專利名稱：用于形成機(jī)械中空結(jié)構(gòu)部件的預(yù)型件、所獲得的部件和制造所述預(yù)型件的方法
用于形成機(jī)械中空結(jié)構(gòu)部件的預(yù)型件、所獲得的部件和制造所述預(yù)型件的方法本發(fā)明涉及一種用來形成機(jī)械中空結(jié)構(gòu)部件的預(yù)型件。本發(fā)明還涉及一種制造這種預(yù)型件以及中空結(jié)構(gòu)部件的方法。在本發(fā)明的上下文中，機(jī)械中空結(jié)構(gòu)部件是構(gòu)成飛機(jī)結(jié)構(gòu)并包括中空中心區(qū)域或 凹口的部件。多個(gè)實(shí)例包括具有中空中心主體的桿或箱體部件。公知的是由具有編織纖維(稱為干燥的)的底部的預(yù)型件來制造這種部件并通過 噴射樹脂使彼此形成整體。干燥纖維被分成織物纖維和粘合纖維(還稱為鏈纖維)?？椢锢w維通常沿限定方 向取向。這些織物纖維還在多個(gè)大致平行的層(稱為“層”或“織物層”)內(nèi)疊加。粘合纖維沿與織物纖維的方向大致垂直和共面的方向排列。

圖1所示的所謂的“2D”傳統(tǒng)編織方式對(duì)應(yīng)于每個(gè)粘合纖維121交替從同一織物 層125的織物纖維123的上方下方經(jīng)過的編織方式。與粘合纖維121圍繞織物纖維123交 織的頻率相對(duì)應(yīng)的織造圖案可以是任何公知的類型，例如是塔夫綢、緞子或斜紋類型。圖2所示的“2. 5D”編織方式對(duì)應(yīng)于每個(gè)粘合纖維221連接至少兩個(gè)不同織物層 225(特別是相鄰的織物層225a、22^和225c)的織物纖維223的編織方式。在專利申請(qǐng)W02007/060306中，提出一種用來形成機(jī)械中空部件的預(yù)型件。預(yù)型 件包括具有遵循2. 5編織方式的干燥編織纖維底部的主體。預(yù)型件的主體沿著橫向截面具 有恒定厚度。由此，在預(yù)型件繞自身纏繞以形成機(jī)械中空部件的過程中，主體的織造層可相 對(duì)彼此滑動(dòng)，使得主體的功能通過彼此重疊的兩個(gè)傾斜端部實(shí)現(xiàn)?！皟A斜”這里指的是在纏繞之后，每個(gè)側(cè)部部件具有傾斜的邊緣。然而，盡管這種類型的預(yù)型件的編織具有足夠?qū)挼木W(wǎng)格以使得織造纖維可相對(duì)彼 此滑動(dòng)，但是織造纖維和粘合纖維存在無法實(shí)現(xiàn)的趨勢。那么預(yù)型件具有弱的粘合力。如果編織足夠緊密以避免這種缺陷，那么粘合纖維會(huì)保持織物纖維?？椢锢w維存 在相對(duì)彼此滑動(dòng)的困難。由此，在成型時(shí)并且在結(jié)合區(qū)域處，織物纖維會(huì)存在取向問題和/ 或彎曲問題，這降低了其質(zhì)量。另外，這種預(yù)型件的傾斜表面的長度受到限制，并其本身表示出不足以確保機(jī)械 應(yīng)力從預(yù)型件的一端最佳地傳遞到另一端。在機(jī)械中空部件的某些應(yīng)用過程中，機(jī)械強(qiáng)度 不能完全令人滿意。因此本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種包括干燥纖維的預(yù)型件，該預(yù)型件具有更好 的機(jī)械阻力。本發(fā)明的一個(gè)目的還在于提供一種容易實(shí)現(xiàn)的預(yù)型件。為此，根據(jù)第一發(fā)明，本發(fā)明涉及一種用來形成機(jī)械中空結(jié)構(gòu)部件的預(yù)型件，所述 預(yù)型件包括中心主體，形成中間平面并大致沿著包含在中間平面內(nèi)的主軸延伸；以及兩個(gè)側(cè)部件，大致沿著中間平面并且沿著大致垂直于主軸的次軸延伸；中心主體和每個(gè)側(cè)部件包括通過粘合纖維彼此連接的織物纖維，所述織物纖維沿著大致平行的平面織物層延伸；其中每個(gè)側(cè)部件的厚度在沿著次軸并離開中心主體的方向減小。本發(fā)明的預(yù)型件的優(yōu)點(diǎn)是包括側(cè)部件，側(cè)部件垂直于中間平面且具有大致為梯形 的截面，或者大致為三角形的截面，層的數(shù)量和側(cè)部件的厚度可隨根據(jù)本發(fā)明的預(yù)型件的 使用功能變化?！爸虚g平面”指的是穿過中心主體的中間部分的平面。因此在任何制造機(jī)械中空結(jié)構(gòu)部件的過程之前，特別是在纏繞根據(jù)本發(fā)明的一個(gè) 或多個(gè)預(yù)型件的任何過程中之前，側(cè)部件是“傾斜”的平面。每個(gè)側(cè)部件具有能夠與側(cè)部件 的另一表面相對(duì)定位的表面，以便覆蓋后者，同時(shí)限定比現(xiàn)有技術(shù)更寬和具有更大機(jī)械抵 抗力的結(jié)合部。特別是，由于側(cè)部件的形狀，結(jié)合部的任一側(cè)上的機(jī)械應(yīng)力被更好地從一個(gè) 側(cè)部件傳遞到另一側(cè)部件，改善了結(jié)構(gòu)機(jī)械部件的機(jī)械阻力。因此，與現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械部件 相比，結(jié)構(gòu)機(jī)械部件具有更好的機(jī)械阻力和更小的質(zhì)量。