JP2024506551A - 高精度の幾何学的基準がｂ面上に組み込まれた風力タービンブレード金型 - Google Patents

Abstract

本明細書では、複合セグメントのレイアップ中に構造部品（例えばスパーキャップ）を設置するための精密ピンが組み込まれた風力タービンブレード金型システムが提供される。複数のピンを金型内の開口に挿入することができ、ディスクをピンに取り付けて、ピンに対して位置決めされたスパーキャップまでの相対距離を一定に維持して正確な位置決めを確保し、それによって金型に対するスパーキャップの移動を防止／抑制することができる。ピンは、複合レイアップ層を突き通し、ブレードスキンのＢ面の上方に突出する第１の延長部を含むことができる。さらに、ピンは、ピンとその下にある構造部品の視覚的な識別を提供すべく、ピンの上部に着脱可能に取り付けられたマーカー先端を含むことができる。ピンは最終的な成形部品内に埋め込まれたままとすることができる。
【選択図】図７

Description

関連出願への相互参照
この出願は、２０２１年２月１日に出願された米国仮出願第６３／１４４，１７７号の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく優先権の利益を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

開示される主題は、大型複合構造体、例えば、風力タービンブレードを製造するシステム、及び対応する方法に関する。これらの大型複合構造体は、典型的には二つの部分から成る金型から形成されるが、その場合、製作を完了するためには、ブレード半体を成形するとすぐに、複雑な部品位置付け／据付け、及び後続の金型閉鎖のプロセスが必要になる。新世代の風力タービンブレードの設計におけるマージンの減少により、ブレードスキンの内部又は「Ｂ面」上で、シアウェブなどの部品の高精度な位置決めができるだけでなく、最も正確な測定を可能にする方法の開発が必要になる。

従来のアプローチでは、部品配置を支援するために、オーバーヘッドレーザ投影システムだけでなく外部固定具（つまり、ガントリー）も使用されていた。これらの方法はそれら自身の利点と欠点があるが、厳密に指定された場所に部品を配置するために必要とされる高レベルの精度は全て欠けている。本開示は、成形プロセス中の当該スキンのＢ面上の部品の適切な位置決めを保証するだけでなく、当該場所の正確な測定も可能にする。

特に、本開示は、例えば、細長いピンなどの構造要素を提供し、例えば、スパーキャップなどの他の部品の配置と組み立てを容易にするさまざまな特徴を有しており、上部（内部）Ｂ面の上方に延在して、正確な測定のための基準点として機能することができる。いくつかの実施形態では、本開示は、位置決め要素、例えば、細長いピンと取り外し可能なスタッドなどの位置決め要素を提供する。スパーキャップについての位置決め公差のわずかな違反は、曲げ剛性の低下に起因してブレードの構造的完全性を損なうだけでなく、コア材料のずれに起因して接合ギャップの公差を超えてしまう。本開示は、レイアッププロセス全体を通じてブレード金型内で、例えば、スパーキャップなどの内部部品の正確な位置決めを提供する。

風力タービンブレードは一般に、主としてガラス繊維強化プラスチックなどの複合材料で作られた中空のブレードシェルを備えている。ブレードシェルは典型的には、下側の正圧側シェルと上側の負圧側シェルの二つの半体シェルから構成され、これらはそれぞれの雌型半型内で別個に成形されて、その後ブレードの前縁及び後縁にあるフランジに沿って一つに接合される。風力タービンブレード用の半型の例示的な図が、図１Ａ～図１Ｃに概略的に示されている。

図１Ａ参照すると、これには、上側の負圧側金型１０ａ及び下側の正圧側金型１０ｂの二つの半型に分割された風力タービンブレードの金型１０が、金型を開放した構成で横並びにして示されている。正圧側ブレードシェル１２ａは下側金型１０ａの金型表面１４ａ上に支持され、負圧側ブレードシェル１２ｂは上側金型１０ｂの金型面１４ｂ上に支持される。シェル１２ａ、１２ｂはそれぞれ、複数のガラス繊維織物層から構成され、硬化した樹脂によって一つに接合される。

それぞれの半型１０ａ、１０ｂ内でシェル１２ａ、１２ｂを形成した後で、風上ブレードシェル１２ａの内側表面１７の上に又は中に位置決めされたスパーキャップに、シアウェブ１６が接合される。シアウェブ１６は、ブレードの二つの半体シェル１２ａ、１２ｂを橋渡しし、ブレードから使用されている風力タービンハブへとせん断荷重を伝達する役割を果たす、長手方向に延在する構造体である。図１Ａにおいて断面で示されている特定の実施形態では、シアウェブ１６はそれぞれ、第１の長手方向に延在する装着フランジ２０を任意選択的に備える下側縁部１９と、第２の長手方向に延在する装着フランジ２２を任意選択的に備える上側縁部２１とを有するウェブ１８を備える。シアウェブ１６を各半体シェル１２ａ、１２ｂのそれぞれのスパーキャップに接合するために、これら装着フランジ２２に沿って、エポキシなどの接着剤が塗布される。いくつかの実施形態では、装着フランジは、ブレードスキンの内部Ｂ面に取り付けられる個別の部品であり得る。他の実施形態では、装着フランジは、ブレードスキンのＢ面と一体的に形成され得る。

