用于制造整體纖維復(fù)合構(gòu)件的方法和相應(yīng)的纖維復(fù)合構(gòu)件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造具有嵌置元件的整體纖維復(fù)合構(gòu)件的方法和相應(yīng)的纖維復(fù)合構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002]在大批量生產(chǎn)的范圍內(nèi)經(jīng)常將由纖維增強(qiáng)塑料構(gòu)成的纖維復(fù)合構(gòu)件制造成具有統(tǒng)一材料厚度和均勻分層結(jié)構(gòu)的大面積的構(gòu)件。具有這樣結(jié)構(gòu)的構(gòu)件可以快速和經(jīng)濟(jì)地制造，例如通過所謂的“濕壓法”，大大簡(jiǎn)化地來說，在該濕壓法中在一紡織半成品上涂敷基質(zhì)并在壓制模具中將該半成品擠壓成以后的構(gòu)件的所期望的形狀，其中，所述基質(zhì)滲透半成品并浸漬其纖維。
[0003]已知的是，為了制得復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)或者為了提高構(gòu)件穩(wěn)定性，利用局部涂敷的加強(qiáng)層增強(qiáng)纖維復(fù)合構(gòu)件。也可以在其框架范圍內(nèi)設(shè)置附加的、用于局部加強(qiáng)或者構(gòu)成中空的襯里。然而這種措施目前僅僅對(duì)于所謂的“Resin Transfer Moulding(樹脂傳遞模塑法)”(縮寫:“RTM”)是為人所知的。對(duì)此，同樣大大簡(jiǎn)化地來說，首先在預(yù)成形步驟中將紡織半成品擠壓成預(yù)成形坯(預(yù)成形件)或者將紡織預(yù)成形件通過編結(jié)法(Flechverfahren)制成泡沫芯。接著，將該泡沫芯置入壓制模具中并利用注入模具內(nèi)的基質(zhì)進(jìn)行浸漬?；陬A(yù)成形的元件，可以無問題地與嵌置元件和其他預(yù)成形坯拼合到一起。另外，在注入基質(zhì)時(shí)壓制模具已經(jīng)閉合，從而最大程度地防止了待連接的元件的滑動(dòng)。
[0004]然而RTM法明顯比濕壓法更復(fù)雜和更昂貴。另外，RTM法的作業(yè)循環(huán)時(shí)間要高出數(shù)倍，因而濕壓法被認(rèn)為經(jīng)濟(jì)得多。
[0005]然而，通過使用明顯更快捷和更合算的濕壓法來制造類似復(fù)雜的三維成形的或者加強(qiáng)的纖維復(fù)合構(gòu)件迄今為止由于多種因素還是不可能的。屬于這種情況的特別是:在將基質(zhì)涂敷在各個(gè)纖維層上以及接著才通過在壓制模具內(nèi)的擠壓成形的期間，會(huì)出現(xiàn)多個(gè)重疊在一起的纖維層或插入的嵌置元件不可控地移位，從而所制成的、具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的構(gòu)件通常成為廢品并因此不能使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明的目的是，實(shí)現(xiàn)一種盡可能簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的制造方法，用于工藝可靠地和可再現(xiàn)地制造具有嵌置元件的整體纖維復(fù)合構(gòu)件。
[0007]該目的通過如下所述的方法以及通過如下所述的纖維復(fù)合構(gòu)件得以實(shí)現(xiàn)。
[0008]具體而言，在此提出一種用于制造整體纖維復(fù)合構(gòu)件的方法，其包括如下步驟:
[0009]-提供第一纖維層，
[0010]-將嵌置元件設(shè)置在第一纖維層的一個(gè)表面上，
[0011]-將覆蓋纖維層以至少一個(gè)第一區(qū)段設(shè)置在嵌置元件的自由表面上并以至少一個(gè)第二區(qū)段設(shè)置在第一纖維層的所述表面上，其中，所述覆蓋纖維層由至少兩個(gè)彼此相鄰設(shè)置的部分覆蓋纖維層構(gòu)成，和
[0012]-將至少兩個(gè)部分覆蓋纖維層固定在嵌置元件的自由表面上，以產(chǎn)生一種待擠壓的堆疊設(shè)置結(jié)構(gòu)，
[0013]-對(duì)堆疊設(shè)置結(jié)構(gòu)進(jìn)行擠壓，以產(chǎn)生所述整體纖維復(fù)合構(gòu)件。
