专利名称：用于生产复合部件的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产纤维复合部件的设备，该设备尤其用于飞机或航天器。 本发明还涉及一种用于生产纤维复合部件的方法。
背景技术：
虽然本发明以及本发明基于的问题能够被应用到任意纤维复合部件，但是它们将参照用在飞装置造中的纤维复合部件而被详细描述。这种纤维复合部件通常包括在大多数情况下被嵌入在热固性聚合物基体中的例如碳纤维、芳香尼龙纤维和/或玻璃纤维。在传统的生产过程中，被预先浸渍有树脂的纤维，即所谓的预浸料坯，被引入根据部件成形的模制工具中，并且树脂例如在热的影响下固化。在其他传统方法中，首先非浸渍的纤维被布置在模制工具中并通过将液态树脂供给到模制工具中而被浸渍有树脂。树脂然后在模制工具中固化。为了防止包含空气并防止在纤维复合部件中的孔，纤维与固化前的未固化树脂基体通常以气密性方式被封闭在模制工具中并承受真空。真空的质量通过影响孔的发展而成为部件随后的质量的重要决定性因素之一。为了产生气密性封闭，例如真空薄膜、硅树脂膜以及由其构成的真空袋被使用。然而，当封闭在这种薄膜下的空间被从合适的抽气点抽空时，特别是在平面延伸的纤维复合部件的情况下，薄膜通过抽吸被快速地拉到部件的表面上并阻碍从部件表面到抽气点的进一步的空气流动的效果发生。这限制了在部件表面上能够实现的真空的质量， 使得不能适当地防止孔的发展。为了允许平缓地抽吸，另外的纺织物辅助物通常被布置在真空薄膜与纤维复合部件之间并被真空薄膜抽空。纺织物装置必须被构造为使得它们即使在增加的真空压力下仍允许空气流动。由于纯纺织物层将显著降低表面质量，穿孔压力片和穿孔薄膜等作为对策被轮流布置在纺织物层与纤维复合部件之间。大体上，在纤维复合部件的每个生产过程中由此产生多层的复杂结构，每个生产过程必须为了保持纤维复合部件的质量的效果而认真执行，并且伴随高昂的生产成本。
发明内容
因此本发明的目的在于允许以高质量及低生产成本生产特别是平面延伸的纤维复合部件。通过具有权利要求1的特征的用于生产纤维复合部件的设备以及具有权利要求 11的特征的用于生产纤维复合部件的方法而实现根据本发明的目的。本发明基于的思想是在模制工具的模制表面上布置一种包括多孔材料的滤板，以模制树脂浸渍的纤维材料。该设备还包括用于在滤板远离纤维材料的一侧上产生真空的装置。滤板的材料为多孔的这个事实允许作为过滤器的板的整个表面上的真空同样传递到滤板的面向纤维材料的一侧或者允许空气以平面的方式沿相反方向通过抽吸被移除， 使得在纤维材料的面向滤板的整个表面上产生高质量的真空并在纤维复合部件中可靠地防止孔形成。在这点上，构造为板的多孔材料中固有的低可变形性防止材料在真空影响下被压缩，使得即使在没有另外插入的穿孔片或相似的复杂措施的情况下仍能允许纤维复合部件具有高的尺寸精确性和表面质量。在设备使用期间，树脂浸渍纤维材料被布置在滤板上，纤维材料以气密方式被覆盖在滤板上方并且在滤板的远离纤维材料的一侧上产生真空。由于滤板材料的低可变形性允许滤板在不减弱纤维复合部件的尺寸稳定性的情况下被布置在模制工具中，因此滤板不需要为了每个单独的纤维复合部件的生产而被重新布置。真空在远离纤维材料的一侧上产生这样的事实同样允许相应的装置同样以永久的方式安装，使得它们不需要为每个生产程序而被重新构造，这在经济上是有利的。根据优选实施方式，多孔材料包括烧结材料。这种材料特征在于特别高的固有稳定性，使得已经形成在烧结材料中的孔可靠地保持打开，并且实现纤维复合部件的特别高的空间稳定性。烧结材料优选具有从0. 2mm到2mm的颗粒尺寸，以一方面允许不受阻碍的空气流动通过滤板，另一方面允许在纤维材料的一侧上的足够平坦的表面。根据优选实施方式，滤板包括具有不同颗粒尺寸的烧结材料的两个层。具有较大颗粒尺寸的层被布置在远离纤维材料的一侧上。结果，由于在纤维材料的一侧上的更细孔的表面，实现纤维复合材料的特别高的表面质量，而在远离纤维材料的层中的较大的孔确保滤板的优化的空气渗透性。根据优选实施方式，多孔材料包括使得设备特别坚固的金属材料。优选金属材料为例如青铜和/或钢，这是由于它们特别的承载能力。根据优选实施方式，滤板具有从Imm到5mm的厚度。这允许具有优良的空气渗透性的优良的固有稳定性。根据优选实施方式，提供基本不能渗透树脂并覆盖滤板面向纤维材料的一侧的膜。这防止树脂穿出树脂浸渍纤维材料进入滤板中的孔中。根据优选实施方式，还提供真空薄膜或硅树脂膜以在滤板上方以气密性方式覆盖纤维材料。