CN108025510A - 制造fmv混合构件的方法以及fmv混合构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造FMV混合构件(39)的方法，包含以下步骤：将干燥的混合纤维纱线编绕至一次性芯部元件，其中形成混合纤维编织物并且获得纤维‑芯部复合体(3)；对所述纤维‑芯部复合体(3)进行成型，以及在所述芯部元件上对所述混合纤维编织物进行浸渍和固化。

Description

制造FMV混合构件的方法以及FMV混合构件
技术领域
本发明涉及一种制造FMV混合构件的方法以及一种FMV混合构件。
背景技术
德国专利申请公开文献DE 102012018804A1揭示过一种制造纤维-基质复合体构件(FMV构件)的方法，其中用FMV材料将模制软管编绕或缠绕，其中在加热后对模制软管进行预成型，并将其送入经加热的拉挤模具。随后借助旋转拉伸弯曲在内高压下对在此期间经加固的FMV材料进行成型。随后用塑料将模制软管与FMV材料一起注塑包封。最后将模制软管从完成的构件移除。由于FMV材料上的热塑性塑料组分多次熔化，该材料的品质下降，其中特别是其机械特性变差。此外，无法实现较高的成型度。模制软管的移除也存在问题，因为在进行较大程度成型的情况下，由于FMV材料与模制软管之间的摩擦，模制软管和/或FMV材料的损坏是几乎不可避免的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造FMV混合构件的方法以及一种FMV混合构件，其中能够避免上述缺点。
上述目的通过独立权利要求的主题达到。有利的设计方案由从属权利要求得出。
本发明用以达成上述目的的解决方案特别是为，提供一种制造FMV混合构件的方法，所述方法具有以下步骤：将干燥的混合纤维纱线编绕至一次性芯部元件上，从而在所述芯部元件上形成混合纤维编织物，并且获得纤维-芯部复合体。对具有芯部元件以及混合纤维编织物的纤维-芯部复合体进行成型，并且在所述芯部元件上对所述混合纤维编织物进行浸渍和固化。这样便获得FMV混合构件，其(以一体的形式)既具有所述经固化的混合纤维编织物，又具有所述芯部元件。亦即，所述芯部元件留在完成的FMV混合构件中，由于不从FMV混合构件重新取出且不被重新输送至生产过程，所述芯部元件为一次性芯部元件。确切言之，所述芯部元件是所述FMV混合构件的不可或缺的组成部分。通过将干燥的混合纤维纱线编绕至芯部元件，能够实现特别高的成型度，因为不仅能实现纱线伸展，还能通过编织结构的移动实现结构伸展。其中能够简单地实现小于150°的弯曲角。在此状态下，混合纤维纱线的各纤维的伸展程度较小，故负荷减小。因此，甚至能够在较小的弯曲半径下预成型出90°或更小的弯曲角。而已完成浸渍和/或固化的半成品则只能在较大的纤维延伸和/或纤维弯曲下成型，故(在需要避免这种半成品的损坏或预损坏的情况下)能够实现的成型度大幅减小，即特别是仅能实现大得多的弯曲角。
优选通过编织拉挤来编绕所述混合纤维纱线。这是一种可靠、简单且低成本的将干燥的混合纤维纱线编绕至一次性芯部元件的方式。
就所述干燥的混合纤维纱线而言，“干燥”概念特别是指该混合纤维纱线尚未经过浸渍和/或固化。确切言之，所述混合纤维纱线具有以尚未熔化的形式存在的基质材料。
“混合纤维纱线”概念特别是指既具有纤维材料又具有基质材料的纱线。根据一个设计方案，所述混合纤维纱线可以一方面具有纤维材料的纤维，即增强纤维，另一方面又具有由基质材料构成的基质纤维，其中所述增强纤维与基质纤维优选并排地位于混合纤维纱线的纤维束或者粗纱中。
作为替代或附加方案，所述混合纤维纱线可以具有经涂布的增强纤维，其涂布或包覆有基质材料。
可以将玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、PBO纤维、聚乙烯纤维、天然纤维、玄武岩纤维、石英纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、金属纤维、陶瓷纤维、其他适合的纤维和/或不同纤维的混合形式用作增强纤维。
可以将热固性塑料、热塑性塑料、弹性体、填料、饱和或不饱和聚酯树脂、环氧树脂、特别是为塑料的其他适合的材料、或者此类材料的混合形式用作基质材料。特别优选将热塑性塑料用作针对所述混合纤维纱线的基质材料，特别优选采用聚酰胺或者PPA。其中，热塑性塑料一方面特别易于加工且成本低廉，另一方面又易于回收利用。
纤维-基质复合体特别是指嵌入基质的纤维织物。其中该纤维织物被基质包围，该基质通过黏附力或附着力与纤维织物结合。亦即，纤维-基质复合体(FMV)特别是包括经浸渍和固化的纤维织物。
