專利名稱：制造敷設(shè)纖維織品的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造無褶皺纖維及纖維結(jié)構(gòu)部件預(yù)制件以及纖維元件的裝置及方法。
背景技術(shù)：
由于纖維復(fù)合材料的材料特性，經(jīng)常用將它們應(yīng)用在輕量構(gòu)造中。纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件有多個(gè)不同的制造方法，這些方法通過處理的半成品(預(yù)制造的原料形式)加工因此本質(zhì)上不同于彼此。在纖維復(fù)合材料的技術(shù)領(lǐng)域中，在用樹脂預(yù)浸潰的半成品(也稱預(yù)浸料，來源于“預(yù)浸潰”)與干的半成品之間本質(zhì)上是不同的。用于纖維復(fù)合材料的兩種類型的半成品的起始材料為所謂的粗紗。粗紗為由多個(gè)細(xì)絲組成的引線/紗線，所述細(xì)絲可稱為真纖維，所述真纖維由纖維材料制成。將碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維等優(yōu)選地用于纖維復(fù)合材料。這樣的粗紗可由一些細(xì)絲組成，如由如8或10根細(xì)絲，最高如50000或更多根細(xì)絲組成。在此應(yīng)用中，術(shù)語“纖維”指示粗紗，除非將所述術(shù)語明確表示為單根細(xì)絲。 可用不同的方式制造所謂的預(yù)浸料。舉例來說，可用熱固性樹脂浸潰干的半成纖維產(chǎn)品，所述熱固性樹脂在室溫下具有高度粘滯的粘韌結(jié)持度。也存在有用熱塑材料的樹脂基質(zhì)浸潰的半成纖維產(chǎn)品。在此應(yīng)用中將兩種類型都稱為預(yù)浸料。這些半成品可作為大部分平行的單向纖維而存在，也稱為UD預(yù)浸料，或作為織物而存在，也稱為織物預(yù)浸料。在現(xiàn)有技術(shù)中也存在不同類型的干半成品。干預(yù)浸料的重要類型為除織物之外的層，所述層通常作為具有不同方向的纖維的多個(gè)重疊層的多軸向織物(MAG ;德語Multiaxialgelege的縮寫)而存在，所述多軸向?qū)永缤ㄟ^縫制或借助于稱作粘合劑的膠粘劑而保持在一起?？蓪⒍噍S向?qū)又圃斐蓡蜗?M))，例如在兩層中的雙軸向、例如在三層中的三軸向、例如在四層中的四軸向等等，這表示具有不同方向的對(duì)應(yīng)層數(shù)。另外的干半成品為針織織物、編織物、交織織物、窄帶紡織品及粗紗。粗紗表示用于所有半成品的起始材料。用于纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)部件的纖維復(fù)合材料總是包含加固纖維及基質(zhì)(樹脂)這兩種成分。在制造過程中，需要將加固纖維及基質(zhì)(樹脂)這兩種成分匯集在一起。在預(yù)浸料的情況下，表示在具有熱固涂層或熱塑涂層、浸潰等半成品的情況下，力口固纖維及基質(zhì)已經(jīng)以混合/聯(lián)合形式存在。在預(yù)浸料的情況下，在產(chǎn)生結(jié)構(gòu)部件的所需幾何形狀的成形制造步驟之后，通過在高壓釜中施加溫度及/或壓力來固化基質(zhì)。在所謂的預(yù)制情況下，使用干半成品以結(jié)構(gòu)部件的所需幾何形狀制造預(yù)制件。此后，例如使用熱固樹脂，借助于注入法或灌注法執(zhí)行浸潰。在這種情況下，用超壓將樹脂壓制成為干半成品，或使用低壓使樹脂滲入具有結(jié)構(gòu)部件的幾何形狀的半成品內(nèi)。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中用于纖維復(fù)合材料的三維結(jié)構(gòu)部件的三種常見制造方法可以不同。首先，預(yù)制，其中預(yù)制件由織物切料及/或多軸向織物切料的層制成且此后用樹脂將預(yù)制件浸潰在模具中并固化。其次，自預(yù)浸切料制造結(jié)構(gòu)部件，將所述預(yù)浸切料作為層置入模具中且在此后固化。第三，纖維敷設(shè)方法，其中將一個(gè)纖維或多個(gè)纖維(例如)自動(dòng)地敷設(shè)在輪廓上。在這種情況下，可使用預(yù)浸料纖維，例如，如在US 5，645，677 (對(duì)應(yīng)于EP O 626252 A)中所公開的發(fā)明。同樣熟知的纖維敷設(shè)方法是使用干粗紗。通過使用粘合劑執(zhí)行纖維在輪廓上的連續(xù)固定或恰好在敷設(shè)纖維之前在吐絲機(jī)中用樹脂浸潰纖維，例如，在US2009/0229760 Al中所公開的發(fā)明。用于使用成形工具制造粗紗的FVW/FVK結(jié)構(gòu)部件的方法及用于執(zhí)行所述方法的成形工具自WO 2009/124724 Al中已知，其中通過在預(yù)定義方向上使用在重定向裝置之間拉緊的放置裝置拉伸粗紗而將粗紗送入成形工具的形狀表面上(FVW/FVK;德語 Faserverbundwerkstoff 的縮寫，F(xiàn)aserverbundwerkstoff =纖維復(fù)合材料 /Faserverbundkunststoff =纖維復(fù)合塑料)。用于制造本質(zhì)上由平坦區(qū)域組成的結(jié)構(gòu)部件的層及用于制造所述層的裝置自DE 30 03 666 Al中已知，其中將粗紗放置在實(shí)質(zhì)上類似板狀的表面上且通過形成為銷、螺釘?shù)鹊募喚€重定向元件來重定向。用于制造預(yù)制件的方法自EP I 584 462 A2中已知，所述預(yù)制件用于由復(fù)合材料制成的用于飛行器的結(jié)構(gòu)元件，其中將粗紗放置在二維平面上且通過縫制固定在起始點(diǎn)與終點(diǎn)之間且通過后續(xù)成形步驟獲得結(jié)構(gòu)部件的三維形狀。制造用于復(fù)合結(jié)構(gòu)部件的纖維預(yù)制件的方法自DE 10 2008 019147 Al中已知，其中將干纖維粗紗放置在幾何外形構(gòu)件上，其中在放置干纖維粗紗之前，在 方法步驟中給所述干纖維粗紗提供諸如熱塑性粘合劑的粘合劑，且通過活化粘合劑將所述干纖維粗紗束縛在外形表面上或已放置的纖維粗紗上。此后，使用切割單元切割纖維粗紗。DE 100 05 202 Al公開了制造用于纖維復(fù)合材料的半成加固結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，其中將預(yù)制件沖斷或切斷。相對(duì)于制造纖維復(fù)合材料的三維結(jié)構(gòu)部件，所有這些方法都不令人滿意。存在有不同的缺點(diǎn)，諸如大比例的初始半成品的切屑及/或高比例的手工作業(yè)及/或自動(dòng)化的低生產(chǎn)速度及/或材料存放的問題及/或用基質(zhì)浸潰的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供用于制造纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件的三維預(yù)制件的改進(jìn)技術(shù)。分別通過根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，根據(jù)權(quán)利要求9所述的工件托架及根據(jù)權(quán)利要求12所述的纖維導(dǎo)向裝置而達(dá)到這個(gè)目的。本發(fā)明的進(jìn)一步的改進(jìn)在從屬權(quán)利要求中給出。


參考圖形自實(shí)施例的描述中可得出進(jìn)一步特征及有用特性。所述圖形示出
圖I根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的工件托架及具有吐絲機(jī)的機(jī)器人的透視圖2a)為工件托架的視圖；b)、c)及d)為具有所敷設(shè)的纖維層的工件托架的視圖；圖3根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，a)為敷設(shè)有纖維而無中間固定的工件托架；b)和c)為敷設(shè)有纖維且有中間固定的工件托架；
圖4具有中間固定區(qū)域的工件托架的實(shí)施例的橫截面視圖；a)中具有吸入中間固定區(qū)域；b)中具有針狀中間固定區(qū)域；
圖5具有冷凍邊緣固定區(qū)域的工件托架的實(shí)施例的部分橫截面視圖；圖6工件托架的邊緣固定區(qū)域的實(shí)施例，在a)中為具有機(jī)械夾具(未示出夾緊裝置的動(dòng)力系統(tǒng))的邊緣固定區(qū)域；在b)中為鉤子邊緣固定區(qū)域；