図１Ｂに示すように、シアウェブ１６が上部ブレードシェル１２ａに接合されると、シアウェブ１６の第２の（上側）装着フランジ２２に沿って、及びブレードシェル１２ａ、１２ｂの前縁２４及び後縁２６に沿って、接着剤が塗布される。次いで、二つのブレード半体シェル１２ａ、１２ｂを前縁２４及び後縁２６に沿って一つに接合するために、及びシアウェブ１６を上側ブレードシェル１２ｂの内側表面２８に沿ってスパーキャップに接合するために、上側ブレードシェル１２ｂを含む上側金型１０ｂが持ち上げられ、回転され、下側ブレード金型１０ａの上に設置される。一方の半型を他方の上に設置するステップは、金型の閉鎖と呼ばれる。

ここで図１Ｃを参照すると、金型１０が閉鎖されるときに、シアウェブ１６が上側シェル１２ｂに対してわずかに移動する場合があるという問題が生じ得る。例えば、シアウェブ１６は、金型の閉鎖中に自重でわずかに移動する場合があるか、又はそれらは、上側シェル１２ｂとの接触によってずらされる場合もある。加えて又は代わりに、シアウェブ及びスパーキャップは開放した半型の中に閉鎖前に不正確に設置される場合があり、結果的に、損なわれた又は欠陥のあるブレード構造となる。さらに、上側シェル１２ｂの凹型の湾曲には、図１Ｃに示されるように、シアウェブ１６を一緒にわずかに押しやる傾向もある。金型の閉鎖中のシアウェブ１６のそのような移動は、シアウェブ１６がスパーキャップ及び／又は上側シェル１２ｂに最適ではない位置で接合されることになる。

風力タービンの動作効率を改善するためにブレードのサイズが絶えず増大するにつれて、安全マージンが減少し、その結果、製造許容基準及び許容差がより厳しくなることが必要となる。このことにより、厳しい仕様及び要件を満たすために、高精度のプロセスチェックを可能にする製造ツールの設計と実装が必要となる。

したがって、風力タービン装置の組立て段階中の、例えば、スパーキャップなどの内部部品の高精度の設置及び接合を提供するための、製品の構造に影響を及ぼさずに部品の適切な設置を保証する効率的かつ経済的な方法及びシステムの必要性が、依然として存在する。

開示される主題の目的及び利点は、以下の説明に記載されそこから明らかになるだけでなく、開示される主題を実施によっても理解されるであろう。開示された主題の追加の利点が、本明細書の記載及び特許請求の範囲において具体的に指摘されている方法及びシステムによって、並びに添付の図面から、実現及び達成されるであろう。

これらの及び他の利点を達成するために、開示される主題の目的に従って、開示される主題は、また、具体化され広範に記載されているように、少なくとも１つの開口が中に位置付けられている第１の金型表面と、第１の端部及び第２の端部を有しそれらの間の長さを画定する少なくとも１つのスタッドであって、スタッドの第２の端部は少なくとも１つの開口内に配置されている、少なくとも１つのスタッドと、第１の端部及び第２の端部を有しそれらの間の長さを画定する少なくとも１つのピンであって、ピンの第２の端部は少なくとも１つのスタッドの第１の端部に着脱可能に接続されている、少なくとも１つのピンと、少なくとも１つのディスクであって、少なくとも１つのディスクは少なくとも１つのピン上に配置され、ディスクの一部が風力タービンブレードの構造部品と係合するように構成されている、少なくとも１つのディスクと、少なくとも１つのスタッドの上方に配置される複数の繊維材料のレイアップセグメントと、ピンの第１の端部に着脱可能に結合されるピン延長部であって、ピン延長部はレイアップセグメントの最上面の上方に配置されている、ピン延長部と、を備える、風力タービンブレード金型システムを含む。

いくつかの実施形態では、ディスクの側縁が構造部品と係合し、ディスクはピンの長さの中点の近くに配置されている。

いくつかの実施形態では、スタッドの第１の端部は、金型の第１の表面を越えて延在する。いくつかの実施形態では、風力タービンブレードの構造部品はスパーキャップである。

いくつかの実施形態では、システムは、ブレード金型の翼幅方向の中心軸線を中心にして非対称に配置されている複数の開口、及び／又はブレード金型の長さに沿って配置されている複数の開口をさらに含む。

いくつかの実施形態では、着脱可能なピン延長部は、レイアップセグメントの突き通しを容易にするための先細のプロファイルを含む。いくつかの実施形態では、着脱可能なピン延長部は、配置されている真空バッグの突き通しを防ぐための丸いプロファイルを含む。いくつかの実施形態では、着脱可能なピン延長部は、Ｃ字形のクランプを有する固定構造を含む。

本開示の別の態様によれば、風力タービンブレードを形成する方法が提供され、少なくとも１つの開口が中に位置付けられている第１の金型表面を提供することと、第１の端部及び第２の端部を有しそれらの間の長さを画定する少なくとも１つのスタッドを提供することであって、スタッドの第２の端部は少なくとも１つの開口内に配置されている、少なくとも１つのスタッドを提供することと、第１の端部及び第２の端部を有しそれらの間の長さを画定する少なくとも１つのピンを提供することであって、ピンの第２の端部は少なくとも１つのスタッドの第１の端部に着脱可能に接続されている、少なくとも１つのピンを提供することと、ピン延長部をピンの第１の端部に着脱可能に結合することと、少なくとも１つのスタッドの上方に複数の繊維材料のレイアップセグメントを置くことであって、少なくともピン延長部は各レイアップセグメントを通過している、置くことと、風力タービンブレードの構造部品を、少なくとも１つのピンの配置に対して決定された配置に挿入することと、ディスクを少なくとも１つのピンに取り付けることであって、ディスクの一部が風力タービンブレードの構造部品と係合するように構成されている、取り付けることと、を含む。