优选借助多轴机械手，特别是借助具有数个(优选设于一个载板上的)配备抓持装置的微型多轴机械手的多轴机械手来实施对所述纤维-芯部复合体的成型。这些微型多轴机械手能够将该纤维-芯部复合体沿其纵轴接纳和固定。此外，借助所述多轴机械手能够同步地在设有的所有弯曲点上对纤维-芯部复合体进行成型，并藉此在单独一个步骤中使得该纤维-芯部复合体具备最终延伸轮廓。为此，优选在每个弯曲点上均设有两个抓持装置，特别是微型多轴机械手的抓持装置。在采用同步成型的方案时，能够有利地将在其他情况下进行成型所需的空间中的大部分节省下来。此外显著减少处理时间。可以将所述微型多轴机械手的抓持装置同时用作其他处理步骤中的搬运装置。
根据本发明的一个改进方案，将优选具有至少一塑料或者由塑料构成的芯管用作芯部元件。这样一来，所述芯管能够采用易于制造的设计方案，此外能够轻松且灵活地对该芯管进行成型。
芯管特别是指内部中空的芯部元件，其可具有多种不同的(特别是任意的)横截面形状。举例而言，所述芯部元件可以构建为矩形管、正方形管、圆管，特别是构建为圆形或椭圆的管件，或者以其他适当的方式构建。特别优选采用所述芯管的圆形设计方案，因为此芯管能够以特别适宜的方式吸收用于成型的支撑用内压。
作为替代或附加方案，优选采用构建为芯管的芯部元件，其中在纤维-芯部复合体的成型过程中使所述芯部元件处于支撑用内压下。这样便能实施所述纤维-芯部复合体的成型，而不会导致所述(在成型过程中特别是软曲的)芯部元件局部塌陷和/或在其横截面轮廓中经受过大的变形。
根据本发明的一个改进方案，至少所述混合纤维纱线和/或至少所述芯部元件具有磁性效果的颗粒，其中为了成型和/或为了浸渍和固化，对所述纤维-芯部复合体进行感应加热。借助所述磁性效果的颗粒能够以非常简单、快速和廉价的方式实现对纤维-芯部复合体的感应加热，其中能够避免对材料品质的负面影响。所述感应加热一方面针对成型，另一方面作为替代或附加方案针对浸渍和固化。
优选将导电颗粒用作磁性效果的颗粒。特别优选将纳米颗粒、特别是铁氧体纳米颗粒用作磁性效果的颗粒。这些颗粒实现特别高效的感应成型，因为其不再具有外斯畴，即彼此隔开的磁畴，故具有极佳且显著的磁性特性。
特别优选地，所述混合纤维纱线和所述芯部元件均具有这种磁性效果的颗粒。
根据本发明的一个改进方案，在端侧将压模/冲模(Stempel)置入所述芯管，所述压模a)充当用于施加支撑用内压的密封装置的部件；b)在所述芯管中用作成型过程中的成型底模，和/或c)作为一次性压模留在所述FMV构件中，特别是作为衬套，特别优选作为UD-FMV衬套(单向纤维-基质复合体衬套)。
优选可以借助密封装置施加内压，所述密封装置一方面在端侧具有置入所述芯管的压模，另一方面(针对芯管的每个末端分别)具有密封单元。其中每个密封单元均与压模共同起作用，从而将所述芯管密封并建立支撑用内压。每个密封单元优选具有至少一个接头，其用于将施加支撑用内压的流体导入芯管内部。特别优选地，每个密封装置均具有针对两个压力管线的两个接头，流体在这些压力管线中处于不同的压力下。其中可以借助这两个压力管线在所述方法的不同阶段中在芯管内部形成至少两个不同的压力。在所述至少一个接头中优选设有止回阀，从而能够在密封单元从压力管线断开的情况下维持芯管内部的支撑用内压。
作为附加或替代方案，所述压模优选用作成型过程中的成型底模，其中所述压模特别是赋予芯管的末端以特定的、由压模的几何结构给定的形状。这样便实现就压模而言的功能集成，其中无需使用额外的构件。
作为附加或替代方案，所述一次性压模优选留在所述FMV构件中并用于另一功能，特别优选用作衬套，其中所述压模优选构建为单向纤维-基质复合体衬套(UD-FMV衬套)。例如可以将嵌件(所谓的插入件)置入所述压模，从而将产生的FMV构件与其他构件、例如汽车白车身连接。这类嵌件例如可以是螺纹嵌件或者其他用于固定的嵌件。所述压模自身也可以构建为这类连接件，具体方式为，该压模例如具有对应的螺纹。
所述压模优选实现多重功能，从而在所述方法内实现高度的功能集成，这使得该方法能够简单快速地实施并且成本低廉。
根据本发明的一个改进方案，在连续过程中连续地制造所述纤维-芯部复合体。这特别是能够通过编织拉挤简单地实现，其中在所述方法的一个特别优选的设计方案中，沿制造方向在编织拉挤装置前将所述芯管挤出，藉此(特别是在连续过程中)总是为所述方法重新制造芯管。所述挤出设备优选可以内置在所述编织拉挤设备中。
优选将各FMV混合半成品从在所述方法中形成的连续式纤维-芯部复合体定长剪切下来，从而以非常简单的方式获得各FMV混合半成品，以供用于进一步的处理步骤，特别是用于成型以及随后的浸渍和固化。这些FMV混合半成品首先也以纤维-芯部复合体的形式存在，其被成型并且被浸渍和固化成FMV混合构件。
