CN105189096B - 用于对纤维预制件进行浸润的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于利用基质材料对由纤维复合材料构成的构件的纤维预制件进行浸润的方法和设备。在方法方面提出:将弹性的套(3)安装到纤维预制件(1,23,37)上,在形成在纤维预制件(1)与套(3)之间的缝隙空间(22)的情况下将弹性的套(3)扩大,将基质材料(21)输送到缝隙空间(22)内并且接着将弹性的套(3)压紧到纤维预制件(1,23,37)上。在设备方面要求权利保护:弹性的套(3)设置在纤维预制件(1,23,37)上,并且设置有与所述弹性的套(3)作用连接的机构,借助这些机构能够在形成在纤维预制件(1,23,37)与套(3)之间的缝隙空间(22)的情况下将套(3)扩大,能够将基质材料(21)输送到缝隙空间(22)内并且能够将套(3)压紧在纤维预制件(1,23,37)上。

Description

用于对纤维预制件进行浸润的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于利用基质材料对由纤维复合材料制成的构件的纤维预制件进行浸润的方法和设备。
背景技术
用于对纤维预制件进行浸润的方法和设备是用于由这种纤维预制件制造由纤维复合材料制成的构件的方法和设备的组成部分。
用于对纤维预制件进行浸润的方法和设备作为树脂传递模塑成型(Resin-Transfer-Moulding(RTM))法或设备为众人所知,其中,将干燥的纤维预制件设置在闭合的成型模具中,并且为了利用基质材料对纤维预制件进行浸渍,将树脂状的基质材料注射到模具的空腔中。接着借助成型模具将纤维预制件压成所期望的形状并且进行加固。
在用于RTM法的树脂注射法中,通过真空辅助来将基质材料吸入到模腔和由此纤维预制件内。在特殊成形的和特别是纵向延伸的纤维预制件的情况中,该方法相当不利,这是因为为了利用基质材料对整个预制件进行浸渍,基质材料必须沿着纵向在纤维预制件的整个长度上经过该纤维预制件。因此浸润进程非常缓慢。由于浸润时间长,这个方法不适合长距离延伸的纤维预制件。
利用Resin-Transfer-Moulding(RTM)法浸润和成形的、具有特殊形状的纤维预制件另外需要成本高的成型模具。由液态树脂系导致的成型模具的脏污妨碍了顺利的、连续的生产过程。
由公开文献DE 10157655A1公知了用于制造由纤维复合材料制成的构件的方法和设备,在该方法中利用树脂注射法经由一个可调节的缝隙对预成形存在的纤维预制件进行浸润。为此,至少两个外侧的可运动的成型模具部分将纤维预制件密封地围住。所述成型模具部分在构成相对纤维预制件的缝隙的情况下彼此移离。通过将成型模具部分的空腔抽真空来将浸润树脂输送到缝隙中,并且接着为了浸渗纤维预制件和将多余的浸渗树脂从缝隙中排出而成型模具部分重新相向聚拢。
通过这种方式虽然可以缩短浸润时间,然而不利的是:为了构成限定的几何缝隙的目的,模具部分必须以在技术上和结构上繁复的方式塑造纤维预制件的构件几何形状,并且因此从经济学的角度看这个缝隙浸渗法(Spaltimpraegnier-Verfahren)基本上只适合构造成大面积的、板状的预制件。另外,为了调节所述缝隙需要繁复的、用于运行外部模具部分的调节元件。
因此用于具有特殊形状的构件的纤维预制件――诸如用于制造弹簧通常通过传统的方式在安装到成型模具上之前已经利用基质材料得到浸渍,然而这导致后续的成形过程中的处理变得困难。经过浸渍的纤维预制件例如由于湿润的、易于形成液滴的状态几乎不能被暂时存放并且在成型和加固模具上产生严重污染。
发明内容
本发明的目的是,改进文首述及类型的用于对纤维预制件进行浸润的方法和设备,特别是提供一种方法和一种设备,该设备(方法) 在保障浸润时间短的情况下能够以技术上和结构上的少的费用实现对成形的纤维预制件进行浸润。
根据本发明,这个目的通过一种用于利用基质材料对由纤维复合材料制成的构件的纤维预制件进行浸润的方法得以实现。
本发明提出:
-将弹性的套安装到纤维预制件上,
-在纤维预制件与套之间形成缝隙空间的情况下将弹性的套扩大,
-将基质材料输送到缝隙空间内,和
-接着将弹性的套压紧到纤维预制件上。
根据本发明,本方法将弹性的套用作用于浸润的柔性的模具。所述套设置在纤维预制件上或围绕该纤维预制件设置,其中,套将纤维预制件围住。在纤维预制件与套之间形成缝隙空间的情况下将这个套扩大。这可以通过液态的基质材料本身通过如下方式实现,即,利用基质材料的输送装置的输送压力将这个基质材料输入到在纤维预制件与松动地贴靠在纤维预制件上的弹性的套之间,其中,扩张所述套并且在纤维预制件与经过扩张的套之间形成缝隙空间。然而也可以与基质材料无关地通过另一直接作用在套上的辅助件实现套的扩张和缝隙空间的形成,该辅助件例如可以是电动、气动或液压类型。通过将液态的基质材料输送到形成的缝隙空间中,基质材料非常迅速地分布在纤维预制件的表面上并且大范围地濡湿这些纤维预制件。
