專利名稱：用于為纖維復(fù)合材料的彎曲成形的結(jié)構(gòu)部件覆蓋針織纖維織物的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于為纖維復(fù)合材料的彎曲成形的結(jié)構(gòu)部件覆蓋(drape)針織纖維織物的設(shè)備和方法，所述纖維復(fù)合材料例如為GFRP或CFRP。本發(fā)明上下文中的術(shù)語 “成形結(jié)構(gòu)部件”表示為主體提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)限定構(gòu)件，即可以形成主體的支撐結(jié)構(gòu)的一部分的構(gòu)件，例如飛機(jī)機(jī)身。
背景技術(shù)：
特別地，在飛機(jī)構(gòu)造中，對(duì)針織纖維織物的成形結(jié)構(gòu)部件的實(shí)用性的深入研究目前已經(jīng)進(jìn)行了一段時(shí)間，針織纖維織物表示玻璃纖維增強(qiáng)的(GFR)或碳纖維增強(qiáng)的(CFR) 的例如墊或帶形式的紡織織物、無紡織物或針織織物。為了形成纖維復(fù)合材料成形結(jié)構(gòu)部件，纖維首先必須根據(jù)它們所需的朝向被預(yù)制和排列，然后被預(yù)制的紡織織物、無紡織物或針織織物必須一層一層地被放置，即覆蓋，到所需的模具中。特別地，在彎曲成形結(jié)構(gòu)的情況下，該覆蓋過程是困難的并且因而是費(fèi)力的。為了獲得彎曲的幾何形狀，針織纖維織物由于在外側(cè)邊緣和內(nèi)側(cè)邊緣之間的長(zhǎng)度的差別而必須弧形地放置，這可能導(dǎo)致不希望的折痕形成。另一個(gè)困難在于觀察模具上的期望的纖維朝向。覆蓋之后，得到的多層層疊結(jié)構(gòu)被固定。這傳統(tǒng)上在所謂的預(yù)成型步驟中實(shí)現(xiàn)，在該預(yù)成型步驟中，涂有(powdered)粘合劑的層疊結(jié)構(gòu)被加熱以固化所述粘合劑，該粘合劑具有通常通過施加熱量而展現(xiàn)出的固定效果。將來的纖維復(fù)合材料成形結(jié)構(gòu)部件的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例是諸如用于飛機(jī)的機(jī)身和機(jī)翼中的框架。到目前為止，由針織纖維織物制造的這種框架必須通過以手工將單獨(dú)的紡織織物層小心地覆蓋到合適的模具上這種耗時(shí)的方式制造，紡織織物層在模具上臨時(shí)地固定然后通過施加熱量而烘烤成預(yù)加工成品。如果由針織纖維織物制成的框架將來被用于一系列飛機(jī)構(gòu)造中，那么這種制造方法是過慢且成本過高的。本發(fā)明的根本目的在于彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)并提出一種用于為纖維復(fù)合材料的彎曲成形的結(jié)構(gòu)部件覆蓋針織纖維織物的設(shè)備和方法，經(jīng)由該設(shè)備和方法可以更快且更經(jīng)濟(jì)地以可復(fù)現(xiàn)的質(zhì)量覆蓋大量這種成形結(jié)構(gòu)部件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過具有權(quán)利要求1的特征的設(shè)備和通過包括權(quán)利要求6中所提出的步驟的方法來實(shí)現(xiàn)。因此，根據(jù)本發(fā)明的所述設(shè)備包括具有模面的至少一個(gè)模具，所述模面對(duì)應(yīng)于后來成形的結(jié)構(gòu)部件的期望成形的幾何形狀和曲率的至少一部分。在此情形下，所述模面可被構(gòu)造為對(duì)應(yīng)于待被制造的完全成形的結(jié)構(gòu)部件的期望成形的幾何形狀和曲率?？商鎿Q地，可提供各自具有模面的多個(gè)模具，在此情形下，所有模面一起形成所述后來成形的結(jié)構(gòu)部件的期望成形的幾何形狀和曲率。