圖7工件托架的邊緣固定區(qū)域的實(shí)施例，在a)中為針邊緣固定區(qū)域；在b)中為鉤子邊緣固定區(qū)域；
圖8纖維的敷設(shè)、邊緣固定及切割的橫截面視圖，在a)中具有整合在吐絲機(jī)中的膠粘劑涂覆；在《中具有外部膠粘劑涂覆以用于邊緣固定；
圖9纖維切割機(jī)構(gòu)的實(shí)施例；
圖10用于實(shí)現(xiàn)吐絲機(jī)及工件托架的相對(duì)移動(dòng)的不同實(shí)施例的示意 圖11用于說明纖維供料的示意 圖12用于纖維導(dǎo)向的改進(jìn)能鏈(牽引鏈)的第一實(shí)施例，a)為橫截面視圖；b)為部分 切開透視 圖13用于纖維導(dǎo)向的改進(jìn)能鏈(牽引鏈)的第二實(shí)施例，a)為橫截面視圖；b)為部分切開透視 圖14轉(zhuǎn)移裝置的一種實(shí)施例的橫截面示意圖，在a)至c)中借助于轉(zhuǎn)移裝置自工件托架取下預(yù)制件；
圖15轉(zhuǎn)移裝置的第二實(shí)施例的橫截面示意圖，在a)至d)中借助于轉(zhuǎn)移裝置自工件托架取下預(yù)制件；
圖16轉(zhuǎn)移裝置的第三實(shí)施例的橫截面示意圖，在a)至d)中借助于轉(zhuǎn)移裝置自工件托架取下預(yù)制件的順序；
圖17根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例真空穩(wěn)定預(yù)制件及引入樹脂膜的示意 圖18根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造方法的流程圖；及 圖19用于引入間隙至纖維組的粗紗/纖維內(nèi)技術(shù)的實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式首先，在描述具體實(shí)施例之前，相對(duì)于所教導(dǎo)的裝置及方法給出一些總體說明。有可能用所教導(dǎo)的裝置及方法將纖維組(一組纖維)中的干纖維(粗紗)敷設(shè)于工件托架上。將干纖維固定在分配用于邊緣固定目的的工件托架的邊緣區(qū)域，且取決于欲產(chǎn)生的預(yù)制件的三維幾何形狀而最后中間固定在預(yù)定中間固定區(qū)域中。這使得由于干纖維的敷設(shè)，便宜很多的干纖維一方面可用于生產(chǎn)三維預(yù)制件，另一方面可達(dá)到高供料速度。在用于邊緣固定及中間固定的方法中教導(dǎo)有不同的裝置，可取決于欲生產(chǎn)的預(yù)制件的三維形狀來選擇裝置。為了能夠以有利的方式使用敷設(shè)干纖維的優(yōu)點(diǎn)，給出用于纖維的供料、傳送、切割的多個(gè)額外教導(dǎo)，所述額外教導(dǎo)結(jié)合干纖維的敷設(shè)及/或邊緣固定及/或部分中間固定而具有組合效果。例如，在這方面有可能在敷設(shè)過程期間以相對(duì)低的機(jī)械或控制操作減少干敷設(shè)纖維上的張力。應(yīng)明確強(qiáng)調(diào)，聯(lián)合教導(dǎo)以及彼此獨(dú)立地教導(dǎo)單獨(dú)公開的成分、單元、方法步驟，且這種教導(dǎo)出于公開相同成分、單元、方法步驟的目的而進(jìn)行以及出于公開可彼此獨(dú)立主張權(quán)利的發(fā)明而進(jìn)行。這表示，例如，可聯(lián)合以及單獨(dú)及/或獨(dú)立于諸如通過改進(jìn)能鏈或纖維的干敷設(shè)的纖維導(dǎo)向的其他教導(dǎo)而主張關(guān)于纖維的無磨損切割的公開。
圖I示出機(jī)器人10，吐絲機(jī)20連接到機(jī)器人10。將工件托架40固持在工件托架的支撐件15中。在圖I中示意性地示出，吐絲機(jī)20適合敷設(shè)纖維組30于工件托架40上。在圖I中，僅示出了纖維組30同時(shí)敷設(shè)的四根纖維。纖維組30可包含n根纖維，其中n =2, 3,......，其中當(dāng)前優(yōu)選n = 8或n = 16或n = 32。這個(gè)布置用于產(chǎn)生用于纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件的三維預(yù)制件的目的，所述纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件具有類似于多軸向織物(multi-axial fiber)的具有多個(gè)層的多軸向纖維構(gòu)造(multi-axial fibre architecture; MAFA)。如圖2a)所示，工件托架40包括工件成形區(qū)域41及用于此目的的邊緣固定區(qū)域。工件成形區(qū)域41對(duì)應(yīng)于預(yù)制件所需的三維形狀。邊緣固定區(qū)域42起固定干敷設(shè)纖維33于工件托架40的邊緣區(qū)域中的作用，下文進(jìn)一步詳細(xì)說明。在圖2b)中，示出了工件托架40上敷設(shè)第一纖維層31a，所述第一纖維層31a以第一方向(即軸向?qū)R)敷設(shè)(放置)在工件托架40上。如圖2b)所指示，纖維層31a由纖維(粗紗)33組成，將所述纖維(粗紗)以此軸向敷設(shè)。在圖2c)中，示出了相同工件托架40，在 所述工件托架上已將第二纖維層32b敷設(shè)在第一纖維層31a上。第二纖維層31b的纖維具有相對(duì)于第一纖維層31a的方向-45°方向。在圖2d)中示出，如何將第三纖維層31c敷設(shè)在第二纖維層31b之上，藉此這里僅敷設(shè)在部分工件托架40之上。第三層31c具有相對(duì)于第一層31a的+45°方向，且因此具有相對(duì)于第二層31b的90°方向。三個(gè)層31a至31c形成具有多個(gè)層的多軸向纖維構(gòu)造(MAFA) 31。已經(jīng)說明過，將纖維33干敷設(shè)在工件托架40上。從圖2示出的工件托架，推斷出這里可導(dǎo)致突出彎曲部分有困難。圖3a)示出的情況中可有類似困難。這里，示出了工件托架40，所述工件托架的形狀本質(zhì)上對(duì)應(yīng)于軸向中心切割的圓柱體。在敷設(shè)干纖維的情況下(僅將所述干纖維固定在工件托架40的邊緣區(qū)域)，可能發(fā)生纖維的滑動(dòng)，如圖3a)所示。為此，在這樣的關(guān)鍵位置進(jìn)行干敷設(shè)纖維的中間固定。在圖3b)中示意性地示出了用于這樣的中間固定的實(shí)例。在圖3c)中，示出了工件托架的平面圖，所述工件托架形狀類似圖3a)中示出的工件托架，然而所述工件托架包括在所述工件托架的上面突出的突出部，應(yīng)將纖維33敷設(shè)在所述突出部周圍。自圖3c)直接推斷出，干敷設(shè)纖維的中間固定應(yīng)在這個(gè)區(qū)域進(jìn)行。圖4示出了用于提供這樣的中間固定區(qū)域的第一實(shí)施例。在圖4中，示意性地示出了工件托架40的橫截面視圖，所述工件托架包括中空內(nèi)部空間40h?？赏ㄟ^泵連接器40p將中空內(nèi)部空間40h連接至泵。在敷設(shè)纖維33的墻40w中形成通孔401。通過連接對(duì)應(yīng)泵將內(nèi)部空間40h保持在壓力pi，所述壓力pi低于環(huán)境壓力Pu。因此，在墻40w的外側(cè)分別產(chǎn)生降低的壓力及吸入效應(yīng)，以便將敷設(shè)纖維33中間固定在此邊緣固定區(qū)域，所述邊緣固定區(qū)域已經(jīng)形成作為低壓/吸入?yún)^(qū)域43c。在圖4b)中示出了中間固定區(qū)域43的另一實(shí)施例，將所述中間固定區(qū)域形成作為針區(qū)域43d。在該針區(qū)域內(nèi)，針43n突出在墻40w的外側(cè)，借助于所述針43n而將纖維中間固定。也可能有中間固定區(qū)域的其他設(shè)計(jì)，例如用于涂覆膠粘劑或用于提供鉤子或用于凝固纖維的區(qū)域。對(duì)于邊緣固定區(qū)域42也提供對(duì)應(yīng)的固定可能性。在圖5中，示出了工件托架40的墻40w的部分橫截面視圖。緊接工件成形區(qū)域41，形成邊緣固定區(qū)域42。將此區(qū)域保持在一溫度下，所述溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于固定介質(zhì)(例如水)的凝固點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于意味著溫差為10 K或更大，在水的情況下溫差大約是30 K。例如可通過使冷的液體冷卻介質(zhì)流過固定區(qū)域中的冷卻管路而達(dá)到固定區(qū)域的冷卻。在這方面，可使用具有相同溫度范圍的冷卻系統(tǒng)常用的冷卻劑。