專利名稱：制造圓柱形大型結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法用于由纖維增強的塑料制造圓柱形的大型結(jié)構(gòu)或大型模制件、特別是用于飛機制造的機身件，其中在圓柱形的內(nèi)模和圓柱形的外模之間的模腔中裝入多根纖維、優(yōu)選一個或多個纖維半成品并且引入可時效硬化的塑料材料。緊接著時效硬化塑料材料。塑料材料一般是用于制造纖維增強的塑料和因此纖維復(fù)合材料的熱固性塑料材料。對此將各纖維埋入塑料基體中。纖維可以例如是玻璃纖維和/或碳纖維，但也可以是其它的纖維類型。各纖維可以零散地存在、但優(yōu)選以半成品的形式作為纖維墊或類似件存在。大型結(jié)構(gòu)或大型模制件特別指的是直徑至少2m、優(yōu)選至少3m的圓柱形模制件。大型結(jié)構(gòu)或大型模制件可以特別優(yōu)選是用于飛機制造的機身件。
背景技術(shù)：
已知，在飛機機·身的制造中分別預(yù)制特別是管形的、特別是桶形的各機身段并且在緊接著的最終裝配中組裝成完成的飛機機身。作為材料日益使用纖維復(fù)合材料、例如碳纖維增強的塑料(CFK)。按這種方式可以制造具有高穩(wěn)定性和同時小的重量的飛機機身。由DE 10 2007 060 029 Al已知一種用于制造管形結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法，其中提供管形的模具，它具有與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外表面相對應(yīng)成形的內(nèi)模具表面。內(nèi)模具表面由可膨脹的載體構(gòu)成，其這樣成形，即它在未膨脹的狀態(tài)下在保留支承面到模具表面的擴展間距的情況下將模具塞滿。載體設(shè)置在模具中并且通過載體的膨脹將纖維芯壓到模具表面上。緊接著利用可時效硬化的基體浸潰纖維芯。為了自動化制造例如飛機制造的機身件，此外建議使用自動化的用于纖維半成品的繞線機(參見US 7 048 024 B2)。由容器技術(shù)的領(lǐng)域在儲壓器中、例如用于核技術(shù)設(shè)備的儲壓器中還已知，在儲壓器上在外部安裝預(yù)緊裝置，在預(yù)緊裝置上用卷繞裝置卷繞以繩形式的各預(yù)緊元件(參見DE27 16 020)，這樣的開發(fā)對例如飛機制造的機身件的結(jié)構(gòu)沒有影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種方法，借其可以由纖維增強的塑料按經(jīng)濟的方式以高的質(zhì)量制造大型結(jié)構(gòu)或大型模制件、特別是用于飛機制造的機身件。為了達到該目的，在同一種用于制造大型結(jié)構(gòu)或大型模制件的方法中本發(fā)明主張，圓柱形的內(nèi)模由多個沿圓周分布的內(nèi)扇形件組成并且外模由多個沿圓周分布的外扇形件組成，并且利用一個或多個圍繞外扇形件卷繞的拉緊繩在外扇形件和內(nèi)模之間設(shè)置纖維或纖維半成品的情況下將外扇形件向內(nèi)模夾緊。對此本發(fā)明首次從這樣的見解出發(fā)，S卩如果內(nèi)模由多個內(nèi)扇形件組成，從而將它們可以按簡單的方式“向內(nèi)”移除，則可以按簡單的方式在成型以后取出完成的大型結(jié)構(gòu)或大型模制件。