用于制造由纤维复合物质构成的局部面型的构件的方法与流程

本发明涉及一种用于制造构件的方法以及一种这样的构件。

背景技术：

为了制造由纤维增强的塑料构成的构件，已经提出了各种不同的方法。通常，在制造大规格的构件、例如交通飞行器的机身外壳时使用成型模具，纤维基底被带到所述成型模具上并固化。纤维基底可以由自动化设备生成。在此，逐渐地敷设单独的纤维幅或纤维垫，使得能够实现非常轻微地个性化的厚度走向和纤维走向。施加到成型模具上的基底遭受压力并且通常遭受加热，使得包围纤维的基质材料硬化并且由此制造刚性构件。

除了使用可热固化的树脂作为基质材料之外，也已知的是热塑性的基质材料。为此可以使用相似的方法和过程。

由于个性化的纤维走向和厚度走向，生成用于制造大规格的构件的纤维基底是非常复杂且耗时的。此外，对用于储存纤维的自动化设备提出高要求，所述要求随着构件尺寸的增大而提高。虽然已知了用于以更高的速度来提供由纤维复合物质构成的构件的制造方法，但是所述制造方法仅能够提供具有恒定厚度的构件。

技术实现要素：

本发明的目的是，提出一种用于制造大规格的构件的方法，其中尽管构件厚度局部不同仍能够使用尽可能连续的制造过程，所述制造过程能够以高的速度和品质提供由纤维复合物质构成的构件。

该目的通过根据权利要求1所述的用于制造构件的方法来实现。有利的改进方案和实施方式可以自从属权利要求和下文的描述中得知。

提出一种用于制造构件的方法，所述方法具有以下步骤：制造至少一个由纤维复合物质构成的、面型的第一基底，所述第一基底具有恒定的厚度、外侧面以及内侧面，其中所述第一基底具有如下表面延伸尺寸，所述表面延伸尺寸决定所述构件的表面延伸尺寸；制造至少一个由纤维复合物质构成的、面型的第二基底，其中所述至少一个第二基底的表面延伸尺寸小于所述至少一个面型的第一基底的表面延伸尺寸；将所述第二基底定位在所述第一基底的内侧面的如下区域处，在所述区域处必须增大局部厚度以提高局部强度；并且至少在应用压力的情况下使由所述第一基底和所述第二基底构成的复合物固化。

因此，所述面型的第一基底具有唯一的厚度，所述厚度是连续不变的。同时，所述面型的第一基底还决定了要通过根据本发明的方法制造的构件的表面延伸尺寸。因此，所述面型的第一基底可以被提供为一种基座，所述基座尤其在制造飞行器的机身外壳时提供光滑的外蒙皮。

制造这种面型的第一基底可以基于简单的几何形状以如下制造过程来实现，所述制造过程是能够特别高效、快速且成本有效地执行的。例如提出使用基于双带压制的方法，其中在单独的工作步骤中进行浸渍或树脂浸渍成型和固化。

替代于此，可以在自动化的过程中、例如借助于“afp”(“automatedfiberpositioning”，纤维自动定位)来铺设经预浸渍的纤维带。可能借助于超声波、通过激光作用或通过点式加热使单独的、以树脂提供的纤维带相互粘接，从而制造闭合的复合物。

作为其他的替代方案，可能进行自动化的纤维定位过程(“afp”，“automatedfiberpositioning”)。在那里也可以借助于超声波使单独的、经预浸渍的纤维相互粘接。

为了局部地影响构件厚度，制造一个或多个面型的第二基底。就此而言要注意的是，第一基底决定构件的最小厚度。不能够减小构件厚度，而是只能够通过布置第二基底增大构件厚度。因此，第一基底的厚度对应于待制造的构件的最小局部厚度。

为了制造第二基底，可以使用与用于第一基底的工艺相同的工艺。然而基于第二基底的可能的多个变体可设想的是，不一定优选双带压制。因此，甚至可以使用自动化的铺设方法，通过所述铺设方法能够制造非常个性化的、小规格的第二基底。固化或硬化不是强制必须的。而是也可以在那里借助于超声波将单独的元件粘接在一起。