借助于噴嘴48，將具有低粘度的液體固定介質(zhì)噴射至邊緣固定區(qū)域42中欲固定纖維33的位置。由于溫度差較大，固定介質(zhì)直接凝固，從而將欲固定的纖維33直接凝固在凍結(jié)區(qū)域43b上。當(dāng)然，已經(jīng)描述，該固定方法也可應(yīng)用于中間固定。需要將固定介質(zhì)以熱狀態(tài)供料至噴嘴，所述固定介質(zhì)在室溫下不具有低粘度。在圖6a)中，示出了借助于機(jī)械夾緊的纖維33的邊緣固定。在邊緣固定區(qū)域42中提供固持元件42h用于此目的，所述固持元件產(chǎn)生垂直于邊緣固定區(qū)域的夾緊力且因此夾緊纖維33。通過以氣動(dòng)或電力或液壓驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)或，例如也借助于可產(chǎn)生夾緊力的磁性夾緊元件，所述磁性夾緊元件被吸引至邊緣固定區(qū)域42。在使用磁性夾緊元件的情況下，在纖維組的放置之前通過在吐絲機(jī)處或在工件托 架處提供的機(jī)械手或通過另一機(jī)械手(例如，機(jī)器人)移除這些磁性夾緊元件，且在已將纖維組放入夾緊區(qū)域之后將這些磁性夾緊元件再次附接?；蛘?，例如可在邊緣區(qū)域提供可控制電磁體。在圖6a)示出的機(jī)械夾緊系統(tǒng)中，使用沿著邊緣固定區(qū)域42延伸隔開且本質(zhì)上彼此平行的兩行固持元件42h。圖6b)示出了用于邊緣固定區(qū)域的機(jī)械夾緊系統(tǒng)的替代實(shí)施例。這里，使用兩行夾緊鉤子42k?？蓪⑽词境龅膴A緊鉤子向上移動(dòng)離開邊緣固定區(qū)域的平面且在此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)所述夾緊鉤子，以便可以干狀態(tài)敷設(shè)纖維33且此后可通過轉(zhuǎn)動(dòng)及下拉鉤子42k夾緊纖維33。圖6d)示出了夾緊的狀態(tài)。在圖7a)中，示出了邊緣固定區(qū)域42的實(shí)施例,其中針42n自邊緣固定區(qū)域42突出。在圖7b)中，再次示出了中鉤子42k用于邊緣固定的實(shí)施例。在圖6中，示出了使用邊緣固定區(qū)域以便在邊緣固定之后切割纖維33。在圖7中，在另一方面，示出了使用邊緣固定區(qū)域的實(shí)施例以便在邊緣固定之后不切割纖維，且在于此位置不切割纖維的情況下繼續(xù)纖維組敷設(shè)圖案。在圖8中示意性地示出，如何使用工件托架40及吐絲機(jī)20在邊緣固定區(qū)域42中獲得借助于膠粘劑KS的邊緣固定。在圖8a)中，以具有整體膠粘嘴22的吐絲機(jī)20自頂部至底部示出了工藝流程。通過壓輥/導(dǎo)輥23將自右上側(cè)供料至吐絲機(jī)20內(nèi)的纖維組30敷設(shè)在工件托架40上。因此，將纖維組30的干纖維33首先敷設(shè)在工件成形區(qū)域41上。吐絲機(jī)20包括整合切割機(jī)構(gòu)21，借助于所述整合切割機(jī)構(gòu)21可切割纖維組33的纖維33。下文進(jìn)一步說明這類切割機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)。在圖8a)的第二視圖中，示意性地示出了如下位置，在所述位置纖維自放置在工件托架40上的實(shí)際點(diǎn)至切割機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于至邊緣固定區(qū)域42末端的剩余放置長(zhǎng)度。在此位置，通過操作切割機(jī)構(gòu)21切割纖維組30的纖維33，如通過箭頭所示意指示。通過整體膠粘嘴22以對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度將膠粘劑KS涂覆至纖維的對(duì)應(yīng)端，以便在吐絲機(jī)20進(jìn)一步移動(dòng)至所述位置之后(下文在圖8a)中示出)，通過僅涂覆膠粘劑KS至部分纖維的將纖維組30的截?cái)嗬w維33固定在邊緣固定區(qū)域42中。
在圖8b)中，示出了本質(zhì)上相同的工藝流程的實(shí)施例，其中提供膠粘嘴作為外部膠粘嘴49代替內(nèi)部膠粘嘴22。因此，將膠粘劑不涂覆至纖維組30的纖維33，而是涂覆至邊緣固定區(qū)域42的對(duì)應(yīng)部分上。在圖9中，在a)中示出了用于吐絲機(jī)20的切割機(jī)構(gòu)21的第一實(shí)施例。切割機(jī)構(gòu)21包括推進(jìn)器210及支座220。在通道位置，推進(jìn)器210及支座220彼此相距一定距離。在此位置，將纖維管路或纖維通道250形成于推進(jìn)器210與支座220之間。在敷設(shè)過程期間可通過此纖維通道250以纖維供料方向V傳送纖維33 (見圖8)。推進(jìn)器210可以垂直于纖維供料方向的方向且相對(duì)于支座220移動(dòng)，如由視圖al)及視圖a2)的比較可推斷出。在限制纖維通道250的兩側(cè)位置，推進(jìn)器210及支座220分別包括夾鉗211、221。在推進(jìn)器210中提供切割刀片230以便所述切割刀片230可以在垂直于纖維供料方向V的方向移動(dòng)。通過彈簧233使切割刀片230保持遠(yuǎn)離纖維33的方向偏置。為了切割纖維33，借助于執(zhí)行機(jī)構(gòu)(未示出)朝向支座220移動(dòng)推進(jìn)器210且用夾緊力Fk推動(dòng)推進(jìn)器210與支座220相抵，且用此夾緊力Fk將待切割纖維夾緊在夾鉗211與夾鉗221之間，在視圖a2)中示出了此狀態(tài)。然后，借助于執(zhí)行機(jī)構(gòu)與彈簧233的偏置力相抵以切割力Fs推動(dòng)切割刀片230抵靠待切割纖維，且將夾緊在夾鉗211與夾鉗221之間的纖維分別切割或斷裂。在示出的實(shí) 施例中，切割刀片230包括切割邊緣側(cè)231、233，所述切割邊緣側(cè)彼此之間呈大約90°的角度。這表示，切割邊緣角總計(jì)90° (45°至120°范圍內(nèi)的優(yōu)選值)。纖維30切割操作且這樣的“鈍”切割邊緣稱為拉伸斷裂。因此，纖維彎曲在邊緣之上，表示在高張力下切割邊緣。纖維材料的張應(yīng)力及彎曲應(yīng)力及脆性的組合導(dǎo)致纖維斷裂。此切割方法僅適合于脆性纖維，諸如碳纖維或玻璃纖維。大切割邊緣角的優(yōu)點(diǎn)是，由于大切割邊緣角而使切割邊緣/斷裂邊緣非常地堅(jiān)固且磨損非常低；不需要介于切割邊緣與纖維之間的相對(duì)移動(dòng)；不需要用于切割的配合端面，所述配合端面可能損害斷裂邊緣。在視圖a4)中示出了拉伸斷裂的實(shí)際過程的放大圖，如圖a3)中的虛線框所指示。顯然，纖維在夾鉗211與夾鉗221之間的夾緊允許拉伸斷裂以及防止張應(yīng)力傳輸至纖維組的纖維33?？梢圆煌膶?shí)施例實(shí)現(xiàn)圖9a)中示意性地示出的用于拉伸斷裂的切割機(jī)構(gòu)21的原理。已描述用于推進(jìn)器210及切割邊緣230的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，對(duì)于所述兩個(gè)元件，所述驅(qū)動(dòng)可為機(jī)械驅(qū)動(dòng)，或液壓驅(qū)動(dòng)，或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)的組合?；蛘?，推進(jìn)器210可靜止不動(dòng)，而支座220可朝向推進(jìn)器210移動(dòng)?；蛘?，也有可能僅加速推進(jìn)器210或切割邊緣230移動(dòng)且有可能同時(shí)以彈簧偏置方式支撐其他元件。舉例來說，可氣動(dòng)加速推進(jìn)器210，而在推進(jìn)器210中以彈簧偏置方式支撐切割邊緣230。利用切割邊緣230的質(zhì)量及彈簧233的彈力的對(duì)應(yīng)調(diào)整，當(dāng)推進(jìn)器210撞擊支座220時(shí)，由于切割邊緣230的慣性而移動(dòng)切割邊緣與彈簧233的彈力相抵。使用此原理，也有可能移動(dòng)切割邊緣230且提供對(duì)應(yīng)較大力的彈簧233，導(dǎo)致推進(jìn)器210的從動(dòng)。在這種情況下，當(dāng)推進(jìn)器210接觸到支座220時(shí)，進(jìn)一步移動(dòng)切割邊緣230與彈簧233的力相抵用于拉伸斷裂。圖9b)示出了切割機(jī)構(gòu)21的另一實(shí)施例，其中實(shí)施彎曲斷裂的原理。