接着将弹性的套压紧到纤维预制件上,这例如可以通过施加基质材料的输送装置的负的输送压力来实现,从而将套均匀地吸附到纤维预制件的构件几何形状上。
还可以利用另一作用在套上的例如电动、气动或液压类型的辅助件实现套在纤维预制件的构件几何形状上的压紧,在该压紧中同样将纤维预制件的套均匀地压紧到纤维预制件的构件几何形状上。
通过将柔性的套均匀地压紧到纤维预制件的构件几何形状上,将基质材料以最短的途径沿表面法线的方向浸润到纤维预制件的中央。
在根据本发明的方法中不需要与构件几何形状特殊匹配的外部模具部分。基质材料位于在套与纤维预制件之间的空间内并且不与环境和可能的辅助件触碰。由此液态的基质材料不会引起脏污。
纤维预制件在浸润之后――在套的保护下――可为了再处理而可操作且能存放。
由此提供了干净的、费用最低的和快速见效的、用于浸渍预制件的浸润方法、特别是用于浸渍具有特殊几何形状的预制件诸如型材棒几何形状或螺旋几何形状的方法。浸润方法可以经济地应用于对所有预成形的纤维预制件的浸润。
有益地使用软管状的、弹性的套,该套将纤维预制件完全包围。通过将柔性的软管均匀而大范围地压紧到纤维预制件的构件几何形状上,将基质材料以最短的途径和径向大范围地沿表面法线的方向浸润到纤维预制件的中央。这进一步加速了对纤维预制件的浸润。另外,使用软管的方法简化了密封措施并且减少了具有脏污危险的作用点(Angriffsstelle)。
为了实施利用软管作为套的根据本发明的方法,首先将这个软管安装到纤维预制件上。这根据一种优选的构造如下地实现,即,将弹性的软管套装到空心型材状的辅助体上,将纤维预制件插入到该辅助体的净横截面内,将软管端部固定在纤维预制件上并且将在纤维预制件与软管之间的辅助体抽出。由此可以利用弹性的软管通过简单、不复杂的方式将纤维预制件包围,尤其是套装在纤维预制件上的软管本身为了根据本发明的浸润方法的目的不必在纤维预制件上施加夹紧力而只需松动地且非轮廓齐平地(konturenbuendig)贴靠在构件几何形状上。
优选地,在纤维预制件与套之间产生气密封闭的内侧系统。借助这个气密的内侧系统可以在基质材料流入时在套与纤维预制件之间的区域内产生一个确定的压力,该压力为了形成缝隙空间能够实现套均匀的扩大。这样例如通过将缝隙空间内的压力调节得低于流入的基质材料的压力可以加速基质材料的流入。
在这方面特别有益的是:在将基质材料输送到缝隙空间内之前借助气密的内侧系统将纤维预制件抽真空。由此可以从纤维预制件中清除不希望有的夹杂气体,这些夹杂气体在基质材料流入缝隙空间内时和在对纤维预制件的后续浸渍时是不利的。通过这种方式提高了浸渍的速度和质量。
根据本发明的另一种有益的设计方案规定:在容纳具有套的纤维预制件的压力室与套之间产生气密封闭的外侧系统。
借助这个气密的外侧系统可以对压力室内的和由此套的外部环境中的确定的压力进行调节,利用该压力此外可以影响套的扩大并且调整缝隙空间的形成。以下可以对流进缝隙空间内的液态的基质材料的流量施加影响。除了空气之外,优选油或水适合作为压力室的压力介质。油或水作为气密的外侧系统的几乎不可压缩的压力介质降低了用于形成缝隙空间的调节惯性。
优选在纤维预制件与套之间如下地构成缝隙空间,即,相对气密的外侧系统内的压力调节气密封闭的内侧系统内的过压。通过这种方式有助于套的扩大和特别是能够将液态的基质材料低阻力地和快速地输入所形成的缝隙空间内。
根据另一种优选的设计方案,通过如下方式将弹性的套压紧到纤维预制件上,即,相对气密封闭的内侧系统内的压力调节气密封闭的外侧系统内的过压。压力比导致柔性的套的全面收缩并且导致将套均匀地压紧到具有前述有益的浸渍效果的纤维预制件的构件几何形状上。
根据本发明的方法的一种特别有益的设计方案规定:具有套的,优选套上软管的纤维预制件在扩大套之前设置在成型模具上。因此可以直接在用于使纤维预制件成形的型芯上实施本发明的对纤维预制件的清洁的浸润,因此在利用本发明的优点的情况下将浸渍与成形的工艺步骤合并,这实现显著的过程优化。
在根据本发明的方法的另一种有益的设计方案中,纤维预制件在安装弹性的套之前、优选在安装软管之前设置在成型模具上。在这种设计方案中,浸渍和成形的方法步骤同样有益地合并。
