用于制造增强的泡沫材料的装置的制作方法

专利名称：用于制造增强的泡沫材料的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及复合材料制造的技术领域。本发明特别是涉及一种用于制 造增强的泡沫材料并用于将纺织半成品容纳到弯钩中的装置。此外本发明 涉及一种用于制造增强的泡沫材料的系统以及一种用于为了增强泡沫材 料而将纺织半成品容纳在弯钩中的方法。本发明还涉及增强的泡沫材料在 飞机中的应用以及一种具有这种增强的泡沫材料的飞机。
背景技术：
由于复合材料特别是夹层结构的良好的刚度或强度相对于密度的 关系，其广泛地应用在飞机制造领域。夹层构造通常由上表层和下表层 构成，在这些表层之间为了提高刚性例如设有由垂直伸展的六边形横截 面的小室构成的蜂窝状夹芯结构。
相比于这种蜂窝结构，泡沫材料的特殊的机械的潜能由于其结构而 比较低。但泡沫材料特别是在部件制造中以及在拓宽的部件特性领域中 由于其多功能性而对于用于在构造上的航空用途的夹层构造中的应用 来说意义重大。因此进行了各种不同的尝试，以提高泡沫材料的机械特 性，而不会出现密度大大增大的现象。采用缝纫技术、穿入销钉或类似 的方法使得夹芯部分局部增强，而不会明显增加结构的重量。另外，在 不同的方法中存在如下可行性，即夹芯结构的机械特性通过局部地改变
销钉密度(Pindichte )和销钉角度来根据应用情况局部地适配调整结构 的机械特性。除了静止时重要的机械的特性外，所述夹芯结构还具有一 种对于碰撞即撞击或碰撞程度来说非要重要的特性。就增强的泡沫材料 而言，例如可以产生防止破裂的作用。
带有硬泡沫芯的夹层构造特别是在热绝缘和声绝缘的区域中以及 在其制造方面具有优于蜂窝结构的优点，但由此已表明不利的是，它们 只有较小的机械特性。为了补偿机械上的缺点，采用缝纫技术，利用这 种技术可以将纤维、纤维束或纱线引入到硬泡沫部件中。在树脂浸渍过 程之后，穿有纤维的区域于是有助于对泡沫材料的机械增强。按照标准的用于增强泡沫材料的缝纫方法在于，用针穿过泡沫材 料，同时牵引纱线或纤维束或纤维穿过硬泡沫材料。为了固定纱线，采 用两种不同的方法。
其一为可以采用所谓的簇绒缝纫方法牵引纱线穿过硬泡沫材料层， 并将纱线固定在位于相反侧的衬底例如硅橡胶中。在缝纫好之后将衬底 去除。
第二种缝纫方法属于一种双面缝纫方法，其中利用针将面纱从夹层 构造的表层刺穿层结构。面纱接着通过底纱被固定在层结构的相对侧。
在针和纱线同时进入到泡沫材料中的条件下，将在泡沫材料中产生 其大小大于所引入的纤维量的直径的孔。如果例如对硬泡沫材料进行后 续处理，如浸渍，则未被纤维束填充的孔的留下来的空腔被填充以树脂。
已知的这些缝纫方法的共同之处在于，首先针穿过泡沫材料，同时 将纱线引入到泡沫材料中。在此，在刺入到泡沫材料中期间，纱线平行 于针且基本沿着针的整个长度延伸。刺入孔的大小由此由针直径和纱线 的粗度来确定。
所有这些已知方法的一个缺点在于，在针从泡沫材料中拉回之后， 留下来的孔与所引入的纱线的粗度相比太大。这会导致在浸渍树脂之后 未填充纤维的孔区域被填充有树脂，由此无法象所希望的那样利用纤维 对机械的特性进行改善，而是取决于方法基本上基于被装入的树脂。但 相比于蜂窝结构，对特殊的即重量相关的机械特性的改善对于在飞机制 造中所必需的轻型结构潜能来说太小，从而仅仅很少使用如此增强的泡 沫材料。
为了说明本发明的重要性和优点，需要注意制造增强的材料的技术
领域的如下结果
在研究钬销钉(Titan-pin )增强对夹层构造的失效形成的影响时确 知，增强的泡沫材料的损伤面清晰地保持限定在内行列中的区域。由此 该区域被清晰地局部限定。在后续研究中可以确定增强的区域相互间的 间隔的影响。如果在相对密实地增强的情况下复杂地配合作用的表层的 失效由表层的局部的和全部的弯曲以及剪切失效所引起，则由较低的增
6强密度所导致的下降的刚性是表层弯曲失效的主要原因。损伤形成表现 在被撞击的表层中的局部损伤和微裂紋，而没有背面的损伤。穿入到表 层中的销钉在撞击区域中被拉出。另外会出现纤维断裂，以及在撞击区 域中夹芯部分局部地脱离表层。这些实际结果与理论模拟完全一致。相
关地还进行了 CAI研究，研究表明，未增强的泡沫材料失效的主要原 因在于表层的微弯曲。相反，增强的泡沫材料失效的主要原因是销钉的 松脱或脱落。除了增强的泡沫材料的NDT特性外，还研究了与增强角 度的关系。研究的结果是，由销钉从表层中拉出所引起的损伤的边界值 很大程度上取决于销钉角度。增强10°时的边界值的大小为增强20° 时的边界值的两倍多，此时产生值得重视的损伤。在研究(既进行实验 又进行FEM分析)增强的泡沫材料在承受压力负荷情况下的能量吸收 特性时，已表明，通过增加厚度，能量吸收特性可以大大地提高。 一种 权威的观点认为，增强件之间的间隔小于褶皱的半个波长，所述褶皱对 于未增强的夹层构造来说会产生相同的构造。
用刚性的销钉来增强