因此，推動(dòng)纖維與彈性基222相抵，用鋒利的切割邊緣將所述彈性基底222連接在支座220上，這意味著與拉伸斷裂情況下一樣的明顯較小的切割角。因此，在切割邊緣的按壓下在切割邊緣周圍形成彈性基底。將在切割邊緣與彈性基底之間存在的纖維彎曲在切割邊緣的小切割半徑周圍。由于纖維的脆性，這些纖維已經(jīng)以切割邊緣對(duì)基底的小壓力而斷裂。當(dāng)切割力局限于正好足夠的量時(shí)切割邊緣及彈性基底不磨損，或僅有低程度的磨損，因?yàn)橥瑯釉谶@種情況下在切割邊緣、彈性基底與待切割纖維之間無相對(duì)移動(dòng)發(fā)生，故通過所述切割力可產(chǎn)生研磨磨損?？稍俅我詺鈩?dòng)、液壓、機(jī)械等方式移動(dòng)切割邊緣240。圖10示出了產(chǎn)生吐絲機(jī)20及工件托架40的相對(duì)移動(dòng)的不同可能性。在圖IOa)示出的實(shí)施例中，將工件托架40固持在用于工件托架的靜止支撐件15上。在纖維組的敷設(shè)期間機(jī)器人10移動(dòng)吐絲機(jī)20。反之亦然，可提供用于工件托架40的機(jī)械手16 (圖IOb))，所述機(jī)械手16相對(duì)于吐絲機(jī)20移動(dòng)工件托架，將所述吐絲機(jī)20支撐在吐絲機(jī)支撐件11上。當(dāng)然，同樣可能有機(jī)器人10及機(jī)械手16的組合，如圖IOc)所示。圖11示意性地示出在敷設(shè)過程期間如何提供用于纖維組30的纖維33。將纖維(粗紗)33卷繞在纖維供料機(jī)構(gòu)50的線軸51上，且通過部分纖維供料機(jī)構(gòu)50自所述部分纖維供料機(jī)構(gòu)為吐絲機(jī)20提供纖維(粗紗)33，所述纖維供料機(jī)構(gòu)將作更詳細(xì)的描述。在吐 絲機(jī)20及工件托架40的相對(duì)移動(dòng)R期間，在纖維33內(nèi)部可出現(xiàn)不同的供料速度及張力。由于在機(jī)械手系統(tǒng)的接頭處纖維供料機(jī)構(gòu)的重定向位置的布置，有可能使纖維組自線軸51至吐絲機(jī)20的距離保持不變。用這種方法，可避免在機(jī)械手系統(tǒng)移動(dòng)期間纖維組的松散及相關(guān)下垂。圖12示出了纖維供料機(jī)構(gòu)50的纖維導(dǎo)向機(jī)構(gòu)52的第一實(shí)施例。以改進(jìn)能鏈(牽引鏈)的形式實(shí)現(xiàn)纖維導(dǎo)向機(jī)構(gòu)52，所述改進(jìn)能鏈(牽引鏈)是纖維導(dǎo)向鏈的一種代表形式。在機(jī)械工程中已知能鏈(牽引鏈)來導(dǎo)向撓性電纜或氣動(dòng)管線或液壓管線，所述能鏈(牽引鏈)連接至一個(gè)持續(xù)移動(dòng)的機(jī)械部件。對(duì)于纖維組的纖維導(dǎo)向，使用纖維導(dǎo)向鏈，所述纖維導(dǎo)向鏈由多個(gè)分段組成，各個(gè)分段彼此之間可繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述纖維導(dǎo)向鏈可通過例如能鏈的改裝來制造。以旋轉(zhuǎn)支撐軸導(dǎo)向纖維的方式改進(jìn)能鏈，如圖12所示。這樣的纖維導(dǎo)向鏈52包括鏈段52s。相鄰鏈段52s可繞軸52a旋轉(zhuǎn)來相對(duì)于彼此移動(dòng)。這意味著使兩個(gè)相鄰軸52a的距離保持不變。在改進(jìn)能鏈中，將旋轉(zhuǎn)支撐軸52w放在每個(gè)軸52a上。這意味著旋轉(zhuǎn)支撐軸52w沿著軸52a的軸向延伸。在側(cè)視圖中，如圖12a)所示，纖維33以纖維供料方向V通過軸52w，交替在軸52w的左右方向上。這意味著，在纖維組33的平面視圖中，以纖維供料方向V導(dǎo)向纖維組33，交替在軸52w的下方及上方。因此，由于纖維導(dǎo)向鏈的移動(dòng)，在彎曲纖維導(dǎo)向鏈52的情況下相鄰軸52w的距離不變，以便實(shí)質(zhì)上無張力分別施加至經(jīng)導(dǎo)向的纖維33及纖維組30上。由于通過旋轉(zhuǎn)支撐軸導(dǎo)向，故在例如通過軟管/管道導(dǎo)向的情況下發(fā)生的摩擦力不適用。因此，需要較低的拉動(dòng)粗紗組的力且不損害導(dǎo)向纖維。通過使用纖維導(dǎo)向鏈，可將纖維在空間中三維導(dǎo)向，所述纖維導(dǎo)向鏈也允許繞鏈的縱軸的扭轉(zhuǎn)。除單個(gè)纖維或多個(gè)纖維的導(dǎo)向外，纖維導(dǎo)向鏈的此實(shí)施例也允許諸如小帶紡織品及網(wǎng)帶的帶狀紡織品加固的導(dǎo)向。圖13示出了纖維導(dǎo)向鏈的第二實(shí)施例。第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于，第二實(shí)施例在軸52w上提供用于纖維(粗紗)33的單獨(dú)旋轉(zhuǎn)支撐輥53r。由于此布置，有可能通過纖維導(dǎo)向鏈以個(gè)別速度傳送每個(gè)纖維。
吐絲機(jī)20包括未示出的纖維傳送裝置。例如，可用US 2009/0229760 Al中所描述的傳送單元實(shí)現(xiàn)纖維傳送。基本上，已知根據(jù)艾特爾萬(Eytelwein)原理的纖維傳送。在用于纖維復(fù)合材料的縫制機(jī)及刺繡機(jī)中，早已使用此艾特爾萬原理。纖維傳送機(jī)構(gòu)用于補(bǔ)償由于分別在纖維導(dǎo)向及纖維供料中的摩擦而產(chǎn)生的纖維力。在根據(jù)艾特爾萬原理的這種傳送機(jī)構(gòu)中，纖維在兩行輥上運(yùn)行，所述輥彼此平行布置且有偏移。只要粗紗實(shí)質(zhì)上沒有張力，輥在粗紗下旋轉(zhuǎn)而不傳送粗紗，這意味著滑動(dòng)。當(dāng)對(duì)粗紗施加張力時(shí)，例如在重定向輥等處產(chǎn)生所述張力，通過旋轉(zhuǎn)輥傳送纖維?？梢曅枰谕陆z機(jī)中提供用于處理纖維(粗紗)的裝置。在此纖維處理裝置(未示出)中，可通過鋪開/加寬(處理)使纖維達(dá)到定義的寬度。此外，可將全部纖維匯集至定義寬度的單一同質(zhì)帶(同質(zhì)化)。在這種情況下，目標(biāo)為在纖維組的纖維之間無間隙發(fā)生且在纖維組的纖維之間也無重疊發(fā)生。當(dāng)然，也有可能在相反目標(biāo)的情況下有意產(chǎn)生間隙或重疊。借助于纖維處理裝置，可使在吐絲機(jī)的出口處的纖維組的寬度變化且使每一單位面積上的質(zhì)量(克重)變化變得可能。
可通過輥、滾輪、銷等進(jìn)行纖維處理。這意味著，提供纖維處理裝置，所述纖維處理裝置可使纖維組的纖維達(dá)到定義寬度及/或可使纖維組的纖維的距離變化。在圖14中，示意性地示出了組合預(yù)制件自工件托架至后續(xù)過程步驟的轉(zhuǎn)移過程。在示出的實(shí)施例中，以中空內(nèi)部空間40h形成工件托架40，且可通過連接器40p將內(nèi)部空間40h連接至泵或壓力源。已根據(jù)纖維敷設(shè)圖案通過敷設(shè)多個(gè)纖維組產(chǎn)生MAFA形式的預(yù)制件31。在圖14示出的實(shí)施例中，存在有例如中間固定區(qū)域43，其使用降低的壓力p2操作。將轉(zhuǎn)移裝置60以箭頭A的方向降低至工件托架40上，處于較低側(cè)的所述轉(zhuǎn)移裝置60的形狀對(duì)應(yīng)于預(yù)制件31的外部形狀。在降低狀態(tài)中，如圖14b)中所示，將壓力pi施加至工件托架40的連接器40p，所述壓力pi等于或大于環(huán)境壓力pu，同時(shí)將低于環(huán)境壓力Pu的降低的壓力p2施加至轉(zhuǎn)移單元60的壓力連接器60p。因此，將預(yù)制件31吸引至轉(zhuǎn)移裝置60，同時(shí)已減輕在工件托架40處用于中間固定及/或邊緣固定的吸入效應(yīng)。然后可在保持較低的壓力P2的同時(shí)使預(yù)制件舉升離開工件托架，如圖14c)所示(轉(zhuǎn)移裝置60沿箭頭B的方向移動(dòng))。如在圖14中可見，轉(zhuǎn)移裝置60自工件托架40取下敷設(shè)就緒的預(yù)制件31且轉(zhuǎn)移所述預(yù)制件例如至模具內(nèi)用于樹脂的注入及用于固化?；蛘撸部蓪㈩A(yù)制件送至中間儲(chǔ)存容器或另一處理站。無法僅使用降低的壓力進(jìn)行敷設(shè)就緒的預(yù)制件31的“抓握”，而是以機(jī)械方式，例如通過夾緊、針、靜電托或磁性托等或通過凝固或粘附，如之前已描述。轉(zhuǎn)移裝置也給出裁剪(drap)預(yù)制件的可能性，如在下文所描述。