此外，本發(fā)明的預(yù)型件具有容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的其它特征，本發(fā)明的預(yù)型件包括一個(gè)或多個(gè)以下任選特征，這些特 征可以單獨(dú)考慮或者進(jìn)行所有可能的組合至少部分的粘合纖維將屬于不同織物層的中心主體的織物纖維和每個(gè)側(cè)部件的 織物纖維連接在一起，這可改善各個(gè)層與本發(fā)明預(yù)型件之間的機(jī)械阻力，從而可以獲得可 實(shí)現(xiàn)的可處理的預(yù)型件；粘合纖維粘合每個(gè)側(cè)部件內(nèi)的同一織物層的織物纖維，并且所述粘合纖維粘合屬 于中央主體內(nèi)不同織物層的織物纖維，使得可以在纏繞過程中改善相對(duì)織物層的滑動(dòng)，并 由此保持正確取向的周向纖維，改善兩個(gè)側(cè)部件之間的結(jié)合力，同時(shí)避免織物纖維的任何 彎曲；大致所有的粘合纖維粘合同一織物層的織物纖維，所述織物纖維屬于中心主體和 每個(gè)側(cè)部件，使得可以減小纖維掉落，并選擇最為適用于改善預(yù)型件的機(jī)械性能的編織方 式和纖維，特別是通過減小纖維的收縮來改善結(jié)構(gòu)機(jī)械部件的中心區(qū)域內(nèi)的壓縮；中心主體和/或側(cè)部件的織物纖維通過大致垂直于中間平面的多個(gè)附加纖維粘 合，這使得可以平坦地粘合不同的織物層，由此使得可以改善織物纖維的取向，并改善本發(fā) 明的預(yù)型件的處理；至少一個(gè)附加纖維與中間平面的法線形成非零的插入角度，使得可以改善織物層 之間的滑動(dòng)，并因此獲得用于機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的幾何形狀的所需纏繞；至少一個(gè)側(cè)部件的粘合纖維的直徑具有不同數(shù)值，這使得可以獲得更加精細(xì)的層 并優(yōu)化了側(cè)部件的斜面；每個(gè)側(cè)部件的最小厚度與織物纖維或兩個(gè)織物纖維的直徑相對(duì)應(yīng)；粘合纖維的直徑在織物纖維直徑的五分之一和五倍之間；每個(gè)側(cè)部件的傾斜值在厚Imm長3mm和厚Imm長15mm之間，這使得可以獲得出色 的機(jī)械連續(xù)性以及最佳的結(jié)合區(qū)域；側(cè)部件的最后一層或最后兩層的織物纖維的直徑小于其它織物層的織物纖維的 直徑，這使得可以獲得能夠與第一結(jié)合區(qū)域內(nèi)的另一表面層相對(duì)定位的表面層，并由此優(yōu) 化結(jié)合區(qū)域的機(jī)械阻力；
屬于端部織物層的端部織物纖維基本上連接了屬于側(cè)部件的端部的所有粘合纖 維。根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種制造本發(fā)明的預(yù)型件的方法，其中該方法包括步 驟(A)，形成包含中間平面的中心主體；和步驟(B)，沿著一厚度形成兩個(gè)側(cè)部件，該厚度在 沿著次軸并離開中心主體的方向減小，每個(gè)側(cè)部件基本上被包含在中間平面內(nèi)，中心主體 和每個(gè)側(cè)部件包括通過粘合纖維彼此連接的織物纖維，所述織物纖維沿著平行的平面織物 層延伸。本發(fā)明的方法具有容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，這是由于預(yù)型件可通過編織獲得。此外，與現(xiàn) 有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是需要較少數(shù)量的纖維，這限制了制造成本。根據(jù)本發(fā)明的其它特征，本發(fā)明的方法包括一個(gè)或多個(gè)以下任選的特征，這些特 征可以單獨(dú)考慮或者進(jìn)行所有可能的組合在步驟(A)和步驟(B)中，編織粘合纖維的一部分以便粘合不同織物層的織物纖 維；在步驟(A)中，編織粘合纖維以便粘合中心主體的至少兩個(gè)不同層，并且在步驟 (B)中，編織每個(gè)側(cè)部件的粘合纖維以便粘合單個(gè)織物層中的織物纖維；在步驟(A)和步驟(B)中，編織基本上所有粘合纖維，粘合同一織物層的織物纖 維；根據(jù)本發(fā)明的方法包括附加步驟通過大致垂直于中間平面的多個(gè)附加纖維縫合 中心主體和/或側(cè)部件的織物層組；至少一個(gè)附加纖維與中間平面的法線形成非零的插入角度；根據(jù)本發(fā)明的方法包括步驟將屬于端面織物層的端部織物纖維粘合到屬于側(cè)部 件的端部的基本上所有粘合纖維。根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及一種機(jī)械中空結(jié)構(gòu)部件，該部件可由根據(jù)本發(fā)明的至 少兩個(gè)預(yù)型件獲得或可使用根據(jù)本發(fā)明的方法所得到的至少兩個(gè)預(yù)型件獲得。中空主體可以是結(jié)構(gòu)箱體。通常，本發(fā)明的部件可以是中空部件，其長度大于寬度。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的部 件是桿。其它實(shí)例是支撐大載荷的桿，例如著陸裝置桿、以牽拉或壓縮受力的桿、轉(zhuǎn)向架結(jié) 構(gòu)、制造附接桅桿的箱體結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，多個(gè)附加纖維基本上橫向連接兩個(gè)預(yù)型件的側(cè)部件的至少一個(gè)結(jié)合部。參考附圖，在閱讀下面的非限定描述時(shí)，可更好地理解本發(fā)明。圖1是使用2D形式的編織模式的截面圖；圖2是使用2. 5D形式的編織模式的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的預(yù)型件的透視示意圖；圖如是沿截面IVa-Iva的圖3所示的預(yù)型件中心主體的一個(gè)實(shí)施例的縱向截面 示意圖；圖4b是沿截面IVb-Ivb的圖3所示的預(yù)型件中心主體的一個(gè)實(shí)施例的縱向截面 示意圖；圖fe和恥是圖如和4b的預(yù)型件的實(shí)施例的變型；圖6a和6b是圖如和4b的預(yù)型件的實(shí)施例的另一變型；
