稳定装置、稳定方法和用于生产纤维复合构件方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于稳定纤维层的稳定装置、相应的稳定方法以及用于生产带有敞开结构的纤维复合构件的方法，在生产时执行稳定方法。
【背景技术】
[0002]已知纤维束以所期望的三维形状放置在成型工具上。例如尤其在编织工艺中将单独的纤维放置在作为成型工具的所谓的编织芯(Flechtkern)上，以便因此形成闭合的轮廓。只要纤维位于编织芯上，其形成稳定的轮廓(例如待生产的构件的轮廓)，然而，纤维并未如此稳定地彼此相连接，即，其可在没有失去通过编织工艺产生的轮廓的情况下无问题地从编织芯脱模或移开。这还适用于其他的方法，在其中已经将纤维束以三维的形状安置在成型工具上或处。因此稳定已生产的纤维层。
[0003]已知的是，当纤维仍位于成型工具上时，例如执行炉中工艺(Ofenprozess)。备选地，还可使用手动的工艺，例如应用熨斗，以便实现用热使编织层稳定。
[0004]由文献US 2012/0085480 Al已知，通过利用超声波和压力加载将由纤维材料构成的面状的织造织物或非织造织物固结成预成型件。
[0005]已知的稳定方法(例如炉中工艺或使用手动的方法)或者是不连续的且因此不可自动化，或附加地引起很高的加工时间。
【发明内容】
[0006]因此，本发明的目的是提供用于稳定放置在成型工具上的纤维层的装置和方法，该方法可连续且自动化地执行。
[0007]该目的通过带有权利要求1的特征的稳定装置来实现。
[0008]用于稳定在成型工具上的至少一个纤维层的稳定装置以及用于生产带有敞开结构的纤维复合构件的方法为从属权利要求的对象。
[0009]本发明的有利的设计方案为从属权利要求的对象。
[0010]用于稳定形成在成型工具上的、具有结合材料的至少一个纤维层的稳定装置具有固结装置，其带有用于将超声波能量施加到纤维层上的至少一个超声焊极和用于相对于超声焊极将纤维层定位在预定的位置中的成型工具。
[0011]如果现在利用超声焊极将超声波能量施加到纤维上，纤维开始振动，这引起纤维层的快速的加热。存在于纤维层中或处的结合材料尤其为热塑性的结合材料，其通过出现的热活化且因此将纤维层稳定在成型工具上。
[0012]成型工具优选如此构造，S卩，其可相对于超声焊极将纤维层定位在预定的位置中，由此可实现自动化的稳定方法，此外，可连续地执行该稳定方法，例如直至用于生产构件轮廓的编织工艺结束。
[0013]然而，备选地，超声焊极还可相对于成型工具定位。
[0014]优选地，成型工具由钢、铝、木头或CFK形成，且纤维层有利地具有碳纤维、芳族聚酰胺纤维和/或玻璃纤维。
[0015]在有利的设计方案中，成型工具为编织芯。但在此还可涉及用于由纤维束构成的非织造织物、悬挂织物(Drapierung)、缠绕层和织造织物的模子。
[0016]通过用热来稳定可实现，在产物和轮廓件从起成型作用的基体(尤其例如编织芯)脱模之前，不仅如已知的那样用热稳定面状的纺织产物(例如织造织物或非织造织物(参见文献US 2012/0085480 Al)，而且用热稳定三维的本身闭合的轮廓件。
[0017]在此，不仅可有利地实现稳定单独的纤维层，而且更确切地说还可使例如相叠编织的多个纤维层相对彼此稳定。
[0018]优选地，固结装置具有压力加载装置以用于为纤维层加载压力。在此，如果还为纤维层在加载超声波能量的同时加载压力，这特别优选。因此，除了稳定纤维之外，还可有利地实现压紧，从而生产的预成型件的最终厚度有利地具有类似于在后来的构件中所期望的那样的厚度。
[0019]有利地，压力加载装置具有保持纤维层的、作为压力底座的成型工具和作为压力工具的超声焊极。因此，成型工具有利地用作砧座，从而相比于压紧的已知的方法(例如参见文献US 2012/0085480 Al)可取消外部的砧座。此外，如果超声焊极有利地用作压力工具(即，用作这样的元件，利用其压到纤维层上以用于压紧)，可同样有利地取消用于压力加载的外部元件。
[0020]优选地，可同时执行压力和超声波的施加以及纤维层相对于超声焊极的定位。这优选简化自动化的配置且有利地有助于可连续地执行纤维的稳定和压紧。