在上述设计方案的一种有益的改进方案中,紧贴在成型模具上的套与该成型模具气密地连接。因此成型模具同时可以用作柔性的模具的界限,在必要时还用作压力室的界限。在节约材料的情况下可以放弃将成型模具完全包围的套。另外,为了安装到纤维预制件上不需要将紧贴在成型模具上的套扩大。
另外,所述目的通过一种用于利用基质材料对由纤维复合材料制成的构件的纤维预制件进行浸润的设备得以实现。
根据本发明提出:在纤维预制件上设置有弹性的套,并且设置有与所述弹性的套作用连接的机构,借助这些机构能够在形成在纤维预制件与套之间的缝隙空间的情况下将套扩大,基质材料可输送到缝隙空间内,并且套可被压紧到纤维预制件上。
与众所周知的繁复的缝隙浸渗法不同,这个设备将柔性的套用作用于产生缝隙空间和用于将基质材料从缝隙空间浸润到纤维预制件内的辅助件。
基质材料可以借助柔性的套迅速地流入缝隙空间内并且以最短的途径沿表面法线的方向浸润到纤维预制件的中央。
为此与弹性的套作用连接的机构在结构上可以简单成形。
设备不需要与构件几何形状特殊匹配的模具部分。基质材料留在套内并且不与这个设备的部件或与后续加工步骤的设备接触。
由此提供一种用于实施清洁的、费用最低的和快速见效的浸润工艺的设备,该设备用于对预制件、特别是用于对具有特殊几何形状诸如型材棒几何形状或螺旋几何形状的预制件进行浸渍。
根据本发明的设备的有益的接受装置(Aufnahmeeinrichtung)用于将软管状的、弹性的套安装到纤维预制件上,因而纤维预制件直接设置在弹性的软管中。软管有益地用作完全包围纤维预制件的浸润和成形辅助件。
在此要求权利的这些和进一步的由权利要求、对实施例的说明和附图产生的特征可以分别单独地或组合地作为本发明的有益的实施方式得以实现。
附图说明
下文用三个实施例进一步阐述根据本发明的用于对制造由纤维复合材料制成的轴、弹簧和Ω型材体用的各纤维预制件进行浸润的方法和附属的设备。示意性的附图中:
图1示出用于将弹性的、软管状的套安装到用于制造轴的圆棒形纤维预制件上的接受装置的剖视图;
图2示出第二安装阶段中的接受装置的剖视图;
图3示出套上软管的圆棒形纤维预制件的剖视图,其具有一个浇口侧的和一个冒口侧的管接头;
图4示出图3所示套上软管的圆棒形纤维预制件在第一浸润阶段(Infiltrationsphase)期间在压力室中的布局的剖视图;
图5示出图4所示布局在第二浸润阶段期间的剖视图;
图6示出图5所示布局在第二浸润阶段期间的细部视图A;
图7示出图5所示圆棒形纤维预制件在第二浸润阶段期间的横剖视图;
图8示出图4所示布局在第三浸润阶段期间的剖视图;
图9示出图8所示圆棒形纤维预制件在第三浸润阶段期间的横剖视图;
图10示出在浸润之后将套上软管的圆棒形纤维预制件从压力室中取出期间的布局的剖视图;
图11示出用于制造弹簧的套上软管的圆棒形纤维预制件的剖视图,其具有浇口侧的和冒口侧的管接头;
图12示出围绕型芯缠绕的、套上软管的圆棒形纤维预制件的侧视图;
图13示出图12所示被铺敷的型芯在第一浸润阶段期间在压力室内的布局的剖视图;
图14示出图13所示布局在第二浸润阶段期间的剖视图;
图15示出图14所示被铺敷的型芯在第二浸润阶段期间的纵剖视图;
图16示出图14所示被铺敷的型芯在第二浸润阶段期间的细部视图A ;
图17示出图13所示布局在第三浸润阶段期间的剖视图;
图18示出图17所示被铺敷的型芯在第三浸润阶段期间的纵剖视图;
图19示出图17所示被铺敷的型芯在第三浸润阶段期间的细部视图B ;
图20示出用于制造Ω型材体的、套上弹性的、软管状的套的纤维预制件-型芯单元在第一浸润阶段期间在压力容器中的布局的剖视图;
图21示出图20所示布局在第二浸润阶段期间的剖视图;
图22示出图21所示纤维预制件-型芯单元在第二浸润阶段期间的横剖视图;
图23示出图20所示布局在第三浸润阶段期间的剖视图;
图24示出图23所示纤维预制件-型芯单元在第三浸润阶段期间的横剖视图;
图25示出用于制造Ω型材体的、被铺敷弹性的、面状的套的纤维预制件-型芯单元在第一浸润阶段期间在压力容器内的布局的剖视图;
图26示出图25所示布局在第二浸润阶段期间的剖视图;
图27示出图26所示纤维预制件-型芯单元在第二浸润阶段期间的横剖视图;
图28示出图25所示布局在第三浸润阶段期间的剖视图;
图29示出图28所示纤维预制件-型芯单元在第三浸润阶段期间的横剖视图。
具体实施方式
图1至10示出的第一实施例描述的是根据本发明的用于对制造轴用的圆棒形的纤维预制件1进行浸润的方法和附属的设备。
为了制造圆棒形的纤维预制件1,按照一种众所周知的、在此未进一步示出的方法将纤维涂敷到一个具有圆形横截面的形状稳定的核心元件2上。然后将软管状的、弹性的、由例如硅树脂构成的套、另称为弹性的软管3安装到圆棒形的纤维预制件1上。