根據(jù)本發(fā)明的所述覆蓋設(shè)備進(jìn)一步包括至少一個(gè)夾緊裝置，該夾緊裝置用于將至少一個(gè)針織纖維織物層沿張緊線夾進(jìn)(clamp in)到預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。所述夾緊裝置可被構(gòu)造為夾進(jìn)單獨(dú)的針織纖維織物層，但是可以可替換地被構(gòu)造為共同地夾進(jìn)多個(gè)重疊的針織纖維織物層。所述夾緊裝置還可以被構(gòu)造為保持針織纖維織物的多個(gè)層分離地且沿互相平行的張緊線彼此相距一距離地被夾緊?？墒褂枚鄠€(gè)夾緊裝置來代替一個(gè)夾緊裝置而實(shí)現(xiàn)此目的。所述夾緊裝置或多個(gè)夾緊裝置可用于沿與針織纖維織物層相關(guān)的張緊線夾進(jìn)，即緊固， 每個(gè)針織纖維織物層，這樣使得所述被夾進(jìn)的針織纖維織物層承受沿所述張緊線的張緊負(fù)荷，即在沿所述張緊線的張緊應(yīng)力作用下被恒定地保持。被提供用于被夾進(jìn)的每個(gè)針織纖維織物層優(yōu)選被預(yù)制，即被至少切割到期望的長(zhǎng)度。最后，根據(jù)本發(fā)明的覆蓋設(shè)備包括運(yùn)動(dòng)裝置，該運(yùn)動(dòng)裝置用于在所述模具或多個(gè)模具與所述至少一個(gè)夾進(jìn)的針織纖維織物層之間以這樣一種方式產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使所述模具的所述模面(或多個(gè)模具的多個(gè)模面)沿垂直于或至少近似垂直于所述張緊線的方向移動(dòng)靠近所述針織纖維織物層，并且在所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)一步過程中，沖過所述張緊線到達(dá)所述針織纖維織物層完全覆蓋所述模面(或多個(gè)模面)的程度。如果有多個(gè)針織纖維織物層，那么這意味著所有針織纖維織物層的張緊線被穿過，直到最后的針織纖維織物層即距離模面最遠(yuǎn)的針織纖維織物層完全依靠在模面上。根據(jù)根據(jù)本發(fā)明的覆蓋設(shè)備的優(yōu)選構(gòu)造，所述夾緊裝置將所述針織纖維織物層或者可選地將多個(gè)針織纖維織物層保持在橫切所述張緊線的預(yù)成型狀態(tài)。例如，該預(yù)成型狀態(tài)可為Z形，即由所述夾緊裝置保持在張緊應(yīng)力下的所述針織纖維織物層具有Z形橫截面。 其他橫截面形狀當(dāng)然同樣是可能的，例如L形、S形等。以此方式，甚至具有更復(fù)雜形狀的纖維復(fù)合材料成形結(jié)構(gòu)部件也可被容易地覆蓋并且具有高的可重復(fù)性。在介紹中所述的目的還通過用于為纖維復(fù)合材料的彎曲成形的結(jié)構(gòu)部件覆蓋針織纖維織物的方法來實(shí)現(xiàn)，該方法包括下述步驟沿張緊線張緊至少一個(gè)針織纖維織物層，其中在整個(gè)覆蓋操作期間，張緊力沿所述張緊線被施加到所述層上，執(zhí)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)以減小位于所述模具上的模面和所述至少一個(gè)針織纖維織物層之間的距離，以這樣一種方式使所述模面沿垂直于或至少近似垂直于所述張緊線的方向移動(dòng)靠近所述針織纖維織物層，和繼續(xù)所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)，直至所述張緊線被穿過且所述針織纖維織物層完全覆蓋所述模面。優(yōu)選地每個(gè)針織纖維織物層在沿所述張緊線張緊之前被預(yù)制，即至少獲得期望的長(zhǎng)度。如前文已經(jīng)結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備描述的一樣，在根據(jù)本發(fā)明的方法中同樣是多個(gè)針織纖維織物的層可以以重疊的方式被夾緊或者分離地且沿互相平行的張緊線彼此相距一距離地被夾緊，在此情況下所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)直到每個(gè)張緊線已經(jīng)被穿過且每個(gè)針織纖維織物層完全覆蓋所述模面。等同地，所述針織纖維織物層或者所述多個(gè)針織纖維織物中的一些或全部可以以導(dǎo)致預(yù)定橫截面形狀的方式被夾緊，所述預(yù)定橫截面形狀例如為Z 形、L形、S形等。每個(gè)針織纖維織物層可為所謂的預(yù)浸料坯(pr印reg)，即預(yù)先滲入接合劑的針織纖維織物層。如果多個(gè)針織纖維織物層被使用，則所述層中的一個(gè)、一些或全部可為預(yù)浸料坯。在根據(jù)本發(fā)明的覆蓋方法中，實(shí)際覆蓋操作在切向地朝向模面延伸的靜態(tài)自由張緊的針織纖維織物層與模具相遇處執(zhí)行，并且在該處接觸模具的所述針織纖維織物層被迫使到模具的曲率。