在工业的开发项目中能开发出一种新式的芯材料，这种芯材料相应 于48kg/i^的蜂窝的特性，在这种情况下节省了 10%的重量。这种新式 芯部由一种轻型载体泡沫构成，这种载体泡沫利用细的销钉增强，以改 善结构特性。增强的半成品是细杆状的任意横截面的部件。前提条件是， 这些部件具有足够的自身强度，因为否则它们不能被加工。所使用的销 钉的直径为0.279-0.711mm。考虑到相应的材料特性，销钉可以由全部 三种材料种类构成，例如由FVK、钛合金、玻璃、碳化硅或石英构成。 在该开发出的方法中，销钉在超声的支持下射入到泡沫材料中，并在第 二步骤中改变其表面。所产生的产品以商标名K-CORiM大量销售。替 代地，销钉也可以穿入到表层中。在市场上可得到名为X-CORTM的这 种产品。这种方法的很大的优点在于，增强的半成品可以在单独的处理 步骤中被制造成环形产品。此点恰恰对于纤维化合物半成品来说具有积 极意义，所述纤维化合物半成品的特性很大程度上取决于纤维体积含量 和纤维方向。设计者因此可以通过改变局部的销钉密度、长度、直径和 销钉角度来设计对于每种应用来说都最佳的夹芯部分。可能的角度从用 于特别承受压力负荷的部件区域的垂直的销钉一直延展至用于剪切增 强的在20。和30°之间的角度。用干燥的半成品来加固
对泡沫材料的干燥加固可以釆用不同的方法来实现缝纫方法、巻 绕/编织方法和切段方法。所产生的产品无论在质量上还是在增强物的 弹性上都有很大不同。对干燥加固的泡沫材料夹芯部分的制备在接下来 的浸渍过程中进行。
缝纫方法
对于缝纫方法而言，可以在两种原理不同的方法之间进行区分，即 只有面纱(例如簇绒、暗缝)的单面缝纫方法和由面纱与底纱构成的双 面缝纫方法。首先来考察双面缝纫方法。通常，根据纺织品加工有不同 的针迹类型，例如锁式针迹和链式针迹。
这些针迹类型中，双锁式针迹已表明最适合于泡沫材料的加固。为 了形成双锁式针迹，在纺织工业中使用面纱和底纱，也称为缝纫线和缝 合线。缝纫线借助于位于针的尖端的针眼保持在针中并刺穿部件。在针 反向移动时，缝纫线形成被夹纱器尖端夹住的线圉。通过夹纱器的旋转 运动，线圏,皮展开并围绕夹纱器牵引。缝纫线线圉通过该过程围绕缝合 线，由此将缝合线固定。编结点的位置通过纱线张力来调整。在纺织工 业中常见的是，通过相同的面纱张力和底纱张力将编结点定位在缝纫品 的中间。由此特别是可以实现线缝的较高的可伸展性。在纤维复合技术 中使用双锁式针迹的情况下，结点被设置在中间将导致一系列不希望的 副作用在衬底中牵引纱线加大了织物中的纤维的本已产生的波动。但 因为纤维复合物的工作方式非常严重地取决于层压制品中的规定的纤 维方向，所以必须将已经不可避免的干扰保持尽可能小。
另一种副作用是纤维复合纺织品的接缝，其除了将各个层固定外， 还会实现提高内部层压的抗剪强度，即对第三维的增强。在所述增强中 编结点形成薄弱部位，因此应尽可能不起作用。出于上述原因，在纤维 复合技术中，通过提高底纱张力使得编结点处于层压制品的底面上。对 于待加工的缝纫线来说，必须注意，缝纫线在针迹形成时会受到很大的 摩擦负荷与横向负荷。由此可以毫无问题地加工出具有足够抗弯强度的
纱线(例如凯夫拉尔)。使用粗纱不仅很难，而且有时甚至根本不可能。 紡织半成品的双锁式针迹的所述产生原理可以基于比纺织品大的衬底高度无需改变地转用至泡沫半成品的增强过程。为此在相应的研发项目 中开发出相应的设备。
英国的缝纫设备例如使用缝纫条带来代替各个缝纫线，借助于缝纫 条带可以同时实现多个针迹。衬底底面上的夹纱系统采用一种原理从片 梭织机的区域被替代。在刺入之后，面纱的线圏在底面上被展开，而底 纱则穿过所有线圏闭合。通过双锁式针迹已被增强的部件特别地是研究 的对象。就增强的泡沫材料而言，松脱的表层的面在冲撞影响之后显著 减小，其中取决于针迹密度，外部可见的损伤并不明显小于内部损伤。 吸收的能量首先增加，直至在表层穿孔时能量再次下降。在对采用缝纫 技术被增强的泡沫材料的性能的后续研究中已表明，通过这种增强虽然 可以提高耐损伤程度，恰恰如同提高名义上的机械特性一样，但重量增 加也很显著。相比于已述的双面缝纫方法，单面缝纫方法具有如下很大 的优点，即部件只能从一面够到。可能的缝纫方法例如是暗缝和簇绒。
暗缝基于作为增强方法的针迹形成来进行裁切。簇绒作为缝纫方法 用在双锁式针迹中，区别在于，底纱用衬底例如硅来代替，衬底中固定 有在针回拉时已形成的线圏。

发明内容
本发明的一个目的在于，提出增强的泡沫材料的改进制造。
根据本发明，提出 一种用于制造三维的增强的泡沫材料和用于将纺 织半成品容纳到弯钩中的装置以及一种用于制造增强的泡沫材料的系统。
本发明只是示例性地借助泡沫材料的例子来说明，但也可以用在其
它领域中。另外，在本发明的范围内，作为纤维束来理解的有粗纱， 其由多个不扭转的拉伸的单纤维或单纤维丝、单纤维自己以及通过对单 纤维和纤维束的加抢合股所产生的纱线构成。只要在本发明的范围内论 及纤维束的粗度，就要将其理解为压挤形式的所有单纤维的总和。
另外，本发明的装置、系统和方法在需要时也可以用于利用不属于 纺织半成品范畴的增强材料来制造完全不同的材料。根据本发明的一个示例性的实施方式，提出一种用于制造增强的泡 沫材料并用于将纺织半成品容纳到弯钩中的装置。在此，该装置具有带 有输送装置的第一子单元以及带有容纳装置的第二子单元。在此，输送 装置如下设计，即可将纺织半成品输送到容纳装置中。相反，第一子单 元和第二子单元如下设计，即通过第一子单元相对于第二子单元的相对
运动可运送规定长度的纺织半成品。另外第二子单元的容纳装置如下i殳 计，即通过容纳装置相对于弯钩的相对运动可将纺织半成品引入到弯钩 中。
