CN104903078A - 以两个步骤制造三维纤维织物和由纤维制成的部件预制件的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于从纤维织物制造三维纤维织物和部件预制件的方法和设备，所述方法包括以下步骤：将由纱线织物形成的大体上为凸形主体(14)的有待再成形的区域(16)再成形为凹形区域(22)。

Description

以两个步骤制造三维纤维织物和由纤维制成的部件预制件的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于从纤维制造三维织物和部件预制件的方法和设备。

背景技术

如今，在从长纤维直接制造三维预制件和预堆叠的过程中，从线轴解开纤维并通过使用各种方式将其铺设在核心部分或一般工件载体上。核心部分的轮廓在维度和形状方面类似于部件轮廓。通常，在低或高张力下进行铺设，从而使得纤维横跨工件载体中的凹形区域，只要它们不被特别措施保持在这些凹形区域中即可。

例如，从DE 10 2010 015 199 A1中已知此方法。

如今，通常用于将纤维保持在凹形区域中的措施是例如有待铺设的纤维在工件载体上或在已经铺设的纤维上的材料粘合，这样使得纤维在张力作用下不会从凹形区域分离。这意味着必须提供按压工具，该工具将纤维按压到凹形区中，并且保持按压直到材料粘合(例如通过胶合)产生足够的黏附。特别是对小曲率半径的凹形区，不再使用一般形状的按压工具(例如压辊)来实现，因为将会超出其弹性。此外，加工速度受到材料粘合成型的要求限制。

另一个可能性是提供多个交叉纤维，交叉纤维在被同时施加时确保凹形区域中的纤维由于其张力而邻接。这要求这些纤维中的至少一个呈现出沿工件载体的纯凸形路径，以便通过利用由于拉紧产生的其径向张力而将具有凹形路径的其它纤维按压到工件载体的表面上。为此，纤维的交叉是必要的，其中至少在几个交叉点处具有凸形路径的纤维必须铺设在具有凹形路径的纤维上。这意味着凸形延伸的纤维可以延伸较大距离到达工件载体的表面。

可替代地，纤维层可以通过经受负压来被抽吸并保持在工件载体上。在此方法中，必须将纤维引导至工件载体的表面附近，以便由通过工件载体表面的气流抽吸到表面上并且保持在其上。

所有上述措施均可能导致生产率或部件设计自由度的损失或者在其应用方面受到限制。因此，通常，具有纯凸形式的形状可制造地更快，并且具有更高的加工可靠性。

发明内容

因此，本发明的目标在于使得有可能在无上述缺点的情况下制造具有凸形和凹形区域的任何三维纤维织物或预制件或预堆叠。

此目标通过根据独立权利要求1和6的方法以及根据独立权利要求13所述的设备实现。从属权利要求中列举进一步的改进。

该方法分两个步骤完成。在第一步骤中，实现松散纤维到具有至少一个凸形区域的主体的初始成形。此主体具有一个未完成的几何结构或初始形状。优选地，主体是开口的、整体呈凸形的外形(开口外形主体)。在开口外形中，诸如像U形外形，通常从一侧看是凸形的表面，从另一侧看时则是凹形的。因此，在下文中，当论述凸形主体时，假定在从上部或外侧(例如，当放置在工件载体上时的可见侧)观察时其上侧或外侧是凸形的。对于由纱类织物形成的主体而言，外侧应为主体的未放置在工件载体上而用于形成主体的侧面。

在横截面视图中，此“凸形区域”或“凸形”仅仅在正(左)或负(右)方向上为弯曲(取决于观察角度)，或者其仅仅由正或负弯曲的部分和平坦部分形成。在此处以及下文中，“凹形区域”应理解为意味着在横截面视图中仅仅在与凸形区域相反的方向上弯曲的区域或者仅仅由在相反方向上弯曲的部分以及由平坦部分形成的区域。

在第二步骤中，实现由初始形状到二次形状或完成的几何结构的二次成形，所述形状在纤维的铺设方向上或者在上述相同的第一方向上或从上述相同的第一方向观察时包括至少一个凹形区域，在此，第一方向相对于主体的未再成形的区域和/或使用再成形设备而言是静止的。

更详细而言，这意味着：在初始成形中，从长纤维和可选地添加物的3D铺设过程中由长纤维制造初始凸形预制件(或预堆叠)。“初始凸形”意味着所述主体包括至少一个凸形区域(凸形表面)。预制件是由例如像材料碳、玻璃、玄武岩、芳族聚酰胺的粗纱、纤维或细丝构成的纤维织物，它们称为增强纤维，只要它们在另一个上游或下游过程步骤中通过与基质材料(例如合成材料)粘合而被增补到复合材料中即可。粗纱是一种纱线，纱线由纤维材料(可以称为实际纤维)所制成的多个细丝构成。此粗纱可以由几个(例如8或10个细丝)直到多达50,000个细丝构成。在此申请中，术语“纤维”优选地指代粗纱。

这样初始形成的主体的几何结构称为未完成的几何结构或初始形状，因为其已经与预期部件具有相似性，具有类似的维度、类似的形状或甚至类似的深拉比。优选地，初始形状的横截面所横跨的表面大于相应的预期形状的横截面所横跨的表面。

形成未完成的几何结构的纤维具有与稍后需要用于完成的几何结构的那些纤维具有类似或者优选地相同的纤维长度。未完成的几何结构优选地相对于有待铺设的纤维是纯凸形，从而使得可以快速并且以初始成形过程中定义的方式铺设预制件(预堆叠)的所有纤维。

未完成的几何结构(初始形状)与完成的几何结构(二次形状)的偏差(即，为了由未完成的几何结构形成所需的完成的几何结构，未完成的几何结构看起来应为何种形状的计算)起着重要作用，因为其影响将未完成的几何结构再成形为完成的几何结构时纤维的必要自由度。为此目的，优选地使用计算机程序(例如，CAD、FEM程序和数学优化算法)。

选择未完成的几何结构的形状的优选目标在于未完成的几何结构至少部分地、优选地全部含有完成的几何结构所需的相同的纤维长度。在此，“相同的纤维长度”意味着形成未完成的几何结构的具体有待再成形(凸形)区域的纤维的段或区域与形成完成的几何结构的对应再成形区域的相同纤维的段或区域相同。如果这应用于所有纤维，则有待再成形为凹形区域的凸形区域的表面积也优选地等于再成形之后的凹形区域的表面积。因此，有可能纯粹通过弯曲未完成的几何结构预制件而且无需扭曲纤维走向走向来获得完成的几何结构预制件。

