JP2015093489A - 安定化装置、安定化方法、および繊維複合体コンポーネントの製造方法 - Google Patents

安定化装置、安定化方法、および繊維複合体コンポーネントの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明の課題は、連続式かつ自動式に実施することができる、成形型の上に載っている繊維層を安定化させる装置および方法を提案することにある。
【解決手段】本発明は、成形型(12)の上に載せられ、結合材料(20)を有している少なくとも1つの繊維層(16)を安定化するための安定化装置(10)に関するものであり、繊維層(16)に超音波エネルギーを印加するための少なくとも1つのソノトロード(14)と、ソノトロード(14)に対して相対的に所定の位置で繊維層(16)を位置決めするための成形型(12)とを備える固化装置(24)を有している。さらに本発明は、繊維層(16)を安定化するための安定化方法、ならびにこの安定化方法が実施される、繊維複合体コンポーネント(68)の製造方法に関する。
【選択図】図1

Description

本発明は、繊維層を安定化するための安定化装置、これに対応する安定化方法、ならびにこの安定化方法の実行における開放構造を有する繊維複合体コンポーネントの製造方法に関する。
繊維束を所望の三次元形状で成形型の上に載せることが知られている。たとえば特に編組プロセスでは、成形型としてのいわゆる編組芯材の上に個々の繊維を載せて閉じた輪郭を形成する。繊維が編組芯材の上にとどまっている限り、繊維は安定した輪郭を形成しており、たとえば製造されるべきコンポーネントの輪郭を形成しているが、編組プロセスによって製造された輪郭を失うことなく、編組芯材から容易に取出しないし取外しすることができるほど安定的に相互に結合されてはいない。このことは、繊維束が三次元の形状で成形型の上または表面に取り付けられるほかの方法にも当てはまる。したがって、製造される繊維層が安定化される。
たとえば、繊維がまだ成形型の上にある間に炉プロセスを実行することが知られている。別案として、たとえばアイロンの適用のような手動式のプロセスを利用して、編組層の熱による安定化を実現することもできる。
特許文献1より、繊維材料からなる面状の織物ないしレイドファブリックを、超音波と圧力により固化して予備成形物にすることが知られている。
炉プロセスや手動式の方法の適用といった公知の安定化方法は、不連続であるために自動化可能でないか、または、追加的に長いプロセス時間に帰結するかのいずれかである。
米国特許出願公開第2012/0085480A1号明細書
したがって本発明の課題は、連続式かつ自動式に実施することができる、成形型の上に載置された繊維層を安定化させる装置および方法を提案することにある。
この課題は、請求項1の構成要件を備える安定化装置によって解決される。
成形型の上の少なくとも1つの繊維層を安定化するための安定化装置、ならびに開放構造を有する繊維複合体コンポーネントを製造する方法は、付帯請求項の対象となっている。
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項の対象である。
成形型の上で形成され、結合材料を有している少なくとも1つの繊維層を安定化するための安定化装置は、繊維層に超音波エネルギーを印加するための少なくとも1つのソノトロードと、ソノトロードに対して所定の相対位置で繊維層を位置決めするための成形型とを備える固化装置を備える。
ソノトロードによって超音波エネルギーが繊維に印加されると、繊維は振動し始め、このことは、繊維層の迅速な加熱を生じさせる。繊維層の内部または表面にある結合材料は、特に、生じた熱によって活性化し、成形型の上で繊維層を安定化させる熱可塑性の結合材料である。
成形型は、繊維層をソノトロードに対して所定の相対位置で位置決めすることができるように構成されているのが好ましく、それによって自動化可能な安定化方法が可能となり、しかもこの方法は、たとえばコンポーネント輪郭を製造するための編組プロセスが終了するまで、連続的に実施することができる。
しかしながら代替として、ソノトロードが成形型に対して相対的に位置決め可能であってもよい。
