用于对纤维预制件进行浸润的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于利用基质材料对由纤维复合材料制成的构件的纤维预制件进行浸润的方法和设备。
【背景技术】
[0002]用于对纤维预制件进行浸润的方法和设备是用于由这种纤维预制件制造由纤维复合材料制成的构件的方法和设备的组成部分。
[0003]用于对纤维预制件进行浸润的方法和设备作为树脂传递模塑成型(Resin-Transfer-Moulding(RTM))法或设备为众人所知，其中，将干燥的纤维预制件设置在闭合的成型模具中，并且为了利用基质材料对纤维预制件进行浸渍，将树脂状的基质材料注射到模具的空腔中。接着借助成型模具将纤维预制件压成所期望的形状并且进行加固。
[0004]在用于RTM法的树脂注射法中，通过真空辅助来将基质材料吸入到模腔和由此纤维预制件内。在特殊成形的和特别是纵向延伸的纤维预制件的情况中，该方法相当不利，这是因为为了利用基质材料对整个预制件进行浸渍，基质材料必须沿着纵向在纤维预制件的整个长度上经过该纤维预制件。因此浸润进程非常缓慢。由于浸润时间长，这个方法不适合长距离延伸的纤维预制件。
[0005]利用Resin-Transfer-Moulding(RTM)法浸润和成形的、具有特殊形状的纤维预制件另外需要成本高的成型模具。由液态树脂系导致的成型模具的脏污妨碍了顺利的、连续的生产过程。
[0006]由公开文献DE 10157655A1公知了用于制造由纤维复合材料制成的构件的方法和设备，在该方法中利用树脂注射法经由一个可调节的缝隙对预成形存在的纤维预制件进行浸润。为此，至少两个外侧的可运动的成型模具部分将纤维预制件密封地围住。所述成型模具部分在构成相对纤维预制件的缝隙的情况下彼此移离。通过将成型模具部分的空腔抽真空来将浸润树脂输送到缝隙中，并且接着为了浸渗纤维预制件和将多余的浸渗树脂从缝隙中排出而成型模具部分重新相向聚拢。
[0007]通过这种方式虽然可以缩短浸润时间，然而不利的是:为了构成限定的几何缝隙的目的，模具部分必须以在技术上和结构上繁复的方式塑造纤维预制件的构件几何形状，并且因此从经济学的角度看这个缝隙浸渗法(Spaltimpraegnier-Verfahren)基本上只适合构造成大面积的、板状的预制件。另外，为了调节所述缝隙需要繁复的、用于运行外部模具部分的调节元件。
[0008]因此用于具有特殊形状的构件的纤维预制件一一诸如用于制造弹簧通常通过传统的方式在安装到成型模具上之前已经利用基质材料得到浸渍，然而这导致后续的成形过程中的处理变得困难。经过浸渍的纤维预制件例如由于湿润的、易于形成液滴的状态几乎不能被暂时存放并且在成型和加固模具上产生严重污染。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是，改进文首述及类型的用于对纤维预制件进行浸润的方法和设备，特别是提供一种方法和一种设备，该设备(方法)在保障浸润时间短的情况下能够以技术上和结构上的少的费用实现对成形的纤维预制件进行浸润。
[0010]根据本发明，这个目的通过具有权利要求1特征的方法得以实现。
[0011]本发明提出:
[0012]-将弹性的套安装到纤维预制件上，
[0013]-在纤维预制件与套之间形成缝隙空间的情况下将弹性的套扩大，
[0014]-将基质材料输送到缝隙空间内，和
[0015]-接着将弹性的套压紧到纤维预制件上。
[0016]根据本发明，本方法将弹性的套用作用于浸润的柔性的模具。所述套设置在纤维预制件上或围绕该纤维预制件设置，其中，套将纤维预制件围住。在纤维预制件与套之间形成缝隙空间的情况下将这个套扩大。这可以通过液态的基质材料本身通过如下方式实现，即，利用基质材料的输送装置的输送压力将这个基质材料输入到在纤维预制件与松动地贴靠在纤维预制件上的弹性的套之间，其中，扩张所述套并且在纤维预制件与经过扩张的套之间形成缝隙空间。然而也可以与基质材料无关地通过另一直接作用在套上的辅助件实现套的扩张和缝隙空间的形成，该辅助件例如可以是电动、气动或液压类型。通过将液态的基质材料输送到形成的缝隙空间中，基质材料非常迅速地分布在纤维预制件的表面上并且大范围地濡湿这些纤维预制件。
[0017]接着将弹性的套压紧到纤维预制件上，这例如可以通过施加基质材料的输送装置的负的输送压力来实现，从而将套均匀地吸附到纤维预制件的构件几何形状上。
[0018]还可以利用另一作用在套上的例如电动、气动或液压类型的辅助件实现套在纤维预制件的构件几何形状上的压紧，在该压紧中同样将纤维预制件的套均匀地压紧到纤维预制件的构件几何形状上。
[0019]通过将柔性的套均匀地压紧到纤维预制件的构件几何形状上，将基质材料以最短的途径沿表面法线的方向浸润到纤维预制件的中央。
[0020]在根据本发明的方法中不需要与构件几何形状特殊匹配的外部模具部分。基质材料位于在套与纤维预制件之间的空间内并且不与环境和可能的辅助件触碰。由此液态的基质材料不会引起脏污。
