一种用于在绕线机的浸渍心轴上保持纤维组织的设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在绕线机的浸渍心轴上保持纤维组织的设备(100)，该设备包括：形成支撑件的横梁(102)，该横梁(102)的每端用于固定在所述心轴的颊板(26)中的一个颊板上；中心垫片载体(110)被安装在所述横梁上，并且被提供有用于对缠绕在所述心轴上的纤维组织层(18)进行挤压的垫片(112)；两个侧垫片载体(130)被安装在所述横梁上，并且每个侧垫片载体被提供有用于对缠绕在所述心轴上的所述纤维组织层进行挤压的主垫片(132)，和用于对缠绕在所述心轴上的所述纤维组织层的侧边缘(18a)进行挤压的侧垫片(134)；以及用于施加夹紧力的装置，该夹紧力将所述垫片压向缠绕在所述心轴上的所述纤维组织层。
【专利说明】一种用于在绕线机的浸渍心轴上保持纤维组织的设备
【背景技术】
[0001]本发明涉及用复合材料制造涡轮机壳体情况的一般领域，并且更特别地，本发明涉及用于航空发动机的燃气涡轮机风扇保留壳体。
[0002]在燃气涡轮机航空发动机中，风扇壳体执行几种功能:其限定用于空气进入发动机的通道，其支持紧邻风机叶片尖端的耐磨材料，其支持用于吸收声波以在到发动机的入口处执行声学处理的可选结构，以及其合并或支持保留罩。该罩构成了用于保留已经通过离心分离投放出的碎屑(例如，已经被摄入的物品或损坏的叶片的碎片)的捕集器，以防止它们通过壳体并到达飞机的其他部分。
[0003]风扇保留壳体的通常做法是，其首先由相对薄的壁组成，用于限定空气进入通道并支持紧邻风机叶片的尖端所遵循的路径的耐磨材料、以及还支持声学处理涂层，如果有的话，还由被固定至所述壁的外侧、围绕所述风扇的罩结构组成。
[0004]已经针对用复合材料制造风扇保留壳体做出了提案。例如，可以参考文档EP1961923，该文档描述了用不同厚度的复合材料制造壳体，具体是由纤维组织的叠加层形成纤维增强件，并用基质对所述纤维增强件致密化。更确切地，该文档规定了，在纤维组织的三维织造期间使用卷绕心轴，之后该组织在浸溃心轴上被缠绕成叠加层，该叠加层具有这样的外表面的轮廓:其轮廓与将被与两个颊板一起制造的壳体的中心部分的轮廓相对应，所述两个颊板对应于所述壳体的紧固件法兰。以这种方式获得的纤维预制体被保持在浸溃心轴上，并且在聚合树脂之前用该树脂进行浸溃。
[0005]该方法的实际实施引起了将纤维组织从卷绕心轴转移至浸溃心轴的问题。为了解决这一问题， 申请人:已经在法国专利申请FR11/53212(尚未公布)中针对绕线机做出了提案，该绕线机使得在将纤维组织从卷绕心轴转移至浸溃心轴时，将纤维组织正确地安置在浸溃心轴上，并且施加合适的缠绕张力，这两者成为可能。
[0006]对于这种机器，引起了在开始缠绕时在浸溃心轴上保持纤维组织的问题。由于直接在将在用树脂浸溃它时使用的心轴上执行缠绕，该心轴是平滑的，并因此在其表面上不呈现任何附着装置。在浸溃心轴上保持纤维组织的这一问题还引起在缠绕结束时(在将纤维预制体切割成其最终长度之前)，需要保持纤维预制体，同时不损失在组织被缠绕时施加给该组织的张力。
[0007]因此，需要使得在缠绕开始和缠绕结束时能够在浸溃心轴上保持纤维组织的工具。
[0008]发明的目的和内容
[0009]因此，本发明的主要目的是通过提出用于在绕线机的浸溃心轴上保持纤维组织的设备来满足这种要求，所述设备包括:
[0010]形成支撑件的横梁，该横梁的每端用于固定在所述心轴的颊板中的一个颊板上；
[0011]中心垫片载体，其被安装在所述横梁上，并且设置有紧贴在缠绕在所述心轴上的纤维组织层上的垫片；