轉(zhuǎn)移裝置也給出壓緊介于樹脂膜或箔的兩個(gè)層之間的敷設(shè)就緒的預(yù)制件的可能性及/或進(jìn)行形式固定的可能性。在圖15及圖16中，示出了借助于傳輸裝置60重塑(裁剪)敷設(shè)就緒的預(yù)制件31的可能性。在圖15中，示出了一種實(shí)施例，借助于所述實(shí)施例可裁剪預(yù)制件31的邊緣區(qū)域。為此目的，工件托架40包括邊緣裁剪區(qū)域45，所述邊緣裁剪區(qū)域可沿箭頭C的方向移動(dòng)(見圖15b))。如自圖15a)至圖15c)的順序可見，用敷設(shè)就緒的預(yù)制件31將轉(zhuǎn)移裝置降低至工件托架40上，隨后，移動(dòng)用于裁剪敷設(shè)就緒的預(yù)制件31的邊緣的裁剪末端區(qū)域45且然后借助于轉(zhuǎn)移裝置60使在邊緣區(qū)域中裁剪的預(yù)制件31離開工件托架。在圖16中，不出了用于裁剪另一區(qū)域的實(shí)施例。將嵌件46插入工件托架40的凹陷47內(nèi)。在將轉(zhuǎn)移單元16降低至工件托架40上之前，已將預(yù)制件31在工件托架40上敷設(shè)就緒(圖16a))。在降低轉(zhuǎn)移裝置60之前，移除嵌件46，以便呈現(xiàn)在敷設(shè)就緒的預(yù)制件31下方的凹陷47。轉(zhuǎn)移裝置60具有與凹陷47互補(bǔ)的裁剪突出部62。如在圖16c)中容易可見，通過裁剪突出部62及凹陷47的合作來重塑(裁剪)敷設(shè)就緒的預(yù)制件31的對(duì)應(yīng)區(qū)域，且隨后將所述對(duì)應(yīng)區(qū)域以經(jīng)裁剪形式舉升離開工件托架40(見圖 16d))。這意味著，提供合作裁剪構(gòu)件45、46、47、62用于裁剪轉(zhuǎn)移裝置60及工件托架40處的敷設(shè)就緒的預(yù)制件31。 圖17示出了如何使預(yù)制件31的壓緊或形狀固定，例如可能使用箔70或樹脂膜71。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，例如，在敷設(shè)纖維層30/33之前將箔70或樹脂膜71放置于工件托架40上。視需要，也可將樹脂膜71放置在一些樹脂層之間。在最后纖維層的敷設(shè)/放置完成之后，將箔70或樹脂層71放置于纖維層30/33的頂部。以氣密方式將外部箔70或外部樹脂膜71彼此連接，隨后通過出口 72抽空介于膜之間的空氣。在兩個(gè)樹脂層71之間的壓緊及最終在一些纖維層之間提供樹脂層71的優(yōu)點(diǎn)是雖然在敷設(shè)期間已敷設(shè)干纖維且纖維不具有樹脂或膠粘劑，但樹脂已經(jīng)作為樹脂膜存在于結(jié)構(gòu)部件預(yù)制件內(nèi)，因此可省略注入步驟。因此，可預(yù)制造箔及樹脂層，片狀、二維或三維形狀的熱塑性樹脂層或熱固性樹脂層或熱塑性箔及/或熱固性箔。借助于類似深拉方法的拉制片狀樹脂層或箔于纖維層之上，或例如通過噴射樹脂或適當(dāng)聚合物至纖維層上，也可產(chǎn)生所述箔及樹脂層。作為引入樹脂層的替代，可使用混雜纖維，所述混雜纖維包括除加固纖維外的熱塑性纖維及/或熱固性纖維。最外層的箔或最外層的薄片也可為功能箔，所述功能箔例如用于實(shí)現(xiàn)等效于清漆的高的表面質(zhì)量。在本發(fā)明方面的另一實(shí)施例中，一種預(yù)制方式也可以是無樹脂膜放置預(yù)制件箔袋及/或管箔部分內(nèi)，隨后關(guān)閉所述預(yù)制件的開口端。此外，因?yàn)榭赏ㄟ^施加降低的壓力用于中間儲(chǔ)存容器或用于傳送相同預(yù)制件使預(yù)制件的形狀穩(wěn)定，故此“壓緊”是有利的。纖維、樹脂膜及箔形成單元，所述單元在傳送期間穩(wěn)定且有利于儲(chǔ)存，所述單元允許在簡(jiǎn)單熱壓裝置中的固化。由于樹脂的較短流動(dòng)路徑，故將預(yù)制件的浸潰縮短且因此也縮短了占用工具的時(shí)間。此外，避免由于在填充發(fā)生在樹脂注入過程中的形狀孔穴期間的流動(dòng)過程而引起的纖維翹曲。另一優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致以此方式壓緊的纖維層及/或半成品層的干預(yù)制件的簡(jiǎn)單搬運(yùn)，因?yàn)槔w維層可例如以簡(jiǎn)單的降低壓力的機(jī)械手自動(dòng)地搬運(yùn)。此外，預(yù)制件的此“壓緊”有助于隨后的重塑，因?yàn)榭衫缤ㄟ^密閉真空的強(qiáng)度及/或邊緣或壓緊的邊緣部分的固定選擇性地影響預(yù)制件的裁剪能力。對(duì)于片狀預(yù)制件，“壓緊”或形狀固定分別為同等有利的，無論所述預(yù)制件為二維片狀或三維片狀，因?yàn)槭剐螤罘€(wěn)定的(=形狀固定的)轉(zhuǎn)移或儲(chǔ)存成為可能。術(shù)語片狀意思是類似于片材或在表示本質(zhì)上形成表面的結(jié)構(gòu)部件的意義上像片材，與片材沿著片材表面的延伸相比，片材垂直于片材表面的延伸較小，即意味著，例如至少1:4或1:5或1:6或1:7
或1:8或1:9或1:10或......或1:100或1:101或......1:200或......等。在與樹脂層聯(lián)合
的情況下，由于浸潰時(shí)間的額外減少而產(chǎn)生特定優(yōu)點(diǎn)。以氣密方式有利地形成外層(分別為箔及樹脂膜)用于此目的以便施加低壓(這意味著抽空中間空間)成為可能。為此目的，不需要借助于所描述裝置制造欲壓緊預(yù)制件，如已經(jīng)借助于箔70或樹脂膜71相對(duì)于預(yù)制件31的壓緊或形狀固定，參閱圖17。也有可能使用用于形成預(yù)制件的多軸向?qū)印⒖椢锏?，所述預(yù)制件將分別經(jīng)壓緊及形式固定，如上相對(duì)于圖17所述。在已描述用于制造纖維層及纖維的結(jié)構(gòu)部件預(yù)制件的裝置及裝置的組件之后，在下文中描述用于制造這類纖維層及結(jié)構(gòu)部件預(yù)制件的方法。如圖18所示，首先裝置配備有工件托架及纖維(步驟SI)。在步驟Sla中，可將樹 脂層或箔放置/敷設(shè)于工件托架上，如參閱圖17所述示例性地描述。此步驟Sla為可選的。隨后，在步驟S2中，將纖維組的纖維固定在敷設(shè)路徑的開始處。通常，這一過程將在工件托架的邊緣固定區(qū)域進(jìn)行。在此方面，如果結(jié)構(gòu)部件包括未覆蓋有纖維的較大區(qū)段，諸如窗口或人孔，邊緣區(qū)域也可分別在結(jié)構(gòu)部件的內(nèi)邊緣或工件托架的內(nèi)邊緣處指定固定區(qū)域。在步驟S3中，將纖維敷設(shè)圖案預(yù)定義在欲行進(jìn)的敷設(shè)路徑。在可選步驟S3a中，將纖維中間固定。在敷設(shè)路徑的末端，將纖維組的纖維固定在邊緣固定區(qū)域中(S4)。在邊緣固定步驟后視需要切割纖維組的纖維(S4a)。在圖8中已示例性地示出了這個(gè)過程。在步驟S5中檢查對(duì)應(yīng)于敷設(shè)圖案的層是否完成。如果層還沒有完全敷設(shè)，則跳至步驟S2，其中將纖維組固定在現(xiàn)在層欲遵循的敷設(shè)路徑的開始處。如果敷設(shè)路徑必須在相同位置繼續(xù)(例如，見圖7，已經(jīng)通過執(zhí)行先前步驟S4執(zhí)行此固定)。如果步驟S5中的估計(jì)導(dǎo)致將層完全敷設(shè)，則在步驟S6中檢查預(yù)制件是否已完全敷設(shè)。如果沒有，則在步驟6a (例如，見圖17)及步驟S6b中視需要將樹脂層放置/敷設(shè)在敷設(shè)層上，視需要放置局部加固，且隨后所述過程繼續(xù)至步驟S2。在所描述方式中重復(fù)步驟S2至步驟S6b直至已完全敷設(shè)預(yù)制件。在這種情況下，步驟S6中的估計(jì)產(chǎn)生YES，以便過程繼續(xù)至步驟S7。在步驟S7中，估計(jì)樹脂層或箔是否預(yù)先敷設(shè)在底部。在步驟S6b中，進(jìn)行一個(gè)或更多局部嵌件(例如，織物或無褶皺纖維的切料、預(yù)制刺繡、帶)至預(yù)制件上或在預(yù)制件之層中間的敷設(shè)/放置用于局部加固的成形。如果在步驟S7中的估計(jì)產(chǎn)生NO，則例如通過切割使在邊緣固定區(qū)域的纖維部分與預(yù)制件分離(步驟S8)。因此，預(yù)制件獲得預(yù)制件的所需形狀。固定區(qū)域的切割為可選的。保持預(yù)制件處的固定區(qū)域也可能是有利的(更好的預(yù)制件穩(wěn)定性)。例如，固定區(qū)域可充當(dāng)樹脂注入工具中的箍縮邊緣。此后，在步驟S9中使預(yù)制件取走工件托架。可例如如圖14至圖16中所示執(zhí)行這個(gè)操作。在步驟S9中的取走之后，將取走的預(yù)制件轉(zhuǎn)移至固化模具或至中間儲(chǔ)存容器或至另一處理步驟(S14)。在步驟S6與步驟S8之間，可提供可選裁剪步驟。如果在步驟S7中確定樹脂層或箔已敷設(shè)在底部，則方法繼續(xù)至步驟S10。在步驟Sio中，將樹脂膜或箔放置于預(yù)制件上，所述預(yù)制件存在于工件托架上。隨后，在步驟Sll中將上面及下面的樹脂膜/箔彼此相抵而密封，且在步驟S12中施加用于使預(yù)制件穩(wěn)定的降低的壓力。隨后，在步驟S13中，使穩(wěn)定的預(yù)制件離開工件托架且所述過程繼續(xù)至已經(jīng)描述的步驟S14。所描述裝置及方法可提供除其他者之外的下列顯著優(yōu)點(diǎn)