图1示出的是一个用于将弹性的软管3安装到圆棒形的纤维预制件1上的接受装置4。该接受装置4具有管状的辅助体5和接受锥体 (Aufnahmekonus)6。在安装的第一阶段中,借助接受锥体6将弹性的软管3拉到管状的辅助体5上,使得这个软管将辅助体5完全覆盖。
在图2示出的安装的第二阶段中,将纤维预制件1插入管状的辅助体5内。该辅助体5具有足够的长度和大的净横截面,使得可以容易且完全地将纤维预制件1放置到辅助体5中。借助软管卡箍7将软管3的一个端部固定在纤维预制坯件1上,将辅助体5相对软管3并且相对纤维预制坯件1相对位移地抽出,其中,将软管3放置到纤维预制件1上。
根据图3,将软管3的两个端部套装到三件式的管接头8、9的各一个锥状的下部部分10、11上,使得管接头8、9的锥状的下部部分 10、11通入软管3内并且在各一个端部上与纤维预制件1连接。管接头的下部部分10、11分别具有一个设置在中心的、可闭塞的管道,所述管道构成浇口管道12或者冒口管道13。
然后将如此配备的、套上软管的纤维预制件1、3按照图4插入管状的压力室14内。该管状的压力室14大致在其纵向延伸的中央具有一个可闭塞的开口15。
管接头8、9的锥状的下部部分10、11与该管接头8、9的对应的、锥状的上部部分16、17连接,这些上部部分又与管状的压力室14密封连接。锥状的上部部分16、17可以利用密封连接地或固定地与压力室14连接。分别借助管接头8、9的一个夹紧件18、19将软管端部密封地夹紧在管接头8、9的锥状的下部部分10、11与锥状的上部部分 16、17之间。
套上软管的纤维预制件1、3因此相对管状的压力室14气密地设置。压力室14内的压力腔20含有任意压力介质,在此例如为空气。压力室14的可闭塞的开口15根据方法阶段开启、关闭或借助未示出的泵加载一定的压力,由此在套上软管的纤维预制件1、3的软管3与压力室14之间实现一个气封封闭的外侧系统。
图4示出的是套上软管的圆棒形纤维预制件1在第一浸润阶段期间在压力室14内的布局,在该第一浸润阶段中将纤维预制件1抽真空。为此将浇口管道12闭塞并且在冒口管道13上连接并运行未示出的真空泵,由此在纤维预制件1与软管3之间实现一个气密封闭的内侧系统,在该系统中产生一个真空。
压力室14的开口在这个方法步骤期间相对环境是敞开的,因而在该压力室14内存在着环境压力。
由此在所述气密封闭的内侧系统中相对压力室14或者环境产生负压,或者在压力室14中相对所述气密封闭的内侧系统内的压力产生过压。
在对所述气密封闭的内侧系统进行抽真空时,将软管3吸附到圆棒形纤维预制件1上,并且从纤维预制件1的可浸润的结构中清除所有的夹杂气体。
为了有助于抽真空,可以通过开口15附加地为压力室14加载一个确定的、比环境压力高的压力,从而提高在所述气密封闭的外侧系统与所述气密封闭的内侧系统之间的压差。由此加速抽真空过程。
在图5示出的下一个浸润阶段中将冒口管道13封闭并且通过浇口管道12将液态的基质材料21、诸如液态的树脂系利用相对压力室中的压力和真空的过压引入在软管3与纤维预制件1之间的气密封闭的内侧系统内。图6示出的是图5所示具有浇口侧管接头8的设备的浇口侧12的放大的细部剖视图A。管接头8的下部部分10的连接管道 12具有一个比纤维预制件1的外径大的直径,因而在浇口管道12与纤维预制件1之间形成环状缝隙,基质材料21可以通过该环状缝隙流入到软管3与纤维预制件1之间。
压力室14的开口15在这个方法步骤期间相对环境是敞开的,因而在该压力室14内存在着环境压力,并且通过被加载压力的流入的基质材料21在所述气密封闭的内侧系统内产生一个相对所述气密的外侧系统内的压力的过压。
软管3由此被沿着径向方向扩大,其中,围绕圆棒形纤维预制件 1同心地产生一个纵向延伸的、环形的缝隙空间22,该缝隙空间很快地且在纤维预制件1的整个长度上充满基质材料21。从图7的视图中可以很好地看出所形成的缝隙空间22,该视图示出图5示出的设备的横截面A-A。
为了有助于缝隙空间的形成,可以通过开口15附加地为压力室 14加载相对环境压力的负压,因而提高在所述气密封闭的外侧系统与所述气密封闭的内侧系统之间的压差。通过这种方式加速了基质材料 21流入缝隙空间的过程。
可以通过在所述气密封闭的外侧系统的压力室14内的压力与所述气密封闭的内侧系统的缝隙空间22中的基质材料21的压力之间产生的被调节的压差来调整软管3的扩张并且由此调整缝隙空间22的大小。
可以将软管3如下地扩张到最大,即,这个软管如在图5中示出的那样贴靠在管状的压力室14的内壁上。压力室14由此事先给定纵向延伸的、环形的缝隙空间22的最大尺寸。