[0012]两个侧垫片载体，其被安装在所述横梁上，并且每个侧垫片载体设置有紧贴在缠绕在所述心轴上的纤维组织层上的主垫片，和紧贴在缠绕在所述心轴上的纤维组织层的侧边缘上的侧垫片；以及
[0013]用于施加夹紧力的装置，该装置将所述垫片推向缠绕在所述心轴上的纤维组织层。
[0014]本发明的设备是卓越的，因为其能够通过夹紧(或箍缩(pinch))被缠绕在绕线机的浸溃心轴上的纤维组织来保持该纤维组织。因此，该设备用于在缠绕开始时以及还在缠绕结束时在浸溃心轴上保持纤维预制体，同时在该纤维组织中维持足够的缠绕张力。
[0015]此外，中心垫片和两个侧垫片的存在，使得不仅在纤维组织的整个宽度上、还在其角落(该角落对应于壳体的法兰)中对该纤维组织施加夹紧力成为可能。
[0016]最后，本发明的设备呈现出能够被固定至浸溃心轴的颊板的优势，从而使得其能够被容易地移除。
[0017]优选地，该设备还包括压力分布板，用于插入在所述垫片与缠绕在所述心轴上的纤维组织层之间。该板的存在使得将由所述垫片施加的夹紧力分布到所述纤维组织层的整个宽度成为可能。
[0018]有利地，该压力分布板具有挠性区域，以使其能够被紧密固定至所述心轴的外表面的轮廓。例如，该压力分布板可以由塑料材料制成，以及所述挠性区域可以呈现在该板的厚度方向上形成的凹槽。
[0019]每个垫片可以通过螺钉螺母系统被固定至所述垫片载体，该螺钉螺母系统能够通过夹紧手柄来驱动，以对缠绕在所述心轴上的纤维组织层施加用于夹紧所述垫片的力。
[0020]本发明还提供一种用于将纤维组织缠绕至浸溃心轴上的机器，该机器包括:卷绕心轴，用于存储通过三维织造获得的纤维组织，该卷绕心轴具有大体上水平的旋转轴；浸溃心轴，在该浸溃心轴上，存储在所述卷绕心轴上的所述纤维组织将被缠绕成叠加层，该浸溃心轴具有大体上水平并且与所述卷绕心轴的旋转轴平行的旋转轴；电动机，用于驱动所述心轴围绕其各自的旋转轴旋转；控制单元，用于控制所述电动机，该电动机用于驱动所述心轴的旋转；以及至少一个如上面定义的用于在所述浸溃心轴上保持纤维组织的保持设备。
[0021]优选地，绕线机包括两个用于在所述浸溃心轴上保持纤维组织的保持设备，所述设备围绕所述浸溃心轴的旋转轴有角度地彼此分开。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]从以下参考附图做出的描述中体现本发明的其他特点和优势，所述附图示出了非限制性的实施方式。在附图中:
[0023]图1是用于将纤维组织缠绕至浸溃心轴上并且包括本发明的保持设备的机器的侧视图；
[0024]图2和图3是图1的保持设备的视图；以及
[0025]图4是图1的绕线机的浸溃心轴的图解视图，该视图示出了本发明的保持设备的可能的位置。
【具体实施方式】
[0026]下面在将本发明用于制造燃气机轮航空发动机的风扇壳体的背景中描述本发明。[0027]制造这种风扇壳体的方法的示例在文档EP1961923中被描述，该文档用于参考。
[0028]所述壳体由复合材料制成，该复合材料包括由基质致密化的增强纤维。例如，该增强纤维由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或陶瓷纤维制成，并且所述基质由聚合物制成，例如，环氧树脂、双马来酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂。
[0029]简短地，在该文档中描述的制造方法包括通过三维织造来制造纤维组织，其中，经纱被卷绕到卷筒(以下被称为卷绕心轴)上，该卷筒的轮廓是根据要制造的壳体的轮廓确定的。