成形型は鋼材、アルミニウム、木材、またはCFRPで構成されているのが好ましく、繊維層は炭素繊維、アラミド繊維、および/またはガラス繊維を有しているのが好ましい。
有利な実施形態では、成形型は編組芯材である。あるいは成形型は、レイドファブリック、ドレープ、巻織層、繊維束からなる織物などのための型枠であってもよい。
熱による安定化をすることで、周知のように織物やレイドファブリックのような面状の繊維形成物だけでなく(特許文献1参照)、それ自体で閉じた三次元の輪郭も熱で安定化させることが可能となり、次いでこれが成形本体から、たとえば特に編組芯材から取り出される。
この場合、個々の繊維層を安定化することが可能であるばかりでなく、むしろ、たとえば相上下して編組された複数の繊維層を相互に安定化することができるという利点がある。
固化装置は、繊維層を圧力で印加するための圧力印加装置を有しているのが好ましい。この場合、繊維層が超音波エネルギーによる印加と同時に、圧力でも印加されると特に好ましい。そのようにして、繊維の安定化に加えて、コンパクト化も実現することができるという利点があり、その結果、製造される予備成形物の最終厚みが、のちのコンポーネントに望まれる厚みと近似する厚みを有するようになるという利点がある。
圧力印加装置は、有利には繊維層を有する押圧台としての成形型と、押圧工具としてのソノトロードとを有している。すなわち成形型は有利には鉄床として作用し、その結果、コンパクト化をする公知の方法−例えば特許文献1参照−に比べて、外部の鉄床を省略することができる。さらに、有利にはソノトロードが押圧工具として利用されれば、すなわち、コンパクト化のために繊維層に対して押し付けられる部材として利用されれば、同じように、圧力印加のための外部の部材を省略できるという利点がある。
ソノトロードに対する相対的な繊維層の位置決めと同時に圧力と超音波の印加を実行することが可能であるのが好ましい。このことは自動式の構成を容易にするという利点があり、また、繊維の安定化とコンパクト化を連続的に実行できることに寄与するという利点がある。
圧力印加装置は、ソノトロードを定められた通りに繊維層に圧着できるようにするために、圧力制御装置を有しているのが好ましい。特に圧力制御装置は、比例弁を有するように構成される。比例弁により、たとえば編組層へのソノトロードの空気圧式の圧着が可能になるという利点がある。しかしながら、繊維層にソノトロードを圧着するために、あらゆる公知の適切な方法および装置を適用してもよい。
そのようにして、有利には一定の溶着力を1つの繊維層ないし複数の繊維層へ印加することが可能であり、そのようにして、繊維の連続的な安定化とコンパクト化が可能となる。複数の繊維層に対して圧力が印加されることで繊維層が相互に溶着され、そのようにして、繊維複合体コンポーネントを製造するための好ましい予備成形物を製造するという利点がある。
有利には成形型とソノトロードを互いに相対的に移動させるための送り装置が設けられている。送り装置は、ソノトロードに対して相対的に成形型を連続的に移動させるために構成されているのが特に好ましい。
しかしながら代替として、ソノトロードを定置の成形型に対して移動させることもできる。
成形型とソノトロードの互いに相対的な移動が達成されるという利点がある。
それにより、1つの繊維層ないし複数の繊維層の連続的な固化とコンパクト化をソノトロードによって実現でき、さらに、このプロセスは自動化された方法で実施可能であるという利点がある。
ソノトロードを冷却するための冷却装置が設けられているのが好ましく、それにより、ソノトロードにより活性化される結合材料を迅速に冷却して硬化させることができるという利点がある。
特に好ましい実施形態では、ソノトロードは繊維層の表面構造に対して相対的な位置を適合調節するために浮動的に支承されている。それにより、特にフレキシブルな繊維層ジオメトリーをプロセス処理することが可能である。ソノトロードが成形型に対して相対的に空間的に固定された配置を有しているのではなく、フレキシブルに支承されており、それにより、ソノトロードがさまざまに異なる三次元構造を絡交できるという利点があるからである。
