穩(wěn)定裝置、穩(wěn)定方法和用于生產(chǎn)纖維復(fù)合構(gòu)件方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于穩(wěn)定纖維層的穩(wěn)定裝置、相應(yīng)的穩(wěn)定方法以及用于生產(chǎn)帶有敞開結(jié)構(gòu)的纖維復(fù)合構(gòu)件的方法，在生產(chǎn)時執(zhí)行穩(wěn)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知纖維束以所期望的三維形狀放置在成型工具上。例如尤其在編織工藝中將單獨的纖維放置在作為成型工具的所謂的編織芯(Flechtkern)上，以便因此形成閉合的輪廓。只要纖維位于編織芯上，其形成穩(wěn)定的輪廓(例如待生產(chǎn)的構(gòu)件的輪廓)，然而，纖維并未如此穩(wěn)定地彼此相連接，即，其可在沒有失去通過編織工藝產(chǎn)生的輪廓的情況下無問題地從編織芯脫?；蛞崎_。這還適用于其他的方法，在其中已經(jīng)將纖維束以三維的形狀安置在成型工具上或處。因此穩(wěn)定已生產(chǎn)的纖維層。
[0003]已知的是，當(dāng)纖維仍位于成型工具上時，例如執(zhí)行爐中工藝(Ofenprozess)。備選地，還可使用手動的工藝，例如應(yīng)用熨斗，以便實現(xiàn)用熱使編織層穩(wěn)定。
[0004]由文獻(xiàn)US 2012/0085480 Al已知，通過利用超聲波和壓力加載將由纖維材料構(gòu)成的面狀的織造織物或非織造織物固結(jié)成預(yù)成型件。
[0005]已知的穩(wěn)定方法(例如爐中工藝或使用手動的方法)或者是不連續(xù)的且因此不可自動化，或附加地引起很高的加工時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的目的是提供用于穩(wěn)定放置在成型工具上的纖維層的裝置和方法，該方法可連續(xù)且自動化地執(zhí)行。
[0007]該目的通過帶有權(quán)利要求1的特征的穩(wěn)定裝置來實現(xiàn)。
[0008]用于穩(wěn)定在成型工具上的至少一個纖維層的穩(wěn)定裝置以及用于生產(chǎn)帶有敞開結(jié)構(gòu)的纖維復(fù)合構(gòu)件的方法為從屬權(quán)利要求的對象。
[0009]本發(fā)明的有利的設(shè)計方案為從屬權(quán)利要求的對象。
[0010]用于穩(wěn)定形成在成型工具上的、具有結(jié)合材料的至少一個纖維層的穩(wěn)定裝置具有固結(jié)裝置，其帶有用于將超聲波能量施加到纖維層上的至少一個超聲焊極和用于相對于超聲焊極將纖維層定位在預(yù)定的位置中的成型工具。
[0011]如果現(xiàn)在利用超聲焊極將超聲波能量施加到纖維上，纖維開始振動，這引起纖維層的快速的加熱。存在于纖維層中或處的結(jié)合材料尤其為熱塑性的結(jié)合材料，其通過出現(xiàn)的熱活化且因此將纖維層穩(wěn)定在成型工具上。
[0012]成型工具優(yōu)選如此構(gòu)造，S卩，其可相對于超聲焊極將纖維層定位在預(yù)定的位置中，由此可實現(xiàn)自動化的穩(wěn)定方法，此外，可連續(xù)地執(zhí)行該穩(wěn)定方法，例如直至用于生產(chǎn)構(gòu)件輪廓的編織工藝結(jié)束。
[0013]然而，備選地，超聲焊極還可相對于成型工具定位。
[0014]優(yōu)選地，成型工具由鋼、鋁、木頭或CFK形成，且纖維層有利地具有碳纖維、芳族聚酰胺纖維和/或玻璃纖維。