[0030]以这种方式制造的纤维组织随后被转移至树脂注塑模具的心轴(以下被称为浸溃心轴)上，该心轴的外轮廓对应于要制造的壳体的内轮廓。
[0031]对于在浸溃心轴上保持的预制体，之后使用树脂进行浸溃。出于这一目的，向该预制体使用外壳(envelope)，并且树脂被注入到以这种方式构成的模具中。可以通过在包含所述预制体的模具的内部和外部之间建立压力差来辅助浸溃。在浸溃之后，执行树脂聚合步骤。
[0032]本发明应用于任意类型的绕线机，该绕线机具有使得存储在卷绕心轴上的纤维组织能够被自动转移到树脂注塑模具的浸溃心轴的功能，如图1所示。
[0033]参考专利申请FR11/53212(尚未公布)，该专利申请详细描述了这种机器的结构和运转。
[0034]简短地，绕线机10包括支撑结构12，该支撑结构12特别地用于支撑卷绕心轴14和浸溃心轴16。这些心轴是可移除的，即，它们可以从所述支撑结构中分离。
[0035]卷绕心轴14接收例如通过三维织造获得的纤维组织18。该卷绕心轴14通过水平轴20来运载，该水平轴20的一端可旋转地安装在绕线机的支撑结构12上，并且其另一端被耦合至电动机22 (例如，交流(AC)电动齿轮电机)的输出轴。
[0036]由卷绕心轴14、卷绕心轴14的轴20和其电动机22构成的组件能够沿卷绕心轴的旋转轴相对于支撑结构平移(move in translation)。用于卷绕心轴平移的自由度使得在将纤维组织缠绕至浸溃心轴上之前，实现将该卷绕心轴与浸溃心轴的对准成为可能。
[0037]绕线机的浸溃心轴16用于接收存储在卷绕心轴上的纤维组织的叠加层。该浸溃心轴16的外表面24的轮廓具有与要制造的壳体的内表面的轮廓相对应，以及两个颊板26的轮廓与位于其上游端和下游端的壳体的外部法兰的轮廓相对应，以使得所述壳体能够与其他元件联合安装。
[0038]浸溃心轴由水平轴28来运载，该水平轴28与卷绕心轴的旋转轴20平行，并且该水平轴28的一端可旋转地安装在绕线机的支撑结构12上，并且其另一端被耦合至电动机30 (例如，AC电动齿轮电机)的输出轴。
[0039]控制单元32被连接至两个心轴的电动机22和电动机30，并且用于控制和监控每个心轴的转速。以更普遍的方式，该控制单元用于管理绕线机的所有运转参数，并且特别地，在卷绕心轴的平移是电机驱动的时，管理该卷绕心轴的平移。
[0040]对于这种机器，纤维组织如下被缠绕至浸溃心轴上:卷绕心轴上的纤维组织的自由端最初通过如下所述的一个或多个保持设备被固定在浸溃心轴上，以及之后，用于驱动心轴旋转的电机在控制单元的控制下被激活，以对纤维组织施加合适的缠绕张力。
[0041]在图1中，绕线机10具有两个保持设备100和100’，这两个保持设备100和100’在缠绕开始时被放置在浸溃心轴上的不同角位置。自然地，单个设备可以满足。
[0042]在图2和图3中更为详细地示出了本发明的保持设备100。该保持设备100用于在开始缠绕时，在浸溃心轴上保持纤维组织的自由端。在缠绕结束时，其还用于在纤维组织被切割成其最终长度之前在该浸溃心轴上保持该纤维组织。
[0043]特别地，保持设备100包括形成支撑的横梁102，该横梁102的两端例如通过螺钉104被固定至浸溃心轴的颊板26。因此，该保持设备是可移除的。
[0044]所述横梁102支撑三个垫片载体；被称为中心垫片载体110和两个侧垫片载体130。
[0045]更特别地，中心垫片载体110被布置在距离浸溃心轴的两个颊板26大体上相等的距离的位置。该中心垫片载体Iio具有垫片112，该垫片112通过枢轴连接件114被安装至垫片支撑件116，该垫片支撑件116本身被固定至横梁。该垫片用于对在浸溃心轴上缠绕的纤维组织层18进行挤压。