优选借助至少一个激光束来实施定长剪切，特别是通过切割激光器实现。此举的优点在于，产生的FMV混合半成品的末端因激光束而熔化，并且在冷却后在端侧固定连接，特别是被基质材料镶边。这样便能避免增强纤维的各纤维或者纤维束从FMV混合半成品或所述纤维-芯部复合体伸出，进而或是防止在所述方法中使用的工具受损，或是避免引起待形成的FMV混合构件的损坏。
根据本发明的一个改进方案，沿所述纤维-芯部复合体的纵轴设置若干焊点。特别优选地，在定长剪切前便在所述连续式纤维-芯部复合体上实施此操作。但作为替代或附加方案，也可以在已经过定长剪切的FMV混合半成品上设置焊点。特别优选借助至少一个激光束设置所述焊点，其中优选可以将用于定长剪切的切割激光器也用于设置焊点。但作为替代方案，也可以使用至少一个独立的焊接激光器来设置焊点。
所述焊点的优点在于，其能够将编绕至芯部元件的混合纤维编织物局部地固定在芯部元件上，故尽管由于混合纤维编织物保持柔性仍旧能够在成型过程中实现高成型度，但另一方面，该混合纤维编织物不会较大程度地、特别是整体地相对芯部元件移动。其中，所述焊点特别是用于在芯管上对混合纤维编织物作输送固定，以免混合纤维编织物在输送过程中移动。
根据本发明的一个改进方案，使用具有数个层的芯管。其中，一个多层芯管优选能够同时实现数个不同的功能。
所述芯管优选具有外层，其具有化学特性与所述混合纤维纱线的基质塑料至少相似的塑料或者由这种塑料构成。特别优选地，所述外层具有与所述混合纤维纱线的基质塑料相同或一致的塑料。这样便能在制造过程中通过将芯部元件与混合纤维编织物焊接实现材料接合，从而将该编织物不动地保持在芯部元件上。此外，在浸渍和固化过程中产生混合纤维编织物的基质材料与外层的塑料之间的紧密连接，从而用混合纤维编织物和芯部元件构建出整体式且特别是一体式的FMV混合构件。
作为替代或附加方案，所述芯管优选具有内层，该内层具有一塑料，其具有至少一个选自由以下特性构成的组的特性：压力密封特性(特别是高压密封特性)、流体密封特性、较混合纤维纱线的基质塑料更高的玻璃化转变温度和/或更高的熔化温度。
其中压力密封特性特别是指使得内层能够承受在所述方法中施加的支撑用内压，而不遭受损坏或削弱的特性。流体密封特性特别是指使得内层能够接纳为施加支撑用内压而送入芯部元件内部的流体，而不受负面影响或受损，并且特别是不发生流体外漏的特性。
所述支撑用内压优选在混合纤维纱线的编绕过程中用作针对编织压力的支撑，用于在成型过程中提供支撑，和/或在随后提供针对固化压力的支撑。
即便就在浸渍和固化而言，所述内层的塑料的较混合纤维纱线的基质塑料更高的玻璃化转变温度和/或更高的熔化温度也实现芯部元件的过程稳定的设计方案。
例如可以将PA或者PPA用作针对所述外层的塑料。例如可以将PA6.6、PPA或者PEEK用作针对所述内层的塑料。
所述内层的厚度优选大于所述外层的厚度。特别优选地，所述内层的厚度远大于所述外层的厚度。
所述芯管可以仅具有所述外层和所述内层，即由两个层构成。此外，外层概念特别是表示，外层以位于径向外侧的方式设于芯管上，其中该外层特别是构成芯管的径向最外侧的层，其中混合纤维纱线被编绕至芯管的外层。
所述内层以相对所述外层位于径向内部的方式设于芯管中。在一个设计方案中，所述内层可以是芯管的最内层。
作为替代或附加方案，所述芯管可以具有最内层，该最内层具有一塑料，其具有至少一个选自由以下特性构成的组的特性：流体密封特性、耐介质特性、可滑动特性以及耐温特性。
所述芯管可以仅具有两个层，即所述外层和所述最内层。其中所述最内层径向设于所述外层内侧。
但特别是也可以采用一个实施例，其中所述芯管具有至少三个、优选正好三个层，即位于径向外侧的外层、位于径向内侧的最内层、以及(沿径向视之)位于所述外层与所述最内层之间的内层。
耐介质特性在此特别是指使得最内层具备针对化学品、特别是针对施加支撑用内压的流体、和/或针对在随后的应用中或在FMV构件的另一制造步骤中经过的化学品的耐受性。
可滑动特性优选表示，最内层具有的塑料的滑动特性优于为外层和/或为内层使用的塑料。
耐温特性特别是表示，与为外层和/或为内层使用的塑料相比，直至更高的温度为止，最内层的塑料具有耐温性。
优选将PPA、PEEK、PA6.6、辐射交联型PA或者特别是包含20％的短玻璃纤维的短玻璃纤维增强PA作为用于所述最内层的塑料。对于最内层而言也可以采用发泡特性，即优选将最内层构建为发泡层。
特别优选地，所述芯管的层中的每一个均具有磁性效果的颗粒，从而能够通过芯管的所有层将整个芯管感应加热和软化至可成型的程度。
