DE60217488T2

DE60217488T2 - Dreidimensionale webstruktur

Info

Publication number: DE60217488T2
Application number: DE2002617488
Authority: DE
Inventors: P. Ronald Fort Worth SCHMIDT; R. Larry Forth Worth BERSUCH; A. Ross Willow Park BENSON; Amir Bally Islam
Original assignee: Lockheed Corp; Lockheed Martin Corp
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2022-04-27
Also published as: CA2450187A1; AU2002303509B2; EP1399610B1; US6712099B2; US20020192450A1; EP1399610A2; WO2002103098A3; WO2002103098A2; DE60217488D1; CA2450187C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Weben von Vorformlingen und bezieht sich insbesondere auf das Weben von Vorformlingen, die bei der Verbindung von Komponenten an strukturellen Verbindungen verwendet werden.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Wen Komponenten in einer strukturellen Verbindung verbunden werden, können Schichten von Gewebe, die mit einem Polymerharz getränkt sind, zum Verbinden der Komponenten verwendet werden. Beispielsweise werden zwei Komponenten in die gewünschten Positionen und die gewünschte Orientierung gebracht werden, und Schichten von Verbundkörpern werden an die äußeren Oberflächen der Komponenten geklebt: ein Bereich des Gewebes an der einen Komponente haftend und ein Bereich an der anderen Komponente haftend. Mehrere Schichten aus Gewebe werden gestapelt, um die Festigkeit der Verbindung zu erhöhen und eine gerundete Kreuzungsstelle zu bilden.
Während dieses Verfahren gut arbeitet, kann die Verbindung verbessert werden, indem sie Fasern aufweist, die sich durch die Kreuzungsstelle der Komponenten hindurch erstreckt, wobei sie die Verbundschichten auf beiden Seiten der Verbindung verbindet. Ein dreidimensionaler, gewebter, textiler Vorformling sieht Fasern vor, die sich durch die Kreuzung einer Verbindung erstrecken. Der Vorformling ist mit einem Harz getränkt, das gehärtet ist, um eine starre Polymermatrix zu bilden, die die Fasern des Vorformlings umgibt.
Webmuster für gewebte Verbundtextilien wurden in der Vergangenheit verwendet, die verschiedene Formen dreidimensionaler Vorformlinge vorsehen können. Jedoch waren diese Webmuster typischerweise Einzelschichtverbinder, beispielsweise US-Patent Nr. 4,671,470 für Jonas, in welchem ein H-förmiger Verbinder zum Verbinden eines Tragflächenholms mit einer Sandwich-Hautstruktur offenbart ist. Auch wurden dreidimensionale Vorformlinge gewoben, um während des Aufschichtens von Verbundschichten in Kreuzungsstellen mit engem Radius gebildete Spalte zu füllen. Ein Spalt füllender Vorformling ist in dem US-Patent Nr. 5,026,595 für Crawford, Jr., et al offenbart, das den am nächsten kommenden Stand der Technik darstellt.
Jedoch waren diese Vorformlinge nach dem Stand der Technik begrenzt in ihrer Fähigkeit, hohen außerebenen Lasten zu widerstehen, in einem automatischen Webprozess gewebt zu werden und sich ändernde Dicken von Bereichen des Vorformlings vorzusehen. Die Webkonstruktion und Automatisierung des Webens von Vorformlingen waren in ihren Anfängen und ergaben nur einen geringen Vorteil gegenüber herkömmlichen laminierten, fasergewundenen oder geflochtenen Verbundstoffen, wodurch die Vielseitigkeit der Vorformlinge begrenzt war.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung ergibt eine dreidimensionale Vorformling-Webstruktur gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1, 20 und 24.
Die dreidimensionale Webstruktur zum Weben von Vorformlingen hat Schussfasern, die gewebt sind, um eine Schicht zu Schicht-Verkettung von Schichten von Kettfasern sowie eine Verkettung von Fasern innerhalb jeder Schicht vorzusehen. Der gewebte Vorformling überträgt eine Außerebenenbelastung durch gerichtete Fasern, um eine interlaminare Spannung zu minimieren. Der Vorformling hat eine Basis und zumindest ein Bein, das sich von der Basis weg erstreckt, wobei die Basis und das Bein jeweils zumindest zwei Schichten aus Kettfasern haben. Die Schussfasern können einer Webfolge folgen, die sie durch einen Teil der Basis, dann in die Beine, dann durch den anderen Bereich der Basis und zurück durch die Basis trägt, um zu dem Startpunkt des Schussseils zurückzukehren. Das Bein kann an einer Einzel- oder verteilten Säulenkreuzungsstelle verbunden sein, und die Kreuzungsstelle kann gerundet sein. Die äußeren Enden der Basis und der Beine können eine konische Form haben durch Enden der Schichten von Kettfasern in einem gestuften Muster.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die neuen Merkmale, die als charakteristisch für die Erfindung angesehen werden, sind in den angefügten Ansprüchen wiedergegeben. Die Erfindung selbst jedoch sowie eine bevorzugte Verwendung, weitere Aufgaben und Vorteile hiervon, werden am besten verständlich durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung eines veranschaulichenden Ausführungsbeispiels, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird.