這特別是在具有負溫度系數(shù)的材料(其在時效硬化的過程中收縮)的情況下具有優(yōu)點，即實現(xiàn)構(gòu)件的簡單的脫模。但外模也由多個沿圓周分布的外扇形件組成，從而再實現(xiàn)改善的操縱。在這樣的實施形式中仍然可以按簡單的方式接納在成型或時效硬化過程中產(chǎn)生的大的力，因為外模借助于繞外模卷繞的拉緊繩被朝向內(nèi)模夾緊。由此實現(xiàn)模具的簡單的結(jié)構(gòu)、模具的簡單的制造和特別是也模具的簡單的取出或完成的構(gòu)件的簡單的脫模。優(yōu)選首先由多個內(nèi)扇形件組成內(nèi)模，緊接著將纖維或至少一個纖維半成品加設(shè)在內(nèi)模上、例如卷繞到內(nèi)模上。接著放置或者說裝配外模并借助于拉緊繩將外模夾緊。最后將成型材料加入、例如注射入·模腔中。對此符合目的的是，在成型之前和/或過程中調(diào)節(jié)模具的溫度、優(yōu)選加熱。接著成型材料在纖維嵌入的情況下時效硬化?？紤]到這樣的事實，即例如飛機的機身一般設(shè)有多個加固元件，本發(fā)明在優(yōu)選的進一步構(gòu)成中建議，在外模組裝之前并優(yōu)選也在加設(shè)纖維或纖維半成品之前將多個加固元件例如加強筋、肋條或類似件安裝到內(nèi)模上。為此內(nèi)模在其面向外模的外表面上并因此在成型面上一般具有多個凹槽作為用于加固元件的容納部。加固元件例如可以是彎曲的肋條和/或沿縱向方向延伸的加強筋。按上述方式這些加固元件(其在飛機制造中是常見的)可以按簡單的方式整合在按照本發(fā)明的制造過程中。為了從模具中取出完成的模制件，本發(fā)明進一步建議，首先去除內(nèi)模，其方式為優(yōu)選沿徑向方向收攏各單個內(nèi)扇形件。為此符合目的的是，將各內(nèi)扇形件在其相互貼靠的端面上彼此分離并且接著在一定程度上向內(nèi)翻轉(zhuǎn)。各內(nèi)扇形件(或多個內(nèi)扇形件)可以可選地相互可偏轉(zhuǎn)地連接，但也可以由多個零件構(gòu)成。在此優(yōu)選這樣構(gòu)成各個扇形件的相互貼靠的端面或?qū)用?，使得在組裝的狀態(tài)下形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，其承受得住被夾緊的外模的壓力。為此可以符合目的的是，在內(nèi)模的組裝過程中在最后裝入的各內(nèi)扇形件之間裝入穩(wěn)定構(gòu)件、例如穩(wěn)定楔、穩(wěn)定嵌條等。在脫模過程中首先將穩(wěn)定構(gòu)件去除，從而接著可以簡單地向內(nèi)翻轉(zhuǎn)各內(nèi)扇形件。在一改變的實施形式中存在這樣的可能性，S卩，將各單個內(nèi)扇形件共同固定在一個自動化的收攏裝置上，借助于該收攏裝置經(jīng)由一個或多個適合的驅(qū)動裝置同時或依次地沿徑向方向向內(nèi)牽拉各單個內(nèi)扇形件。這樣的收攏裝置可以例如具有中心的支架或中心的輪轂，各內(nèi)扇形件通過在其與中心的支架或中心的輪轂之間布置的連接桿與中心的支架或中心的輪轂鉸接地連接。然后通過中心的支架的轉(zhuǎn)動經(jīng)由各連接桿可以向內(nèi)牽拉各單個內(nèi)扇形件。經(jīng)由在制造過程中沿徑向方向定向的各連接桿，也可以承受較大的力。在本發(fā)明的范圍內(nèi)特別是將上述的拉緊繩、例如鋼繩卷繞到組裝的外模上。為此通常設(shè)置卷繞裝置。特別優(yōu)選組裝的模具為了卷繞拉緊繩自身轉(zhuǎn)動，并且同時從一個繩絞盤或從多個繩絞盤上展開拉緊繩。