[0014]因此，可以首先將嵌置元件定位在用作基礎(chǔ)層的第一纖維層上?？梢詫⒏采w纖維層安置在嵌置元件的自由表面上，即不與第一纖維層接觸的表面上。所述覆蓋纖維層作為整層是多件式地以至少兩個(gè)或者更多部分覆蓋纖維層構(gòu)造的，并且能夠這樣地使整個(gè)覆蓋纖維層(作為單元)由多個(gè)單件組合而成，通過這種方式，特別是對(duì)于復(fù)雜的三維輪廓，可以至少減少皺褶形成。該組合可以通過松散的并列放置或者部分的重疊放置來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，各個(gè)部分覆蓋纖維層也可以事先就已相互連接。
[0015]為使所述部分覆蓋纖維層在繼續(xù)加工期間不會(huì)從它們的指定位置移位，本方法規(guī)定:將這些部分覆蓋纖維層固定在嵌置元件上。這一點(diǎn)特別是能夠在至壓制模具的輸送期間或者后續(xù)的擠壓步驟期間保證實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的定位保持，防止各個(gè)部分覆蓋纖維層的滑動(dòng)或者移位，否則這些部分覆蓋纖維層相對(duì)于一體統(tǒng)一的覆蓋纖維層來說特別容易移位。
[0016]因此本方法能夠?qū)⒗w維復(fù)合構(gòu)件制造成具有復(fù)雜幾何形狀的整體成型構(gòu)件，然而放棄了已知的、構(gòu)件密集型的(bauteilintensiv)殼式結(jié)構(gòu)。除了節(jié)省費(fèi)用和較低的制造費(fèi)用之外，在構(gòu)件質(zhì)量高的同時(shí)產(chǎn)生新的和可簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)可能性。
[0017]根據(jù)另一種實(shí)施方式，至少兩個(gè)部分覆蓋纖維層這樣地彼此相鄰設(shè)置:使得部分覆蓋纖維層中的至少兩個(gè)在搭接區(qū)域內(nèi)相互搭接。這意味著:分別彼此相鄰設(shè)置的部分覆蓋纖維層與分別直接鄰接設(shè)置的部分覆蓋纖維層在各部分區(qū)段中搭接地設(shè)置。優(yōu)選這樣地確定共同構(gòu)成的搭接區(qū)域的尺寸和配置:使得可靠地保證在整個(gè)覆蓋纖維層內(nèi)的力的傳遞。
[0018]優(yōu)選地，固定所述部分覆蓋纖維層的步驟可以包括與嵌置元件局部材料接合地和/或形狀鎖合地和/或力鎖合地連接，特別是借助至少局部地指定的量的基質(zhì)和/或粘合材料進(jìn)行粘附和/或借助一些連接件至少局部地卡套或者夾緊。也就是說，例如可以將基質(zhì)在確定的位置處局部地或者大面積地敷設(shè)到嵌置元件上，以便將一個(gè)或者多個(gè)部分覆蓋纖維層固定在嵌置元件上并防止移位。
[0019]作為另選或者補(bǔ)充，可以借助例如穿過相應(yīng)部分覆蓋纖維層置入嵌置元件中的連接件固定部分覆蓋纖維層。例如夾子、針或釘子等適合于此。這些連接件優(yōu)選保留在以后的構(gòu)件之中。
[0020]另外，部分覆蓋纖維層中的至少一個(gè)可以構(gòu)成可展開的面。根據(jù)數(shù)學(xué)定義(幾何學(xué))，兩維的面被稱為可展開的面，該面的展開可以無內(nèi)部變形地轉(zhuǎn)換成歐幾里得平面，從而所述面光滑地位于平面上。這種面的特點(diǎn)尤其是在于一種沒有“折彎形成”的三維形狀。(以基本上兩維的形狀)傳遞到部分覆蓋纖維層上意味著:纖維層將嵌置元件(作為三維體)這樣地覆蓋:使得各個(gè)部分覆蓋纖維層光滑地和無折彎形成地平放于嵌置元件的表面上?？梢赃@樣地對(duì)所述部分覆蓋纖維層進(jìn)行裁剪，即，空出所述嵌置元件表面的潛在可能形成折彎的位置，并通過確定地、局部地設(shè)置搭接區(qū)域?qū)⑦@些位置構(gòu)造成通向新的部分覆蓋纖維層的過渡，從而避免了在相應(yīng)的部分覆蓋纖維層中形成折彎。
[0021]根據(jù)一種實(shí)施方式，可以將第一纖維層和/或至少兩個(gè)部分覆蓋纖維層分別作為非浸漬的纖維層或非浸漬的預(yù)成形坯予以提供，并且該方法可以包括一個(gè)或者多個(gè)將基質(zhì)敷設(shè)到各相應(yīng)的纖維層上的步驟。
[0022]這意味著:將相應(yīng)的各纖維層準(zhǔn)備成干燥的、亦即非浸漬的纖維半成品，并且，要么在它們的準(zhǔn)備期間要么在此之后、然而最晚在擠壓步驟之前，在一個(gè)或者多個(gè)中間步驟中施加基質(zhì)。
[0023]原則上纖維層中的每一個(gè)，即第一纖維層和/或至少兩個(gè)部分覆蓋纖維層可以構(gòu)造成例如單層的或者多層的紡織物、稀松布(Gelege)或針織物，或者是單向的或多向的。作為纖維，可以使用特別是玻璃纖維、碳素纖維或者芳族聚酰胺纖維，但是也可以使用其他適合于加強(qiáng)纖維復(fù)合構(gòu)件的纖維材料。