1 zeigt ein globales Schussschleppmuster, das zum Weben eines T- oder Pi-förmigen Vorformlings gemäß der Erfindung verwendet wird.
2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Schussschleppmusters nach 1 gemäß der Erfindung.
3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Schussschlepp-Webemusters nach 1, das verwendet wird zum Weben eines kreuzförmigen Vorformlings gemäß der Erfindung.
4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Schussschlepp-Webmuster nach 3 gemäß der Erfindung.
5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Schussschlepp-Webmusters nach 1, das zum Weben eines Pi-förmigen Vorformlings gemäß der Erfindung verwendet wird.
6 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein im wesentlichen Einzelsäulen-Schussschlepp-Webmuster unter des globalen Musters nach 1 zeigt, das in Schichten von Kettfasern gewebt ist und verwendet wird zum Weben eines T- oder Pi-förmigen Vorformlings gemäß der Erfindung.
7 zeigt ein Webmuster mit verteilter Säule, das das globale Muster nach 1 verwendet und in Schichten von Kettfasern gewebt und verwendet ist zum Weben eines T- oder Pi-förmigen Vorformlings gemäß der Erfindung.
8 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Schussschlepp-Webmusters, das in Schichten von Kettfasern gewebt und verwendet ist zum Weben einer konischen äußeren Kante des Basisbereichs eines Vorformlings gemäß der Erfindung.
9 zeigt einen vollständigen T-förmigen, dreidimensionalen Vorformling mit konischen Enden und gemäß der Erfindung.
10 zeigt ein Schussschlepp-Webmuster, das zum Weben eines hybriden Vorformlings mit Glasschussfasern, die in Schichten aus Kohlenstoff-Kettfasern gewebt sind, verwendet wird und gemäß der Erfindung ist.
11 zeigt ein Schussschlepp-Webmuster und verwendet zum Weben eines hybriden Vorformlings mit Kohlenstoff-Schussfasern, die in Schichten aus Glaskettfasern gewebt sind, und gemäß der Erfindung ist.
12 zeigt ein Schussschlepp-Webmuster, das zum Weben eines hybriden Vorformlings mit Kohlenstoff- und Glasschussfasern, die in Schichten aus Kohlenstoff- und Glasschussfasern gewebt sind verwendet wird und gemäß der Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein dreidimensionaler Vorformling wird geschaffen durch Weben eines Schleppmusters durch mehrere Kettfasern, die sich senkrecht zu der Ebene des Schleppmusters erstrecken. Die Kettfasern können mehrere Schichten aufweisen, und alle Kettfasern in einem Vorformling sind parallel zueinander. Der Vorformling ist gewöhnlich aus Materialien gewebt, die für typische Verbundstrukturen verwendet werden, beispielsweise Fiberglas- und Kohlenstofffasern, und er kann eine von verschiedenen Formen haben, einschließlich T-, Pi-, X- und L-förmigen Profilen, oder er kann flach sein. Die Formen können ein, zwei oder drei Beine haben, obgleich die vorliegende Erfindung nicht auf diese Variationen beschränkt ist. Die 1 bis 5 zeigen Schleppmuster, die zum Schaffen von gewebten Vorformlingen für strukturelle Verbindungen verwendet werden. In den Figuren sind die Schussfasern senkrecht zu der Sichtebene gezeigt.
1 zeigt ein Schussfaser-Schleppmuster 11 zum Bilden eines T-förmigen Vorformlings. Das Muster beginnt an der Position A und der Bereich 13 wird gebildet, wenn sich der Faden seitlich zu der Mitte des Musters 11 zur Position B hin bewegt. Der Faden wird zu der Position C hin aufwärts gerichtet, bildet den Bereich 15 und kehrt dann zur Position B zurück, wobei den Bereich 17 bildet. Der Faden wird zur Position D gerichtet, die seitlich A gegenüber liegt, und kehrt dann zur Position A zurück, wobei er die Bereiche 19 bzw. 21 bildet. Die Bereiche 13, 19 und 21 bilden eine Basis des Musters 11, während die Bereiche 15 und 17 ein Bein bilden. Durch Bilden einer zweiten Schleife (nicht gezeigt), wie der durch die Bereiche 15 und 17 gebildeten, kann ein Pi-förmiger Vorformling hergestellt werden. Die Schleppmuster werden auf jeder Schicht von Kettfasern wiederholt, wenn ein Vorformling gewebt wird.
2 ist ein Schleppmuster 23 wie das in 1, aber eine Basis wird aus mehr Bereichen als die im Muster 11 gebildet. Muster 23 beginnt an der Position E, und der Bereich 25 wird gebildet, wenn sich der Faden seitlich zu der Mitte des Musters 23 zur Position F bewegt. Der Faden wird aufwärts zur Position G gerichtet, wobei er den Bereich 27 bildet, kehrt zur Position F zurück, wobei er den Bereich 29 bildet. Der Faden wird zu der Position H gerichtet, die seitlich E gegenüber liegt, und kehrt dann zur Position E zurück, wobei er die Bereiche 31 bzw. 33 bildet. Der Faden wird dann zurück zur Position H gerichtet, wobei er den Bereich 35 bildet, und zurück zur Position E, wobei er den Bereich 37 bildet. Die Bereiche 25, 31, 33, 35 und 37 bilden eine Basis des Musters 23, während die Bereiche 27 und 29 ein Bein bilden. Hin- und Zurück-Basismuster ergibt ein verbessertes Verhalten beim Ansprechen auf Außerebenenbelastungen durch Erhöhen der Anzahl von Fasern, die durch die Basis verlaufen, ohne aufwärts zur Bildung eines Beins gerichtet zu sein. Eine zweite Schleife (nicht gezeigt) wie die durch die Bereiche 27 und 29 gebil dete kann hinzugefügt werden, um ein Muster zu bilden, aus dem ein Pi-förmiger Vorformling hergestellt werden kann. Dieser Typ von Muster in 5 gezeigt und nachfolgend beschrieben.