根据本发明的一个改进方案，所述混合纤维纱线和所述芯部元件均具有磁性效果的颗粒，其中为混合纤维纱线使用的磁性效果的颗粒的浓度低于芯部元件。优选地，可以首先(为了进行成型)借助感应磁场的优选经过对应调整的磁场强度，基于芯部元件的更高的磁性效果的颗粒的浓度，将芯部元件快速加热至软化温度，其中对混合纤维纱线的加热程度不会致使因熔化和重新凝固而发生浸渍或者基质材料的预损坏。
作为替代或附加方案，与所述芯部元件相比，为所述混合纤维纱线使用居里温度更高的磁性效果的颗粒。其中居里温度特别是指磁性效果的颗粒经受相变并失去其磁性效果的温度。优选可以(特别是为了进行浸渍和固化)针对性地在芯部元件上对混合纤维纱线进行感应加热，其中已超出芯部元件的磁性效果的颗粒的居里温度，故这些颗粒不再具备磁性效果，且相应地不再对芯部元件自身进行主动加热。
特别优选地，混合纤维编织物的磁性效果的颗粒的浓度低于所述芯部元件的磁性效果的颗粒的浓度，并且所述混合纤维编织物的磁性效果的颗粒的居里温度也高于所述芯部元件。采用这个组合时，可以在不同的处理步骤中分别选择性地对混合纤维编织物以及芯部元件进行加热。由于混合纤维纱线中的磁性效果的颗粒的浓度更低，在为了成型所作的加热中，芯部元件的升温速度远高于混合纤维编织物，其中能够在混合纤维编织物的热塑性塑料组分熔化前进行成型。随后可以对编织物进行浸渍，其中优选在感应器上施加更高的功率，其将混合纤维编织物的热塑性塑料组分熔化并将增强纤维浸渍。其中已超出芯部元件的居里温度，故芯部元件不再进一步升温。这样便非常高效地避免所产生的FMV混合构件的不同区域的多重加热、特别是熔化，以及重新凝固，从而避免由此造成的在材料品质方面的缺点。
根据本发明的一个改进方案，在注射成型模具中为所述FMV混合构件配设至少一个浇口。其中浇口特别是指在注射成型过程中安设的几何体，特别是通过注射安设的功能元件。浇口也指包封，其中包封特别是指对FMV混合构件的整周包封，而浇口则无需是整周的。
优选可以将金属粉末注射成型过程和/或塑料注射成型过程用作注射成型过程。
特别是通过注射塑料，尤其是热塑性塑料，能够在注射的塑料与FMV混合构件的基质材料之间实现材料接合式连接，这对完成的构件的稳定性有利。优选使用与FMV混合构件的基质塑料相似或者与其相同或一致的塑料。
总体而言，通过注射塑料最终获得塑料-塑料混合构件，其一方面具有FMV混合构件，另一方面还具有塑料包封。
此外，混合构件特别是指由数个视情况而定不同的组件构成的构件，在此特别是由混合纤维编织物、芯部元件以及可选的至少一个附加的浇口构成。
作为替代或附加方案，优选将所述FMV混合构件与至少一个扁平的FMV半成品连接。这种扁平的FMV半成品特别是可以为有机板或者其他由FMV材料构成的优选裁切完毕的板件。这样便能在所述FMV混合构件上实现其他功能，特别是用于其他构件的接合面。
优选将所述扁平的FMV半成品置入所述注射成型模具，在该注射成型模具中也置入有所述FMV混合构件，用以安设所述至少一个浇口。其中，所述注射成型模具可以同时用于成型，以及将所述FMV半成品接合至所述FMV混合构件，特别是在注射成型模具的锁模压力和/或注射或注塑包封过程中的注射压力的协助下。其中，特别是可以也将所述扁平的FMV半成品至少局部地注塑包封，从而进一步增强对FMV混合构件的接合。总体而言，藉此便能获得非常稳定的塑料-塑料混合构件。
基于所述附加的扁平的FMV半成品，如此产生的构件特别是构建为FMV-FMV混合构件。
但注射的塑料也可以经过纤维增强，特别是短纤维增强，尤其是短玻璃纤维增强。在此情形下当然也获得FMV-FMV混合构件。
最后，本发明用以达成上述目的的另一解决方案为提供一种FMV混合构件，其以如前述实施方式中的任一个所述的方法制造。其中，前文结合所述方法阐释的优点也适用于所述FMV混合构件。
特别优选地，所述FMV混合构件构建为特别是用于汽车的前端支架。其中前文阐释的优点以特别的方式实现，同时能够促进汽车的轻量化，这特别是有助于节省运行成本和燃料消耗。
其中特别是使用所述至少一个扁平的FMV半成品来构建用于前端支架的Z形臂。亦即，所述前端支架在其完成状态下具有通过至少一个扁平的FMV半成品构成的Z形臂，该Z形臂(优选在注射成型模具中)与所述FMV混合构件连接。
相应地，优选采用前述方法的一个实施方式，其中将特别是用于汽车的前端支架作为FMV混合构件制造。
下面对所述方法的一个特定实施方式进行详细说明：