为了制造所述构件，将第二基底定位在第一基底的内侧面的如下区域处，在所述区域处例如由于所提供的结构上和机械上的荷载与局部的最小厚度相比必须增大局部厚度。为了组合单独的基底，尤其使用成型模具，所述成型模具可以接收这些部件。

为此考虑的成型模具可以是以不同方式实现的。一方面可设想具有模具表面的成型模具，所述成型模具以第一基底的外侧面接收所述第一基底。将所有其他的部件布置在所述成型模具的与模具表面相背的侧面上。而其他的成型模具可以具有模具表面等，所述模具表面例如也接收以下提及的加强构件，然后将第二基底和第一基底布置到所述加强构件上。将参照更下文的实施方式对此进行详细探讨。

最后，至少在应用压力的情况下使由第一基底和第二基底构成的复合物固化。这意味着，将所述复合物带到成型模具与另外的装置之间并且尤其以压制的方式实现固化。优选地，这尤其伴随着加热。在热塑性的基质材料和可热固化的树脂中，这最终实现固化的构件。

根据本发明的方法的特别的优点在于：可以以独立的、能够非常高效且快速地执行的方法来制造大的基座部分，然后能够以自动化的方法以明显更小的规格来制造并安置更个性化的、用于增大厚度的额外的第二基底。总体上明显简化了构件的制造过程，因为不需要非常大规格的纤维铺设设备，如果除了大的构件尺寸还要求高精确度，那么所述纤维铺设设备由于待制造的构件的大小是非常高耗费的。同样，根据本发明的方法还允许制造与借助目前已知的方法相比更大规格的构件。可提出的是，能够以这种方法来制造具有明显大于20m的长度的机身外壳或机身外壳半部。而这种构件的设计和构型可以被根据本发明的方法影响，其方式使得纤维构造的拓扑适配于使制造简化。

就此而言应指出的是，单独的基底、即第一基底和/或第二基底自身优选地具有对称的层构造，从而避免应力过大或变形。

在一个有利的实施方式中，所述至少一个面型的第一基底具有偶数个面型的第一基底。

优选由热塑性的、纤维增强的塑料来制造所述至少一个第一基底和所述第二基底。因此，基质材料可以是热塑性塑料，例如聚酰胺、pekk、peek或pps。在使用热塑性塑料的情况下的优点是如下可能性：通过加热和压力使基质材料至少部分地熔化，从而使得该复合物的这些单独的部件在固化前已经具有一定的形状稳定性并且接着以材料配合的方式很好地相连。

在一个有利的实施方式中，所述方法还具有：提供多个加强元件；并且在加热之前，将所述加热元件定位在所述第一基底的内侧面上。提供加强元件可以包括：仅提供附加购买的加强元件。然而同样可设想的是，通过用于制造由纤维复合物质构成的构件的工艺来制造这种加强元件。目的是，提供适合的加强元件，所述加强元件以材料配合的方式被布置在面型的第一基底的内侧面处。接着，至少在应用压力的情况下使由所述第一基底、所述第二基底以及所述加强元件构成的复合物固化。

在一个优选的实施方式中，制造所述第一基底包括：制造带有外部的第一基底和内部的第一基底的偶数个面型的第一基底，其中定位所述第二基底包括：将所述第二基底的至少一部分引入所述外部的第一基底和所述内部的第一基底之间。两个第一基底具有内侧面和外侧面。内部的第一基底的外侧面指向外部的第一基底，而外部的第一基底的内侧面指向内部的第一基底。因此，两个面型的第一基底构成待制造的构件的基座，其中第二基底的一部分被这两个第一基底包围以用于局部加强。由两个第一基底确定的表面是非常连续且闭合的，这有利地影响构件的强度。在使由所述部件构成的复合物固化时应注意的是，例如外部的第一基底的形状稳定性是期望的，所述外部的第一基底例如构成机身外壳的外表面。

以上所述的加强元件在固化之前优选被定位在内部的第一基底的内侧面上。

优选地，内部的第一基底和外部的第一基底具有层构造，它们是彼此对称的。特别优选地，内部的基底和外部的基底具有层构造，它们是彼此对称的。由此可以在待制造的构件中避免最初固化之后发生应力过大或变形。两个第一基底尤其应具有层数相同且材料相同的相同厚度。