いくつかの実施形態では、ディスクの側縁が構造部品と係合し、ディスクはピンの長さの中点の近くに配置される。

いくつかの実施形態では、この方法は、構造部品及びディスクの上に第２のセットのレイアップセグメントを置くことをさらに含む。

いくつかの実施形態では、風力タービンブレードの構造部品はスパーキャップである。

いくつかの実施形態では、着脱可能なピン延長部は、レイアップセグメントの突き通しを容易にするための先細のプロファイルを含む。

いくつかの実施形態では、この方法は、先細のプロファイルを有する第１の着脱可能なピン延長部を、丸いプロファイルを有する第２の着脱可能なピンと交換すること、第２の交換可能なピン延長部の上に真空バッグを置くこと、及び／又は、第２の着脱可能なピン延長部を、Ｃ字形のクランプを有する第３の着脱可能なピン延長部と交換すること、をさらに含む。

いくつかの実施形態では、第１のセットのレイアップセグメント、少なくとも１つのピン、少なくとも１つのディスク、少なくとも１つの構造部品、及び第２のセットのレイアップセグメントを一体成形製品として形成する。

上述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は両方とも例示的なものであり、特許請求される開示された主題のさらなる説明を提供することを意図していることを理解されたい。

本明細書に組み込まれその一部を構成する添付の図面は、開示される主題の方法及びシステムを例示し、さらなる理解を提供するために含まれている。図面は、説明とともに、開示された主題の原理を説明するのに役立つ。

本明細書に記載される主題の様々な態様、特徴、及び実施形態の詳細な説明が、以下に簡潔に説明する添付の図面を参照して提供される。図面は例示的なものであり、必ずしも正確な縮尺で描かれているわけではなく、一部の構成要素及び特徴は明確にするために誇張されている。図面は、本主題の様々な態様及び特徴を示し、本主題の一つ以上の実施形態又は例を全体的又は部分的に例示し得る。

従来の風力タービンブレード金型及び製造方法の断面図を示す。 従来の風力タービンブレード金型及び製造方法の断面図を示す。 従来の風力タービンブレード金型及び製造方法の断面図を示す。 本開示の一実施形態による例示的なピン位置を有する半型の概略上面図である。 開示された主題による、金型表面に対するブレードスキンのＡ面及びＢ面を示す、部分的（片面）風力タービンブレード金型の断面図を示す。 本開示の実施形態による風力タービンブレードスキンの内側（又は「Ｂ面」）上の例示的な幾何学的基準を示す。 本開示の実施形態による風力タービンブレードスキンの内側（又は「Ｂ面」）上の例示的な幾何学的基準を示す。 本開示の実施形態による風力タービンブレードスキンの内側（又は「Ｂ面」）上の例示的な幾何学的基準を示す。 本開示の実施形態による風力タービンブレードスキンの内側（又は「Ｂ面」）上の例示的な幾何学的基準を示す。 本開示の実施形態による風力タービンブレードスキンの内側（又は「Ｂ面」）上の例示的な幾何学的基準を示す。 本開示の実施形態による風力タービンブレードスキンの内側（又は「Ｂ面」）上の例示的な幾何学的基準を示す。 本開示の実施形態による風力タービンブレードスキンの内側（又は「Ｂ面」）上の例示的な幾何学的基準を示す。 本開示の実施形態による風力タービンブレードスキンの内側（又は「Ｂ面」）上の例示的な幾何学的基準を示す。 本開示の実施形態による風力タービンブレードスキンの内側（又は「Ｂ面」）上の例示的な幾何学的基準を示す。 本開示の実施形態による風力タービンブレードスキンの内側（又は「Ｂ面」）上の例示的な幾何学的基準を示す。 本開示の実施形態による風力タービンブレードスキンの内側（又は「Ｂ面」）上の例示的な幾何学的基準を示す。 本開示の実施形態による風力タービンブレードスキンの内側（又は「Ｂ面」）上の例示的な幾何学的基準を示す。

ここで、開示される主題の例示的な実施形態を詳細に参照し、その一例を添付の図面に示す。開示された主題の方法及び対応するステップは、システムの詳細な説明と併せて説明される。

本明細書で提示される方法及びシステムは、大規模構造物の構築に使用することができる。開示される主題は、風力タービンブレードの構築に特に適している。限定ではなく説明及び例示の目的で、開示される主題に係るシステムの例示的な実施形態が添付の図面に示される。機能的に対応するが、必ずしも同一の構造ではないことを示すために、本明細書に提示される様々な図及び図面の間で同様の参照番号（先頭の数字によって区別される）が与えられる場合がある。

繊維強化プラスチックは高い強度重量比を有しているので、現代の風力タービンのロータブレードは繊維強化プラスチックで作られている。ロータブレードは、典型的には、丸い前縁と鋭い後縁を有する翼形状を含み、ブレードは、タービンのハブに接続するブレード根元を含む。複数のロータブレードが、それぞれのブレード根元でハブに接続され、風力タービンを作成する。ブレード根元は、ブレードに補強を与える繊維強化ポリマー内にセットされた複数の根元ブッシングを含む。ボルトは根元ブッシングのねじ山と係合し、ブレード根元をハブに接続する。

典型的なタービンブレードは、二つの半体シェルを一対の金型で成形することによって作られる。スパーキャップ（航空機の翼のスパーに類似）、ウェブ補強材（リブ）、及びその他の細部は、任意でブレード半体の一つに取り付けることができる。接着剤が、例えば、等間隔のビーズで第１のシェルの接合周囲／縁に塗布される。次に、図１Ａ～Ｃに示すように、第２の半体シェルをひっくり返し、その金型ツールにそのまま入ったままで、第１の半体シェルの上へと下げられる。金型を合わせて押し付けると、接着剤は硬化してブレードの二つの半体は結合される。２つのブレード半体をペーストで接合するこのプロセスは、ブレード閉鎖と呼ばれる。