在图8示出的第三浸润阶段中,将浇口管道12和冒口管道13封闭。现在通过开口15给压力室14加载一个比缝隙空间22内的压力大的压力。如从图8所示设备的、套上软管的纤维预制件1、3在图9(截面B-B)中的横剖视图中可以清楚地看出的那样,这导致软管3径向指向地收缩。将软管3全面地压紧到纤维预制件1的周边及长度上,其中,纤维预制件1被均匀地、径向指向其中轴线地浸渍基质材料21。液态的基质材料21以最短的途径非常迅速地并且由此非常强力且有效地浸润到纤维预制件1中。
图10示出的是如何将经过浸渍的、套上软管的纤维预制件1、3 在浸润之后从管状的压力室14中取出。为此必须使内侧和外侧压力系统处于无压力状态并且松开管接头8、9。接着在未示出的后处理装置内诸如在加热炉内实施对纤维预制件1的加固并因此完成由纤维复合材料制成的轴。
管状的压力室14在浸润期间绝不与液态的树脂系接触并且在清洁的状态中可以直接供后面的浸润过程使用。同样地,后续的后处理装置也不被液态的树脂系污染。
作为用于实施浸润方法的柔性模具和辅助件的软管3可以根据应用情况作为护套保留在成品的轴上或者移除。
根据应用情况也可以移除核心元件,因而产生由纤维复合材料构成的空心轴。
图11至19示出的第二实施例描述的是根据本发明的用于对制造弹簧用的圆棒形纤维预制件23进行浸润的方法和附属的设备。
根据第二实施例的方法和设备与第一实施例的不同之处主要在于成型模具24上的套上软管的圆棒形纤维预制件23在浸润过程期间在筒形的压力室25内的布局。关于一致的工艺步骤和设备部件参见对第一实施例的说明。
为了避免重复,下面只对有区别的特征和构件进行说明。反复使用的、具有相同功能的构件具有同样的附图标记。
图11部分地示出纵向延伸的圆棒形纤维预制件23,该圆棒形纤维预制件由柔性的核心元件26上的纤维涂层构成。纤维预制件23由弹性的软管3包围,根据图1和2安装该软管。
将软管3的两个端部分别套装到两件式的管接头27、28的一个筒形的下部部分29、30上,使得管接头27、28的下部部分29、30通入软管3内并且分别在一个端部上与纤维预制件23连接。两件式的管接头27、28的下部部分29、30分别具有一个设置在中心的可闭塞的浇口管道12和冒口管道13。
借助管接头27、28的各一个同样的、形式为软管夹头31的上部部分31将软管端部密封地夹紧到管接头27、28的筒形的下部部分29、 30上。
然后将套上软管的、圆棒形的纤维预制件23、3缠绕在图12示出的筒形的型芯24上。为了使得缠绕的纤维预制件23的形状与螺旋弹簧的最终形状完美地匹配,型芯24优选具有螺旋形延伸的槽32(在图15中可以看到)。
然后将带有缠绕的套上软管的纤维预制件23、3的型芯24装入到图13示出的筒形的压力室25内。将浇口管道12和冒口管道13与延长的输入管道33、34连接,这些输入管道贯穿筒形的压力室25并与该压力室25的壳体密封连接。成形在型芯24上的、套上软管的纤维预制件23、3由此相对筒形的压力室25气密地设置。可以借助封盖 35将压力室25密封封闭,该封盖具有可闭塞的或者可加载压力的开口15。压力室25的压力腔20充满作为压力介质的空气。因此在套上软管的纤维预制件23、3的软管3与压力室25之间产生气密封闭的外侧系统。
图13示出的是套上软管的、圆棒形纤维预制件23、3在第一浸润阶段期间在筒形的压力室25内的布局,在所述第一浸润阶段中将缠绕的纤维预制件23抽真空。为此,浇口侧的输入管道33闭塞,并且在冒口侧的输入管道34上运行未示出的真空泵,通过这种方式在软管3 内实现具有真空的、气密封闭的内侧系统。
按照图4的第一实施例来调节在内侧与外侧压力系统内的压力比。
在抽真空时,将软管3压到圆棒形的纤维预制件23上并且从纤维预制件23的可浸透的结构中清除所有的夹杂气体。
在图14示出的第二浸润阶段中,将冒口侧的输入管道34封闭并且通过浇口侧的输入管道33利用相对压力室25内的压力和真空的过压将液态的树脂系置入在软管3与纤维预制件23之间的气密的内侧系统内。
通过开口15同样给压力室25加载压力,从而可以通过在所述气密封闭的外侧系统的压力容器25内的压力与所述气密封闭的内侧系统的缝隙空间22内的基质材料21的压力之间产生的被调节的压差来调整软管3的扩张并且由此调整缝隙空间22的大小。
通过在所述内侧压力系统内的过压使弹性的软管3在未贴靠在型芯24上的区域内径向扩大并且产生弧形的、沿着成形为螺旋形的纤维预制件23延伸的缝隙空间22,该缝隙空间在纤维预制件23的整个长度上被充满基质材料21。可以从图15中清晰看出这个过程,该图示出带有缠绕的纤维预制件23的型芯24在图14示出的浸润阶段期间略微放大的细部剖视图C-C。在图16的细部视图A中示出图15示出的被铺敷的型芯24的大幅放大的局部,由该细部视图B中可以清楚地看出在横截面中为弧形的、充满基质材料21的、在纤维预制件23与弹性的软管3之间的缝隙空间22。
