專(zhuān)利名稱(chēng)：按載荷流排列的纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的預(yù)成型件的制造方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按載荷流排列的(kraftflussgerechte )纖維復(fù)合結(jié)構(gòu) 的預(yù)成型件的制造方法。本發(fā)明還涉及該方法在制造按載荷流排列的纖維 復(fù)合結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。最后，本發(fā)明涉及用于實(shí)施該方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在所有類(lèi)型的運(yùn)載工具的結(jié)構(gòu)中，特別是在飛行器和航天器的結(jié)構(gòu)中， 也在諸如機(jī)械工程的其它工業(yè)分支中，對(duì)高強(qiáng)輕質(zhì)且有成本效益的材料的 需求越來(lái)越大。特別地，纖維復(fù)合材料具有突出的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)潛力。其原理 在于特別高強(qiáng)且堅(jiān)挺的纖維以按載荷流排列的方式內(nèi)嵌于基體內(nèi)的事實(shí)， 從而通過(guò)使用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)出具有顯著機(jī)械特性的部件，該部件的重量在 可比性能下比鋁結(jié)構(gòu)小典型地為25%,比鋼結(jié)構(gòu)小50%。缺點(diǎn)是材料成本 高，特別是費(fèi)力且主要是手工制造。
因此需要一種間隔放置纖維的自動(dòng)化的方便制造的機(jī)器?，F(xiàn)在，纖維 增強(qiáng)塑料材料的特征在于在小重量下的極其高的強(qiáng)度和堅(jiān)挺度，特別是在 使用諸如碳纖維的定向長(zhǎng)纖維的情況下。它們還具有高的比重量能量吸收 能力和好的疲勞特性。
到目前為止，這一點(diǎn)通過(guò)以按載荷流排列的方式結(jié)合于基體(例如， 環(huán)氧^t脂)中的無(wú)端纖維實(shí)現(xiàn)。根據(jù)增強(qiáng)的方向，能生產(chǎn)出具有方向依賴(lài) 的機(jī)械性能的各向異性材料。例如， 一種材料可以具有在該材料長(zhǎng)度和寬 度上互不相同的特性。至今，現(xiàn)代飛行器和航天器中的高比重的結(jié)構(gòu)重量 由纖維增強(qiáng)塑料材料制成。
現(xiàn)在，最重要的制造方法基于所謂的預(yù)浸料技術(shù)。該技術(shù)包括將增強(qiáng)纖維按平行(單向)方式放置并將其嵌入基體。在固化步驟后生產(chǎn)出巻成 薄層的半成品。在加工期間，這些薄層對(duì)應(yīng)于部件輪廓被切割，并通過(guò)鋪
放^/L、優(yōu)選地用手層壓在一工具層中。隨后在高壓釜中在壓力和溫度下固 化。得到的部件呈現(xiàn)出非常高的輕結(jié)構(gòu)潛力，但該制造費(fèi)力且昂貴。為此， 材料研究者長(zhǎng)期以來(lái)都在解決該問(wèn)題，即，以何種方式能使纖維在自動(dòng)化 方法中按載荷流排列地三維放置，且具有與部件最終輪廓盡可能緊密相配 的輪廓。
為生產(chǎn)具有按載荷流排列的纖維的纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)，目前已經(jīng)針對(duì)包括 預(yù)浸料在內(nèi)的可選應(yīng)用制成了作為紡織半成品的所謂的預(yù)成型件。這些主 要是具有按載荷流排列的纖維取向的二維或三維結(jié)構(gòu)。至今，無(wú)端纖維沿 裝載方向放置，且通過(guò)使用來(lái)自紡織工程的裝置和技術(shù)一一通常是縫紉、 編織等一一進(jìn)行預(yù)先固定。用于制造此類(lèi)預(yù)成型件的設(shè)備和方法的示例7> 開(kāi)于DE 30 03 666 Al、 DE 196 24 912、 DE 197 26 831 Al和DE 100 05 202 Al中。
從US 4,952,366 Al中已知一種類(lèi)似的制造預(yù)成型件的方法和從該預(yù) 成型件制成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，使用無(wú)端纖維增強(qiáng)預(yù)浸料以生產(chǎn)預(yù)成型件。 在預(yù)浸料的傳送中，無(wú)端纖維最初通過(guò)真空吸力固定于預(yù)浸料。因此，從 現(xiàn)有技術(shù)中已知一種纖維敷成層在傳送帶上的傳送方式，這些纖維敷成層 依靠真空吸至傳送帶上。
從DE 30 48 367 Cl中已知一種用于散布纖維束的方法和裝置。在該 方法中，纖維束通過(guò)一凸面被穿透并盡可能寬地鋪散開(kāi)。
從CH 450239中也已知一種用于散布纖維束的方法和裝置。該方法中， 纖維束以迂回方式通過(guò)固定條帶上方。固定條帶的引導(dǎo)面以拱形方式中凸 地彎曲。
從US 2002/0123819 Al中已知一種用于自動(dòng)控制紡織品敷成層散布的 系統(tǒng)。該紡織品敷成層由多個(gè)纖維束構(gòu)成。該系統(tǒng)包括用于測(cè)量每個(gè)纖維 束的縱向邊緣位置的測(cè)量裝置、用于單獨(dú)調(diào)整每個(gè)纖維束的寬度的寬度調(diào) 整裝置、用于調(diào)整每條帶的位置的位置調(diào)整裝置、和用于控制散布操作以使紡織品敷成層具有預(yù)定寬度和位置的控制裝置。該操作過(guò)程中，纖維束 被拉成從彎桿上方通過(guò)。
從DE 695 00 513 T2中已知一種用于鋪放纖維束并將其壓靠在預(yù)成型 件上的分段式的纖維鋪放頭。該纖維鋪放頭由于其分段特性而具有彈性， 因此能針對(duì)不規(guī)則的模塊更好地調(diào)節(jié)壓力。該鋪放頭包括能用于將各個(gè)長(zhǎng) 纖維束壓靠在預(yù)成型件上的壓力輥。為形成分段式的纖維鋪;故頭，該壓力 輥包括多個(gè)單獨(dú)的輪盤(pán)?？偣?6個(gè)單獨(dú)的纖維束通過(guò)纖維束導(dǎo)向部件送至 纖維鋪放頭。
從EP 0 491 353 Al中已知一種在機(jī)械手上包括鋪放頭的多軸纖維鋪 放機(jī)。該鋪放頭包括能用于將纖維壓實(shí)且壓緊的壓力輥。該鋪放頭將紗加 工成帶，并將帶放置于旋轉(zhuǎn)支承的預(yù)成型件上。該紗預(yù)先用樹(shù)脂浸漬。各 元件是溫控的，以便調(diào)整各加工步驟中樹(shù)脂的粘結(jié)性。特別地，可以加熱 壓力輥以增強(qiáng)該壓緊操作的粘結(jié)性。本例中，紗同樣通過(guò)纖維導(dǎo)向部件從 供線(xiàn)軸送至鋪放頭。
從FR 2882681中也已知一種用于生產(chǎn)纖維增強(qiáng)復(fù)合結(jié)構(gòu)的纖維鋪放 機(jī)。該鋪放機(jī)包括用于提供纖維束的鋪放頭。該鋪放頭也包括用于將纖維 放置于預(yù)成型件上的鋪放輥。此外，該鉸接于機(jī)械手端部的鋪放頭裝備有 用于在鋪放前不久向每個(gè)纖維涂抹樹(shù)脂的裝置。因此，作為粘合劑的熱塑 材料可由鋪放頭提供。該鋪放頭還包括用于將纖維束切割為預(yù)定長(zhǎng)度的切 割裝置。該切割裝置設(shè)置在用于涂抹樹(shù)脂的裝置的上游。纖維束從切割裝 置向鋪放輥的傳送借助于空氣實(shí)現(xiàn)。此外，裝備有用于冷卻與鋪;改輥接觸 的纖維束的冷卻裝置以調(diào)整粘結(jié)性。在用于涂4未樹(shù)脂的裝置中，可以裝備 加熱元件從而調(diào)整用于定量供應(yīng)和涂抹的樹(shù)脂的粘度。該鋪放頭被供給多 個(gè)并排放置并結(jié)合成纖維帶或纖維條的纖維束。為此，提供有將無(wú)端纖維 束從供線(xiàn)軸引導(dǎo)至鋪放頭的傳送裝置。
從DE 103 01 646 Al中已知一種絲或纖維鋪放裝置及其生產(chǎn)方法。該 方法中，纖維束材料的各纖維束片段在沒(méi)有張力的情況下被鋪放。這一點(diǎn) 通過(guò)多個(gè)組合的鋪放和分離裝置實(shí)現(xiàn)，該裝置除了用于鋪放各纖維束的鋪放功能之外還具有用于分離纖維束片段的分離功能。該鋪放分離裝置是管 狀的且可能具有一定的散布功能，從而使初始具有圓形橫截面的纖維束變 成平的且接近為矩形的橫截面。鋪放通常使用平行的相鄰纖維束片段進(jìn)行。 被鋪放的每個(gè)纖維束片段在下表面的固定可通過(guò)具有附加的散布作用的夾 緊裝置或粘貼實(shí)現(xiàn)。
然而考慮到其實(shí)施和加工技術(shù)，已知的用于制造預(yù)成型件的方法是復(fù) 雜的。尤其是對(duì)于希望具有變化密度的彎曲的載荷流線(xiàn)的部件，不可能使 用先前的方法來(lái)制造相應(yīng)的按載荷流排列的部件。特別地，纖維不能沿確 定的曲線(xiàn)路徑任意取向，且纖維含量不能局部變化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種按載荷流排列的纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的紡 織半成品的制造方法和設(shè)備，其中，纖維能夠更好且更容易地適應(yīng)于復(fù)雜 的載荷流。特別地，本發(fā)明的目的在于提供一種更簡(jiǎn)單的用于制造按載荷 流排列的部件的方法，其中，纖維可沿確定的曲線(xiàn)路徑任意取向，且纖維 含量可局部變化。
該目的通過(guò)一種包括所附權(quán)利要求1的步驟的按載荷流排列的纖維復(fù)
合結(jié)構(gòu)的預(yù)成型件的制造方法和具有權(quán)利要求30所述特征的用于實(shí)施該 制造方法的設(shè)備實(shí)現(xiàn)。該制造方法的有益應(yīng)用是獨(dú)立權(quán)利要求29的主題。 本發(fā)明的有利實(shí)施方式是從屬權(quán)利要求的主題。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可通過(guò)首先提供平的纖維帶來(lái)制造預(yù)成型件。 為此，根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，將纖維絲束、優(yōu)選地是紗散布/鋪散成平的。