圖6c是圖6a和6b的實(shí)施例的變型的中心主體的橫向截面圖；圖7a和7b是根據(jù)本發(fā)明的預(yù)型件的側(cè)部件的橫向截面示意圖；圖和8b是根據(jù)本發(fā)明的預(yù)型件的側(cè)部件的橫向截面示意圖；圖9是由根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)預(yù)型件得到的本發(fā)明的機(jī)械部件的橫向截面示意圖；圖10是圖9的X區(qū)域的放大圖。如圖3所示，本發(fā)明的預(yù)型件300包括中心主體301和兩個(gè)側(cè)部件303和305。如 圖所示的本發(fā)明的預(yù)型件300可用來與本發(fā)明的另一預(yù)型件纏繞，以便提供本發(fā)明的機(jī)械 中空結(jié)構(gòu)部件。不過，本發(fā)明的預(yù)型件300可繞其本身纏繞或者被連接到兩個(gè)以上的根據(jù) 本發(fā)明的預(yù)型件。中心主體301形成中間平面307并大致沿著包含在中間平面307內(nèi)的主軸309延 伸。中心主體301包括兩個(gè)端部310，該端部并不用于纏繞。通常，兩個(gè)端部310具有適用 于中空部件后續(xù)使用的形狀，例如形成連桿帽的側(cè)面。通常，這些端部310距離中心主體 301的中心部分的厚度是恒定的或均勻增加的。端部310的厚度可以根據(jù)需要通過采用例 如專利申請(qǐng)WO 2007/060305所描述的方法來增加。中心主體301的厚度可以是不均勻的，以便局部具有過大厚度，從而從機(jī)械上加 強(qiáng)所述主體301的某些區(qū)域。兩個(gè)側(cè)部件303和305沿著中間平面307并且沿著大致垂直于主軸309的次軸 311延伸。根據(jù)本發(fā)明的預(yù)型件的每個(gè)側(cè)部件303和305具有厚度E，該厚度E在沿著次軸 311并離開中心主體301的方向減小。換言之，每個(gè)側(cè)部件303和305的橫向截面是大致梯 形的或甚至是三角形的。因而每個(gè)部件303和305具有結(jié)合面31 和312b。因此，在屬于本發(fā)明的同一預(yù)型件的本發(fā)明的兩個(gè)側(cè)部件或兩個(gè)單獨(dú)的預(yù)型件被 連接時(shí)，結(jié)合區(qū)域具有與兩個(gè)梯形或三角形的側(cè)部件的重疊部分相對(duì)應(yīng)的大致為矩形的橫 向截面。此外，中心主體和每個(gè)側(cè)部件包括通過粘合纖維彼此連接的織物纖維，所述織物 纖維沿著平行的平面織物層延伸?？椢飳颖舜酥丿B。更準(zhǔn)確地說，根據(jù)圖如和圖4b所示的實(shí)施例，至少部分粘合纖維421粘合中心主 體401和每個(gè)側(cè)部件403、405的織物纖維423，織物纖維423屬于不同的織物層425。換言 之，同一粘合纖維421通常粘合織物層42 以及相鄰的織物層42 和425c。由此，本發(fā)明 的預(yù)型件400具有非常好的機(jī)械阻力。根據(jù)圖fe和圖恥所示的另一實(shí)施例，粘合纖維521粘合每個(gè)側(cè)部件內(nèi)的同一織 物層525的織物纖維523，并且所述粘合纖維521粘合屬于中心主體501的不同織物層525 的織物纖維523。這種構(gòu)造使得可以改善不同織物層525在纏繞過程中的滑動(dòng)，并且避免織 物纖維523的任何彎曲和扭曲。因此改善了這些織物纖維523的取向，進(jìn)一步改善兩個(gè)側(cè) 部件503和505之間的結(jié)合區(qū)域的機(jī)械阻力。根據(jù)圖6a和6b所示的又一實(shí)施例，基本上所有的粘合纖維621粘合同一織物層 625的織物纖維623，所述織物纖維623屬于中心主體601和每個(gè)側(cè)部件603、605。這種構(gòu) 造使得可以減小掉落的織物纖維623的數(shù)量，從而確保節(jié)省時(shí)間和節(jié)約織物纖維623。此外，粘合纖維621厚度內(nèi)的編織角度被減小，這改善了本發(fā)明預(yù)型件600的抗壓強(qiáng)度。還可以預(yù)先編織不同的織物層625。在此變型中，可以對(duì)這些織物層625的取向進(jìn) 行選擇以便在纏繞之后優(yōu)化織物纖維623的取向，進(jìn)一步改善機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的抗應(yīng)力。本 發(fā)明的預(yù)型件600接著通過織物層625的疊摞形成平坦形式，從而每個(gè)織物層625的尺寸 和幾何形狀能夠被準(zhǔn)確調(diào)整。在中心主體的粘合纖維621僅粘合到織物纖維623的厚度的 情況下，改善了機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的縱向機(jī)械阻力性能。有利地，本發(fā)明的預(yù)型件400、500和600具有相當(dāng)大的剛度的中心主體401、501 和601，該相當(dāng)大的剛度賦予其良好的機(jī)械阻力以及足夠的粘合力以便在纏繞過程中避免 植物纖維423、523和623的任何退化或取向障礙。對(duì)于側(cè)部件403、405、503、505、603和605 來說，它們必須具有不太高的硬度以便在本發(fā)明的預(yù)型件400、500和600的纏繞過程中能 夠?qū)ζ溥M(jìn)行處理。實(shí)際上，通常，中心主體400、500和600并不按照大的纏繞角度來纏繞。 