第一子单元的根据本发明的输送装置可以是如下任何装置，即该输 送装置能够沿着预先给定的方向输送纺织半成品。例如，纺织半成品应 被引入到第二子单元的容纳装置中，以便在那里在容纳装置的缝隙中将 其引入到例如钩针的弯钩中。所述引入例如在弯钩已经将待增强的材料 或待增强的泡沫材料刺穿之后进行。该输送装置因此例如可以通过所谓 的输送辊来实现，这些输送辊可相逆旋转地靠近对置，从而处于这两个 辊之间的中心处的纺织半成品通过摩擦力利用辊的表面被输送。但同样 也可以采用输送带或者单个的机械的夹纱器，它们作为输送装置使得纺 织半成品沿着预先给定的轴输送。纺织半成品的输送目的是将规定长度 的半成品输送到位于输送装置之后区域中，以便以后将所希望量的半成 品裁切或不裁切引入到待增强的材料中。
第一子单元相对于第二子单元的相对运动原则上允许装置的三种 不同且独立的运动。第一种运动如下第一子单元牢固地或固定地保持 其位置，而整个运动通过第二子单元的运动来完成。第二种运动为第 二子单元固定地保持其位置，而只有第一子单元运动。但概念"相对运 动"也可以是如下的第三种运动无论第一子单元还是第二种子单元都 运动，只要由此如同所有其他种运动一样可运送规定长度的纺织半成 品。
在此，本发明的这种或任何其他种运动都可以通过任何传动机构来 产生，即例如通过电的、机械的、气动的或液压的传动机构来产生。
概念"规定的长度，，在此应如下理解在纺织半成品被输送到容纳 装置中且第一子单元相对于第二子单元相对运动之后，纺织半成品的相 对于容纳装置的位置并从而相对于半成品以后被容纳时所处的位置是适合的。在此，该预先给定的长度在多数情况下通过半成品的在待加工 的材料中的所需要的长度来确定。这里，材料厚度和半成品置于用于增 强的材料中所处的刺入角度或布线角度是重要的参数。
概念"相对运动，，在本发明的该实施方式中也用于将纺织的半成品 引入到弯钩中的运动。该相对运动在此系指容纳装置相对于容纳纺织半 成品或纺织束的物体、即例如相对于弯钩的相对运动。这意味着，既可 以在第一种情况下容纳装置进行运动，而弯钩则保持其位置，又可以情 况相反。在此，对于第一种情况要注意，纺织半成品与容纳装置机械地 或力传递地连接，从而纺织半成品在容纳装置移动时沿着同一方向随 动。由此在第一种情况下可以将纺织半成品引入到弯钩或任一其它用于 容纳半成品的装置中。但对于第二种情况，即容纳装置静止，由此由于 机械连接纺织半成品也静止，可以实现弯钩移动至纺织半成品，以便将 半成品容纳到弯钩中。但由这两种变型方案构成的混合方式也是可以 的，在这种混合方式下，两个部分都运动，即容纳装置运动，且同时弯 钩也运动，从而纺织半成品被引入到弯钩中。
由此本发明的该实施例能够在泡沫材料中产生孔，然后才能将纤维 引入到泡沫材料中。因此本发明的系统可以利用纤维如下改善对泡沫材 料的增强，即主要由所引入的纤维而不是树脂来负责改善泡沫材料的机 械特性，所述树脂在随后的浸渍过程中围绕纤维流入到过大的孔中。
因此本发明的装置提供了实现纤维增强的泡沫材料的优点，而不必 同时忍受现今的缺点。
根据本发明的另一实施例，该装置还具有至少一个裁切工具，该裁 切工具设置成可以裁切规定长度的纺织半成品。
本发明的构思在于，并不在制造纤维束最后被定向所在的孔期间的 同时用于增强泡沫材料的纤维束引入，而是首先为泡沫材料从第一表面 朝向第二表面设置通孔，然后接下来将已在第二表面提供的纺织半成品 的单件或纤维束朝向第一表面的方向引入到通孔中。此点适于本发明的 装置的这个和所有其它的实施例。
该目的还将通过如下设计方案来补充，即通过局部地改变半成品密
11度或者也可以通过改变销钉密度和改变半成品被引入到泡沫材料中时 的角度，根据应用情况来适配调整结构的机械特性和适配调整局部需要 的机械特性。这在线缝应保持闭合时只能有条件地实现。因此如在该示 例性的实施方式中，本发明的装置可以含有至少一个裁切工具，以便将 纺织半成品切断。在此通过各种需要情况，例如通过待增强的泡沫材料 的厚度和半成品引入到泡沫材料中的角度来预先给定需要长度的半成
P口O
如果在本发明的装置中使用专用的纺织半成品，为了将这些专用的 纺织半成品分开需要专用的裁切机构，那么这些专用的裁切工具可以是 示例性的实施方式。除了机械的具有锋利的刀状的刀刃的裁切机构外， 也可以使用采用基于热、超声的切分方法或通过利用电流或利用光的切 穿来实现的裁切工具。
根据本发明的另一实施例，裁切工具安装在第一子单元上。
本发明的装置的该示例性的"i殳计例如在图1中示出，图中例如有两 个裁切工具2安装在第一子单元6上。这里的裁切工具是具有刀刃的机 械的裁切工具，其中上述专用的裁切工具由此不排除作为可能的裁切工 具。
根据本发明的另一实施例，弯钩位于所述的钩针上。
这里，概念"钩针"系指例如设计成用于将纤维束引入到泡沫材料 中的缝纫装置。因此，特别是用在夹层复合结构的制造领域中的缝纫装 置是公知的。夹层复合结构例如由可以通过碳素纤维或其它纤维复合物 材料来增强的夹层结构或泡沫材料构成。为了使得本发明的装置在技术 上恰好适合于这种制造情况，为此针对这种缝纫装置使用所谓的钩针。 这种钩针例如在图5a和5b中示出，其中该钩针还可以具有封闭机构。
根据本发明的一个实施例，该装置还具有气动的传动机构，该气动 的传动机构设计成用于产生两种相对运动中的至少一种。
在此用气动的传动机构既描述用于产生压缩空气的机构，又描述通 过压缩空气线路将压缩空气引至相应的包括密封件和喷嘴在内的运动 部件的输送管线。根据本发明的另一实施例，容纳装置还具有垂直的缝隙。在此，该 垂直的缝隙如下设计，即弯钩可以插入到该缝隙中。另外，第一子单元 相对于第二子单元的相对运动可如下实施，即在实施完该相对运动之 后，纺织半成品的中心位于缝隙的中心。
