CN102555236B - 生产空心构件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生产空心构件的方法，特别用于航空或航天领域，包括以下步骤：提供沿其周边闭合的内部轮廓；在该内部轮廓上敷设纤维材料；和固化纤维材料的基质以形成构件。

Description

生产空心构件的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种生产空心构件的方法和设备。
背景技术
尽管本发明可以应用于任何构件，但将以飞机机身段为例，对本发明和它所基于的问题进行详细解释。
机身段的生产是已知的，例如从EP 0 142 697 A1中可以得知。在其中所描述的方法中，用预浸材料捆绑住环形圆柱体形的物品。一旦该预浸材料固化后，就将成形物品从现在已经成型的机身段上移除。最后，将多个以此方法形成的机身段结合起来形成机身。
采用上述方法的缺点在于，难以在所形成的机身段的外部面上可靠地维持公差。这就带来了问题，特别是当结合多个机身段时，因为机身的平滑的外表面最后不能被形成。鉴于机身的空气动力特性，上述缺点是难以接受的。
发明内容
本发明的目的在于至少减少上述缺点。
通过具有权利要求1特征的方法和具有权利要求8特征的设备来实现该目的。
相应地，提供了一种生产空心构件的方法，特别用于航空或航天领域，包括以下步骤：提供沿其周边闭合的内部轮廓；在该内部轮廓上敷设纤维材料；固化纤维材料的基质以形成构件。
进一步地，提供了一种设备，其特别用于根据本发明的方法，包括：沿其周边闭合的内部轮廓；用于在内部轮廓上敷设纤维材料的敷设设备。
本发明所基于的构思在于，借助沿其周边闭合的内部轮廓来形成具有在狭小公差范围内的外部轮廓的构件。多个这种类型的构件，特别是机身段，可以按照各自外部轮廓相互平齐地结合起来。根据情况的不同，以这种方式形成的构件的内部轮廓可以承受更大的公差变化，这个事实是无害的。这是因为这种类型的公差变化很容易被补偿，例如借助倍增器，并且不会给涉及到机身段构件处的机身的空气动力特性带来负面影响。进一步地，由于内部轮廓沿其周边是闭合的，因此，圆柱体，特别是环形圆柱体，或者其它空心构件被成整块地生产。
从属权利要求中提供了本发明的有利方案。
根据本发明方法的一个方案，在至少一片壳的内部面上形成内部轮廓。优选地，提供多片壳，其组装起来形成衬套，从而内部地形成内部轮廓。使用多片壳的优点是，一旦纤维材料的基质固化后，能够轻易地将所形成的构件从壳上移除。
根据本发明方法的进一步的方案，通过使至少一片壳围绕其中心轴线旋转和/或者使用于敷设纤维材料的敷设设备围绕至少一片壳的中心轴线旋转来敷设纤维材料。可选地或附加地，至少一片壳或敷设设备可以沿中心轴线朝着彼此移动。纤维材料，例如沿着内部轮廓的周边，因而可容易地在内部轮廓的纵向(也就是平行于内部轮廓的中心轴线)或沿内部轮廓的螺旋被敷设。
根据本发明方法的进一步方案，至少一片壳在其端面以耐压密闭的方式闭合，并且利用流体对敷设在其内部轮廓上的纤维材料加压来压缩纤维材料中的基质。这意味着，一方面获得了高质量的纤维复合材料，也就是说特别地基质在纤维材料中同质地分布。另一方面，在所形成的构件的内部轮廓上，因此也可以更好地控制公差。
根据本发明方法的进一步方案，在至少一片壳的端面被封闭之前，纤维材料的内部面上覆盖薄膜。该薄膜可以防止流体与纤维材料接触和破坏它。
根据本发明方法的进一步方案，首先将至少另一片壳引入到前述的至少一片壳内，此后利用流体对在另一片壳和薄膜之间形成的间隙加压。要填充流体的空间可借助另一片壳而最小化。这样所需的流体减少了。另一片或多片壳优选地形成内部衬套。
根据本发明方法的进一步方案，纤维材料在敷设之前浸透了基质。这样，纤维材料是例如预浸材料。进一步地，该纤维材料可以形成为带。优选地，可将该纤维材料作为连续性材料提供。基质可以是环氧树脂或热塑基质，或两者的混合物。
根据本发明设备的进一步优选方案，在至少一片壳的内部面处形成内部轮廓。与此相关的优点已在上文中阐述。
根据本发明设备的进一步优选方案，至少一片壳可围绕其中心轴线旋转。例如，至少一片壳可以利用相应的盖子在其一个端面或两个端面处封闭。借助这些盖子中的至少一个，至少一片壳可以连接到使壳旋转的设备。
