CN103747942A - 包括缠绕层的由纤维复合材料制成的组件 - Google Patents
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Abstract
一种由纤维复合材料制成的组件，所述组件包括一个设置在另一个上方的由纤维材料制成的至少三个缠绕层（20a-d）。每个缠绕层包括一个或多个线圈（23），其中对于每个包括超过一个线圈的缠绕层，所述缠绕层的所有线圈都具有相同的缠绕角度且至少在一些部分中彼此分开，以在所述线圈之间形成中间空间（25）。至少两个缠绕层的所有线圈都具有相同的第一缠绕角度（β）。另外，设置在至少两个具有相同第一缠绕角度的线圈的缠绕层之间的至少一个缠绕层的所有一个或多个线圈（23）都具有第二缠绕角度（γ），其中所述第二缠绕角度（γ）的大小不同于所述第一缠绕角度的大小，并且其中至少一个具有第二缠绕角度（γ）的线圈与至少一个具有第一缠绕角度（β）的线圈相交。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括一个设置在另一个上方的至少三个纤维材料缠绕层的由纤维复合材料制成的组件和一种制造这类组件的方法，所述组件例如是用于熔化金属的坩埚。
背景技术
由纤维复合材料制成的缠绕组件用于多种技术领域中，例如制造熔化坩埚或压力容器。常规地，为了制造这类组件，将任选地用粘结剂浸渍的纤维复丝绕线圈芯缠绕并且铺设在线圈芯上。在这种情况下，纤维复丝
也称为粗纱，可以包括由碳、玻璃、陶瓷或芳族聚酰胺制成的不同的单根纤维，该纤维可以嵌入由粘结剂形成的聚合物或陶瓷基质中，其中聚合物基质然后可以通过碳化转化为碳基质。由此，可能在去除线圈芯之后和在粘结剂适当固化和可能的碳化之后，可由碳纤维增强塑料（CFP）、碳纤维增强碳（CFC）、碳纤维增强陶瓷或陶瓷纤维增强陶瓷（CMC）构造由缠绕层形成的组件。
这类组件的每个缠绕层通常包括设置为在同一方向上缠绕的多个线圈（Wickelwindungen），即所述线圈至少基本上平行、彼此邻近或彼此重叠，以使通过每个缠绕层，线圈芯的至少一个部分被纤维材料完全覆盖，即线圈之间不形成凹处或中间空间。在这种情况下，单个缠绕层相继缠绕在线圈芯上，其中每个层内的单个线圈正如所述的至少基本上彼此平行地缠绕。此处，不同缠绕层的线圈的缠绕角度可以相同或不同。在所谓的交叉缠绕中，邻近缠绕层的线圈相对于同一基准轴数值相同，但符号不同。
例如从EP 0 333 013 B1可知包括多个缠绕层的这种类型的组件或整个线圈，所述多个缠绕层以堆叠方式一个设置在另一个上方且配置成各自被完全覆盖。
这些已知组件的缺点在于，单个缠绕层之间不存在机械连接，而是在单个缠绕层之间最多存在较弱的化学和/或物理结合力相互作用，这种结合力例如是以粘附性粘结不同缠绕层的粘结剂的形式。为此，需要提高最初提到类型的已知组件的稳定性，特别是机械强度，例如冲击韧性或层间剪切强度。
发明内容
因此，本发明的目的是提高缠绕纤维复合组件的稳定性和机械强度。
根据本发明，由具有如权利要求1所述特征的组件实现这个目的。
根据本发明，由纤维复合材料制成的组件包括一个设置在另一个上方的由纤维材料制成的至少三个缠绕层，其中每个缠绕层都包括一个或多个线圈，其中
-对于每个包括超过一个线圈的缠绕层，认为所述缠绕层的所有线圈都具有相同的缠绕角度，并且在至少一些部分彼此分开以在线圈之间形成中间空间，
-至少两个缠绕层的所有线圈都具有相同的第一缠绕角度，并且
-设置在至少两个具有相同第一缠绕角度线圈的缠绕层之间的至少一个缠绕层的所有一个或多个线圈都具有第二缠绕角度，其中第二缠绕角度的大小不同于第一缠绕角度的大小，并且其中至少一个具有第二缠绕角度的线圈与至少一个具有第一缠绕角度的线圈相交。