根據(jù)該方法的不同實(shí)施例，通過(guò)首先提供以預(yù)浸漬的半成品存在的纖 維帶來(lái)獲得平的纖維帶。預(yù)浸漬的纖維半成品可以例如以預(yù)浸料的形式或 者以用熱塑材料浸漬過(guò)的纖維半成品的形式獲得。該半成品可包括尤其是 沿纖維帶的縱向方向的單向纖維或纖維織物。
從該平的纖維帶上切割預(yù)定長(zhǎng)度的纖維帶片段(下文也稱(chēng)作片段)， 該平的纖維帶例如以散布的纖維絲束的形式存在，或者以用粘合劑材料預(yù)浸漬的半成品的形式存在。其后，纖維帶片段由鋪放裝置拾撿，并被放置 于預(yù)定位置。在該預(yù)定位置處，纖維帶片段由粘合劑材料固定。重復(fù)纖維 帶片段的切割、放置和固定，使得纖維帶片段^i文置并固定于不同的預(yù)定
位置。優(yōu)選地，這一點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式是，通it^目互固定和/或固定于可能的附 加的預(yù)成型件組成部分的片段形成具有按負(fù)載流排列的纖維取向的希望的 預(yù)成型件。通過(guò)這種方式還可能例如通過(guò)以按負(fù)載流排列的方式放置于特 別地承受應(yīng)力的位置處的片段來(lái)特別地加固按傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的預(yù)成型件。
還可以被稱(chēng)作纖維片段預(yù)成型技術(shù)的本發(fā)明通過(guò)特殊的鋪放方法實(shí)現(xiàn) 了短纖維片段(片段)在精確位置的鋪放。預(yù)成型件的所需特性可通過(guò)纖 維片段的取向和數(shù)量來(lái)滿(mǎn)足。
切割成短纖維片段使得能夠?qū)崿F(xiàn)沿著更加彎曲的路徑的取向。試驗(yàn)表 明，盡管用短纖維片段來(lái)代替無(wú)端纖維結(jié)構(gòu)，但是仍然能得到很高的強(qiáng) 度一一特別是因?yàn)榫_的取向和更好的適應(yīng)性一一從而相比于單純的紡織 品預(yù)成型方法顯著簡(jiǎn)化了鋪放過(guò)程。
通過(guò)鋪放平的短切纖維片段，根據(jù)本發(fā)明的方法能夠制造按載荷流排 列的預(yù)成型件。在優(yōu)選實(shí)施例中，纖維切割工具切割特殊預(yù)制的用粘合劑 浸漬過(guò)的纖維帶、或者從之前用粘合劑浸漬過(guò)的半成品材料獲得的纖維帶， 并將其傳送至真空帶傳送器。纖維帶片段在該真空傳送器中被分離，并被 傳送至鋪放裝置。纖維帶片段向鋪放裝置的鋪放頭的傳送通過(guò)抽吸模塊和 吹放模塊的結(jié)合平穩(wěn)地進(jìn)行。在一優(yōu)選實(shí)施例中，鋪放頭上裝備有加熱裝 置，以用于在纖維帶片段向其鋪放位置傳送過(guò)程中將其從環(huán)境溫度加熱并 從而活化粘合劑。該鋪放頭將纖維帶片段壓在預(yù)定位置上，并優(yōu)選地通過(guò) 吹放脈沖移開(kāi)。隨后鋪放頭返回其初始位置。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)和/或其優(yōu)選實(shí)施例能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的纖維預(yù)成型件的 全自動(dòng)化生產(chǎn)。諸如纖維含量、纖維取向和曲率半徑等參數(shù)可大程度地變 化。
在使用特殊預(yù)制的平的纖維帶的實(shí)施例中，用于固定纖維帶片段的粘 合劑材料優(yōu)選涂抹于纖維絲上，該粘合劑材料優(yōu)選是熱活化的粘合劑材料，例如是熱塑材料。關(guān)于該工藝方法，當(dāng)粘合劑材料以粉末狀存在且涂抹于 纖維絲上、并在短時(shí)間加熱后粘附在其上時(shí)，能夠容易地實(shí)現(xiàn)。盡管可以 在切割操作和放置間的傳送過(guò)程中涂抹粘合劑材料，但是，結(jié)果表明，當(dāng) 粘合劑材料預(yù)先被涂抹于纖維絲上時(shí)，該技術(shù)方法可以更簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。當(dāng) 粘合劑材料在散布操作和切割操作之間被涂抹于纖維絲束上時(shí)，能實(shí)現(xiàn)良 好的分配和容易的涂抹。
在使用預(yù)先浸漬的半成品來(lái)提供平的纖維帶的實(shí)施例中，優(yōu)選^f吏用預(yù) 浸料或熱塑帶作為預(yù)先浸漬的半成品。因此，不必首先向用于分送纖維的 原材料提供粘合劑材料。事實(shí)上，原材料已經(jīng)以適合該方法的初始形式存 在。
也可使用從薄的織物獲得的片段。如果使用紡織半成品，則纖維可以 同時(shí)在不同的纖維方向放置。例如，纖維的織物以至少兩種不同的纖維取
向(例如0。和90。)形成。
特別地，通過(guò)使用該較簡(jiǎn)單的纖維片段技術(shù)，能夠以類(lèi)似于快速成型 工藝的方式生產(chǎn)原型/樣品。在進(jìn)行更多復(fù)雜的制造工藝之前可以對(duì)這些部 件進(jìn)行減少了特定因素的材料特性方面的測(cè)試。
為了也能生產(chǎn)復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，還優(yōu)選地在放置操作過(guò)程中將纖維帶 片段壓在用于預(yù)成型件的成形表面的一部分上。這一點(diǎn)優(yōu)選地通過(guò)在鋪放 頭上使用具有彈性壓力表面的鋪放模實(shí)現(xiàn)。
切割出的纖維帶片段或片段越短，則沿纖維方向按順序前后放置的纖 維帶片段的不同取向所形成的曲率半徑越小。因此，為形成該纖維帶片段, 優(yōu)選的切割長(zhǎng)度小于約20cm，特別地小于約10cm。當(dāng)纖維帶片段非常短 時(shí)，對(duì)用于處理該纖維帶片段的裝置的^"求提高，特別是對(duì)必須在距離相 應(yīng)變短時(shí)實(shí)現(xiàn)盡可能精確的切割的切割裝置的要求提高，和對(duì)必須在預(yù)成 型件的給定區(qū)域上鋪放更多纖維帶片段的鋪放裝置的要求提高。因此，優(yōu) 選大約10mm作為纖維帶片段長(zhǎng)度的下限參數(shù)。這些尺寸規(guī)格可根據(jù)要生 產(chǎn)的部件的尺寸相應(yīng)變化。
根據(jù)本發(fā)明，鋪放裝置的鋪;故頭一一優(yōu)選是自動(dòng)的一一被控制成使得
13其能夠在拾撿各纖維帶片段的至少一個(gè)或多個(gè)拾撿位置與放置各纖維帶片 段的相應(yīng)的預(yù)定位置之間往復(fù)移動(dòng)。
為了在切割操作后分離或充分地相互間隔纖維帶片段或片段，以允許 鋪放裝置按順序逐個(gè)可靠地拾撿纖維帶片段，通過(guò)傳送裝置進(jìn)行傳送的傳 送速度優(yōu)選地高于將散布的纖維絲束傳送至切割裝置的傳送速度。
為了精確定位纖維帶片段，還優(yōu)選將各片段保持在傳送裝置和/或鋪放 裝置、特別是其鋪放頭上。這一點(diǎn)可以?xún)?yōu)選地通過(guò)氣力、特別地通過(guò)抽吸 和吹放操作實(shí)現(xiàn)。通過(guò)抽吸保持片段的優(yōu)點(diǎn)在于，各纖維帶片段一一特別 地如果這些片段是散布的且各個(gè)絲優(yōu)選地已經(jīng)預(yù)先由粘合劑材料固定一一 可以平而不扭曲地被支承。纖維帶片段可以由于其平的例如是散布的形式 而容易地被保持。
紗、特別是碳紗優(yōu)選作為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例被散布的絲束，以提 供原材料。
例如，纖維帶片段或片段被放置成使得它們?cè)谶吘墔^(qū)域部分重疊，從 而纖維帶片段可互相固定。另一方面，相鄰纖維帶片段的重疊是不希望的， 因?yàn)橄噜徖w維帶片段的重疊纖維會(huì)導(dǎo)致增厚，從而影響強(qiáng)度。當(dāng)片段或纖 維帶片段沿弧形切割線(xiàn)、尤其是沿圓弧形切割線(xiàn)被切割時(shí)，會(huì)在每個(gè)纖維 帶片段的一端形成凹形的切口區(qū)域，而在另 一端形成互補(bǔ)的凸形的切口區(qū) 域。纖維帶片段因此可以相鄰放置，其相應(yīng)的弧形切口互相鄰接，從而減 少了重疊或間隙。特別在圓弧形切口中，纖維帶片段可相互緊鄰地取向且 具有相互不同的纖維取向，而不產(chǎn)生增厚或重疊。
纖維帶片段在預(yù)成型件中在其預(yù)定位置和預(yù)定取向的固定可例如通過(guò) 左右相鄰的纖維帶片段或通過(guò)交錯(cuò)放置的附加纖維帶片段層實(shí)現(xiàn)，其中，
分，例如固定于傳統(tǒng)的纖維敷成層，特別是在用于預(yù)成型件的局部加固的 纖維片段技術(shù)被使用的情況下。
因此，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法可以獲得一種具有適當(dāng)數(shù)量和取向的片 段的拼接鋪放的預(yù)成型件。


將通過(guò)附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，其中 圖1是生產(chǎn)按載荷流排列的纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)所用的預(yù)成型件的制造設(shè)備 的示意性總圖la是圖1的設(shè)備的可供選擇的實(shí)施例在點(diǎn)劃線(xiàn)標(biāo)識(shí)的分界面處的示 意圖2是圖1所示設(shè)備的展開(kāi)裝置的示意圖，該展開(kāi)裝置用于展開(kāi)在根 據(jù)圖1的設(shè)備中加工的纖維絲束；
圖3是圖2的展開(kāi)裝置中所用的位置傳感器的示意性透視圖及其特性 曲線(xiàn)；
圖4是散布裝置的透視圖，用于說(shuō)明根據(jù)圖1的設(shè)備中所用的纖維絲
束的散布的操作原理；
圖5是用于根據(jù)圖1的設(shè)備中的散布裝置的示意性透視圖6a是用于根據(jù)圖1的設(shè)備中的松放裝置的示意性側(cè)視圖6b是圖6a的松放裝置的操作原理的示意圖7是用于根據(jù)圖1的設(shè)備中的粘合劑浸漬裝置的示意性側(cè)視圖8是制造預(yù)成型件的設(shè)備的一實(shí)施例中所使用的切割及鋪放裝置的
組合的示意性側(cè);現(xiàn)圖9/10是圖8的切割裝置的操作原理的示意圖11是通過(guò)圖1或圖8所示的設(shè)備之一鋪放纖維的預(yù)定路徑的示意