在图17示出的第三浸润阶段中,将两个输入管道33、34封闭。如从图18的横剖视图(截面D-D)和图19的细部视图B中可以看出的那样,接着筒形的压力室25内经由压力室25封盖35中的开口15 加载的、相对缝隙空间22内的压力的过压的作用在于:使软管3径向指向地收缩直到这个软管在纤维预制件23的整个长度上贴靠在成形为螺旋形的纤维预制件23上为止。在压紧软管3时,成形为螺旋形的纤维预制件23在整个长度上均匀地和径向指向其中心地被基质材料 21浸渍。
在浸润之后,将经过浸渍的纤维预制件23连同成型模具24一起从压力室25中取出,并且为了加固而将其置入未示出的加热炉内。在硬化后将由纤维复合材料构成的成品的弹簧从型芯24中脱模。
筒形的压力室25以及型芯24在浸润和硬化期间绝不与液态的树脂系接触。它们未受污染地可以立刻用于后面的成形过程和浸润过程。
软管3可以根据使用情况作为护套保留在成品的弹簧上或者也可以被移除。同样可以移除柔性的核心元件26,其中形成一个空心弹簧。
图20至24示出的第三实施例描述的是根据本发明的方法和附属的设备,该方法与第二实施例不同指出在于:为了制造由纤维复合材料构成的Ω型材体,在压力容器38内对一个设置在Ω型材状的型芯 36上的、相应成形的纤维预制件37进行浸润。
为了避免重复,下面只对不同的特征和构件进行说明。关于一致的方法步骤和设备部件参见对第一和第二实施例的说明。反复使用的、具有相同功能的构件具有同样的附图标记。
首先在未示出的过程中用干燥的、板状的纤维预制件铺设Ω型材状的型芯36。
类似于图1和2所说明的安装过程将弹性的软管3套装到型芯36 和纤维预制件37上。与前述的实施例不同,软管3不仅包围纤维预制件37还包围型芯36。与此相应地如此扩大软管3,即,它能够收纳纤维预制件37和型芯36。
在将软管3安装到包括型芯36的Ω型材状的纤维预制件37上之后,将套上软管的纤维预制件-型芯单元39设置在大的、方形的压力室38、在此根据图20称为压力容器38内,该压力容器在封盖40中具有闭塞的或者可加载压力的开口15。套上软管的纤维预制件-型芯单元39在构成气密封闭的内侧和外侧系统的情况下类似于图13示出的布局与浇口侧的和冒口侧的输入管道33、34连接。
图20示出的是:,具有软管状的、弹性的套3的、Ω型材状的纤维预制件37在用于对成形的(angeformt)纤维预制件37进行抽真空第一浸润阶段期间在压力容器38内的布局。为此将浇口侧的输入管道 33闭塞,并且经由冒口侧的输入管道34在软管3内产生真空。
在内侧与外侧压力系统内的压力比与图4示出的第一实施例内的或图13示出的第二实施例内的压力比相符。压力容器38封盖40中的开口15在这个方法步骤期间要么是敞开的要么为了有助于抽真空而加载一个确定的、比环境压力高的压力。
在对纤维预制件37抽真空时,将软管3压紧到纤维预制件37上并且与该纤维预制件37共同紧紧地压紧到Ω型材状的型芯36上,因而一方面有助于纤维预制件37的成型,并且另一方面从纤维预制件 37的可浸透的结构中清除所有夹杂气体。
在对纤维预制件37抽真空之后,在图21示出的第二浸润阶段中将冒口侧的输入管道34封闭并且经由浇口侧的输入管道33利用相对压力室内的压力和真空的过压将液态的树脂系置入软管3内的气密的内侧系统中。
根据图14示出的第二实施例来调节和调整第二浸润阶段期间在内侧与外侧压力系统内的压力比。
通过内侧压力系统内的过压径向地扩大未贴靠在型芯36上的区域内的弹性的软管3,通过这种方式产生同样的、跟随纤维预制件37 的形状的、沿着该纤维预制件37延伸的缝隙空间22,该缝隙空间在纤维预制件37的整个长度上充满基质材料21。可以从图22中进一步地看清这个过程,该图示出在图21示出的第二浸润阶段期间套上软管的纤维预制件-型芯单元39的放大的细部剖视图E-E。
在图23示出的第三浸润阶段中,将两个输入管道33、34封闭。经由压力容器38的封盖35中的开口15加载的过压接着用于使软管3 径向指向地收缩直到这个软管在纤维预制件-型芯单元39的整个长度上贴靠在这个纤维预制件-型芯单元上并且成形的纤维预制件37在整个长度上均匀地和径向指向其中心地被基质材料21浸渍为止。可以从图24(截面F-F)中的横剖视图中看出套上软管的纤维预制件-型芯单元39在第三浸润阶段期间的状态。
依然位于压力容器38内地对经过浸渍的纤维预制件37的基质材料21进行加固。在硬化之后,将纤维预制件-型芯单元39从调整为无压的压力容器38中取出,将软管3移除并且使由纤维复合材料构成的成品的Ω型材体从型芯36中脱模(未示出)。
