CN110087849A - 具有连接成框架的纤维杆的纤维构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纤维构件(1)，其具有至少三个纤维杆(10)，所述纤维杆分别具有沿纤维杆(10)的轴向方向(X)连续延伸的纤维，其中，所述三个纤维杆(10)中的至少两个纤维杆分别构成一个支承杆(10’)并且所述三个纤维杆(10)中的至少一个纤维杆分别构成一个连接杆(10”)，所述支承杆(10’)沿其轴向方向(X)基本上平行地且彼此间隔开地设置，所述连接杆(10”)将支承杆(10’)相互连接，并且连接杆(10”)在连接杆(10”)与支承杆(10’)之间的相应的连接点(12)上分别构成一个与相应的支承杆(10’)的节点(11)。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维构件，该纤维构件由连接成框架的纤维杆组成。
背景技术
纤维杆使用在纤维复合构件的技术中并且通过如下方式与纤维层区分开，即纤维杆由多个连续纤维成形而成，也就是说纤维制成为预定的杆形。作为杆横截面形状，在这里大多使用圆形、四边形或六边形的杆，其中，高宽比大于或等于1/10。更小的高宽比涉及的不是已成形的纤维杆。
纤维增强塑料具有高的轻质结构潜力并且与其它材料(诸如金属或者非增强塑料)相比由于制入了纤维而能够吸收大的拉力。在此，如果基质材料中的纤维设计为符合负载路径(这以材料的符合负载的结构为前提)，那么可最佳利用纤维增强塑料的特定于重量的优势。因此值得期望的是，不仅可以沿负载方向使用纤维杆，而且在格栅结构内也可以实现纤维杆的方向变换，以确保被多轴加负载的构件。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种纤维构件，该纤维构件可以有利且高能效地制造、非常轻并且能够在不同的方向上吸收负载路径。此外，本发明的任务是提供一种用于有利且高能效地制造这样的纤维构件的方法。
所述任务通过根据权利要求1和11所述的特征组合来解决。
按照本发明提出一种包括至少三个纤维杆的纤维构件。所述至少三个纤维杆分别包括沿纤维杆的轴向方向连续延伸的纤维。所述三个纤维杆中的至少两个纤维杆分别形成一个支承杆并且所述三个纤维杆中的至少一个纤维杆分别形成一个连接杆。所述支承杆沿其轴向方向基本上平行地且彼此间隔开距离地设置。所述连接杆将所述支承杆相互连接并且在连接杆与支承杆之间的相应的连接点上分别构成一个与相应支承杆的节点。纤维复合构件在此也可以理解成纤维构件，其中，纤维或纤维杆利用基质浸渍，使得基质构造在纤维杆中以及纤维杆上。因此，基质也可以构造成使得基质在各纤维杆之间延伸，从而基质填充各纤维杆之间的体积。连接点或连接区段在连接杆与支承杆之间处于如下位置上，在该位置上连接杆贴靠在支承杆上以便将连接杆与支承杆连接。
如下构型变型方案是有利的，在该构型变型方案中所述至少三个纤维杆中的至少三个纤维杆通过其布置结构相互构成一个框架结构。
此外如下构型是有利的，在该构型中至少三个纤维杆分别形成一个支承杆。所述支承杆沿其轴向方向X彼此基本上平行地设置且位于至少两个彼此间隔开距离的平面上，使得所述支承杆在其自身之间形成假想体积。至少一个连接杆缠绕形成假想体积的支承杆并且将支承杆相互连接。所述至少一个连接杆在其与形成假想体积的支承杆的连接点上构成与形成假想体积的支承杆的节点。
在一种有利的进一步改进方案中，所述至少一个连接杆或多个连接杆与形成假想体积的支承杆通过其布置结构相互形成一个空间框架。
所述纤维杆设置在格栅结构中，其中，该格栅结构以框架或空间框架的形式构造，从而形成框架的纤维杆仅被法向力、即被沿纤维杆的纵轴线的力加负荷。
进一步如下构型形式是有利的，在该构型形式中所述纤维构件是支架，其侧面至少部分地由所述至少三个纤维杆组成，这些纤维杆设置在一个框架结构中或多个框架结构中。
此外，在一种构型变型方案中有利的是，所述支架由形成所述体积的纤维杆或支承杆确定并且所述侧面分别位于两个平行的形成所述体积的纤维杆或支承杆之间。
此外，如下进一步改进形式是有利的，在该进一步改进形式中支承杆与连接杆在其共同的节点上通过压紧支承杆与连接杆连接。通过压紧纤维杆，经浸渍的纤维杆部分地通过其处于外部的基质连接并且因此相互粘接。支承杆和连接杆材料锁合地连接。
如下进一步改进形式是有利的，在该进一步改进形式中所述纤维杆至少在节点上具有由热塑性塑料或热固性塑料构成的基质。
此外，如下实施变型方案是有利的，在该实施变型方案中一个纤维杆与另一个纤维杆或支承杆与连接杆在其共同的节点上通过基质连接。在此，纤维杆首先在其按照规定的、框架状的布置结构中被浸渍或在浸渍之后不久布置成框架。纤维杆的基质混合并且在硬化基质时在各纤维杆之间形成不可分开的材料锁合的连接。在此，所述基质也可以包围整个框架结构并且填充在框架结构中的空腔。