換言之，所述模具將成形幾何形狀強(qiáng)加到每個(gè)針織纖維織物層上。由預(yù)先設(shè)定的曲率導(dǎo)致的所述針織纖維織物層的可選地提供的外邊緣和內(nèi)邊緣之間的長(zhǎng)度差通過外邊緣和內(nèi)邊緣的不同延長(zhǎng)程度的優(yōu)點(diǎn)在該處被類似地補(bǔ)償。經(jīng)由根據(jù)本發(fā)明的覆蓋設(shè)備并且經(jīng)由根據(jù)本發(fā)明的覆蓋方法，針織纖維織物的彎曲輪廓可快速和容易地被覆蓋。以這種形式被覆蓋的預(yù)加工成品的質(zhì)量是非常高的并且是可重復(fù)的。由于已經(jīng)驗(yàn)證過且簡(jiǎn)單的技術(shù)可用于根據(jù)本發(fā)明的覆蓋設(shè)備，因此覆蓋操作可以是高度自動(dòng)化的以獲得相對(duì)較低的資金支出。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠大批量、快速且高質(zhì)量地制造彎曲的輪廓。此外，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和根據(jù)本發(fā)明的方法能用于眾多不同的幾何形狀和層疊結(jié)構(gòu)。在改變幾何形狀的情況下，所述模具僅僅需要相應(yīng)地被修改。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“針織纖維織物”不限于針織材料，而是也包括紡織織物材料和無紡織物材料，例如粘合材料(bonded material) 0


下面將參考所附示意性附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。所述附圖示出圖1為根據(jù)本發(fā)明的具有處于初始狀態(tài)的模具的覆蓋設(shè)備，和圖2為圖1所示的具有部分覆蓋到其上的第一針織纖維織物層的處于中間狀態(tài)的
覆蓋設(shè)備。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出一種用于覆蓋針織纖維織物的設(shè)備10。覆蓋主要為網(wǎng)狀的針織纖維織物是制造纖維復(fù)合材料諸如CFRP和GFRP的彎曲成形的結(jié)構(gòu)部件中的重要步驟。覆蓋設(shè)備10包括具有模面14的模具12，模面14在所例示的實(shí)施例中具有用于飛機(jī)機(jī)翼的框架的形狀。所例示的模具12的模面14不僅僅如可見的一樣沿縱向方向彎曲而且還具有Z形的三維橫截面，即其包括沿橫截面方向水平延伸的第一部分、沿豎直向上方向從所述第一部分的一個(gè)端部延伸的第二部分，該第二部分與再次水平延伸且由此平行于所述第一部分的第三部分結(jié)合。在模面14上方距該模面一距離處，單獨(dú)地預(yù)制的針織纖維織物的兩個(gè)網(wǎng)狀層16、 18沿平行于模面14的縱向延伸部的方向延伸。兩個(gè)針織纖維織物層16、18由夾緊裝置保持，夾緊裝置在這里僅由箭頭20表示并且將每個(gè)針織纖維織物層16、18保持在沿相關(guān)聯(lián)的張緊線22的張緊應(yīng)力下。每個(gè)張緊線22沿相關(guān)聯(lián)的針織纖維織物層16或18的縱向方向延伸并因此平行于模面14的縱向延伸部。為了夾進(jìn)每個(gè)針織纖維織物層16、18，夾緊裝置包括未示出的夾緊元件，在夾緊元件中在每種情況下針織纖維織物層16或18的一個(gè)端部被緊固使得相應(yīng)的針織纖維織物層可在張緊應(yīng)力下由夾緊元件放置。例如，這些夾緊元件可為夾鉗形狀的元件，該夾鉗形狀的元件將針織纖維織物層的一個(gè)端部緊緊地夾在兩個(gè)爪之間。如所示的，每個(gè)針織纖維織物層16、18由夾緊裝置保持為對(duì)應(yīng)于模面14的形狀的Z形構(gòu)造的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。此外，兩個(gè)針織纖維織物層16、18彼此分開。替代于保持被夾進(jìn)的所例示的兩個(gè)針織纖維織物層16、18和可選的其他針織纖維織物層的一個(gè)夾緊裝置，可使用多個(gè)夾緊裝置，該多個(gè)夾緊裝置在每種情況下僅保持一個(gè)針織纖維織物層被夾進(jìn)。為了將兩個(gè)針織纖維織物層16、18覆蓋到模面14上，模具12可借助由箭頭M表示的運(yùn)動(dòng)裝置沿在這里垂直于張緊線22延伸的方向朝向針織纖維織物層16、18運(yùn)動(dòng)。