在本发明的意义上，缠绕层应理解为当该缠绕层包括几个线圈时，一个或多个线圈至少基本上彼此平行地缠绕，并因此彼此不相交。因此，在最简单的情况下，缠绕层由线圈组成，其中邻近该缠绕层的缠绕层的线圈必须具有不同的缠绕角度，即至少基本上不平行于缠绕层的线圈进行缠绕。可选地，在本发明的意义上，缠绕层还可以包括至少基本上彼此平行缠绕的多个线圈，即线圈各自具有相同的缠绕角度，其中根据本发明，至少在一些部分中，中间空间存在于一个缠绕层的单个线圈之间，即在组件的俯视状态下，一个缠绕层的相邻设置的纤维复丝部分彼此间具有特定、优选恒定的间隔。因为一个缠绕层的所有线圈都具有相同的缠绕角度，所以缠绕层内的线圈不相交。缠绕层内的线圈优选在缠绕期间线圈芯转动时所围绕的中心点之外还重叠。在上述中心点处，沉积的线圈会不可避免地重叠。
在这种情况下，线圈表示缠绕层完全围绕线圈芯圆周表面或组件圆周表面缠绕一次的截面。换言之，线圈对应于由缠绕机双冲程沉积的纤维材料的截面。
缠绕角度应理解为沉积的单个线圈相对于线圈芯上原则上任意基准轴的角度。换言之，缠绕角度是线圈在线圈芯上沉积时纵轴相对于基准轴所占据的角度，即使缠绕的方向可能因沉积之后纤维复丝的一些滑移而仍稍有变化。如果线圈芯配置成圆柱形，那么纤维复丝不发生滑移，从而在这种情况下，缠绕角度是所沉积线圈的纵轴相对于基准轴所采用的角度。
参照成品组件，其是指对于具有至少一个圆柱对称部分的组件，其中一个或多个圆柱对称部分占组件总表面的至少20%，在本发明的意义上，缠绕角度是在一个或多个圆柱对称部分上所沉积线圈部分的纵轴相对于基准轴所采用的角度，而不考虑不同于圆柱对称部分的组件部分中线圈的方向。对于所有其它组件，在本发明意义上，术语缠绕角度是指缠绕与完全跨越线圈芯圆周表面或组件圆周表面的最短线之间的角度，在旋转对称线圈芯或组件的情况下，平行于线圈芯或组件的旋转轴，并且在非旋转对称线圈芯或组件的情况下，平行于线圈芯或组件的纵轴。考虑到术语缠绕角度先前的定义，由此可以得出所有线圈基本上平行缠绕，借此在本发明的意义上理解，缠绕任何一点存在的缠绕角度除以所有相应缠绕角度的算术平均值的标准偏差小于0.5。相对于理想直线配置的这种可允许标准偏差考虑了如下事实：在以确定的角度沉积期间，特别是在弯曲区域，例如线圈芯或组件圆周表面的圆柱形区域与圆锥形区域之间的过渡区域，线圈可以最低限度地滑移，结果是线圈内部可能发生缠绕角度的特定的轻微变化。除之前的标准偏差以外，同样适用的是，根据本发明，每个线圈的最大缠绕角度与最小缠绕角度之差小于1°，优选至多0.8°，特别优选至多0.5°，非常特别优选至多0.2°。
正如上文所述的，一个缠绕层的所有线圈的缠绕角度彼此相同。为了再次考虑沉积之后单个线圈的部分的可能滑移，在本发明的意义上，相同的缠绕角度理解为缠绕层内部所有线圈相对于完全跨越线圈芯圆周表面或组件表面圆周的最短基准线的缠绕角度，在旋转对称线圈芯或组件的情况那样，平行于线圈芯或组件的旋转轴，并且在非旋转对称线圈芯或组件的情况下，平行于线圈芯或组件的纵轴，彼此相差小于1°，优选至多0.8°，特别优选至多0.5°，非常特别优选至多0.2°。
在根据本发明的一个组件中，因此在至少两个具有相同第一缠绕角度的缠绕层之间存在具有第二不同缠绕角度的缠绕层。根据本发明在一个缠绕层的单个线圈之间提供中间空间的结果是，这些由不同缠绕角度设置的缠绕层的线圈图案以交叉方式重叠。因为在相应缠绕层的过渡处第一和第二缠绕角度的大小不同，所以如同在已知交叉缠绕的情况中的，不仅仅缠绕角度的符号发生变化。因此，根据本发明，如同在交叉缠绕中一样，不存在均匀分布在缠绕区域的线圈的交叉；相反，在根据本发明的组件中，存在单个缠绕层的不均匀分布的交叉。结果，特别是实现了更好的负荷分布和因此更高的组件机械强度。当提供单个全覆盖设置的线圈时，已存在这种增加的机械强度。
由于根据本发明的单个缠绕层的设置的类型，因此消除了如现有技术中已知的线圈中出现的单个缠绕层的明显分离，从而在每种情况下，一个缠绕层的纤维接合于位于其上方和/或下方的一个或多个缠绕层中。结果，在特定程度上，形成混合层或组合层，结果是其中实现单个连续的总线圈。因此，获得织物样编织结构，其中与现有技术中已知的相应结构相比，层间粘结提高。