一个有利的实施方式还具有：将所述第二基底中的一个或多个第二基底或者将第三基底定位在内部的第一基底的内侧面处。由此可以产生进一步的局部加强。由于在两个闭合的第一基底之间不存在所述加强，因此可以实现明显更大程度的截面变化。例如，在必要的位置处，可以使用具有1:20的比例的90°过渡部或表面升高部。这样的第二基底可能在两个第一基底之间导致变形、应力过大、空腔并且由此在荷载下导致分层，从而使得这样的第二基底尤其可以被布置内部的第一基底的内侧面处。此类第二基底的大小可能被选择成使得可以避免自动化的纤维铺设过程并且尤其能够使用双带压制。

在另一个有利的实施方式中，布置在所述内部的第一基底的内侧面处的第二基底是与布置在这两个第一基底之间的第二基底对称地形成的。这意味着，所述层具有彼此对称的纤维方向。

优选地，可以借助于双带压制来执行制造所述至少一个第一基底。通过这种双带压制可以制造任意长度的工件。例如，纤维材料可以以基质材料进行涂层或浸渍以及固化。双带压制具有两条彼此平行地延伸的带子，所述带子向延伸经过设备的半成品施加期望的压力。如以上所展示地，可以制造大的、板状的由纤维复合材料构成的构件，所述构件具有恒定的厚度。尤其在使用具有热塑性基质材料的纤维复合物质的情况下提出所述双带压制。

可以至少部分地借助于自动化的纤维铺设过程来执行制造所述第二基底。由此还可以实现所述第二基底的更复杂的外部轮廓。此外，尤其在第二基底的尺寸更小的情况下可以提出，将这种方法用于更个性化的构型。

可能在成型模具上形成所述复合物，其中接着将所述复合物包围在所述成型模具与压紧块之间，并且其中通过所述压紧块在所述成型模具的方向上的机械压力作用使所述复合物固化。所述压紧块可以具有一定的灵活性，使得在将所述复合物压紧到实心的成型模具上时使所述复合物的这些部件彼此压靠。在使用两个第一基底的情况下，在所述复合物中还可以存在小的、中空的间隙，在压靠时通过尤其所述内部的第一基底的形状适配来消除所述间隙。

可提出的是，在成型模具上形成所述复合物之前，使内部的第一基底三维地在其形状方面进行适配。同样的内容适用于加强构件，所述加强构件可能在定位之前被赋予期望的三维形状。

如果根据本发明的方法用于制造飞行器机身的一部分、例如机身外壳，那么所述方法还可能具有嵌入防雷层。所述防雷层可能作为具有相同厚度和延伸尺寸的全局的层被实施在整个构件上。

在一个有利的实施方式中，能够以如下工艺来执行所述固化，所述工艺选自以下组的工艺，所述组具有：压制固化，真空固化，以及高压釜固化。以上已经提及了压制固化。在高压釜中固化使得在加热的同时均匀地对复合物施加压力。然而，将复合物推入其中的高压釜的大小必须适配于此。替代于此还可设想的是，以真空箔覆盖所述复合物并且对成型模具与真空箔之间的间隙抽真空。由此，包围成型模具的环境压力作用，以压靠所述复合物。如果环境压力在力学上是足够的，那么这可能是相对较容易的。

优选的是，由热塑性的、纤维增强的塑料来制造所述第一基底、第二基底以及第三基底。

本发明还涉及一种构件，所述构件具有：至少一个由纤维复合物质构成的、面型的第一基底，所述第一基底具有恒定的厚度、外侧面以及内侧面，其中所述第一基底具有如下表面延伸尺寸，所述表面延伸尺寸决定所述构件的表面延伸尺寸；至少一个由纤维复合物质构成的、面型的第二基底，其中所述第二基底的表面延伸尺寸小于所述面型的第一基底的表面延伸尺寸，并且其中由所述第一基底和所述第二基底构成的复合物至少在应用压力的情况下固化。

所述构件还可以具有多个加强元件，所述加强元件被布置在所述至少一个第一基底的内侧面上。然后，由所述至少一个第一基底、所述第二基底以及所述加强元件构成的复合物至少在应用压力的情况下固化。

