CN110832128A - 用于制造编织预成型件的方法、编织预成型件、纤维增强构件以及编织机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造编织预成型件的方法，该方法包括以下步骤：在编织过程中产生由填充线(20)和编织线(10)构成的编织物软管(50)，将所述填充线和所述编织线从纱线存储器中抽出，b)将芯部(40)供应给所述编织物软管(50)，c)继续进行该编织过程，将所述芯部(40)向前推，使得该芯部在其长度上被编绕，在步骤c)期间，将至少一根填充线(20A)的抽出锁止，使得所述至少一根填充线(20A)从包围所述芯部的编织物软管(50)的至少一个子区段中被拉出。此外，给出一种利用该方法制造的编织预成型件、一种纤维增强构件以及一种用于实施该方法的编织机。

Description

用于制造编织预成型件的方法、编织预成型件、纤维增强构件 以及编织机

技术领域

本发明涉及一种用于制造编织预成型件的方法、一种编织预成型件、一种纤维增强构件以及用于实施该方法的编织机。

背景技术

编绕技术是在制造由纤维复合材料制成的空心型材时的一种常用的预成型方法。成型的、通常伸长的芯部被引导通过编织机并且在此由所述编织机与编织物软管一起被编绕。可能的编织类型是三轴编织，其中除了交叉编织线之外，还将沿构件轴线方向延伸的填充线一起编入。

纤维复合构件或编织预成型件的壁厚首先通过编织物层数来调整。在所述编绕方法的基本形式中，仅能够实现从芯部的一端到另一端连续的层，使得在构件载荷不均匀的情况下高载荷的构件区域规定了层数。

此外，通过调整编织线的编织角度(纱线以该编织角度被放置在芯部上)存在如下可能性：在符合载荷设计的意义上制造构件。此外，由DE102013220337A1已知，将支撑或增强元件局部地施加在芯部上并且随后将其编织，以便能够补偿结构上局部的载荷峰值。

此外，存在不同构想以便能够实现编织物层的放置，例如在DE102015214698A1中描述的那样，其中编织物层被分成两个部分并且至少一个部分在其位置中被移动。

所述编绕技术经常被用于制造由纤维复合材料制成的长形空心型材，所述空心型材例如被用作车辆结构中的车身组成部分。这种型材可通过多个力引入点或者说连接点与整个车身连接并且因此具有局部波动的载荷水平。

已知的方法没有提供令人满意的解决方案，以便能够适应负载地并且材料高效地制造相应的构件。小的增强元件的施加被限制在较小的区域内并且编织物层的“放置”对过程可靠的工业化提出高的要求。

发明内容

因此，本发明的任务是给出一种在编织预成型件和纤维增强构件的生产中实现材料使用的过程可靠、成本有利且适应负载的局部变型方案。尤其是要能实现材料高效地使用增强纤维。

所述任务通过一种根据权利要求1所述的方法、一种根据权利要求8所述的预成型件以及一种根据权利要求9所述的纤维增强构件来解决。此外，给出一种用于实施该方法的根据权利要求10所述的编织机。另外的有利设计方案由从属权利要求和接下来的说明得出。

用于制造编织预成型件的方法包括以下步骤：

a)在编织过程中产生由填充线和编织线构成的编织物软管，为此填充线和编织线从纱线存储器中被抽出，

b)将芯部供应给编织物软管，

c)继续进行编织过程，其中，将芯部向前推，使得该芯部在其长度上与编织物软管一起被编绕。

按照本发明，在步骤c)期间、即在芯部与编织物软管一起被编绕期间，将至少一根填充线的抽出锁止，使得所述至少一根填充线从包围芯部的编织物软管的至少一个子区段中被拉出。