而在根据现有技术的缠绕纤维复合组件中，因此存在彼此明显分开的缠绕层，其至多通过化学和/或物理相互作用彼此结合，在根据本发明的组件中，单个缠绕层之间存在机械互锁或交织，借此实现明显更高的组件稳定性和机械强度，特别是提高的冲击韧性和损伤容限。根据本发明的组件因此还能够用于具有最大负荷要求的应用，如防弹板。
单个线圈之间存在的中间空间侧，即在缠绕层的俯视状态下缠绕层的单个纤维复丝的间隔以及单个缠绕层之间的单个缠绕角度或缠绕图案的顺序，基本上可取决于应用的要求而大范围地变化。
由一个设置在另一个上方的所有缠绕层形成的整个线圈优选在俯视状态下无中间空间。换言之，一个设置在另一个上方的缠绕层完全覆盖线圈芯的缠绕部分或缠绕圆周表面。缠绕层由此形成无凹处的组件壁，例如用于坩埚的容器壁。因此，缠绕层的线圈之间的中间空间不用于生产具有穿孔壁的组件，而是用于交错接收其它缠绕层的线圈。
根据本发明的一个实施方式中，在每个包括超过一个线圈的缠绕层中，该缠绕层中线圈之间的中间空间的面积总和与该缠绕层总面积的比率是0.05000至0.99999，优选0.90000至0.99999，特别优选0.99000至0.99999，非常特别优选0.99990至0.99999。考虑到组件的稳定性和机械强度，已证明这样的面积比特别有利。
根据本发明，缠绕层内所有线圈的缠绕角度彼此相差小于1°，优选至多0.8°，特别优选至多0.5°，非常特别优选至多0.2°。这有利于组件具有均匀的机械强度。
另一方面，根据本发明，第二缠绕角度的大小与第一缠绕角度的大小相差至少1°，优选至少2°，特别优选至少3°，非常特别优选至少4°，最优选至少5°。为了实现缠绕层之间的确定的交织，特别有利的是，避免都具有过类似缠绕图案的缠绕层的设置。
优选地，至少一个缠绕层的至少一个线圈至少在一些部分中接合于设置在该缠绕层下方和/或上方的缠绕层的至少一个中间空间中。因此，相应缠绕层的线圈不严格彼此堆叠，而是一个缠绕层的线圈的部分各自穿入另一个缠绕层中，从而在缠绕层之间获得牢固的机械连接。
根据本发明的一个特别优选的实施方式，至少一个具有第一缠绕角度线圈的缠绕层的所有线圈都接合于至少一个具有第二缠绕角度的至少一个线圈的缠绕层的中间空间中，和/或另外的具有第一缠绕角度的线圈的缠绕层的中间空间中。为此目的，具有第一缠绕角度的单个缠绕层的线圈优选地设置成彼此偏移，以使一个含有具有第一缠绕角度的线圈的缠绕层的线圈设置在另一个含有具有第一缠绕角度的线圈的缠绕层的中间空间上方。结果，缠绕相对于线圈芯或组件的圆周表面均匀交织，因此实现特别高的组件强度。
每个缠绕层都可以包括1至2,000个、优选1至250个、特别优选1至150个，非常特别优选1至10个线圈。线圈的数量具体地取决于特定应用的要求。
此外，所述组件优选包括至少10个、优选200至10,000个、特别优选500至10,000个、非常特别优选2,000至5,000个缠绕层，其一个设置在另一个上方。通过调节一个设置在另一个上方的缠绕层的数量，可以用预定强度的纤维复丝实现组件的期望的壁厚度或期望的机械强度。
根据本发明的另外的优选实施方式，在每种情况下，一个具有第一缠绕角度线圈的缠绕层和一个具有第二缠绕角度线圈的缠绕层直接以交替顺序一个设置在另一个上方，并且具体地，特别优选一个直接设置在另一个上方。在这种实施方式中，所得缠绕图案类似于交叉缠绕，然而，与交叉缠绕相对比，其中通过大小上不同的缠绕角度来实现期望的交织效果。
除了具有第二缠绕角度的线圈的缠绕层之外，至少一个另外的缠绕层可设置在至少两个具有第一缠绕角度线圈的缠绕层之间。通过提供这样的“中间层”，可以以期望的方式对组件的机械性能施加影响。所述至少一个另外的缠绕层可以包括一个或多个线圈，其中所有这些线圈都具有第三缠绕角度，它的大小不同于第一缠绕角度的大小，也不同于第二缠绕角度的大小。以这样的方式，三种或更多种不同缠绕角度可以彼此组合以进一步增加缠绕层之间的交织效果，从而增加组件强度。
所有具有第二缠绕角度的线圈优选与至少一个具有第一缠绕角度的线圈相交。因此，在线圈芯上，具有第二缠绕角度的线圈不被设置为在空间上远离具有第一缠绕角度的线圈。相反，具有不同缠绕角度的线圈重叠在线圈芯或组件的一个或同一个部分上，其中不同缠绕角度交叉的结果不可避免地最终导致缠绕层之间连接的改进。