在此，概念"纺织半成品的中心"直观地在图2c中示出。纺织半成 品的中心因此从如下位置测量，即在该位置，纺织半成品在以后且仅仅 有时且根据需要才被裁切机构或裁切工具裁切。纺织半成品的在图2c 中位于裁切机构左侧的部分因此形成半成品的以后在另一步骤中被容 纳且被置于待增强的材料中的部分的整个长度。第一子单元相对于第二 子单元的相对运动于是如下进行，即可能的裁切工具2与容纳装置的缝 隙的中心的所产生的距离的长度恰好等于从缝隙的中心直到纺织半成 品的端头的距离。
这确保了在将纺织半成品容纳在弯钩中时以后恰好在缝隙中心的 位置将纺织半成品引入到待增强的泡沫材料中，从而在泡沫材料中的孔 的任意处的纤维密度都相同。在容纳到弯钩中时由半成品单件围绕弯钩 形成的线圏因此具有两个相同长度的端头。
根据本发明的一个实施例，所述装置具有构成为输送装置的至少一 个输送辊。
这些输送辊在此可以实现在机械上持久且连续地将纺织半成品输 送到容纳装置中。这些输送辊例如在闺1中用附闺标记1清楚地示出。 另外在图2a-f中用俯视图清楚地示出了用于预先巻绕纺织半成品或粗 纱的辊的工作方式和重要性。为了使得以后可以作为增强机构使用在泡 沫材料中的纺织半成品以合适的长度且在中间被提供在利用弯钩的容 纳部分，这些辊对半成品进行预先巻绕。结合对缝隙中心相对于半成品 的位于本发明的装置内的部分的中心的定位，对粗纱或半成品的预先巻 绕可以实现在以后利用弯钩的容纳之处提供规定长度的纺织半成品。在 此，概念"半成品的位于本发明的装置内的部分"相关地意为半成品的 例如位于图2c中裁切工具左侧的部分。之所以选择用于测量本发明的 装置内的半成品的长度的起始点，是因为在一些示例性的实施例中待加 工的半成品的长度通过在裁切工程中的裁切来确定。根据本发明的另 一 实施例，提出 一种用于制造增强的材料的系统， 该系统具有下部的和上部的分系统。在此，在两个分系统之间可装有待 增强的材料，且下部的分系统具有根据本发明的前述任一实施例的装 置。相反，上部的分系统具有针杆传动机构和/或簇绒缝纫机。
本发明的构思在于，并不在制造纤维束最后被定向地所在的孔期间 的同时将用于增强泡沫材料的纤维束引入，而是首先为泡沫材料从第一 表面朝向第二表面设置通孔，然后接下来将已在第二表面提供的纤维束 沿着第一表面的方向引入到通孔中。
在此，相应于纤维束，纺织半成品和在第二表面提供纺织半成品通
过下部的分系统、即根据本发明的前述任一实施例的装置来实现。相反， 对纤维束或纺织半成品最后被定向地所在的、由此同时使得用于容纳纺
织半成品的弯钩类似于容纳装置的孔的制造通过上部的分系统、即针杆 传动机构来保证。
因为本发明的系统能够实施单面缝纫方法，并且弯钩或钩针并不是 同时在泡沫材料中产生孔和将纤维引入到泡沫材料中，所以本发明的系 统可以利用纤维如下改善对泡沫材料的增强，即主要是所引入的纤维负 责改善泡沫材料的机械特性。
为了能够通过上部的分系统缝纫穿过待增强的材料，该材料既可安 装又可固定在两个分系统之间。通过针杆传动机构所产生的通孔可以以 任意角度位置开设到泡沫材料中。
这也适于所有前述装置。
通孔的方向例如可以分别根据待增强的泡沫材料的相应的形状以 及在工作中所期望的负荷状况来适配调整。该系统给出了对用于特定的 负荷情况和应用情况的夹芯结构进行适配调整的可行性。
根据本发明的另 一实施例，本发明的系统还具有用于输送待增强的 材料的输送机构，其中该输送机构如下设计，即所述材料可以在两个分 系统之间在预先给定的步骤中被输送。
为了能够在泡沫材料中的不同部位在泡沫材料的平面上引入增强部分，必须使得材料通过输送系统或输送机构定位在两个分系统之间， 从而在泡沫材料中产生通孔时可以为所希望的位置以所希望的角度设 置纺织半成品。在此，可以缝制不同的任意的样式，这些样式可以实现
整。在此起决定作用的是，可以在每一个工步之后使用裁切工具将纺织 半成品切断，从而没有闭合的线缝沿着材料的较大的空间区域沿着，所 谓的销钉的在材料中的密度由此可以在位置上变化至最小的局部单元。
在此，输送机构的预先给定的步骤可以利用软件程序或控制单元来 预先给定或设计。
根据本发明的另 一实施例，该系统还具有至少一个用于控制本发明 的装置、输送机构和/或本发明的上部的分系统的计算机单元。
为了既可以实现利用输送装置的对纺织半成品的预先巻绕过程，又 能控制本发明的装置的至少一种相对运动，在本实施例中提出一种计算 机单元。另外，该计算机可以控制用于使泡沫材料朝向正确的局部的待 增强的位置行进的输送机构。
但本发明的具有针杆传动机构的上部的分系统也可以通过本发明 的计算机单元来控制。
因此可以通过本发明的系统来实现全自动的且计算机控制的处理 单元，该处理单元全自动地制造增强的泡沫材料并将纺织半成品容纳到 弯钩中。
根据本发明的另一实施例，提出一种用于为了增强材料而将纺织半
成品容纳在弯钩中的方法，其中该方法具有如下步骤运送半成品到待 增强的材料的底面上；将半成品中心定位在容纳位置；将弯钩穿入待增 强的材料中；将半成品引入到弯钩中；和回拉弯钩，同时将半成品定位 在待增强的材料中。 、
为了实现单面的缝纫方法一一就这种方法而言，在泡沫材料中产生 通孔并不与增强的材料即销钉的穿过同时进行一一，提出本发明的上述
