用于制造整体纤维复合构件的方法和相应的纤维复合构件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于制造具有嵌置元件的整体纤维复合构件的方法和相应的纤维复合构件。
【背景技术】
[0002]在大批量生产的范围内经常将由纤维增强塑料构成的纤维复合构件制造成具有统一材料厚度和均匀分层结构的大面积的构件。具有这样结构的构件可以快速和经济地制造，例如通过所谓的“湿压法”，大大简化地来说，在该湿压法中在一纺织半成品上涂敷基质并在压制模具中将该半成品挤压成以后的构件的所期望的形状，其中，所述基质渗透半成品并浸渍其纤维。
[0003]已知的是，为了制得复杂的三维结构或者为了提高构件稳定性，利用局部涂敷的加强层增强纤维复合构件。也可以在其框架范围内设置附加的、用于局部加强或者构成中空的衬里。然而这种措施目前仅仅对于所谓的“Resin Transfer Moulding(树脂传递模塑法)”(缩写:“RTM”)是为人所知的。对此，同样大大简化地来说，首先在预成形步骤中将纺织半成品挤压成预成形坯(预成形件)或者将纺织预成形件通过编结法(Flechverfahren)制成泡沫芯。接着，将该泡沫芯置入压制模具中并利用注入模具内的基质进行浸渍。基于预成形的元件，可以无问题地与嵌置元件和其他预成形坯拼合到一起。另外，在注入基质时压制模具已经闭合，从而最大程度地防止了待连接的元件的滑动。
[0004]然而RTM法明显比湿压法更复杂和更昂贵。另外，RTM法的作业循环时间要高出数倍，因而湿压法被认为经济得多。
[0005]然而，通过使用明显更快捷和更合算的湿压法来制造类似复杂的三维成形的或者加强的纤维复合构件迄今为止由于多种因素还是不可能的。属于这种情况的特别是:在将基质涂敷在各个纤维层上以及接着才通过在压制模具内的挤压成形的期间，会出现多个重叠在一起的纤维层或插入的嵌置元件不可控地移位，从而所制成的、具有复杂结构的构件通常成为废品并因此不能使用。
【发明内容】
[0006]因此本发明的目的是，实现一种尽可能简单而经济的制造方法，用于工艺可靠地和可再现地制造具有嵌置元件的整体纤维复合构件。
[0007]该目的通过如下所述的方法以及通过如下所述的纤维复合构件得以实现。
[0008]具体而言，在此提出一种用于制造整体纤维复合构件的方法，其包括如下步骤:
[0009]-提供第一纤维层，
[0010]-将嵌置元件设置在第一纤维层的一个表面上，
[0011]-将覆盖纤维层以至少一个第一区段设置在嵌置元件的自由表面上并以至少一个第二区段设置在第一纤维层的所述表面上，其中，所述覆盖纤维层由至少两个彼此相邻设置的部分覆盖纤维层构成，和
[0012]-将至少两个部分覆盖纤维层固定在嵌置元件的自由表面上，以产生一种待挤压的堆叠设置结构，
[0013]-对堆叠设置结构进行挤压，以产生所述整体纤维复合构件。
[0014]因此，可以首先将嵌置元件定位在用作基础层的第一纤维层上。可以将覆盖纤维层安置在嵌置元件的自由表面上，即不与第一纤维层接触的表面上。所述覆盖纤维层作为整层是多件式地以至少两个或者更多部分覆盖纤维层构造的，并且能够这样地使整个覆盖纤维层(作为单元)由多个单件组合而成，通过这种方式，特别是对于复杂的三维轮廓，可以至少减少皱褶形成。该组合可以通过松散的并列放置或者部分的重叠放置来实现。当然，各个部分覆盖纤维层也可以事先就已相互连接。
[0015]为使所述部分覆盖纤维层在继续加工期间不会从它们的指定位置移位，本方法规定:将这些部分覆盖纤维层固定在嵌置元件上。这一点特别是能够在至压制模具的输送期间或者后续的挤压步骤期间保证实现稳定的定位保持，防止各个部分覆盖纤维层的滑动或者移位，否则这些部分覆盖纤维层相对于一体统一的覆盖纤维层来说特别容易移位。
[0016]因此本方法能够将纤维复合构件制造成具有复杂几何形状的整体成型构件，然而放弃了已知的、构件密集型的(bauteilintensiv)壳式结构。除了节省费用和较低的制造费用之外，在构件质量高的同时产生新的和可简单实现的设计可能性。
[0017]根据另一种实施方式，至少两个部分覆盖纤维层这样地彼此相邻设置:使得部分覆盖纤维层中的至少两个在搭接区域内相互搭接。这意味着:分别彼此相邻设置的部分覆盖纤维层与分别直接邻接设置的部分覆盖纤维层在各部分区段中搭接地设置。优选这样地确定共同构成的搭接区域的尺寸和配置:使得可靠地保证在整个覆盖纤维层内的力的传递。
[0018]优选地，固定所述部分覆盖纤维层的步骤可以包括与嵌置元件局部材料接合地和/或形状锁合地和/或力锁合地连接，特别是借助至少局部地指定的量的基质和/或粘合材料进行粘附和/或借助一些连接件至少局部地卡套或者夹紧。也就是说，例如可以将基质在确定的位置处局部地或者大面积地敷设到嵌置元件上，以便将一个或者多个部分覆盖纤维层固定在嵌置元件上并防止移位。