这特别容易定位，因为没有抽气连接件或类似物需要被附接到真空薄膜或硅树脂膜。根据优选实施方式，所述设备包括第一供给装置，用于在第一供给站处将树脂供给到所述纤维材料中；并包括第二供给装置，用于在第二供给站处将树脂供给到所述纤维材料中。所述第二供给站沿所述滤板延伸的方向与所述第一供给站分隔开。还提供在所述第二供给站的区域中的检测站处的树脂检测器，该树脂检测器检测树脂是否已经到达所述检测站；以及控制装置，该控制装置当树脂已经到达所述检测站时激活所述第二供给装置。 这使得能够产生特别大的纤维复合部件，因为在渗透期间，树脂仅需要覆盖大约对应于供给站的空间，而不管部件的尺寸。检测站优选布置为沿第一供给站的方向与第二供给站分隔开。这确保当控制装置已经激活第二供给站时树脂已经到达第二供给站，从而防止空气被包括在由两个供给站供给的树脂之间。
下面，将基于实施例参照下面的附图更详细地描述本发明，在附图中图1为根据本发明的用于生产复合部件的设备的示意性截面视图；图2为根据实施例的设备的滤板的详细截面视图；图3为复合部件的示例的截面视图；和图4为根据实施例的用于生产飞机机身段的方法和设备的示意性图示。除非另外指出，在附图中，相同的附图标记指示同样的或功能同样的部件。
具体实施例方式图1为用于生产复合部件102的设备100的示意性截面视图。设备100的模制工具104具有包含模制表面106的凹部。抽气开口 111形成在凹部的底部模制表面106中， 抽气开口 111穿过模制工具104并终止于被构造在模制工具104的远离模制表面106的后侧上的抽气连接件112中。抽气连接件112通过真空管被连接到真空泵113。由多孔材料，例如烧结材料，构成的滤板110被布置在模制工具104中的凹部中， 该滤板110以平坦的方式被模制表面106支撑并完全填充模制工具104中的凹部。滤板 102的远离模制表面106的表面被不能渗透树脂但是能渗透空气的半渗透膜114覆盖，例如被相应地浸渍的薄纺织织物覆盖。密封件116被布置在模制工具104的边缘上，围绕滤板 110，该密封件116以气密性方式将真空薄膜118与模制工具104密封隔绝开。纤维复合部件102被布置在例如真空薄膜118与被膜114覆盖的滤板110之间。在使用设备100期间，纤维复合部件102例如以预浸料坯的形式以图示方式被布置在滤板110上并用真空薄膜118覆盖。然后真空泵113抽空围绕纤维复合部件102的空间，并且纤维复合部件102例如通过借助加热设备(未显示)的热供应而固化。另外，能够施加外部压力，例如在高压处理器中。图2为设备的滤板110，例如图1的滤板110，的详细截面视图。滤板110包括烧结材料200(例如青铜、钢或陶瓷)的两个附在上面的第一层201和第二层202。在具有厚度hi的第一层201中的颗粒尺寸dl (直径)小于在具有厚度h2的第二层202中的颗粒尺寸d2。颗粒尺寸dl、d2例如处于0. 2mm与2mm之间的范围内，滤板110的总厚度h大约为 Imm到5mm。颗粒尺寸dl、d2以及厚度hl、h2、h彼此协调从而保持透气孔210，在预计使用期间滤板110是稳定的并且具有面向纤维复合部件的表面230。图3为能够通过类似于图1中所示的设备生产的复合部件102的示例的截面视图。复合部件102包括由泡沫材料组成的平面延伸芯部408，在该芯部408的相反的基本平行的侧面上构造有由纤维材料构成的第一覆盖层401和第二覆盖层402。由穿过芯部408 的纤维束构成的支柱403在第一覆盖层401与第二覆盖层402之间延伸，所述支柱403的端部406抵靠覆盖层401、402。覆盖层401、402和支柱403例如以图1的设备中的布置被填充有可在抽空状态下被供给的普通聚合物基体。图4为用于生产纤维复合部件形式的飞机机身段机身壳体102的方法和设备的示意性图示，该纤维复合部件具有例如类似图3中所示的内部结构。设备包括限定飞机机身的外表面的模制工具104。以对应于飞机机身形状的圆柱形方式弯曲并由模制表面106支撑的滤板110被附接到内模制表面106。具有如图3中所示结构的非浸渍纤维材料102被布置在覆盖滤板110的膜114上并以气密性方式被真空薄膜118密封在滤板上方。用于将树脂穿过真空薄膜118供给到纤维材料102中的第一供给装置301被布置在模制工具104最低点处的第一供给站311处。另外的供给装置302-306沿待生产的机身壳体102的曲线以大约固定的间隔位于第一供给站311的上游。