借助所述方法的这个实施方式制造的前端支架由具有数个弯曲点和不同横截面的FVK管件(FVK——纤维增强塑料)构成。针对Z形臂使用一个有机板，其围绕所述管件铺设至一半，并且被塑料元件注塑包封。在用纤维塑料复合体制造这个前端时，必须在制造过程中为该FVK管件填充内压。若这个FVK管件尚未固化，则压力介质会通过编织物中的缝隙逸出。所述管件所围绕的芯管能够防止气体逸出。在连续过程中将由塑料纤维(例如由PA、PPA等构成)和增强纤维(例如为玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维)构成的混合粗纱编绕至所述管件。将激光器用作定长剪切装置。此举的优点在于，将FVK坯件的末端熔化，且这些末端在冷却后就地刚性连接。这样一来，编结的末端便不会在输送中以及在其他搬运装置中散开。还需要根据长度将焊点分布在所述坯件上，因为在输送过程中，编织物可能会在芯部上移动。将所述编织物(UD编织物)施覆至吸收编织压力的芯管。所述芯管具有多层结构，其中每个层均实现自有的功能。最上层由与所述FVK的基质材料相似的材料构成。在之后的过程中会将这个最上层与FVK焊接。在所述最上层下设有厚度显著增大的由高性能塑料构成的层。这个层将编织压力和固化压力吸收。这个材料也必须具有较高的玻璃化转变温度，因为即便在高温下也不允许该材料熔化。所述最内层是功能面，其能实现各种任务，例如较高的不透气性、较高的耐介质性、特别的滑动特性或者额外的耐温性。这些层中的每一个均必须填充有铁氧体纳米颗粒。这些纳米颗粒用于之后在过程中对芯管进行加热。所述芯管在冷态下具有刚性，故通过加热将其变得软曲并使其更易于成型。
必须如此设定混合编织物中的纳米颗粒的居里点(居里温度)，使得能够在浸渍工位中将FVK基质最优地熔化，但不会导致该基质热损毁。芯管中的纳米颗粒的居里点必须防止塑料熔化，但将塑料变得具有柔性，以便进行成型。通过颗粒浓度来优化过程的定时。塑料中的颗粒浓度越高，塑料的加热便越快。混合编织物中的浓度远低于芯管中的浓度。这导致芯管在塑料的预热过程中更快地升温。若达到所需的温度，则发生器停止。在经过更缓慢的加热后，编织物中的温度仍低于芯管的温度。若此刻在浸渍工具和成型工具中对构件进行加热，与第一次加热相比显著提高效率。这使得编织物更快地升温和熔化。但由于已达到芯管的居里点，该芯管不再进一步升温。
以FVK前端为例，需要实现高成型度。就浸渍和固化完毕的半成品而言，仅能在较大的纤维延伸或纤维弯曲下实现这个高成型度。相比之下，尚未经浸渍和固化的管件则能明显更好地成型(弯曲角小于150°)。作为对纤维伸展(各纤维的伸展)的补充，编织结构发生移动(结构伸展)。这使得纤维的伸展程度减小，且负荷因而减小。故能够在较小的弯曲半径下预成型出90°的弯曲角。在成型后，这些弯曲点上的横截面是长椭圆形的。
用于弯曲-预成型过程的机械手由主机械手构成，其承担粗略定位以及在处理步骤之间的搬运。这个主机械手承载有一个平台，在该平台上设有数个微型多轴机械手。其中两个微型多轴机械手的作用是接纳密封装置。这个密封装置由密封压模(借助注射成型制造；在过程后留在构件中)与密封单元(在过程后被移除并被重新输送至生产过程)构成。所述密封压模用作成型压模。在加热过程的开端仅对FVK管端进行加热，并将锥形渐细的密封压模插入。由于密封压模逐渐变细，管端的几何结构变化成密封压模的外部几何结构。同时可以通过侧向压入压模将整合至密封压模的UD衬套置入FVK管端，从而实现若干接合方案。防止压力泄漏的密封面被焊接至FVK管内侧和端侧。密封单元的作用是对密封压模进行导引。密封单元还在不同的压力之间切换。为了将压力导入FVK管件的内部，所述密封压模必须具有贯通口，其引导压力穿过整个压模。
为所述(具有密封压模的)密封单元提供两个压力输送管线。一个管线具有1bar至6bar的压力。所述压力管线沿机械手延伸至压缩空气供应装置。第二个管线提供最高达600bar的压力(这个管线在组合式内高压成型注塑工具的内部延伸)。
这个管线用于实现压力的非常快速且精确的提升，用以对注射成型机械的注射压力进行补偿。
若在产生注射压力前支撑压力便生效，则管件被压入空穴并存在爆裂的风险。支撑压力过迟生效会导致管件被压入，并使得熔体漏入如此产生的腔室。这导致注射的功能面的填充不规整。在所述接头中在密封单元上设有整合的止回阀，在连接压力管线的情况下，这些止回阀被解锁。这样便确保在微型多轴机械手断开的情况下仍维持压力。
此外，在所述载板上设有包含抓持装置(抓持机械手)的微型多轴机械手。其适于沿纵轴将管件接纳和固定。其还具有对管件进行成型的作用。所述抓持器由两个将管件包围的半壳(成型抓持器)构成。在所述成型抓持器上可以设有若干装置，其使得成型抓持器能够快速地通过机械手分离并被固定在工具上。这些装置例如为小型的销件，其具有可供钩子卡入的凹槽。在注射成型过程开始前，将成型抓持器通过机械手分离并固定在工具中。