Um einen kreuzförmigen Vorformling zu bilden, werden die in den 3 und 4 gezeigten Muster verwendet. In 3 hat das Schleppmuster 38 einen horizontalen Abschnitt, der durch Beinbereiche gebildet ist, die sich zu Positionen I, J und M erstrecken, wobei I und M seitlich einander gegenüber liegen und J sich zwischen I und M befindet. Ein vertikaler Abschnitt geht durch die Position J hindurch und erstreckt sich von den Positionen K und L, die sich an entgegen gesetzten Enden des vertikalen Abschnitts befinden. Das Muster 38 wird geschaffen durch Verwenden eines Fadens zur Bildung des Musters. Beginnend an der Position I und sich seitlich zu der Position J, der Mitte des Musters 38, bewegend bildet den Bereich 39. Der Faden wird aufwärts zu Position K gerichtet, wobei er den Bereich 41 bildet, dann verläuft der Bereich 43 abwärts von der Position K zur L. Der Faden wird von der Position L aufwärts gewendet und erstreckt sich zur Position J, wobei er den Bereich 45 bildet, wendet sich dann seitlich und erstreckt sich zur Position M. Der Faden wird dann gewendet und kehrt seitlich zur Position I zurück. Im Muster 38 erstreckt sich nur die Hälfte der Bereiche in jedem Bein zwischen entgegen gesetzten Enden durch die Mittenposition J, während die andere Hälfte benachbarte Beine verbindet. Beispielsweise hat das Bein, das sich von der Position J zur Position K erstreckt, einen Bereich 41, der mit dem sich von I nach J erstreckenden Bein verbunden ist, während der Bereich 43 sich durch die Position J zur Position L erstreckt.
Das Muster 50 ist in 4 gezeigt und hat auch horizontale und vertikale Abschnitte, die ein kreuzförmiges Muster 50 bilden. Jedoch ist anders als das Muster 38 (3) das Muster aus zwei Fäden gebildet und alle Bereiche erstrecken sich zwischen entgegen gesetzten Enden durch die Mitte des Musters 50. Der horizontale Abschnitt ist gebildet durch den Anfang eines der Fäden an der Position N und dessen Erstreckung zur Position O, wobei der der 51 gebildet wird. Der Faden wird dann gewendet und kehrt zur Position N zurück, wobei der Bereich 53 gebildet wird. Derselbe Typ von Folge wird für den vertikalen Abschnitt verwendet, mit einem separaten Faden, der sich von der Position P zur Position Q erstreckt, um den Bereich 55 zu bilden, und von Q nach P, um den Bereich 57 zu bilden. Die zusätzlichen Bereiche, die durch die Mitte des Musters 50 hindurchgehen, ergeben eine größere Festigkeit in dem gewebten Vorformling.
5 ist ein Schleppmuster 58, das zur Bildung eines Pi-förmigen Vorformlings mit einer Mehrbereichsbasis wie das Muster 23 in 2 verwendet wird. Das Muster 58 beginnt an der Position R, und der Bereich 59 wird gebildet, wenn sich der Faden seitlich zu der Mitte des Musters 58 hin zur Position S bewegt. Der Faden wird aufwärts zur Position T gerichtet, wobei er den Bereich 61 bildet, kehrt dann nach unten zur Position S zurück, wobei er den Bereich 63 bildet. Dies bildet das erste Bein des Musters. Der Faden wird zur Position U hin gerichtet, wobei er den Bereich 65 bildet, dann aufwärts zur Position V, um den Bereich 67 zu bilden. Der Faden kehrt zur Position U zurück, wobei er den Bereich 69 bildet, und beendet das zweite Bein. Der Faden geht dann zur Position W weiter, die seitlich R gegenüber liegt, und kehrt zur Position R zurück, wobei er die Positionen 71 bzw. 73 bildet. Der Faden wird dann zur Position W zurückgerichtet, wobei er den Bereich 75 bildet, und zurück zur Position R, wobei er den Bereich 77 bildet. Die Bereiche 59, 65, 71, 73, 75 und 77 bilden eine Basis des Musters 58, während die Bereiche 61, 63, und 67, 69 Beine bilden.