A)膠粘劑涂覆
膠粘劑涂覆通常為可選的，這意味著也可能有在邊緣處纖維組的其他固定或中間固定。先前已知的樹脂及/或應(yīng)用系統(tǒng)主要作用于用樹脂浸潰纖維，以避免其他方面的樹脂注入的必需操作。對(duì)于本發(fā)明，尤其是可使用具有高粘度的膠粘劑，所述膠粘劑允許在一秒范圍內(nèi)的纖維組的固定。當(dāng)膠粘劑用于固定纖維組時(shí)，僅在敷設(shè)路徑的開始及末端處的固定區(qū)域中優(yōu)選使 用相同的膠粘劑。這導(dǎo)致沒有與管理許可潛在相關(guān)的其他物質(zhì)引入至預(yù)制件內(nèi)，且樹脂浸潰不受膠粘劑阻礙。裝置及方法允許在工件托架上以及在已經(jīng)取決于工件托架的纖維上的膠粘劑涂覆以及在仍處于吐絲機(jī)中且仍待放置的纖維上的應(yīng)用。當(dāng)借助于膠粘劑固定纖維組時(shí)，在敷設(shè)路徑的開始及末端處將膠粘劑珠子KS應(yīng)用至待敷設(shè)纖維組30。低粘度膠粘劑完全浸潰纖維(粗紗)，所述纖維(粗紗)由多個(gè)細(xì)絲構(gòu)成，以便將全部細(xì)絲可靠地固定。然而，較高粘度膠粘劑(粘度3 1500 mPas)不完全浸潰纖維，而實(shí)質(zhì)上粘附至纖維的側(cè)，已將膠粘劑珠子KS應(yīng)用至所述纖維的側(cè)上。由于不用膠粘劑固定細(xì)絲，故形成分離層。在此情況中，當(dāng)在已經(jīng)敷設(shè)的纖維組上固定另一纖維組且在沿著存在于纖維組的敷設(shè)期間的纖維組存在張力期間，可能發(fā)生在分離層處的固定裂縫開口。比如說，將下面的纖維組分開。為解決此問題，在固定區(qū)域中將間隙301引入纖維組內(nèi)。由此，較高粘度膠粘劑可以更好浸潰纖維且避免分離層。此過程在圖19示出。圖19a)示出了未受干擾的纖維組。如圖19b)所示推動(dòng)多個(gè)主體通過纖維組。這些主體可例如為針排的針42z。當(dāng)沿敷設(shè)方向(見圖19c)的箭頭)將纖維組拉伸一點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生間隙(圖19c)中的301)，膠粘劑珠子KS (圖19d))的較高粘度膠粘劑也通過所述間隙達(dá)到纖維組的背面?zhèn)惹乙虼朔乐節(jié)撛诘姆蛛x點(diǎn)?？勺杂蛇x擇主體42z的布置，所述主體在纖維組中產(chǎn)生間隙301。粗紗組在寬度上的均勻分布為有利的。B)不同纖維類型的使用
尤其是由于將纖維在干狀態(tài)中敷設(shè)的事實(shí)，因此在一過程步驟中使用不同纖維類型是可能的，這意味著，例如將不同纖維類型混合于一個(gè)層中等等。舉例來說，可在一頭將玻璃纖維及碳纖維混合且隨后敷設(shè)/放置所述玻璃纖維及碳纖維。如果隨后敷設(shè)/放置所述纖維，則可在兩個(gè)供應(yīng)裝置52中將例如玻璃纖維組及碳纖維組的兩個(gè)纖維組單獨(dú)地傳送至吐絲機(jī)，所述吐絲機(jī)則最終包括兩個(gè)傳送機(jī)構(gòu)。C)纖維組的敷設(shè)寬度的變化
(使)改變敷設(shè)纖維組的寬度為可能，其中可例如通過鋪開或壓縮、收斂、變窄來設(shè)定組的單纖維(粗紗)的寬度。這個(gè)操作發(fā)生在吐絲機(jī)中，且例如通過改變重定向半徑或重定向的程度而進(jìn)行。通過改變敷設(shè)寬度，可設(shè)定纖維組的每一單位面積上的質(zhì)量(克重)。D)與其他預(yù)制件聯(lián)合的可能性由于使用了用于制造預(yù)制件的干纖維，則存在用其他預(yù)制件補(bǔ)充以所描述方法制造的預(yù)制件使之變成更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可能性，其中可用其他預(yù)制方法(如編織、刺繡或纖維模制)制造其他預(yù)制件。此外，存在例如通過縫制來加固用本文所描述方法制造的預(yù)制件的可能性。應(yīng)明確說明，為了最初公開案以及為了限定獨(dú)立于實(shí)施例及/或權(quán)利要求書中的特征的組成的所主張發(fā)明，在說明書及/或權(quán)利要求書中公開的全部特征意欲單獨(dú)地且獨(dú)立于彼此而公開。應(yīng)明確說明，為了最初的公開案以及為了限定所主張發(fā)明，全部值范圍或?qū)嶓w的群組的指示公開了每個(gè)可能的中間值或中間實(shí)體，尤其是作為值范圍的限制。在下文中，指示所描述發(fā)明的方面
I.一種制造用于纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件的預(yù)制件的方法，包括以下步驟
a)提供(SI)工件托架(40)； b)將干纖維(33)的纖維組(30)敷設(shè)(S3)于工件托架(40)上，其中視需要將纖維中間固定在區(qū)段中(S3a)；
c)在工件托架(40)的邊緣(42)固定(S4)纖維；
d)根據(jù)預(yù)定纖維組敷設(shè)圖案重復(fù)步驟b)及步驟c)以形成預(yù)制件(31)，其中，在每次執(zhí)行步驟d)后，在固定于工件托架的邊緣的纖維區(qū)段后切割粗纖維(S4a)且跟著執(zhí)行隨后的步驟b)，或在無切割粗纖維的情況下進(jìn)行步驟b)的執(zhí)行；及
e)在根據(jù)步驟d)中的預(yù)定纖維組敷設(shè)圖案完成形成預(yù)制件之后，自工件托架(40)轉(zhuǎn)運(yùn)(S14)預(yù)制件(31)至下一個(gè)制造步驟。2.根據(jù)方面I所述的用于形成用于纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件的三維預(yù)制件的方法，其中
在步驟a)中，提供(SI)對(duì)應(yīng)于預(yù)制件(31)的三維形狀的工件托架(40)，及 在步驟e)中，自工件托架(40)轉(zhuǎn)運(yùn)三維預(yù)制件(31)至下一個(gè)制造步驟。3. 一種制造用于纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件的三維預(yù)制件的方法，包括以下步驟
a)提供(SI)對(duì)應(yīng)于預(yù)制件(31)的三維形狀的工件托架(40)；
b)將干纖維(33)的纖維組敷設(shè)(S3)于工件托架(40)上，其中視需要將纖維中間固定在區(qū)段中(S3)；
c)在工件托架(40)的邊緣(42)處固定(S4)纖維(33)；
d)根據(jù)預(yù)定纖維組敷設(shè)圖案重復(fù)步驟b)及步驟c)以形成三維預(yù)制件(31)，其中，在每次執(zhí)行步驟d)后，在固定于工件托架的邊緣的纖維區(qū)段后切割粗纖維(S4a)且隨后進(jìn)行步驟b)的下一次執(zhí)行，或在無切割粗纖維的情況下進(jìn)行步驟b)的執(zhí)行；及
e)在根據(jù)步驟d)中的預(yù)定纖維組敷設(shè)圖案完成預(yù)制件的成形后，自工件托架(40)轉(zhuǎn)運(yùn)(S14)三維預(yù)制件(31)至下一個(gè)制造步驟。4根據(jù)方面I至方面3中之一所述的方法，其中，在根據(jù)步驟d)中的預(yù)定纖維組敷設(shè)圖案形成預(yù)制件期間，將一個(gè)或更多局部嵌件應(yīng)用于預(yù)制件上或應(yīng)用在預(yù)制件的層間以形成局部加固。5.根據(jù)方面I至方面4其中之一所述的方法，在步驟e)中，在轉(zhuǎn)運(yùn)(S14)預(yù)制件
