本发明涉及一种用于制造由纤维复合材料构成的型材加固的壳构件(Schalenbauteil)的方法，所述纤维复合材料包含纤维材料和基体材料，其中型材加固的壳构件具有面状的壳组件和多个设置在面状的壳组件上的长形的型材元件，以用于使其加固。本发明同样涉及一种对此的成型工具。
背景技术：
由纤维复合材料制造的纤维复合构件由于其在重量相对低的情况下具有高的强度和刚性的特殊的特性而几乎存在于所有工业领域中。通常，这种纤维复合材料具有纤维材料和基体材料，其中注入纤维材料中的基体材料在制造纤维复合构件时被固化进而与纤维材料形成整体单元。在此，基体材料能够在制造纤维复合构件期间注入干燥的纤维材料中，其中为此预先对纤维材料进行加工。但是可考虑的是，使用已经预浸渍的纤维材料，其中基体材料已经在加工之前注入纤维材料中(所谓的预浸料)。
在航天和航空学中通常使用非常大的、面状的纤维复合构件，例如机身壳或机翼壳，其中关于这种壳构件的面状伸展(就本发明的意义而言面状的纤维复合构件)通常构成相对薄的蒙皮。为了在这种壳构件中也能够确保对弯曲和扭曲的载荷，这种面状的壳构件通常借助型材加固，所述型材同样由纤维复合材料形成。在此，所述型材或型材元件提高构件的抗弯曲刚度进而能够相应地加固壳构件。
目前，型材加强的壳构件通常由预浸料(预浸渍的纤维材料)制成。为此，壳组件或蒙皮元件的各个纤维层手动地或自动化地铺设到成型工具上。随后，型材(例如T形型材，也称为纵梁)定位在壳组件或蒙皮元件的内侧上。在此，纵梁例如也能够已经被固化。替选地也存在将未被固化的纵梁置于已固化的蒙皮元件上的可行性，这具有下述优点：在后续工序中需要较少的铆接。
为了遵守型材元件或纵梁的位置，在实践中在此通常使用工具芯，纵梁定位在所述工具芯之间。在此，芯通常横向于纵梁的纵向方向加压，使得纵梁型材的腹板被压缩，以便因此实现期望的纤维体积含量。随后，构件借助于构建真空被密封并且在压力和温度下固化。
这样的以预浸料方法制造的构件的缺点在于下述事实：为了遵守位置公差需要的是：借助设备或工具芯保证纵梁彼此间的间距。所述设备或工具芯必须被定位或单独地移动，其中工具芯在蒙皮元件的纤维材料上的移动能够引起从结构力学观点不可容忍的纤维卷取(Faserondulation)或结构变化。此外，芯的处理是耗时的，由此降低生产过程的经济性。
技术实现要素：
因此本发明的目的是，提出一种改进的方法和一种改进的成型工具，借助所述方法和所述成型工具能够整体地制造型材加固的壳构件。本发明的目的也是提出一种改进的方法和成型工具，借助所述方法和成型工具能够在不损坏蒙皮元件或壳组件的情况下制造型材加固的壳构件。
根据本发明，所述目的借助根据权利要求1所述的方法以及根据权利要求10所述的成型工具来实现。
根据权利要求1，根据本发明提出一种用于制造由纤维复合材料构成的型材加固的壳构件的方法，其中纤维复合材料包含纤维材料和基体材料。在此，在制造型材加固的壳构件期间，注入到纤维材料中的基体材料通过热加载来固化，使得获得后续的构件。然而，必须预先将纤维材料引入相应的模具中，以使构件获得其后续的构件形状或几何结构。
在此，型材加固的壳构件根据本发明具有面状的壳组件，在所述壳组件上应设置有多个长形的型材元件，其中根据本发明应整体地制造型材加固的壳构件，意即，长形的型材元件和面状的壳组件在未固化的状态下彼此拼接并且然后共同在一个工艺步骤中固化。
根据本发明，首先提供成型工具，借助所述成型工具能够整体地制造型材加固的壳构件，其中，所提供的成型工具具有造型的工具表面，在所述工具表面中设有多个型材容纳部作为凹部。
此外，长形的型材元件由纤维复合材料的纤维材料制造，更确切地说，使得长形的型材元件的形状对应于成型工具中的型材容纳部的形状，并且长形的型材容纳部分别具有腹板和至少一个法兰。长形的型材元件的制造在此能够通过将纤维材料悬垂(Drapieren)在相应的模具上制造。也可设想的是，长形的型材元件借助于连续的变型方法由面状的纤维材料制造。在此，长形的型材元件的横截面具有下述形状，所述形状对应于在造型的工具表面中的型材容纳部的横截面形状，使得长形的型材元件可插入造型的工具表面中的型材容纳部中。
随后，将这样制造的所述长形的型材元件插入成型工具的型材容纳部中，使得相应的长形型材元件的法兰与成型工具的造型工具表面平接，并且相应的长形型材元件的腹部插入相应的型材容纳部中并且在该处形状配合地贴靠在成型工具的所述型材容纳部中。