在一种有利的实施变型方案中，一个纤维杆与另一个纤维杆或支承杆与连接杆一起在其共同的节点上通过塑料连接，该塑料至少部分地包围所述一个纤维杆和另一个纤维杆或所述支承杆和连接杆。在此，塑料至少构成所述节点并且因此将纤维杆相互连接。替代地，塑料附加地可以包围由纤维杆构成的整个框架结构并且填充在框架结构中的空腔。塑料包围由基质浸渍的纤维杆。
按照本发明还提出一种用于制造纤维构件的方法，在该方法中将所述至少三个纤维杆放入在模具中，使得所述至少三个纤维杆中的至少两个纤维杆平行地且彼此间隔开距离地设置并且至少一个纤维杆缠绕所述至少两个纤维杆且与所述至少两个纤维杆在其连接点上构成至少一个节点。利用基质浸渍纤维杆并且随后在一段硬化时间之后将纤维构件与模具分开。纤维杆的浸渍可以在将纤维杆放入到模具中之前或之后实施。也可以将预浸料坯(预浸渍的纤维杆)放入到模具中或在其中使用。在将纤维杆放入到模具中之后，由所述至少三个纤维杆构成的纤维构件在一定的硬化时间之后与模具分开。
有利的是，所述模具具有一次性成型件或是一次性成型件，所述至少三个纤维杆在放入到模具中时布置在所述成型件中。所述一次性成型件优选由蜡制成并且可以通过3D打印法制成。
通过将纤维杆布置在一次性成型件中的步骤与制造该一次性成型件的步骤结合可以实现复杂的结构。例如，3D打印机可以是一次性成型件的一部分，机器人将一个纤维杆或多个纤维杆放入到其中。在放入纤维杆之后，一次性成型件的另一部分可以通过3D打印机制造，其中，接着再次放入纤维杆。
此外有利的是，所述一次性成型件是可熔化的并且在纤维杆与模具分开时被熔化。通过熔化一次性成型件，已熔化的一次性成型件从由所述至少三个纤维杆构成的框架中脱离。
有利的是，所述至少三个纤维杆由机器人放入到一次性成型件中并且彼此设置为使得所述至少三个纤维杆形成所述框架结构。
此外有利的是，所述模具替代地具有吹模芯件、硅树脂芯件或橡胶弹性芯件。所述吹模芯件、硅树脂芯件或橡胶弹性芯件可以从纤维构件中脱模并且由此可被重复使用。所述吹模芯件、硅树脂芯件或橡胶弹性芯件是永久铸模。
替代地有利的是，所述模具具有芯件，该芯件保留在纤维构件中或可从纤维构件中脱模。
在构件包括多个纤维构件时有利的是，多个纤维构件中的各纤维构件分别是直的，多个纤维构件中的一个纤维构件相应地在沿纵向方向的一侧上与多个纤维构件中的另一个构件的沿纵向方向的一侧在连接点上连接，所述一个纤维构件相对于所述另一个纤维构件以一定角度设置并且可挠曲的元件固定在多个连接点上，使得所述可挠曲的元件依循连接点形成半径。所述可挠曲的元件例如是金属板并且构成一个结构的外面或视见面。
上面公开的特征可以任意组合，只要这种组合在技术上是可行的并且这些特征彼此不相矛盾即可。
附图说明
本发明的其它有利的进一步改进方案在从属权利要求中表征，或者接下来结合借助附图对本发明优选实施方式的说明来更详细地描述。在附图中：
图1以等轴视图示出平面的纤维构件；
图2以侧视图示出平面的纤维构件；
图3以等轴视图示出构成空间框架的纤维构件；
图4以侧视图示出构成空间框架的纤维构件；
图5以前视图示出构成空间框架的纤维构件。
这些视图是示例性示意性的。附图中相同的附图标记指示功能相同和/或结构相同的特征。
具体实施方式
图1示出平面的纤维构件1，该纤维构件由三个纤维杆10构成。所述三个纤维杆10中的两个纤维杆作为支承杆10’彼此平行地设置且在其自身之间具有一定距离。所述两个平行的支承杆10’的轴向方向X未改变。第三纤维杆10在Z字形的走向中作为连接杆10”缠绕所述两个平行的支承杆10’。相应的纤维杆10在连接杆10”与所述两个平行的支承杆10’的连接点12上构成节点11。所述连接杆10”仅在节点11上改变其轴向方向X的定向并且在各节点11之间延伸而不改变其轴向方向X的定向。图1的纤维构件基本上在所述平面中延伸，从而该纤维构件是大致二维的。
图2以侧视图示出图1中的纤维构件。
图3示出另一个纤维构件1，然而该纤维构件由四个平行的支承杆10’和两个连接杆10”构成。每两个平行的支承杆10’位于两个彼此间隔开距离的平面中，从而在四个支承杆10’之间形成方形体积。连接杆10”缠绕所述四个支承杆10’，使得纤维构件1是支架1’。纤维杆10在连接杆10”与支承杆10’的连接点12上构成节点11，其中，连接杆10”在所述节点11上改变其轴向方向X的定向。纤维杆10和节点11嵌入到基质中，该基质在硬化之后加固纤维杆10和节点11。
图4示出图3中纤维构件的侧视图。
图5示出图3中纤维构件的前视图。