Die 6 bis 8 zeigen Verfahren zeigen Verfahren zum Weben der Schleppmuster in Kettfasern, um dreidimensionale Vorformlinge zu bilden. Die 6 und 7 zeigen Webmuster, die zum Weben von Beinen in T-förmige Vorformlinge oder Pi-förmige Vorformlinge verwendet werden, wobei jeder Vorformling eine Dicke von vier Schichten in der Basis und eine Breite von vier Schichten in jedem Bein eines Vorformlings hat, obgleich die Muster mit mehr oder weniger Schichten von Kettfasern arbeiten können. Schussfasern sind in der Sichtebene der 6 bis 8 gezeigt. Jede Kettfaser ist parallel zu den anderen und senkrecht zu der Sichtebene gezeigt.
6 zeigt ein Webmuster 79, das eine Verzahnung zwischen Schichten aus Kettfasern ergibt und eine mittlere, im wesentlichen Einsäulen-Kreuzungsstelle des Beins 81 mit der Basis 83 vorsieht. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird das Webmuster beschrieben als die durch Kettfaserschichten 1 bis 8 und Spalten a bis h gebildete Matrix verwendend. Beispielsweise wird die obere linke Kettfaser in der Basis 83 als a5 bezeichnet, während die untere rechts Faser h8 ist. Das Bein 81 wird gewebt in einer übergelegten horizontalen Position, wie gezeigt ist, während das Muster gewebt wird. Das Bein 81 wird zu einer vertikalen, stehenden Position bewegt, nachdem es gewebt ist, wobei die Breite des Beins 81, wenn es aufrecht steht, Schichten 1, 2, 3 und 4 aufweist, die Höhe Säulen oder Spalten e, f, g und h aufweist. Die Basis weist vier Schichten 5, 6, 7, 8 und Säulen a, b, c, d, i, f, e, h auf. Für die Einzelsäulen-Kreuzungsstelle tauchen im wesentlichen alle Fäden, die das Bein 61 mit der Basis 83 verbinden, zwischen den Säulen d und e aus der Basis 83 auf. Das Webmuster 79 ergibt die Verzahnung zwischen den Schichten 1, 2, 3 und 4 im Bein 81 und zwischen den Schichten 5, 6, 7, 8 der Basis 83. Jede Gruppe von Schichten ist verzahnt durch Verlauf eines Bereichs des Musters 79 über einer Kettfaser in erster Schicht in einer ersten Säule und unterhalb einer Kettfaser in einer benachbarten zweiten Schicht in einer benachbarten zweiten Säule, wobei die zweite Schicht unterhalb der ersten Schicht ist.
6 illustriert das fertige Gewebe in einem vertikalen Schnitt eines Vorformlings 79 unter Verwendung des globalen Schussschleppmusters in 1. Ein einzelner Faden 85 ist für das Gewebe gezeigt, obgleich das Gewebe auch durch Verwendung mehrerer Fäden geschaffen sein kann. Der Abschnitt in 6 ist angenähert 0,2 Zoll dick. Pfeile werden verwendet, um die Richtung anzuzeigen, in der sich ein besonderer Bereich des Fadens 85 in der Beschreibung der Figur bewegt, obgleich Weben auch in der umgekehrten Reihenfolge durchgeführt werden kann. Der Faden 85 beginnt durch Verzahnen der Säulen a, b, c und d nur in der Schicht 5 durch abwechselndes Durchfädeln über und unter den Fasern der Schicht 5. Anfänglich verläuft der Faden 85 unter der Kettfaser a5, dann über der Faser b5, dann wiederholt er die Folge, indem er unter der Faser c5 und über der Faser d5 hindurchgeht. Der Faden 85 tritt dann zwischen den Säulen d und e aus der Basis 83 aus und geht an dem inneren Ende des Beins 81 in die Schichten 1, 2, 3 und 4 hinein, beginnend das Weben des Beins 81 durch Hindurchgehen unter der Faser e1, über der Faser f1, unter der Faser g1 und über der Faser h1 an dem äußeren Ende des Beins 81. Der Faden 85 wird dann umgeschleift, um unter der Faser h2 hindurch zu gehen, und beginnt, sich zum inneren Ende des Beins 81 hin zurück zu bewegen. Die Rückkehrfolge verzahnt die Schichten 1 und 2, indem sie über der Faser g1, unter der Faser f2 und über der Faser e1 hindurch geht.
Der Faden 85 tritt dann wieder zwischen den Säulen d und e in die Basis 83 ein und setzt sich durch den verbleibenden Bereich der Basis 83 fort, wobei er die Fasern in den Säulen e bis h der Schicht 5 in derselben Folge, wie sie für die Säulen a bis d verwendet wurde, verzahnt. Der Faden 85 geht unter der Faser e5, über der Faser f5, dann unter der Faser g5 und über der Faser h5 an der Kante der Basis 83 entgegengesetzt zur Kante, an der der Faden 85 beginnt, hindurch. Wie es an dem äußeren Ende des Beins 81 stattfindet, wird der Faden 85 umgeschleift, um unter der Faser h6 hindurch zu gehen, und beginnt die Rückkehr zu der entgegen gesetzten Kante des Beins 81 hin, wobei er die Schichten 5 und 6 verzahnt. Der Faden 85 geht über der Faser g5, unter der Faser f6 und über der Faser e5 hindurch, aber der Faden 85 biegt nicht nach oben um, um in das Bein 81 zu gehen, sondern setzt seinen Weg durch die Basis 83 fort, um die Schichten 5 und 6 zu verzahnen. Der Faden 85 geht dann unter der Faser d6, über der Faser c5, unter der Faser b6 und über der Faser a5 hindurch, wodurch er eine vollständige Schussschleppfolge beendet. Der Fasen 85 wird dann umgeschleift und unter der Faser a6, um eine zweite Schussschleppfolge zu beginnen, wobei er über der Faser b6 hindurchgeht und den Webvorgang fortsetzt. Während des Webvorgangs schaltet der Webstuhl nach unten um, zu Anpassung an den Wechsel von Schichten, so oft wie Schichten vorhanden sind.