ソノトロードは、少なくとも繊維層と接触するソノトロード表面に、摩擦の少ないコーティングを有しているのが好ましい。その代替または付加として、緩衝フィルムを繊維層とソノトロードの間に案内する緩衝フィルム供給装置が設けられていてもよい。そのようにして、ソノトロードとの接触中における繊維の表面損傷ないしミスアライメントを回避することができるという利点がある。
成形型の1つの側と少なくとも1つのエッジ領域とを取り囲むための少なくとも1つのラジアルソノトロードが設けられているのが好ましい。そのようにして、繊維層のエッジ領域で連続的な固化を実現できるという利点がある。
好ましくは成形型の向かい合う側面に対をなして配置されたソノトロードが配置され、特に、成形型の周囲で互いにオフセットされて複数対のソノトロードが配置され、それにより、成形型の向かい合う複数の領域を同時に固化してコンパクト化できるという利点がある。
圧力制御装置および/または送り装置および/またはソノトロードを制御するための制御装置が設けられているのが好ましい。そのようにして、安定化・コンパクト化プロセスの完全自動制御を実現できるという利点がある。
制御装置は、ソノトロードから発信される超音波の超音波振幅を制御するため、および成形型の送り速度を制御するため、および溶着力すなわちソノトロードから繊維層に及ぼされる圧着力を制御するために構成されているのが好ましい。
成形型の上に載置された、結合材料を有している少なくとも1つの繊維層を安定化するための安定化方法は、
a)少なくとも1つのソノトロードと、繊維層を有する成形型とを備える安定化装置を準備するステップ、
b)ソノトロードに対して相対的に成形型を移動させるステップ、
c)超音波エネルギーを繊維層に印加するステップ
の各ステップを有している。
成形型は一定の送り速度で移動するのが好ましい。
有利には、ソノトロードは、特に、繊維層に超音波エネルギーを印加すると同時に、繊維層に対して押圧され、そのようにして繊維層をコンパクト化するという利点がある。有利には、圧着は空気作用を用いて行われるが、ソノトロードを繊維層へ圧着するのに適した、あらゆる公知の方法を用いてもよい。
更に有利には、繊維層に対してソノトロードが押圧される前に、摩擦の少ないコーティングがソノトロードに設けられる。その代替または付加として、ソノトロードと繊維層の間に緩衝フィルムを挿入することもでき、そのようにして、まだ乾燥している繊維を損傷やミスアライメントから防護するという利点がある。
ソノトロードが冷却されるのが特に好ましい。
開放構造を備える繊維複合体コンポーネントの製造方法は、
d)成形型の上で少なくとも1つの繊維層を形成するステップ、
e)繊維層の内部および/または表面に結合材料を設けるステップ、
f)上に説明した安定化方法を実行するステップ、
g)固化された繊維層を取り出し、特に裁断するステップ
の各ステップを有している。
ステップd)で、特に成形型の上の繊維の編組、巻織、レイアップ、ドレープ、または製織により、および/または編組された繊維層への補強パッチの装着により、および/または編組された繊維層への繊維層および/または巻織層の付加もしくは分離により、複数の繊維層が形成されるのが好ましい。
結合材料は、繊維層を形成する繊維の層間に設けられるのが好ましい。あるいはその代替または付加として、結合材料は繊維層の形成中に繊維層へ塗布されうる。
次に、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図面は次のものを示している。
成形型としての編組芯材上に載置された繊維層と、複数のソノトロードとを含む安定化装置の第1の実施形態を示す図である。 図1の安定化装置を示す断面図である。 緩衝フィルム供給装置を含む図1の安定化装置を示す図である。 ラジアルソノトロードを有する安定化装置の第2の実施形態を示す図である。 ソノトロードのための送り装置としてのロボットを備える安定化装置の第3の実施形態を示す図である。 成形型の上にある繊維複合体コンポーネントを示す第1の図である。 取り出されて成形型の横に位置する図6の繊維複合体コンポーネントを示す図である。 図6および図7の繊維複合体コンポーネントの外面を示す図である。 図6〜図8の繊維複合体コンポーネントの内面を示す図である。 図6〜図9の繊維複合体コンポーネントを示す断面図である。