关联的树脂检测器332-336安装在滤板110中，在每种情况下与第二供给装置302 到第六供给装置306之一相邻，所述关联的树脂检测器332-336在每种情况下相对于相关联的供给装置沿远离第一供给站311的方向稍微偏离。树脂检测器被构造为如果它们检测到树脂的存在则经由相应的检测器线392发出检测信号。例如，树脂检测器332-336包括具有光栅的恰当的凹部，所述光栅在视觉上记录渗透的树脂。检测器线通向设备100的控制装置342的检测单元343，所述检测单元343评估操作期间接收的信号并根据树脂检测器332-336的响应指示控制装置342的激活单元344经由相应的激活线390激活各自关联的供给单元302-306。供给到其余供给装置302-306的树脂能方便地同时被中断。虽然上文已经基于优选实施例描述了本发明，但是本发明不限于此，而是能够以很多不同的方式被修改。例如，多孔材料还可由具有均勻颗粒尺寸的单独的层构成，或者可具有混合在一起的大量不同的颗粒尺寸。多孔材料可以不同的方式被生产烧结，例如通过化学工艺。附图标记列表
100生产设备
102纤维复合部件
104模制工具
106模制表面
110滤板
111抽气开口
112抽气连接件
113真空泵
114膜
116密封件
118真空薄膜
200烧结材料
201,202层
210空气流
301--306供给装置
311，312供给站
322--326树脂检测器
332检测站
342控制装置
343检测单元
344激活单元
390 激活线392 检测线401，402 覆盖层403 支柱406 支架408 泡沫材料dl，d2 颗粒尺寸hl，h2单独的层的厚度h总厚度实施例1、一种用于生产纤维复合部件的设备，包括模制工具，具有用于模制树脂浸渍的纤维材料的模制表面；滤板，布置在所述模制表面上并包括多孔材料；用于在所述滤板的远离所述纤维材料的一侧上的所述模制表面上产生真空的装置。2、根据实施例1所述的设备，其特征在于，所述多孔材料包括烧结材料。3、根据实施例2所述的设备，其特征在于，所述烧结材料具有从0. 2mm到2mm的颗粒尺寸。4、根据实施例2或3所述的设备，其特征在于，所述滤板包括具有不同颗粒尺寸的述烧结材料的两个层，具有较大颗粒尺寸的层被布置在远离所述纤维材料的一侧上。5、根据前述实施例中任一个所述的设备，其特征在于，所述多孔材料包括金属材料，尤其是青铜和/或钢。6、根据前述实施例中任一个所述的设备，其特征在于，所述滤板具有从Imm到5mm
的厚度。7、根据前述实施例中任一个所述的设备，其特征在于基本不能渗透树脂并覆盖所述滤板的面向所述纤维材料的一侧的膜。8、根据前述实施例中任一个所述的设备，其特征在于，用于以气密性方式在所述滤板上方覆盖所述纤维材料的真空薄膜或硅树脂膜。9、根据前述实施例中任一个所述的设备，其特征在于，第一供给装置，用于在第一供给站处将树脂供给到所述纤维材料中；第二供给装置，用于在与所述第一供给站分隔开的第二供给站处沿所述滤板将树脂供给到所述纤维材料中；在所述第二供给站的区域中的检测站处的树脂检测器，检测树脂是否已经到达所述检测站；以及控制装置，当树脂已经到达所述检测站时激活所述第二供给装置。10、根据实施例9所述的设备，其特征在于，所述检测站被布置为在沿所述第一供给战的方向与所述第二供给站分隔开。11、用于生产纤维复合部件的方法，包括下列步骤提供包括多孔材料的滤板；
将浸渍有树脂的纤维材料布置在所述滤板上；以气密性方式将所述纤维材料覆盖在所述滤板上方；在所述滤板的远离所述纤维材料的一侧上产生真空。12、根据实施例11所述的方法，其特征在于，用基本不能渗透树脂的膜覆盖所述滤板的面向所述纤维材料的一侧上的步骤。13、根据实施例11或12所述的方法，其特征在于，通过模制工具在远离所述纤维材料的一侧上支撑所述滤板的步骤。14、根据实施例13所述的方法，其特征在于，通过构造在所述模制工具中的抽气
开口产生真空。15、根据实施例11至14中任一个所述的方法，其特征在于，布置所述树脂浸渍的纤维材料的步骤包括将所述纤维材料布置在所述滤板上；在第一供给站处将树脂供给到所述纤维材料；在所述纤维材料上的检测站处检测树脂是否已经到达所述检测站；以及当树脂已经到达所述检测站时在第二供给站处将树脂供给到所述纤维材料。
9
权利要求