所述纤维优选地选自碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、聚合物纤维和两种或更多种上述材料的混合物，其中所述聚合物纤维优选地是聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、氧化聚丙烯腈纤维、两种或更多种上述材料的共聚物的纤维和两种或更多种上述材料的混合物，其中所述聚酰胺纤维特别是芳族聚酰胺纤维。这样的纤维材料适合提供具有高机械强度的缠绕组件。在这种情况下，该纤维的平均直径可以是例如3至20μm。也可以使用纤维束，每沉积的纤维束的纤维平均数可以在500与400,000之间，优选在1,000与50,000之间，特别优选在3,000与50,000之间。
特别地，根据本发明的组件可由碳纤维增强碳（CFC）、碳纤维增强塑料（CFP）、碳纤维增强陶瓷或陶瓷纤维增强陶瓷（CMC）组成。这类复合材料的特征尤其在于高机械稳定性和热稳定性、高抗冲击性、高耐化学性和高化学纯度。
一个设置在另一个上方的缠绕层形成无支撑的线圈。即，在完成组件的制造之前除去用于缠绕纤维材料的线圈芯，从而形成由缠绕层包围的空腔。以这样的方式，所述组件可以用作空心型材或用作容器。
根据另外的特定的实施方式，所述组件被配置成用于熔化和结晶金属和/或半金属的坩埚。
本发明还涉及一种制造由纤维复合材料制成的组件的方法，其中至少三个纤维材料缠绕层缠绕在线圈芯上，其中：
-对于每个缠绕有一个或多个线圈的缠绕层，其中一个具有超过一个线圈的缠绕层的所有线圈，都以相同的缠绕角度且至少在一些部分中彼此分开地缠绕在线圈芯上，以在线圈之间形成中间空间，
-至少两个具有相同第一缠绕角度的缠绕层的线圈缠绕在线圈芯上，并且
-至少一个具有大小与第一缠绕角度大小不同的第二缠绕角度的缠绕层的所有一个或多个线圈，都以如下方式缠绕在线圈芯上，该方式使得这个缠绕层设置在至少两个具有相同第一缠绕角度线圈的缠绕层之间，并且至少一个具有第二缠绕角度的线圈与至少一个具有第一缠绕角度的线圈相交。
不同缠绕图案的重叠与留在缠绕层内部的中间空间结合，能够实现单个缠绕层的相互交错，并因此实现增加所制造组件的机械稳定性的特定的交织或互锁效果。
所述至少三个缠绕层的线圈优选以如下方式缠绕在线圈芯上，该方式使得它们至少完全覆盖线圈芯的部分。线圈芯的这个部分在成品组件上构成连续的无凹处壁。
对于每个缠绕层，所述纤维材料的线圈被缠绕在线圈芯上，至少在一些部分中彼此分开以在线圈之间形成中间空间，从而使缠绕层中线圈之间的中间空间的面积总和与缠绕层总面积的比率是0.05000至0.99999，优选0.90000至0.99999，特别优选0.99000至0.99999，非常特别优选0.99990至0.99999。对于组件的稳定性，这样的表面比特别有利。
根据本发明的方法可以包括如下另外的步骤：
-在所述缠绕之前、期间或之后，用粘结剂浸渍所述纤维材料，和
-在所述纤维材料浸渍之后并且缠绕之后，固化所述粘结剂。
优选在缠绕期间浸渍所述纤维材料。可选地，还可以用已预浸渍和/或稳定过的纤维材料（预浸材料）进行缠绕。基本上可以使用本领域普通技术人员所知的所有粘结剂，其中特别是当使用如下基质材料时，获得良好的结果，该基质材料选自环氧树脂、酚树脂、乙烯酯树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、苯并嗪树脂、酚醛清漆、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、双
嗪树脂（Bisoxazinharzen）、诸如聚丙烯的聚烯烃、诸如聚酰胺的工程热塑性塑料和两种或更多种上述材料的任何混合物。此外，所述粘结剂可以包括适合的填充剂，例如碳或石墨粒子或者磨碎或短切的纤维。另外，可以向粘结剂中添加适合的添加剂，例如硬化剂、加速剂、乳化剂、内部分离剂等。
取决于粘结剂的类型，可通过热方法和/或化学方法进行所述固化。