在编织过程中，芯部被引导通过编织机，如同继续产生编织物软管的程度。这可以手动地或自动地、例如借助机器人来进行。现在通过锁止填充线实现了：填充线被位置固定地保持，而编织物软管(以及芯部与其一起)在编织机中继续前进。由此，填充线从编织物软管中滑出或在芯部上滑动并且在芯部上形成其中不存在该被锁止的填充线的编织物软管区段。通过纱线被锁止的时长或持续时间可确定所述编织物软管区段有多长。通过释放这种锁止，之前被锁止的填充线再次与编织物软管一起被携动输送。在编织物与被锁止的填充线端部之间的摩擦必须被适当地调整，使得过程力不会阻碍芯部的输送，但是足够大，以便填充线在取消锁止之后再次被携动输送。

在编织过程中产生的该增强结构能够简单地且单独地适配给定的要求。通过适当地选择要锁止的填充线，被锁止的填充线的数量和锁止的时长可产生适应载荷的增强结构。

在一种设计方案中，当所述子区段达到一预先给定的长度时，再次将所述至少一根填充线的锁止释放。由此，芯部的前面的、即首先被编绕的区段在没有该填充线的情况下被编绕并且在编织物软管的后续区段中再次包含该填充线。

此外可行的是，只要所述至少一根填充线从包围芯部的整个编织物软管中被拉出，则将所述至少一根填充线的抽出锁止。由此，可在所产生的编织物软管中省去单根或所有填充线。

可设想，仅一根填充线被锁止。然而，为了实现增强结构的适应载荷的变型，则可为有利的是，将两根或更多根填充线的抽出锁止。

如果两根或更多根填充线被锁止，则各个填充线的锁止可在相同的持续时间内进行，由此均匀地减小在完成的编织物中的这些(被锁止的)填充线的长度。

在一种设计方案中，通过以分别不同的持续时间将两根或多根填充线的抽出锁止，也可实现在完成的编织物中填充线长度的例如连续的分级。

可规定，将并排填充线的抽出锁止。通过将多个并排填充线锁止能够实现例如在周向上观察芯部的仅单侧的增强。

在另一种设计方案中也可规定，将在周向上对称分布的填充线的抽出锁止，因此例如可将每第二根、每第三根或每第四根填充线进行锁止或可将相邻的填充线组进行锁止。

所述芯部在其整个长度上与编织物软管一起被编绕。在到达芯部的端部之后，所述编织过程优选在另一个步骤d)中继续，使得在抽出方向上在芯部后面产生中空的编织物软管区段。该编织物软管区段可完全被切断，使得可将编织预成型件取出。保留在编织机中的编织物软管同时用作用于编绕另一个芯部的始端。就这点而言，上述方法在该位置上以步骤b通过引入另一个芯部继续进行。

之前被编绕的芯部也可多次通过所述编织过程给出，从而多个编织物层彼此相叠地被构造在芯部上。在此，各个编织物层的编织方向可以是相同的或镜像相同的。

此外，还给出一种利用上述方法制造的编织预成型件。因此，针对该方法和编织预成型件所描述的特征和措施相应交替地不仅适用于所述方法而且适用于所述构件。

按照本发明的编织预成型件包括芯部和至少一个编织物软管，该编织物软管围绕所述芯部并且在该芯部的整个长度上延伸。

所述芯部可以例如是空心芯部或泡沫芯部并且例如以吹塑方法制造。优选地，所述芯部是细长体。

所述编织物层形成由编织线和填充线构成的三轴编织物，其中，编织线相互交织成围绕芯部的软管。填充线一起被编入编织物软管中并且沿芯部的纵向方向延伸。基于按照本发明的方法实施方式，至少一根填充线仅在芯部的部分长度上延伸。优选地，两根或更多根填充线仅在芯部的部分长度上延伸。

也可行的是，通过在编织过程的整个持续时间上将所有的填充线锁止，编织物层仅构造成双轴编织物，也就是说仅构造有编织线且没有填充线。

编织线和填充线不局限于任何特定的材料。但为了经济地制造能承受高载荷的构件，可为有利的是，使用碳粗纱作为增强纱线并且使用玻璃纤维粗纱作为编织线。这种材料组合结合了碳的高强度和玻璃纤维的低成本。