通过将长形的型材元件插入型材容纳部中和将法兰与造型的工具表面平接，借助法兰和造型工具表面产生下述表面，纤维材料于是铺设在该表面上以形成面状的壳组件。置入用于形成面状的壳组件的纤维材料在此在成型工具的工具腔中进行，所述工具腔将所插入的型材元件的法兰的共同的表面和造型工具表面的一部分连接，并且能够将用于形成面状的壳组件的纤维材料引入所述工具腔中。在引入用于形成面状的壳组件的纤维材料之后，法兰以其一侧接触形成面状的壳组件的纤维材料，使得在注入纤维材料中的基体材料固化时，长形的型材元件和壳组件(蒙皮元件)能够整体地制造。
随后，注入纤维材料中的基体材料被固化以整体制造型材加固的壳构件，这通常通过对构件进行回火来进行。如果使用干燥的纤维材料，那么在之前的步骤中将基体材料注入纤维材料中，以便因此借助基体材料将纤维材料润湿或浸湿。
借助于根据本发明的该方法，因此第一次可以整体地制造型材加固的壳构件，而不需要在工具内部压缩型材元件，所述型材元件为了加固应设置在壳组件上。发明人认识到，通常在制造长形型材元件时压缩是足够的，使得在工具外部制造长形的型材元件，并且然后能够将其插入型材容纳部中，而不必将其在工具内部再次附加地压缩，以提高纤维体积含量。由此，不仅缩短过程时间本身，而且也减小构件的复杂度。因此涉及一种具有低复杂度的工具，这引起高的工艺可靠性。此外，能够借助该方法获得保持不变高的构件品质，由此减少修整和废品构件的耗费。
在此，与面状的壳构件整体拼接的长形型材元件能够在将完整的构件固化之后借助于附加的铆接或螺接附加地固定，使得尤其在具有高弯曲载荷的构件的情况下提供附加的连接可靠性，由此尤其也防止长形的型材元件从面状的壳构件脱离。
在此，将整体的结构方式尤其理解为，面状的壳构件和长形的型材元件不是分别在各个组件固化之后拼接在一起，使得获得可见的拼接部位，而是面状的壳组件和长形的型材元件优选在一个工艺步骤中被固化，以至于获得在面状的壳构件和长形的型材元件之间的无拼接部位的连接。
在一个特别有利的实施形式中，长形的型材元件的纤维材料在制造长形的型材元件期间和在插入型材容纳部之前被压缩或预压缩，以便因此实现或至少非常接近期望的纤维体积含量。因此，通过预压缩不需要在工具内部进一步压缩长形的型材元件，尤其是长形的型材元件的腹板部段，使得能够使用没有可移动的芯的这种简化的工具。在此可设想的是，在工具中不进一步压缩型材元件的腹板，而在工具中进一步压缩型材元件的法兰。
在另一有利的实施形式中，尤其当将干燥的纤维材料用于制造长形的型材元件时，在其制造期间活化(通常热活化)引入或涂覆到纤维材料中的粘结材料，以便借助于活化的粘结材料来固定长形的型材元件的形状和几何结构。在此，粘结材料引起对纤维材料的某种类型的预加固，使得置于期望的形状和几何结构的纤维材料能够通过活化粘结材料来保持，所述形状和几何结构对应于长形的型材元件的形状和几何结构。
在另一有利的实施形式中提供成型工具，所述成型工具具有上部工具和下部工具，其中在闭合状态下，意即上部工具置于下部工具上，形成工具腔，构件可置入所述工具腔中以用于制造。在此，下部工具具有第一造型工具表面，在所述第一造型工具表面中设有型材容纳部作为凹部，而上部工具具有第二造型工具表面，所述第二造型工具表面设置用于将型材加固的壳构件在面状的壳构件的一侧上造型，所述侧与具有长形的型材元件的侧相对置。在插入长形的型材元件和将用于形成面状的壳组件的纤维材料引入成型工具的工具腔之后，上部工具和下部工具组装在一起进而闭合，其中然后通过对引入工具腔中的构件进行回火而固化基体材料并且制造构件。
由此能够实现，高度精确地预设长形的型材元件的位置，而壳组件在相对置的侧上的相应的造型通过上部工具的相应的造型工具表面确保。当这种壳构件形成外部的流面时，这尤其在制造航空学中的型材加固的壳构件时是重要的。此外，在此从现在起使用干燥的纤维材料，所述纤维材料在闭合工具之后用基体材料注入并且然后将基体材料固化。
当然也可设想的是，第一造型工具表面设置在上部工具上，并且第二造型工具表面设置在下部工具上，即因此正好相反。
同样可设想的是，在两个工具半部中设有用于插入加固型材的凹部。这在不需要用于形成外部的流面的构件中使用(例如行李架的肋状部)。在此的优点是，壳构件能够沿两个方向通过型材加固，而不会产生节点或交叉点。
在另一有利的实施形式中提供成型工具，其中造型工具表面与型材容纳部一件式地构成，意即，型材容纳部通过将凹部引入造型工具表面中制造，并且造型工具表面因此与型材容纳部一起形成一件式工具。