固化之后，可以进行碳化和/或石墨化以使基质材料转化成碳。以这样的方式，可以生产碳纤维增强碳复合材料。在这种情况下，优选在400至1,200℃，特别优选600至1,000℃的温度下进行所述碳化，而优选在1,400至3,000℃，特别优选1,600至2,400℃的温度下进行所述石墨化。
为了进一步增加基质的碳含量或纤维复合材料的密度，在碳化或石墨化之后，可使用适合的树脂和/或沥青进行另外的一个或多个液体压实步骤。在每个这样的液体压实步骤之后，进行碳化和/或石墨化。也可以使用根据CVI原理（“化学气相渗透”）的方法以进一步提高基质中的碳含量。
根据本发明的一个特定的实施方式，对于所述缠绕，将含有碳纤维的连续纤维复丝铺设在线圈芯上。
在将缠绕层缠绕在线圈芯上之前，特别地，可为自动缠绕机创建和/或配置含有关于所述缠绕的控制指令的程序，其中通过执行所述控制指令完成所述线圈的缠绕。因此所述缠绕过程本身能够全自动地进行。
附图说明
下文参照实施例进一步解释本发明，这些实施例通过参照附图来解释本发明，但不限制本发明。
图1是其上缠绕有第一示例性实施方式纤维材料的第一缠绕层的线圈芯的侧视图。
图2显示在第一缠绕层上缠绕另外的第二缠绕层的图1线圈芯。
图3显示在第二缠绕层上缠绕另外的第三缠绕层的图1线圈芯。
图4显示在第三缠绕层上缠绕另外的第四缠绕层的图1线圈芯。
图5是根据第二示例性实施方式其上缠绕有一个设置在另一个上方的两个纤维材料缠绕层的线圈芯的侧视图。
图6是根据图5的线圈芯的透视图。
图7是根据图5的线圈芯的另一透视图。
图8是根据另一示例性实施方式在线圈芯上沉积的缠绕图案截面的侧视图。
图9a-9d显示根据另一示例性实施方式的线圈芯的截面的侧视图，该线圈芯上缠绕有两个纤维材料缠绕层（图9a）、四个纤维材料缠绕层（图9b）、六个纤维材料缠绕层（图9c）和八个纤维材料缠绕层（图9d）。
具体实施方式
根据图1至4中所示的本发明第一示例性实施方式，通过在线圈芯或线圈芯轴11上缠绕多个纤维材料缠绕层由纤维复合材料制造用于熔化金属的坩埚。仅部分显示的线圈芯11是具有圆柱形护套部分13和圆顶状覆盖部分15的金属空心体。线圈芯11绕旋转轴R可旋转地安装在未图示的支架上，其中安置也未图示的缠绕机的进料口，以使得它可以将由浸渍粘结剂的碳纤维构成的连续纤维复丝17沉积在线圈芯11上。以这样的方式，形成线圈23，这些线圈23各自完全围绕线圈芯11缠绕一次。在沉积期间，用可固化的基于聚合物的粘结剂浸渍连续纤维复丝。
在浸渍过的连续纤维复丝17沉积期间，通过移动进料口和使线圈芯11绕旋转轴R转动，在线圈23与完全跨越平行于旋转轴R的线圈芯11的圆周表面的最短线之间设定特定缠绕角度β。
以这种方式，缠绕第一缠绕层20a，它的线圈23都具有45°的缠绕角度β。连续纤维复丝17彼此相隔一段距离沉积，从而在单个线圈23之间存在中间空间25。
由于线圈芯或先前缠绕层上的缠绕层的滑移摩擦相对较小而不会达到预定的缠绕角度，为了实现该预定的缠绕角度，可以另外地在线圈芯上提供销或销边，将缠绕层相对于线圈芯保持或稳定在适合的位置。如果缠绕角度从一个缠绕层到下一个缠绕层的变化很大，以致由于滑移摩擦较小而不可能在线圈芯或先前缠绕层上稳定保持缠绕层，那么使用销也特别有利。
然后，根据图2，在第一缠绕层20a上方将第二缠绕层20b缠绕在线圈芯11上，其中该第二缠绕层20b的线圈23具有0°的缠绕角度。
然后，根据图3，在第二缠绕层20b上方将第三缠绕层20a缠绕在线圈芯11上。第三缠绕层20c的线圈23，和第一缠绕层20a的线圈23一样，具有45°的缠绕角度，但相对于第一缠绕层20a的线圈23发生偏移，从而它们位于第一缠绕层20a的中间空间25上方。通过这种处理，将第二缠绕层20b的线圈23一定程度地压入中间空间25中。
此外，根据图4，在第三缠绕层20c上方将第四缠绕层20d缠绕在线圈芯11上。第四缠绕层20d的线圈23，和第二缠绕层20b的线圈23一样，具有0°的缠绕角度，但相对于第二缠绕层20b的线圈23发生偏移，从而它们位于第二缠绕层20b的中间空间25上方。从而，第三缠绕层20b的线圈23又被压入位于其下的相应中间空间25中。