方法步骤。在此，图2a至f描述了所述方法的在待增强的材料的底面 上起作用的部分。图中示出了利用对粗纱的预先巻绕的纺织半成品以及
15将半成品中心定位在随后的容纳之处。将弯钩刺入到待增强的材料中例 如可以通过本发明的上部的分系统来实现，并且例如通过设计成用于将 纤维束引入到泡沫材料中的专用的缝纫装置来完成。将半成品引入到弯 钩中例如可以通过弯钩相对于紡织半成品的相对运动来实现。
为了将纺织半成品引入到待增强的材料中，弯钩回拉穿过材料，接 下来纺织半成品或纤维束从弯钩中脱离。
在这种情况下到达所述方法的初始状况，其中概念"初始状况"在 这里并非指已加工的材料的状态，而是更确切地说描述了实施所述方法 的装置的状况。因此在到达该初始状况之后，所述方法重新开始，并且 在起始状态下装置起动和运转。
本发明的方法的可以局部地在泡沫材料上不同程度地应用的一种 持续重复的变型可以实现大面积地但局部不同地增强泡沫材料，并在这 种情况下减小在将纺织半成品引入到泡沫材料中时的孔大小。因此基于 本发明的方法例如可得到具有硬泡沫芯的夹层构造，其保持了相比于蜂 窝结构的热的绝缘、声的绝缘优点以及制造优点，而且还显示出相比于 通常的泡沫材料或通常的增强的泡沫材料的通过本发明的方法改善的 机械特性。
根据本发明的另一实施例，提出一种具有如下步骤的方法将纺织 半成品从弯钩中脱离。
为了能够将纺织半成品的各个有限的单件局部地置于泡沫材料中， 并在这种情况下实现局部不同的销钉密度，纺织半成品的相应的单件在 引入到待增强的材料中之前必须被切断，即例如被切开。在进行增强和 置于待增强的材料中之后，纺织半成品必须穿过弯钩脱离。然后，弯钩 可以重新通过整个过程将纤维束或纺织半成品单件置于待增强的泡沫 材料的其它部位。在此，脱离的过程或方法步骤可以通过利用剪切机构 或任一电的、热的或机械的裁切工具的切断来进行。但就本发明的方法 而言由纺织半成品围绕弯钩或针已经形成的线圏也可以打开。所述打开 在此在待增强的材料的顶面上进行，因为半成品已经在待增强的材料的 底面上被容纳并接下来被牵引穿过材料。但也可以使得弯钩开口，从而 纺织半成品例如通过重力而脱落或者可以沿着脱落方向牵引半成品。根据本发明的另一实施例，该方法具有如下附加的步骤在待增强 的材料的底面上利用裁切工具以规定的长度将纺织的半成品分开。
如同前述将纺织半成品从弯钩中脱离的步骤，该附加的方法步骤也 是必需的，以便能够产生局部变化的销钉密度，并由此适配调整泡沫材 料的机械特性。在此，作为裁切工具既可以使用机械的裁切机构，但也 可以釆用利用电、光或热技术工作的裁切技术作为裁切工具。因为纺织 半成品提供在泡沫材料的下方，以便接下来使得纺织半成品穿过泡沫材 料部分地引至表面，所以对纺织半成品的裁切例如在泡沫材料的底面上 进行。
根据本发明的另一实施例，弯钩位于钩针上，且半成品通过半成品 相对于钩针的相对运动引入到弯钩中。
根据本发明的另一实施例，这些方法步骤重复进行，且通过省去纺 织半成品的分开而产生闭合的线缝。
对于专用的应用来说有益的是，在泡沫材料的一定区域中产生闭合 的线缝，因此，本发明的方法可以通过裁切工具的不动作将纺织半成品 的同一单件以其它情况下所使用的半成品单件的多倍长度置于泡沫材
料中，因此产生长的闭合的线缝。
根据本发明的另一实施例，半成品是纤维束，其中纤维束的纤维平 行地且拉伸地被置于待增强的材料中。
例如，该弯钩可以设置在带有钩状尖端的针上。该弯钩在材料的底 面中间夹住粗纱或纺织半成品，并牵引其穿过泡沫材料。通过合股将很 多纤维引入到泡沫中，且这些纤维平行拉伸。
根据本发明的另一实施例，提出增强的泡沫材料在飞机中的应用， 这种泡沫材料利用本发明的装置、本发明的系统或本发明的方法来制 造。
根据本发明的另一实施例，提出具有增强的泡沫材料的飞机，这种 泡沫材料利用本发明的装置、本发明的系统或本发明的方法来制造。
装置和系统的示例性的实施方式适于方法，并且反之亦然。通过本发明提出 一种装置，该装置特别是可以用在夹层结构的制造 领域中。夹层架构例如由可以通过由碳纤维或其它纤维复合材料增强的 夹芯结构或者泡沫材料构成。
本发明的其它实施例和优点可以由如下的


中得到。
所述方法的部分方面在美国临时申请US 60/685,296中公开，在此 引用该美国临时申请的全部内容。

附图中的视图是示意性且并非按比例的。
图l为根据本发明的一个实施例的用于制造增强的泡沫材料和用于 将纺织半成品容纳到弯钩中的本发明的装置的示意性的立体图2a-2f为根据本发明的一个实施例用于制造增强的泡沫材料和用 于将纺织半成品容纳到弯钩中的本发明的装置的示意性的平面图3为利用本发明的装置或本发明的系统的本发明的方法的示意性 的立体图4为根据本发明的一个实施例的本发明的系统的示意性的平面
图5a和5b为在本发明中可以使用的钩针的示意性的立体图6为根据本发明的一个实施例的上部的分系统的示意性的立体图。
具体实施例方式
下面对照附图来说明本发明的优选的实施例。
在下面的

中，相同或相似的部件标有相同的附图标记。
下面所涉及的设计方案也适用于含有增强的材料的飞机，这种材料 利用本发明的装置、本发明的系统或者采用本发明的方法来制造。这些 设计方案也适用于增强的泡沫材料在飞机中的应用，其中这种泡沫材料利用本发明的装置、本发明的系统或者采用本发明的方法来制造。
图1为本发明的装置的一个实施例的示意性的立体图。在此示出了