按這種方式避免了將重的繩絞盤繞靜止的模具輸送大的位移。然而繩絞盤可以位置固定地設(shè)置。代之借助于適合的驅(qū)動裝置使模具處于轉(zhuǎn)動，從而拉緊繩被退繞和卷繞。本發(fā)明的目標(biāo)也是一種設(shè)備，其用于借助一種上述類型的方法制造圓柱形的大型結(jié)構(gòu)或大型模制件、特別是用于飛機制造的機身件。該設(shè)備在本發(fā)明的范圍內(nèi)具有由多個內(nèi)扇形件組成的內(nèi)模和由多個外扇形件組成的外模。還設(shè)置卷繞裝置用于給外模卷繞拉緊繩。卷繞裝置優(yōu)選具有一個或多個繩絞盤，從其上退繞或展開繩。同時卷繞裝置優(yōu)選具有用于模具的旋轉(zhuǎn)支柱，其中將模具固定到或固定在該旋轉(zhuǎn)支柱上并且支柱構(gòu)成有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置用于在鋼繩的退繞過程中轉(zhuǎn)動模具。為了便于將繩卷繞到外模或外扇形件上并且確保均勻的夾緊，本發(fā)明在優(yōu)選的進一步構(gòu)成中建議，外?；蚱涓魍馍刃渭谕鈧?cè)具有至少一個成螺旋形環(huán)繞的凹槽或溝紋，拉緊繩在卷繞過程中嵌入所述凹槽或溝紋中或拉緊繩在凹槽或溝紋中引導(dǎo)。內(nèi)模和/或外模或它們的各扇形件優(yōu)選構(gòu)成有多個加熱通道和/或多個冷卻通道，用于在時效硬化之前和/或期間中調(diào)節(jié)模具的溫度。此外模具構(gòu)成有多個適合的供給通道，經(jīng)由供給通道可以將可時效硬化的成型材料引入例如注射到模腔中。特別優(yōu)選經(jīng)由內(nèi)模實現(xiàn)成型材料的供給。為此可以在內(nèi)模中制出多個沿徑向方向定向的供給通道，它們通入模腔。這些供給通道連接于相應(yīng)的混合頭或噴頭，這些混合頭或噴頭在內(nèi)側(cè)可以安置在內(nèi)模上?？傮w上在本發(fā)明的范圍內(nèi)按簡單的方式經(jīng)濟地以高質(zhì)量由纖維增強的塑料制造大型結(jié)構(gòu)或大型模制件、特別是用于飛機制造的機身件。


以下借助只示出一個實施例的附圖更詳細地說明本發(fā)明。其中:圖1部分地示出用于制造用于飛機制造的機身件的內(nèi)模，包括插入的分配組，圖2圖1的物體，具有插入的多個加固元件和加設(shè)的纖維半成品，圖3具有多個加固元件的完整的內(nèi)模在卷繞纖維半成品的過程中，圖4按圖2的物體，具有安裝的外模和部分繞上的鋼繩，圖5整個的模具以及部分繞上的鋼繩(對應(yīng)于圖4)，圖6按圖5的物體在去除內(nèi)模的開始時的端視圖，圖7按圖6的物體在去除內(nèi)模的過程中的端視圖，圖8按圖7的物體在去除外模的過程中的透視圖，圖9卷繞裝置的第一視圖，圖10卷繞裝置的第二視圖，以及圖lla、b、c本發(fā)明的一改變的實施形式(局部圖)。
具體實施例方式利用圖中所示的方法或利用圖中所示的設(shè)備可以由纖維增強的塑料制造圓柱形的大型結(jié)構(gòu)、例如飛機制造的機身件。用于制造這樣的大型結(jié)構(gòu)的模具包括內(nèi)模I和外模2，其中在內(nèi)模與外模之間形成模腔3。在模腔3內(nèi)設(shè)置纖維半成品4并且為了制造模制件接著將可時效硬化的塑料材料5作為基體裝入模腔3中。按照本發(fā)明的內(nèi)模I由多個沿圓周分布的內(nèi)扇形件Ia組成并且外模2由多個沿圓周分布的外扇形件2a組成。