根据本发明设备的进一步优选方案，敷设设备围绕壳的中心轴线可旋转地安装在壳内部。敷设设备优选为可旋转地，特别是在轴向上可移动地，安装到与中心轴线同轴设置的轴上。轴可以连接到一个或两个盖子，盖子在壳的端面处封闭至少一片壳。
根据本发明设备的进一步方案，敷设设备包括一个或多个敷设头，在各种情况下用于敷设纤维材料。因此，敷设纤维材料的过程的时间可以减少。敷设头可以例如被设置为在轴向上(也就是说沿着壳的中心轴线)和/或者在圆周方向相互偏移。例如，纤维材料由此可很容易地在内部轮廓上以螺旋敷设。
根据本发明设备的进一步方案，至少一片壳可以在其端面以耐压密闭的方式封闭，以对敷设在至少一片壳的内部轮廓上的纤维材料进行加压。相关的优点已提及过。
根据本发明设备的进一步方案，至少另一片壳布置在至少一片壳内，其中，用于加压的流体可引入到至少另一片壳和至少一片壳之间。至少另一片壳优选地可沿着壳的中心轴线位移，并且可以根据生产步骤移入或移出内部轮廓。
根据本发明设备的进一步方案，敷设设备形成为自动带状敷设机。这意味着可以用短的加工时间来敷设纤维材料。更优选地，每一个敷设头都形成为自动带状敷设机。
内部轮廓优选地具有环形或椭圆形横截面。
附图说明
下面将参照附图，基于实施例对本发明进行更详细的说明。图中，
图1是根据本发明一个实施例的设备的透视图，其中，设备的三片壳作为独立部件显示出来；
图2是图1中设备的透视图，其中，三片壳连接起来形成外部衬套；
图3是沿图2中的A-A的截面图，其中附加显示了该设备的进一步构件；
图4是图3中细节B的放大图；
图5是图2中设备的透视图，其中附加显示了该设备的内部衬套；
图6是图2中设备的透视图，其中附加显示了其敷设设备；并且
图7是利用图1到6的设备生产出的构件的透视图。
图中，相同附图标记代表相同或功能相同的构件，除非另外地指明。
具体实施方式
图1显示了根据本发明实施例的设备1。
设备1包括例如四片壳2，其相互之间可拆卸地连接。
图2显示了图1中的设备1，其中壳2相互连接以形成外部衬套3。
外部衬套3具有基本上圆形的截面。可选地，外部衬套3还可以具有椭圆形截面。
回到图1，进一步可以看到，设备1包括支座4，下部壳2可被刚性连接到支座4。
进一步地，在图1中可以看到，设备1包括盖子5。盖子5在衬套3的一个端面6(参见图2)处将封闭衬套3。
进一步提供了与外部衬套3的中心轴线7同轴的轴8。轴8可以被中心地固定到盖子5。
一旦壳2连接起来形成了外部衬套3(参见图2)，壳2的内部面就形成了内部轮廓12。内部轮廓12沿其圆周方向U闭合。进一步地，内部轮廓12可以沿着中心轴线7闭合。
图3显示了沿图2中的A-A的截面图，其中，附加显示了设备1的进一步的构件，图4显示了图3中细节B的放大图。
在图2中显示的方法状态接下去的方法步骤中，将纤维材料13敷设到内部轮廓12上。这可以借助例如图5中所示的敷设设备14来实现。
图5显示了具有敷设设备14的图2的视图。
敷设设备14可以包括，例如四个敷设头15。敷设头15可以在圆周方向U上或沿着中心轴线7相互间隔开。每个敷设头15优选地设计为自动敷设连续带。敷设设备14优选为可旋转地安装在轴8上，这样，当敷设设备14围绕中心轴线7旋转时，敷设头15沿内部轮廓移动。进一步地，敷设设备14可沿着中心轴线7移动。进一步地，在一个实施例中，外部衬套3可以绕中心轴线7旋转，其中，下部壳2(参见图1)没有刚性地连接到支座4。由于敷设头15沿着中心轴线7相互偏移并且旋转，因此很容易产生螺旋带圈(如附图标记16所指示)。如图3所示，轴8可以在它的相对端17被支撑在支座4上。
已经敷设的带13优选地已经包括了基质，特别是环氧树脂基质。尽管也可以借助敷设头15敷设干性纤维材料，例如与粘合剂一起，在这种情况下，需要在接下来的步骤中将基质渗入到敷设好的纤维材料13中。
在进一步的步骤中，现在将薄膜21(参见图4)敷设到已敷设好的带基质的纤维材料13上。薄膜21可以被密封在内部轮廓12上，例如在内部轮廓12上的点22处。为了对陷于薄膜21和相应的壳2之间的容积进行压力补偿，可以提供相应的通风设备(未示出)。
图6显示了具有内部衬套23的图2的视图。
在进一步的方法步骤中，如图6所示，将内部衬套23引入到壳2和外部衬套3封闭形成的容积24内。内部衬套23与壳2和外部衬套3一起此后界定出环形间隙25。内部衬套23可以由一片或多片壳组成。