具有输送装置1的第一子单元6，其中输送装置1在此例如是输送辊1。 另外示出了第二子单元5，其中该第二子单元在此作为垂直的单元牢固 地固定在基板ll上。相反，第一子单元6可以在本实施例中直线地在 直线轴10上移动，并通过机械的传动机构8来实现。在此，相对运动 不必如这里所示的那样在直线轴上移动，而是可以描绘出任意的三维的 曲线。
在该示例性的设计方案中，运动可以通过具有相应的压缩空气输送 管路7的气动机构来实现。但原则上可以采用在第一子单元和第二子单 元之间能够产生相对运动的任意电的、液压的或者机械的传动机构。因 此在该实例中存在如下情况，即第二子单元5不移动，相反，在两个子 单元之间的相对运动通过第一子单元6来引起。该第一子单元在本实施 例中作为直线轴上的滑块被示出。为了确保将纺织半成品切断或切开， 例如示出了安装在第一子单元上的两个机械的裁切机构2。如果纺织半 成品已通过输送辊1被运送相应的长度，并通过在第一和第二子单元之 间的相对运动使得将来的纺织半成品中心定位在容纳装置内的缝隙14 的中心，那么可以将纺织半成品切断。只有如此才可以实现将纺织半成 品的各个单件、即各个纤维束或各个粗纱单独地并且目标明确地设在泡 沫材料中的位置上。带有缝隙14的容纳装置3具有用于纺织半成品4 的通道9，从而该半成品能够借助于输送辊穿过容纳装置被装入。如在 图l中可容易地看到，端头可以自由地从容纳装置3中伸出。
在此特别重要的是，无论输送装置的变型、裁切工具的变型、用于 产生在第一和第二子单元之间的相对运动的变型方案以及用于产生在 容纳装置和弯钩之间的相对运动的变型方案，例如都是可以选择的，且 可以根据本说明书的前述段落采用其它实施方式。
在这种情况下，在容纳装置3和弯钩之间的相对运动13例如可以 通过用于使得容纳装置3横向运动的滑块12来实现。这相应于如下的 相对运动，即只有容纳装置运动，而在这里未示出的弯钩是静止的。
通过在图1中所示的本发明的装置可以实现本发明的基本构思。通过本发明的装置因此可以实现如所希望的那样通过纤维对泡沫材料的 机械特性进行改善，而基本上不会如在现今公知的方法中那样基于装入 的树脂。
为了能够利用本发明的装置在自动的过程中制造这种经改善的泡
沫材料，将利用在图1中所示的本发明的装置进行如下各个步骤运送 规定长度的粗纱、裁切粗纱、将粗纱引入到针的中间并在上侧面打开针 中的线團。在该自动过程中如下使用了如此处图1中的各种功能。整个 功能单元由两个子单元构成。第一子单元6——这里作为滑块示出一一 借助于基板11上的直线轴10移动，相反，第二子单元5——这里作为 垂直的单元示出一一固定地安装在基板上。在第一步骤中，辊l将粗纱 4向前一直输送到所希望的长度。该纺织品在此穿过容纳装置3，且可 以在另一端头自由悬垂。在下一个步骤中，滑块6在直线轴上移动所需 要的路径，使得粗纱的中心精确地位于容纳装置3的缝隙的中心。如果 将粗纱定位，则钩针刺穿衬底，并在衬底底面上进入到单元3或容纳装 置3的缝隙中。为了使得粗纱在弯钩中穿过，将容纳装置3支撑在滑块 12上，该滑块例如可以气动驱动地侧向移动。如果弯钩位于缝隙中，则 开口朝向粗纱所在的一侧。在此，这里的开口系指弯钩的开口，以便能 够将粗纱完全引入到弯钩中。例如，该弯钩也可以通过将在其它情况下 闭合的弯钩打开来制备。如果现在小滑块侧向移动到针上，则粗纱被引 入到弯钩中。在针往回移动之前，粗纱通过裁切机构或裁切工具2切断。
下面的图2a至2f示出了本发明的装置的在实施用于制造增强的 泡沫材料和用于将纺织半成品容纳到弯钩中的方法期间的各种不同状 态。
图2a为本发明的装置的一个实施例的示意性的平面图。此处为装 置的俯视图。输送装置例如作为输送辊l示出，该输送辊使得纺织半成 品4向内移动到容纳装置3内部的用于纺织半成品的通道9中。容纳装 置内的缝隙14确保以后的容积区域，在该容积区域中钩针可以容纳粗 纱或半成品。图2a在此示出了利用本发明的装置的本发明的方法的初 始状态。在此用箭头17来表示第一子单元相对于第二子单元的相对运 动的方向，其中裁切机构2在此例如被构造成机械的裁切工具。
图2b在此示出了本发明的装置的在实施本发明的方法时的状态，其中示出在该方法步骤中穿过输送辊l的纺织半成品的前线圏。在此可
清楚地看到，在容纳装置的缝隙中可看到纺织半成品14a。通过半成品 的前线圏，容纳装置3中的用于纺织半成品的通道9被充满，且纺织半 成品4的端头在图的左侧自由地悬垂。
图2c为本发明的装置的在如下方法步骤期间的平面示意图，在该 方法步骤中，第一子单元和第二子单元之间的相对运动已经过一段路 径，从而半成品的中心精确地位于容纳装置的缝隙14的中心。缝隙18 的中心在随后的步骤中处于如下位置，即在该位置，弯钩容纳纺织半成 品。在此用箭头17来表示第一子单元相对于第二子单元的相对运动的 方向。这包含或者至少不排除所有三种可能的运动方式，即无论第一子 单元还是第二子单元都移动；只有第一子单元移动；但也可以是只有第 二子单元移动。
在图2c中可清楚地看到，纺织半成品的位于裁切机构或裁切工具 2的左侧的部分已通过相对运动被精确地定位，4吏得半成品4的中心精 确地落在缝隙14a或18的中心。由此确保在半成品净皮弯钩容纳之后， 保证纺织材料在泡沫材料中的均匀分布。