如果不能完全实现此目标，则未完成的几何结构必须包括例如最低程度地较短的纤维长度。换言之，形成未完成的几何结构的纤维的区域或段的长度最低程度地短于再成形之后形成完成的几何结构的相同纤维的段或区域的长度。在此情况下，在再成形为完成的几何结构的过程中，实际上必须被拉伸的纤维是从边缘再次拉动的(然而，上述纤维的拉伸仅可能达到非常有限的程度)。由于对应的保留优选地保持在边缘处，所以可以避免再成形期间主体的“收缩”。换言之，初始的主体在其边缘处具有纤维的保留区域，该保留区域优选地在再成形之后由于滑动而被用尽。

然而，纤维的滑动或再次拉动带来的风险是与滑动纤维或纤维层接触的纤维或纤维长度也被一起拉动，这可能导致纤维走向的稍稍扭曲。因此，如果未完成和完成的几何结构中的纤维的长度差异尽可能小，则是有利的。为了避免或减少一起拉动纤维的情况，在再成形之前固定、或保持、或夹持未完成的几何结构的边缘区域中的纤维。在此，固定被实现为使得个别纤维可以滑动，但是剩余纤维固定。

预制件(相对于其中含有的纤维而言是凸形的)再成形为预期部件的所需凸形/凹形形状发生于初始成形过程之后或者每次在初始成形过程的子步骤之后。在此，预制件(初始形状)或预制件的部分(所述部分未被再成形或者仅在稍后阶段中再成形)是固定的。优选地，彼此相对的至少两个区域是固定的，其中在横截面中观察时，有待再成形的区域位于至少两个相对的固定区域之间。

固定可以通过使用真空抽吸或者通过材料粘合将预制件夹持在不可弯曲或弹性模制部件之间来实现。特别注意通过使用加压袋或管或者通过使用经受真空的烧结金属表面的新颖的纤维夹持。

再成形本身例如通过将冲模驱动到预制件中来实现。冲模可以是固定形状的，或者可以由弹性材料来设计或者设计为可填充流体介质并且可膨胀的袋。在此，对立形式可以是必要的，预制件的有待变形的区域由冲模按压到所述对立形式中。

因此，三维主体可以使用本发明的方法由纤维织物来制造，所述三维主体包括至少一个凹形区域，并且其中纤维织物的纤维以定义且可再生的方式在主体中相对于彼此布置。

此方法的优点与常规成形方法相比特别明显，其中从平坦的纤维半成品产生三维壳。取决于有待制造的形状的深度，在此在部件形状到半成品平面上的突出与三维形状之间存在显著的纤维长度差异。在平坦的纺织半成品到部件形状的所谓拉动(深拉)期间产生显著的走向扭曲。有时，此过程不可能以无褶皱的方式存在，且因此严重限制在合理的成本下部件的设计自由。

用于未完成的几何结构的工件载体和用于再成形的工具(再模制工具或再模制设备)可以是分离的部件。然而，再成形也可以在用于初始成形的工件载体上实现。此工件载体随后以工具上部补充或者包括柔韧区域。在下文中，“柔韧”区域意味着易变形的区域或表面。

再模制设备的工件载体、下部和/或上部在部分区域中也可以具有可变几何结构(柔韧区域)。在此，变化可以通过由不可弯曲或弹性材料制成的滑块或者通过引入或排出可变形设备(诸如袋)中的流体介质来实现。

除了纤维之外，如果纤维织物含有影响纤维的黏合的添加物，则此黏合的效果必然因此受到逆转或减少。在有热启动/再启动的树脂或粘合剂的情况下，这通过加热预制件产生。

作为其他变体，可以在二次成形中将用于保护纤维、控制残余变形和/或用于防止涂有粘合剂的纤维黏合到工具上的箔、薄膜或网状材料插入到预制件与成形工具之间。

在初始成形过程的一个变体中，在将纤维铺设在工件载体上的过程中直接引入一个或多个凹形区。为此，将纤维初始固定在工件载体上并向外横跨在凹形区上。冲模将尚未进一步固定的纤维按压到凹形区中，并且保持在此位置中，直到随着时间过去纤维充分固定在工件载体上。如果有必要，则通过负压或材料粘合将纤维保持在凹形区中，由此可以再次移除冲模。

用于夹持预制件的可填充压缩空气或加压液体的上述可膨胀主体或袋例如可以是管。通过使用此可膨胀主体，可以始终将主要取决于填充压力和可膨胀主体与有待夹持的材料的接触表面的相同夹持力施加在有待夹持的材料的厚度的大公差范围中。当使用不可弯曲或弹性夹持单元时，纤维层中的一般厚度公差可能导致夹持力的局部变化，且因此导致产生纤维中的不稳定的保持力和张力的风险。可以使得与有待夹持的材料几乎完全接触的管形状和主体形状是特别有利的，其中仅填充压力稍微增加。另一方面，夹持力随后可以随填充压力线性地变化，因为接触表面基本上保持相同。此外，有利的是，需要可用最大填充压力的非实体部分来进行与有待夹持的材料的接触。因此，高达最大压力的大压力范围可用于增加夹持力。

此可膨胀主体优选地实施为矩形压力管或袋。这也可以通过使用插入物来形成初始圆形管以伸展为矩形形状来实现。对于夹持管的最小需求是至少其具有夹持表面形状的表面(例如，平坦表面)。以上描述的管也可以通过将薄膜在具有任何形状的加压空间上伸展来形成。

作为用于纤维的固定的另一个替代，固定可以通过使用施加在烧结金属表面的孔中的真空或负压来提供。孔中的负压通常是通过将真空或负压施加到烧结金属表面下方的腔体来产生，这样使得均匀的大空气流通过表面的所有区域。随后在烧结金属内存在压力梯度，所述压力梯度在内部具有最大负压。在烧结金属外部和纤维层的外部存在环境压力。