在过程前，冷的半成品位于存储单元中，在该存储单元中针对过程对这些半成品进行自动化预处理。在这个自动化预处理中，FVK管件首先滚动进入预热工位。在所述装置中设有三个感应器，其产生交变电磁场，该交变电磁场的强度在管端区域内显著增大。在这个场中非常快速地对芯管材料以及编织管材料中的纳米颗粒进行极性反转。
通过再磁化损耗产生热量，其使得塑料具备柔性。通过FVK管端上的更强的磁场将这些区域更快地加热。中心的刚性区域将FVK管端稳定化。
在达到芯管的软化温度后，密封压模侧向移入管端、被焊接并且对横截面进行成型。若密封压模固定地焊接在FVK管件中，则将1.5bar的压力导入FVK管件的内部。同步地对FVK管件的剩余部分进行加热，其中芯管能够轻松地变形。随后微型多轴机械手将可弯的坯件取出，并且开始执行一个程序，该程序同步地对所有弯曲点进行成型，并且使得管件末端具有其最终延伸轮廓(仅在成型抓持器的区域内对管件的横截面进行成型，其余则是在浸渍和成型工位中进行)。为此，在每个弯曲点上需要两个包含机械手的成型抓持器。同步成型的优点在于能够节省大部分的空间。若在CNC弯管设备中依次对每个弯曲点进行成型，则FVK管件的悬空的末端以较大的半径偏转。处理时间也大幅减小。
抓持器将坯件送入感应成型工具，其具有随后的构件的负形(Negativform)。抓持以及密封机械手从FVK管件分离。所述密封单元以及所述成型抓持器留在FVK管件上。通过将工具的两半(局部视情况而定通过滑块)闭合，对管件的横截面进行成型，且管件获得其近乎最终的几何结构。通过感应将管件进一步加热。工具的一半部分中的线圈产生交变电磁场。借助铁氧体纳米颗粒中的再磁化损耗，编织物中的塑料以及芯管在非常短的时间内容积升温。在这个时间点上，芯管内部应当存在6-10bar的内压(视壁厚、混合粗纱的均匀性等而定)。这个内压有助于浸渍。同时，该内压将芯管的外部的与塑料相同或相似的上层与管编织物焊接在一起。
若将近乎成型完毕的FVK管件冷却至一个(脱模)温度，其中几何结构在随后的搬运中不再流失(例如对于PA而言为约180℃)，但在注射成型过程中仍实现足够的附着(在该温度下热熔体能够将上层熔化，并且能够产生材料接合)，则通过机械手将管件重新取出并且输送至注射成型机械。
在处理步骤之间的搬运过程中，应当将压力减小至最低程度(约1-1.5bar)，从而使得管件仍具有足够的稳定性，但将横截面伸展保持在最小程度。在最后的处理步骤中，将所述构件送入内高压成型注塑工具(IHU-SG工具)，并用功能元件将该构件注塑包封。与前一工具相比，空穴必须具有更大的内直径(约0.1mm)，因为需要将支撑压力增大至乃至600bar，进而使得管件伸展。在冷却至脱模温度(对于玻璃纤维-PA复合物而言为约150℃)后，机械手能够将FVK管件取出并直接将下一成型完毕的管件送入。
在所述IHU-SG过程后，必须在设有UD衬套的管端上铣削出若干孔，用以实现接合。为了优化处理时间，必须如此开始浸渍操作，使得在加热的末尾与注射成型过程的开端之间经过的时间尽可能少。这样借助机械手便足以进行完该过程。注射成型过程需要最多的时间。因此，应当在这个周期时间内进行完所有其他过程，以将整个通过时间最小化。在机械手将管件送入注射成型机械的情况下，过程链从头开始。故以与注射成型过程并行的方式进行成型和浸渍/固化。这样就能通过感应实现快速容积加热。
本文所提出的方法能够降低制造成本，特别是通过降低物流成本、能源成本和投资成本来实现这一点。通过对不同的半成品进行一次性加热，从而减少氧化过程，能够提高材料品质。通过在功能集成的过程中对密封装置的压模的焊接整合，还能进一步降低成本。制造的FMV混合构件易于回收利用，特别是当该构件根据优选设计方案仅由热塑性塑料和玻璃纤维构成时。所述方法特别是表示可扩展、能够大批量实现且灵活的批量过程，其也可用于横梁、碰撞元件、扭杆、车顶弓梁和下保险杠的弯曲梁。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细说明。其中：
图1为所述方法的一个实施方式的细节的示意图；
图2为所述方法的一个优选实施方式的另一详图；
图3为在所述方法的一个优选实施方式范围内的密封装置的工作原理的示意图；
图4为在所述方法的范围内优选使用的芯管的示意性横截面图，以及
图5为FMV混合构件的一个实施例的示意图。
具体实施方式
图1为制造FMV混合构件的方法的一个实施方式的示意性详图。其中在此示意性示出编织拉挤设备1，其用于将干燥的混合纤维纱线编绕至一次性芯部元件，其中在所述一次性芯部元件上形成混合纤维编织物，且其中获得纤维-芯部复合体3。在此在连续过程中连续地制造这个纤维-芯部复合体3，其中将各FMV混合半成品5作为纤维-芯部复合体从连续式纤维-芯部复合体3定长剪切下来，在此特别是借助切割激光器7实现。