様々な実施形態において、ブレード金型は、当技術分野で知られている任意の適切な金属で作られ得る。様々な実施形態において、この金型は、例えば、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、チタン、タンタル、タングステン、又は任意の金属の適切な組み合わせ（例えば、金属合金）などの金属を含み得る。様々な実施形態において、この金型は、例えば、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルなどのポリマーを含んでもよい。様々な実施形態において、この金型は、機械加工（例えば、ＣＮＣ機械加工）、３Ｄ印刷（例えば、直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）、及び熱溶解積層法（ＦＤＭ）を使用）、開放成形、閉鎖成形、樹脂注入、圧縮成形、複合ハンドレイアップ、射出成形、引抜成形、自動繊維配置、チューブ圧延、自動テープ敷設、フィラメントワインディング、樹脂トランスファー成形、又は当技術分野で知られている任意の適切な製造技術によって作られ得る。当業者であれば、本明細書に記載の部品を製造するために任意の適切な３Ｄ印刷技術を使用することができることが理解されよう。

ブレードのブレードシェル（つまり、高圧側と低圧側、又は「内側」と「外側」）は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂などの繊維強化ポリマーで作られている。他の適切な繊維強化材が、他の繊維と一緒に、又は独立して、例えば、炭素繊維（一方向及び／又は二方向）、ケブラー（登録商標）、ガラス繊維（一方向及び／又は二方向）などのように組み込まれてもよい。さらに、ブレードシェルは、その部品の所望の厚さ及び特性に合わせて、任意の適切な数の繊維強化層を含んでもよい。ブレードスキンの「Ａ」面及び「Ｂ」面内に位置決めすることができるコアは、例えば、ポリマーフォーム（例えば、ポリウレタン、デビニセル、ポリイソシアヌレートなど）、サンドイッチコア（例えば、ノーメックスハニカム、アルミニウムハニカム、バルサなど）、及び／又はポリマーハニカム材料などの任意の適切な材料で作られる。

例えば、風力タービンブレードなどの複合構造を形成する際、ポリマー（エポキシベースの樹脂システム）が一連のパネル又は「レイアップ」で金型に挿入される。設計された硬化度に達した後、これらのポリマーレイアップセグメントは複合構造のマトリックス成分として機能し、強化繊維間の均一な負荷分散を可能にし、それによってその部分の究極の機械的強度を生み出す。硬化プロセスは場合によっては周囲温度で進行することもあり得るが、風力タービンブレードの製造を含むほとんどの用途では、外部熱源が使用される。

加えて、ブレードは、ブレードの剛直性、耐座屈性、及び／又は強度の向上をもたらすように構成されている、一つ以上の構造部品を含み得る。例えば、ブレードは、ブレードの正圧側及び負圧側の対向する内側表面に対してそれぞれ係合するように構成されている、一対の長手方向に延在するスパーキャップを含み得る。さらに、梁状の構成を形成するように、スパーキャップの間に一つ以上のシアウェブが配置され得る。スパーキャップは一般に、風力タービンの動作中にブレードに概ね翼幅方向（ブレードの翼幅と平行な方向）に作用する曲げ応力及び／又は他の荷重を制御するように設計され得る。同様に、スパーキャップは、風力タービンの動作中に生じる翼幅方向の圧縮に耐えるようにも設計され得る。

本開示のスパーキャップは、一つにまとめられてスパーキャップの第１の部分を形成する、複数の引抜成形部材から構成され得る。ある特定の実施形態では、引抜成形部材は、複数の繊維（例えば、ガラス繊維又は炭素繊維）を樹脂で含浸し、含浸された繊維を硬化させることによって形成され得る。樹脂による繊維の含浸は、当技術分野で知られている任意の適切な手段を使用して行うことができる。さらに、樹脂としては、ポリエステル、ポリウレタン、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ビニルエステル、エポキシ、又は類似のものを含むがこれらに限定されない、任意の適切な樹脂材料を含み得る。さらに、図示されるように、引抜成形部材は、スパーキャップがブレードの根元に近づくにつれて、一つ以上の引抜成形部材の束へと分かれて、スパーキャップの第２の部分を形成する。

より詳細には、スパーキャップは、まとまって一つ以上の層を形成する、複数の引抜成形部材から構成される。結果として、層は互いに積み重ねられ、任意の好適な手段を使用して、例えば、真空注入で部材を一つにすることによって、又は部材を接着剤、セミプレグ材料、プリプレグ材料、若しくは類似のものを介して部材を一つに接合することによって、一つに連結される。

高精度設置ピン
本明細書に記載する方法及びシステムは、成形プロセス中の部品、例えば、スパーキャップなどの高精度の設置を容易にする。特に、本開示は、ブレード翼幅全体にわたって正確な幾何的基準点を提供し、いくつかの実施形態では、剛性の支持表面を必要とする部品に対する機械的停止部として使用できる正確な幾何的基準点を提供する、新規な装置及び方法を導入する。いくつかの実施形態では、本開示は、位置特定を支援するためのオーバーヘッド光学投影及びレーザートラッキングシステムと、レイアッププロセス中に部品及び補強層を設置するための測定ツールと、を含むことができる。