[0046]中心垫片载体110还具有螺钉螺母系统，该螺钉螺母系统由能够通过夹紧手柄120驱动并且被固定至所述垫片支撑件116的蜗杆螺钉118组成。通过转动该手柄120，因而可以相对于横梁降低或提升垫片112，以及将该垫片以更大或更小程度地压到纤维组织层。
[0047]侧垫片载体130位于在浸溃心轴的外表面24与颊板26之间形成的角落。
[0048]每个侧垫片载体具有用于对缠绕在浸溃心轴上的纤维组织层18进行挤压的主垫片132，和用于对纤维组织层18的侧边缘18a进行挤压的侧垫片134。这两个垫片132和134通过枢轴连接件(分别被标为136和138)被安装在垫片支撑件140上，该垫片支撑件140本身被固定至横梁102。
[0049]每个侧垫片载体也具有螺钉螺母系统，该螺钉螺母系统由能够通过夹紧手柄144驱动并且被固定至所述垫片支撑件140的蜗杆螺钉142组成。通过转动该手柄144，可以相对于横梁降低或提升主垫片132，以及将该垫片更大或更小程度地夹紧纤维组织层。
[0050]侧垫片134也可以通过螺钉螺母系统来调节，该螺钉螺母系统由能够通过侧夹紧手柄148驱动并且被固定至所述垫片支撑件140的蜗杆螺钉146组成。通过转动该手柄148，可以相对于浸溃心轴的颊板横向移动侧垫片134，以及因此，将侧垫片更大或更小程度地夹紧到纤维组织层的侧边缘18a。
[0051]如图2所示，有利地，压力分布板150被插入在垫片112、132以及缠绕在浸溃心轴上的纤维组织层18之间。该板的存在使得能够将由垫片施加的夹紧压力分布在纤维组织层的整个宽度上。
[0052]该板150由塑料材料制成，例如，由聚酰胺或聚四氟乙烯制成，并且其厚度的刚度足以确保夹紧压力被传送至没有被垫片112、132覆盖的纤维组织层的区域。例如，该厚度可以具有大约10毫米(mm)的数量级。
[0053]此外，其还适合确保该板在浸溃心轴的外表面的轮廓不是线性的区域中具有一定量的挠性，以确保该板紧贴至浸溃心轴的外表面的轮廓。
[0054]出于这一目的，压力分布板150在垫片112、132之间具有定义的挠性区域152，这些区域例如通过在板的厚度方向上形成凹槽154来变得有挠性。例如，对于具有大约IOmm厚的板，这些凹槽可以具有Imm宽和3mm深。此外，这些凹槽可以在板的一侧或两侧形成。[0055]参考图4A和图4B，下面描述在将纤维组织缠绕至绕线机的浸溃心轴16上的不同阶段期间，如何能够在该心轴上布置根据本发明的两个保持设备100和100’。
[0056]在这些附图中，心轴16的旋转方向由箭头F表示，并且纤维组织需要被缠绕至心轴超过4?圈，以获得符合规范的厚度的壳体预制体。
[0057]图4A示出了在缠绕开始时的配置。之前，纤维组织层的自由端18b被布置在心轴16上的+1/16标记处，该+1/16标记有角度地位于十二点钟处。根据本发明的第一保持设备100之后被布置在心轴上这一相同的+1/16标记处，并且之后，该心轴沿箭头F的方向转动，以将第一保持设备100带入到图4A所示的角度位置。根据本发明的第二保持设备100’之后被布置在心轴上的％标记处。该配置能够优化纤维组织的张力调整以能够开始缠绕。之后，超过稍微多于四圈的纤维组织的缠绕能够开始(自然地，保持设备100和100’在第二圈之前被移除)。
[0058]有利地，为了优化心轴上的纤维组织层的粘附，可以在沉积纤维组织层的自由端之前，在心轴的外表面上沉积粘贴剂。例如，该粘贴剂可以由环氧树脂(没有催化剂)和溶剂构成。