[0015]在有利的設(shè)計方案中，成型工具為編織芯。但在此還可涉及用于由纖維束構(gòu)成的非織造織物、懸掛織物(Drapierung)、纏繞層和織造織物的模子。
[0016]通過用熱來穩(wěn)定可實現(xiàn)，在產(chǎn)物和輪廓件從起成型作用的基體(尤其例如編織芯)脫模之前，不僅如已知的那樣用熱穩(wěn)定面狀的紡織產(chǎn)物(例如織造織物或非織造織物(參見文獻(xiàn)US 2012/0085480 Al)，而且用熱穩(wěn)定三維的本身閉合的輪廓件。
[0017]在此，不僅可有利地實現(xiàn)穩(wěn)定單獨的纖維層，而且更確切地說還可使例如相疊編織的多個纖維層相對彼此穩(wěn)定。
[0018]優(yōu)選地，固結(jié)裝置具有壓力加載裝置以用于為纖維層加載壓力。在此，如果還為纖維層在加載超聲波能量的同時加載壓力，這特別優(yōu)選。因此，除了穩(wěn)定纖維之外，還可有利地實現(xiàn)壓緊，從而生產(chǎn)的預(yù)成型件的最終厚度有利地具有類似于在后來的構(gòu)件中所期望的那樣的厚度。
[0019]有利地，壓力加載裝置具有保持纖維層的、作為壓力底座的成型工具和作為壓力工具的超聲焊極。因此，成型工具有利地用作砧座，從而相比于壓緊的已知的方法(例如參見文獻(xiàn)US 2012/0085480 Al)可取消外部的砧座。此外，如果超聲焊極有利地用作壓力工具(即，用作這樣的元件，利用其壓到纖維層上以用于壓緊)，可同樣有利地取消用于壓力加載的外部元件。
[0020]優(yōu)選地，可同時執(zhí)行壓力和超聲波的施加以及纖維層相對于超聲焊極的定位。這優(yōu)選簡化自動化的配置且有利地有助于可連續(xù)地執(zhí)行纖維的穩(wěn)定和壓緊。
[0021]優(yōu)選地，壓力加載裝置具有壓力控制裝置，以便可將超聲焊極以限定的方式按壓到纖維層上。壓力控制裝置尤其利用比例閥形成。有利地，通過比例閥實現(xiàn)將超聲焊極例如氣動地按壓到編織層處。然而，可使用用于將超聲焊極按壓到纖維層處的所有已知且合適的方法和裝置。
[0022]因此，可有利地將恒定的焊接力施加到一個或多個纖維層上，以便由此優(yōu)選地實現(xiàn)連續(xù)地穩(wěn)定且壓緊纖維。通過將壓力施加到多個纖維層上有利地使纖維層彼此焊接，以便由此生產(chǎn)用于形成纖維復(fù)合構(gòu)件的優(yōu)選的預(yù)成型件。
[0023]有利地，設(shè)置有推進(jìn)裝置以用于使成型工具和超聲焊極相對彼此移動。特別優(yōu)選地，推進(jìn)裝置構(gòu)造成使成型工具相對于超聲焊極連續(xù)地移動。
[0024]然而，還可備選地使超聲焊極相對于固定的成型工具移動。
[0025]有利地實現(xiàn)成型工具和超聲焊極相對彼此的運動。
[0026]由此可有利地通過超聲焊極實現(xiàn)連續(xù)地固結(jié)和壓緊一個或多個纖維層，其中，該工藝可進(jìn)一步有利地自動化地執(zhí)行。
[0027]優(yōu)選地，設(shè)置有冷卻裝置以用于冷卻超聲焊極，從而通過超聲焊極活化的結(jié)合材料可有利地快速地冷卻和硬化。
[0028]在特別優(yōu)選的設(shè)計方案中，超聲焊極浮動地來支承以便相對于纖維層的表面結(jié)構(gòu)匹配其位置。由此可優(yōu)選柔性地處理纖維層幾何結(jié)構(gòu)，因為超聲焊極相對于成型工具不具有在空間上固定的組件，而是柔性地來支承，由此超聲焊極可有利地駛越不同的三維的結(jié)構(gòu)。