図２には、ブレード翼幅に沿って分布させた複数の開口（１００）を有するブレード半型の上面図が描かれている。開口（１００）は、金型表面内の、（金型表面を完全に貫通して延在する）穴、（以下で記載するような、位置特定機構又は「ピン」を受け入れるのに十分な深さの）凹部、又は窪みとすることができ、便宜上、全体を通して「ピン穴」と呼ぶこととする。ピン穴（１００）の位置は、ブレード金型の３Ｄ製造モデルにおいて指定される。金型（風力タービンブレードを製作するために利用されることになる）を製作するために、指定される幾何形状を金型に付与する構造体の役割を果たす雄型の「プラグ」が、最初に形成される。プラグ建造中に、プラグ表面に精密ピン穴が形成、例えばＣＮＣ機械加工される。その後、ピン穴（１００）は最終金型へと移され、任意のオーバーヘッドレーザ投影又はファロー測定システムの適切な位置決めを較正及び検証するための、基準点の役割を果たすことができる。複数のピン穴（１００）が金型に永続的に形成されるが、以下でより詳細に記載するように、ピンを受け入れるのに利用されない場合は、選択されたピン穴に栓をすることができるか、又はそれらを塞ぐことができる。

ピン穴（１００）の数と位置は、ブレードの設計仕様、例えば、スパーキャップの数、位置、及びサイズなどに応じて異なり得る。図２に示すように、ピン穴（１００）の分布は均一である必要はなく、代わりにブレードの選択されたエリアに集中している。また、穴（１００）は丸い形をしているように示されているが、以下でさらに詳細に説明するように、代わりの幾何形状（例えば、直線エッジを備えた直線形状）を、相補的な形状をしたピンとともに使用することもできる。ピン穴の数、分布、及び幾何形状はブレード翼幅に沿って異なる場合があり、例えば、大きい／重い内部部品が存在する及び／又はより複雑な幾何形状若しくは表面プロファイル（外形）を有する位置において、ピン穴（１００）はより高い密度で存在してもよく、例えば、ブレードの先端と比較して、より多数のピン穴（１００）が根元に近接して配置される。

図３は、上にブレードシェルが形成されたブレード金型の断面図を示し、ブレードシェルの外側Ａ面（すなわち、ブレードが最終的に形成され、使用のために取り付けられるときに外面となる表面）及び内側Ｂ面を示す。図４は、例示的なピン穴（１００）の断面図を示す。この例示的な実施形態のピン穴（１００）は円筒形の穴を示しているが、代替の幾何形状（例えば、湾曲、非直線）も本開示の範囲内である。また、ピン穴（１００）は、ピン穴を画定する側壁の外周がピン穴に近接した金型表面の厚さ「ｔ」よりも大きい厚さ「Ｔ」を有するように、ピンを受け入れるための補強された空洞を有することができる。この追加の厚さによって、ピンが中に挿入されるときに、これを受け入れて案内するためのピン穴（１００）に強度及び剛性が与えられる。

本開示の別の態様によれば、スタッド部材（２００）は、ピン穴への樹脂の進入を回避するために、ブレード製造ステップ（例えば、ゲル適用）の前にピン穴（１００）内に少なくとも部分的に挿入され得る。いくつかの実施形態では、スタッド（２００）は、ブレード金型表面の上方に延在するようにサイズ決めされ、（例えば、摩擦嵌めによって、又はねじ付き締結具、さねはぎなどによってのいずれかで）穴（１００）内に永久的に又は着脱可能に固定され得る）。スタッドは、穴１００への望ましくないゲル／樹脂の進入を防止するために、穴の直径の周囲及び穴の直径を超えて周方向に延在する取り外し可能なシュラウド（例えば、コーン又はスカート）をさらに含むことができる。

図５は、ピン又は細長い部材（例えば、細長い壁）であり得る位置特定機構（３００）の挿入を示すが、本開示では便宜上、全体を通して位置特定機構を「ピン」と呼ぶ（ただし、代替の、例えば非円筒形の幾何形状は本開示の範囲内であることが企図されることを理解されたい）。図示されるように、ピン（３００）は、金型ピン穴（１００）に事前に挿入されているスタッド（２００）の頂端部に取り付けられる。ピン（３００）は、（図示の例示的な実施形態では、金型表面の上方に突出している）スタッドの上端部に、機械的結合、例えば、ねじ結合、雄／雌部材間の摩擦又は「スナップ」嵌め、さねはぎなどを介して着脱可能に固定され得る。加えて又は代わりに、ピン（３００）は、磁気接合又は接着剤接合を介してスタッド（２００）に接続され得る。ピン（３００）は、スタッド（２００）の外形寸法／直径と同等の外形寸法／直径でサイズ決めされ得る。あるいは、ピン（３００）は、スタッドがピン（３００）内に挿入されるときに少なくとも部分的にピン（３００）内に受け入れられるように、スタッド（２００）よりも大きな寸法／直径を有することができる。いくつかの実施形態では、ピン（３００）とスタッド（２００）との間の接続は脆弱であり、そのため、離型プロセス（すなわち、金型からのブレードの取り出し）中に、スタッド（２００）が金型（１００）に残ったまま、ピン（３００）が成形されたブレード内に残った状態で、ピン（３００）が破損するか、又はスタッド（２００）から外れてしまう。

図６は、ピン３００と一体的に形成することができる、あるいは、ピン３００の頂部又は遠位端に（着脱可能に）取り付けられる別個の部品として形成することができる延長部４００を示す。延長部４００は、後続の製造ステップでピンの上に設置される繊維レイアップセグメントの突き通しを容易にするために、鋭利な先端を備えて形成することができる。延長部４００は、金型全体にわたるピンの識別及び測定を容易にするために、反射特性（例えば、放射線不透過性材料で形成される）を含むこともできる。加えて、各延長部４００は、金型の各ピンの一意的な識別を与えるために、特異的なスペクトルプロファイルを呈する（例えば、特定の光波長を呈する／反射する）ことができる。延長部（４００）は、様々なサイズ及び形状で形成することができるが、例示的な実施形態では、ピン３００の幅（又は直径）に等しい最大幅を有する先細のプロファイルを有する。いくつかの実施形態では、延長部（４００）は、最初はピン（３００）それ自体の中に（例えば、入れ子式に）収容され、例えば、レイアップセグメントを取り付けた後、命令に応じてピン（３００）の先端を越えて上方に／外に施行され得る。