圖12是通過(guò)圖l所示的設(shè)備鋪放的一系列纖維帶片段；
圖13是要在圖l或圖8所示的設(shè)備中制造的預(yù)成型件的示意圖14是根據(jù)圖l或圖8的鋪放裝置中所用的鋪放頭的示意性剖面圖15是圖14的鋪放頭的仰視圖；和
圖16是圖8的鋪放裝置的詳細(xì)的示意性透視圖。
1具體實(shí)施例方式
圖1示出了總體由附圖標(biāo)記10表示的預(yù)成型件制造設(shè)備的總視圖。該
預(yù)成型件制造設(shè)備允許用按載荷流排列的纖維絲制造復(fù)雜的紡織半成品， 以便即使在半成品具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的情況下也能以簡(jiǎn)單的方式制造纖維復(fù)合 結(jié)構(gòu)。該紡織半成品;f皮稱(chēng)作預(yù)成型件。這些預(yù)成型件由通過(guò)粘合劑材料固 定的各短纖維段在根據(jù)圖1的設(shè)備中制造，這些纖維段可以預(yù)先從經(jīng)特別 預(yù)處理的纖維絲束或纖維帶中切割得到。因此，預(yù)成型件制造設(shè)備可包括
用于纖維帶14的可能的準(zhǔn)備工作的準(zhǔn)備模塊12和用于切割并鋪放纖維帶 片段的切割及鋪放模塊16。由點(diǎn)劃線(xiàn)表明模塊12和16間可能的分界15。
圖1示出了該切割及鋪放模塊16的第一實(shí)施例；該切割及鋪放才莫塊 16的第二實(shí)施例在圖8中示出。
首先參考圖1說(shuō)明預(yù)成型件制造設(shè)備10的整體結(jié)構(gòu)和操作原理。其后 將參考

各模塊。
如圖1所示，預(yù)成型件制造設(shè)備10包括展開(kāi)裝置18、散布裝置20、 粘合劑浸漬裝置22、切割裝置24、傳送裝置26、鋪放裝置28和預(yù)成型件 30。各裝置18、 20、 22、 24、 26、 28和30可各自獨(dú)立工作，且可用于在 沒(méi)有相應(yīng)其它裝置時(shí)實(shí)現(xiàn)其預(yù)期目的。當(dāng)前乂>開(kāi)內(nèi)容因此分別且單獨(dú)地包 括各裝置12、 16、 18、 20、 22、 24、 26、 28、 30。
展開(kāi)裝置18用于提供諸如紗32的纖維絲束。如下文更詳細(xì)地說(shuō)明， 展開(kāi)裝置18的構(gòu)造方式使得紗32可以不扭曲地^0艮開(kāi)。為制造碳纖維增 強(qiáng)(CFC)部件，所說(shuō)明的實(shí)施例中使用了碳紗。
散布裝置20用于盡可能寬地散布紗32的各絲，以便從并排放置的各 絲的盡可能少的層中提供盡可能平的纖維帶14。為此，散布裝置20包括 下文將更詳細(xì)說(shuō)明的散布器34和松放器36。
粘合劑浸漬裝置22用于向纖維帶14的絲和/或其各纖維帶片段提供粘 合劑材料38，該粘合劑材料用于在預(yù)成型件中固定纖維帶片段。在圖l所 示的實(shí)施例中，粘合劑浸漬裝置22形成準(zhǔn)備才莫塊12的一部分，且因此用 于為散布的纖維帶14提供粘合劑材料38。在未詳細(xì)說(shuō)明的預(yù)成型件制造
16設(shè)備10的實(shí)施例中，粘合劑浸漬裝置22可附加地或可選擇地與切割及鋪
放模塊16相關(guān)，從而為已切割得到的纖維帶片段提供粘合劑材料38。 切割裝置24設(shè)計(jì)成用于從纖維帶14切割確定長(zhǎng)度的段(纖維段)。
下文中，各纖維帶片段指的是片段40、 40，、 40"。
傳送裝置26用于分離片段40并將其傳送至鋪放裝置28。
鋪放裝置28構(gòu)造成使得其能夠拾撿各片段40并將其放置于確定位置，
在本例中放置于預(yù)型件30上。預(yù)型件30用于為預(yù)成型件42提供預(yù)定的三
維表面設(shè)計(jì)。
預(yù)成型件制造設(shè)備10還包括具有多個(gè)控制器44a、44b的控制裝置44。 控制裝置44控制各裝置12、 18、 20、 22、 26、 30,《吏得預(yù)成型件42由各 片段40以拼接的方式構(gòu)成。
因此，預(yù)成型件制造設(shè)備10使得下述用于按載荷流排列的纖維復(fù)合結(jié) 構(gòu)的預(yù)成型件42的制造方法能自動(dòng)進(jìn)行
在一優(yōu)選實(shí)施例中，以紗32形式存在的纖維絲束被散布，且被供給粘 合劑材料38，該粘合劑材料在該實(shí)施例中是熱活化的。
根據(jù)一種更簡(jiǎn)單的技術(shù)，已經(jīng)預(yù)先浸漬的半成品以纖維帶的形式被提 供，因此不需要使用準(zhǔn)備模塊16。該纖維帶已經(jīng)被供給有熱活化的粘合劑 材料。該半成品例如是纖維帶，或來(lái)自預(yù)浸料的纖維織品帶，或者以熱塑 帶的形式存在。
在這兩種技術(shù)中，由此提供的用粘合劑浸漬或預(yù)先浸漬的纖維帶14 隨后被切割為確定長(zhǎng)度的段，即片段40。分離該片段40并將其傳送至鋪 放裝置28。鋪放裝置28將每個(gè)片段放置于其各自在預(yù)型件30上的預(yù)先確 定的位置46，并將片段40壓靠在預(yù)型件30上。
因此，使用預(yù)成型件制造設(shè)備IO能實(shí)現(xiàn)一種纖維片段預(yù)成型技術(shù)，其 能通過(guò)特殊的鋪放方法實(shí)現(xiàn)短纖維段的精確定位。預(yù)成型件42的所需特性 可通過(guò)纖維段的取向和數(shù)量獲得。因此可以沿確定的曲線(xiàn)路徑確定纖維取 向，且纖維含量可以局部變化。
通過(guò)散布的短切纖維帶片段一一片段40—一的鋪放，可以制造最佳地按載荷流排列的預(yù)成型件42。纖維切割裝置48將經(jīng)特別預(yù)制的粘合劑浸 漬的纖維帶14切割成短段并將其傳送至傳送裝置26的真空帶傳送器50。
片段40從真空帶傳送器50向鋪放裝置28的鋪放頭52的傳送通過(guò)抽 吸和^L模塊的組合結(jié)構(gòu)平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)。鋪放頭52在片段40傳送至其放置 位置期間將其加熱，從而活化粘合劑材料38。鋪放頭52將片段40壓在預(yù) 先確定的位置上，并隨后通過(guò)吹放脈沖移開(kāi)。隨后，鋪放頭52返回初始位 置。
該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的纖維預(yù)成型件的全自動(dòng)生產(chǎn)。諸如纖維含量、纖 維取向和曲率半徑等參數(shù)可大范圍地變化。
在此處說(shuō)明的實(shí)施例中，使用散布的碳纖維代替紡織半成品來(lái)制造預(yù) 成型件42，或者使用預(yù)浸漬的紡織半成品作為原材料，該原材料被特殊切 割，以用于制造預(yù)成型件42。與預(yù)先制造的使用長(zhǎng)纖維的層相比，纖維的 長(zhǎng)度4艮短(只有幾厘米)。在片段40中，通過(guò)短纖維的精確定位，可獲得 類(lèi)似于長(zhǎng)纖維復(fù)合物的高機(jī)械特性。
短纖維可沿復(fù)雜的載荷流相對(duì)精確地^L置。上述用于制造這種預(yù)成型 件的紡織品切割僅僅使得能設(shè)定最佳取向。因此通過(guò)此處說(shuō)明的技術(shù)可以 生產(chǎn)極端的幾何形狀。該制造方法是全自動(dòng)的，且可以實(shí)現(xiàn)預(yù)成型件內(nèi)的 厚度變化和/或改變纖維體積含量。
在圖1說(shuō)明的預(yù)成型件制造設(shè)備10的實(shí)施例中，使用激光54作為切 割及鋪放模塊16中的纖維切割工具48。該激光是過(guò)程控制的，且可以相 對(duì)纖維帶14精確移動(dòng)。此外，在圖1中，機(jī)械手示出為用于移動(dòng)鋪放頭的 機(jī)械鋪放系統(tǒng)184。預(yù)型件30可相對(duì)于該機(jī)械手按確定方式精確地移動(dòng)和 旋轉(zhuǎn)，從而以簡(jiǎn)單方式產(chǎn)生預(yù)成型件42的復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)。
概括地說(shuō)，此處說(shuō)明的纖維片段預(yù)成型技術(shù)的原理基于盡可能寬地散 布碳纖維紗32、將其用粘合劑粉末涂覆、并通過(guò)使用新型切割技術(shù)將其切 割為確定長(zhǎng)度的段，即所謂的片段40。
纖維片段預(yù)成型技術(shù)的另 一實(shí)施例的原理基于通過(guò)使用該切割技術(shù)將 預(yù)浸漬的半成品纖維帶切割為確定長(zhǎng)度的段，即片段40。在這兩個(gè)實(shí)施例中，這些片段40隨后由特殊的鋪放裝置28拾撿、放 置于預(yù)定位置并由粘合劑材料38固定。這樣能實(shí)現(xiàn)最大變化的部件幾何形 狀和纖維結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。
在優(yōu)選的制造方法中使用了散布纖維。纖維散布形成了避免纖維端在 稍后的復(fù)合材料中的局部積聚的J^出，因?yàn)榫植糠e聚引起應(yīng)力集中，這在 最壞情況下可能導(dǎo)致部件的故障。散布減小了紗32的厚度。因此更多連續(xù) 的纖維可到達(dá)纖維端的影響區(qū)域且補(bǔ)償應(yīng)力的最高值。此外，在重疊鋪放 時(shí)，位于紗32的切割端上的階梯部或肩部減小。在無(wú)散布的紗中，該階梯 部或肩部可以高達(dá)250 ju m,且可能導(dǎo)致位于其頂部上的碳纖維偏離載荷流 方向。此外，該處可能形成富含樹(shù)脂的區(qū)域，這將不利地影響材料的強(qiáng)度。
為了盡可能有效地實(shí)施散布操作，應(yīng)該避免紗32的扭曲，因?yàn)闄M向運(yùn) 動(dòng)的長(zhǎng)絲會(huì)再次束緊散布的紗。散布狀態(tài)的紗32內(nèi)的張力應(yīng)該是恒定的， 因?yàn)樯⒉紝挾群蜕⒉假|(zhì)量可能受張力差異的影響。
下文參考圖2更詳細(xì)說(shuō)明的展開(kāi)裝置18用于實(shí)現(xiàn)紗32以非扭曲狀態(tài) 從供線(xiàn)軸56的傳送并補(bǔ)償紗32在其從供線(xiàn)軸56抽出時(shí)的擺動(dòng)。為此，展 開(kāi)裝置18包括供線(xiàn)軸56的活動(dòng)支架58，該活動(dòng)支架58設(shè)計(jì)成使得供線(xiàn) 軸56可相應(yīng)地接合紗32的正^^艮開(kāi)的部分的位置，從而使展開(kāi)位置盡量 保持恒定。