因此，不需要為了獲得織物纖維423、523和623的良好取向而使織物纖維層425、525和625 彼此之間能夠滑動(dòng)。另一方面，重要的是側(cè)部件403、405、503、505、603和605的織物纖維 423,523和623能夠相對(duì)彼此滑動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)最佳的結(jié)合，并且保持織物纖維423、523和623 的平直度，以確保結(jié)合部的每個(gè)側(cè)部件的良好機(jī)械阻力。為了加強(qiáng)中心主體401、501和601的剛度和機(jī)械阻力，織物纖維423、523、623和 粘合纖維421、521、621可通過大致垂直于中間平面307的多個(gè)附加纖維被粘合到中心主體 401,501,601和/或側(cè)部件403、405、503、505、603、605的區(qū)域內(nèi)，以加強(qiáng)本發(fā)明的預(yù)型件 400、500和600的機(jī)械阻力。因此，本發(fā)明的預(yù)型件400、500和600更加容易處理。中心主 體401、501和601的機(jī)械阻力也因此得到改善?？墒褂帽绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的任何手 段將附加纖維連接到一起，特別是通過縫合或釘接。特別是，在圖6a和圖6b所示的實(shí)施例的事例中，中心主體601通過多個(gè)附加纖維 620a和620b縫合，以賦予本發(fā)明預(yù)型件600結(jié)合力(見圖6c)。多個(gè)附加纖維620a相對(duì)于中間平面307的法線具有大致非零的插入角度622。然 后，每個(gè)附加纖維620a大致沿著中間平面307的法線與本發(fā)明的預(yù)型件相交。根據(jù)一個(gè)優(yōu) 選的變型，至少一個(gè)附加纖維620b相對(duì)于中間平面307形成非零插入角度622。更具體地， 根據(jù)本發(fā)明，插入角度622取決于附加纖維620a和620b從本發(fā)明預(yù)型件出來的那些點(diǎn)處 的纏繞角度。該纏繞角度對(duì)應(yīng)于參考點(diǎn)和附加纖維和本發(fā)明預(yù)型件的兩個(gè)面之一之間的交 點(diǎn)與法線之間的角度。這種構(gòu)造使得可以改善織物層425、525和625的滑動(dòng)，并由此獲得 適用于機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的幾何形狀的纏繞。纏繞角度通常大于插入角度正弦的兩倍，使得可 以不妨礙織物層在纏繞過程中的滑動(dòng)。根據(jù)一個(gè)變型，預(yù)型件400、500和600可在進(jìn)行縫合操作之前成型。根據(jù)圖7a所示的實(shí)施例，側(cè)部件的織物纖維723可在結(jié)合表面707處被切割，以 便形成偏離的斜面(digressive slope)。還可以對(duì)稱或不對(duì)稱地切割織物纖維723，以便 形成兩個(gè)偏離的斜面707a和707b (見圖7b)。根據(jù)圖8a、8b所示的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，屬于端面織物層的表面織物纖維823大致 連接屬于側(cè)部件803和805的端部的所有粘合纖維821。位于每個(gè)側(cè)部件803和805的端 部處的粘合纖維821得到了保護(hù)，并且結(jié)合面807通過織物纖維823的連續(xù)層形成，有利于 兩個(gè)結(jié)合的側(cè)部件803、805之間的應(yīng)力傳遞的連續(xù)性。兩個(gè)端部織物纖維823中的一個(gè)還可以比另一個(gè)長。還可以將以上兩個(gè)實(shí)施例相結(jié)合。為此，端面織物層的表面織物纖維并不粘合位 于側(cè)部件端部處的所有粘合纖維，而僅僅粘合一些粘合纖維。因此，表面織物纖維在已經(jīng)粘 合一些粘合纖維之后被切割。位于切口以下的織物纖維代替被切割的表面織物纖維，并且 繼而粘合位于側(cè)部件端部處的一些粘合纖維。因此可以再次開始直到達(dá)到側(cè)部件端部。本發(fā)明的預(yù)型件的織物纖維和粘合纖維的比例通常與待獲得的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的 尺寸相關(guān)。為了制造厚度在8mm和70mm之間變化的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件，粘合纖維和織物纖維通 常由12000-96000個(gè)單獨(dú)碳絲構(gòu)成?？梢詫儆诰哂?000-12000個(gè)單獨(dú)碳絲的纖維以形成 本發(fā)明的邊緣和接縫。通常，粘合纖維的直徑在織物纖維直徑的五十分之一和五倍之間，并 特別是包括1000和48000之間的碳細(xì)絲。對(duì)于包括12000-96000個(gè)單獨(dú)碳絲的本發(fā)明預(yù)型件來說，同一織物層425、525、 625的兩個(gè)織物纖維423、523、623、723和823之間的距離通常在Imm和IOmm之間，特別是 等于大約5mm。同樣，對(duì)于包括12000-96000個(gè)單獨(dú)碳絲的本發(fā)明預(yù)型件來說，同一織物層 425、525和625的兩個(gè)粘合纖維421、521、621、721和821之間的距離在0. 5mm和5mm之間， 特別是等于大約2mm。織物纖維423、523、623、723和823在本發(fā)明預(yù)型件內(nèi)的比例通常在25%和70% 之間。