図1は、たとえば編組芯材11の形態の成形型12と、複数のソノトロード14とを有する、安定化装置10の一例としての第1の実施形態を示している。成形型12の上には、たとえば個々の繊維18またはレイドファブリックまたは繊維の面状ファブリックを積層し、結合材料20を追加的に塗布することによって形成された繊維層16が装着されている。特に繊維層16は、繊維18の編組によって編組芯材11に装着される。
さらに繊維層16の上には補強パッチ22が配置されており、それにより、繊維層16をこの領域で補強している。
成形型12は、その上にある繊維層16を、ソノトロード14に対して相対的に予め設定された位置で位置決めするように構成されている。そのために成形型12は、たとえば送り装置23aとしてのロボット23によって案内される。代替としてソノトロード14を、定置の成形型12を介して、ロボット23により案内してもよい。
ソノトロード14は固化装置24を形成しており、超音波エネルギーを繊維層16に印加する。このことは、本実施形態では一例として20−35kHzの周波数と、一例として16−22μmの振幅とを有する振動26によって図示されている。成形型12による繊維層16の移動は、矢印28によって明示されている。
ソノトロード14は成形型12の側面30と平行に配置されており、2つのソノトロード14が成形型12の向かい合う側面30のそれぞれにあり、そのようにして、一対32のソノトロード14を形成する。後続する対32は、本実施形態では互いに90°だけオフセットされて配置されており、それにより、上側と下側の側面30も超音波によって印加される。
矢印34で示すように、ソノトロード14は成形型12の側面30に押し付けられ、そのようにして、圧力印加により繊維層16を更にコンパクト化する。
図2は、図1の安定化装置10の断面図を示している。
ソノトロード14は、成形型12とともに、圧力印加装置36を形成する。このとき成形型12は押圧台38として、すなわち印加される圧力に対する鉄床の形態の受け台として作用し、それに対してソノトロード14は押圧工具40として、繊維層16に対して押圧される。ソノトロード14を有利に均等かつ定められた通りに繊維層16に対して押圧できるようにするために、比例弁44を有する圧力制御装置42が設けられている。そして比例弁44を通じて、定められた通りに空気圧を印加することができ、それにより、ソノトロード14をコントロールしながら定められた通りに空気作用によって繊維層16へ圧着させることができる。しかしながら、繊維層16へのソノトロード14のコントロールされた圧着を可能にする、他の方法ないし装置も適用可能である。
ソノトロード14が繊維層16へ押し付けられ、それと同時に繊維層16が超音波により印加されると、繊維層16の内部または表面にある結合材料20が活性化され、特に加熱され、これにより個々の繊維18が相互に結合され、成形型12の上でそれぞれの位置のままで安定化される。それと同時に、ソノトロード14の圧力によって、繊維層16がコンパクト化され、所望の最終ジオメトリーにできる限り近づけられる。結合材料20が活性化の後にできるだけ迅速に再び硬化して繊維18を安定化させるために、ソノトロード14は、繊維層16がソノトロード14と接触した際に結合材料20を同時冷却可能な冷却装置46を有している。
成形型12を通じて、繊維層16は特に成形型12の移動によって、ソノトロード14に対して相対的に予め定められた位置へと移される。繊維層16の固化すなわち安定化とコンパクト化の完全自動化を可能にするために、成形型12の移動、ソノトロード14による超音波の印加、および繊維層16へのソノトロード14の圧着を制御する制御装置48が設けられている。
図3は安定化装置10を示しており、成形型12はそれぞれのソノトロード14の間に沿って連続的に案内され、本方法は制御装置48により完全自動制御される。
図1と図2に示すソノトロード14は、特に繊維層16と接触するソノトロード表面58に配置される、摩擦の少ないコーティング56を有している。