通过使用真空固定薄物体(诸如纸、箔)或物质如今在本领域中是已知的。然而，为了维持固定所必需的负压，重要的是仅少量空气可以流入到与有待抽吸的材料相邻的系统中。然而，如果有待固定的材料仅覆盖可渗透固定表面的一部分，则空气可以流入到未被覆盖的区域中，并且导致固定表面中的负压减少。

如在上述初始成形且特别在二次成形中所需要的，为了固定纤维层，这是特别重要的，因为固定表面被逐条或逐纱铺设，因此当使用常规真空抽吸台时，在完全覆盖固定表面之前不能实现足够的固定。即使具有不同数量的纤维长度，有时也会产生差异很大的渗透性且因此导致局部不同强度的固定。现在为了在仅最少依赖于覆盖程度的情况下获得所有区域的均匀渗透性，必须以使得局部抗渗透性较少依赖固定表面的覆盖的方式来调节渗透性。例如这可以通过使用多孔材料(诸如像编织织物或非编织材料)来实现。

仅没有具有切口的微粗糙度的平滑表面材料可用作支持碳纤维，因为否则精细的细丝可能被钩入并且在被再次提出时导致阻碍。

令人惊讶的是，已经发现极小孔烧结金属满足这些条件。由于由金属制成的受压的球形颗粒组成的表面的结构，所以不存在细丝可能被钩入的切口。以非常小的颗粒尺寸，表面可以被设计得大体上平滑，并且即使在小材料厚度的情况下抗渗透性也大体上较高，以便实现固定表面的渗透性的均等化。

附图说明

本发明教示的其他优点和有用特征遵循参照附图的示例性实施例的描述：

图1示出了用于形成具有初始形状的纤维主体的示例性工件载体和示例性铺设设备的透视图；

图2在(a)中示出了示例性工件载体的透视图，并且在(b)、(c)和(d)中示出了用于形成初始形状的不同步骤；

图3a)至3d)示出了用于根据一种方法并且使用根据第一实施例的设备由初始形状形成二次形状的不同步骤；

图4示出了根据第一实施例的初始形状和由此初始形状形成的二次形状的示意性横截面视图；

图5示出了根据第一实施例的二次形状和其根本的原始形状的横截面的三维描述；

图6a)至图6d)示出了用于根据一种方法并且使用根据第二实施例的设备由初始形状形成二次形状的不同步骤；

图7a)至图7c)示出了用于根据一种方法并且使用根据第三实施例的设备由初始形状形成二次形状的不同步骤；

图8a)至图8d)示出了用于根据一种方法并且使用根据第四实施例的设备由初始形状形成二次形状的不同步骤；

图9a)至图9d)示出了初始形状和可从其形成的二次形状的不同实施例；

图10a)至图10d)示出了用于根据另一个实施例形成初始形状的不同步骤，以及

图11a)至图11d)示出了夹持设备的各种变体。

具体实施方式

以图1和图2a)至图2d)中的示例性方式描述具有初始形状的三维纤维织物的形成。图1示出了铺设头2所附接到的机器人1。工件载体10被保持在用于工件载体10的支撑件3上。在图1中示意性地示出了铺设头2被配置成将纤维组4铺设在工件载体10上。在图1中仅示出了纤维组4中的4个纤维。纤维组4可以包括n个纤维，其中n＝2,3...。优选地，n＝8或n＝16或n＝32。

所述布置用来制造由纤维复合材料制成的部件的三维预制件(初始形状的主体)。纤维复合材料例如是三维多轴向织物(3D-MAF)。

如图2a)中所示，对此而言，工件载体10包括工件成形区域11和边缘固定区域12。工件成形区域11对应于预制件的所需三维形状。边缘固定区域12用来将干燥的铺设纤维13固定在工件载体10的边缘区域中，在下文中将进行更详细解释。

在图2b)中，工件载体10被展示为具有第一纤维层13a，该第一纤维层已经在第一走向(＝轴向方向)上铺设在工件载体10上。如图2b)中所示，纤维层13a由已经在此轴向方向上铺设的纤维(粗纱)13组成。在图2c)中，示出了相同的工件载体10，其上的第二纤维层13b已经被铺设在第一纤维层13a上。第二纤维层13b的纤维相对于第一纤维层13a的纤维，具有-45°的方向。图2d)中示出了如何将第三纤维层13c铺设在第二纤维层13b上，其中第三纤维层13c仅已经铺设在工件载体10的一部分上。第三层13c相对于第一层13a而言，具有+45°的方向，并且因此相对于第二层13b而言，具有90°的方向。三个层13a至13c形成三维多轴向织物3D-MAF 13d。

因此，由纱线织物制成的初始形状15的主体或开口外形主体14由纤维或粗纱被铺设在第一工件载体10上而产生。由于工件载体10的表面是纯凸形和平坦的，所以纱线被铺设的同时在表面或其他已经铺设的纱线上被拉紧，这样使得在纱线与第一工件载体10之间未形成中空空间。这使得具有初始形状15的主体14的定义的且可再生的形成成为可能。纤维优选地由粘合剂保持在一起。随后从第一工件载体10移除主体14。因此，主体14形成为表面仅是凸形的初始形状15。

应注意，主体也可以通过许多其他方法来制造。例如，纤维或粗纱也可以使用框架以深拉的方式来制造。此外，工件载体10中也可以存在凹形区域，纤维横跨所述凹形区域。

图3a)至图3d)以横截面视图示出了将具有初始形状15的主体14再成形为具有再成形的区域22的二次形状(完成的几何结构)20的再成形方法，从图3上方观察时，所述再成形的区域22具有至少一个凹形部分。

为了简化进一步描述，在图3a)中，具有初始形状15的主体14的横截面被展示为不完全对应于图2d)中所示的主体14的横截面。应明确注意，进一步描述也适用于如图1至图2d)中所描述的已经完成的主体或部件14。如图3a中所示，用于初始形状的主体14的工件载体10特别具有对应于图3a中的主体14的内部轮廓的外部轮廓。

如图3b)至图3d)中所示，具有如图3a)中所示的初始形状的主体14在再模制设备25中被再成形为二次形状20。在此实施例中，再模制设备25包括再模制下部工具(也称为再模制正模具、工件载体、工具保持器或再模制工具)26，初始形状15的主体14被放置或铺设到所述再模制下部工具上。再模制下部工具26的形状类似于第一工件载体10的形状。优选地，再模制下部工具26的截面与第一工件载体10的最大宽度和高度相同，这使得主体14可以定义的方式靠在再模制下部工具26上。