同樣，粘合纖維421、521、621、721和821的比例通常在30%和75%之間?？椢锢w維423、523、623、723、823 和粘合纖維 421、521、621、721 和 821 通常為 Kevlar 、碳纖維或玻璃纖維?？梢允褂貌煌阅艿目椢锢w維423、523、623、723、823和/或粘合纖維421、521、 621、721、821，特別是具有適用于粘合或結(jié)合主要織物的柔性。還可以使用結(jié)合有根據(jù)本發(fā) 明的預(yù)型件的芯纖維的取向標(biāo)記的織物纖維423、523、623、723、823和/或粘合纖維421、 521、621、721、821?？椢飳?25、525和625的數(shù)量通常在5和100之間、在5和80之間、甚至在9和 24之間。每個(gè)側(cè)部件303、305、403、405、503、505、603、605、703、705、803 和 805 的傾斜值被確定為所述側(cè)部件的厚度點(diǎn)Emax和厚度點(diǎn)Emin之間的高度差。作為實(shí)例，該傾斜值特別 在厚Imm長Imm和厚Imm長20mm之間，優(yōu)選在厚Imm長3mm和厚Imm長12mm之間，使得可以在纏繞之后獲得最佳的結(jié)合。通常，厚度Emax的數(shù)值在6mm和IOOmm之間，或者甚至在9mm和30mm之間。最小厚度Emin優(yōu)選對(duì)應(yīng)于一個(gè)織物纖維423、523、623、723和823的直徑或兩個(gè) 織物纖維的直徑。通常，織物纖維423、523、623、723和823的直徑在0. Imm和2mm之間，或 者甚至0. 5mm和Imm之間。優(yōu)選地，至少一個(gè)側(cè)部件的粘合纖維421、521、621、721和821的直徑具有不同的 數(shù)值。這種構(gòu)造使得可以獲得較細(xì)的織物層425、525和625，尤其是在側(cè)部件的最小厚度端 Emin處。因此，有利的是傾斜外形可根據(jù)使用需求來調(diào)整。通常，粘合纖維421、521、621、721和821的直徑在0. Imm和2mm之間，或者甚至在 0. 5mm 禾口 Imm 之間。通常，附加纖維具有對(duì)應(yīng)于例如包括1000-12000個(gè)單獨(dú)碳絲的纖維的0. 5mm的最大直徑。附加纖維的比例不超過織物纖維和粘合纖維的水平的5%。附加纖維的插入節(jié)距 可以至少等于1mm，特別是在3-7mm附近。由于側(cè)部件 303、305、403、405、503、505、603、605、703、705、804 和 805 的結(jié)構(gòu)，織 物纖維423、523、623、723和823沒有偏離方向，顯著改善了結(jié)合區(qū)域的機(jī)械阻力。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)來說，根據(jù)本發(fā)明的預(yù)型件具有重量輕的優(yōu)點(diǎn)，這是由于使用較 少的織物纖維和粘合纖維來形成側(cè)部件。在圖9和圖10所示的事例中，當(dāng)本發(fā)明的兩個(gè)預(yù)型件900a和900b被結(jié)合形成例 如圍繞芯體910的機(jī)械中空部件時(shí)，屬于例如兩個(gè)不同預(yù)型件900a和900b的兩個(gè)側(cè)部件 903a和90 的結(jié)合面能夠彼此相對(duì)定位，以便形成結(jié)合區(qū)域907。也可以形成屬于本發(fā)明 同一預(yù)型件的兩個(gè)側(cè)部件之間的結(jié)合部。有利的是結(jié)合區(qū)域907比現(xiàn)有技術(shù)中的寬，這是由于側(cè)部件903和905的斜面以 及相對(duì)彼此較容易滑動(dòng)的織物纖維923的取向的保持。因此，可以很好地封閉本發(fā)明的預(yù) 型件，從而使結(jié)合區(qū)域907具有良好的機(jī)械阻力。此外，織物纖維923沒有偏離方向，顯著改善了結(jié)合區(qū)域907的機(jī)械阻力。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)來說，根據(jù)本發(fā)明的預(yù)型件還具有重量輕的優(yōu)點(diǎn)，這是由于需要 較少的植物纖維和粘合纖維來形成側(cè)部件，并且獲得所需的結(jié)合部的機(jī)械阻力。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，使用一種制造方法來獲得本發(fā)明的預(yù)型件300、400、500、 600,900a和900b，該制造方法包括步驟A，形成包含中間平面307的中心主體301、401、 501,601和901 ；和步驟B,沿著一厚度形成兩個(gè)側(cè)部件303、305、403、405、503、505、603、 605、703、705、803、805、903a和903b，該厚度在沿著次軸311并離開中心主體301的方向減 小，每個(gè)側(cè)部件 303、305、403、405、503、505、603、605、703、705、803、805、903a 和 903b 大致 包含在中間平面307內(nèi)，中心主體301、401、501、601、901和每個(gè)側(cè)部件303、305、403、405、 503、505、603、605、703、705、803、805、903a、903b 包括通過粘合纖維 421、521、621、721、821 彼此連接的織物纖維423、523、623、723、823、923，所述粘合纖維423、523、623、723、823和 923沿著平行的平面織物層325、425、525和625延伸。