两个不同缠绕角度的结果是，第一缠绕层20a的线圈23与第二缠绕层20b和第四缠绕层20d的线圈23相交。同样地，第三缠绕层20c的线圈23与第二缠绕层20b和第四缠绕层20d的线圈23相交。
作为一个实施例，仅显示两个可选的的缠绕角度0°和45°。在本发明的一个可选示例性实施方式中，第一、第二、第三和第四缠绕层20a、20b、20c、20d的线圈23具有0.3°、2°、5°和6°的缠绕角度。
然后在现有缠绕层20a、20b、20c、20d上方缠绕另外的缠绕层，直到一个设置在另一个上方的所有缠绕层的线圈23完全覆盖线圈芯11的护套部分13和覆盖部分15。
最后，使浸渍过的连续纤维复丝17的粘结剂通过热方法或化学方法固化，并且去除线圈芯11。这可例如通过如下方式实现：将在覆盖部分15对面形成的线圈的部分分离，并且从线圈中去除线圈芯11，从而形成一个设置在另一个上方的缠绕层的空心体，这个空心体形成坩埚。去除线圈芯11之前或之后，可以另外地进行碳化和/或石墨化，以使粘结剂转化成无定形碳或石墨。
图5至7显示另一种线圈芯11，该线圈芯11具有沉积的浸渍过粘结剂的连续纤维复丝17，其中在此次可看出，在线圈芯11的前侧开孔33上方引导线圈。定义旋转轴R的可旋转轴29延伸穿过开孔33。另外，由图6推导出，不同于在图1至4中所示的示例性实施方式，所有线圈23在中心点31处相交，在中心点31处旋转轴R穿过线圈芯11的覆盖部分15。
对于自动进行的缠绕，在将线圈23缠绕在线圈芯11上之前，为可旋转轴29和进料口的驱动创建和/或配置含有关于缠绕的控制指令的计算机程序。可通过执行控制指令而完全自动地进行之前描述的线圈23的缠绕。
图8显示根据另一示例性实施方式在线圈芯上沉积的缠绕图案的截面的侧视图。由此图可看出在每种情况下线圈23的单个缠绕层20a、20b如何与数量上不同的缠绕角度相交，其中交叉不均匀地分布，结果是实现根据本发明的期望的交织效果，从而导致组件的机械稳定性和机械强度增大，特别是冲击韧性和损伤容限增大。
图9a至9d显示线圈芯的截面的侧视图，其中图9a中显示的线圈芯截面中沉积有两个缠绕层20a、20b，图9b中显示的线圈芯截面上沉积有四个缠绕层20a、20b、20c、20d，图9c中显示的线圈芯截面上沉积有六个缠绕层20a、20b、20c、20d、20e、20f，并且图9d中显示的线圈芯截面中沉积有八个缠绕层20a、20b、20c、20d、20e、20f、20g、20h。这些缠绕层中的每两个20a和20b或20c和20d或20e和20f或20g和20h具有大小相同但符号不同的缠绕角度，而其它缠绕层各自具有大小与此不同的缠绕角度。在本发明意义上这些交叉的缠绕层各自包括两个不同的缠绕层。用这种缠绕图案也获得不均匀分布的交叉，结果是实现根据本发明的期望的交织效果，并因此导致组件的机械稳定性和机械强度增大，特别是冲击韧性和损伤容限增大。
附图标记：
11 线圈芯
13 护套部分
15 覆盖部分
17 连续纤维复丝
20a、20b、20c、20d 缠绕层
20e、20f、20g、20h 缠绕层
23 线圈
25 中间空间
27 交叉点
29 可旋转轴
31 中心点
33 前侧开孔
R 旋转轴
β/γ/δ 缠绕角度
Claims (24)
1.一种由纤维复合材料制成的组件，所述组件包括一个设置在另一个上方的由纤维材料制成的至少三个缠绕层（20a，20b，20c，20d），其中
-每个所述缠绕层（20a，20b，20c，20d）包括一个或多个线圈（23），其中对于每个包括超过一个线圈（23）的缠绕层（20a，20b，20c，20d），所述缠绕层（20a，20b，20c，20d）的所有线圈（23）都具有相同的缠绕角度（β）且至少在一些部分中彼此分开以在所述线圈（23）之间形成中间空间（25），
-至少两个所述缠绕层（20a，20c）的所有线圈（23）都具有相同的第一缠绕角度（β），并且