為此，支架58包括沿直線(xiàn)導(dǎo)軌60支承的滑動(dòng)部分62。該滑動(dòng)部分62 可依靠步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)，在所示實(shí)施例中，在供線(xiàn)軸56的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的方向上 依靠傳動(dòng)螺桿64移動(dòng)?；瑒?dòng)部分62由帶有集成的控制器的電機(jī)66驅(qū)動(dòng)。 傳感器68監(jiān)控紗32的當(dāng)前位置70，并從而控制電機(jī)66的旋轉(zhuǎn)。
在圖3中連同其特性曲線(xiàn)一起示出的光敏二極管72用作傳感器68。 光敏二極管72的二極管隊(duì)列記錄紗32的陰影并通過(guò)放大電路(未進(jìn)一步 示出)將該位置作為模擬信號(hào)輸出。陰影的中心對(duì)應(yīng)于才艮據(jù)位置變化的特 定電壓。該模擬信號(hào)作為雙極張力信號(hào)傳送至電機(jī)66的控制器，O伏特對(duì) 應(yīng)于傳感器中心。此外，傳感器68暴露在來(lái)自IR-LED聚光燈的諸如 lOKHz的特定頻率的閃光下，以避免測(cè)量信號(hào)受環(huán)境光照的影響。傳感器68被最優(yōu)化以滿(mǎn)足補(bǔ)償供線(xiàn)軸56上的紗32的位置的展開(kāi)操作的特殊要 求，也允許對(duì)諸如中心的移動(dòng)的進(jìn)一步調(diào)整和對(duì)彎曲度的調(diào)整?？臻g分析 光敏二極管72和可控伺服電機(jī)66相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)在于，依靠紗32的當(dāng)前移 動(dòng)速度實(shí)現(xiàn)相對(duì)的運(yùn)動(dòng)。相對(duì)低速的補(bǔ)償移動(dòng)在低的展開(kāi)速度下實(shí)現(xiàn)，而 高的展開(kāi)速度實(shí)現(xiàn)相應(yīng)較快的相對(duì)的運(yùn)動(dòng)。這使得正^it開(kāi)的紗32能作為 平的帶或帶子74幾乎不擺動(dòng)。在展開(kāi)裝置18的端部，紗32以S形運(yùn)動(dòng)繞 兩個(gè)小線(xiàn)軸75通過(guò)，所述小線(xiàn)軸在本例中是兩個(gè)縮腰不銹鋼線(xiàn)軸，它們附 加地平息最終擺動(dòng)。不同于圖l所示方式，展開(kāi)裝置18也可完全獨(dú)立自主 地操作，即，獨(dú)立于其它模塊且通常只需要諸如電連接的電力供給。
在展開(kāi)裝置18之后，紗32通過(guò)散布裝置20中的散布線(xiàn)。
如上文所述，散布裝置20包括散布器34，散布器34在圖5中更詳細(xì) 示出，其作用原理參考圖4進(jìn)行說(shuō)明。
圖4示出了從DE 715801 A中已知的傳統(tǒng)散布原理的基本布局。此處， 纖維束14連續(xù)地經(jīng)過(guò)彎桿76和之后的直桿78。在圖4所示的傳統(tǒng)已知的 半徑散布器中，直桿和彎桿的結(jié)合提供了作用于重新定向的纖維上的拉力。 現(xiàn)在也作用有一力，通過(guò)該力將纖維壓在彎桿上。在偏轉(zhuǎn)的最高點(diǎn)處，絲 受最大力。該力隨著距該點(diǎn)距離的增加而減小。這意^^未著，絲如果在彎桿 上向外側(cè)移動(dòng)就可能規(guī)避載荷。然而，散布操作的結(jié)果取決于作用于纖維 上的拉力、纖維和桿間的摩擦力、桿相互間的位置和桿的曲率。如果曲率 極端，則作用于最高點(diǎn)和外側(cè)位置間的力相差太大，從而桿的表面摩擦不 再起作用。絲將突然外移，即，紗32將滑出或分離。如果曲率不足，則散 布率(Spreizverh,nisses )將會(huì)太小。
為此，圖4中所示的半徑散布器不適于紗32的準(zhǔn)備用于工業(yè)規(guī)模的預(yù) 成型件制作的工業(yè)加工。特別地，紗32中諸如扭曲、間隙或重疊的缺陷將 導(dǎo)致散布材料滑出或分離。
對(duì)于圖5所示的散布器34，與要被散布的紗或其它纖維絲束的材料的 質(zhì)量有關(guān)的問(wèn)題在于，紗32或纖維絲束被反復(fù)地重新鋪放于至少 一個(gè)中凸 彎曲的散布棱上。為此，散布器34包括至少一個(gè)中凸彎曲的散布棱80，
20該散布棱通過(guò)至少一個(gè)垂直于紗32或任何其它纖維絲束的縱向延伸方向 的導(dǎo)向部件相對(duì)于紗32或任何其它纖維絲束移動(dòng)，從而將其在張力下鋪放 于中凸彎曲的散布棱80上，并隨后通過(guò)至少一個(gè)導(dǎo)向部件豎直地從紗32 或纖維絲束移開(kāi)，從而使纖維絲束與散布棱80分離。
在其實(shí)際結(jié)構(gòu)中，該至少一個(gè)散布棱80形成于旋轉(zhuǎn)軸84上的徑向伸 出部82上。
在根據(jù)圖5所示的實(shí)施例的優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，至少兩個(gè)棱一一其中至少一 個(gè)設(shè)計(jì)為中凸彎曲的散布棱80——可M目反方向向紗32或纖維絲束移動(dòng)。 為此，該實(shí)施例提供了兩個(gè)具有徑向伸出部82的旋轉(zhuǎn)軸84、 86。該旋轉(zhuǎn) 軸84、 86以彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)。
除了形成有中凸彎曲的散布棱80的第 一徑向伸出部82之外， 一優(yōu)選 實(shí)施例還提供有尾部為直棱卯的第二徑向伸出部88。因此提供了一種散 布裝置，其中至少一個(gè)中凸彎曲的散布棱80和至少一個(gè)直散布棱卯可從 相反方向向紗32或纖維絲束移動(dòng)，直至該紗32或纖維絲束以類(lèi)似于圖4 所示的方式在棱80、 90之間散布。棱80、 90也可反向地返回以釋放紗32 或纖維絲束。
在參考圖5的實(shí)施例中，由于形成徑向伸出部82、 88的多個(gè)翼板94
86上，因此，這一點(diǎn)特別容易實(shí)現(xiàn)。翼板94大體沿軸向延伸，棱80或90 形成于其徑向最外的區(qū)域上。包括直棱90的翼板94在周向方向上跟隨有 包括中凸徑向向外彎曲的散布棱80的翼板，該翼板又跟隨有包括直棱90 的翼板94，諸如此類(lèi)9
在不同實(shí)施例中，全部翼板94的棱設(shè)計(jì)為徑向向外彎曲的散布棱80 。 通過(guò)設(shè)置在以相反方向移動(dòng)的活動(dòng)部件上一一在本實(shí)施例中是兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸 84、 86上，纖維分別在兩個(gè)反向彎曲的散布棱80間散布。
以這種方式，散布器34設(shè)計(jì)成用于將紗32反復(fù)放置于散布棱80上的 所謂的翼板型散布器。此外，紗32或纖維絲束上的最后一層由于交替的彎 曲/曲折操作而斷開(kāi)，絲100可相互獨(dú)立地移動(dòng)。散布裝置20中的設(shè)計(jì)為翼板型散布器的散布器34在紗32的傳送方向 上跟隨有松放器36，該松放器在本實(shí)施例中設(shè)計(jì)為根據(jù)所謂的Fukui原理 的抽吸室。抽吸室96可以具有US-A-6 032 342中說(shuō)明的一種類(lèi)型。被松 放且預(yù)先散布的紗32通過(guò)強(qiáng)的層流氣流98被抽吸進(jìn)抽吸室96。使空氣圍 繞各絲100流動(dòng)，從而使絲可較容易地相互上下滑動(dòng)。此外，抽吸室96 能補(bǔ)償紗32的張力的微小變動(dòng)。
在塑料纖維的生產(chǎn)中，絲束被頻繁地自由引導(dǎo)并通過(guò)小孔。在此操作 過(guò)程中，部分絲100可繞絲束其它部分扭曲，并導(dǎo)致紗在制造時(shí)已經(jīng)^:束 緊。當(dāng)絲束巻繞在紗軸上后，這些缺陷幾乎不可見(jiàn)，因?yàn)榻z束在平的狀態(tài) 下被巻起。但當(dāng)絲束已經(jīng)在散布器34中被松放后，橫向行進(jìn)的紗部分清晰 可見(jiàn)。該作用可能導(dǎo)致紗32中的間隙和移位，這會(huì)不利地影響散布質(zhì)量。
為實(shí)現(xiàn)盡可能均勻的散布式樣，本發(fā)明一未明確示出的實(shí)施例提供了 一種多級(jí)散布操作，其散布率逐步增加。為此，提供有用于將紗32散布為 例如在8和16mm間取值的第一寬度的第一散布器34和第一松放器36。 其后跟隨有比第一散布器寬的另一散布器34和比第一卡〉放器的尺寸大的 另一松放器36，以便能散布為例如在20和35mm間取值的更大寬度。
此后，紗32呈寬的薄帶狀，即，纖維帶14。
在進(jìn)一步過(guò)程中，纖維帶14仍被提供以少量的粘合劑材料38。
理論上，在30mm寬的精確散布的12k的紗中只有三根絲重疊放置。 本例中假定了 7um的絲100的直徑和最大包裝/存儲(chǔ)密度。但實(shí)際上紗32 仍包括可能局部地導(dǎo)致較厚部分和因此較多的絲端的散布缺陷。
由此散布的紗32的使用粘合劑材料38的浸漬在粘合劑浸漬裝置22 中進(jìn)行，其原理在圖7中說(shuō)明。粘合劑浸漬裝置22的基本原理類(lèi)似于在例 如US-A國(guó)3 518 810、 US-A-2 489 846、 US-A國(guó)2 394 657、 US-A畫(huà)2 057 538或 US-A-2 613 633中說(shuō)明的一種粉末混合器的原理。因此，該粉末混合器包 括帶有滾筒106的漏斗102，該滾筒106具有運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)漏斗出口的徑向凸 起部分104。
在所示實(shí)施例中，所述滾筒106是使用其粗糙表面?zhèn)魉头勰┑臐L花鋼料38， 并將其噴灑于從滾筒106下方通過(guò)的纖維帶14上。
纖維帶14和施用機(jī)構(gòu)之間可施加電壓U，從而使粉末如在粉末涂覆過(guò) 程中一樣靜電吸附于纖維帶14上。