使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的任何手段，特別是使用計(jì)算機(jī)輔助的自動(dòng)化手 段，來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的預(yù)型件300、400、500、600、900a和900b的編織。一個(gè)實(shí)例是通過數(shù)字 控制器控制的提花式編織技術(shù)、通過由數(shù)字控制器控制的水射流或激光束切割織物層的系 統(tǒng)、或通過數(shù)字控制器控制的插入附加纖維的機(jī)器。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在步驟A和步驟B中，粘合纖維421的一部分被編織，以粘 合不同織物層425的織物纖維423。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，在步驟A中，粘合纖維521被編織以便粘合中心主體501的 至少兩個(gè)不同的層525，并且在步驟B中，每個(gè)側(cè)部件503、505的粘合纖維521被編織，以粘 合單個(gè)織物層525的織物纖維523。根據(jù)又一優(yōu)選實(shí)施例，在步驟A和步驟B中，基本上所有的粘合纖維621被編織來 粘合同一織物層625的織物纖維623。優(yōu)選地，本發(fā)明的方法包括另一步驟通過大致垂直于中間平面307的多個(gè)附加 纖維620a和620b縫合中心主體的所有織物層325、425、5 和625。因此得到的預(yù)型件300、 400、500、600、900a和900b具有非常好的機(jī)械阻力。特別是，該預(yù)型件具有更好的粘結(jié)力，并變得容易處理，而不會(huì)使織物纖維和粘合纖維的最初相對(duì)取向退化。至少一個(gè)附加纖維 相對(duì)于中間平面307的法線形成大致非零(620a)或優(yōu)選非零(620b)的插入角度622。插 入角度622通常取決于纏繞角度，使得可以改善織物層的滑動(dòng)，并由此獲得結(jié)構(gòu)部件的幾 何形狀的所需纏繞。優(yōu)選地，本發(fā)明的方法包括步驟粘合屬于端面織物層的表面織物纖維823和屬 于側(cè)部件803或805的端部的大致所有粘合纖維821。在本發(fā)明的預(yù)型件300、400、500、600、900a和900b成型之后，預(yù)型件圍繞本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員公知的任何適當(dāng)支撐件纏繞，使得結(jié)合面能夠與另一結(jié)合面相對(duì)定位。實(shí)際 上，本發(fā)明的預(yù)型件300、400、500、600、900a和900b可以通過其本身環(huán)繞。但是更有趣的 是，所述預(yù)型件900a以此方式圍繞適當(dāng)芯體910 (見圖9和10)被連接到另一預(yù)型件900b， 或者甚至被連接到兩個(gè)或多個(gè)其它預(yù)型件。連接本發(fā)明的多個(gè)預(yù)型件的優(yōu)點(diǎn)在于這樣得 到的預(yù)型件具有較小的尺寸從而更容易處理。因此對(duì)于本發(fā)明的每個(gè)預(yù)型件，可以有利于 織物纖維和粘合纖維的特定取向，通常選擇該取向以確保與機(jī)械部件所承受的應(yīng)力一致。 另一優(yōu)點(diǎn)在于具有展開截面的機(jī)械部件的幾何形狀的設(shè)計(jì)，因此優(yōu)化了這些部件。這樣被連接的本發(fā)明的預(yù)型件900a和900b呈現(xiàn)具有中空部或凹口的機(jī)械結(jié)構(gòu)部 件910的形狀。為了加固結(jié)合區(qū)域907，那么最后可以通過大致橫切結(jié)合部的多個(gè)附加纖維920來粘合ο這種粘合具有在該區(qū)域內(nèi)強(qiáng)化纖維結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度的多種優(yōu)點(diǎn)，使得彼此結(jié)合的 預(yù)型件的端部彼此形成整體，并且因此將這些部件保持在一起，并且保持每個(gè)部件的織物 纖維的相對(duì)取向，直到最終模塑配置。機(jī)械中空部件成品可通過使用樹脂傳遞模塑(RTM)技術(shù)在具有中空部或凹口的 未完工的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件內(nèi)注射例如樹脂獲得。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的任何其它 類型的樹脂噴射也是適當(dāng)?shù)?。通常使用的樹脂的?shí)例包括RTM噴射樹脂，例如環(huán)氧樹脂、酰 亞胺雙馬樹脂或酚醛樹脂。優(yōu)選地，機(jī)械部件具有用于中空主體的內(nèi)面和外面的最終尺寸。完成的形狀可以 使用任何已知的加工和切割方法來實(shí)現(xiàn)，以便進(jìn)行例如中空區(qū)域或軸線插入孔的端部區(qū)域 的剪裁，例如用于與其它結(jié)構(gòu)配合的配件和其它組件的放置、緊固、表面加工和穿刺。因此得到的機(jī)械中空結(jié)構(gòu)部件可例如是桿(特別是起落架桿)或飛機(jī)的任何其它 結(jié)構(gòu)部件。
權(quán)利要求