图25至29示出的第四实施例描述的是根据本发明的用于借助紧贴在型芯36上的弹性的套3对设置在Ω型材状的型芯36上的纤维预制件37进行浸润的方法和附属的设备。
为了避免重复,下面只对与第三实施例不同的特征和构件进行说明。关于一致的方法步骤和设备部件参见对前面的实施例的说明。反复使用的、具有相同功能的构件具有同样的附图标记。
将面状的、弹性的、由例如硅树脂构成的套3放置到带有成形的、干燥的纤维预制件37的型芯36上。弹性的套3的面与型芯36的或者纤维预制件37的表面相符并且不需要扩大。弹性的套3将纤维预制件 37覆盖并且与前述的实施例不同直接贴靠在型芯36上。弹性的套3 的边缘面状地贴靠在型芯36的未被纤维预制件37覆盖的边缘区域上并且利用夹紧条41气密地固定在型芯36上。
在将弹性的套3安装到Ω型材状的纤维预制件37上之后,将设有套3的纤维预制件-型芯单元39设置在图25示出的压力容器38内。
设有套3的纤维预制件-型芯单元39在形成气密封闭的内侧和外侧系统的情况下类似于图20示出的布局与浇口侧的和冒口侧的输入管道33、34连接。
图25示出的是具有弹性的套3的、Ω型材状的纤维预制件37在用于对成形的纤维预制件37抽真空的第一浸润阶段期间在压力容器 38内的布局。
在抽真空期间,内侧和外侧压力系统内的过程和压力比与在图20 示出的第三实施例中的过程和压力比相符。
在对纤维预制件37抽真空之后,进行图26示出的压力容器38内的第二浸润阶段。与所描述的按照第三实施例的第二浸润阶段期间的过程类似地进行在纤维预制件37与弹性的套3之间的空隙形成的过程以及基质材料21流入缝隙空间22内的过程。根据图14示出的第二实施例或根据图21示出的第三实施例来调节和调整第二浸润阶段期间在内侧与外侧压力系统内的压力比。
图27示出的是图26示出的在第二浸润阶段期间设有套3的纤维预制件-型芯单元39的放大的细部剖视图G-G。
在图28示出的第三浸润阶段中,与所描述的按照第三实施例的第三浸润阶段期间的过程类似地进行套的被加载压力的收缩和对纤维预制件的浸渍。
可以从图29(截面H-H)内的横剖视图中看出第三浸润阶段期间设有套的纤维预制件-型芯单元39的状态。
在压力室38内对经过浸渍的纤维预制件37的基质材料21进行加固。在硬化之后,将纤维预制件-型芯单元39从压力容器38中取出,将夹紧条41和套3移除,并且使由纤维复合材料构成的成品的Ω型材体从型芯36中脱模(未示出)。
附图标记列表
1 圆棒形的纤维预制件,a干燥的,b被浸渍的
2 形状稳定的核心元件
3 弹性的套,软管状的、弹性的套,弹性的软管
4 接受装置
5 辅助体,空心型材状的,管状的
6 接受锥体
7 软管卡箍
8 浇口侧的管接头,三件式的
9 冒口侧的管接头,三件式的
10 管接头的锥状的下部部分
11 管接头的锥状的下部部分
12 浇口管道
13 冒口管道
14 管状的压力室
15 压力室的可闭塞的开口
16 管接头的锥状的上部部分
17 管接头的锥状的上部部分
18 管接头的夹紧件
19 管接头的夹紧件
20 压力腔
21 基质材料
22 缝隙空间
23 圆棒形的纤维预制件,a干燥的,b被浸渍的
24 成型模具,筒形的型芯
25 筒形的压力室
26 柔性的核心元件
27 浇口侧的管接头,两件式的
28 冒口侧的管接头,两件式的
29 管接头的筒形的下部部分
30 管接头的筒形的下部部分
31 管接头的上部部分,软管夹头
32 螺旋形的槽
33 浇口侧的输入管道
34 冒口侧的输入管道
35 压力室的封盖
36 成型模具,Ω型材状的型芯
37 Ω型材状的纤维预制件,a干燥的,b被浸渍的
38 大的压力室,压力容器
39 带有套/软管的纤维预制件-型芯单元
40 压力容器的封盖
41 夹紧条

Claims (23)

1.用于利用基质材料(21)对由纤维复合材料制成的构件的纤维预制件进行浸润的方法,在所述方法中:
-将弹性的套(3)安装到干燥的纤维预制件(1a,23a,37a)上,
-在形成在所述干燥的纤维预制件(1a,23a,37a)与套(3)之间的缝隙空间(22)的情况下将弹性的套(3)扩大,
-借助于具有通入套(3)中的管接头(8,27)的浇口管道(12)将基质材料(21)输送到缝隙空间(22)内并且将其分布在干燥的纤维预制件(1a,23a,37a)的表面上,并且
