Hard substance coated body mainly consisting of boron for wind power generation facility component

本発明は、風力発電設備、ウインドパーク（風力発電基地：Windpark）ならびに風力発電設備のコンポーネントの表面の特性を改善するための方法に関する。

風力発電設備の予想された寿命を確保するためには、当該風力発電設備に組み付けられた機械的なコンポーネントの摩耗を減じることが重要である。 それと同時に、経済的な観点では、風力発電設備の効率を改善することが重要である。

従来、風力発電設備では、特に機械的なコンポーネントの摩耗を最小限に抑えるか、または効率を改善するために、熱硬化法および変更された潤滑剤が使用されている。

本発明の第１の課題は、有利な風力発電設備を提供することである。 本発明の第２の課題は、有利なウインドパークを提供することである。 本発明の第３の課題は、風力発電設備のコンポーネントの表面の特性を改善するための有利な方法を提供することである。

第１の課題を解決するために、本発明の風力発電設備の構成では、表面を備えた少なくとも１つのコンポーネントを有する風力発電設備において、表面が、少なくとも部分的に硬質物質層で被覆されているようにした。 第２の課題を解決するために、本発明のウインドパークの構成では、ウインドパークが、請求項１〜７のいずれか１項記載の本発明による少なくとも１つの風力発電設備を有しているようにした。 第３の課題を解決するために、本発明の風力発電設備のコンポーネントの表面の特性を改善するための方法では、表面を、少なくとも部分的に硬質物質により被覆するようにした。

請求項２以下には、本発明の有利な別の実施形態が記載されている。

本発明による風力発電設備は、表面を備えた少なくとも１つのコンポーネント（構成要素）を有している。 この表面は、少なくとも部分的に硬質物質層で被覆されている。 コンポーネントは、特に機械的なコンポーネントであってよい。 硬質物質層は、互いに相対的に運動させられた部分の、摩耗を最小限に抑えるためにも、効率を向上させるためにも、同時に高い可能性を提供する。 本発明と関連して、機械的なコンポーネントとは、特に機械的な機能を有するか、または機械的な負荷にさらされているコンポーネントであると理解され得る。

有利には、前記表面が少なくとも部分的に、ホウ素を主体とする硬質物質層、つまり主成分としてホウ素を有する硬質物質層で被覆されていてよい。 ホウ素を主体とする硬質物質層は、硬質物質層の一般的な利点に対して付加的に、自己潤滑特性を有している。 ホウ素を主体とする硬質物質層の自己潤滑特性によって、それぞれのコンポーネントの非常時運転特性（Notlaufverhalten）が著しく改善される。 さらに、それぞれのコンポーネントの故障挙動も改善される。 さらに、ホウ素は、遊離水と反応してホウ酸を形成する。 このホウ酸は潤滑剤として作用し、潤滑剤内における遊離水の発生を減じるか、または排除する。

ホウ素を主体とする硬質物質層は、特にホウ化物を有していてよい。 前で既に述べたように、この被覆体は自己潤滑特性を有している。

さらに、コンポーネントの表面が、鋼を有しているか、または鋼から成っていてよい。 この鋼の表面は、少なくとも部分的に、硬質物質層、有利にはホウ素を主体とする硬質物質層で被覆されていてよい。 鋼は、焼入れされた鋼か、または非焼入れ鋼であってよい。

風力発電設備のコンポーネントは、たとえばタワー、ナセル、ロータ、ロータハブ、ロータブレード、変速機、変速機に設けられたエレメント、ブレーキ、回転軸または発電機に設けられたエレメント、特に発電機の機械的なエレメントであってよい。

硬質物質層は、１０ｎｍ〜１０００μｍ、有利には１０ｎｍ〜１０μｍまたは１００μｍ〜１０００μｍの層厚を有していてよい。 本発明によるコンポーネントの表面は、硬質物質によって部分的にしか被覆されていないか、または完全に被覆されていてもよい。

たとえば、表面が、焼入れされていない鋼を有していて、ホウ素富含な物質が表面上に塗布されてよい。 次いで、熱処理が実施され得る。 この方法では、数１００μｍ、たとえば１００μｍ〜１０００μｍの厚さを有する層が形成され得る。 これに対して択一的には、表面が、焼入れされた鋼を有していて、物理的な気相析出により被覆されてよい。 この方法では、１０ｎｍ〜１０μｍの厚さを有する層が形成され得る。