1. 一種用來形成機(jī)械中空結(jié)構(gòu)部件的預(yù)型件(300 ；400 ；500 ；600 ；900a ；900b)，所述 預(yù)型件(300 ；400 ；500 ；600 ；900a ；900b)包括-中心主體(301 ；401 ；501 ；601 ；901)，其形成中間平面(307)并大致沿著包含在中間 平面(307)內(nèi)的主軸(309)延伸；和-兩個(gè)側(cè)部件(303，305 ；403，405 ；503，505 ；603，605 ；703，705 ；803，805 ；903a, 903b)， 其大致沿著中間平面(307)并且沿著大致垂直于主軸(309)的次軸(311)延伸；中心主體(301 ；401 ；501 ；601 ；901)和每個(gè)側(cè)部件(303,305 ；403，405 ；503，505 ；603， 605 ；703，705 ；803，805 ；903a, 903b)包括通過粘合纖維(421 ；521 ；621 ；721 ；821)彼此連 接的織物纖維(423 ；523 ；623 ；723 ；823)，所述織物纖維(423 ；523 ；623 ；721 ；821)沿著大 致平行的平面織物層(425 ；525 ；625)延伸；其中每個(gè)側(cè)部件(303，305 ；403，405 ；503，505 ；603，605 ；703，705 ；803，805 ；903a, 903b)的厚度(E)在沿著次軸(311)并離開中心主體(301 ；401 ；501 ；601 ；901)的方向上減
2.如權(quán)利要求1所述的預(yù)型件G00)，其中至少部分粘合纖維021)將屬于不同織物 層(425)的中心主體(401)的織物纖維(423)和每個(gè)側(cè)部件(403,405)的織物纖維(423)粘合在一起。
3.如權(quán)利要求1所述的預(yù)型件(500)，其中粘合纖維(521)粘合每個(gè)側(cè)部件內(nèi)的同一 織物層(525)的織物纖維(523)，并且所述粘合纖維(521)粘合屬于中央主體(501)內(nèi)不同 織物層(525)的織物纖維(523)。
4.如權(quán)利要求1所述的預(yù)型件(600)，其中大致所有的粘合纖維(621)粘合同一織物 層(625)的織物纖維(623)，所述織物纖維(623)屬于中心主體(601)和每個(gè)側(cè)部件(603， 605)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的預(yù)型件(300；400 ；500 ；600 ；900a ；900b)，其中中 心主體(401 ；501 ；601 ；901)的織物纖維(423 ；523 ；623 ；923)和 / 或側(cè)部件(303,,305 ； 403,405 ；503，505 ；603，605 ；703，705 ；803，805 ；903a, 903b)的織物纖維(423 ；523 ；623 ； 923)通過大致垂直于中間平面(307)的多個(gè)附加纖維(620a)粘合。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的預(yù)型件(300；400 ；500 ；600 ；900a ；900b)，其中至 少一個(gè)附加纖維(620b)與中間平面(307)的法線之間形成非零的插入角度(622)。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的預(yù)型件(300；400 ；500 ；600 ；900a ；900b)，其中至 少一個(gè)側(cè)部件(303,305 ；403，405 ；503，505 ；603，605 ；703，705 ；803，805 ；903a, 903b)的粘 合纖維021 ；521 ；621 ；721 ；821)的直徑具有不同的數(shù)值。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的預(yù)型件(300；400 ；500 ；600 ；900a ；900b)，其中每 個(gè)側(cè)部件(303,305 ；403，405 ；503，505 ；603，605 ；703，705 ；803，805 ；903a, 903b)的最小厚 度(Emin)與一個(gè)織物纖維023 ；523 ；623 ；723 ；823)的直徑或兩個(gè)織物纖維的直徑相對(duì) 應(yīng)。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的預(yù)型件(300；400 ；500 ；600 ；900a ；900b)，其中粘 合纖維(421 ；521 ；621 ；721 ；821)的直徑在織物纖維(423 ；523 ；623 ；723 ；823 ；923)的直徑 的五分之一和五倍之間。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的預(yù)型件(300；400 ；500 ；600 ；900a ；900b)，其中每個(gè)側(cè)部件(303,305 ；403，405 ；503，505 ；603，605 ；703，705 ；803，805 ；903a, 903b)的傾斜值 在厚Imm長3mm和厚Imm長15mm之間。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的預(yù)型件(300；400 ；500 ；600 ；900a ；900b)，其中側(cè) 部件(303,305 ；403，405 ；503，505 ；603，605 ；703，705 ；803，805 ；903a, 903b)的最后一層 或最后兩層的織物纖維G23 ；523 ；623 ；723 ；823 ；923)的直徑小于其它織物層的織物纖維 (421 ；521 ；621 ；721 ；821)的直徑。