然而，根據(jù)本申請(qǐng)，該運(yùn)動(dòng)方向還可以不同于所述垂直。隨著模具12沿針織纖維織物層16、18 的方向移動(dòng)，首先模面14的中部(沿縱向方向觀看)開始與第一針織纖維織物層16接觸， 然后，隨著模具12繼續(xù)沿所述方向運(yùn)動(dòng)，該模具沿著被夾緊的針織纖維織物層16傳送，結(jié)果該針織纖維織物被精確地貼到模面14上(參見圖2)。模具12，更準(zhǔn)確地說模具12的模面14沖過張緊線22越遠(yuǎn)，則被覆蓋的針織纖維織物已經(jīng)貼到其上的模面14的面積變得越大。在此情況下，實(shí)際覆蓋操作在切向地朝向模面14延伸的靜態(tài)自由夾緊的針織纖維織物層與模面14相遇處執(zhí)行，并且在該處通過與該模面接觸而被迫使形成由模面14限定的構(gòu)造。在圖2中，由沈表示的區(qū)域代表針織纖維織物層16的已經(jīng)被完全覆蓋的部分，而在區(qū)域沈右邊和左邊的由觀表示的兩個(gè)區(qū)域代表針織纖維織物層16的覆蓋操作在該處恰好發(fā)生的部分。因此，模具12經(jīng)由模面14將成形幾何形狀強(qiáng)加到針織纖維織物層16上。由模面14的限定曲率所導(dǎo)致的針織纖維織物層16 的外邊緣和內(nèi)邊緣之間的長(zhǎng)度差在覆蓋進(jìn)區(qū)域觀的過程中通過針織纖維織物的相應(yīng)不同延長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)而被補(bǔ)償，結(jié)果針織纖維織物層16精確地適應(yīng)模面14。一旦第一針織纖維織物層16已經(jīng)以所述方式覆蓋到模面14上，模具12借助運(yùn)動(dòng)裝置M沿所示方向的進(jìn)一步繼續(xù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致第二針織纖維織物層18也以與覆蓋所述第一針織纖維織物層16相同的方式被覆蓋到模面14上，或者更精確地說覆蓋到第一針織纖維織物層16上。夾緊裝置20可被構(gòu)造為考慮到每個(gè)針織纖維織物層的“縮短”，該“縮短”在覆蓋操作期間由于模面14沿縱向方向彎曲而發(fā)生，例如未例示的夾緊元件在針織纖維織物層的覆蓋操作的過程中沿張緊線22逐漸向內(nèi)移動(dòng)，以通過這種方式保持作用在每個(gè)針織纖維織物層上的張緊力恒定。在所例示的實(shí)施例中，模具12沿針織纖維織物層16、18的方向移動(dòng)。然而，不言而喻地，模具12可選擇性地保持靜止，并且可代替地，夾緊裝置20與夾進(jìn)的針織纖維織物層16、18 —起可沿模具12的方向移動(dòng)，以將針織纖維織物層16、18覆蓋到模面14上。
權(quán)利要求
1.一種用于為纖維復(fù)合材料的彎曲成形的結(jié)構(gòu)部件覆蓋針織纖維織物的設(shè)備(10)， 包括具有模面(14)的至少一個(gè)模具(12)，所述模面對(duì)應(yīng)于后來成形的結(jié)構(gòu)部件期望的成形幾何形狀和曲率的至少一部分，至少一個(gè)夾緊裝置(20)，用于將至少一個(gè)針織纖維織物層(16)沿張緊線02)張緊到預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，和運(yùn)動(dòng)裝置(M)，用于在所述模具(1 與所述至少一個(gè)夾進(jìn)的針織纖維織物層(16)之間以這樣一種方式產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使所述模具(1 的所述模面(14)沿垂直于或至少近似垂直于所述張緊線0 的方向移動(dòng)靠近所述針織纖維織物層(16)，并且在所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)一步過程中沖過所述張緊線0 到達(dá)使所述針織纖維織物層(16)完全覆蓋所述模面(14)的程度，其中所述夾緊裝置OO)被裝備為在整個(gè)覆蓋操作期間以沿所述張緊線02)作用的張緊力加載所述針織纖維織物層(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，各自具有模面的多個(gè)模具一起形成所述后來成形的結(jié)構(gòu)部件的所述期望成形的幾何形狀和曲率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述夾緊裝置OO)或多個(gè)夾緊裝置 (20)將多個(gè)針織纖維織物層(16，18)保持為分離地且沿互相平行的張緊線0 彼此相距一距離地被夾進(jìn)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，借助所述夾緊裝置OO)或多個(gè)夾緊裝置OO)夾進(jìn)的所述針織纖維織物層(16，18)，被保持為在預(yù)成型狀態(tài)下被夾進(jìn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)成型狀態(tài)為Z形。
