[发明专利]利用TFP过程，用于生产复合部件的纤维预制品用的设备的引导设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于利用TFP过程(″Tailored Fibre Placement″)，通过在具有实质任何期望通路弯曲的背层上铺设和附加纤维束，生产复合部件的纤维预制品的设备用的引导设备，该引导设备实质用于引导纤维束。

背景技术

在轻型结构中，尤其是在飞机结构和航天飞机中，纤维强化复合部件由于同时具有低质量和高强度，具有高重量节省潜力，其日益增长地用于承载结构部件。

在完成的复合部件中，强化纤维的对准对可取得的刚性和强度具有决定性影响。该强化纤维应尽可能按照负载方向，不具有任何波形状，并且承受均匀负载。

对于诸如例如编织或铺设纤维织物的传统半成品，由于强化纤维总是沿特定方位固定在那里，不是能够实现所有可以想到的纤维方位。所以例如在一些传统半成品中存在各自情况，其中：在0°和360°之间的所有强化纤维方位每个表现为具有近似相同的概率，因此只有沿所有空间方向实质暴露于相同的机械负载-“准各向同性”的复合部件能够利用它们得到有效加强。

然而，在受到扭曲负载的圆盘的情况中，力按照的通路按照表示纤维的最佳通路的特定的渐开线。在这种情况中，例如，强化纤维需要以面积覆盖方向铺设，并且以+45°和-45°的角度交替，其中：由于最高的负载出现在那里，在内部边缘处的部件厚度应比在外部边缘更大。因此，这些纤维方位无法以传统的强化纤维的垫或编织纤维形成。

纤维层根据负载符合要求的一种可能方式是所谓的TFP过程(“Tailored Fibre Placement”)。这涉及沿任何期望的通路曲线铺设至少一条纤维束，和借助于附加线将它固定在衬层，从而：采用这种方式形成的纤维预制品中的各个强化纤维的位置和方位能够以实际理想的方式调节到在后面的复合部件中主要的力通量。利用彼此平行延伸的大量单根强化纤维(细丝)，在这里形成将铺设的纤维束或多个束(“粗纱”)。例如利用玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维(芳香尼龙纤维)或类似物形成单根强化纤维。

该纤维束尽可能平坦地铺设，以在纤维预制品中取得高填料密度。将铺设的最小层厚度受到纤维束的厚度限制。该纤维预制品或成品部件的厚度能够通过具有纤维束的铺设层的数目设置。在TFP过程中，一个在另一个上面布置的层的最大数目实质由使用的针的长度限制。该纤维束的给送利用关于通路曲线和关于衬层实质相切的引导设备(“操纵杆”)执行，通过以多个层铺设纤维束在衬层上建立纤维预制品。

利用已知设备执行采用TFP过程由纤维束生产纤维预制品，尤其是现代、计算机控制的自动缝纫和绣花机。此类用于执行TFP过程的设备具有缝合头，在计算机控制下，其能够以两维空间自由定位。此外，将铺设的纤维束的引导设备被设置在缝纫头的区域中。一旦所有需要的纤维束层已被铺设，完成的纤维预制品从衬层切除，并且例如利用已知的RTM过程(“树脂转移模制”)注入可固化的聚合物材料并固化。环氧树脂、聚脂树脂或相类似物例如被用作可固化聚合物材料。

执行TFP过程用的已知设备的缺点在于：用于在衬层上铺设纤维的引导设备具有不可变横截面几何形状的通透开口。因此，通常具有近似矩形横截面几何形状的纤维束仅能够以相同的横截面几何形状铺设，更确切地说，具有恒定的宽度或高度。由此，接着，在一些情况下，由于纤维预制品的材料厚度的不期望的局部偏差，在纤维预制品的整个表面区域上，部件的厚度不十分均匀。例如，由于当以小半径铺设时，纤维束的高度增加，因此这种部件的增厚可能出现在纤维束的相对较小铺设半径的区域中。

DE 101 23 064 A1公开了一种用于生产具有纤维对齐的三维TFP预制品的方法，更确切地说，优选地根据力的通量。

在从文件引已知的方法的过程中，通过在泡沫材料块的表面上缝纫线以形成TFP预制品，采用多个环或强化纤维束(“粗纱”)铺设的强化纤维被用丝束钉住(附加)。在利用粘合剂固定TFP预制品后，TFP预制品被从泡沫材料块扯下并且注入可固化聚合物材料，用于生产完成的复合部件。在这种方法的情况中，其缺点在于：强化纤维束始终以相同的宽度铺设，这导致厚度不期望的波动，尤其在小铺设半径的情况中。