図７は、ピン穴（１００）の上部に配置されたピン（３００）及びスタッド（２００）アセンブリの上部に置かれた複数の複合繊維パネル層、又は「レイアップ」（５００）を示す。ピン（３００）、及び存在する場合には延長部（４００）は、図示されるように、レイアップ層（５００）を通過し、レイアップ層の上面の上方に延在する。レイアッププロセスが完了すると、ピン（３００／４００）の先端は、複合ガラス層（５００）上で見える状態にある。ピンヘッド（３００／４００）のこれらの基準マークは、スパーキャップを設置するための視覚的な基準として機能する。いくつかの実施形態では、ピン（３００）は、オペレータに所定の数／高さのレイアップセグメントが取り付けられていることを確認する視覚的補助を提供するために、レイアップセグメント（５００）の積層体の高さを示し、及び／又は、ブレードの所与の特定位置におけるレイアップセグメントの状態の他の位置との比較（たとえば、根元対先端）のための基準として機能するように、目盛り付きマーキングをその側面に含むことができる。

図８は、レイアップセグメント（５００）の上にピン（３００）から離間して内部構造部品（例えば、スパーキャップ）（６００）を追加した様子を示す。内部構造部品（例えば、スパーキャップ）（６００）の設置プロセスでは基準点として、及びいくつかの実施形態では荷重担持部材として、設置ピンが利用される（例えば、スパーキャップをピンと接触して設置することができる）。構造部品（６００）は、ピン（３００）の位置に対して位置決めすることができる。例えば、構造部品（６００）は、金型内で隣接するピン（３００）間の空間に位置決めすることができる。

図９は、レイアップセグメント（５００）の層が置かれており、内部構造部品（６００）がピン（３００）に対して位置決めされた後の金型の上面図を示し、さらにピン（３００）に取り付けられた精密ディスク（７００）をも含む。いくつかの実施形態では、ディスク（７００）は、レイアップセグメントの挿入後であるが、構造部品（６００）の挿入前に、ピンに取り外し可能に取り付けられる。ディスク（７００）は、ピン（３００）と内部構造部品（６００）との間の所定の固定距離を維持する。ディスク（７００）は、金型表面及び／又はレイアップ層（５００）の上方に所望の高さを維持するように、ピン（３００）の予め設定された長さだけ下げ進めることができる。また、ディスクは調整可能であり得、それで、オペレータは、様々なサイズ／幾何形状の構造（６００）に適応するために、所望に応じてピン（３００）に対してディスク（７００）の位置を上昇／下降することができる。いくつかの実施形態では、ピン（３００）は、ディスク（７００）と嵌合して受容し、ディスクのそれ以上の下方への移動を阻止する突出部分（例えば、こぶ又は棚）を含むことができる。加えて又は代わりに、ピン（又はディスク）は、ピン及びディスクが固定的に、しかし着脱可能に一つに結合されるように、連結機構（例えば、舌部／溝）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ディスク（７００）は、固定直径を有する円形であり、いくつかの実施形態では、ディスクは非対称であり、そのため、ピン（３００）と隣接する構造部品（６００）との間の空間は、ピンの一方の側でピンのもう一方の側よりも大きくなり得る。また、ディスク（７００）はピンから全方向に均一な距離だけ延在してもよく、あるいは、ディスクは円形である必要はなく、代わりにピン（３００）の選択されたセクションから異なる距離だけ延在することができる。

図１０は、ディスク（７００）によって測定される距離に従ってサイズ決めされ、構造部品（６００）に噛合して係合又は当接し、その動きを防止するコア材料（８００）（例えば、バルサ材）の追加を示す。図示されるように、コア材料（８００）は、ディスク（７００）の上に延在して、構造部品（６００）と同じ高さに達することができる。また、コア材料は、ピン３００の両側に（及び／又は外接して）位置決めすることができる。ピンの延長部（４００）は、構造部品（６００）及びディスク（７００）の上面の上方に超えて延在し、技術者及び／又はオーバーヘッド光学投射（例えば、レーザー）システム（含まれている場合）に見える状態にある。いくつかの実施形態では、ピン（３００）の一部は、構造部品（６００）及びディスク（７００）の上面の上方に超えて延在することもできる。

図１１に示すように、構造部品（６００）の位置がブレード金型内に正確に位置決めされていることが確認されると、追加のレイアップセグメント（５２０）の第２のセクションを、構造部品（６００）、ピン（３００）、コア材料（８００）、ディスク（７００）、及びレイアップセグメント（５００）の第１のセクションの上に位置決めすることができる。図示される例示的な実施形態では、第１シリーズのレイアップセグメント（５２０）はコア（８００）と接触して位置決めされ得る一方、第２シリーズのレイアップセグメント（５２０’）は構造部材（６００）と接触するが、コア（８００）とは接触せずに位置決めされ得る。図示されるように、ピンの延長部（４００）は、延長部（４００）が繊維レイアップ（５２０）の追加層又は上部層の上面の上方に超えて延在するように、繊維レイアップ（５２０）の連続する各層を通過／貫通している。

