도를 갖는 섬유들의 방향성을 갖는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    - 상기 성형용 코어 재료 또는 상기 접합층들의 방향성은 육각형들로 이루어진 평평한 횡단면 패턴을 형성하며,
    - 상기 접합층들의 방향성의 상호 간에 접촉하는 변들은 프리즘들의 베이스면에 대해 +/-10의 분산 이내에서 30°내지 60°의 각도로 연장되며, 상기 베이스면은 육각형의 베이스에 대해 평행하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 성형용 코어 재료는 아크릴니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리아미드, 폴리락테이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에테르케톤 및 폴리비닐클로라이드의 군 중에서 적어도 하나의 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 복합 구조 부품은 상기 제2 컴포넌트를 통해 복수의 각기둥형 몸체로 이루어진 열가소성 기지에 의해 접합되어 증가된 전단 강도를 갖는 변형 가능한 구조 부품을 형성하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품.
  12. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 성형용 코어 재료는 추가로 안쪽에 위치하는 기능적 방향성 섬유들을 통해 강화되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품.
  13. 제7항에 있어서, 상기 복합 구조 부품은 코어 구조 부품의 형성을 위해 복수의 복합 성형 부품을 이용하는 풍력 발전 설비용 샌드위치 구조 부품의 형태이며, 상기 코어 구조 부품은 적어도 일측에서 적어도 하나의 덮개 층에 의해 덮이는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품.
  14. 제7항에 있어서, 상기 복합 구조 부품은 코어 구조 부품의 형성을 위한 복수의 복합 성형 부품을 이용하는 풍력 발전 설비의 로터 블레이드용 로터 블레이드 부재의 형태이며, 상기 코어 구조 부품은 적어도 하나의 로터 블레이드 덮개 층에 의해 에워싸이며, 상기 로터 블레이드 부재는 코어 구조 부품의 형성을 위해 복수의 복합 성형 부품을 이용하는 풍력 발전 설비용 샌드위치 구조 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비용 복합 구조 부품.
  15. 타워와, 곤돌라와, 하나의 스피너 및 다수의 로터 블레이드를 구비한 로터를 포함하는 풍력 발전 설비에 있어서, 상기 로터 블레이드 또는 상기 타워 또는 상기 곤돌라 또는 상기 스피너는 제7항에 따르는 복합 구조 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  16. 삭제
  17. 삭제
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