再模制下部工具26与工件载体10的不同之处在于其包括具有凹形区域28的表面。

图3b)至3c)中所示的横截面视图始终示出了相同的横截面平面。横截面平面优选地相对于非再成形的区域和/或再模制下部工具26而言是静止的。也就是说，再模制下部工具26与横截面平面和主体的非再成形的区域相交的区域优选地相同。

如图2c)中所示，在将主体14铺设或推动或放置到再模制下部工具26上之后，在再模制下部工具26的凹形表面28与主体14的内表面30(即，面向再模制下部工具26的凹形表面(或者仅包括平坦并且在图3b中所示的一个横截面视图中包括正弯曲的部分的表面))之间自动地形成中空空间32。

主体14或者主体不与再模制下部工具26的表面接触的有待再成形的凸形区域16(或者主体的仅包括平坦并且在图3a中所示的一个横截面视图中包括负弯曲的部分的有待再成形的区域)，即，主体14的形成中空空间32的凸形区域16，随后通过冲模或再模制上部工具(也称为再模制负模具、工件载体、工件保持器或再模制工具)34来再成形，所述冲模或再模制上部工具也是再模制设备25的一部分，这样使得主体14的内表面30邻接在再模制下部工具26的凹形上表面28上。再成形大体上仅通过弯曲主体14来实现。也就是说，在此实施例中，主体14大体上不被压缩或伸展。在此实施例中，形成初始形状15的凸形区域16的纤维(或纤维区域)具有与形成主体的凹形区域22的纤维(或纤维区域)相同的长度。有待再成形的凸形区域16仅包括凸形和平坦的区域，并且再成形的凹形区域仅包括凹形和平坦的区域。替代地，也可以从有待再成形的纯凸形区域获得再成形的区域，所述再成形的区域包括凹形和凸形、或者凹形和凸形和平坦的区域。另外，在此情况下，再成形仅通过弯曲实现。从图3所示的横截面中可以进一步看出，主体14的非有待再成形的区域52之间的有待再成形的区域16的截面表面的轮廓的长度与非有待再成形的区域52之间的再成形的区域22的截面表面轮廓的长度相同。在“较厚”主体的情况下，在横截面中观察时定界外表面或内表面的线路或者延伸穿过非有待再成形的区域之间的有待再成形的区域16的中心线路也是如此。

冲模34优选地具有与再模制下部工具26的凹形表面或凹形表面区域28的凹形表面互补的形状(优选地减少主体14的层厚度)。也就是说，至少在面向再模制下部工具26的侧面上，冲模34大体上具有中空空间32的轮廓，该轮廓由再模制下部工具26定界。

在此实施例中，再模制下部工具26的凹形区域28具有与第一工件载体10的表面的对应凸形区域或主体14的对应凸形区域16相同的表面积。第一工件载体10的表面的尺寸优选地至少部分对应于再模制下部工具26的对应表面的尺寸。具体来说，两个工件载体藉以彼此不同且用于形成初始和二次形状的表面区域的尺寸是相同的尺寸。

在此实施例中，再模制下部工具和再模制上部工具各自优选地被形成为不可弯曲的模制零件。

二次形状或完成的几何结构20通过再成形过程来形成。也就是说，主体14的凸形区域16被再成形为凹形区域22(参见图3d))。

如从图3c)中可以看出，在再成形之前，使用保持或固定设备50固定地夹持主体14，所述保持或固定设备50在此也是再模制设备25的一部分。在此，将主体14的保持或夹持或固定区域52固定地夹持在固定设备50与再模制下部工具26之间。在此实施例中，固定设备50由例如不可弯曲的模制零件制成。在主体14的再成形期间，固定区域52优选地不再被成形且因此也称为非有待再成形的区域52。主体14优选地被固定地保持在中空空间32或有待再成形的区域16的两个或所有侧面上。由此确保在再成形过程期间，主体14不能在再模制下部工具26上滑动。

此外，如从图3d)中可以看出，开口外形主体14的末端边缘55可以通过额外的再成形工具60再成形，例如用于凹形区域的进一步形成。

这样形成的具有二次形状20的主体14对应于最后形成的完成的几何结构预制件，所述预制件随后可以被进一步处理。

图4示出了根据第一实施例的二次形状20(实线)和对应的初始形状15(虚线)的侧面平面图(或横截面视图)。图5示出了对应的三维图。从图中可以清楚地看出，具有初始形状15的主体14的表面的尺寸与具有二次形状20的主体14的表面的尺寸相同。

图6示出了本发明的第二实施例的横截面视图。为了简化，这个实施例和其他实施例中的相同部件使用相同的参考数字来指代并且不再加以描述。从图6a)中可以看出，在此实施例中，工件载体38由再模制设备25或再模制工具或再模制下部工具26整体地形成。也就是说，仅提供整体工件载体38，从所述工件载体或者在所述工件载体上形成最初形状15和二次形状20。在此实施例中，整体工件载体38包括柔韧(或可变)区域40。使用柔韧区域40，工件载体38的外部轮廓可以一方面呈现出根据第一实施例的工件载体10的外部轮廓，并且另一方面呈现出根据第一实施例的再模制下部工具26的外部轮廓。如图6a)中进一步描述的，工件载体38初始具有凸形形状或表面，纤维被铺设在所述凸形形状或表面上，用于形成凸形初始形状15。因此，纤维被铺设在整体工件载体38上，其中柔韧区域40具有凸形形状，从而使得主体14被形成为具有对应于第一实施例的凸形表面16的初始形状15。

可替代地，初始形状15可以如同第一实施例中一样使用单独的工件载体10来形成。在此状况下，随后将初始形状15铺设或放置在根据第二实施例的整体工件载体38上。

在下一个步骤中，也如同第一实施例中一样，通过至少一个保持设备或夹持设备或固定设备50将主体14保持或夹持在固定区域52中，所述固定区域不再被成形为凹形区域(参见图5b))。