在进一步的方法步骤中，壳2和外部衬套3借助盖子27在它们的另一端面26处(参见图3和4)封闭起来。然后间隙25在它的整个圆周上以耐压密闭的方式封闭起来，并且以一种未示出的方式连接到增压设备(未示出)。然后增压设备将流体28，特别是水或油泵送到间隙25中。这就带来了更高的压力，其通过薄膜21压在敷设好的纤维材料13上，因而压缩了纤维材料。因此改善了生产的构件的质量。流体还可以额外被用作温度传导装置，以传导或建立固化过程所需的温度。
在进一步的步骤中，优选地将热量传给具有基质的纤维材料13，以固化基质。
盖子27，内部衬套23和薄膜21依次拆开。壳2也相互分开，就留下了完成的构件，特别是机身段。
图7显示了用上述方法和上述设备1生产出的构件31的透视图。
例如，构件31是具有环形横截面32的圆柱体。可选地，横截面32还可以是椭圆形的。进一步地，敷设设备14(参见图5)可以以这样的方式控制：即，窗口切口33被留下来开着，也就是说在区域33中没有敷设纤维材料。
尽管本发明以优选实施例的方式进行了说明，但无论如何并不限制于此，并可以用多种方式改进。特别地，需要指出的是，根据本发明方法的例子中所描述的结构和实施例可以相应地应用于根据本发明的设备中，反之亦然。进一步地，“一”或“一个”在本案中并不排除多个。
附图标记列表
1、设备
2、壳
3、外部衬套
4、支座
5、盖子
6、端面
7、中心轴线
8、轴
12、内部轮廓
13、纤维材料
14、敷设设备
15、敷设头
16、螺旋
17、端
21、薄膜
22、点
23、内部衬套
24、容积
25、间隙
26、端面
27、盖子
28、流体
31、构件
32、横截面
33、窗口切口
U圆周方向

Claims (8)

1.用于生产空心构件的方法，包括以下步骤：
提供沿其周边闭合的内部轮廓，所述内部轮廓形成在外壳的内部面上；
在该内部轮廓上敷设纤维材料；
纤维材料的内部面覆盖薄膜；
用至少一个盖子在外壳和至少一片内壳的端面处以耐压密闭的方式封闭外壳和至少一片内壳；
将至少一片内壳引入到外壳内，以便在外壳和至少一片内壳之间形成由至少一个盖子封闭的环形间隙；
通过将流体引入到至少一片内壳和薄膜之间的环形间隙，对覆盖有薄膜的纤维材料进行加压，以压缩纤维材料中的基质，其中在生产所述空心构件的过程中，所述流体被用作温度传导装置，以执行对固化过程所需的温度进行传导和建立中的至少一种操作；和
固化纤维材料的基质以形成构件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过使至少一片壳围绕其中心轴线旋转和/或者使用于敷设纤维材料的敷设设备围绕至少一片壳的中心轴线旋转来敷设纤维材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，纤维材料在敷设之前浸透了基质。
4.用于生产空心构件的设备，包括：
外壳，在所述外壳的内部面上形成沿其周边闭合的内部轮廓；
用于在内部轮廓上敷设纤维材料的敷设设备；
覆盖敷设的纤维材料的内部面的薄膜；
至少一个盖子，其利用流体在外壳的端面处以耐压密闭的方式封闭外壳；
至少一片内壳，其能够布置在外壳内，以便在外壳和至少一片内壳之间形成由至少一个盖子封闭的环形间隙；以及
加压装置，其将所述流体引入到至少一片内壳和薄膜之间的环形间隙，以对覆盖有薄膜的纤维材料进行加压，其中在生产所述空心构件的过程中，所述流体被用作温度传导装置，以执行对固化过程所需的温度进行传导和建立中的至少一种操作。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，至少一片壳围绕其中心轴线可旋转。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的设备，其特征在于，壳内的敷设设备围绕壳的中心轴线可旋转地被安装。
7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，敷设设备包括一个或多个敷设头，在每种情况下用于敷设纤维材料。
8.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，敷设设备形成为自动带状敷设机。
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