-至少一个如下缠绕层（20b）的所有所述一个或多个线圈（23）都具有第二缠绕角度（γ），所述缠绕层（20b）设置在所述至少两个具有相同第一缠绕角度（β）的线圈（23）的缠绕层（20a，20c）之间，其中所述第二缠绕角度（γ）的大小不同于所述第一缠绕角度（β）的大小，并且其中至少一个具有第二缠绕角度（γ）的线圈（23）与至少一个具有第一缠绕角度（β）的线圈（23）相交。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于在俯视状态下，由所有一个设置在另一个上方的缠绕层（20a，20b，20c，20d）形成的整个线圈没有中间空间。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于在每个包括超过一个线圈（23）的缠绕层（20a，20b，20c，20d）中，所述缠绕层（20a，20b，20c，20d）中所述线圈（23）之间的中间空间（25）的面积总和与所述缠绕层（20a，20b，20c，20d）总面积的比率是0.05000至0.99999，优选0.90000至0.99999，特别优选0.99000至0.99999，非常特别优选0.99990至0.99999。
4.根据前述权利要求中的至少一项所述的组件，其特征在于缠绕层（20a，20b，20c，20d）中所有线圈（23）的缠绕角度（β）彼此相差小于1°，优选至多0.8°，特别优选至多0.5°，非常特别优选至多0.2°。
5.根据前述权利要求中的至少一项所述的组件，其特征在于所述第二缠绕角度（γ）的大小与所述第一缠绕角度（β）的大小相差至少1°。
6.根据前述权利要求中的至少一项所述的组件，其特征在于至少一个所述缠绕层（20a，20b，20c，20d）的至少一个线圈（23）至少在一些部分中接合于设置在所述缠绕层下方和/或上方的缠绕层（20a，20b，20c，20d）的至少一个中间空间（25）中。
7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，至少一个缠绕层（20a）的所有线圈（23）接合于所述至少一个缠绕层（20b）的中间空间（25）中和/或所述另外的缠绕层（20c）的中间空间（25）中，其中所述缠绕层（20a）具有第一缠绕角度（β）的线圈（23），所述缠绕层（20b）具有所述至少一个具有第二缠绕角度（γ）的线圈（23），并且所述缠绕层（20c）具有第一缠绕角度（β）的线圈（23）。
8.根据前述权利要求中的至少一项所述的组件，其特征在于每个所述缠绕层（20a，20b，20c，20d）都包括1至2,000个、优选1至250个、特别优选1至150个，非常特别优选1至10个线圈（23）。
9.根据前述权利要求中的至少一项所述的组件，其特征在于所述组件包括一个设置在另一个上方的至少10个、优选200至10,000个、特别优选500至10,000个、非常特别优选2,000至5,000个缠绕层（20a，20b，20c，20d）。
10.根据前述权利要求中的至少一项所述的组件，其特征在于在每种情况下，一个具有第一缠绕角度（β）的线圈（23）的缠绕层（20a，20c）与一个具有第二缠绕角度（γ）的线圈（23）的缠绕层（20b，20d）以交替顺序一个直接设置在另一个上方。
11.根据权利要求1至9中的至少一项所述的组件，其特征在于，除了所述具有第二缠绕角度（γ）的线圈（23）的缠绕层（20b）之外，至少一个另外的缠绕层设置在所述至少两个具有第一缠绕角度（β）的线圈（23）的缠绕层（20a，20c）之间。
12.根据权利要求11所述的组件，其特征在于所述至少一个另外的缠绕层包括一个或多个线圈（23），其中所有这些缠绕都具有第三缠绕角度（δ），它的大小不同于第一缠绕角度（β）的大小，也不同于第二缠绕角度（γ）的大小。
13.根据前述权利要求中的至少一项所述的组件，其特征在于所有具有第二缠绕角度（γ）的线圈（23）与至少一个具有第一缠绕角度（β）的线圈（23）相交。