[0029]優(yōu)選地，超聲焊極至少在與纖維層相接觸的超聲焊極面處具有低摩擦的涂層。備選地或附加地，還可設(shè)置緩沖薄膜輸送裝置，其將緩沖薄膜引導(dǎo)到纖維層與超聲焊極之間。因此，可有利地在與超聲焊極接觸期間避免纖維的表面損傷或錯誤定向。
[0030]優(yōu)選地，至少一個徑向超聲焊極設(shè)置成包圍成型工具的側(cè)部和至少一個邊緣區(qū)域。因此，可有利地在纖維層的邊緣區(qū)域中實現(xiàn)連續(xù)地固化。
[0031]優(yōu)選地，設(shè)置有成對地布置在成型工具的相對而置的側(cè)部處的超聲焊極(尤其圍繞成型工具彼此錯位地布置的超聲焊極的多個配對部)，以便可有利地同時固結(jié)和壓緊成型工具的相對而置的多個區(qū)域。
[0032]優(yōu)選地，設(shè)置有控制裝置以用于控制壓力控制裝置和/或推進(jìn)裝置和/或超聲焊極。因此可優(yōu)選地實現(xiàn)全自動地控制穩(wěn)定和壓緊工藝。
[0033]控制裝置有利地構(gòu)造成控制由超聲焊極發(fā)出的超聲波的超聲波波幅、成型工具的進(jìn)給和焊接力(即按壓力，其由超聲焊極施加到纖維層上)。
[0034]用于穩(wěn)定放置在成型工具上的、具有結(jié)合材料的至少一個纖維層的穩(wěn)定方法具有以下步驟:
a)提供帶有至少一個超聲焊極和保持纖維層的成型工具的穩(wěn)定裝置；
b)使成型工具相對于超聲焊極行進(jìn)；
c)將超聲波能量施加到纖維層上。
[0035]成型工具優(yōu)選以恒定的進(jìn)給速度行進(jìn)。
[0036]有利地，尤其在將超聲波能量施加到纖維層上的同時將超聲焊極壓到纖維層上，以便因此有利地壓緊纖維層。有利地，按壓可氣動地進(jìn)行，然而，適合于將超聲焊極按壓到纖維層處的所有已知的方法是可行的。
[0037]此外，有利地在將超聲焊極壓到纖維層上之前為超聲焊極設(shè)有低摩擦的涂層。備選地或附加地，還可在超聲焊極與纖維層之間引入緩沖薄膜，以便因此還有利地防止干纖維損傷和錯誤定向。
[0038]特別優(yōu)選地，冷卻超聲焊極。
[0039]用于生產(chǎn)帶有敞開結(jié)構(gòu)的纖維復(fù)合構(gòu)件的方法具有以下步驟:
d)在成型工具上形成至少一個纖維層；
e)將結(jié)合材料設(shè)置在纖維層中和/或纖維層處；
f)執(zhí)行上述說明的穩(wěn)定方法；
g)使固結(jié)的纖維層脫模，尤其切開該纖維層。
[0040]優(yōu)選在步驟d)中尤其通過在成型工具上編織、纏繞、平放、打褶或編織纖維和/或通過將加強(qiáng)補(bǔ)丁施加到所編織的纖維層上和/或通過將纖維層和/或纏繞層置放或沉積到所編織的纖維層處形成多個纖維層。
[0041]優(yōu)選地，將結(jié)合材料層間地設(shè)置到形成纖維層的纖維處。但備選地或附加地，還可將結(jié)合材料在形成纖維層期間施加到纖維層上。
【附圖說明】
[0042]下面借助附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明的實施例。其中:
圖1顯示了穩(wěn)定裝置的第一實施方式，其帶有放置在作為成型工具的編織芯上的纖維層和多個超聲焊極； 圖2顯示了通過圖1的穩(wěn)定裝置的截面；
圖3顯示了圖1的穩(wěn)定裝置，其帶有緩沖薄膜輸送裝置；
圖4顯示了穩(wěn)定裝置的第二實施方式，其具有徑向超聲焊極；
圖5顯示了穩(wěn)定裝置的第三實施方式，其帶有作為用于超聲焊極的推進(jìn)裝置的機(jī)器人；
圖6顯示了位于成型工具上的纖維復(fù)合構(gòu)件的第