在一个有利的实施方式中，所述构件具有两个第一基底并且所述第二基底的至少一部分被布置在所述第一基底之间。

此外，所述构件可以具有：偶数个由纤维复合物质构成的、面型的第一基底，所述第一基底具有恒定的厚度、外侧面以及内侧面，其中所述第一基底具有如下表面延伸尺寸，所述表面延伸尺寸决定所述构件的表面延伸尺寸；多个由纤维复合物质构成的、面型的第二基底和第三基底，其中所述第二基底和第三基底的表面延伸尺寸小于所述面型的第一基底的表面延伸尺寸；以及多个加强元件，其中所述第二基底被布置在所述外部的第一基底的内侧面的如下区域处并且所述第三基底被布置在所述内部的第一基底的内侧面的如下区域处，在所述区域处必须增大局部厚度以提高局部强度，其中所述加强元件被布置在所述第一基底的内侧面上，并且其中由所述第一基底、所述第二基底和所述第三基底以及所述加强元件构成的复合物至少在应用压力的情况下固化。

优选地，所述构件是以上面提及的方法制造的。所述构件尤其可以是飞行器的机身外壳、机翼外壳、尾翼外壳或其他面型的构件。

附图说明

本发明的其他特征、优点和应用可能性由以下对实施例和附图的说明得出。在此，所有所描述的和/或图示的特征自身和以任意组合构成本发明的主题，而与其在单独权利要求中或其所引用的权利要求中的关系无关。此外，在附图中相同的附图标记代表相同或相似的物体。

图1以示意性的、基于方框的图示示出一种方法。

图2示出待制造的构件的子截面。

图3示出飞行器以及所述飞行器的作为待制造的构件的机身外壳。

图4、图4a、图5以及图5a示出不同成型模具的用途。

具体实施方式

图1以示意性的、基于方框的图示示出一种根据本发明的用于制造构件的方法2。方法2示例性地以制造4至少一个由纤维复合物质构成的、面型的第一基底开始，所述第一基底具有恒定的厚度，其中所述第一基底具有如下表面延伸尺寸，所述表面延伸尺寸决定所述构件的表面延伸尺寸。接着、同时或者在前一步骤中，制造6多个由纤维复合物质构成的、面型的第二基底，其中所述第二基底的表面延伸尺寸小于所述面型的第一基底的表面延伸尺寸。接着、同时或在前一步骤中，提供8多个加强元件。

简单起见，将这三个步骤4、6、8标记为彼此相随的步骤。如所实施的，然而这些步骤也可以以其他顺序来进行。

如果存在这些部件，即至少一个面型的第一基底、面型的第二基底以及加强元件，则对应地定位这些部件，以形成多个部件的复合物。将所述第二基底定位10在第一基底的内侧面的如下区域处，在所述区域处必须增大局部厚度以提高局部强度。

接着或在前一步骤中，将加强元件定位12在第一基底的内侧面上，然后接着至少在应用压力的情况下使由第一基底、第二基底和加强元件构成的复合物固化14。在此，简单起见，方法步骤10和12也被标记为彼此相随的步骤。然而，这可以尤其取决于成型模具的形状，以何种顺序来执行这些步骤。

制造4所述至少一个面型的第一基底可以包括：制造16外部的第一基底和制造18内部的第一基底。于是因此，定位10所述第二基底可以包括：将所述第二基底的至少一部分引入20所述外部的第一基底和所述内部的第一基底之间。

此外，也可以将所述第二基底中的一个或多个第二基底定位22在所述内部的第一基底的内侧面处，以实现进一步的局部加强。所述第二基底相比于布置在所述第一基底之间的第二基底也可以配置有更厚的形状过渡部。

图2以子截面示出待制造的构件42的示例性的层构造。在此，在图平面中在下方示出外部的第一基底24，所述外部的第一基底配置有一系列的层24a、24b、…、24f。与所述外部的第一基底间隔开地，设有内部的第一基底26，所述内部的第一基底具有多个层26a、26b、…、26f。提出的是，层24a至24f以及层26a至26f是彼此对称的。这意味着，第一基底24和26的具有彼此递增的间距的各个层的纤维方向是相同的。