[0024]優(yōu)選的是，首先將第一纖維層作為干燥的半成品來提供，接著(至少局部地)涂敷基質(zhì)。在接著將嵌置元件安置在涂敷的基質(zhì)上之后，然后同樣可以先將部分覆蓋纖維層作為干燥的半成品固定在該嵌置元件上。接著也在部分覆蓋纖維層上涂敷基質(zhì)。在以后的擠壓過程中基質(zhì)便滲透各個(gè)纖維層并浸漬這些纖維層。作為另選方案，可以將基質(zhì)敷設(shè)到嵌置元件上以及借助該基質(zhì)將部分覆蓋纖維層固定在嵌置元件上。
[0025]因此可以在利用所謂的濕壓法的情況下通過簡(jiǎn)單、快速而經(jīng)濟(jì)的方式制造一種相應(yīng)復(fù)雜的、具有嵌置元件的三維纖維復(fù)合構(gòu)件。
[0026]作為選擇，第一纖維層和/或部分覆蓋纖維層可以作為預(yù)成形坯，同樣在非浸漬狀態(tài)中以類似方式針對(duì)所述方法進(jìn)行使用。
[0027]作為另選方案，第一纖維層和/或至少兩個(gè)部分覆蓋纖維層分別包括一個(gè)用基質(zhì)預(yù)浸漬的、單層或多層的纖維堆疊。這種做法允許放棄用于涂敷基質(zhì)的單獨(dú)步驟。取而代之的是，相應(yīng)的各纖維層已經(jīng)用基質(zhì)浸漬并且能夠根據(jù)所述工藝方法被設(shè)置、固定和擠壓。
[0028]在每一種情況中，所述嵌置元件例如可以包括一種形狀穩(wěn)定的和/或功能一體整合的(funkt1nsintegriert)嵌置元件。也就是說，嵌置元件設(shè)置為用于確定一個(gè)相應(yīng)的空間，該空間盡管經(jīng)過擠壓步驟，仍應(yīng)該至少基本上保持不變。因此，原則上所有相應(yīng)形狀穩(wěn)定的元件都適合于嵌置，其中，由于擠壓造成的與總?cè)莘e相比很小的體積減少也應(yīng)該算作是形狀穩(wěn)定。
[0029]除了形狀穩(wěn)定性之外還能夠?qū)崿F(xiàn)另外的功能諸如絕熱、加強(qiáng)、隔音和/或消音以及接納其他構(gòu)件的任何嵌置元件均可以視為是功能一體整合的。
[0030]特別是，為此嵌置元件可以包括泡沫芯、木芯、塑料芯、金屬芯、蠟芯和/或由實(shí)心材料、發(fā)泡材料構(gòu)成的芯體，具有中空結(jié)構(gòu)、蜂窩狀結(jié)構(gòu)，和/或由隔音的和/或消音的材料構(gòu)成的芯體。
[0031]特別優(yōu)選的是，嵌置元件構(gòu)造成沿著壓制模具的閉合方向關(guān)于壓制模具自定心(自動(dòng)對(duì)中心)。為此，嵌置元件具有一種沿著閉合方向擴(kuò)展/擴(kuò)大的幾何形狀。所述閉合方向應(yīng)視為涉及壓制模具的為了進(jìn)行擠壓而接納嵌置元件的半模相對(duì)于嵌置元件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向。反過來表述的話，幾何形狀是構(gòu)造成反向于閉合方向逐漸縮小。換言之，嵌置元件構(gòu)造成沿著從第一纖維層遠(yuǎn)離地指向的方向逐漸縮小。這便提供了下述可能性:在模具閉合時(shí)嵌置元件按照壓制模具的造型、亦即具有構(gòu)造成相應(yīng)互補(bǔ)的斜面的造型空腔(陰模)自動(dòng)地沿著側(cè)向(橫向于閉合方向)移向準(zhǔn)確地預(yù)先確定的位置。
[0032]這意味著:特別是在模具閉合時(shí)可以對(duì)在將嵌置元件設(shè)置在第一纖維層上時(shí)確定的位置在一定程度上-如果需要的話-進(jìn)行修正。因此，也就是說，可以對(duì)嵌置元件的不精確的設(shè)置進(jìn)行事后精確化處理并因此減少?gòu)U品。
[0033]已經(jīng)闡述的將部分覆蓋纖維層固定在嵌置元件上提供了附加的優(yōu)點(diǎn):在模具閉合時(shí)部分覆蓋纖維層也在一定程度/范圍內(nèi)依循嵌置元件的側(cè)向修正運(yùn)動(dòng)。
[0034]另外，本發(fā)明還提出一種纖維復(fù)合構(gòu)件，其包括:第一纖維層；設(shè)置在該第一纖維層的一個(gè)表面上的嵌置元件；以及將該嵌置元件的自由表面至少以第一區(qū)段至少部分地覆蓋的覆蓋纖維層。覆蓋纖維層與第一纖維層至少在第二區(qū)段內(nèi)彼此面狀地連接。覆蓋纖維層由多個(gè)部分覆蓋纖維層構(gòu)成，這些部分覆蓋纖維層彼此相鄰地設(shè)置，其中，所述部分覆蓋纖維層中的至少兩個(gè)分別在一搭接區(qū)域內(nèi)相互搭接。
[0035]