(31)前將固定在邊緣固定中的區(qū)段分離(S8)。6.根據(jù)方面I至方面5其中之一所述的方法，其中通過將樹脂或膠粘劑(KS)涂覆于工件托架(40)上及/或涂覆于區(qū)段中的纖維(33)上，及/或通過凝固及/或通過機(jī)械固持及/或通過吸入及/或通過磁吸引及/或通過靜電吸引纖維至工件托架，執(zhí)行步驟b)中區(qū)段內(nèi)的可選中間固定。7.根據(jù)方面I至方面6其中之一所述的方法，其中通過粘附及/或夾緊及/或凝固及/或機(jī)械固持及/或吸入及/或磁吸引及/或靜電吸引纖維至工件托架來執(zhí)行步驟c)中的邊緣固定。8.根據(jù)方面I至方面7其中之一所述的方法，其中在步驟e)之后的制造步驟為將預(yù)制件設(shè)置進(jìn)入處理模具內(nèi)以用于樹脂注入及/或固化或中間儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)運(yùn)至另一處理步驟。9根據(jù)方面I至方面8其中之一所述的方法，其中將二維或三維預(yù)制件壓緊及/或形狀固定在固定層(70，71)間用于轉(zhuǎn)運(yùn)及潛在的儲(chǔ)存。 10. 一種制造用于纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件的預(yù)制件(31)的裝置，包括 工件托架(40)，
吐絲機(jī)(20)，用于將干纖維(33)的纖維組(30)敷設(shè)于工件托架(40)上，
可選中間固定裝置，用于工件托架(40)上的纖維在區(qū)段內(nèi)的可選中間固定，
邊緣固定裝置，用于在工件托架(40)的邊緣(42)處固定纖維(33)，
纖維切割裝置(21)，用于切割纖維，及
轉(zhuǎn)運(yùn)裝置，用于自工件托架(40)將預(yù)制件(31)轉(zhuǎn)運(yùn)至下一個(gè)制造步驟。
11.一種用于制造纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件三維預(yù)制件(31)的裝置，包括 工件托架(40)，具有對(duì)應(yīng)于預(yù)制件(31)的三維形狀的形狀，
吐絲機(jī)(20)，用于將干纖維(33)的纖維組(30)敷設(shè)于工件托架(40)上，
可選中間固定裝置，用于工件托架(40)上的纖維在區(qū)段內(nèi)的可選中間固定，
邊緣固定裝置，用于在工件托架(40)的邊緣(42)處固定纖維(33)，
纖維切割裝置(21)，用于切割纖維，及
轉(zhuǎn)移裝置，用于自工件托架(40)將三維預(yù)制件(31)轉(zhuǎn)移至下一個(gè)制造步驟。12. 一種用于將三維預(yù)制件(31)自工件托架(40)轉(zhuǎn)移至下一個(gè)制造步驟的轉(zhuǎn)移裝置，所述轉(zhuǎn)移裝置的形狀在所述轉(zhuǎn)移裝置的下面對(duì)應(yīng)于已敷設(shè)于工件托架(40)上的已敷設(shè)就緒的預(yù)制件(31)的外部形狀且所述轉(zhuǎn)移裝置視需要包括用于剪裁已敷設(shè)于工件托架(40)上的已敷設(shè)就緒的預(yù)制件(31)的剪裁區(qū)域(62)。13. 一種用于纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件三維預(yù)制件(31)的工件托架，包括
工件托架(40)，包括具有對(duì)應(yīng)于預(yù)制件(31)的三維形狀的形狀的工件成形區(qū)域(41)，
及
邊緣固定區(qū)域(42)，用于固定敷設(shè)纖維組(30)的纖維(33)。14.根據(jù)方面13所述的工件托架，所述工件托架包括用于固定敷設(shè)纖維組(30)的纖維(33)的一個(gè)或多個(gè)中間固定區(qū)域(43)。15.根據(jù)方面13或方面14所述的工件托架，所述工件托架包括用于剪裁已敷設(shè)就緒的預(yù)制件(31)的剪裁區(qū)域(45; 46，47)。16. 一種用于導(dǎo)向待通過纖維傳送裝置傳送的纖維組(30)的一個(gè)或多個(gè)纖維(33)的纖維導(dǎo)向裝置，包括
入口，以纖維供應(yīng)方向(V)將待傳送纖維(33)插入入口。出口，以纖維供應(yīng)方向(V)將待傳送纖維(33)導(dǎo)向離開出口，及
纖維導(dǎo)向鏈(52)，連接入口與出口，其中通過旋轉(zhuǎn)支撐軸(52b)或輥(52r)沿纖維供應(yīng)方向(V)導(dǎo)向待傳送纖維(33)，將所述軸或輥獨(dú)立旋轉(zhuǎn)支撐。17.根據(jù)方面16所述的纖維導(dǎo)向裝置，其中
纖維導(dǎo)向鏈(52)包括多個(gè)鏈段(52s)，將所述鏈段連接至彼此以便相鄰區(qū)段可相對(duì)于彼此繞軸(A)旋轉(zhuǎn)且將旋轉(zhuǎn)支撐軸(52w)或旋轉(zhuǎn)支撐輥各布置在軸(A)的軸向上且繞相同軸旋轉(zhuǎn)。18. 一種纖維切割裝置，包括 支座(220)，
推進(jìn)器(210)及
具有大的刀片角度的切割刀片(230)，所述切割刀片可以切割方向來回移動(dòng)，
其中將支座及推進(jìn)器布置且可移動(dòng)，以便所述支座及推進(jìn)器在通道位置在所述支座與推進(jìn)器的間形成纖維通道，所述纖維通道垂直于切割方向延伸，且在夾緊位置將纖維通道內(nèi)的纖維夾緊于切割刀片的移動(dòng)路徑的兩側(cè)。19.根據(jù)方面11所述的制造用于纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件的三維預(yù)制件(31)的
裝置，其中
工件托架(40)為根據(jù)方面13至方面15其中之一所述的工件托架，
根據(jù)方面16或方面17將吐絲機(jī)(20)連接至纖維導(dǎo)向裝置(52)的出口且通過此纖維導(dǎo)向裝置供應(yīng)纖維組(30)，及
吐絲機(jī)包括根據(jù)方面18的纖維切割裝置(21)。20. 一種制造用于纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件的片狀預(yù)制件的方法，包括以下步驟
通過將纖維層(30，33)敷設(shè)(S3)于工件托架(40)上形成預(yù)制件，及氣密壓緊在片狀預(yù)制件的一側(cè)上的第一層(70，71)與片狀預(yù)制件的第二側(cè)上的第二層(70，71)間的預(yù)制件及抽空介于層間的空間，所述第二側(cè)與第一側(cè)相反。21.根據(jù)方面20所述的方法，其中
提供(SI)對(duì)應(yīng)于具有第一層(70)的片狀預(yù)制件(31)的形狀的工件托架(40)，將所述片狀預(yù)制件敷設(shè)在工件托架上，
將纖維層(30，33)敷設(shè)于工件托架(40)上用于形成預(yù)制件(S3)，及在完成預(yù)制件的成形后，將第二層(70，71)放置于最后纖維層(30，33)上且與第一層(70，71)連接用于壓緊介于層之間的預(yù)制件。22.根據(jù)方面20或方面21所述的方法，其中，在預(yù)制件的成形期間，將層(70，71)放置在一個(gè)或多個(gè)所述纖維層(30，33)間。23.根據(jù)方面20至方面23其中之一所述的方法，其中抽空在第一層(70，71)與第二層(70，71)間的空氣。24.根據(jù)方面20至方面23其中之一所述的方法，其中將層成形為箔(70)或作為樹脂膜(71)。
25.根據(jù)方面20至方面24其中之一所述的方法，其中將三維預(yù)制件形成于工件托架(40)上，所述工件托架包括對(duì)應(yīng)于預(yù)制件的形狀。26.根據(jù)方面I至方面9、方面20至方面25其中之一所述的方法，其中將樹脂或膠粘劑(KS)涂覆至纖維用于固定，且纖維具有在涂覆區(qū)域內(nèi)在纖維(33)的細(xì)絲之間的一 個(gè)或多個(gè)間隙(301)。
權(quán)利要求