[0059]图4B示出了在缠绕结束时的配置。在纤维预制体仍旧处于卷绕心轴(未示出)与浸溃心轴16之间的张力之下时，根据本发明的第一保持设备100和第二保持设备100’分别被布置在心轴上的1/16标记和-1/16标记处。纤维组织之后能够被切割(在78标记处，在该位置，标号18c对应于纤维组织的缠绕端)。
[0060]该配置使得当需要移除第一保持设备100以将用于关闭树脂注塑模具的第一角扇形件(angular sector) 200放置到浸溃心轴上时,通过第二保持设备100’维持预制体处于张力之下成为可能。一旦该角扇形件已经被放置到该心轴上，第二保持设备100’被移除，以及用于关闭该模具的其他角扇形件能够被依次放置。
【权利要求】
1.一种用于在绕线机(10)的浸溃心轴(16)上保持纤维组织的设备(100，100’)，该设备包括: 形成支撑件的横梁(102)，该横梁(102)的每一端用于固定在所述心轴的颊板(26)中的一个颊板上； 中心垫片载体(110)，安装在所述横梁上，并且有用于对缠绕在所述心轴上的纤维组织层(18)进行挤压的垫片(112)； 两个侧垫片载体(130)，安装在所述横梁上，并且每个侧垫片载体有用于对缠绕在所述心轴上的所述纤维组织层进行挤压的主垫片(132)，和用于对缠绕在所述心轴上的所述纤维组织层的侧边缘(18a)进行挤压的侧垫片(134);以及 用于施加夹紧力的装置，该夹紧力将所述垫片推向缠绕在所述心轴上的所述纤维组织层。
2.根据权利要求1所述的设备，该设备还包括:压力分布板(150)，该压力分布板用于插入在所述垫片与缠绕在所述心轴上的所述纤维组织层之间。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述压力分布板(150)具有挠性区域(152)，以使所述压力分布板能够紧密贴合到所述心轴的外表面的轮廓。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述压力分布板(150)由塑料材料制成，以及所述挠性区域(152)在该板的厚度方向上形成有凹槽(154)。
5.根据权利要求1到4中任一项权利要求所述的设备，其中每个垫片(112，132，134)通过螺钉螺母系统被固定至所述垫片载体，该螺钉螺母系统能够通过夹紧手柄(120，144，148)旋动，以施加将所述垫片夹紧到缠绕在所述心轴上的所述纤维组织层的力。
6.一种用于将纤维组织缠绕至浸溃心轴上的机器(10)，该机器包括: 卷绕心轴(14)，其用于储存通过三维织造获得的纤维组织(18)，该卷绕心轴具有大体上水平的旋转轴(20)； 浸溃心轴(16)，存储在所述卷绕心轴上的所述纤维组织将在该浸溃心轴上被缠绕成叠加层，该浸溃心轴具有大体上水平并且与所述卷绕心轴的所述旋转轴平行的旋转轴； 电动机(22，30)，其用于驱动所述心轴围绕其各自的旋转轴旋转； 控制单元(32)，其用于控制所述电动机，该电动机用于驱动所述心轴的旋转；以及 至少一个根据权利要求1到5中任意一项权利要求所述的用于在所述浸溃心轴上保持所述纤维组织的保持设备。
7.根据权利要求6所述的机器，该机器包括两个用于在所述浸溃心轴上保持所述纤维组织的保持设备(100，100’)，所 述设备围绕所述浸溃心轴的所述旋转轴有角度地彼此分开。
【文档编号】B29C70/54GK103906621SQ201280052161
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年10月23日 优先权日:2011年10月26日
【发明者】理查德·马顿, 奥利维尔·帕特里格恩, 迈卡·古梅尔 申请人:斯奈克玛