随后，再成形工件载体38的柔软区域40，以使其具有凹形表面46。也如同第一实施例中一样，由此在主体14与工件载体38或者工件载体38的凹形表面46之间产生中空空间32。最后，如从第一实施例已知的，将再模制上部工具34铺设在工件载体38上以将主体14再成形为二次形状20。此外，主体14的下边缘如同第一实施例中一样被弯曲。在其再成形期间，柔韧区域必须不受延长或压缩，因为原始的表面积和预期的表面积大体上相等。

在第二实施例中，固定设备50被配置成夹持袋的形式。在此，夹持袋是在纵向方向z上延伸的以管54的形式存在的可膨胀主体。管54被插入到在纵向方向z上延伸的型材56中，所述型材具有与纵向方向z垂直的U形横截面。型材56朝向整体工件载体38打开。型材56相对于工件载体38而言是静止的。

通过用流体(例如，气体、水或空气)填充管54，管(管主体)膨胀。由于管的三个侧面由半开型材56围绕，所以其仅可以朝向工件载体38向外膨胀(参见图6b))。由于膨胀，在工件载体38的表面上延伸的主体14被夹持在膨胀中或已膨胀的管54与工件载体38之间。如以上所描述的，通过使用此管，可以确保每个个别的纤维通过大体上相同的力来固定地保持。

按照定义，U形型材具有两个平行延伸的壁。优选地，每个壁的形状根据管应如何展开来定制。在本发明的实施例中，型材56的壁58(该壁58背朝主体14的有待再成形的凸形区域)具有斜角，从而使得管54可以在边缘直到在末端边缘55的再成形期间形成的拐角的区域中更好地膨胀(参见图6d))。

管54连接到用于充气和/或放气的设备上(未示出)。

整体工件载体38的柔韧区域40优选地由袋形式的可膨胀主体形成。袋连接到用于将袋充气和放气的设备61上(参见图6b))。设备60优选地由泵、罐和对应的阀形成。袋被配置成使得至少在其被充气时，呈现出定义的形状。当袋被放气时，它的形状大体上由它被施加到其上的表面确定。

整体工件载体38例如通过提供具有此柔韧区域40的基础工件载体来形成，所述基础工件载体的形状对应于根据第一实施例的第二工件载体26的形状。柔韧区域40被施加到基础工件载体的凹形上表面区域28上。柔韧区域40被进一步配置成使得在用流体充入之后，其填充在基础工件载体中，或其形状使得基础工件载体和充气的柔韧区域40一起形成第一工件载体10的形状或外部轮廓。

图7a)至图7c)示出了本发明的第三实施例的横截面。横截面视图始终示出了主体的非有待再成形的区域的相同横截面平面和/或再模制工具的相同横截面平面。

在此实施例中，主体14已经形成为初始形状15、放置在再模制下部工具26上并且使用根据第一实施例的由两个夹爪制成的保持设备50来固定地保持或附接。第三实施例与第一实施例的不同之处特别在于，此实施例中的再模制设备25的再模制上部工具34并非如同第一实施例中一样由冲模形成，而由包括柔韧(易于变形)区域63的上部工具62形成。上部工具62由基础主体64和袋形式的柔韧区域63形成。基础主体64被配置成使得其内部轮廓的至少一个区域大体上对应于初始形状15的有待再成形的凸形区域16的外部轮廓。柔韧区域63附接到基础主体64的内部轮廓的上述区域。类似于根据第二实施例的整体工件载体38的柔韧区域40，袋可以通过填充设备66来充气和放气。填充设备66优选地由泵和罐形成。

当将柔韧区域63放气时，可以将根据此实施例的再模制上部工具62放置到再模制下部工具26和/或夹爪50上，并且其可以围绕初始形状15中的主体14而不会使其变形。

随后，如图7b)中所示，用流体将柔韧区域63充气，以使其膨胀并且使主体14或其有待再成形的凸形区域16再成形。在此，再成形是在填充有流体的袋的充入期间朝向再成形下部工具26的表面的凹形区域28均匀地实现，直到主体14的凸形区域16完全再成形为对应于再成形下部工具26的凹形轮廓28的凹形二次形状20(参见图7c)。

图8a)至图8d)示出了根据第四实施例的将具有初始形状150的另一个主体140再成形为二次形状200的再成形步骤的横截面视图。横截面视图始终示出了主体的非有待再成形的区域的相同横截面平面和/或再模制工具的相同横截面平面。另外，在此实施例中，具有初始形状150和二次形状200通过单个的整体工件载体138形成，所述工件载体同时形成再模制设备250的再模制下部工具。工件载体138包括两个凹形表面区域(仅具有凹形或仅具有凹形和平坦区域的区域)128。在初始形状150的主体140形成期间，在拉紧作用下铺设在工件载体138上的纤维横跨这些凹形区域128。横跨凹形区域128的区域称为横跨区域或有待再成形区域141，并且在此实施例中大体上是平坦的(平坦区域)。这样形成的具有初始形状150的主体140因此也如同第一至第三实施例中一样包括至少截面非凹形的区域。

在下一个步骤中，初始形状150的主体140通过固定设备固定在工件载体138上。具体来说，主体140的非有待再成形区域被特别固定在有待再成形的区域附近或周围。此外，优选的在例如首先固定主体140的中心中的区域或者部件区域并且随后固定边缘区域。因此，在本发明的实施例中，首先通过中心固定设备500来固定具有初始形状150的主体140。随后，通过另外两个侧向边缘固定设备(也称为固定设备)501来固定主体140的边缘区域555。换言之，优选地在再成形之前固定主体140的与横跨区域141相邻的区域。

在图8c)和图8d)中描述的其他步骤中，使用再成形上部工具340来再成形主体140的横跨区域141(有待再成形的区域)，以使它们呈现出凹形区域128的形状。随后主体140具有二次形状200。再模制上部工具340在此由两个冲模形成，所述冲模具有与工件载体138的凹形区域128互补的形状。也就是说，由于冲模340的推入，主体的平坦的横跨区域141被压入，从而使得它们呈现出工件载体138的凹形区域128的形状。由于再成形，具有至少一个凹形部分的再成形的区域220形成在凹形区域128中。由于在此实施例中，整个凹形区域220由工件载体138的两个边缘之间的平坦的横跨区域141形成，所述凹形区域220在相同的边缘之间延伸，所以凹形区域220(再成形后的区域)必然具有大于对应的平坦区域141的表面积。由于形成织物或主体14的纤维在此优选地是不可伸展的，所以为了扩大表面积，从主体140的最外部边缘区域中142再拉伸纤维。因此，通过边缘固定设备501进行的固定优选地仅强到使得纤维有可能滑动。当形成主体140时，边缘区域142或者边缘区域中纤维的长度被设定尺寸，使得可以在不限制二次形状220的情况下实现二次形状所需的边缘。