本发明在其实施形式上并不局限于上面给出的优选实施例。而是可以考虑多种变型方案，它们将所描绘的解决方案同样也应用在原则上不同型式的实施形式中。例如利用框架结构可将纤维构件以其它几何结构形成为支架或杆，例如长方体、球体或复杂的不规则几何结构。这样制造的纤维复合构件例如可以用作自行车架或用于其它运动装置。
Claims (15)
1.纤维构件(1)，其具有至少三个纤维杆(10)，所述纤维杆分别具有沿纤维杆(10)的轴向方向(X)连续延伸的纤维，其中，所述三个纤维杆(10)中的至少两个纤维杆分别构成一个支承杆(10’)并且所述三个纤维杆(10)中的至少一个纤维杆分别构成一个连接杆(10”)，
所述支承杆(10’)沿其轴向方向(X)基本上平行地且彼此间隔开距离地设置，
所述连接杆(10”)将所述支承杆(10’)相互连接，并且
所述连接杆(10”)在所述连接杆(10”)与所述支承杆(10’)之间的相应的连接点(12)上分别构成一个与相应的支承杆(10’)的节点(11)。
2.根据前一权利要求所述的纤维构件(1)，其中，所述至少三个纤维杆(10)通过其布置结构相互形成一个框架结构。
3.根据上述权利要求之一所述的纤维构件(1)，其中，
至少三个纤维杆(10)分别形成一个支承杆(10’)，
所述支承杆(10’)沿其轴向方向X彼此基本上平行地且在至少两个彼此间隔开距离的平面上设置，使得所述支承杆在其自身之间形成假想体积，其中，
至少一个连接杆(10”)缠绕形成所述假想体积的支承杆(10”)并且
所述至少一个连接杆(10”)在其与形成所述假想体积的支承杆(10’)的连接点(12)上构成与形成所述假想体积的支承杆(10’)的节点(11)。
4.根据前一权利要求所述的纤维构件(1)，其中，所述至少一个连接杆(10”)与形成所述假想体积的支承杆(10’)通过其布置结构相互形成一个空间框架。
5.根据上述权利要求之一所述的纤维构件(1)，其中，该纤维构件(1)是支架(1’)，其侧面至少部分地由所述至少三个纤维杆(10)组成，这些纤维杆设置在所述框架结构中或多个框架结构中。
6.根据前一权利要求所述的纤维构件(1)，其中，所述支架(1’)由支承杆(10’)确定并且所述侧面分别位于两个平行的支承杆(10’)之间。
7.根据上述权利要求之一所述的纤维构件(1)，其中，支承杆(10’)与连接杆(10”)在其共同的节点(11)上通过压紧该支承杆(10’)与该连接杆(10”)连接。
8.根据上述权利要求之一所述的纤维构件(1)，其中，所述纤维杆(10)至少在节点(11)上具有由热塑性塑料或热固性塑料构成的基质。
9.根据前一权利要求所述的纤维构件(1)，其中，支承杆(10’)与连接杆(10”)一起在其共同的节点(11)上通过所述基质连接。
10.根据上述权利要求之一所述的纤维构件(1)，其中，支承杆(10’)与连接杆(10”)一起在其共同的节点(11)上通过塑料连接，该塑料至少部分地包围该支承杆(10’)和该连接杆(10”)。
11.用于制造至少根据权利要求10所述的纤维构件(1)的方法，其中，将所述至少三个纤维杆(10)放入在模具中，使得所述至少三个纤维杆(10)中的至少两个纤维杆(10)平行地且彼此间隔开距离地设置并且至少一个纤维杆(10)缠绕所述至少两个纤维杆(10)且与所述至少两个纤维杆构成至少一个节点(11)；利用基质浸渍纤维杆(10)并且随后在硬化时间之后将纤维构件(1)与模具分开。
12.根据上述权利要求所述的方法，其中，所述模具具有一次性成型件，所述至少三个纤维杆(10)在放入到模具中时设置在所述成型件中。
13.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述一次性成型件是可熔化的并且在纤维杆(10)与模具分开时被熔化。
14.根据权利要求12或13之一所述的方法，其中，所述至少三个纤维杆(10)由机器人放入到所述一次性成型件中并且彼此设置为使得所述至少三个纤维杆(10)形成框架结构。
15.根据权利要求11至14之一所述的方法，其中，所述模具具有芯件，该芯件保留在纤维构件(1)中或能够从纤维构件(1)中脱模。
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Also Published As
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| WO2018158048A1 (de) | 2018-09-07 |
| US11840026B2 (en) | 2023-12-12 |
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