（第２の）レイアッププロセスが完了すると、ピン延長部（４００）の鋭利な先端は、完成したブレードスキンのＢ面（又は上面／内面）を越えて突出するか、又は延在する。次に、レイアップセグメント、コア、構造部品、ピン、及びディスクの上に設置されることになる真空バッグへの損傷を回避するために、図１２に示すように、鋭利な先端部（４００）をピン（３００）の先端部から取り外し、丸い／鈍い／球状の延長部（４１０）と交換することができる。鈍い延長部（４１０）はまた、鋭利な／貫通する延長部（４００）に関して上述したように、視覚的識別特性（例えば、放射線不透過性又は反射性）を呈し、下にある構造部品（６００）の位置を正確に識別させることもできる。

図１３に示すように、バッグ（９００）を金型の周囲の周りを密閉して真空を作り出し、注入領域に含まれるピン（３００）を用いて樹脂注入プロセスを実行することができる。スタッド（２００）とピン穴（１００）の嵌合公差により、ピン穴（１００）への注入樹脂の進入が防止される。有利なことに、これらの後続の操作中にスパーキャップ（６００）を備えたピン（３００）が存在することにより、注入及び硬化プロセス中に位置ずれが起こらないことが保証される。

図示されるように、樹脂の注入及び硬化プロセスが完了した後、バッグ（９００）が取り外され、レイアップ層（５００）の第１のセクション、ピン（３００）、構造部品（６００）、コア材料（８００）、及びレイアップ層（５２０）の第２セクション、及び（とがっていない）ピン延長部（４１０）を含む完成した成形部品が、ピン（３００）をスタッド（２００）から外すことによって金型（１００）から取り外される。ピン（３００）とスタッド（２００）との間の機械的接続は、相対的な垂直運動の下でピン（３００）がスタッドから外れるか、又はスタッドから分離するように構成される。したがって、ピン（３００）はブレード内に残り、スタッド（２００）は金型内に残る。いくつかの実施形態では、小さなピン穴（金型から突出しているスタッド（２００）の形状に等しい）がレイアップ５００の外面（すなわち、図１３に示すように下面）に残る場合があり、これは後続のスキン処理プロセスで埋めることができる。この実施形態では、ピン（３００）は、組み立て／成形された製品の一部を永久的に形成し、スパーキャップ（６００）のドリフトを防止するハードストップとして残る。スタッド（２００）は、スタッド（２００）をピン（３００）から分離した後、スタッド（２００）の位置で成形品に凹部が残るように、金型（１００）の上面よりも上方に延在するようにサイズ決めすることができる。したがって、内部部品（例えば、コア８００、スパーキャップ６００など）の位置をブレードのＡ側とＢ側の両方から視覚的に識別する方法が残る。換言すれば、鈍いピン延長部（４１０）はＢ（又は内部）面から検出することができ、一方、（スタッド突出部（２００）から生じる）ピン穴はＡ（又は外部）面から検出することができる。

加えて又は代わりに、スタッド（２００）は、ピン（３００）が金型表面を越えてピン穴（１００）内に延在している状態で、金型（１００）の上面の上方に延在しないようにサイズ決めすることができ、その結果、ピン（３００）は、成形部品の外面を越えて（例えば、レイアップ層５００の第１のセクションの底面を越えて）延在する。外面を越えて延在するピン（３００）のこの部分は、滑らかで連続的なブレード外面を提供するためにトリミングされ、最終製品が得られる。

図１４に示すように、バギング除去後（すなわち、図１３から真空バッグ９００を除去した後）、鈍いピン延長部（４１０）をマーカー先端部（４２０）と交換して、レーザー投影及び登録システムで使用するための高精度基準点を提供することができる。すなわち、マーカー先端部（４２０）は、ピンの上部に取り付けられ、（下にあり、繊維レイアップセグメントの層で覆われている）構造部材（６００）の端部を示すことができる。マーカー先端部（４２０）は、移動可能／調整可能であり得、例えば、ピン（３００）の垂直軸を中心に回転することができ、及び／又は垂直ピン軸に垂直な軸を中心に旋回する／ヒンジとすることができる。これにより、マーカー先端部（４２０）は（オーバーヘッド、又はブレードの横方向外側の）光学投影システムに対して最適な角度で方向を合わせることができる。

図１５に示すように、マーカー先端部（４２０）はさらに、固定構造（４３０）がブレードのＢ面を越えて延在するように、ピン（３００）の上部に取り付けることができる固定構造（４３０）と交換することができる。固定構造は、ブラケット又はＣ字形のクランプであり得る。マーカー先端部（４２０）と同様に、固定構造（４３０）は移動可能／調整可能にすることができ、ピン（３００）の垂直軸を中心に回転することができ、及び／又は垂直ピン軸に垂直な軸を中心に旋回する／ヒンジとすることができる。これにより、固定構造（４３０）は、他の内部部品又は機械（例えば、完全に閉鎖したブレードを形成すべく、ブレード半体を移動させ、折り曲げを容易にするためのホイストなど）を（オーバーヘッド、又はブレードの外側の横方向）に対して最適な角度で方向を合わせることができる。

上記で参照したように、本明細書に開示される実施形態では、さまざまなピン構成を使用することができる。図６Ｂに示される例示的なピンの実施形態では、ピンは、ピン穴（１００）内のスタッド（２００）内に挿入されるか、それを受容するか、又はそれに取り付けられる第２のセクションよりも小さい断面積を有する第１のセクションを含むことができる。面積の変化は、急激な変化、階段状の変化、又は緩やかなテーパであり得る。加えて又は代わりに、スタッド（２００）の遠位端は、ピン穴（１００）の底部から離間するか、又はピン穴の底部に当接するように延在することができる。