Wenn die Schichten 1 bis 8 in einem vertikalen Abschnitt gewebt sind, kann der Faden 85 aufwärts und unter der Faser a5 zurückgeschleift werden, um die Webfolge in einem vertikalen Abschnitt benachbart dem Abschnitt nach 6 zu wiederholen. Alternativ kann der Faden 85 die Folge umgekehrt beginnen durch Starten der Webfolge bei der Schicht 8 Aufwärtsbewegung durch die Schichten bis zum Ende bei der Schicht 5. Obgleich dies in den Figuren nicht gezeigt ist, erfordert die Verwendung eines der Schleppmuster nach den 2 und 5 zum Weben eines Vorformlings zusätzliche Schichten in der Basis. Beispielsweise hat die Basis zweimal zu viel Schichten wie das Bein, um die zusätzlichen Fadenbereiche aufzunehmen, die durch die Basis hindurchgehen, ohne in das Bein/die Beine einzutreten.
7 zeigt ein Vorformlings-Webmuster 93 mit einer verteilten Kreuzungsstelle. Wie das Webmuster 79 bildet das Muster 93 ein Bein 95 und eine Basis 97, wobei die Basis 97 und das Bein 95 mehrere Säulen von Kettfasern haben. Das Bein 95 wird gewebt, während es in einer horizontalen Position ist, und das Bein 95 wird in eine vertikale, stehende Orientierung bewegt, nachdem es gewebt ist. Die mittleren Säulen der Basis 97 werden als i, j, k und l bezeichnet. Anders als beim Muster 79 jedoch verbinden die Fäden 99, 101, 103, 105, 107, 108, 109 und 111 das Bein 95 an mehreren Positionen mit der Basis 97, wobei sich die Positionen zwischen den Säulen i und j, zwischen den Säulen j und k und zwischen den Säulen k und l befinden. Beispielsweise verbinden die Fäden 107, 108 und 109 das Bein 95 mit der Basis 97 zwischen den Säulen j und k. Dies ergibt eine Lastverteilung zwischen Kettfasern in mehreren Säulen anstatt wie bei dem Muster 79 eine beträchtliche Hauptbelastung zwischen zwei Säulen.
Eine konische Kante kann an einer äußeren Kante eines Vorformlings gebildet werden, indem aufeinander folgende Schichten von Kettfasern bei Längen enden, die länger als vorhergehende Schichten sind. Ein Vorformling mit einer konischen Kante hat eine höhere Widerstandsfestigkeit gegenüber Abschällasten als ein Vorformling, bei dem die Kettfaserschichten alle bei der gleichen Länge enden. 8 zeigt ein Webmuster 113 für einen Sechsschicht-Vorformlingsabschnitt, wobei nur ein äußeres Ende des Vorformlings in der Figur gezeigt ist und das Gewebe eine konische Kante bildet. Dieselbe Verzahnungsfolge wie für die 6 und 7 beschrieben wird auswärts zu dem Beginn der Konizität fortgesetzt. Der Faden 115 beginnt durch Verzahnen der Fasern nur in Schicht 1 durch Winden unter der Faser m1, dann über der Faser n1 und unter der Faser o1. Um die Konizität zu beginnen, windet sich der Faden 115 über die Faser p1, wird dann abwärts gerichtet, wobei Schicht 1 beendet wird. Der Faden 115 kehrt dann die Richtung um, um unter die Faser p2 gefädelt zu werden, und geht dann über der Faser o1, unter der Faser n2 und über der Faser m1 hindurch. Die Schicht 2 wird in derselben Weise beendet, aber Schicht 2 endet an der Säule r. Jede nachfolgende Schicht endet auch bei einer Länge, die zwei Säulen länger als die Schicht unmittelbar darüber ist, d.h. Schicht 3 endet an Säule t. Die gestufte Kante schafft ein konisches Profil, das steiler gemacht werden kann durch Verkürzen der zusätzlichen Länge jeder Schicht auf nur eine Säule oder flacher gemacht werden kann durch Verlängern der gestuften Enden der Schichten. Anstelle des verzahnenden Webmusters der Schichten 1 bis 5 beginnt der Faden 117 an der Säule m und geht abwechselnd über und unter nur den Fasern der Schicht 6 hindurch, kehrt dann an der Säule z die Richtung um und geht über und unter den Fasern auf der entgegen gesetzten Seite der Schicht 6 hindurch. Die Schicht 6 wird durch den Faden 119 bei den Säulen n, p, r, t, v und x mit der Schicht 5 verzahnt. Obgleich dies nicht in den Figuren gezeigt ist, sind, wenn eine konische Kante zu der Kante eines Vorformlings wie eines Vorformlings 79 in 6 hinzugefügt ist, verschiedene Techniken verfügbar, um vorzusehen, dass der Faden 85 an derselben Stelle wie in 6 gezeigt oder an anderen gewünschten Stellen beginnt und endet.