换言之，为了使得有可能将平坦的(有待再成形的)区域再成形为凹形(再成形的)区域，平坦区域的表面必须被“伸展”或“延长”。由于上述纤维的塑料延长是不可能的，所以必须再拉伸在放大或延长方向上延伸的纤维。在纤维与其垂直延伸的情况下，仅可以增加到各自相邻纤维的距离，即，将减小纤维密度。在纤维倾斜延伸的情况下，各自部件成比例地产生。

如以上已经描述的，边缘固定设备501优选地被形成为夹持袋。使用此夹持袋，有可能使得必须被再拉伸的纤维滑动，并且同时确保不应被再拉伸的相邻纤维不会滑动。

替代地，在图8a)至图8d)中所示的实施例中，可以每次在铺设个别层以用于形成具有初始形状150的主体140之后实现再成形过程。也就是说，纤维层(优选地单向)被各自铺设、固定并随后再成形为二次形状。在再成形之后，移除固定设备500、501和再成形冲模340，并且施加纤维的另一个个别层，所述个别层在固定之后被再次再成形。

因此，使得有可能在每个个别层之后执行再成形为二次形状。

图9a)至图9d)示出了更多二次形状20，所述二次形状已经通过上述设备中的一个从其对应的初始形状14形成。

图9a)示出了大体上对应于第一至第三实施例的主体14。在这些主体14中，具有二次形状20的凹形区域22的表面大体上对应于具有初始形状15的凹形区域16的表面。这同样适用于图9c)中所示的主体。在此主体中，纤维在再成形过程期间被按压到一起或推到一起。

在图8b)中所示的实施例中，凹形二次形状20的表面大于凸形初始形状15的表面，因为在将主体14再成形为二次形状20的过程中，必须令有角度的(V形)边缘区域68向外凸出，以防止中心区域70中的褶皱形成。此向外凸出通过将纤维从主体14的一个或多个边缘区域再拉伸来实现。如介绍中已经提及的，为此，例如，在用于形成具有初始形状15的主体14的纤维铺设期间提供适当的保留。可替代地，在再成形为二次形状22期间纤维还可以例如通过纤维供应轧辊来保持，并且仅在再成形过程之后被分离。可替代地，再成形可能在每个纤维组的铺设期间或之后已经发生。在此实施例中，保持设备50应仅保持纤维紧到使得个别纤维可能滑动。

另外，在图9d)所示的实施例中，需要主体14的纤维织物中的纤维在再成形为二次形状20期间在主体内移位。具有初始形状15的主体14的下边缘72的长度大于二次形状20中的下边缘74的长度。由于纤维在其纵向方向上不可压缩或不可伸展，所以在此实施例中，优选的是不将纤维平行于具有初始形状15的主体14的下边缘72铺设。在此初始形状15再成形为二次形状20期间，与下边缘垂直或倾斜延伸的边缘优选地一起移位，这样能防止形成褶皱。在此，与边缘交叉30-90°的纤维一起滑动，这样使得它们彼此的距离缩短。因此，局部纤维数量以及因此有待形成的部件的壁厚度增加。

图10a)至图10d)示出了主体14的初始形状15的成形过程的另一个变体。在此变体中，已经在主体14的形成期间，在将个别纤维或纤维组铺设在工件载体10上期间形成一个或多个凹形区。为此，此实施例中的纤维或纤维组初始被固定在工件载体10上的一端处，并且在形成于工件载体26的表面上的凹形区76上被拉紧。优选地，刚好适合凹形区76减去纤维厚度的冲模78将横跨在凹形区76上的纤维按压到凹形区76中，使得纤维抵靠在凹形区的表面上。在此，再次从铺设工件(例如，纤维棍)再拉伸用于覆盖或抵靠在凹形区上所需的额外纤维长度。冲模保持在此位置，直到纤维充分固定在工件载体26上，例如通过材料粘合。在冲模推入之后，纤维的另一个末端也可以尽早固定。替代地或额外地，纤维可以通过负压或直接材料粘合来保持在凹形区76中，使得可以再次立即移除冲模78。使用此方法，主体14可以形成为已经包括凹形区域80的初始形状。

可替代地或额外地，冲模78也可以由柔韧的可变形材料形成。例如，可以使用如以上所描述的袋或塑料材料，所述材料刚好适合凹形区域。因此，即使对于特别形状，也将纱线放置在凹形区78的所有区域中的工件载体26上。

图11a)至图11d)示出了夹持袋形式的固定设备50的变体。

图11a)示出了根据上述第二实施例的夹持袋，其中压力管54优选地具有矩形横截面，并且U形型材56在一侧上成斜角，使得压力管在膨胀时更多地在位于与U形型材56的基底平行的方向的一侧上膨胀。

图11b)示出了由具有任意横截面的管54制成的夹持袋，该袋通过插入物59被拉动到型材56的矩形形状中。

图11c)示出了由薄膜84形成的夹持袋，所述夹持袋通过具有边缘固定88的模制零件86的跨越形成。

图11d)示出了根据上述第二实施例的夹持袋，其中额外的覆盖90被配置成保护管54免于与在被夹持时滑动的纤维一起被拉动。

当然，上述实施例和/或实施例的单个特征可以互相结合。尤其是，所有所描述的夹持设备、再模制设备和工件载体的形式均可互相结合。

例如，具有柔韧区域的工件载体可以仅用作再模制工件载体，或者可替代地可以用作工件载体和再模制下部工具。在各个实施例中，也可以在有待再成形的区域的两侧上使用夹持袋，用于将主体固定地保持在工件载体上。也就是说，也可以提供多个夹持袋。夹持袋可以具有区别很大的形状，只要其适于夹持主体的纤维即可。此外，还可以在初始形状的各个位置处同时或连续地形成多个凹形区域。因此，可以在多个步骤中形成二次形状，或者可以形成二次形状的多个步骤。