図3では代替として、繊維層16と、繊維層に押圧されるソノトロード14との間に緩衝フィルム62を案内する緩衝フィルム供給装置60が示されている。摩擦の少ないコーティング56だけでなく、緩衝フィルム62によっても、繊維層16にソノトロード14が押し付けられたときに発生する可能性がある損傷に対して繊維層16が防護される。
図4は、安定化装置10の第2の実施形態を示しており、ソノトロード14が成形型12の側面30に配置されるのではなく、成形型12のエッジ領域63aを取り囲むラジアルソノトロード63がソノトロード14として設けられている。このようなソノトロード14を用いて、安定化と固化を側面領域30で成形型12を通じて実現するだけでなく、特に成形型12のエッジ領域63aでも実現することが可能である。ラジアルソノトロード63は、成形型12を中心として回転するのが好ましい。
図1、図2、および図4のソノトロード14は定置に、すなわち不動に支承されているのに対して、図3のソノトロード14はフレキシブルな支承部64を有している。このようにして、安定化プロセス中にソノトロード14を繊維層16の輪郭ないし表面構造66に合わせて独立して適合調節できるようにすることが可能である。
図5は、安定化装置10の第3の実施形態を示しており、成形型12は繊維層16のための載置面67によって形成されている。この場合、ソノトロード14がロボット23により案内されるのに対して、成形型12は定置である。
図6〜図10は、成形型12から取り出した後の、上述した安定化装置10によって形成された繊維複合体コンポーネント68を示している。図6と図7に見られるとおり、繊維複合体コンポーネント68は安定化プロセスのとき、繊維18が繊維複合体コンポーネント68における所定の位置を失うことなく、容易に成形型12から切断することができるように安定化、固化、およびコンパクト化されている。図8〜図10は製造された繊維複合体コンポーネント68の詳細図をそれぞれ示しており、図8には、繊維複合体コンポーネント68の外面図が示されており、図9には、繊維複合体コンポーネント68の内面図が示されており、図10には、繊維複合体コンポーネント68の断面図が厚み領域からの視点で示されている。
たとえば円形編組プロセス中に、個々の繊維18が成形型12(これはたとえばいわゆる編組芯材11またはその他の成形型、たとえば成形面を有しているシェルや型枠であってよい)の上で積層され、閉じられた輪郭を形成する。このようなプロセスに基づき、閉じていない輪郭を備える乾燥したコンポーネント68を作ろうとするとき、すなわち、コンポーネント68をまだ注入がなされていない状態で裁断しようとするとき、編組層またはその他の製造される繊維層16の熱による安定化が、可能であれば圧力下で行われると好ましい。層16が安定化されないと、裁断のときに分解して個々の繊維18に戻ってしまう。
このようなプロセスは、周知の仕方では、不連続式または手動式のプロセス(炉中での減圧バッグ;アイロン)によって行われる。添加物質(たとえば不織布、粉末)を混入するときは、バルク係数をできる限り低く抑えるために(すなわち、乾燥した予備成形物の最終厚みが、のちのコンポーネント68の最終厚みにできる限り近似するように)、安定化・コンパクト化サイクルが実施されると好ましい。
したがって超音波による、特に編組コンポーネント68の連続的なコンパクト化と安定化が提案される。
ここで説明している思想の1つの目的は、編組され、巻織され、レイアップされ、ドレープされた特に多層の繊維プロファイル(炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維)であって熱可塑性の材料により補助されるものを、連続的かつ自動的なプロセスでコンパクト化、固化して、最終輪郭のついた形態での成形型12からのコンポーネント68の取り出しを可能にするための手段を見出すことにある。このことは、熱可塑性の結合材料20の熱による活性化によって達成される。そのためには、離散した圧縮圧力を利用した上での高い加熱率が好ましい。