-接着将弹性的套(3)压紧到纤维预制件(1,23,37)上,其中,基质材料(21)从所述缝隙空间(22)浸润到纤维预制件(1,23,37)中。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:使用软管状的弹性的套、即弹性的软管(3)。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于:将弹性的软管(3)如下地安装到纤维预制件(1)上,即,将该弹性的软管(3)套装到空心型材状的辅助体(5)上,将纤维预制件(1)插入该辅助体(5)的净横截面内,将一软管端部固定在纤维预制件(1)上并且将在纤维预制件(1)与弹性的软管(3)之间的辅助体(5)抽出。
4.如权利要求1至3之任一项所述的方法,其特征在于:在纤维预制件(1,23,37)与套(3)之间产生气密封闭的内侧系统。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于:在将基质材料(21)输送到缝隙空间(22)内之前,借助气密的内侧系统将纤维预制件(1,23,37)抽真空。
6.如权利要求1、2、3和5之任一项所述的方法,其特征在于:在压力室(14,25,38)与套(3)之间产生气密封闭的外侧系统。
7.如权利要求1、2、3和5之任一项所述的方法,其特征在于:在纤维预制件(1,23,37)与套(3)之间如下地构成缝隙空间(22),即,相对气密的外侧系统内的压力来调节所述气密封闭的内侧系统内的过压。
8.如权利要求1、2、3和5之任一项所述的方法,其特征在于:通过如下方式将弹性的套(3)压紧到纤维预制件(1)上,即,相对所述气密封闭的内侧系统内的压力来调节所述气密封闭的外侧系统内的过压。
9.如权利要求1、2、3和5之任一项所述的方法,其特征在于:在套(3)扩大之前将具有弹性的套(3)的纤维预制件(23)设置在成型模具(24)上。
10.如权利要求1、2、3和5之任一项所述的方法,其特征在于:在弹性的套(3)安装之前将纤维预制件(37)设置在成型模具(36)上。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于:紧贴在成型模具(36)上的弹性的套(3)与该成型模具(36)气密地连接。
12.用于利用基质材料对由纤维复合材料制成的构件的纤维预制件进行浸润的设备,其中:在干燥的纤维预制件(1a,23a,37a)上设置有弹性的套(3),其中,设置有与所述弹性的套(3)作用连接的机构,借助这些机构,基质材料(21)能经由具有通入套(3)中的管接头(8,27)的浇口管道(12)被输送到在所述干燥的纤维预制件(1a,23a,37a)与套(3)之间的缝隙空间(22)中并且能在干燥的纤维预制件(1a,23a,37a)的表面上分布,并且借助这些机构,所述套(3)为了形成所述缝隙空间(22)而能扩大,并且为了将基质材料(21)从缝隙空间(22)浸润到纤维预制件(1,23,37)内而能被压紧到所述纤维预制件(1,23,37)上。
13.如权利要求12所述的设备,其特征在于:纤维预制件(1,23,37)借助接受装置(4)设置在软管状的弹性的套、即弹性的软管(3)内。
14.如权利要求13所述的设备,其特征在于:接受装置(4)具有空心型材状的辅助体(5)。
15.如权利要求14所述的设备,其特征在于:所述辅助体(5)带有一个接受锥体(6)。
16.如权利要求12至15之任一项所述的设备,其特征在于:所述机构具有至少两个各带有一个可闭塞的管道(12,13)的管接头(8,9,27,28),其中,管接头(8,9,27,28)与套(3)气密地连接,并且管道(12,13)通入套(3)内。
17.如权利要求12至15之任一项所述的设备,其特征在于:所述机构具有压力室(14,25,38),具有套(3)的纤维预制件(1,23,37,3)气密地设置在该压力室内。
18.如权利要求17所述的设备,其特征在于:管接头(8,9)与压力室(14)气密地连接。
19.如权利要求17所述的设备,其特征在于:压力室(14,25,38)具有可闭塞的开口(15)。
20.如权利要求17所述的设备,其特征在于:在压力室(14,25,38)的压力腔(20)内含有能够略微压缩的压力介质。
21.如权利要求12、13、14、15、18、19和20之任一项所述的设备,其特征在于:具有套(3)的纤维预制件(23,37,3)设置在成型模具(24,36)上。
22.如权利要求21所述的设备,其特征在于:紧贴在成型模具(36)上的套(3)与该成型模具(36)气密地连接。
23.如权利要求13、14、15、18、19和20之任一项所述的设备,其特征在于:纤维预制件(37)连同成型模具(36)一起设置在弹性的套(3)内。
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