切割激光器7同时将FMV混合半成品5的末端熔化并且将这些末端熔合，其中所述切割激光器特别是对这些末端进行镶边，使得各增强纤维不会在端侧从FMV混合半成品5伸出。
借助焊接激光器9沿纤维-芯部复合体3的纵轴L设置若干焊点11，在此为清楚起见仅用附图标记11标示出这些焊点中的一部分，这些焊点将所述混合纤维编织物局部地固定在纤维-芯部复合体3上(特别是为了输送固定，防止混合纤维编织物相对未绘示的芯部元件移动)。
图2为所述方法的一个优选实施方式的另一细节的示意图。相同以及功能相同的元件用相同的附图标记表示，故就此而言参照前文的描述。其中，在此如a)所示通过多轴机械手13来将同时表示纤维-芯部复合体3的FMV混合半成品5保持，其中多轴机械手13承载有平台15，在该平台上设有数个微型多轴机械手17，在此为清楚起见仅用附图标记17标示出这些微型机械手中的一个，其中每个微型多轴机械手17均与抓持器19对应。微型机械手17借助其抓持器19将纤维-芯部复合体3保持。
如图b)以及图c)所示，微型多轴机械手17通过(优选经控制或调节的)相对位移，特别是通过弯曲来对所述纤维-芯部复合体进行成型。其中同步地在所有为纤维-芯部复合体3设置的弯曲点上进行成型，这既节省空间又节省时间。
在一个未绘示的处理步骤中，预先将纤维-芯部复合体3加热至软曲状态，以便通过微型多轴机械手17进行成型。
用作芯部元件的芯管处于支撑用内压下，故不会在成型过程中塌陷。为此特别是设有在图3中详细示出的密封装置21。每个密封装置21均优选被多轴机械手17保持。
图3为所述方法的一个实施例的示意性详图。在此示出位于纤维-芯部复合体3的一端上的密封装置21。但纤维-芯部复合体3优选在其两个沿纤维-芯部复合体3的纵向视之相对的末端上分别具有在此示出的密封装置21的元件。
密封装置21具有压模23，其在端侧置入纤维-芯部复合体3的芯管25。压模3优选具有至少一个通孔，用于输送施加支撑用内压的流体。压模3同时在纤维-芯部复合体3的成型过程中用作成型底模，且该压模还作为一次性压模留在完成的FMV混合构件中，其中所述压模特别是用作衬套，优选用作UD-FMV衬套。
密封装置21还具有密封单元27，其能够与纤维-芯部复合体3以及压模23紧密连接，但优选留在用于实施所述方法的装置上并且不丢失的。
密封单元27具有至少一个孔，用于输送施加支撑用内压的流体。在此设有两个用于压力管线的接头29、29'，其中在这些接头中分别设有止回阀31、31'，其用于维持支撑用内压，即使是在接头29、29'从压力管线断开的情况下。其中第一接头29例如用于连接处于从至少1bar至最高6bar的压力下的压力管线。第二接头29'优选用于连接至处于600bar的压力下的压力管线。通过(特别是交替地)将纤维-芯部复合体3的内部与不同的压力管线连接，能够在所述制造FMV混合构件的方法的不同阶段中，非常快速和简单地将不同的压力设置作为纤维-芯部复合体3中的支撑用内压。其中，较低的压力优选用于成型过程中的支撑，而较高的压力则优选用于在注射成型模具中进行的后续注射成型过程中的支撑，用以承受注射压力。
密封单元27特别是可以替代抓持器19或者作为抓持器19分别设于一个微型多轴机械手17上。所述密封单元同时用于将纤维-芯部复合体3保持在多轴机械手13上。
图4为优选用作芯部元件的芯管25的一个实施例的示意性横截面图。在此可以清楚地看出，这个实施例中的芯管25具有正好三个不同的层，即外层33、内层35和最内层37。其中外层35具有一塑料，其化学特性与所述混合纤维编织物的基质塑料相似或相同。内层35具有一塑料，其具有至少一个选自由以下特性构成的组的特性：压力密封特性、流体密封特性、较混合纤维编织物的基质塑料更高的玻璃化转变温度和/或更高的熔化温度。最内层37具有一塑料，其具有至少一个选自由以下特性构成的组的特性：流体密封特性、耐介质特性、可滑动特性以及耐温特性。这样便能为不同的层设计不同的功能，使得芯管25也能在纤维-芯部复合体3内以及视情况而定在完成的FMV混合半成品5中承担数个不同功能。
特定言之，优选将PA和/或PPA作为用于所述混合纤维编织物的基质材料的塑料以及作为用于所述外层的塑料。优选将PA6.6、PPA或PEEK作为用于内层35的塑料。优选将PPA、PEEK、PA6.6、辐射交联型PA或者特别是包含20％的短玻璃纤维的短玻璃纤维增强PA作为用于所述最内层的塑料。对于最内层37而言也可以采用发泡特性，即优选将最内层37构建为发泡层。
优选地，所述混合纤维编织物和所述芯部元件、特别是芯管25均具有磁性效果的颗粒，其中为了成型以及为了浸渍和固化，对纤维-芯部复合体3进行感应加热。