作为夹持袋或夹持型材的形式的夹持设备的替代或添加，如以上所描述的，主体也可以通过负压来固定在工件载体上。特别地，工件载体可以完全或部分地由极细孔的烧结金属表面形成，所述表面的孔(即，通道)经受来自背向主体的烧结金属表面的侧面的负压。由此可以实现每个个别纤维通过负压来固定地保持在工件载体的表面上。

具有初始形状的主体14也可以通过将纤维松散铺设在凹形工件载体上来形成。也可以将再模制上部工具和再模制下部工具颠倒安置。也就是说，上述再模制下部工具的功能也可以通过再模制上部工具来实现。如果再模制上部工具必须保持主体以使其不会掉出，则可以提供适合的保持设备(例如，负压供应)。

在主体纯弯曲为二次形状(再成形而无滑动)的情况下，再模制下部工具上的主体的保持或固定尤其起作用，从而使得纤维的弯曲不会导致在与弯曲区域相邻的纤维区域处由于纤维的弯曲刚度而使得纤维从再模制下部工具上提起。在此状况下，二次形状不再被明确定义。

在通过纤维的滑动而变形的情况下，具有初始形状的主体可以形成为在边缘处具有保留区域。随后从此边缘再拉伸已经被再拉伸的纤维，而不会由此影响二次形状。也就是说，保留区域形成的尺寸以使得在再成形之后，在每种情况下都可以实现所需的二次形状并且在二次形状的边缘处不会“丢失”纤维。可替代地，可以形成初始形状，其中用于形成具有初始形状的纤维仍保持与具有初始形状的主体连接，直到再成形为二次形状的过程结束。也就是说，在完成具有初始形状的主体之后，从棍解开并且用于形成初始形状的纤维不从其分离。随后，主体被再成形并且纤维可以滑动。纤维的分离(切断)在主体的再成形之后发生。

在其他应用中，也可以将个别纱线元件、粗纱或细丝固定在经受负压的烧结金属表面上。这也可以由其本身单独要求。

在其他应用中，也可以通过夹持袋来固定纱线元件、粗纱或细丝。因此，这也可以由其本身单独要求。

在其他应用中，也可以使用包括凹形区域的具有初始形状的主体10的形成，如以上参照图10所描述的。因此，这也可以由其本身单独要求。

可选择变形之前的至少一个凹形区域(16)中的纤维密度，使得非有待变形的区域(14)中的纤维密度大体上对应于变形之后的至少一个凹形区域(22)中的纤维密度。

可替代地或额外地，在将纤维铺设在凸形区域期间，可以提供比主体剩余部分中更少的纤维密度。在凸形区域变形为凹形区域期间，可以将纤维推在一起，使得在变形之后主体具有大体上相同的纤维密度。

取决于各自方向上的铺设顺序、纤维方向和工件载体的凹形外部轮廓(特别是其边缘区域)的外部轮廓的几何结构设计，根据第四实施例描述为“平坦”的横跨区域141也可以具有至少部分凹形的形状和/或凹形区域。

此外，一种用于制造三维纤维织物的方法可以由以下方面的特征来表征：

根据第一方面，提供了一种用于从纤维制造三维纤维织物和部件预制件的方法，所述方法包括以下步骤：将由纤维的织物制成的主体(14)的至少一个整体凸形区域(16)再成形为至少一个再成形的区域(22)，所述再成形的区域(22)在从相同观察方向观察时至少部分地具有凹形形状，其中再成形的区域(22)的表面积对应于至少一个凸形区域(16)的表面积，和/或形成主体(14)的凸形区域(16)的纤维(13)的至少所述段是形成主体(14)的再成形的区域(16)的纤维(13)的相同段。

第一方面可以进一步描述为，再成形的区域(22)在从主体(14)的相同横截面中观察时被布置在主体(14)的两个非再成形的区域(52)之间。

根据第三方面，提供了一种用于再成形纤维织物主体(14)的有待再成形的区域(16)的方法，其中在主体(14)的侧视图中，如图所示，例如在图3中，有待再成形的区域(16)越过有待再成形的区域(16)的相对的末端区域，到达主体(14)的在再成形过程中不变形的区域(固定区域52)中，并且变形使得在横截面视图中，在再成形期间，有待再成形的区域(16)的至少一个区域或段朝向在横截面视图中相对的末端区域之间延伸的线路S(参见图4)移动，其中有待再成形的区域的纤维片或表面的尺寸在变形之前和之后相同。

根据第四方面，提供了一种用于将具有外侧A(参见图4)和内侧(30)的平坦的三维纱线织物主体(14)的有待再成形的区域(16)变形的方法，所述有待再成形的区域(16)在从纱线织物主体的外侧(图3中从上方)观察时具有在其变形之前整体呈凸形的形状，在该方法中，有待再成形的区域的至少一部分在其变形期间在从外侧到内侧的方向上相对于纱线织物主体移动，其中有待再成形的区域的表面的尺寸和形成有待再成形的区域的纱线的段在变形之前和之后相同，并且其中有待再成形的区域越过纱线织物主体的剩余部分中的至少部分地封闭的边缘，并且边缘区域以及形成其的纱线段在变形期间不变。

根据第五方面，在变形之前，有待再成形的区域的凹形内侧的形状可以对应于变形之后的有待再成形的区域的凹形外侧的形状。

应明确陈述的是，为了原始披露的目的以及为了限制独立于实施例和/或权利要求中的特征的成分的所要求的发明的目的，说明书和/或权利要求中披露的所有特征意欲彼此单独且独立地披露。应明确陈述的是，为了原始披露的目的以及为了限制所要求的发明的目的，所有值的范围或实体组的指示披露每个可能的中间值或中间实体。

Claims (17)

1.由纤维制造三维纤维织物和部件预制件的方法，包括以下步骤：

再成形由纤维的织物制成的主体（14）的有待再成形的区域（16），其中在所述再成形所述有待再成形的区域（16）之前，在所述主体（14）的横截面视图中仅在第一方向上是弯曲的，或者仅包括再成形为再成形的区域（22）的在第一方向上弯曲的段和平坦段，所述再成形的区域（22）在所述相同的横截面视图中包括在与所述第一方向相反的第二方向上弯曲的至少一个段，其中