1.一种用于生产纤维复合部件(102)的设备(100)，包括滤板(110)，包括多孔材料，具有用于布置树脂浸渍纤维材料的表面Q30)； 能渗透空气并基本不能渗透树脂的膜(114)，覆盖所述滤板(110)的面向所述纤维材料的所述表面O30)；模制工具(104)，用于在远离所述纤维材料的一侧上支持所述滤板(110)；以及抽气开口(112)，被构造在所述模制工具(104)中，用于在所述滤板(110)远离所述纤维材料的一侧上产生真空。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于，所述膜(114)包括浸渍的纺织织物。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备(100)，其特征在于，所述多孔材料包括烧结材料(200)。
4.根据权利要求3所述的设备(100)，其特征在于，所述烧结材料(200)具有从0.2mm 到2mm的颗粒尺寸(dl，d2)。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的设备(100)，其特征在于，所述滤板(110)包括具有不同颗粒尺寸(dl，d2)的两层(201,20 所述烧结材料，具有较大颗粒尺寸(业)的层 (202)被布置在远离所述纤维材料的一侧上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其特征在于，所述多孔材料包括金属材料，尤其是青铜和/或钢。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其特征在于，所述滤板(110)具有从 Imm到5mm的厚度(h)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其特征在于，用于以气密性方式在所述滤板(110)上覆盖所述纤维材料的真空薄膜(118)或硅树脂膜。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其特征在于，第一供给装置(301)，用于在第一供给站(311)处将树脂供给到所述纤维材料中； 第二供给装置(302)，用于在与所述第一供给站(311)分隔开的第二供给站(31 处沿所述滤板(110)将树脂供给到所述纤维材料中；在所述第二供给站(31 的区域中的检测站(33 处的树脂检测器(322)，检测树脂是否已经到达所述检测站(332)；以及控制装置(342)，当树脂已经到达所述检测站(332)时激活所述第二供给装置(302)。
10.根据权利要求9所述的设备(100)，其特征在于，所述检测站(33 被布置为沿远离所述第一供给装置(301)的方向与所述第二供给站(312)分隔开。
11.用于生产纤维复合部件(10 的方法，包括下列步骤 提供包括多孔材料(200)的滤板(110)；将浸渍有树脂的纤维材料布置在所述滤板(110)的表面(230)上； 用能渗透空气并且基本不能渗透树脂的膜(114)覆盖所述滤板(110)的面向所述纤维材料的所述表面O30)；以气密性方式将所述纤维材料覆盖在所述滤板(110)上； 在远离所述纤维材料的一侧上通过模制工具(104)支撑所述滤板(110)；以及通过构造在所述模制工具(104)中的抽气开口(112)在所述滤板(110)的远离所述纤维材料的一侧上产生真空。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，布置所述树脂浸渍的纤维材料的步骤包括将所述纤维材料布置在所述滤板(110)上； 在第一供给站(311)处将树脂供给到所述纤维材料；在所述纤维材料上的检测站(33 处检测树脂是否已经到达所述检测站(332)；以及当树脂已经到达所述检测站(33 时在第二供给站(31 处将树脂供给到所述纤维材料。
全文摘要
本发明提供一种用于生产复合纤维部件的设备。所述设备包括具有用于使树脂浸渍的纤维材料成形的成形表面的成形工具、布置在所述成形表面处并包括多孔材料的滤板以及用于在所述滤板的背离所述纤维材料的一侧处的所述成形表面处产生负压的装置。在另一方面中，本发明提供一种用于生产复合纤维部件的方法。首先，提供包括多孔材料的滤板。在随后的步骤中，树脂浸渍的纤维材料被布置在所述纤维板上，所述滤板上的所述纤维材料被覆盖，并且在所述滤板的背离所述纤维材料的一侧处产生负压。
文档编号B29C33/38GK102448709SQ201080023078
公开日2012年5月9日 申请日期2010年5月25日 优先权日2009年5月25日
发明者格列戈尔·克利斯汀·恩德雷, 汉斯-约尔根·韦伯 申请人:空中客车作业有限公司