6.一種為纖維復(fù)合材料的彎曲成形的結(jié)構(gòu)部件覆蓋針織纖維織物的方法，包括以下步驟沿張緊線0 張緊至少一個(gè)針織纖維織物層(16)，其中在整個(gè)覆蓋操作期間，張緊力沿所述張緊線0 被施加到所述層(16)上，執(zhí)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)以減小位于所述模具上的模面(14)和所述至少一個(gè)針織纖維織物層 (16)之間的距離，以這樣一種方式使所述模面沿垂直于或至少近似垂直于所述張緊線 (22)的方向移動(dòng)靠近所述針織纖維織物層(16)，和繼續(xù)所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)，直至所述張緊線0 被穿過且所述針織纖維織物層(16)完全覆蓋所述模面(14)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，針織纖維織物的多個(gè)層(16，18)分離地且沿互相平行的張緊線0 彼此相距一距離地被夾緊，其中所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)，直至每條張緊線0 已經(jīng)被穿過且每個(gè)針織纖維織物層(16，18)完全覆蓋所述模面(14)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述針織纖維織物層或多個(gè)所述針織纖維織物層(16，18)的一些或全部以這樣一種方式被張緊，以便產(chǎn)生預(yù)定的橫截面形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定的橫截面形狀為Z形。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述針織纖維織物層(16， 18)為預(yù)浸料坯。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，每個(gè)針織纖維織物層 (16，18)被預(yù)制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在制造纖維復(fù)合材料的彎曲成形的結(jié)構(gòu)部件期間用于覆蓋針織纖維織物的設(shè)備(10)。該設(shè)備(10)包括具有模面(14)的至少一個(gè)模具(12)，所述模面(14)對(duì)應(yīng)于后來成形的結(jié)構(gòu)部件期望成形的幾何形狀和曲率的至少一部分；以及至少一個(gè)夾緊裝置(20)，用于將至少一個(gè)針織纖維織物層(16)沿張緊線(22)夾進(jìn)到預(yù)應(yīng)力狀態(tài)；和運(yùn)動(dòng)裝置(24)，用于在所述模具(12)與所述至少一個(gè)夾進(jìn)的針織纖維織物層(16)之間以這樣一種方式產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使所述模具(12)的所述模面(14)沿垂直于或至少近似垂直于所述張緊線(22)的方向移動(dòng)靠近所述針織纖維織物層(16，18)，并且在所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)一步過程中沖過所述張緊線(22)到達(dá)使所述針織纖維織物層(16)完全覆蓋所述模面(14)的程度，其中所述夾緊裝置(20)被裝備為在整個(gè)覆蓋操作期間以沿所述張緊線(22)作用的張緊力加載所述針織纖維織物的所述層(16)。
文檔編號(hào)B29C70/56GK102395459SQ201080016871
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者讓·朔普邁爾, 阿克塞爾·赫曼 申請(qǐng)人:空中客車作業(yè)有限公司