编织物层可直接被施加在芯部上。同样地，多个编织物层可彼此相叠地构造在芯部上，其中，单个、多个或所有编织物层可按照本发明来构造，也就是说具有一根或多根仅在芯部的部分长度上延伸的填充线。为了产生多个编织物层，芯部可被多次引导通过编织设备并且被编绕。通过沿不同方向对芯部进行编绕，可在任何位置上形成局部的增强。此外，编织预成型件可具有例如以缠绕物或稀松布形式的其它纤维层。

如果按照本发明的编织预成型件在合适的工艺中、例如在树脂传递法(RTM)中用基质材料被渗透并且加固，则能够以这种方法制造出纤维增强的构件，该纤维增强的构件在高效材料使用的情况下具有适应载荷的增强部。在此，芯部可保留在构件中或被去除。

所制造的构件可以尤其是车身结构构件或车辆车身的增强构件。车身结构构件例如可以是车身骨架的一部分亦或车身柱或车身支架。作为增强构件，纤维增强构件可与车身结构构件连接，尤其是可以是在外部的与内部的侧框架之间使用的A柱增强部、B柱增强部或C柱增强部。

为了实施所述方法，使用一种编织机，该编织机适合于制造由填充线和编织线构成的三轴编织物软管。这种编织机例如可设计为径向编织机或轴向编织机并且通常具有填充线存储器容纳部和编织线存储器容纳部、筒管传动装置和编织环。填充线和编织线例如被缠绕到线轴上并且被提供到相应的纱线存储器容纳部上。在编织机的运行中，编织线从那里穿过编织环引导并且交织成编织物软管。为了实现所述编织运动，编织线借助筒管传动装置来运动。在运行中，填充线从相应的填充线存储器容纳部穿过编织环被引导、一起被编入到编织物中并且与编织物一起被抽出。

此外，所述编织机具有用于将填充线的抽出锁止的止动装置。所述止动装置例如可以构造成纱线制动器，其中，相应一个纱线制动器可通过提高运行阻力来对连续的填充线进行制动并且防止其继续通行。在此，纱线制动器可以在很大程度上任意地设置在编织物与填充线存储器容纳部之间。原则上，这种纱线制动器是已知的，它们例如在传统的编织设备中使用，以便在编织过程期间改变纱线张力。也可设想不同设计的止动装置用于将填充线锁止，例如通过将纱线线轴在纱线存储器容纳部上止动。

此外，所述编织机具有控制装置，该控制装置设置用于在编织机的运行期间操纵所述止动装置中的至少一个止动装置，从而使得所述至少一个止动装置将填充线的抽出锁止。控制装置与止动装置处于相应的作用连接。所述控制装置优选可以是控制编织过程的编织机的中央控制装置。编织机的控制程序可具有用于操纵止动装置的相应指令，从而如上所述地将单根或多根填充线锁止。

借助所提出的方法，可编织仅部分地用填充线增强的单个层。原则上，每根填充线的自构件端部的长度可单独地确定。因此，对于相应受载的构件(例如在分成强载荷和弱载荷的构件半部时)，相对于参考过程在性能保持相同的情况下可明显减少材料使用。此外，相对简单的可实现性和高的过程可靠性被认为是有利的，因为可省去在芯部上修剪纤维并且取而代之地有利的编织线、例如玻璃纤维纱线作为增强的区域之间的连接部分。此外，可设想到现有制造过程中的不影响周期时间的集成。

本发明的其它优点、特征和细节将从以下说明中得出，其中参考附图详细说明本发明的不同实施例。在此，在权利要求中和说明书中提到的特征可分别单独地或以任意组合对于本发明是重要的。只要在本申请中使用术语“可”，则不仅涉及技术可行性而且涉及实际的技术实现。

