[发明专利]制造圆柱形大型结构的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种方法用于由纤维增强的塑料制造圆柱形的大型结构或大型模制件、特别是用于飞机制造的机身件，其中在圆柱形的内模和圆柱形的外模之间的模腔中装入多根纤维、优选一个或多个纤维半成品并且引入可时效硬化的塑料材料。紧接着时效硬化塑料材料。塑料材料一般是用于制造纤维增强的塑料和因此纤维复合材料的热固性塑料材料。对此将各纤维埋入塑料基体中。纤维可以例如是玻璃纤维和/或碳纤维，但也可以是其它的纤维类型。各纤维可以零散地存在、但优选以半成品的形式作为纤维垫或类似件存在。大型结构或大型模制件特别指的是直径至少2m、优选至少3m的圆柱形模制件。大型结构或大型模制件可以特别优选是用于飞机制造的机身件。

背景技术

已知，在飞机机身的制造中分别预制特别是管形的、特别是桶形的各机身段并且在紧接着的最终装配中组装成完成的飞机机身。作为材料日益使用纤维复合材料、例如碳纤维增强的塑料（CFK）。按这种方式可以制造具有高稳定性和同时小的重量的飞机机身。

由DE 10 2007 060 029 A1已知一种用于制造管形结构构件的方法，其中提供管形的模具，它具有与结构构件的外表面相对应成形的内模具表面。内模具表面由可膨胀的载体构成，其这样成形，即它在未膨胀的状态下在保留支承面到模具表面的扩展间距的情况下将模具塞满。载体设置在模具中并且通过载体的膨胀将纤维芯压到模具表面上。紧接着利用可时效硬化的基体浸渍纤维芯。

为了自动化制造例如飞机制造的机身件，此外建议使用自动化的用于纤维半成品的绕线机（参见US 7 048 024 B2）。

由容器技术的领域在储压器中、例如用于核技术设备的储压器中还已知，在储压器上在外部安装预紧装置，在预紧装置上用卷绕装置卷绕以绳形式的各预紧元件（参见DE 27 16 020），这样的开发对例如飞机制造的机身件的结构没有影响。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种方法，借其可以由纤维增强的塑料按经济的方式以高的质量制造大型结构或大型模制件、特别是用于飞机制造的机身件。

为了达到该目的，在同一种用于制造大型结构或大型模制件的方法中本发明主张，圆柱形的内模由多个沿圆周分布的内扇形件组成并且外模由多个沿圆周分布的外扇形件组成，并且利用一个或多个围绕外扇形件卷绕的拉紧绳在外扇形件和内模之间设置纤维或纤维半成品的情况下将外扇形件向内模夹紧。

对此本发明首次从这样的见解出发，即如果内模由多个内扇形件组成，从而将它们可以按简单的方式“向内”移除，则可以按简单的方式在成型以后取出完成的大型结构或大型模制件。这特别是在具有负温度系数的材料（其在时效硬化的过程中收缩）的情况下具有优点，即实现构件的简单的脱模。但外模也由多个沿圆周分布的外扇形件组成，从而再实现改善的操纵。在这样的实施形式中仍然可以按简单的方式接纳在成型或时效硬化过程中产生的大的力，因为外模借助于绕外模卷绕的拉紧绳被朝向内模夹紧。由此实现模具的简单的结构、模具的简单的制造和特别是也模具的简单的取出或完成的构件的简单的脱模。

优选首先由多个内扇形件组成内模，紧接着将纤维或至少一个纤维半成品加设在内模上、例如卷绕到内模上。接着放置或者说装配外模并借助于拉紧绳将外模夹紧。最后将成型材料加入、例如注射入模腔中。对此符合目的的是，在成型之前和/或过程中调节模具的温度、优选加热。接着成型材料在纤维嵌入的情况下时效硬化。

考虑到这样的事实，即例如飞机的机身一般设有多个加固元件，本发明在优选的进一步构成中建议，在外模组装之前并优选也在加设纤维或纤维半成品之前将多个加固元件例如加强筋、肋条或类似件安装到内模上。为此内模在其面向外模的外表面上并因此在成型面上一般具有多个凹槽作为用于加固元件的容纳部。加固元件例如可以是弯曲的肋条和/或沿纵向方向延伸的加强筋。按上述方式这些加固元件（其在飞机制造中是常见的）可以按简单的方式整合在按照本发明的制造过程中。