[0021]优选地，压力加载装置具有压力控制装置，以便可将超声焊极以限定的方式按压到纤维层上。压力控制装置尤其利用比例阀形成。有利地，通过比例阀实现将超声焊极例如气动地按压到编织层处。然而，可使用用于将超声焊极按压到纤维层处的所有已知且合适的方法和装置。
[0022]因此，可有利地将恒定的焊接力施加到一个或多个纤维层上，以便由此优选地实现连续地稳定且压紧纤维。通过将压力施加到多个纤维层上有利地使纤维层彼此焊接，以便由此生产用于形成纤维复合构件的优选的预成型件。
[0023]有利地，设置有推进装置以用于使成型工具和超声焊极相对彼此移动。特别优选地，推进装置构造成使成型工具相对于超声焊极连续地移动。
[0024]然而，还可备选地使超声焊极相对于固定的成型工具移动。
[0025]有利地实现成型工具和超声焊极相对彼此的运动。
[0026]由此可有利地通过超声焊极实现连续地固结和压紧一个或多个纤维层，其中，该工艺可进一步有利地自动化地执行。
[0027]优选地，设置有冷却装置以用于冷却超声焊极，从而通过超声焊极活化的结合材料可有利地快速地冷却和硬化。
[0028]在特别优选的设计方案中，超声焊极浮动地来支承以便相对于纤维层的表面结构匹配其位置。由此可优选柔性地处理纤维层几何结构，因为超声焊极相对于成型工具不具有在空间上固定的组件，而是柔性地来支承，由此超声焊极可有利地驶越不同的三维的结构。
[0029]优选地，超声焊极至少在与纤维层相接触的超声焊极面处具有低摩擦的涂层。备选地或附加地，还可设置缓冲薄膜输送装置，其将缓冲薄膜引导到纤维层与超声焊极之间。因此，可有利地在与超声焊极接触期间避免纤维的表面损伤或错误定向。
[0030]优选地，至少一个径向超声焊极设置成包围成型工具的侧部和至少一个边缘区域。因此，可有利地在纤维层的边缘区域中实现连续地固化。
[0031]优选地，设置有成对地布置在成型工具的相对而置的侧部处的超声焊极(尤其围绕成型工具彼此错位地布置的超声焊极的多个配对部)，以便可有利地同时固结和压紧成型工具的相对而置的多个区域。
[0032]优选地，设置有控制装置以用于控制压力控制装置和/或推进装置和/或超声焊极。因此可优选地实现全自动地控制稳定和压紧工艺。
[0033]控制装置有利地构造成控制由超声焊极发出的超声波的超声波波幅、成型工具的进给和焊接力(即按压力，其由超声焊极施加到纤维层上)。
[0034]用于稳定放置在成型工具上的、具有结合材料的至少一个纤维层的稳定方法具有以下步骤:
a)提供带有至少一个超声焊极和保持纤维层的成型工具的稳定装置；
b)使成型工具相对于超声焊极行进；
c)将超声波能量施加到纤维层上。
[0035]成型工具优选以恒定的进给速度行进。
[0036]有利地，尤其在将超声波能量施加到纤维层上的同时将超声焊极压到纤维层上，以便因此有利地压紧纤维层。有利地，按压可气动地进行，然而，适合于将超声焊极按压到纤维层处的所有已知的方法是可行的。
[0037]此外，有利地在将超声焊极压到纤维层上之前为超声焊极设有低摩擦的涂层。备选地或附加地，还可在超声焊极与纤维层之间引入缓冲薄膜，以便因此还有利地防止干纤维损伤和错误定向。
[0038]特别优选地，冷却超声焊极。
[0039]用于生产带有敞开结构的纤维复合构件的方法具有以下步骤:
d)在成型工具上形成至少一个纤维层；
e)将结合材料设置在纤维层中和/或纤维层处；
f)执行上述说明的稳定方法；
g)使固结的纤维层脱模，尤其切开该纤维层。
[0040]优选在步骤d)中尤其通过在成型工具上编织、缠绕、平放、打褶或编织纤维和/或通过将加强补丁施加到所编织的纤维层上和/或通过将纤维层和/或缠绕层置放或沉积到所编织的纤维层处形成多个纤维层。
[0041]优选地，将结合材料层间地设置到形成纤维层的纤维处。但备选地或附加地，还可将结合材料在形成纤维层期间施加到纤维层上。
【附图说明】
[0042]下面借助附图进一步阐述本发明的实施例。其中:
图1显示了稳定装置的第一实施方式，其带有放置在作为成型工具的编织芯上的纤维层和多个超声焊极； 图2显示了通过图1的稳定装置的截面；
图3显示了图1的稳定装置，其带有缓冲薄膜输送装置；
图4显示了稳定装置的第二实施方式，其具有径向超声焊极；
图5显示了稳定装置的第三实施方式，其带有作为用于超声焊极的推进装置的机器人；
图6显示了位于成型工具上的纤维复合构件的第