附图说明

下面借助附图阐述各实施例。在附图中：

图1示出一示例性方法的各个步骤的示意图，

图2A、2B和2C示出用该方法制造的各种编织预成型件，以及

图3示出用于实施该方法的编织机的部分视图。

具体实施方式

图1示出用于制造编织预成型件的方法的各个步骤，其中，方法的步骤a)被标作A，步骤b)被标作B，步骤c)被标作C。

为了制造三轴编织物，将编织线10和填充线20从(未示出的)线轴中抽出、将其通过编织环30引导并且编织到芯部40上。出于直观的原因，在图1中仅以完成的编织物示出编织线10，并且仅示出在其走向中通过编织环30的两根填充线20A和20B。通过编织线相对于彼此的相对运动，编织线10被交织成编织物软管50。在此，将填充线20沿编织过程的纵向方向(0度角)引导并且将填充线一起编入到编织物软管50中。芯部40随着编织物的继续而被移动通过编织机。这可以手动地或例如通过机器人来进行。

在连续过程中将一个芯部在另一个芯部之后编绕，其中，编织物软管50在每个编织过程之后(就此指的是将编织物层施加到芯部上)如在图1中在A时示出的那样借助分离装置60进行分离。为了防止编织物软管50松脱，在分离之前进行无芯编织几厘米。在将编织物软管分离之后，可将经编绕的芯部取出。空的编织物软管区段50A保留在编织机中。

在下一个方法步骤b)中，将另一个要编绕的芯部40放置到所述空的编织物软管区段50A上。芯部40可以例如是吹模芯部。

在本方法的进一步过程中，在C时将芯部40沿用箭头P表示的进给方向引导通过编织机并且在此编绕。在编绕芯部40期间，通过合适的止动装置(图1中未示出)防止至少一根填充线20A、但优选多根填充线的抽出，即有针对性地锁止至少一根填充线20A。当芯部40继续引导穿过编织机期间，编织线输送装置正常地工作并且编织物软管50继续增长，但是所述至少一个被锁止的填充线20A不能与该编织物一起被引导。结果是其穿过编织物50或在芯部40上滑动并且形成部分区段，在该部分区段中芯部40虽然被编绕，但是在该部分区段中在没有该被锁止的填充线20A的情况下构造编织物软管50。如果再次释放该被锁止的填充线的抽出，则该填充线再次被产生的编织物携动输送并且成为编织物软管50的一部分。所述编织过程继续进行，直至达到芯部40的端部。

被锁止的填充线的数量和将锁止释放的相应时间点是灵活的，并且可以适配于相应的增强要求。该方法能够实现以简单的方法单独适配地产生增强编织物。

图2A至2C示意性地示出可使用该方法来制造的各种示例性的编织预成型件70A、70B和70C。出于直观的原因，仅示出具有编织物软管50的芯部40。可理解，芯部40可以具有其它的编织物层或者另外的纤维层，例如稀松布或无纺布，它们可设置在所示出的编织物软管的上方或下方。

图2A示例性地示出编织预成型件70A，其中在周向上仅单侧通过填充线构成增强部。为此，例如一半的填充线可在整个编织过程内被锁止，而另一半的填充线(示例性示出为20D至20F)在整个编织过程中被携动引导。这样例如可产生半侧的增强结构。

芯部也可仅在后部区段中利用三轴编织进行增强，参见图2B。为此，在编织过程开始时锁止所有的填充线，由此首先、即在芯部40的前部区段处产生纯双轴的编织物50B。在预先给定的时间点，例如在限定的编织时间之后或随着到达预先给定的芯部区段，所述锁止被释放，填充线20A至20F再次被携动输送并且产生三轴编织物50C。

单个被锁止的填充线也可在不同的时间点被释放。图2C示出具有可实现的增强结构的编织预成型件70C，其中，并排的填充线20A至20F被相继地释放，由此，编织物软管50中的填充线数量连续地增加。

当然，所示出的示例为了实现特殊的增强也可相互组合或者以其它方式变换。

在所示出的示例中，例如使用玻璃纤维长丝作为编织线10，而使用碳长丝作为填充线20。当然，也可考虑其它的纱线组合或仅使用一种纤维类型，例如仅使用碳长丝。

为了制造纤维增强的构件，编织预成型件70A、70B、70C能够以已知的方法(例如以RTM方法)利用基质材料被渗透和加固。由于能够以简单、过程可靠且材料高效的方式制造各单独的增强部，因此，编织预成型件能够尤其是被用于制造高载荷的车辆构件，例如车身构件。