特别是将铁氧体纳米颗粒作为磁性效果的颗粒。
此外，混合纤维编织物具有的磁性效果的颗粒的浓度优选低于所述芯部元件，特别是低于芯管25，其中与此同时，所述混合纤维编织物的磁性效果的颗粒的居里温度高于所述芯部元件、特别是芯管25的磁性效果的颗粒。
芯管25优选在其所有层33、35、37中均具有磁性效果的颗粒。
图5为在前述方法的一个实施方式的范围内制造的FMV混合构件39的一个实施例的示意图。FMV混合构件39在此构建为汽车用前端支架41。其中所述构件具有数个浇口和/或包封43，在此为清楚起见仅用附图标记43标示出其中的一个。优选在注射成型模具中将这些浇口和/或包封43设置在FMV混合构件上。
在详图D中示出前端支架41的Z形臂45，其具体构成方式为，在注射成型模具中将扁平的FMV半成品47围绕FMV混合构件39铺设，其中借助该注射成型模具的锁模压力和/或借助注射压力对该半成品进行成型，并将其接合至FMV混合构件39。优选地，也至少局部地用塑料将优选构建为有机板的扁平的FMV半成品47注塑包封，从而进一步改善FMV半成品47在FMV混合构件39上的接合。
总体而言，借助所述方法能够以较低的复杂度并且同时在较高的成型度下过程稳定且无损地制造FMV混合构件39。

Claims (10)

1.一种制造FMV混合构件(39)的方法，包含以下步骤：
将干燥的混合纤维纱线编绕至一次性芯部元件，其中形成混合纤维编织物，并且获得纤维-芯部复合体(3)；
对所述纤维-芯部复合体(3)进行成型，以及
在所述芯部元件上对所述混合纤维编织物进行浸渍和固化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将芯管(25)用作芯部元件，所述芯管
a)具有至少一塑料，和/或
b)在所述纤维-芯部复合体(3)的成型过程中处于支撑用的内压下。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少所述混合纤维纱线和/或至少所述芯部元件具有磁性效果的颗粒，其中为了成型和/或为了浸渍和固化而对所述纤维-芯部复合体(3)进行感应加热。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在端侧将压模(23)置入到所述芯管(25)中，所述压模
a)用作用于施加支撑用内压的密封装置(21)的部件；和/或
b)在所述芯管(25)中用作成型过程中的成型底模，和/或
c)作为一次性压模留在所述FMV混合构件(39)中，特别是充当衬套，优选充当UD-FMV衬套。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在连续过程中连续地制造所述纤维-芯部复合体(3)，其中优选借助至少一个激光束将各FMV混合半成品作为纤维-芯部复合体(3)从连续式纤维-芯部复合体(3)定长剪切下来。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，沿所述纤维-芯部复合体(3)的纵轴设置若干焊点(11)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用具有数个层的芯管(25)，优选采用：
a)外层(33)，其具有塑料，该外层的塑料的化学特性与所述混合纤维纱线的基质塑料至少相似，优选相同；和/或
b)内层(35)，其具有塑料，该内层的塑料具有选自由以下特性构成的组的至少一个特性：压力密封特性、流体密封特性、较所述混合纤维纱线的基质塑料更高的玻璃化转变温度和/或更高的熔化温度；和/或
c)最内层(37)，其具有一塑料，该最内层的塑料具有选自由以下特性构成的组的至少一个特性：流体密封特性、耐介质特性、可滑动特性以及耐温特性。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述混合纤维纱线和所述芯部元件均具有磁性效果的颗粒，其中为所述混合纤维纱线
a)使用比所述芯部元件更低浓度的磁性效果的颗粒，和/或
b)与芯部元件相比使用居里温度更高的磁性效果的颗粒。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述FMV混合构件
a)在注射成型模具中被配设至少一个浇口(43)，和/或
b)被与至少一个扁平的FMV半成品(47)连接。
10.一种FMV混合构件，以如权利要求1至9中任一项所述的方法制造，其中所述FMV混合构件(39)优选构造为汽车用前端支架。
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