[0021]纤维预制件在浸润之后一一在套的保护下一一可为了再处理而可操作且能存放。
[0022]由此提供了干净的、费用最低的和快速见效的、用于浸渍预制件的浸润方法、特别是用于浸渍具有特殊几何形状的预制件诸如型材棒几何形状或螺旋几何形状的方法。浸润方法可以经济地应用于对所有预成形的纤维预制件的浸润。
[0023]由从属权利要求2至11、下文的说明和附图产生根据本发明的方法的有益的设计方案和改进方案。
[0024]有益地使用软管状的、弹性的套，该套将纤维预制件完全包围。通过将柔性的软管均匀而大范围地压紧到纤维预制件的构件几何形状上，将基质材料以最短的途径和径向大范围地沿表面法线的方向浸润到纤维预制件的中央。这进一步加速了对纤维预制件的浸润。另外，使用软管的方法简化了密封措施并且减少了具有脏污危险的作用点(Angriffsstelle)。
[0025]为了实施利用软管作为套的根据本发明的方法，首先将这个软管安装到纤维预制件上。这根据一种优选的构造如下地实现，即，将弹性的软管套装到空心型材状的辅助体上，将纤维预制件插入到该辅助体的净横截面内，将软管端部固定在纤维预制件上并且将在纤维预制件与软管之间的辅助体抽出。由此可以利用弹性的软管通过简单、不复杂的方式将纤维预制件包围，尤其是套装在纤维预制件上的软管本身为了根据本发明的浸润方法的目的不必在纤维预制件上施加夹紧力而只需松动地且非轮廓齐平地(konturenbuendig)贴靠在构件几何形状上。
[0026]优选地，在纤维预制件与套之间产生气密封闭的内侧系统。借助这个气密的内侧系统可以在基质材料流入时在套与纤维预制件之间的区域内产生一个确定的压力，该压力为了形成缝隙空间能够实现套均匀的扩大。这样例如通过将缝隙空间内的压力调节得低于流入的基质材料的压力可以加速基质材料的流入。
[0027]在这方面特别有益的是:在将基质材料输送到缝隙空间内之前借助气密的内侧系统将纤维预制件抽真空。由此可以从纤维预制件中清除不希望有的夹杂气体，这些夹杂气体在基质材料流入缝隙空间内时和在对纤维预制件的后续浸渍时是不利的。通过这种方式提高了浸渍的速度和质量。
[0028]根据本发明的另一种有益的设计方案规定:在容纳具有套的纤维预制件的压力室与套之间产生气密封闭的外侧系统。
[0029]借助这个气密的外侧系统可以对压力室内的和由此套的外部环境中的确定的压力进行调节，利用该压力此外可以影响套的扩大并且调整缝隙空间的形成。以下可以对流进缝隙空间内的液态的基质材料的流量施加影响。除了空气之外，优选油或水适合作为压力室的压力介质。油或水作为气密的外侧系统的几乎不可压缩的压力介质降低了用于形成缝隙空间的调节惯性。
[0030]优选在纤维预制件与套之间如下地构成缝隙空间，即，相对气密的外侧系统内的压力调节气密封闭的内侧系统内的过压。通过这种方式有助于套的扩大和特别是能够将液态的基质材料低阻力地和快速地输入所形成的缝隙空间内。
[0031]根据另一种优选的设计方案，通过如下方式将弹性的套压紧到纤维预制件上，SP，相对气密封闭的内侧系统内的压力调节气密封闭的外侧系统内的过压。压力比导致柔性的套的全面收缩并且导致将套均匀地压紧到具有前述有益的浸渍效果的纤维预制件的构件几何形状上。
[0032]根据本发明的方法的一种特别有益的设计方案规定:具有套的，优选套上软管的纤维预制件在扩大套之前设置在成型模具上。因此可以直接在用于使纤维预制件成形的型芯上实施本发明的对纤维预制件的清洁的浸润，因此在利用本发明的优点的情况下将浸渍与成形的工艺步骤合并，这实现显著的过程优化。
[0033]在根据本发明的方法的另一种有益的设计方案中，纤维预制件在安装弹性的套之前、优选在安装软管之前设置在成型模具上。在这种设计方案中，浸渍和成形的方法步骤同样有益地合并。
[0034]在上述设计方案的一种有益的改进方案中，紧贴在成型模具上的套与该成型模具气密地连接。因此成型模具同时可以用作柔性的模具的界限，在必要时还用作压力室的界限。在节约材料的情况下可以放弃将成型模具完全包围的套。另外，为了安装到纤维预制件上不需要将紧贴在成型模具上的套扩大。
[0035]另外，所述目的通过一种具有权利要求12特征的设备得以实现。
[0036]根据本发明提出:在纤维预制件上设置有弹性的套，并且设置有与所述弹性的套作用连接的机构，借助这些机构能够在形成在纤维预制件与套之间的缝隙空间的情况下将套扩大，基质材料可输送到缝隙空间内，并且套可被压紧到纤维预制件上。
[0037]与众所周知的繁复的缝隙浸渗法不同，这个设备将柔性的套用作用于产生缝隙空间和用于将基质材料从缝隙空间浸润到纤维预制件内的辅助件。
[0038]基质材料可以借助柔性的套迅速地流入缝隙空间内并且以最短的途径沿表面法线的方向浸润到纤维预制件的中央。
[0039]为此与弹性的套作用连接的机构在结构上可以简单成形。
[0040]设备不需要与构件几何形状特殊匹配的模具部分。基质材料留在套内并且不与这个设备的部件或与后续加工步骤的设备接触。
[0041]由此提