Ein vollständiger gewebter T-förmiger Vorformling 120, wie in 9 gezeigt, hat eine Basis 123 und ein Bein 125, wobei die Basis 123 an ihren äußeren Enden Konizitäten 127 hat, das Bein 125 an einer Seite des oberen Endes des Beins 125 eine Konizität 129 hat. Eine nichtkonische Oberfläche 131 der Basis 123 erstreckt sich von jeder Seite des unteren Endes des Beins 125, wobei sich jede Oberfläche 131 bis zu dem Anfang der Konizität 127 erstreckt. In gleicher Weise erstreckt sich eine nichtkonische Oberfläche 132 des Beins 125 von der Basis 123 an einem unteren Ende des Beins 125 aufwärts, wobei sich die Oberfläche 132 bis zu dem Anfang der Konizität 129 erstreckt. Der Vorformling 121 wird zum Zusammensetzen von Komponenten verwendet, wobei die Komponenten an der Oberfläche 133 der Basis 123 und an der Oberfläche 135 des Beins 125 befestigt werden. Die Konizitäten 127 und 129 erhöhe den Widerstand der Klebverbindungen gegenüber einer Abschällast. Ein zusätzliches, bei dem Vorform ling 121 gezeigtes Merkmal sind gerundete Bereiche 136, an denen sich das Bein und die Basis 123 kreuzen. Der Radius 136 ist in einer Weise ähnlich der für eine Konizität gebildet, aber zusätzliche Schichten sind zu der Basis des Beins 125 hinzugefügt, während Vorformling 121 gewebt wird, wobei die zusätzlichen Schichten ein gestuftes Muster bilden.
Typischerweise werden Vorformlinge unter Verwendung eines Typs von Faser gewebt, beispielsweise Kohlenstoff (Graphit)-Fasern, sowohl für die Kett- als auch die Schussfasern. Jedoch zeigen die 10–12 hybride Vorformling-Webmuster, die Fasern aus mehreren Materialien verwenden, wie Kohlenstoff- und Glasfasern. In den Figuren sind Glasfasern senkrecht zu der Betrachtungsebene durch ein "o", während Kohlenstofffasern senkrecht zu der Betrachtungsebene durch ein "x" angezeigt sind. Diese Muster können zu Vorformlingen mit größerer Festigkeit, verringerten Kosten und optimierten thermischen Ausdehnungseigenschaften führen. 10 zeigt ein Vierschicht-Vorformling-Webmuster 137, bei dem die Kettfasern 139 aus Kohlenstoff und die Schussfasern 141 aus Glasfasern bestehen. Umgekehrt zeigt 11 ein Vierschicht-Webmuster 143, bei dem alle Kettfasern 145 Glasfasern sind und die Schussfasern 147 Kohlenstofffasern sind.
In dem 12 gezeigten Webmuster 149 wechseln die Typen von Fasern, die für Schussfasern 151, 153, 155, 157, 159, 161, 163, 165 und für Kettfasern 167, 169 verwendet werden, zwischen Glasfasern und Kohlenstofffasern ab. Schussfasern 151, 153, 159 und 161 sind Kohlenstofffasern, während Schussfasern 155, 157, 163, 165 Glasfasern sind. Die Kettfaser 167 ist eine Glasfaser, die Kettfaser 169 ist eine Kohlen stofffaser. Das gezeigte Muster hat vier Schichten, die als 1 bis 4 nummeriert sind, und die Fasern 167, 169 sind in "Schachbrettmuster" durch die Schichten hindurch angeordnet. In den Schichten 1 und 3 sind die erste und die dritte Faser Kohlenstofffasern 169, und die zweite und die vierte Faser sind Glasfasern 167. In den Schichten zwei und vier sind die erste und dritte Faser Glasfasern 167, und die zweite und die vierte Faser sind Kohlenstofffasern 169.
Ein alternatives Verfahren zum Schaffen von Vorformlingen verwendet die Kettfasern zum Verzahnen der Schichten eines Vorformlings. Es wird wieder auf die 10 bis 12 Bezug genommen, in denen die Fasern in der Betrachtungsebene Kettfasern sein können, und die Fasern senkrecht zu der Betrachtungsebene können Schussfasern sein. Die Schussfasern werden verwendet, um die Kettfasern in einer einzelnen Schicht einfach zu verzahnen, ohne die Schichten zu verzahnen, aber die Schussfasern werden noch verwendet, um sich von einem Vorformling weg erstreckende Beine zu schaffen.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung enthalten die Möglichkeit, einen leicht zu verwendenden Vorformling hoher Festigkeit zum Zusammensetzen von Komponenten in Strukturen zu weben. Mehrere Formen können geschaffen werden durch die Webfolgen zum Weben von Schussfasern in mehrere Schichten aus Kettfasern. Das Weben verzahnt die Kettfasern jeder Schicht und verzahnt die Schichten miteinander. Das Weben kann ein oder mehrere Beine erzeugen, die sich von einer Basis erstrecken, um einen T- oder Pi-förmigen Vorformling herzustellen. Durch abwechselndes Verwenden von Fasern aus Kohlenstoff und Glass können die Festigkeit, die Kosten und die thermische Ausdehnung eines Vorformlings optimiert werden.