12.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的預(yù)型件(300；400 ；500 ；600 ；900a ；900b)，其中屬 于端部織物層的端部織物纖維(82 基本上粘合了屬于側(cè)部件(803,80 的端部的所有粘 合纖維(821)。
13.一種制造如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的預(yù)型件(300 ；400 ；500 ；600 ；900a ； 900b)的方法，其中該方法包括步驟(A)，形成包含中間平面(307)的中心主體(301 ；401 ； 501 ；601 ；901)；和步驟(B)，沿著厚度形成兩個(gè)側(cè)部件(303，305 ；403，405 ；503，505 ；603， 605 ；703，705 ；803，805 ；903a，903b)，該厚度在沿著次軸(311)并離開中心主體(301 ；401 ； 501 ；601 ；901)的方向減小，每個(gè)側(cè)部件(303,305 ；403，405 ；503，505 ；603，605 ；703，705 ； 803,805 ；903a,903b)基本上包含在中間平面(307)內(nèi)，中心主體(301 ；401 ；501 ；601 ；901) 和每個(gè)側(cè)部件(303,305 ；403，405 ；503，505 ；603，605 ；703，705 ；803，805 ；903a, 903b)包括 通過粘合纖維(421 ；521 ；621 ；721 ；821)彼此連接的織物纖維(423 ；523 ；623 ；723 ；823 ； 923)，所述織物纖維023 ；523 ；623 ；723 ；823 ；923)沿著平行的平面織物層(325 ；425 ； 525 ；625)延伸。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中在步驟(A)和步驟(B)中，對(duì)粘合纖維G21)的一 部分進(jìn)行編織以便粘合不同織物層G25)的織物纖維023)。
15.如權(quán)利要求13或14所述的方法，其中在步驟(A)中，對(duì)粘合纖維(521)進(jìn)行編織以 便粘合中心主體(501)的至少兩個(gè)不同層(525)，并且在步驟(B)中，對(duì)每個(gè)側(cè)部件(503， 505)的粘合纖維(521)進(jìn)行編織以便粘合單個(gè)織物層(525)中的織物纖維(523)。
16.如權(quán)利要求13-15中任一項(xiàng)所述的方法，其中在步驟(A)和步驟(B)中，編織基本 上所有粘合纖維(621)來粘合同一織物層(625)的織物纖維(623)。
17.如權(quán)利要求13-16中任一項(xiàng)所述的方法，其中該方法包括附加步驟將中心主體 (301 ；401 ；501 ；601 ；901)和 / 或側(cè)部件(303,305 ；403，405 ；503，505 ；603，605 ；703，705 ； 803，805 ；903a,903b)的織物層組(325 ；425 ；525 ；625)通過大致垂直于中間平面(307)的 多個(gè)附加纖維(620a)縫合。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中至少一個(gè)附加纖維(620b)與中間平面(307)的法 線形成非零的插入角度(622)。
19.如權(quán)利要求13-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中該方法包括步驟將屬于端面織物層 (821)的端部織物纖維(82 粘合到屬于側(cè)部件(803,80 的端部的基本上所有粘合纖維。
20.一種機(jī)械中空結(jié)構(gòu)部件，其可由如權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的至少兩個(gè)預(yù)型件 (300 ；400 ；500 ；600 ；900a ；900b)獲得或可由如權(quán)利要求13-19中任一項(xiàng)所述的方法得到 的至少兩個(gè)預(yù)型件而獲得。
21.如權(quán)利要求20所述的部件，其中該部件為桿。
22.如權(quán)利要求20或21所述的部件，其中多個(gè)附加纖維(920)大致橫向粘合兩個(gè)預(yù)型件(300 ；400 ；500 ；600 ；900a ；900b)的側(cè)部件的至少一個(gè)結(jié)合部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來形成機(jī)械中空結(jié)構(gòu)部件的預(yù)型件(300)，所述預(yù)型件(300)包括中心主體(301)，形成中間平面(307)并大致沿著包含在中間平面(307)內(nèi)的主軸(309)延伸；以及兩個(gè)側(cè)部件(303，305)，大致沿著中間平面(307)并且沿著大致垂直于主軸(309)的次軸(311)延伸；中心主體(301)和每個(gè)側(cè)部件(303，305)包括通過粘合纖維彼此互相連接的織物纖維。所述織物纖維沿著大致平行的平面織物層延伸，并且每個(gè)側(cè)部件(303，305)的厚度(E)在沿著次軸(311)并離開中心主體(301)的方向減小。本發(fā)明還涉及一種制造這種預(yù)型件的方法以及一種機(jī)械中空結(jié)構(gòu)部件。
文檔編號(hào)B29B11/16GK102056721SQ200980121806
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
發(fā)明者貝特朗·德若約 申請(qǐng)人:埃爾塞樂公司