予備成形物製造の本来のプロセスは、従来、不連続的かつ自動化可能ではないとみなされていた。結合材料20の熱による活性化は、従来、多くの場合に大型の空気循環炉を利用することで実現されており、または、手動的な方法(たとえばアイロンの利用)が適用されていた。このとき予備コンパクト化が減圧構造を用いて、たとえばVAPプロセスで、最大1バールの負圧の炉の中で実現される。手動式のプロセスでは、加熱部材に対する圧力が予備コンパクト化に寄与するとみなされるにすぎない。超音波法は、プラスチックを溶着するためにすでに採用されている。しかしこのことは従来、サイクル式のプロセスで行われている。平坦な、すなわち三次元の構成ではない織物ないしレイドファブリックでの連続式のプロセスとしての超音波コンパクト化の最初の試みはすでに行われており、それはたとえば特許文献1に記載されている。
炉プロセスは不連続的であり、自動化可能ではなく、高い材料コストをもたらし、最終厚みまでのコンパクト化は可能ではなく、そのためにオートクレーブプロセスが必要となる。さらに熱の通りが不均一であり、このことは結合材料20の損傷をもたらす可能性がある。芯材料の加熱が必要であり、このことは、熱膨張に相違がある場合にはクリティカルであり、うねりを生じさせる可能性がある。さらに炉プロセスは、およそコンポーネント68あたり2hより長い、低いプロセス速度をも伴う。
手動式のプロセスでは、各々の層に予備成形を行うことが必要であり、このことは長いプロセス時間をもたらす。この場合にも、不均一に熱が通る可能性がある。この方法は自動化可能ではない。
従来適用されている超音波は局所的なものにすぎず、ないしは1つの位置で適用可能であり、循環してすなわち不連続に行われている。外部の鉄床が必要であり、単純な面状の構造しか製造することができない。
そこで本件では、さまざまな材料(鋼材、アルミニウム、CFRP、木材...)から構成されることのできる成形型12が鉄床として、すなわち押圧台38として利用され、それにより、多方面からの同時のコンパクト化と安定化が、外部の鉄床なしに可能である。炭素繊維18の間で生起される振動は、コンポーネント68の内部から迅速な加熱を生じさせ、芯材料(鉄床)にはさほどの加熱をもたらすことがない。たとえば空気圧式の比例弁44を活用することで、一定の溶着力が適用され、最終寸法に合わせた均一なコンポーネント厚みがもたらされる。
ソノトロードコーティング56および/または並行する緩衝フィルム62の選択的利用は、乾燥繊維18の表面損傷やミスアライメントを防止することができる。
コンポーネント68がソノトロード14を連続的に「通過」することで、プロセス時間を著しく短縮することができる。この「オフショット」方式は、均一で再現可能な品質を可能にするという利点がある。
開放構造および細いソノトロードジオメトリーは、複雑で湾曲した構造の再現を品質損失なしに可能にする。
図1は、成形型12としての編組芯材11を例にとって、超音波・予備成形品システムの機能ユニットの構成を模式的に示している。図2の断面図は、鉄床機能を担う、中枢から案内される成形型12を示している。この成形型に、層間結合材20を含む、ここでは編組層の形状の複数の繊維層16が張り渡される。超音波ユニット14が一定の溶着力で空気作用によって編組物に押圧され、発生する摩擦熱によって熱可塑性の結合材料20を活性化させ、そのようにして、プロファイルの安定化を実現する。図3の側面図から見て取れるように、矢印28で示されている一定の送り速度により、連続性がプロセスに導入される。コンポーネント68の表面は、摩擦の少ないソノトロード14へのコーティング56によって、または緩衝フィルム62によって、損傷から防護される。
単純なケースとして、編組されたばかりの芯材を予備成形するために図1に示す安定化装置10が構成され、鉄床として、ここではアルミニウムからなる長さ2400mmの編組芯材11に、複数の層16が、たとえば4つから6つの層16が編組されるとする。このとき向かい合う両方の芯材表面30が同時に固化される。そのために両方の機能ユニットが、すなわちソノトロード14が、芯材表面30と平行にアライメントされて、編組された芯材11が送り装置23aとしてのロボット23によりそれぞれのソノトロード14の間に沿って連続的に案内される。ジェネレータと空気圧設備を制御するための制御装置48によって、必要なパラメータ(振幅、溶着力、送り)がコントロールされ、それによって所望の最終結果を得る。このように、コンパクト化の程度および導入される温度をフレキシブルに適合調節することができる。