但是，为了能够提供更多的灵活度，也可设想的是，具有型材容纳部的造型工具表面由多个单独的模具芯构成，其中在相邻的模具芯之间分别形成型材容纳部，使得造型工具表面能够与型材容纳部选择性地根据几何结构组装在一起。在此尤其能够提出，模具芯位置固定地设置在成型工具中，使得由于缺少模具芯的运动能够避免在纤维材料中的相应的误差。
有利地，长形的型材元件是具有T形型材的型材元件，其中T形型材由腹板或腹板部段和法兰或法兰部段形成。
此外，所述目的也根据本发明借助根据权利要求10所述的成型工具来实现，其中成型工具设置用于整体地制造由纤维复合材料构成的型材加固的壳构件。在此，成型工具具有造型工具表面，在所述造型工具表面中设有多个型材容纳部作为凹部，由纤维材料形成的长形型材元件可置入所述凹部中，使得型材元件的法兰与造型工具表面平接，并且其中成型工具具有邻接于造型工具表面的工具腔，设置用于形成面状的壳组件的纤维材料可置入所述工具腔中，使得所述纤维材料贴靠在所置入的长形的型材元件和造型工具表面的相应的法兰上。
根据本发明的成型工具的有利的设计方案在相应的从属权利要求中得出，因此例如有利的是，型材容纳部沿与造型工具表面相反的方向渐缩，由此简化所制造的大大加固的壳构件从成型工具中脱模。
附图说明
借助附图示例性地详细阐述本发明。附图示出：
图1a、1b示出一件式的成型工具的示意图；
图2示出具有单独的芯元件的工具的示意图；
图3示出型材元件20的横截面的示意图。
具体实施方式
图1示出成型工具10、下部工具11和上部工具12。在此，下部工具11具有第一造型工具表面13，而上部工具12具有第二造型工具表面14。
在此，在下部工具11的第一造型工具表面13中设有呈在第一造型工具表面13中的凹部形式的型材容纳部15，长形的型材元件20可置入所述型材容纳部中。
长形的型材元件20在图1的实施例中是T形型材，所述T形型材具有腹板或腹板部段21和法兰或法兰部段22。在此，型材元件20的腹板部段21引入型材容纳部15的凹部中，其中型材元件20的法兰22于是容纳在型材容纳部15中，使得其指向上部工具12的方向的侧与下部工具11的第一造型工具表面13平接。由此形成共同的、由下部工具11的第一造型工具表面13和法兰22形成的表面，然后将面状的壳组件23布设到该表面上。
在此，位于第一造型工具表面13中的型材容纳部15具有对应于型材元件20的横截面的横截面。因此，为型材元件20的腹板21和法兰22都在第一造型工具表面中设有相应的留空部，使得在第一造型工具表面13中的所述留空部能够由型材元件20的纤维材料占据进而形成平坦的面，就如图不存在型材容纳部与相应的型材元件。
随后，在所有纤维材料引入下部工具之后，放置上部工具，并且封闭成型工具10。在此，在图1b中示出该封闭的状态。
在此，图1(1a、1b)的下部工具11一件式地构成，使得型材容纳部15在下部工具11内部的固定设置的位置处引入。由此能够明显提高工艺精度，因为从现在起不再会发生型材元件20在蒙皮元件23上滑动。
但是也可设想的是，造型工具表面13由下部工具11中的芯元件形成，以及这在图2中示出。为此，在下部工具中能够引入多个工具芯16，然后在所述工具芯之间分别形成型材容纳部15。在此，工具芯16具有第一造型工具表面13的一部分并且还具有下述模具，所述模具在组装状态下形成对应于型材元件20的横截面的横截面，使得在两个相邻的工具芯16之间形成的留空部能够通过制造的型材元件20替代。
在此，芯元件16能够与下部工具11位置固定地连接，例如销接或螺接。也在该变型方案中不再需要可移动的部件，其中在图2的实施例中简化复杂的几何结构的制造。
有利的是，型材容纳部沿相反的上部工具12的方向尤其在腹板或腹板部段21的区域中渐缩，以便因此使脱模简化。在此，在图3中示出具有相应的脱模斜面的型材元件20。在此，型材元件20具有腹板或腹板部段21，所述腹板或腹板部段始于法兰22渐缩。这在型材元件20的型材制造时就已经能够考虑。如果腹板21具有在型材横截面之上恒定的层数，那么在渐缩的区域B2中，与在法兰22处的上部区域B1相反，更高的压缩能够是有帮助的，以便能够借助于渐缩部实现脱模斜面。替选地，型材元件也能够具有下述层，所述层仅部分地伸入或位于型材腹板21中。
附图标记列表：
10 成型工具
11 下部工具
12 上部工具
13 第一造型工具表面
14 第二造型工具表面
15 型材容纳部
16 工具芯
20 长形型材元件
21 腹板或腹板部段
22 法兰或法兰部段
B1 腹板部段21中的第一区域
B2 腹板部段21中的第二区域