[发明专利]堆布和悬垂增强纤维结构段以制造异型坯的设备及方法有效

专利信息
申请号: 200980139235.6 申请日: 2009-09-03
公开(公告)号: CN102171026A 公开(公告)日: 2011-08-31
发明(设计)人: 卡斯腾·巴拉格;罗尔夫·宗德曼;乔治·隆斯道弗尔;冈特·德莱斯勒;克里斯蒂安·鲍姆加特纳 申请(专利权)人: 空中客车运营有限公司
主分类号: B29C70/30 分类号: B29C70/30;B29C70/38;B29C70/34
代理公司: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 刘晓峰
地址: 德国*** 国省代码: 德国;DE
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摘要:
搜索关键词: 悬垂 增强 纤维结构 制造 异型 设备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种设备,用于自动堆布和悬垂大量带状的平面构型的、特别是多轴向的纤维布和/或增强织物的分段,以在核芯上通过重复地堆布和悬垂分段形成异型坯,从而通过在模具中以可硬化的合成材料浸渍异形坯来制造增强异型件。

背景技术

在现代的飞机构造中越来越多地采用由复合材料、特别是碳纤维增强的环氧树脂(“CFK”)制成的构件。然而尽可能自动地以极小的尺寸偏差大批量地制造这种构件一直以来都是工艺技术上较大的难题。直到现在仅可以以相对较高的手动的工作比例来制造构件且由此导致了不准确性以及较高的成本,这迄今为止阻挠了大批量制造民用飞机的广泛应用。

为了避免前面提到的缺点,比如将注意力更多地关注到所谓的湿法工艺、比如公知的“树脂传递模塑”(“RTM”方法)的应用上。在该方法类型中针对具有复杂几何形状的CFK-构件将预制的、干燥的增强纤维结构(所谓的“型坯”)置入对应于型坯设计的、通常由多个部分构成的模具中且随后在同时施加压力和加温的情况下以可硬化的合成材料、比如环氧树脂系统来浸渍。随后将以可硬化的合成材料完全浸泡的型坯在直至200℃的温度下进行硬化。采用限定轮廓的模具确保了在该方法类型中较高的尺寸稳定性并且使得该制造适合于大批量生产。然而迄今为止很大程度上未解决的问题在于为该方法类型一直所需的型坯的机械制造,该型坯必要时还必须掺以粘结剂,以便从根本上能够进行处理,可想而知也有后续的缝合。

目前通过堆布预制的纤维半成品、比如多轴向纤维布(“MAG”)、羊毛或织物来制造此类用于复杂的、曲折的CFK-异型件的型坯。为此从卷装织物中裁切下料,敷设到用于包围型坯的核芯上且之后根据所要求的表面几何形状以及确切的特殊情况以不同的技术在使用各种各样的辅助装置的情况下主要以手动来悬垂。在本申请的上下文中“悬垂”的终端特别是被定义为将起初平坦的增强纤维布尽可能无褶皱地变型成至少在一个空间方向上弯曲的表面几何形状,其中,各相叠延伸的增强纤维被相叠地引导并且其相互间的角度在交叉区域中变化。

此外为了制造所谓的“TFP-堆布过程”(所谓的“剪裁式纤维铺放”)的干燥的型坯,在相对较窄的增强纤维束中接连并排地以及相叠地堆布在纺织基板上且随后固定在其位置中。该TFP-堆布过程虽然允许较高的自动化程度以及提供了具有近似任意的表面几何形状的型坯,但是特别费时。此外基板在制成的复合构件中为异物并且由于固定(Anheften)会导致增强纤维束的扭曲(“波浪形”)。

此外公知了在卷绕方法中通过卷绕在旋转的芯轴上来制造型坯。该卷绕方法特别适合于旋转对称的型坯且此外还可较好地自动化。但缺点在于可实现的型坯的表面几何形状基本上限于圆状体。

此外还公知了大量的用于制造拉长的型坯的针织方法、钩编方法和编织方法,从这些方法出来之后在第二步骤中通过复杂的折布过程或折叠过程形成具有比如z形或u形横截面几何形状的型坯。但折布过程仅能够很困难地自动化且结果导致了不可靠的可复制性。此外通过这种方式无法形成逐段的增强区域。

发明内容

本发明的目的在于,尽可能避免前述的公知的方法的缺点并且提出一种设备,其允许大批量地生产用于从复合材料、比如碳纤维增强的环氧树脂系统中制造至少一维弯曲的增强异型件的型坯。

该目的首先通过具有权利要求1的特征的设备实现。

通过在至少一个磁带式盒(Kassette)中在两个辊道之间准备好至少一个分段用以堆布到核芯上,可以快速地堆布和悬垂(Drapieren)用于制造笔直的和/或弯曲的异型件的异型坯,这是因为在至少一个磁带式盒中准备好至少一个分段的每个所需的层并且从中抽取用于堆布过程和悬垂过程。在这种情况下磁带式盒具有两个面对面设置的辊道用于容纳需堆布的以及悬垂的分段。

但该设备优选包括至少三个组合成所谓的磁带式盒结构的磁带式盒用于容纳和准备至少三个分段,这些分段在通常弯曲的异型件的整个纵向长度上延伸,从而将至少三个分段同时从磁带式盒中抽出用于堆布和悬垂。

为了能够将增强纤维平面构型的单个的分段从磁带式盒中抽出,磁带式盒分别具有至少面对面设置的辊道,在这些辊道之间容纳平面构型的分段。每个辊道又以大量辊形成。利用该设备优选将碳纤维构建的多轴向布作为平面构型来加工。

从一个磁带式盒或多个磁带式盒中抽出的分段被堆布到核芯上,该核芯的表面几何形状大致与需制造的异形坯的内表面几何形状一致。这些分段的长度大约等于核芯的周长,其包括正面、背面以及顶面加上用于后续必要时实施的异形坯的修剪的余量。

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