ソノトロード14において付加された冷却部46が、結合材料20の迅速な冷却と固化を生じさせる。
図6〜図10は、プロセスに基づいてコンポーネント68の損傷を生じさせることなく芯材11から取り出すことができた、固化された材料を示している。固化されていないコンポーネント68であれば、それぞれの乾燥繊維18の間に結合が成立しておらず、そのために、裁断のときただちに編組物の破損が生じることになる。
このテクノロジーをさらに確立するために、ソノトロード14を浮動的に取り付けることができ、それにより、芯材料の輪郭に独立して適合調節させることができる。このようにして、非常に複雑で大型の構造を自動式に予備成形することができる。
さらに必要に応じて、特別に成形されたラジアルソノトロード63を、エッジ領域63aにおける連続的な固化に利用することができる。
このテクノロジーは、さまざまな芯材料について適用することができる。これには、良好な振動媒体であるアルミニウムや鋼材のほか、たとえば木材やCFRPといった軟質の材料も含まれる。また、多種多様な結合材料と繊維材料を用いることも考えられる。広い管理限界は、考えられる数多くの組み合わせを許容する。
さらに、局所的な強化繊維(補強パッチ22)の自動式の装着のために、または編組層16および/または巻織層(プライドロップ)の付加や分離のために、このテクノロジーを利用することが可能である。したがって、たとえばすでに予備安定化された複数の予備成形物を相互に結合することもできる。
公知の方法および装置と比べたとき、下記のような利点が実現される:
−非常に高いプロセス速度(>2m/min);
−高い表面品質;
−自動化可能な連続的プロセス;
−最終厚みコンパクト化、すなわち高い繊維容積率、オートクレーブの不要化;
−少ない材料費(減圧構造なし);
−低い欠陥密度;
−さまざまな材料についてフレキシブルに適合化可能;
−少ないエネルギーコスト;
−均一な材料挙動;
−湾曲した(複雑な)構造の利用;
−関連プロセスへの利用可能性。
10 安定化装置
11 編組芯材
12 成形型
14 ソノトロード
16 繊維層
18 繊維
20 結合材料
22 補強パッチ
23 ロボット
23a 送り装置
24 固化装置
26 振動
28 矢印
30 側面
32 組
34 矢印
36 圧力印加装置
38 押圧台
40 押圧工具
42 圧力制御装置
44 比例弁
46 冷却装置
48 制御装置
56 コーティング
58 ソノトロード表面
60 緩衝フィルム供給装置
62 緩衝フィルム
63 ラジアルソノトロード
63a エッジ領域
64 フレキシブルな支承部
66 表面構造
67 載置面
68 繊維複合体コンポーネント

Claims (15)

  1. 成形型(12)の上で形成され、結合材料(20)を有している少なくとも1つの繊維層(16)を安定化するための安定化装置(10)であって、
    繊維層(16)に超音波エネルギーを印加するための少なくとも1つのソノトロード(14)と、
    前記ソノトロード(14)に対して相対的に所定の位置で繊維層(16)を位置決めする成形型(12)と
    を備える固化装置(24)を有している安定化装置。
  2. 前記固化装置(24)は繊維層(16)に圧力を印加するための圧力印加装置(36)を有することを特徴とする、請求項1に記載の安定化装置(10)。
  3. 前記圧力印加装置(36)は繊維層(16)を保持する成形型(12)を押圧台(38)として有するとともに前記ソノトロード(14)を押圧工具(40)として有しており、および/または前記圧力印加装置(36)は前記ソノトロード(14)を繊維層(16)へ定められた通りに圧着するために特に比例弁(44)を有するように構成された圧力制御装置(42)を有していることを特徴とする、請求項2に記載の安定化装置(10)。
  4. 前記成形工具(12)および前記ソノトロード(14)を互いに相対的に移動させる、特に連続的に移動させる送り装置(23a)と、前記ソノトロード(14)を冷却する冷却装置(46)とが設けられていることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の安定化装置(10)。