在这两个第一基底24和26之间布置有第二基底28，所述第二基底示例性地具有一系列的层28a、28b、28c和28d。优选的是，第二基底28中的表面过渡部非常和谐地延伸，使得实现至多1:200的表面升高部。通过压靠内部的第一基底26或外部的第一基底24，齐平地包围第二基底28。

就此而言，以下可以称为由所示基底构成的复合物30的侧面。外部的第一基底24的与内部的第一基底26相背的侧面32可以被称为外侧面32。相反的侧面是内侧面34。内部的第一基底26的与外部的第一基底24相向的侧面是外侧面36，相反的侧面是内侧面38。在内部的第一基底26的内侧面38处示例性地布置有一系列另外的第二基底40，所述第二基底引起额外地增强所述构件。在第二基底40未被包围的情况下，可以实现更大的、例如最大达1:20的表面升高部。

优选的是，在内部的第一基底26的内侧面38处的第二基底40是与第一基底24和26之间的第二基底28对称地形成的。

图3中的飞行器44的图示用作待制造的构件42的实例。构件42可能是机身外壳，所述机身外壳具有多个窗户开口46和一个门开口48。在窗户开口46和门开口48周围的区域中可以存在局部的加厚部，所述加厚部例如可能以第二基底28和40来实现。通过图2中所示的拓扑可能的是，借助于第二基底28实现局部的加厚部并且然而以高效且快速的制造过程提供大规格的构件作为具有相同厚度的面型部件。

图4和图4a示出成型模具50的第一变体，所述成型模具具有刚性基座52，首先将呈桁条形式的加强元件54布置在所述刚性基座上。这些桁条稍后指向构件42的内侧面。将内部的第一基底26定位在桁条54上，所述内部的第一基底在一些子区域56中以其轮廓进行三维适配。由此可能的是，将被包围的第二基底28布置在桁条54之间或者布置在桁条54之下和之间，使得这些所述第二基底局部地引起加厚。

接着，布置外部的第一基底24。通过预先适配内部的第一基底26的轮廓，外部的第一基底24的外侧面32保持其计划的形状。外侧面32(所述外侧面例如形成机身外壳42的外表面)可以齐平地被敷设到另外的部件上。通过接着借助于压紧块58来压靠外部的第一基底24，可以执行固化，而外部的第一基底24不改变其形状。同样地，被包围的第二基底28可以设有最终的三维轮廓，或者所述第二基底在很大程度上扁平地被敷设并且通过压紧块58的压靠才产生其所提供的形状。

图4和图4a中的图示仅可以被理解为示例性的，其他的基底也是可能地并且此外也可能集成防雷层(未示出)。此外，替代于压紧块58，也可能施加真空箔，使得真空箔与刚性基座52之间的空气被吸出，从而使得包围成型模具50的空气压力作用于复合物30。

图5和图5a示出另一种成型模具60。所述成型模具具有刚性基座62，外部的第一基底24的外侧面32被定位在所述刚性基座上。接着是被包围的第二基底28，内部的第一基底26被定位到所述第二基底上。接着安置加强构件54。然后，压紧块64用于尤其在加热的同时压紧加强元件54和内部的第一基底26以使构件固化。

补充性地可以指出，“具有”并不排除其他的元件或步骤，并且“一个”或“一种”不排除多数。此外还可以指出，可以使用已经参照上述实施例之一描述的特征还有与上文描述的另外实施例的其他特征的组合。权利要求书中的附图标记不应视为限制。

附图标记清单

2方法

4制造面型的第一基底

6制造面型的第二基底

8提供加强元件

10定位第二基底

12定位加强元件

14固化

16制造外部的第一基底

18制造内部的第一基底

20将第二基底引入第一基底之间

22定位第二基底

24外部的第一基底

26内部的第一基底

28(被包围的)第二基底

30复合物

32外部的第一基底的外侧面

34外部的第一基底的内侧面

36内部的第一基底的外侧面

38内部的第一基底的内侧面

40第二基底

42构件

44飞行器

46窗户开口

48门开口

50成型模具

52刚性基座

54加强元件

56内部的第一基底的子区域

58压紧块

60成型模具

62刚性基座

64压紧块