[0019]作为另选或者补充，可以借助例如穿过相应部分覆盖纤维层置入嵌置元件中的连接件固定部分覆盖纤维层。例如夹子、针或钉子等适合于此。这些连接件优选保留在以后的构件之中。
[0020]另外，部分覆盖纤维层中的至少一个可以构成可展开的面。根据数学定义(几何学)，两维的面被称为可展开的面，该面的展开可以无内部变形地转换成欧几里得平面，从而所述面光滑地位于平面上。这种面的特点尤其是在于一种没有“折弯形成”的三维形状。(以基本上两维的形状)传递到部分覆盖纤维层上意味着:纤维层将嵌置元件(作为三维体)这样地覆盖:使得各个部分覆盖纤维层光滑地和无折弯形成地平放于嵌置元件的表面上。可以这样地对所述部分覆盖纤维层进行裁剪，即，空出所述嵌置元件表面的潜在可能形成折弯的位置，并通过确定地、局部地设置搭接区域将这些位置构造成通向新的部分覆盖纤维层的过渡，从而避免了在相应的部分覆盖纤维层中形成折弯。
[0021]根据一种实施方式，可以将第一纤维层和/或至少两个部分覆盖纤维层分别作为非浸渍的纤维层或非浸渍的预成形坯予以提供，并且该方法可以包括一个或者多个将基质敷设到各相应的纤维层上的步骤。
[0022]这意味着:将相应的各纤维层准备成干燥的、亦即非浸渍的纤维半成品，并且，要么在它们的准备期间要么在此之后、然而最晚在挤压步骤之前，在一个或者多个中间步骤中施加基质。
[0023]原则上纤维层中的每一个，即第一纤维层和/或至少两个部分覆盖纤维层可以构造成例如单层的或者多层的纺织物、稀松布(Gelege)或针织物，或者是单向的或多向的。作为纤维，可以使用特别是玻璃纤维、碳素纤维或者芳族聚酰胺纤维，但是也可以使用其他适合于加强纤维复合构件的纤维材料。
[0024]优选的是，首先将第一纤维层作为干燥的半成品来提供，接着(至少局部地)涂敷基质。在接着将嵌置元件安置在涂敷的基质上之后，然后同样可以先将部分覆盖纤维层作为干燥的半成品固定在该嵌置元件上。接着也在部分覆盖纤维层上涂敷基质。在以后的挤压过程中基质便渗透各个纤维层并浸渍这些纤维层。作为另选方案，可以将基质敷设到嵌置元件上以及借助该基质将部分覆盖纤维层固定在嵌置元件上。
[0025]因此可以在利用所谓的湿压法的情况下通过简单、快速而经济的方式制造一种相应复杂的、具有嵌置元件的三维纤维复合构件。
[0026]作为选择，第一纤维层和/或部分覆盖纤维层可以作为预成形坯，同样在非浸渍状态中以类似方式针对所述方法进行使用。
[0027]作为另选方案，第一纤维层和/或至少两个部分覆盖纤维层分别包括一个用基质预浸渍的、单层或多层的纤维堆叠。这种做法允许放弃用于涂敷基质的单独步骤。取而代之的是，相应的各纤维层已经用基质浸渍并且能够根据所述工艺方法被设置、固定和挤压。
[0028]在每一种情况中，所述嵌置元件例如可以包括一种形状稳定的和/或功能一体整合的(funkt1nsintegriert)嵌置元件。也就是说，嵌置元件设置为用于确定一个相应的空间，该空间尽管经过挤压步骤，仍应该至少基本上保持不变。因此，原则上所有相应形状稳定的元件都适合于嵌置，其中，由于挤压造成的与总容积相比很小的体积减少也应该算作是形状稳定。
[0029]除了形状稳定性之外还能够实现另外的功能诸如绝热、加强、隔音和/或消音以及接纳其他构件的任何嵌置元件均可以视为是功能一体整合的。
[0030]特别是，为此嵌置元件可以包括泡沫芯、木芯、塑料芯、金属芯、蜡芯和/或由实心材料、发泡材料构成的芯体，具有中空结构、蜂窝状结构，和/或由隔音的和/或消音的材料构成的芯体。
[0031]特别优选的是，嵌置元件构造成沿着压制模具的闭合方向关于压制模具自定心(自动对中心)。为此，嵌置元件具有一种沿着闭合方向扩展/扩大的几何形状。所述闭合方向应视为涉及压制模具的为了进行挤压而接纳嵌置元件的半模相对于嵌置元件的相对运动方向。反过来表述的话，几何形状是构造成反向于闭合方向逐渐缩小。换言之，嵌置元件构造成沿着从第一纤维层远离地指向的方向逐渐缩小。这便提供了下述可能性:在模具闭合时嵌置元件按照压制模具的造型、亦即具有构造成相应互补的斜面的造型空腔(阴模)自动地沿着侧向(横向于闭合方向)移向准确地预先确定的位置。
[0032]这意味着:特别是在模具闭合时可以对在将嵌置元件设置在第一纤维层上时确定的位置在一定程度上-如果需要的话-进行修正。因此，也就是说，可以对嵌置元件的不精确的设置进行事后精确化处理并因此减少废品。
[0033]已经阐述的将部分覆盖纤维层固定在嵌置元件上提供了附加的优点:在模具闭合时部分覆盖纤维层也在一定程度/范围内依循嵌置元件的侧向修正运动。
[0034]另外，本发明还提出一种纤维复合构件，其包括:第一纤维层；设置在该第一纤维层的一个表面上的嵌置元件；以及将该嵌置元件的自由表面至少以第一区段至少部分地覆盖的覆盖纤维层。覆盖纤维层与第一纤维层至少在第二区段内彼此面状地连接。覆盖纤维层由多个部分覆盖纤维层构成，这些部分覆盖纤维层彼此相邻地设置，其中，所述部分覆盖纤维层中的至少两个分别在一搭接区域内相互搭接。
[0035]