  5. 前記ソノトロード(14)は繊維層(16)の表面構造(66)に対して相対的な位置を調節するために浮動的に支承されており、および/または前記ソノトロード(14)は繊維層(16)と接触するソノトロード表面(58)に摩擦の少ないコーティング(56)を有しており、および/または繊維層(16)と前記ソノトロード(14)の間へ緩衝フィルム(62)を供給するための緩衝フィルム供給装置(60)が設けられていることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の安定化装置(10)。
  6. 前記成形型(12)の側面(30)および少なくとも1つのエッジ領域(63a)を取り囲むための少なくとも1つのラジアルソノトロード(63)が設けられていることを特徴とする、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の安定化装置(10)。
  7. 前記成形型(12)の向かい合う側面(30)に対をなして配置されたソノトロード(14)、特に前記成形型(12)の周囲で互いにオフセットされて配置された複数対(32)のソノトロード(14)が設けられていることを特徴とする、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の安定化装置(10)。
  8. 前記圧力制御装置(42)および/または前記送り装置(50)および/または前記ソノトロード(14)を制御する制御装置(48)が設けられていることを特徴とする、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の安定化装置(10)。
  9. 成形型(12)の上で形成され、結合材料(20)を有している少なくとも1つの繊維層(16)を安定化するための安定化方法であって
    a)少なくとも1つのソノトロード(14)と、前記繊維層(16)を保持する成形型(12)とを備える安定化装置を準備するステップ、
    b)前記ソノトロード(14)に対して相対的に前記成形型(12)を移動させるステップ、
    c)超音波エネルギーを前記繊維層(16)に印加するステップ
    の各ステップを有する安定化方法。
  10. 前記ソノトロード(14)が特に空気作用により前記繊維層(16)に対して押圧されることを特徴とする、請求項9に記載の安定化方法。
  11. 前記繊維層(16)に対して前記ソノトロード(14)を押圧する前に前記ソノトロード(14)に摩擦の少ないコーティング(56)が設けられ、および/または前記ソノトロード(14)と前記繊維層(16)の間に緩衝フィルム(62)が挿入されることを特徴とする、請求項10に記載の安定化方法。
  12. 前記ソノトロード(14)が冷却されることを特徴とする、請求項9〜請求項11のいずれか1項に記載の安定化方法。
  13. 開放構造を備える繊維複合体コンポーネント(68)の製造方法であって
    d)成形型(12)の上で少なくとも1つの繊維層(16)を形成するステップ、
    e)前記繊維層(16)の内部および/または表面に結合材料(20)を設けるステップ、
    f)請求項9〜請求項12のいずれか1項に記載の安定化方法を実施するステップ
    の各ステップを有する繊維複合体コンポーネントの製造方法。
  14. 前記ステップd)で特に前記成形型(12)の上での繊維(18)の編組により、および/または編組された繊維層(16)への補強パッチ(22)の装着により、および/または編組された繊維層(16)への繊維層(16)および/または巻織層の付加により複数の繊維層(16)が形成され、
    および/または前記ステップf)の後に、ステップg)固化された繊維層(16)の取り出し、特に裁断が実行される、請求項13に記載の製造方法。
  15. 前記結合材料(20)は前記繊維層(16)を形成する前記繊維(18)の層間に設けられ、および/または結合材料(20)は繊維層(16)の形成中に繊維層(16)へ塗布されることを特徴とする、請求項13または請求項14に記載の製造方法。
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