图2d为本发明的装置的在实施本发明的方法时的示意性的平面 图。这里在图2d中示出了具有相应的弯钩16的针15的刺入步骤。图 2d的左侧区域为具有输送辊1和半成品4和裁切机构2的本发明的装 置的俯视图。这里在图2d的右侧放大地示出了容纳装置3的缝隙所在 的区域。图2d的该右侧区域示出了所述缝隙连同具有弯钩16的针15 以及容纳装置的横剖面3b。同样在图的右侧部分示出了纺织半成品的 横剖面4a。在如下情况下，即其中针已经将位于其上方的泡沫材料穿出 一个孔并为了容纳而插入到容纳装置的缝隙中，具有弯钩16的针15仍 然离开纺织纤维一定的距离。通过以后的相对运动才可以将纤维引入到 针15中。
图2e与前面的图2d —样在左侧示出了本发明的装置的俯视图， 并在右侧示出了容纳装置3的缝隙的横剖面。这里只有在左侧能看到， 通过容纳装置3相对于弯钩或钩针15的用箭头13示出的相对运动，可 以将纺织品完全地引入到针或弯钩中。在此可看到容纳装置的横剖面 3b，其在此在一定程度上用作在穿入半成品4b时的阻力。纺织半成品
21由于由这里以横剖面示出的容纳装置所引起的挤压压力而被压入到针
15的孔中。在此同样意义重大的是，相对运动允许容纳装置和弯钩的所 有三种可能的运动。如果将半成品引入到弯钩中，则可以通过裁切机构 2将粗纱或纺织半成品切断。然后针可以往回移动，并将粗纱或紡织半 成品引入到待增强的泡沫材料中。于是在材料的这里未示出的上侧面将 由增强材料围绕弯钩已形成的线團松开或解开。
图2f为本发明的装置的示意性的俯视图。在此，两个箭头表示相 对于前面进行的相对运动的相应的反向运动，以便在针拉回之后到达初 始状态。然后可以在待增强的材料的位置已经改变之后，重复本发明的 方法的第一步骤。
图3为按照本发明的装置或本发明的系统的本发明的方法的示意 性的立体图。这里在七个前后相继的图中可看到从泡沫材料的顶侧观察 的各个步骤。可看到针15,其仍然位于泡沫材料的顶侧。泡沫材料19 为矩形，随后将利用纺织半成品在预先规定的位置将其增强。在子图4 中可看到，在针15刺入到泡沫材料19中之后在针于事先产生的孔内回 拉时，被钩入的纺织半成品在穿过泡沫材料之后是如何在泡沫材料的顶 侧伸出的。在随后的子图5中可看到，用于手动地将纺织半成品切开的 剪切机构是如何使得纺织半成品脱离于钩针15的。在下一个子图6中 可看到纺织半成品的各个不同的设置的单件，其中这些单件以平行的三 行穿过泡沫材料。在下一个也是最后的子图7中可看到放大的泡沫材料 19，其中全部的泡沫材料在纺织半成品的所有单件都被处理之后具有规 则增强的部位。
图4为用于制造增强的材料的本发明的系统的示意性的平面图。 这里示出了上部的分系统24和下部的分系统25，在这两个分系统之间 示出了用于铺上待加工的材料的中间的单元27。为了能够将所述待加工 的材料相对于由上部的单元24所限定的刺入部位定位，给出用于中间 的单元的输送机构28。计算机单元26在此既能够控制中间的单元的输 送机构，但上部的和下部的单元或上部的和下部的分系统也可以通过从 计算机单元到相应的待控制的单元的线路全自动地控制。在此，上部的
分系统可以具有针杆传动机构，下部的分系统可以是本发明装置的一个 装置。通过图4中所示的系统，因此可以全自动地制造增强的泡沫材料，其中采用本发明的系统甚至可以实现局部变化的针线密度。
图5a和5b示出了两种不同设计的针，利用这些针例如可以实施 本发明的方法，或者这些针可以用于本发明的装置的使用。图5a示出 具有直线形的杆31的钩针30的第一实施方式，该杆的前端逐渐变细成 尖端32。在尖端32的区域中，针30具有针孔33,但该针孔的一側设 有开口，以便由此能够将纤维束引入到针30的针孔区域33中。
图5b中所示的钩针30基本相应于图5a中所示的钩针，但除了该 钩针外还具有封闭机构35,该封闭机构设计成用于在钩针30从泡沫材 料中拉出期间将针孔33的开口封闭。封闭机构35主要由翻板36构成， 翻板在初始位置处于针30的杆上的变窄的区域37中。 一旦该翻板36 在针从泡沫材料中拉出时以其自由端撞击到该泡沫材料上，翻板36就 逆时针地从其初始位置移动到它将针孔33的开口完全封闭的位置，此 点例如在图5b中示出。由此一方面防止在针30从泡沫材料中拉出时第 二边腿的弯钩端损坏在泡沫材料中的穿孔的内壁。另一方面通过封闭机 构35确保没有纤维在引入到泡沫材料中期间从纤维束脱离。如果泡沫 材料包括已经使用的表层被刺穿，则封闭机构35防止在回程路径上纺 织品的纤维被针30挑起并被《1入到孔内部。
图6为具有上部的分系统602和下部的分系统603的本发明的系统 600的示意性的立体图。在此，针601设在杆607上，在刺穿待增强的材 料之后，所述针容纳在下部的分系统603中的纺织半成品。所述杆是针杆 传动机构604的一部分。另外可看到用于驱动下部的分系统的输送管线 605。在上部的和下部的分系统之间并用于*^有用于增强的材料的区域用 606标出。附图标记列表
1 输送辊
2 裁切机构
3 容纳装置
3a 容纳装置的定位位置
3b 容纳装置的横剖面
4 纺织的半成品
4a 纺织的半成品的横剖面
4b 穿入的纺织半成 品
5 第二子单元
6 第一子单元
7 用于控制的连接管路
8 传动机构
9 用于纺织半成品的通道
10 直线轴
11 基板
12 用于使容纳装置3横向移动的滑块
13 容纳装置相对于弯钩的相对运动的方向
14 容纳装置3中的缝隙
14a 带有纺织半成品的容纳装置3中的缝隙
15 针
16 针上的弯钩
17 第一子单元相对于第二子单元的相对运动的方向
18 缝隙14的中心