14.根据前述权利要求中的至少一项所述的组件，其特征在于所述纤维选自碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、聚合物纤维和两种或更多种上述材料的混合物，其中所述聚合物纤维优选是聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、氧化聚丙烯腈纤维、两种或更多种上述材料的共聚物的纤维和两种或更多种上述材料的混合物，其中所述聚酰胺纤维特别是芳族聚酰胺纤维。
15.根据前述权利要求中的至少一项所述的组件，其特征在于纤维复合材料是碳纤维增强碳（CFC）、碳纤维增强塑料（CFP）、碳纤维增强陶瓷或陶瓷纤维增强陶瓷（CMC）。
16.根据前述权利要求中的至少一项所述的组件，其特征在于所述一个设置在另一个上方的缠绕层（20a，20b，20c，20d）形成无支撑的线圈。
17.根据前述权利要求中的至少一项所述的组件，其特征在于所述组件配置成用于熔化和结晶金属和/或半金属的坩埚。
18.一种制造由纤维复合材料制成的组件、特别是根据前述权利要求之一所述的组件的方法，其中至少三个纤维材料缠绕层（20a，20b，20c，20d）缠绕在线圈芯（11）上，其中：
-对于每个缠绕有一个或多个线圈（23）的所述缠绕层（20a，20b，20c，20d），其中一个具有超过一个线圈（23）的缠绕层（20a，20b，20c，20d）的所有线圈（23）都以相同的缠绕角度（β）且至少在一些部分中彼此分开地缠绕在所述线圈芯（11）上，以在所述线圈（23）之间形成中间空间（25），
-至少两个具有相同第一缠绕角度（β）的缠绕层（20a，20c）的线圈（23）缠绕在所述线圈芯（11）上，且
-至少一个具有大小与第一缠绕角度（β）大小不同的第二缠绕角度（γ）的缠绕层（20b）的所有一个或多个线圈（23）以如下方式缠绕在所述线圈芯（11）上，该方式使得这个缠绕层（20b）设置在所述至少两个具有第一缠绕角度（β）的线圈（23）的缠绕层（20a，20c）之间，且至少一个具有第二缠绕角度（γ）的线圈（23）与至少一个具有第一缠绕角度（β）的线圈（23）相交。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于所述至少三个缠绕层（20a，20b，20c，20d）的所述线圈（23）以如下方式缠绕在所述线圈芯（11）上，该方式使得它们至少完全覆盖所述线圈芯（11）的部分。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于对于每个缠绕层（20a，20b，20c，20d），所述纤维材料的至少两个线圈（23）缠绕在所述线圈芯（11）上，至少在一些部分中彼此分开以在所述线圈之间形成中间空间（25），使得所述缠绕层（20a，20b，20c，20d）中所述线圈（23）之间的所述中间空间的面积总和与所述缠绕层（20a，20b，20c，20d）的总面积的比率是0.05000至0.99999，优选0.90000至0.99999，特别优选0.99000至0.99999，非常特别优选0.99990至0.99999。
21.根据权利要求18至20中的至少一项所述的方法，其特征在于另外的步骤：
-在所述缠绕之前、期间或之后，用粘结剂浸渍所述纤维材料，和
-在所述浸渍之后并且在所述纤维材料缠绕之后，固化所述粘结剂。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于通过热方法和/或化学方法进行所述固化。
23.根据权利要求18至22中的至少一项所述的方法，其特征在于对于所述缠绕，将含有碳纤维的连续纤维复丝（17）铺设在所述线圈芯（11）上。
24.根据权利要求18至23中的至少一项所述的方法，其特征在于，在所述缠绕层（20a，20b，20c，20d）缠绕在所述线圈芯（11）上之前，为自动缠绕机创建和/或配置含有关于所述缠绕的控制指令的程序，其中通过执行所述控制指令完成所述线圈（23）的缠绕。
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