したがって、本開示は、外部金型フレームよりもむしろ、内部ブレード部品に関して高精度の基準点を提供することを含めて、従来のブレード構造及び製造技術に勝る多くの利点及び改善を提供し、それによって基準機構を真空バギングの内部に留めることができる。

したがって、本明細書に開示される高精度ピンは、レイアップ構成要素の配置を支援し、注入中に部品（例えば、スパーキャップ）の支持を提供し、ブレードスキンのＢ面上の正確な基準点としても機能する。したがって、ピンは部品を正しい位置に配置する役割を果たすだけでなく、高い精度と信頼性で位置を測定することも可能にする。

本発明の様々な実施形態の説明は、例示の目的で提示されているが、網羅的であること、又は開示される実施形態に限定されることを意図するものではない。記載された実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、多くの修正と変形が当業者には明らかであろう。本明細書で使用される用語は、実施形態の原理、実際の応用、又は市場で見られる技術に対する技術的改良を最もよく説明するため、又は他の当業者が本明細書に開示される実施形態を理解することが可能なように選択された。

Claims (20)

1. 少なくとも１つの開口が中に位置付けられている第１の金型表面と、
   第１の端部及び第２の端部を有しそれらの間の長さを画定する少なくとも１つのスタッドであって、前記スタッドの前記第２の端部は前記少なくとも１つの開口内に配置されている、少なくとも１つのスタッドと、
   第１の端部及び第２の端部を有しそれらの間の長さを画定する少なくとも１つのピンであって、前記ピンの前記第２の端部は前記少なくとも１つのスタッドの前記第１の端部に着脱可能に接続されている、少なくとも１つのピンと、
   少なくとも１つのディスクであって、前記少なくとも１つのディスクは前記少なくとも１つのピン上に配置され、前記ディスクの一部が風力タービンブレードの構造部品と係合するように構成されている、少なくとも１つのディスクと、
   前記少なくとも１つのスタッドの上方に配置される複数の繊維材料のレイアップセグメントと、
   前記ピンの前記第１の端部に着脱可能に結合されるピン延長部であって、
   前記ピン延長部は前記レイアップセグメントの最上面の上方に配置されている、ピン延長部と、を含む、風力タービンブレード金型システム。
2. 前記ディスクの側縁が前記構造部品と係合している、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ディスクは、前記ピンの長さの中点の近くに配置されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記スタッドの前記第１の端部は、前記金型の第１の表面を越えて延在する、請求項１に記載のシステム。
5. 風力タービンブレードの前記構造部品は、スパーキャップである、請求項１に記載のシステム。
6. 前記ブレード金型の翼幅方向の中心軸線を中心にして非対称に配置されている複数の開口をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
7. 前記ブレード金型の長さに沿って配置されている複数の開口をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記着脱可能なピン延長部は、前記レイアップセグメントの突き通しを容易にするための先細のプロファイルを含む、請求項１に記載のシステム。
9. 前記着脱可能なピン延長部は、前記着脱可能なピン延長部の上方に配置されている真空バッグの突き通しを防止するための丸いプロファイルを含む、請求項１に記載のシステム。
10. 前記着脱可能なピン延長部は、Ｃ字形のクランプを有する固定構造を含む、請求項１に記載のシステム。
11. 少なくとも１つの開口が中に位置付けられている第１の金型表面を提供することと、
    第１の端部及び第２の端部を有しそれらの間の長さを画定する少なくとも１つのスタッドを提供することであって、前記スタッドの前記第２の端部は前記少なくとも１つの開口内に配置されている、提供することと、
    第１の端部及び第２の端部を有しそれらの間の長さを画定する少なくとも１つのピンを提供することであって、前記ピンの前記第２の端部は前記少なくとも１つのスタッドの前記第１の端部に着脱可能に接続されている、提供することと、
    ピン延長部を前記ピンの前記第１の端部に着脱可能に結合することと、
    前記少なくとも１つのスタッドの上方に複数の繊維材料のレイアップセグメントを置くことであって、少なくとも前記ピン延長部は各レイアップセグメントを通過している、置くことと、
    風力タービンブレードの構造部品を、前記少なくとも１つのピンの配置に対して決定された配置に挿入することと、
    ディスクを前記少なくとも１つのピンに取り付けることであって、前記ディスクの一部が風力タービンブレードの構造部品と係合するように構成されている、取り付けることと、を含む、風力タービンブレードを形成する方法。
12. 前記ディスクの側縁が前記構造部品と係合する、請求項１０に記載の方法。
13. 前記ディスクは、前記ピンの長さの中点の近くに配置される、請求項１０に記載の方法。
14. 前記構造部品及び前記ディスクの上に第２のセットのレイアップセグメントを置くことをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
15. 風力タービンブレードの前記構造部品はスパーキャップである、請求項１０に記載の方法。
16. 前記着脱可能なピン延長部は、前記レイアップセグメントの突き通しを容易にするための先細のプロファイルを含む、請求項１０に記載の方法。
17. 先細のプロファイルを有する第１の着脱可能なピン延長部を、丸いプロファイルを有する第２の着脱可能なピンと交換することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 第２の交換可能なピン延長部の上に真空バッグを配置することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記第２の着脱可能なピン延長部を、Ｃ字形のクランプを有する第３の着脱可能なピン延長部と交換することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 第１のセットのレイアップセグメント、少なくとも１つのピン、少なくとも１つのディスク、少なくとも１つの構造部品、及び第２のセットのレイアップセグメントを一体成形製品として形成する、請求項１０に記載の方法。