傳送滾筒106和刷輥108由兩個(gè)分離的電機(jī)110和112驅(qū)動(dòng)，以便能 實(shí)現(xiàn)噴灑參數(shù)的自由調(diào)整。由可作為控制裝置44的一部分的控制單元114 實(shí)現(xiàn)控制。
為避免粉末擁堵而引起機(jī)械部件堵塞，漏斗102不是剛性地固定于粘 合劑浸漬裝置22的其它部分，而是由可以補(bǔ)償移動(dòng)的支架116支承。支架 116的一優(yōu)點(diǎn)在于，漏斗102在操作中可以振動(dòng)，從而自動(dòng)向下抖落粉末。 粉末以能夠精確量取的量噴灑到紗32表面，紗32以諸如3至6m/min的 確定的速度移動(dòng)通過(guò)漏斗下方。多余的粉末落入紗32外部的收集容器(未 示出)中，且隨后可被回收用于該過(guò)程。
測(cè)量表明，噴灑使用的粘合劑材料的量幾乎是滾筒106的旋轉(zhuǎn)速度的 線(xiàn)性函數(shù)。粘合劑浸漬裝置22還包括加熱器118,其用于將在加熱溫度下 熔化的粘合劑材料38的粉末顆粒固定于絲100的表面。
在所示實(shí)施例中，加熱器118包括大約為100至500mm長(zhǎng)的加熱線(xiàn)。 加熱器118的優(yōu)選實(shí)施例裝備有輻射加熱器，在本例中是紅外線(xiàn)輻射加熱 器120。加熱器118的加熱能力可通過(guò)控制器114精確設(shè)定。
粘合劑顆粒輕微熔化并粘附于纖維表面。
然后如圖la所示，加工好的纖維帶14可在特殊的膜層巻軸121上巻 起并存儲(chǔ)供以后使用。
根據(jù)也可使用該裝置實(shí)施的另一技術(shù)，使用以預(yù)浸漬的半成品形式存 在的纖維帶14，并將其例如在巻軸121上傳送。該技術(shù)不使用預(yù)備模塊12。 該技術(shù)使用例如已經(jīng)呈纖維帶狀或已經(jīng)通過(guò)未詳細(xì)示出的散布器制成帶狀 的預(yù)浸料或熱塑帶。為此，不必首先用粘合劑浸漬纖維，從而與上述由于 額外的準(zhǔn)備而更復(fù)雜的技術(shù)相比省時(shí)省力，盡管考慮到最后結(jié)果上述技術(shù) 更優(yōu)選。同樣也可使用以半成品形式得到且相應(yīng)地,皮預(yù)浸漬的薄織品材料。該較節(jié)省的技術(shù)例如可作為測(cè)試產(chǎn)品的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的預(yù)備階段，如果測(cè)試(產(chǎn)品)成功，在該預(yù)備階段后使用更復(fù)雜的產(chǎn)品生產(chǎn)方法制造具有較好材料特性的產(chǎn)品。
在圖l所示實(shí)施例中，向切割裝置提供作為半成品的或特殊預(yù)制的纖
維帶14，并在其中將其切割為片段40、 40，、 40",并隨后由鋪放裝置28鋪放。
圖la示出了具有分離的模塊12、 16的實(shí)施例，其中使用膜層巻軸121作為中間存儲(chǔ)器的例子。該形式的模塊12、 16也可位于不同生產(chǎn)地點(diǎn)。
圖8更詳細(xì)地示出了切割及鋪放模塊16的第二實(shí)施例。在根據(jù)圖8的實(shí)施例中，切對(duì)裝置24包括纖維切割工具122，該纖維切割工具122具有刀系統(tǒng)124、對(duì)立滾筒126和至少一個(gè)或如該實(shí)施例中的多個(gè)傳送滾筒128。
刀系統(tǒng)124可才艮據(jù)對(duì)立滾筒126和/或傳送滾筒128的轉(zhuǎn)速操作，以切割具有確定長(zhǎng)度的片段40。
特別地，刀系統(tǒng)124包括聯(lián)接刀系統(tǒng)124的驅(qū)動(dòng)單元和滾筒126、 128的驅(qū)動(dòng)單元的聯(lián)接機(jī)構(gòu)(未進(jìn)一步示出)。
在所述例子中，刀系統(tǒng)124裝備有刀輥130,該刀輥包括至少一個(gè)(在本例中為多個(gè))作為徑向伸出部的切割刃132。在所示實(shí)施例中，刀輥130可通過(guò)未詳細(xì)示出的聯(lián)接裝置聯(lián)接于對(duì)立滾筒126的驅(qū)動(dòng)單元，其方式使得切割刃132以與對(duì)立滾筒126的表面相同的圓周速度移動(dòng)。
在圖8中示出且在圖9中更詳細(xì)示出的切割裝置包括一離合切割系統(tǒng)134，其中兩對(duì)傳送滾筒128和用橡膠處理的對(duì)立滾筒126由未詳細(xì)示出的電機(jī)通過(guò)諸如齒帶(未示出)的中央形狀鎖合傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)。傳送滾筒128供應(yīng)無(wú)端纖維帶一一在本例中具體是散布纖維帶14,并以同樣速度將其引導(dǎo)通過(guò)對(duì)立滾筒126上方。
在對(duì)立滾筒126上方， 一刀架136處于等待位置。如果即將進(jìn)行切割，則電磁離合器將刀架136耦聯(lián)于切割系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)中。刀架136和對(duì)立滾筒126在接觸點(diǎn)處有相同的轉(zhuǎn)速。要切割的材料由刀片138切斷。隨后刀架
24136例如通過(guò)電磁制動(dòng)器(未示出)被斷開(kāi)并停止。第二對(duì)傳送滾筒128移開(kāi)切條。
離合切割系統(tǒng)134能實(shí)現(xiàn)散布纖維帶的不變形的切割。切割作用或切割長(zhǎng)度在操作中可通過(guò)計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行調(diào)整。
制動(dòng)系統(tǒng)(未明確示出)在離合器未作用時(shí)為刀輥130提供了永久的鎖定。聯(lián)接和制動(dòng)操作通過(guò)常用的切換繼電器(未示出)實(shí)現(xiàn)，從而排除了由程序錯(cuò)誤導(dǎo)致的故障。諸如感應(yīng)接近開(kāi)關(guān)的傳感器系統(tǒng)(未詳細(xì)示出)記錄刀片位置并為刀片在水平位置提供制動(dòng)作用。如果連接的控制單元、例如控制單元44輸出切割命令，則刀輥130被聯(lián)接、加速并進(jìn)行切割。如果此時(shí)刀輥130具有與對(duì)立滾筒126相同的、如該實(shí)施例中提供的圓周速度，則刀片138不彎曲或變形，從而使刀片具有比簡(jiǎn)單的豎直刀片更高的耐用性。在切割操作后，刀輥130被斷開(kāi)、減速并保持與初始相同的位置。切割長(zhǎng)度在控制軟件中編程。
圖IO示意性示出了切割系統(tǒng)的控制流程。如圖IO所示，切割周期根據(jù)切割系統(tǒng)的進(jìn)給速度預(yù)先確定。最小切割長(zhǎng)度由刀輥130和對(duì)立滾筒126的尺寸決定，且在例如散布的纖維帶14的寬度范圍內(nèi)。最大切割長(zhǎng)度理論上不受限制。
在切割及鋪放模塊16的所示兩個(gè)實(shí)施例中，在離開(kāi)切割裝置24后，片段40、 40，、 40"傳送至傳送裝置26，該傳送裝置26將片段40、 40，、 40"從切割裝置24中移出，其傳送速度高于纖維帶14向切割裝置24或在切割裝置24中的傳送速度。因此，片段40、 40，、 40，，互相分離且相距足夠遠(yuǎn)。傳送裝置26包括將片段40、 40，、 40"靠著傳送裝置保持的保持系統(tǒng)和將片段40、 40，、 40"傳送至鋪放裝置28的鋪放頭52的傳送系統(tǒng)。
此處，保持系統(tǒng)和傳送系統(tǒng)以真空帶傳送器50的形式實(shí)施。大容量抽吸室140將未詳細(xì)示出的真空源一一例如鼓風(fēng)才幾一一的抽吸力分配于整個(gè)傳送裝置26上。包括多個(gè)通孔的帶、諸如聚丙烯帶通過(guò)覆蓋抽吸室140的穿孔金屬片142上方。
傳送裝置26通過(guò)與切割裝置24的傳送器單元的聯(lián)接被驅(qū)動(dòng)。在 示實(shí)施例中，真空帶傳送器50與驅(qū)動(dòng)傳送滾筒128和對(duì)立滾筒126的形狀鎖合傳動(dòng)裝置關(guān)聯(lián)。相應(yīng)的傳動(dòng)比、例如為1:2的傳動(dòng)比在片段40、 40，、 40"間提供足夠大的距離。在傳送距離的末端設(shè)置有由氣力真空模塊驅(qū)動(dòng)的抽吸類(lèi)型的吹放室144。只要纖維段一一片段40——從其上方通過(guò)，該抽吸類(lèi)型的吹放室便運(yùn)行。 一旦鋪放模(Legestempel)處于預(yù)定傳送位置146，便在合適的時(shí)刻輸出^^文脈沖以將片段40移送至鋪放頭52。
鋪放頭52通過(guò)抽吸吸引片段40、將其加熱并以預(yù)定取向向其預(yù)定位置傳送。
如圖11所示，在該操作過(guò)程中，將片段40、 40，、 40"沿預(yù)定的彎曲路徑148放置于預(yù)型件30上。位置150示出了沿這些彎曲路徑148以相應(yīng)取向鋪放的片段及其重疊。在重疊區(qū)域，片段40通過(guò)由鋪放頭52加熱的粘合劑材料38相互固定。
圖1所示的切割裝置與激光54 (或其它種類(lèi)的光束切割技術(shù))相結(jié)合甚至使得能形成復(fù)雜的切口形狀。圖12示出了切口的一種特別優(yōu)選的形狀，切口 152和154以互相凸凹互補(bǔ)的形式彎曲。每個(gè)片段上的相反指向的切口 152、 154以圓弧狀彎曲。這樣，即使按順序前后布置的片段40、40，、 40，，互成角度，其切口 152、 154相互間也可以非常靠近而沒(méi)有形成間隙或增厚。這樣，可以鋪放成使得纖維段總是緊密相鄰，且具有也是沿路徑148的小曲率半徑的相應(yīng)的纖維取向。片段40、 40，、 40"的固定可能受到與相鄰片段、或布置在上方或下方的片段(未示出)的重疊的影響。
這樣，甚至可以生產(chǎn)例如圖13所示的非常復(fù)雜的預(yù)成型件42。本例中，短纖維段根據(jù)拼接方式構(gòu)成例如飛行器和航天器的窗體喇叭口(Fenstertrichter)所用的按載荷流排列的纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的預(yù)成型件192。片段40、 40，、 40"的取向與載荷流相對(duì)應(yīng)。
關(guān)于該技術(shù)過(guò)程，所示環(huán)形可通過(guò)圖1中箭頭156所示的確定的可旋轉(zhuǎn)的預(yù)型件30實(shí)現(xiàn)。