基本的には、硬質物質被覆体、特にホウ素を主体とする硬質物質層は、それぞれのコンポーネントのための腐食防止体としても機能することができる。

本発明によるウインドパークは、本発明による少なくとも１つの風力発電設備を有している。 このウインドパークは、既に説明した本発明による風力発電設備と同じ特性および同じ利点を有している。 これらの点については、本発明による風力発電設備に関連して述べた説明を参照するものとする。

風力発電設備のコンポーネントの特性を改善するための本発明による方法は、表面を少なくとも部分的に硬質物質で被覆することにより優れている。 このコンポーネントは、有利には機械的なコンポーネントであってよい。 表面を少なくとも部分的に、ホウ素を主体とする硬質物質で被覆することができると有利である。 硬質物質層と、特にホウ素を主体とする硬質物質層との利点については、本発明による風力発電設備に関連して述べた説明を参照するものとする。 表面をホウ化物で被覆することができると有利である。

本発明による方法を用いて、たとえば、効率および／または特に突合せ面または支承面の耐摩耗性が高められ得る。 得られた被覆体は、摩耗を最小限に抑え、かつ効率を向上させることに加えて、腐食保護体としても働くことができる。

本発明による方法の枠内では、コンポーネントの表面を、硬質物質によって部分的にしか被覆しないか、または完全に被覆することができる。 表面は、たとえばホウ化処理（ボロナイジング）または物理的な気相析出（physical vapor deposition、ＰＶＤ）によって被覆され得る。 ホウ化処理では、特に、まずホウ素富含の物質を表面上に塗布することができる。 次いで熱処理が実施され得る。

さらに、表面が鋼を有していてよい。 この鋼は、焼入れされた鋼か、または非焼入れ鋼であってよい。 硬質物質は、少なくとも部分的に鋼に被着され得る。

表面が少なくとも部分的に、１０ｎｍ〜１０００μｍの層厚を有する硬質物質、特にホウ素を主体とする硬質物質で被覆され得ると有利である。 物理的な気相析出の場合、表面は１０ｎｍ〜１０μｍの層厚で被覆され、ホウ化処理の場合、表面は１００μｍ〜１０００μｍの層厚で被覆され得ると有利である。

以下に、本発明の別の特徴、特性および利点を、図示の実施形態につき詳しく説明する。

風力発電設備の概略図である。

風力発電設備のコンポーネントの部分の断面を示す概略図である。

以下に本発明の１実施形態を図１および図２につき詳しく説明する。 図１は、風力発電設備１の概略図である。 この風力発電設備１は、タワー２と、ナセル３と、ロータハブ４とを有している。 ナセル３は、タワー２の上に配置されている。 ナセル３には、回転可能に支承されたロータハブ４が配置されている。 このロータハブ４には、少なくとも１つのロータブレード５が取り付けられている。

さらに風力発電設備１は、少なくとも１つの回転軸６と、変速機７と、ブレーキ８と、発電機９とを有している。 回転軸６と、変速機７と、ブレーキ８と、発電機９とは、ナセル３の内部に配置されている。 基本的には、変速機７内では軸間隔（Achsabstand）を設けることが可能である。 すなわち種々のコンポーネントが、互いに異なる回転軸を有していてよい。

図２は、風力発電設備１の機械的なコンポーネント１０の一部の断面を概略的に示している。 機械的なコンポーネント１０は、たとえばタワー２、ナセル３、ロータハブ４、ロータブレード５、変速機７、ブレーキ８、回転軸６または発電機９であってよい。 機械的なコンポーネント１０は、同じく、上で挙げたコンポーネントに設けられた１つのエレメントであってよい。

機械的なコンポーネント１０は、本実施形態では、焼き入れされた鋼１１または非焼入れ鋼１１を有している。 鋼１１は、硬質物質層１３で被覆された表面１２を有している。 硬質物質層が、ホウ素を主体とする硬質物質層であると有利である。

硬質物質層は、焼入れされた鋼の場合、たとえば物理的な気相析出を用いて、鋼１１の表面１２に被着され得る。 この硬質物質層１３は、１０ｎｍ〜１００μｍの層厚１４を有している。 硬質物質層が、最大で数μｍ、特に最大で１０μｍの厚さであると有利である。

ホウ素を主体とする硬質物質層は、焼入れされていない鋼の場合、たとえばホウ化処理により、鋼１１の表面１２に被着され得る。 この場合、まずホウ素富含の物質が表面１２に被着され、次いで熱処理に施される。 この場合、この硬質物質層１３は、１００μｍ〜１０００μｍの層厚１４を有している。

１０ コンポーネント １１ 鋼 １２ 表面 １３ 硬質物質層 １４ 層厚