1.一種制造用于纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件的三維預(yù)制件的方法，所述方法包括以下步驟 a)提供(SI)對(duì)應(yīng)于所述預(yù)制件(31)的所述三維形狀的工件托架(40)； b)通過同時(shí)敷設(shè)多個(gè)干纖維(33)將纖維組(30)敷設(shè)(S3)于所述工件托架(40)上，視需要將所述纖維中間固定在區(qū)段中(S3a)； c)在所述工件托架(40)的邊緣(42)處固定(S4)所述纖維(33)； d)根據(jù)預(yù)定纖維組敷設(shè)圖案重復(fù)所述步驟b)及步驟c)以形成所述三維預(yù)制件(31)，其中，在每次執(zhí)行步驟c)后，將所述纖維(33)的所述區(qū)段固定于所述工件托架(40)的邊緣后切割粗纖維(S4a)，然后執(zhí)行下一次的步驟b);及 e)在根據(jù)步驟d)中的所述預(yù)定纖維組敷設(shè)圖案完成所述預(yù)制件的成形后，自所述工件托架(40)轉(zhuǎn)移(S14)所述三維預(yù)制件(31)至下個(gè)制造步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，在對(duì)應(yīng)于步驟d)中的所述預(yù)定纖維組敷設(shè)圖案的所述預(yù)制件的所述成形期間，執(zhí)行在所述預(yù)制件上或所述預(yù)制件的層間放置一個(gè)或多個(gè)局部嵌件以用于形成局部加固。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中在步驟e)中，將在所述邊緣固定時(shí)固定的所述區(qū)段在轉(zhuǎn)移(S14)前與所述預(yù)制件(31)分離(S8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過將樹脂或膠粘劑(KS)應(yīng)用于所述工件托架(40)上及/或應(yīng)用于區(qū)段中的所述纖維(33)上，及/或通過凝固及/或通過機(jī)械固持及/或通過吸入及/或通過磁吸引及/或通過靜電吸引所述纖維至所述工件托架(40)，執(zhí)行步驟b)中區(qū)段內(nèi)的所述可選中間固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過粘附及/或夾緊及/或凝固及/或機(jī)械固持及/或吸入及/或磁吸引及/或靜電吸引所述纖維至所述工件托架來執(zhí)行步驟c)中的所述邊緣固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟e)之后的制造步驟為將所述預(yù)制件設(shè)置在處理模具內(nèi)以用于樹脂注入及/或固化或中間儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)移至另一處理步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中將所述三維預(yù)制件壓緊及/或形狀固定在固定層(70，71)之間用于所述轉(zhuǎn)移及潛在的儲(chǔ)存。
8.—種制造用于纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件的三維預(yù)制件(31)的裝置，包括 工件托架(40)，具有與所述預(yù)制件(31)的三維形狀對(duì)應(yīng)的形狀(40)， 吐絲機(jī)(20)，用于將纖維組(30)與多個(gè)干纖維(33)同時(shí)敷設(shè)于所述工件托架(40)上， 可選中間固定裝置，用于所述纖維在工件夾具(40)上區(qū)段內(nèi)的可選中間固定， 邊緣固定裝置，用于在所述工件托架(40)的所述邊緣(42)處固定所述纖維， 纖維切割裝置(21)，用于切割所述纖維，及 轉(zhuǎn)移裝置，用于將所述三維預(yù)制件(31)自所述工件托架(40)轉(zhuǎn)移至下個(gè)制造步驟。
9.一種用于纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件的三維預(yù)制件(31)的工件托架，包括 工件托架(40)，具有形成與所述預(yù)制件(31)三維形狀對(duì)應(yīng)形態(tài)的工件成形區(qū)域(41)，及 邊緣固定區(qū)域(42)，用于固定敷設(shè)纖維組(30)的纖維(33)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工件托架，所述工件托架包括用于固定所敷設(shè)的纖維組(30)的所述纖維(33)的一個(gè)或多個(gè)中間固定區(qū)域(43)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的工件托架，所述工件托架包括用于裁剪敷設(shè)就緒的預(yù)制件(31)的裁剪區(qū)域(45; 46，47)。
12.一種用于導(dǎo)向待通過纖維傳送裝置傳送的纖維組(30)的一個(gè)或多個(gè)纖維(33)的纖維導(dǎo)向裝置，包括 入口，將纖維供應(yīng)方向(V)的待傳送纖維(33)引入所述入口， 出口，將所述纖維供應(yīng)方向(V)的待傳送纖維(33)導(dǎo)向離開所述出口，及 連接所述入口與所述出口的纖維導(dǎo)向鏈(52)，在纖維導(dǎo)向鏈(52)中，通過旋轉(zhuǎn)支撐軸(52w)或輥(52r)沿所述纖維供應(yīng)方向(V)導(dǎo)向所述待傳送纖維(33)，所述支撐軸(52w)或輥(52r)獨(dú)立旋轉(zhuǎn)支撐。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的纖維導(dǎo)向裝置，其中 所述纖維導(dǎo)向鏈(52)包括多個(gè)鏈段(52s)，將所述鏈段連接彼此成為所述纖維導(dǎo)向鏈以便相鄰區(qū)段可相對(duì)于彼此繞軸(A)旋轉(zhuǎn)且將所述旋轉(zhuǎn)支撐軸(52w)或所述旋轉(zhuǎn)支撐輥各布置在所述軸(A)的軸向且繞所述軸旋轉(zhuǎn)。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求8所述制造用于纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件的三維預(yù)制件(31)的裝置，其中 所述工件托架(40)為如權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的工件托架，且 將所述吐絲機(jī)(20)與如權(quán)利要求12或13所述的纖維導(dǎo)向裝置(52)的出口連接且通過該纖維導(dǎo)向裝置供應(yīng)所述纖維組(30)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述吐絲機(jī)包括纖維切割裝置，所述纖維切割裝置具有 支座(220)， 推進(jìn)器(210)及 具有大刀片角度的切割刀片(230)，所述切割刀片可以沿切割方向來回移動(dòng)， 其中將所述支座及所述推進(jìn)器可運(yùn)動(dòng)布置，以便所述支座及推進(jìn)器之間在通道位置形成纖維通道，該纖維通道垂直于所述切割方向延伸，且在夾緊位置將所述纖維通道內(nèi)的纖維夾緊于所述切割刀片的運(yùn)動(dòng)路徑的兩側(cè)。
16.一種制造用于纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件的片狀預(yù)制件的方法，包括以下步驟 通過將纖維層(30，33)敷設(shè)(S3)于工件托架(40)上形成預(yù)制件；及 在所述片狀預(yù)制件的一側(cè)上的第一層(70，71)和與所述片狀預(yù)制件第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)上的第二層(70，71)之間氣密壓緊所述預(yù)制件及抽空介于所述層之間的中間空間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，在所述預(yù)制件的成形期間，將層(70，71)放置在所述纖維層(30，33)的一層或多層之間。
全文摘要
一種制造纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件的三維預(yù)制件的方法，所述方法包括以下步驟a)提供對(duì)應(yīng)于預(yù)制件(31)的三維形狀的工件托架(40)；b)通過同時(shí)敷設(shè)多個(gè)干纖維(33)將纖維組(30)敷設(shè)(S3)于工件托架(40)上，視需要將纖維中間固定在區(qū)段中(S3a)；c)在工件托架(40)的邊緣(42)處固定(S4)纖維(33)；d)根據(jù)預(yù)定纖維組敷設(shè)圖案重復(fù)步驟b)及步驟c)以形成三維預(yù)制件(31)，其中，在每次執(zhí)行步驟c)后，在固定于工件托架的邊緣的纖維的區(qū)段后切割粗纖維(S4a)且此后跟著步驟b)的下一次執(zhí)行；及e)在根據(jù)步驟d)中的預(yù)定纖維組敷設(shè)圖案完成預(yù)制件的成形的后，自工件托架(40)轉(zhuǎn)移(S14)三維預(yù)制件(31)至下一個(gè)制造步驟。
文檔編號(hào)B29C70/38GK102834248SQ201180019447
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者英格·卡巴, 海勒·科赫勒, 佛科爾·衛(wèi)采爾 申請(qǐng)人:科朋茲騰斯有限公司