下面，將參考圖14至16進(jìn)一步說(shuō)明圖8中較詳細(xì)說(shuō)明的切割及鋪放模塊16的實(shí)施例的鋪放裝置28及其鋪放頭52。鋪放頭52具有拾撿纖維段或片段40、 40，、 40"并將其傳送至需要鋪 放片段40、 40，、 40"的預(yù)型件30上的相應(yīng)的下一個(gè)預(yù)定位置46的功能。 為此，鋪放頭52包括保持裝置。所示例子中的保持裝置由抽吸裝置158 構(gòu)成，從而能更容易地從傳送裝置26上拾撿片段，但是，也可設(shè)想其它保 持裝置。
此外，在傳送中通過(guò)鋪放頭52活化提供給所拾撿的片段40的粘合劑 材料38是有利的。為此，鋪放頭52包括用于活化粘合劑材料38的活化系 統(tǒng)。該活化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)取決于所使用的粘合劑材料。例如，如果所使用的 粘合劑材料依靠添加物活化，則鋪放頭包括用于添加添加物的裝置。在未 詳細(xì)示出的不同實(shí)施例中，諸如膠粘劑的直接活化的粘合劑材料僅當(dāng)片段 在鋪放頭上傳送時(shí)被提供。在該情況中，鋪放頭包括用于添加粘合劑材料 的裝置。為了在上述使用熱活化粘合劑材料38的預(yù)成型件制造設(shè)備中使 用，該活化系統(tǒng)在所示實(shí)施例中設(shè)計(jì)為加熱裝置160。
鋪放頭152更優(yōu)選地能夠?qū)⑵?0、 40，、 40"甚至是靠著預(yù)型件30 的復(fù)雜的三維表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行鋪放。為此，鋪放頭52包括適于將所傳送的片 段40壓靠在不同表面結(jié)構(gòu)上的壓力裝置162。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，壓力裝置162 包括柔性表面164，片段40能夠通過(guò)保持裝置保持于該柔性表面上。更優(yōu) 選地，柔性表面164形成于彈性載體166上。
圖14示出了結(jié)合有保持裝置、活化系統(tǒng)和壓力裝置的鋪放頭52的鋪 放模168的剖面圖。圖14中所示的鋪放模168因此包括抽吸裝置158、加 熱裝置160和壓力裝置162,其柔性表面164位于彈性載體166上。
圖15是柔性表面164的仰視圖。
如果該纖維片段預(yù)成型技術(shù)(FPP)被應(yīng)用，則鋪放模168使粘合劑 浸漬過(guò)且切割成確定幾何形狀的纖維段(片段)能夠根據(jù)鋪放樣式(例如 圖11所示的鋪放樣式)被精確地放置于預(yù)期位置。鋪放模168是該鋪放技 術(shù)的中心部件，也可以用于其它幾何變型中。例如，也可設(shè)想是正方形或 滾筒狀的鋪放模。
在根據(jù)圖14的具體實(shí)施例中，鋪放模168設(shè)計(jì)為硅樹(shù)脂模。硅樹(shù)脂模的表面適應(yīng)性類(lèi)似于移印，盡管當(dāng)前的應(yīng)用領(lǐng)域完全不同。
鋪放模168可快速輕輕地拾撿纖維切條，并通過(guò)集成的抽吸一一抽吸 裝置158_—傳送至確定位置。在傳送過(guò)程中，集成于接觸面一一柔性表 面164——中的加熱器一一加熱裝置160——加熱材料，從而活化纖維切條 上的粘合劑一一粘合劑材料38。纖維切條壓在表面上，而柔性的模材料適 應(yīng)于表面幾何形狀。在鋪放模168從表面移開(kāi)時(shí)輸出t故脈沖，粘合劑材 料38被冷卻，而纖維材料保持在其所放置的位置。
鋪放模168能實(shí)現(xiàn)纖維片段預(yù)成型件42的生產(chǎn)。
在圖14中，所示彈性載體166——彈性壓力體一一包括構(gòu)成抽吸裝置 158的一部分的空氣分配器170。抽吸裝置158的未示出的部分裝備有常見(jiàn) 的氣力源和氣力控制器(未示出)。此外，柔性表面164示出為包括抽吸 和pM通道174的彈性受熱面172。
彈性載體166位于連接板4上，該連接板4裝備有用于將鋪放才莫168 固定于定位裝置176 (如圖16)的可拆卸的固定元件(未示出)。
此外，熱電偶(Thermoelement) 178作為加熱裝置160的控制元件,皮 提供。高柔性的電力線(xiàn)180將熱電偶178連接到彈性受熱面172。
圖15示出了包括抽吸和^Jt通道174的抽吸表面一一柔性表面164。
鋪放模塊168的使用以及鋪放裝置28的更多詳細(xì)信息將結(jié)合其在預(yù)成 型件制造設(shè)備IO中的使用在下文中說(shuō)明。
在纖維片段預(yù)成型技術(shù)中，各纖維片段40被布置以形成三維預(yù)成型件 42、 192。為此，通過(guò)應(yīng)用合適的鋪放技術(shù)實(shí)現(xiàn)平面布局。鋪放裝置28從 與切割裝置24相關(guān)的真空帶傳送器50傳送經(jīng)粘合劑浸漬且切割得到的纖 維片段40，并以盡可能短的周期將其放置于一表面上。在所示實(shí)施例中， 纖維片段40、 40，、 40"被放置于預(yù)型件30的表面上。
片段40、 40，、 40，，將被壓靠于成形表面，以產(chǎn)生堅(jiān)固的預(yù)成型件42。 鋪放才莫168應(yīng)盡可能柔軟，以在均勻力下適應(yīng)于三維面。對(duì)于該結(jié)構(gòu)，更 優(yōu)選地，在放置片段之前不久，可提供一定量的熱量以活化粘合劑材料38。 為此，柔性表面164包括盡可能少地影響(鋪放)模的材料的機(jī)械特性的
28加熱裝置160。類(lèi)似于真空帶傳送器50，絲狀纖維片段40的二維固定是有 利的。為此，柔性表面164也具有抽吸功能。
鋪放模168的制造類(lèi)似于印刷工程中已知的印刷墊的制造。在印刷墊 的制造中使用了 一組能長(zhǎng)時(shí)間抵抗持久交互的機(jī)械載荷的特殊的硅樹(shù)脂。 從這些硅樹(shù)脂中選取一種符合加熱裝置160的附加要求和與粘合劑材料38 盡可能理想地接觸的硅樹(shù)脂。由于鋪方文模168集成有加熱器，所以對(duì)(鋪 放)模的材料的溫度穩(wěn)定性進(jìn)行了檢測(cè)。本例中，鋪放模168能夠抵抗持 久的高達(dá)200。C的溫度是有利的。對(duì)應(yīng)于這些要求，選取了一種用于硅樹(shù) 脂材料的軟化劑。
可使用各種加熱裝置160來(lái)加熱鋪放模168的鋪放表面，其中還包括 電加熱裝置、流體回路或熱空氣。至于制造技術(shù)，包括電加熱裝置160的 變型方案最便于實(shí)施，同時(shí)為高的加熱能力和精確的溫度設(shè)定提供了可能 性。
為了不影響載體166的柔韌性，電力線(xiàn)180有利地由碳纖維紗形成。
該纖維紗的高柔韌性避免了柔性表面164變硬 同時(shí)，該纖維紗能夠經(jīng)受
多個(gè)100,000負(fù)載周期。
通過(guò)在硅樹(shù)脂中混合導(dǎo)熱材料可提高彈性載體166的導(dǎo)熱性。
例如，對(duì)于導(dǎo)熱材料占10-30%重量百分?jǐn)?shù)的混合物，柔性表面的導(dǎo)熱
性足夠高，因而加熱裝置160的加熱元件和柔性表面164可保持在幾乎相
同的溫度。
抽吸和吹放通道174集成于鋪放模塊168的柔性表面164中，并通過(guò) 腔182在鋪放模168中相互連接。腔182中插入有減震吸氣墊(Saugvlieses， 未示出)，以防止在受到鋪放才莫168的壓力負(fù)載時(shí)坍塌。
為避免靜電，柔性表面164有利地由具有抗靜電特性的柔性材料制成。 將在下文中參考圖16說(shuō)明鋪放裝置28的機(jī)械鋪放系統(tǒng)。 圖16所示的機(jī)械鋪放系統(tǒng)184用于移動(dòng)鋪放模168,以便將纖維片段 40從切割裝置24傳送至預(yù)定位置46。機(jī)械鋪放系統(tǒng)184能實(shí)現(xiàn)快速的鋪 放周期和可調(diào)的鋪放角度。如上述說(shuō)明，片段40以非接觸的方式從真空帶傳送器50傳送至鋪i文 模168。為此，控制裝置44在預(yù)設(shè)延時(shí)后根據(jù)切割命令輸出真空帶傳送器 50的抽吸/^U文室144的^^文脈沖。片段40通過(guò)幾毫米(大約0,5-10mm) 的空氣路徑被傳送至吸氣的鋪放模168。隨后，機(jī)械鋪放系統(tǒng)184的運(yùn)動(dòng) 周期開(kāi)始。
該機(jī)械鋪放系統(tǒng)184包括用于將鋪放模168從拾撿位置傳送至高于預(yù) 定位置的一位置的平移驅(qū)動(dòng)裝置。在機(jī)械鋪;故系統(tǒng)184的所示實(shí)施例中， 第一驅(qū)動(dòng)單元由水平氣壓缸186構(gòu)成。該水平氣壓缸186適于將鋪放模168 從其拾撿位置移動(dòng)至鋪放位置。由豎直氣壓缸188構(gòu)成的第二驅(qū)動(dòng)單元將 鋪放才莫168優(yōu)選以可調(diào)整的壓力壓在表面上。
在移動(dòng)過(guò)程中，鋪放模表面永久保持在可調(diào)溫度，從而粘合劑可活化 其粘結(jié)性。粘合劑材料38在片段40接觸表面時(shí)立即冷卻并凝固。然后， 在控制裝置44的控制下輸出鋪放模168的抽吸裝置中的吹放脈沖，造成鋪 放模移開(kāi)，并隨后返回其初始位置。此處，硅樹(shù)脂的分離特性是有利的， 因?yàn)闆](méi)有粘合劑材料38剩余在模上。
鋪放模168可依靠第三驅(qū)動(dòng)單元旋轉(zhuǎn)，該第三驅(qū)動(dòng)單元在所示實(shí)施例 中由包括花鍵軸系統(tǒng)191的步進(jìn)電機(jī)190構(gòu)成。因此，甚至可以產(chǎn)生傾斜 的片段40的軌跡，而不需要旋轉(zhuǎn)整個(gè)鋪放頭(例如包括機(jī)械鋪放系統(tǒng)184 的鋪放模168)。
為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的鋪放過(guò)程，計(jì)劃每秒多于兩個(gè)鋪放操作的非常高的周 期時(shí)間。例如實(shí)施每秒五個(gè)或更多鋪放操作。對(duì)于60mm長(zhǎng)的片段和使用 12k的紗，可實(shí)現(xiàn)理論上14.4g/min的纖維產(chǎn)量。如果打算例如在每平方米 鋪放厚度為雙軸鋪放(大約為500g/m2)的纖維片段40,則預(yù)成型件制造 設(shè)備10將需要35分鐘。通過(guò)使用多個(gè)鋪放裝置28，并結(jié)合以在一個(gè)表面 上一起工作的多個(gè)自動(dòng)機(jī)械，可以實(shí)現(xiàn)較短的時(shí)間。
