[发明专利]包括缠绕层的由纤维复合材料制成的组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括一个设置在另一个上方的至少三个纤维材料缠绕层的由纤维复合材料制成的组件和一种制造这类组件的方法，所述组件例如是用于熔化金属的坩埚。

背景技术

由纤维复合材料制成的缠绕组件用于多种技术领域中，例如制造熔化坩埚或压力容器。常规地，为了制造这类组件，将任选地用粘结剂浸渍的纤维复丝绕线圈芯缠绕并且铺设在线圈芯上。在这种情况下，纤维复丝也称为粗纱，可以包括由碳、玻璃、陶瓷或芳族聚酰胺制成的不同的单根纤维，该纤维可以嵌入由粘结剂形成的聚合物或陶瓷基质中，其中聚合物基质然后可以通过碳化转化为碳基质。由此，可能在去除线圈芯之后和在粘结剂适当固化和可能的碳化之后，可由碳纤维增强塑料（CFP）、碳纤维增强碳（CFC）、碳纤维增强陶瓷或陶瓷纤维增强陶瓷（CMC）构造由缠绕层形成的组件。

这类组件的每个缠绕层通常包括设置为在同一方向上缠绕的多个线圈（Wickelwindungen），即所述线圈至少基本上平行、彼此邻近或彼此重叠，以使通过每个缠绕层，线圈芯的至少一个部分被纤维材料完全覆盖，即线圈之间不形成凹处或中间空间。在这种情况下，单个缠绕层相继缠绕在线圈芯上，其中每个层内的单个线圈正如所述的至少基本上彼此平行地缠绕。此处，不同缠绕层的线圈的缠绕角度可以相同或不同。在所谓的交叉缠绕中，邻近缠绕层的线圈相对于同一基准轴数值相同，但符号不同。

例如从EP 0 333 013 B1可知包括多个缠绕层的这种类型的组件或整个线圈，所述多个缠绕层以堆叠方式一个设置在另一个上方且配置成各自被完全覆盖。

这些已知组件的缺点在于，单个缠绕层之间不存在机械连接，而是在单个缠绕层之间最多存在较弱的化学和/或物理结合力相互作用，这种结合力例如是以粘附性粘结不同缠绕层的粘结剂的形式。为此，需要提高最初提到类型的已知组件的稳定性，特别是机械强度，例如冲击韧性或层间剪切强度。

发明内容

因此，本发明的目的是提高缠绕纤维复合组件的稳定性和机械强度。

根据本发明，由具有如权利要求1所述特征的组件实现这个目的。

根据本发明，由纤维复合材料制成的组件包括一个设置在另一个上方的由纤维材料制成的至少三个缠绕层，其中每个缠绕层都包括一个或多个线圈，其中

-对于每个包括超过一个线圈的缠绕层，认为所述缠绕层的所有线圈都具有相同的缠绕角度，并且在至少一些部分彼此分开以在线圈之间形成中间空间，

-至少两个缠绕层的所有线圈都具有相同的第一缠绕角度，并且

-设置在至少两个具有相同第一缠绕角度线圈的缠绕层之间的至少一个缠绕层的所有一个或多个线圈都具有第二缠绕角度，其中第二缠绕角度的大小不同于第一缠绕角度的大小，并且其中至少一个具有第二缠绕角度的线圈与至少一个具有第一缠绕角度的线圈相交。

在本发明的意义上，缠绕层应理解为当该缠绕层包括几个线圈时，一个或多个线圈至少基本上彼此平行地缠绕，并因此彼此不相交。因此，在最简单的情况下，缠绕层由线圈组成，其中邻近该缠绕层的缠绕层的线圈必须具有不同的缠绕角度，即至少基本上不平行于缠绕层的线圈进行缠绕。可选地，在本发明的意义上，缠绕层还可以包括至少基本上彼此平行缠绕的多个线圈，即线圈各自具有相同的缠绕角度，其中根据本发明，至少在一些部分中，中间空间存在于一个缠绕层的单个线圈之间，即在组件的俯视状态下，一个缠绕层的相邻设置的纤维复丝部分彼此间具有特定、优选恒定的间隔。因为一个缠绕层的所有线圈都具有相同的缠绕角度，所以缠绕层内的线圈不相交。缠绕层内的线圈优选在缠绕期间线圈芯转动时所围绕的中心点之外还重叠。在上述中心点处，沉积的线圈会不可避免地重叠。

在这种情况下，线圈表示缠绕层完全围绕线圈芯圆周表面或组件圆周表面缠绕一次的截面。换言之，线圈对应于由缠绕机双冲程沉积的纤维材料的截面。

缠绕角度应理解为沉积的单个线圈相对于线圈芯上原则上任意基准轴的角度。换言之，缠绕角度是线圈在线圈芯上沉积时纵轴相对于基准轴所占据的角度，即使缠绕的方向可能因沉积之后纤维复丝的一些滑移而仍稍有变化。如果线圈芯配置成圆柱形，那么纤维复丝不发生滑移，从而在这种情况下，缠绕角度是所沉积线圈的纵轴相对于基准轴所采用的角度。