Claims

Dreidimensionale Vorformling-Webstruktur, welche aufweist: mehrere benachbarte Schichten (1–8), jeweils mit einer Vielzahl von Kettfasern, wobei alle Kettfasern parallel zueinander sind; eine Vielzahl von Schussfasern, die zwischen die Schichten von Kettfasern gewebt sind, um eine Basis (83, 97, 123) und zumindest ein sich von der Basis weg erstreckendes Bein (81, 95, 125) zu bilden, wobei die Basis und jedes Bein aus zumindest zwei Schichten aus Kettfasern gebildet sind, die Basis eine erste Kante und eine zweite Kante hat, jedes Bein ein inneres Ende und ein äußeres Ende hat; dadurch gekennzeichnet, dass jede Schussfaser einen Anfang an der ersten Kante der Basis hat, dann sich zu einem mittleren Bereich der Basis erstreckt, dann aus den Schichten der Basis heraustritt und sich in die Schichten jedes Beins an dem inneren Ende jedes Beins erstreckt, dann sich zu dem äußeren Ende jedes Beins erstreckt, bevor sie zu dem inneren Ende jedes Beins zurückkehrt, dann aus den Schichten jedes Beins an dem inneren Ende jedes Beins heraustritt und sich zurück in die Schichten der Basis erstreckt, dann sich zu der zweiten Kante der Basis erstreckt, bevor sie zu der ersten Kante der Basis zurückkehrt, wobei die Schussfasern jedes Bein mit der Basis verbinden, die Schussfasern die Schichten der Basis verzah nen und die Schichten jedes Beins verzahnen, die Schussfasern auch die Kettfasern innerhalb jeder Schicht verzahnen.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: die mehreren benachbarten Schichten zumindest vier Schichten aufweisen.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: die Schichten verzahnt sind durch Führen eines Teils eines Schussschleppmusters über eine Kettfaser in einer ersten Schicht in einer ersten Säule und unterhalb einer Kettfaser in einer benachbarten zweiten Schicht in einer benachbarten zweiten Säule, wobei die zweite Schicht sich unterhalb der ersten Schicht befindet.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: zumindest eine wesentliche Mehrheit der Schussfasern, die jedes Bein mit der Basis verbinden, aus der Basis zwischen einem Satz von zwei Säulen von Kettfasern in der Basis heraustreten.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: die Schussfasern, die jedes Bein mit der Basis verbinden, zwischen zumindest zwei Sätzen von zwei Säulen von Kettfasern aus der Basis heraustreten.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: die Schussfasern ein T-förmiges Muster mit einem sich von einer Basis weg erstreckenden Bein bilden.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: die Schussfasern ein Pi-förmiges Muster mit zwei sich von einer Basis weg erstreckenden Beinen bilden.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: sich jede Schussfaser zusätzlich von der ersten Kante der Basis zu der zweiten Kante der Basis und zurück zu der ersten Kante der Basis erstreckt, ohne in jedes Bein einzutreten.
Webstruktur nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist: jede Schussfaser erstreckt sich zusätzlich von der ersten Kante der Basis zu der zweiten Kante der Basis und zurück zu der ersten Kante der Basis, ohne in jedes Bein einzutreten, die Schussfasern bilden ein T-förmiges Muster mit einem sich von einer Basis weg erstreckenden Bein.
Webstruktur nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist: jede Schussfaser erstreckt sich zusätzlich von der ersten Kante der Basis zu der zweiten Kante der Basis und zurück zu der ersten Kante der Basis, ohne in jedes Bein einzutreten, die Schussfasern bilden ein Pi-förmiges Muster mit zwei sich von einer Basis weg erstreckenden Beinen.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: die Schussfasern und Kettfasern aus Kohlenstofffasern gebildet sind.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: die Schussfasern und Kettfasern aus Glasfasern gebildet sind.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: die Schussfasern aus Glasfasern gebildet sind; und die Kettfasern aus Kohlenstofffasern gebildet sind.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: die Schussfasern aus Kohlenstofffasern gebildet sind, und die Kettfasern aus Glasfasern gebildet sind.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: ein erster Teil der Schussfasern aus Kohlenstofffasern gebildet ist und ein zweiter Teil der Schussfasern aus Glasfasern gebildet ist; und ein erster Teil der Kettfasern aus Glasfasern gebildet ist und ein zweiter Teil der Kettfasern aus Kohlenstofffasern gebildet ist.
Webstruktur nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist: eine gestufte Konizität an den Kanten der Basis, wobei jede Schicht von Kettfasern in der Basis eine größere Länge als eine frühere benachbarte Schicht von Kettfasern in der Basis hat.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: eine gestufte Konizität an dem äußeren Ende jedes Beins, wobei jede Schicht von Kettfasern in dem Bein eine größere Länge als eine vorhergehende, benachbarte Schicht von Kettfasern in dem Bein hat.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: eine gestufte Konizität an dem inneren Ende jedes Beins gebildet ist durch Hinzufügen aufeinander folgend längerer Schichten von Kettfasern, wobei die Konizität einen Radius zwischen dem inneren Ende jedes Beins und der Basis bildet.