所述主体（14）包括非有待再成形的区域，

所述横截面视图代表横截面平面，所述平面在所述再成形之前与非有待成形的区域（52）和所述有待再成形的区域（16）相交，其相对于所述非有待成形的区域（52）静止，并且在所述再成形之后与所述非有待成形的区域（52）和所述有待再成形的区域（16）相交，以及

a)所述有待再成形的区域（22）的表面积对应于所述有待再成形的区域（16）的表面积，和/或

b)形成所述主体（14）的纤维（13）的所述有待再成形的区域（16）的至少所述段是与形成所述主体（14）的所述纤维（13）的所述再成形的区域（22）相同的段，和/或

c)在所述相同的横截面视图中，代表所述有待再成形的区域（16）的路径的第一线路的长度与代表所述再成形的区域（22）的路径的第二线路的长度相同。

2.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：

在所述主体（14）的所述非有待再成形的区域（52）中，将所述主体（14）固定在再模制设备（25）的表面上，所述再模制设备适于将所述有待再成形的区域（16）再成形为所述再成形的区域（22），其中

所述固定在所述再成形之前实现，以及

所述固定在未被再成形的区域中实现。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述再成形是使用所述再模制设备（25）实现，并且

所述横截面视图代表横截面平面，所述平面在所述再成形之前与所述再模制设备（25）和所述有待再成形的区域（16）相交，其相对于所述再模制设备（25）静止，并且与所述再模制设备（25）和所述再成形的区域（22）相交。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中

在所述再成形期间，所述主体（14）内的所述个别纤维大体上未相对于彼此移位、压缩或伸展。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中

另一个有待再成形的凸形或凸形和平坦区域（16）通过将纤维弯曲和再拉动为另一个再成形的、至少部分地为凹形的区域（68）来形成，从而使得所述另一个再成形的、至少部分地为凹形的区域（68）的表面积大于所述另一个有待再成形的平坦或凸形区域（16）的表面积。

6.用于从纤维制造三维纤维织物和部件预制件的方法，包括以下步骤：

将由纤维织物制成的整体为凸形主体（14；140）的至少一个固定区域（52；142）固定在再模制设备（25；250）的表面上，

通过使用所述再模制设备（25；250）将所述主体（14）的有待再成形的区域（16；141）再成形为具有至少一个凹形部分的再成形的区域（20；220），其中

所述再成形的区域（20；220）的表面积大于所述有待再成形的区域（16；141）的表面积，和/或形成所述主体（14）的所述再成形的区域（20；220）的纤维（13）的至少所述段具有的长度大于形成所述主体（14）的所述有待再成形的区域（16；141）的所述相同纤维的段的长度，和/或在横截面视图中，所述有待再成形的区域（16）的表面的路径由第一线路代表，并且在横截面视图中，所述再成形的区域（20；220）的所述相同表面的所述路径由第二线路代表，并且所述第一线路短于所述第二线路，

所述固定在所述再成形之前发生，以及

所述固定在所述主体（14；140）的未被再成形的区域（52；142）中发生。

7.根据权利要求6所述的方法，其中

在所述再成形期间，所述纤维织物的延伸穿过所述再成形的区域（20；220）的个别纤维（13）在其纵向方向上移位，或者从所述主体（14；140）的边缘区域滑动以防止或减少褶皱形成。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中

所述固定通过可填充液体且因此可膨胀的设备（54）实现，和/或通过烧结金属表面实现，所述烧结金属表面的孔经受负压从而可以再拉动个别纤维（13）。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中

所述主体（14）的所述固定区域（52）位于所述主体（14）的外边缘区域（142）上，或者所述外边缘区域（142）与所述有待再成形的区域（16；141）之间。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，包括另一个步骤：

在所述再成形之前，通过将纤维铺设在工件载体（10；38；138）的表面上来形成所述主体（14；140）。

11.根据权利要求10所述的方法，其中

所述工件载体（10）在所述纤维铺设于其上的所述表面中包括凹形区（76），

在铺设循环中，将所述纤维铺设在所述工件载体（10）的所述表面上的过程中，所述纤维横跨所述凹形区（76），其中

在所述铺设循环中的所述铺设过程中，所述纤维由匹配所述凹形区（76）的冲模（78）按压到所述凹形区（76）的所述表面上，并且连接到所述凹形区（76）的所述表面上；随后再次移除所述冲模（78），且因此形成包括凹形区域（80）的整体凹形主体（14）。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中

所述再成形由柔韧区域（63）实现，所述柔韧区域可以在与所述主体（14）的所述有待成形的区域（16）互补的形状和与所述再成形的区域（22）互补的形状之间变形。

13.用于从纤维制造三维纤维织物和部件预制件的设备，包括：

工件载体（10），其适于铺设用于形成主体（14）的纤维，所述主体（14）在所述铺设方向上观察时整体呈凸形，并且包括至少一个有待再成形的凸形或凸形和平坦区域（16），

再模制工具（25），其适于将至少一个有待再成形的区域（16）再成形为具有至少一个凹形部分的再成形的区域（22），其中用于形成所述有待再成形的区域（16）的所述工件载体（10）的表面的表面积大体上对应于用于形成所述再成形的区域（22）的所述再模制设备（25）的表面的表面积和/或用于形成所述有待再成形的所述工件载体的区域（16）的所述表面上突出的线路的长度与用于形成所述至少一个再成形的区域（22）的所述再模制设备的所述表面上突出的线路的长度相同。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述工件载体（10）和所述再模制设备（25）的再模制下部工具（26）通过整体工件载体（38）来整体地形成，所述整体工件载体包括柔韧区域（40），其中所述柔韧区域（40）可以形成凸形和凹形表面。

15.根据权利要求13或14所述的设备，其进一步包括：

固定设备（50），其适于在所述再成形期间将所述主体（14）保持在所述至少一个固定区域（52）中，其中所述固定区域（52）未被再成形。

16.根据权利要求15所述的设备，其中

所述固定设备（50）被配置为可填充流体的袋（54）和/或配置为烧结金属表面，所述烧结金属表面的孔经受负压。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的设备，其中

所述再模制设备（25）包括再模制上部工具（34；340），所述再模制上部工具包括柔韧袋，所述柔韧袋可以呈现与所述有待再成形的区域（16）互补的形状以及与所述再成形的区域（22）互补的形状。