由于相對(duì)較低的可實(shí)現(xiàn)的速度，現(xiàn)存形式的FPP技術(shù)仍然主要用于其 它種類(lèi)的預(yù)成型件的加固和用于薄壁的復(fù)雜部件，例如多軸鋪放層或織品 中的孔的邊緣的加固。窗體喇叭口 一一其預(yù)成型件192如圖13所示——也可制造成具有非常薄的壁和確定的纖維層。
一些種類(lèi)的預(yù)成型件在FPP系統(tǒng)一一預(yù)成型件制造設(shè)備10——中需 要較少的自由度。如果只是要生產(chǎn)加固外形，則各模塊可被簡(jiǎn)化，并結(jié)合 到一條生產(chǎn)線(xiàn)中。不需要的模塊可省略?？蛇x擇地，該裝置可分為包括半 成品材料的中間存儲(chǔ)器在內(nèi)的多個(gè)模塊。
這將有助于降低系統(tǒng)成本并提高生產(chǎn)率。
此處說(shuō)明的切割及鋪放模塊16 —方面適于對(duì)在準(zhǔn)備模塊12中生產(chǎn)出 來(lái)的(要)被散布和用粘合劑浸漬的干纖維帶進(jìn)行處理，另一方面適于對(duì) 諸如預(yù)浸料或熱塑帶等經(jīng)預(yù)浸漬的半成品纖維帶14進(jìn)行處理。預(yù)浸料或熱 塑帶通?？梢杂门c粘合劑浸漬的干散布紗同樣的方法進(jìn)行處理。在該三個(gè) 例子中，片段40、 40，、 40"的粘附性通過(guò)加熱活化。這些過(guò)程的優(yōu)選實(shí)施 例的過(guò)程的單個(gè)加工步驟相同展開(kāi)，切割，分離，拾撿，加熱和鋪放(按 所述順序)。
但是，所使用的不同粘合劑材料具有不同的活化溫度。預(yù)浸料在室溫 (大約20°C)下即具有粘結(jié)性。在準(zhǔn)備模塊中優(yōu)選使用的粘合劑材料38 在大約IOO'C至大約120。C下逐步顯示出其粘結(jié)性。用于浸漬熱塑帶的熱塑 材料甚至需要更高的溫度，這取決于所用熱塑材料的結(jié)構(gòu)。
在預(yù)成型件制造設(shè)備10中，特別是在其切割及鋪放模塊16中，工作 溫度或環(huán)境溫度可依靠至少一個(gè)未詳細(xì)示出的溫度調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。該 溫度調(diào)節(jié)裝置可與設(shè)備10和/或切割及鋪放模塊16所處的建筑物相關(guān)。
這確保了在使用不同粘合劑材料的情況下只在鋪放模168所處的高度 上活化粘結(jié)性。例如，如果使用預(yù)浸料，則周?chē)h(huán)境是空調(diào)的。特別是在 低于0。C的冷卻溫度下、優(yōu)選在低于10'C、例如約為-18X:的凍結(jié)溫度下進(jìn) 行工作。通過(guò)加熱的鋪放模168,之前深度凍結(jié)的片段40、 40，、 40"被大 約加熱至室溫。
鋪放模168包括大約對(duì)應(yīng)于室溫或低于室溫、且最高為大約200匸的 附加的溫度范圍。粘合劑材料只要在該溫度范圍內(nèi)能被活化，即可在本文 所述的設(shè)備中被處理。附圖標(biāo)記列表
10預(yù)成型件制造設(shè)備
12準(zhǔn)備模塊
14纖維束
16切割及鋪放模塊
18展開(kāi)裝置
20散布裝置
22粘合劑浸漬裝置
24切割裝置
26傳送裝置
28鋪放裝置
30預(yù)型件
32紗
34散布器
36松放器
38粘合劑材料
40、 40，、 40"片段(纖維帶的部分；纖維帶片段)
42預(yù)成型件
44控制裝置
46預(yù)定位置
48纖維切割系統(tǒng)
50真空帶傳送器
52鋪放頭
54激光
56供線(xiàn)軸
58支架
60直線(xiàn)導(dǎo)軌62滑動(dòng)部分
64傳動(dòng)螺桿
66電機(jī)
68傳感器
70位置
72光敏二極管
74平的帶
75小線(xiàn)軸
76彎桿
78直桿
80散布棱
82第一徑向伸出部
84旋轉(zhuǎn)軸
86 4t轉(zhuǎn)軸
88第二徑向伸出部
90直棱
92傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
94翼板
96抽吸室
98層流氣流
100絲
102漏斗
104徑向凸起部分
106滾筒
108刷輥
110電機(jī)
112電機(jī)
114控制裝置116支架
118加熱裝置
120紅外線(xiàn)輻射加熱器
122纖維切割系統(tǒng)
124刀系統(tǒng)
126對(duì)立滾筒
128傳送滾筒
130刀輥
132切割刃
134離合切割系統(tǒng)
136刀架
138切割刀片
140抽吸室
142穿孔金屬板
144抽吸/W文室
146傳送位置
148彎曲路徑
150重疊的片段
152切割刃
154切割刃
156預(yù)型件的可移動(dòng)性——多維的
158抽吸裝置
160加熱裝置
162壓力裝置
164柔性表面
166彈性載體
168鋪放模
170空氣分配器172彈性受熱面 174抽吸和吹方文室 175連結(jié)板 176定位裝置 178熱電4禺 180電力線(xiàn) 182腔
184機(jī)械鋪放系統(tǒng)
186水平氣壓缸(第一驅(qū)動(dòng)單元)
188豎直氣壓缸(第二驅(qū)動(dòng)單元)
190步進(jìn)電機(jī)(第三驅(qū)動(dòng)單元)
191花鍵軸系統(tǒng)
192窗體喇叭口預(yù)成型件
權(quán)利要求
1.按載荷流排列的纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的預(yù)成型件(42)的制造方法，按順序包括以下步驟a)提供平的纖維帶(14)，c)從散布的平的纖維帶(14)上切割出纖維帶片段(40、40’、40”)，e)通過(guò)鋪放裝置(28)在預(yù)定拾撿位置拾撿纖維帶片段(40、40’、40”)，f)將纖維帶片段(40、40’、40”)放置于預(yù)定位置，g)用粘合劑材料(38)固定纖維帶片段(40、40’、40”)，其中，重復(fù)步驟c)至f)，以用于將附加的纖維帶片段(40、40’、40”)放置在其它預(yù)定位置并固定；步驟e)和f)通過(guò)鋪放裝置(28)的鋪放頭(52)進(jìn)行，該鋪放頭自動(dòng)地從至少一個(gè)拾撿位置移動(dòng)至用于放置第一纖維帶片段(40)的第一預(yù)定位置，并返回用于拾撿第二纖維帶片段(40’)的所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)定拾撿位置之一，并隨后返回用于放置第二纖維帶片段(40’)的第二預(yù)定位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，使用通過(guò)熱被活化的粘合 劑材料(38),加熱切割得到的纖維帶片段(40、 40，、 40")以進(jìn)行步驟g)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，加熱鋪放頭(52)，特別 是當(dāng)其在拾撿位置和預(yù)定位置間移動(dòng)時(shí)進(jìn)行加熱，以活化粘合劑材料(38 )。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在步驟f)中，使 纖維帶片段(40、 40，、 40")壓靠于預(yù)成型件(42)的成形表面(30)的 一部分上，以使纖維帶片段(40、 40，、 40")具有希望的三維表面結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，通過(guò)鋪放頭(52)的可彈 性變形的接納表面(164)實(shí)現(xiàn)在成形表面(30)上的壓靠；在鋪放和壓靠 操作過(guò)程中，纖維帶片段(40)緊緊保持并平鋪于該接納表面上。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在用于制得纖維帶片段(40、 40，、 40")的步驟c)中，切割出優(yōu)選少于約20cm、特別地少 于約10cm的具有確定長(zhǎng)度的片段。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在鋪放操作過(guò)程中， 纖維帶片段(40)被氣力地保持于鋪放頭(52)上。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在步驟f)中，被 放置的纖維帶片段(40、 40，、 40")依靠氣力脈沖從鋪放頭(52)釋放。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在步驟c)與步驟 e)間進(jìn)行如下步驟d)將纖維帶片段(40、 40，、 40")從用于執(zhí)行步驟c)的切割裝置 傳送至鋪放裝置的拾撿位置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，步驟d)中的傳送速度高 于平的纖維帶(14)的傳送速度，以便由此分離已經(jīng)互相切割開(kāi)的纖維帶 片段(40、 40'、 40")。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其特征在于，將所述纖維帶片段 (40、 40，、 40")氣力地保持在帶傳送器(50)上，以進(jìn)行傳送。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，通過(guò)氣力脈沖將纖維帶 片段(40、 40，、 40")從帶傳送器(50)傳送至鋪放頭(52)。
13. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，將纖維帶片段(40、 40，、 40")放置成使得其纖維方向沿預(yù)定的彎曲路徑(148)取向。
14. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，將不同數(shù)量的纖維 帶片段(40、 40，、 40")放置于預(yù)成型件(42)的不同部分，以便在預(yù)成 型件(42)的部分中得到不同的纖維含量。
15. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在步驟c)中，纖 維帶片段(40、 40，、 40")分別沿弧形切割線(xiàn)切割。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，在步驟f)中，纖維帶片 段(40、 40，、 40")不重疊地按順序前后放置，且具有互補(bǔ)的圓弧狀切口(152， 154)。
17. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，步驟a)包括al)將纖維絲束(32)散布為平的纖維帶(14)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，在步驟al)和f)間進(jìn)行 如下步驟b )將粘合劑材料(38 )涂才未于纖維絲(100 )上。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，步驟b)先于步驟c)進(jìn)行。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17至19之一的方法，其特征在于，在步驟a)中 散布紗(32)、特別是碳紗的絲(100)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1至16之一的方法，其特征在于，步驟a)包括 a2)從用粘合劑材料預(yù)先浸漬的半成品中提供平的纖維帶(14)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其特征在于，該預(yù)先浸漬的半成品是 預(yù)浸料。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于，至少步驟c)和e)在低于20C、特別是低于or:、更特別地低于-io。c的溫度下進(jìn)行。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其特征在于，該預(yù)先浸漬的半成品是 熱塑帶。
25. 根據(jù)權(quán)利要求21至24之一的方法，其特征在于，該預(yù)先浸漬的 半成品包括預(yù)先浸漬的纖維織物。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于，該纖維織物由在至少兩 個(gè)不同方向上取向的纖維制成。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25或26的方法，其特征在于，步驟a2 )包括將該 預(yù)先浸漬的纖維織物切割成帶狀。
28. 根據(jù)權(quán)利要求21至27之一的方法，其特征在于，使用用粘合劑 材料(38)浸漬的半成品，該粘合劑材料能通過(guò)溫度變化進(jìn)行活化；以及 在加工過(guò)程中加熱和/或冷卻切割出的纖維帶片段(40、 40，、 40")。
29. 用根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法制造按載荷流排列的纖維復(fù)合 結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，該纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)由通過(guò)該方法制造的預(yù)成型件(42)形成。
30. 用于進(jìn)行根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法的設(shè)備(10)，包括用于將平的纖維帶(14)切割為多個(gè)纖維帶片段(40、 40，、 40")的 切割裝置(24),可相對(duì)于切割裝置移動(dòng)的鋪放裝置，該鋪;故裝置用于拾撿各纖維帶片 段(40、 40，、 40")并將其以預(yù)定取向放置于預(yù)定位置，控制裝置(44)，該控制裝置設(shè)計(jì)用于控制鋪;故裝置(28)，以使纖 維帶片段(40、 40，、 40")能放置成沿預(yù)定路徑(148)取向，其中，鋪放裝置(28 )包括鋪放頭(52 ),該鋪放頭通過(guò)控制裝置(44， 44b)控制成能從至少一個(gè)預(yù)定拾撿位置(146)移動(dòng)至不同的預(yù)定位置并 返回，以便在至少一個(gè)拾撿位置拾撿由切割裝置(24)切割出的纖維帶片 段(40、 40，、 40")并將其放置于預(yù)定位置。
31. 根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其特征在于，包括用于散布至少一個(gè) 紗(32)以形成平的纖維帶(14)的散布裝置(20)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于，包括至少一個(gè)中凸彎曲 的散布棱(80),該散布棱能通過(guò)至少一個(gè)與要,皮散布的纖維絲束(32) 的縱向延伸方向垂直的導(dǎo)向部件相對(duì)于纖維絲束移動(dòng)，以使/f吏得纖維絲束(32)能在張力下孝&故置于中凸彎曲的散布棱(80)上，并隨后通過(guò)至少 一個(gè)導(dǎo)向部件再垂直地從纖維絲束(32)上移開(kāi)，以便將纖維絲束從散布 棱(80)上釋放。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32的設(shè)備，其特征在于，該至少一個(gè)散布棱(80) 形成于能在一旋轉(zhuǎn)軸(84)上旋轉(zhuǎn)的徑向伸出部(82)上。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32或31的設(shè)備，其特征在于，包括至少兩個(gè)棱部 分，其中至少一個(gè)形成為中凸彎曲的散布棱(80),這兩個(gè)棱部分可^目 反方向朝向纖維絲束(32)移動(dòng)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34的設(shè)備，其特征在于，設(shè)有具有徑向伸出部(82) 的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(84、 86)，所述旋轉(zhuǎn)軸(84、 86)相互反向旋轉(zhuǎn)。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35的設(shè)備，其特征在于，在特別地通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) (92)相互反向驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸(84、 86)上形成有形成徑向伸出部(82、88)的多個(gè)翼板(94),所述翼板(94)大體沿軸向延伸，且具有形成于其徑向最外側(cè)區(qū)域上的棱部分(80、 90)。
37. 根據(jù)權(quán)利要求34至36之一的設(shè)備，其特征在于，用于散布的多 個(gè)棱部分設(shè)計(jì)為中凸徑向向外彎曲的散布棱(80)，要在纖維絲束(32) 上按順序前后放置的棱部分布置在互相反向運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)部件上，使得纖維 可分別在兩個(gè)反向彎曲的散布棱(80)間散布。
38. 根據(jù)權(quán)利要求32至37之一的設(shè)備，其特征在于，散布裝置(20 ) 包括用于松放被散布的纖維絲束(32)的松放裝置(36)，松放裝置(36) 在纖維絲束(32)的進(jìn)給方向上位于包括至少一個(gè)散布棱(80)的散布器(34)之后。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，其特征在于，松放裝置(36)包括抽 吸室(96)。
40. 根據(jù)權(quán)利要求30至39之一的設(shè)備，其特征在于，包括粘合劑材 料浸漬裝置(22)，該粘合劑材料浸漬裝置適于向絲(100)提供粘合劑材 料(38)，以用于固定纖維帶片段(40、 40，、 40")。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40和權(quán)利要求31至39之一的設(shè)備，其特征在于， 粘合劑材料浸漬裝置(22)與散布裝置(20)相關(guān)聯(lián)，以向被散布的纖維 帶(14)的絲(100)提供粘合劑材料(38)。
42. 根據(jù)權(quán)利要求40或41的設(shè)備，其特征在于，粘合劑材料浸漬裝 置(22)設(shè)計(jì)用于涂抹粉狀粘合劑材料(38)。
43. 根據(jù)權(quán)利要求30至42之一的設(shè)備，其特征在于，包括傳送裝置 (26)，切割出的纖維帶片段(40、 40，、 40")可通過(guò)該傳送裝置(26)被分離并被傳送至鋪放裝置(28)。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43的設(shè)備，其特征在于，傳送裝置(26)包括真 空帶傳送器(50),該真空帶傳送器用于傳送通過(guò)作用吸力附著于該帶傳 送器上的纖維帶片段(40、 40，、 40")。
45. 根據(jù)權(quán)利要求43或44的設(shè)備，其特征在于，抽吸和^L模塊 (140、 142、 144、 174)的結(jié)合適于纖維帶片段從傳送裝置(26)向鋪放裝置(28)的平穩(wěn)傳送。
46. 才艮據(jù)權(quán)利要求30至45之一的設(shè)備，其特征在于，包括至少一個(gè) 用于活化涂抹于絲(100)上的粘合劑材料(38)的加熱裝置(160)。
47. 才艮據(jù)權(quán)利要求46的設(shè)備，其特征在于，該加熱裝置(160)或多 個(gè)加熱裝置中的至少一個(gè)布置在鋪放頭(52)上，以用于加熱被拾撿的纖 維帶片段。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種按載荷流排列的纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的預(yù)成型件(42)的制造方法和裝置。為此，本發(fā)明提出從散布的纖維帶(14)切割出相對(duì)較短的纖維帶片段(40、40’、40”)，將該纖維帶片段(40、40’、40”)放置于預(yù)定位置，并通過(guò)粘合劑材料(38)將其固定于該位置。
文檔編號(hào)D04H3/12GK101678567SQ200880015863
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月13日
發(fā)明者A·格斯勒, O·邁爾 申請(qǐng)人:伊茲德國(guó)有限公司