Webstruktur nach Anspruch 1, bei der: zumindest ein Teil der Kettfasern zumindest einen Teil der Schussfasern verzahnen.
Dreidimensionale Vorformling-Webstruktur, welche aufweist: mehrere benachbarte Schichten (1–8), jeweils mit einer Vielzahl von Kettfasern, wobei alle Kettfasern parallel zueinander sind; eine Vielzahl von Schussfasern, die zwischen die Schichten von Kettfasern gewebt sind, um eine Basis (83, 97, 123) und ein erstes und zweites Bein (81, 95, 125), die sich von entgegengesetzten Seiten der Basis weg erstrecken, zu bilden, wobei die Basis eine erste Kante und eine gegenüber liegende zweite Kante hat, jedes Bein ein inneres Ende und ein äußeres Ende hat, die Basis und jedes Bein aus zumindest zwei Schichten von Kettfasern gebildet sind; dadurch gekennzeichnet, dass jede Schussfaser einen Anfang an der ersten Kante der Basis hat und sich zu einem mittleren Bereich der Basis hin erstreckt, dann aus den Schichten der Basis heraustritt und sich in die Schichten des ersten Beins an dem inneren Ende des ersten Beins erstreckt, dann sich zu dem äußeren Ende des ersten Beins erstreckt, bevor sie zu dem inneren Ende des erstem Beins zurückkehrt, dann durch die Schichten der Basis und in die Schichten des zweiten Beins an dem inneren Ende des zweiten Beins erstreckt, dann sich zu dem äußeren Ende des zweiten Beins erstreckt, bevor sie zu dem inneren Ende des zweiten Beins zurückkehrt, dann aus den Schichten des zweiten Beins heraustritt und sich in die Schichten der Basis erstreckt, dann sich zu der zweiten Kante der Basis erstreckt, bevor sie zu der ersten Kante der Basis zurückkehrt, wobei die Schussfasern die Beine mit der Basis verbinden, die Schussfasern die Schichten der Basis verzahnen und die Schichten jedes Beins verzahnen, die Schussfasern auch die Kettfasern innerhalb jeder Schicht verzahnen.
Webstruktur nach Anspruch 20, bei der: die mehreren benachbarten Schichten zumindest vier Schichten aufweisen.
Webstruktur nach Anspruch 20, bei der: die Schichten verzahnt sind durch Führen eines Teils eines Schussschleppmusters über eine Kettfaser in einer ersten Schicht in einer ersten Säule und unter einer Kettfaser in einer benachbarten, zweiten Schicht in einer benachbarten, zweiten Säule, wobei die zweite Schicht unter der ersten Schicht ist.
Webstruktur nach Anspruch 20, bei der: zumindest ein Teil der Kettfasern zumindest einen Teil der Füllfasern verzahnen.
Dreidimensionale Vorformling-Webstruktur, welche aufweist: mehrere benachbarte Schichten (1–8), jeweils mit einer Vielzahl von Kettfasern, wobei alle Kettfasern parallel zueinander sind; eine Vielzahl von Schussfasern, die zwischen die Schichten von Kettfasern gewoben sind, um eine Basis (83, 97, 123) und ein erstes und zweites Bein (81, 95, 125), die sich von entgegensetzten Seiten der Basis weg erstrecken, zu bilden, wobei die Basis ein erstes Ende und ein gegenüber liegendes zweites Ende hat, jedes Bein ein inne res Ende und ein äußeres Ende hat, die Basis und jedes Bein aus zumindest zwei Schichten von Kettfasern gebildet sind; dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil der Schussfasern an dem ersten Ende der Basis beginnt und sich zu dem zweiten Ende der Basis erstreckt, bevor er zu dem ersten Ende der Basis zurückkehrt; ein zweiter Teil der Schussfasern an dem äußeren Ende des ersten Beins beginnt und sich zu dem äußeren Ende des zweiten Beins erstreckt, bevor er zu dem äußeren Ende des ersten Beins zurückkehrt; und die Schussfasern die Beine mit der Basis verbinden, die Schussfasern die Schichten der Basis verzahnen und die Schichten jedes Beins verzahnen, die Schussfasern auch die Kettfasern innerhalb jeder Schicht verzahnen.
Webstruktur nach Anspruch 24, bei der: zumindest ein Teil der Kettfasern zumindest einen Teil der Schussfasern verzahnt.
Dreidimensionale Vorformling-Webstruktur, welche aufweist: mehrere benachbarte Schichten, wobei jede Schicht eine Vielzahl von ersten Fasern hat; eine Vielzahl von zweiten Fasern, die zwischen die Schichten aus ersten Fasern gewebt sind, wobei die zweiten Fasern die Schichten aus den ersten Fasern verzahnen; und bei der die ersten Fasern und die zweiten Fasern einen Vorformling mit einer Basis und zumindest einem, sich von der Basis weg erstreckenden Bein bilden.
Webstruktur nach Anspruch 26, bei der: die ersten Fasern Kettfasern sind; und die zweiten Fasern Schussfasern sind.
Webstruktur nach Anspruch 26, bei der: die ersten Fasern Schussfasern sind; und die zweiten Fasern Kettfasern sind.