图3以示意图示出按照本发明的编织机1的一部分。示出一种轴向编织机，尽管如此本发明同样也可被应用于其它的编织机类型，例如径向编织机。

为了制造三轴编织物软管，将编织线10和填充线20均通过编织环30引导。将编织线10从设置在筒管传动装置16上的线轴12、14上抽出。出于直观的原因，在图3中未示出编织线10从线轴直到完成的编织物50的走向。通过纱管的运动和筒管传动装置16的旋转，编织线10被交织成编织物50。通过筒管传动装置16，将填充线20输送给编织物50。填充线(仅示出一根填充线20)相应地从保持在填充线存储器容纳部上的线轴抽出(两者均未示出)。对于每根填充线20，在编织机1中设置有一个止动装置22，利用该止动装置22可将相应填充线20的抽出止动。止动装置22在此例如能以已知的方式设计成纱线制动器或锁止填充线线轴。通过控制装置24来控制对填充线的锁止和对锁止的释放，该控制装置为此相应地设计并且与止动装置22相应地作用连接。

所述实施例并非是按比例的和限制性的。专业人员技术范围内的改变也是可行的。

附图标记列表

1 编织机

10 编织线

12、14 线轴

16 筒管传动装置

20、20A至20F 填充线

22 止动装置

24 控制装置

30 编织环

40 芯部

50、50A、50B、50C 编织物(软管)

60 分离装置

70A、70B、70C 编织预成型件

Claims (10)

1.用于制造编织预成型件的方法，该方法包括以下步骤：

a)在编织过程中产生由填充线(20)和编织线(10)构成的编织物软管(50)，为此将所述填充线和所述编织线从纱线存储器中抽出，

b)将芯部(40)供应给所述编织物软管(50)，

c)继续进行该编织过程，其中，将所述芯部(40)向前推，使得该芯部在其长度上被编绕，

其中，在步骤c)期间，将至少一根填充线(20A)的抽出锁止，使得所述至少一根填充线(20A)从包围该芯部的编织物软管(50)的至少一个子区段中被拉出。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述子区段达到一预先给定的长度时，再次将对所述至少一根填充线(20A)的锁止释放。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，只要所述至少一根填充线(20A)从整个包围该芯部(40)的编织物软管(50)中被拉出，则将所述抽出锁止。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以相同的持续时间将两根或更多根填充线(20A、20B、20C)的抽出锁止。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以各自不同的持续时间将两根或更多根填充线(20A、20B、20C)的抽出锁止。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将并排填充线(20)的抽出锁止。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将在周向上对称分布的填充线(20)的抽出锁止。

8.编织预成型件，该编织预成型件利用根据前述权利要求中任一项所述的方法制造，该编织预成型件包括：

芯部(40)，以及

至少一个编织物软管(50)，该编织物软管围绕所述芯部(40)并且在该芯部(40)的整个长度上延伸，其中，该编织物软管(50)由编织线(10)和填充线(20)构成并且至少一个填充线(20A)仅在所述芯部(40)的部分长度上延伸。

9.纤维增强构件、尤其是车身结构构件或机动车车身的增强构件，该纤维增强构件在使用根据权利要求8所述的编织预成型件(70A、70B、70C)的情况下制成。

10.用于制造由填充线(20)和编织线(10)构成的三轴编织物软管(50)的编织机，其中，在运行中填充线(20)从填充线存储器容纳部经由筒管传动装置(16)并且通过编织环(30)被抽出，所述编织机具有：用于将所述填充线(20)的抽出锁止的止动装置(22)，

并且所述编织机具有控制装置(24)，该控制装置设置用于在该编织机运行期间操纵所述止动装置(22)中的至少一个止动装置，使得所述至少一个止动装置将所述填充线的抽出锁止。

Images