19 泡沫材20 穿过泡沫材料之后被钩住的纺织半成品
21 用于手动地切开纺织半成品的剪切机构
22 纺织半成品的按行穿过的单件
23 在处理纺织半成品的所有的单件之后的整个泡沫材料
24 上部的分系统
25 下部的分系统
26 计算机单元
27 用于铺上待加工的材料的中间的单元
28 中间的单元的输送机构
29 用于利用计算机单元控制不同的单元的线路
30 钩针
31 杆
32 尖端
33 针孔
34 第一边腿
35 封闭机构
36 翻板
37 变窄的区域
600 具有上部的和下部的分系统的系统
601 针
602 上部的分系统
603 下部的分系统
604 针杆传动机构
605 用于下部的传动机构的输送管线
606 用于装入待增强的材料的区域
607 针杆传动机构的杆。
权利要求
1. 一种用于制造增强的泡沫材料并用于将纺织的半成品容纳到弯钩中的装置，所述装置具有带有输送装置的第一子单元和带有容纳装置的第二子单元，其中所述输送装置设计成用于将所述纺织的半成品输送到所述容纳装置中；所述第一子单元和所述第二子单元如下设计，即通过所述第一子单元相对于所述第二子单元的相对运动能够运送规定长度的所述纺织半成品；和所述第二子单元的容纳装置还如下设计，即通过所述容纳装置相对于所述弯钩的相对运动能够将所述纺织的半成品引入到所述弯钩中。
2. 如权利要求l所述的装置，所述装置还具有至少一个裁切工具， 所述裁切工具设计成能够以规定的长度来裁切所述纺织的半成品。
3. 如权利要求2所述的装置，其中所述裁切工具设在所述第一子 单元上。
4. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述弯钩位于钩针上。
5. 如前述权利要求中任一项所述的装置，所述装置还具有用于产 生两种相对运动中的至少一种的气动的传动机构。
6. 如前述权利要求中任一项所述的装置，所述装置还具有 垂直的缝隙；其中所述垂直的缝隙如下设计，即所述弯钩能够插入到所述缝隙中，和 所述第一子单元相对于所述第二子单元的相对运动能够如下实施，即在实施完所述相对运动之后，所述纺织的半成品的中心位于所述缝隙的中心。
7. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述输送装置构成 为至少一个输送辊。
8. —种用于产生增强的泡沫材料的系统，具有下部的分系统和上 部的分系统，其中在所述两个分系统之间能够设有待增强的泡沫材料； 所述下部的分系统具有根据前述权利要求中任一项所述的装置；和 所述上部的分系统具有针杆传动机构。
9. 如权利要求8所述的系统，所述系统还具有用于输送所述待增 强的泡沫材料的输送机构，其中所述输送机构如下设计，即所述材料能 够在所述的两个分系统之间在预先给定的步骤中被输送。
10. 如前述权利要求8或9所述的系统，所述系统还具有用于控制 本发明的装置、本发明的输送机构和/或本发明的上部的分系统的计算机单元o
11. 一种用于为了增强材料而将纺织的半成品容纳在弯钩中的方法，所述方法具有如下步骤运送所述半成品到所述待增强的材料的底面上； 将所述半成品中心定位在容纳位置； 将所述弯钩穿入所述待增强的材料中； 将所述半成品引入到所述弯钩中；和回拉所述弯钩，同时将所述半成品定位在所述待增强的材料中。
12. 如权利要求ll所述的方法，还具有如下步骤将所述纺织半成 品从所述弯钩中脱离。
13. 如权利要求11或12所述的方法，还具有如下步骤在所述待 增强的材料的底面上利用裁切工具以规定的长度将所述纺织的半成品 分开。
14. 如权利要求11至13中任一项所述的方法，其中 所述弯钩位于钩针上；和所述半成品通过所述半成品相对于所述钩针的相对运动引入到所 述弯钩中。
15. 如权利要求11至14中任一项所述的方法，其中 这些方法步骤重复进行；和通过省去所述纺织的半成品的分开而产生闭合的线缝。
16. 如权利要求11至15中任一项所述的方法，其中 所述纺织的半成品是纤维束；和 所述纤维平行地且拉伸地被置于所述待增强的材料中。
17. 如权利要求11至16中任一项所述的方法，其中所述材料是泡 沫材料。
18. 增强的泡沫材料在飞机中的应用，其中所述泡沫材料利用本发 明的装置、本发明的系统或本发明的方法来制造。
19. 一种具有增强的泡沫材料的飞机，所述泡沫材料利用本发明的 装置、本发明的系统或本发明的方法来制造。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造增强的泡沫材料的装置，特别是涉及一种用于制造增强的泡沫材料的装置并用于将纺织的半成品容纳到弯钩中的装置。在此，所述装置具有带有输送装置的第一子单元和带有容纳装置的第二子单元。所述输送装置设计成用于将所述纺织的半成品输送到所述容纳装置中；所述第一子单元和所述第二子单元如下设计，即通过所述第一子单元相对于所述第二子单元的相对运动可运送规定长度的所述纺织半成品。所述第二子单元的容纳装置还如下设计，即通过所述容纳装置相对于所述弯钩的相对运动可将所述纺织的半成品引入到所述弯钩中。
文档编号D05B51/00GK101440554SQ200810177089
公开日2009年5月27日 申请日期2008年11月21日 优先权日2007年11月21日
发明者乌韦·朗, 约尔格·里佩特, 马蒂亚斯·亚历山大·罗特 申请人:空中客车德国有限公司;赢创罗姆有限责任公司