借助圖1至5的比較的觀察可以說明模具的組裝和模制件的制造。圖1首先只部分地示出內(nèi)模I或者說在透視的剖面內(nèi)示出一個內(nèi)扇形件la。可看出該內(nèi)扇形件設(shè)有多個凹槽6，在其中可插入加固元件7a、7b。加固元件一方面是沿圓柱體的縱向方面延伸的加強筋7a并且另一方面是彎曲的且因此沿圓周方向延伸的肋條7b。在各加固元件7a、7b插入各凹槽6中以后，加設(shè)且優(yōu)選卷繞上纖維半成品4。這由圖2和3的比較的觀察表明。
在纖維半成品4完全卷繞以后，安裝外模2，其由多個外扇形件2a組成。接著繞外模2卷繞多個拉緊繩8，亦即借助于各拉緊繩在外模和內(nèi)模之間布置纖維半成品4的情況下將外模2向內(nèi)模I夾緊。圖4和5在此在不同的視圖中示出包括內(nèi)模I和外模2的模具以及部分卷繞上的拉緊繩8。在完全向內(nèi)模I夾緊外模2以后可以將塑料成型材料5注射到模腔3中。這通過箭頭5表示。可看出，為了引入成型材料，內(nèi)模I設(shè)有多個(徑向定向的)通道9，它們又連接于各噴頭或各混合頭10。噴頭或混合頭10同時在內(nèi)側(cè)安置在內(nèi)模I上。在成型材料時效硬化之前和/或期間，調(diào)節(jié)內(nèi)模I和/或外模2的溫度。為此不僅內(nèi)模I而且外模2設(shè)有多個加熱通道11，它們在該實施例中沿圓柱體的縱向方向延伸。只示出用于內(nèi)模I的加熱通道。通過溫度調(diào)節(jié)，成型材料5在纖維或纖維半成品4嵌入的情況下時效硬化，從而形成待制造的大型模制件例如機身件。為了可以從模具中取出完成的模制件F，優(yōu)選首先去除內(nèi)模I。這由圖6至8的比較的觀察看出。圖6中可看出，首先在兩個鄰接的內(nèi)扇形件Ia的兩個對接點之間取出鎖定楔或鎖定嵌條12，其也可以稱為頂端塊或鎖閉石，從而在一定程度上徑向向內(nèi)折疊內(nèi)模并可以將其取出(圖7)。緊接著上翻外模2 (參見圖8)，其在該實施例中由兩個扇形件2a組成，從而可以取出完成的模制件F。拉緊繩8的卷繞在本發(fā)明的范圍內(nèi)具有特別的重要性。為此本發(fā)明在一優(yōu)選的改進中提供卷繞裝置13用以將鋼繩卷繞到外模2上。在所示的實施例中該卷繞裝置具有兩個繩絞盤14，從其上展開鋼繩8。此外卷繞裝置13具有用于模具的旋轉(zhuǎn)裝置15，該模具由內(nèi)模I和外模2組成。該旋轉(zhuǎn)裝置15或旋轉(zhuǎn)支柱設(shè)有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置16。因此為了將鋼繩8卷繞到外模2上，借助于旋轉(zhuǎn)裝置15轉(zhuǎn)動模具1、2，從而從各繩絞盤14上退繞鋼繩8(特別參見圖9和10)。為了確保將鋼繩無缺點地卷繞到外模2上，外模2設(shè)有多個凹槽或溝紋17，其在該實施例中是螺旋形在外模2的外圓周上設(shè)置的溝紋17。在此各繩絞盤14可沿模具的縱向方向L移動，以便可以逐步地卷繞拉緊繩。此外多部分的內(nèi)模I在本發(fā)明的范圍內(nèi)具有特別的重要性，因為通過內(nèi)模I的收攏可以實現(xiàn)構(gòu)件的簡單的脫模。借助圖6至8已說明第一實施形式。圖lla、llb、llc示出改變的實施形式。在該實施形式中各內(nèi)扇形件Ia連接于一自動化的收攏裝置18。該收攏裝置具有一中心的支架或中心的輪轂19，各內(nèi)扇形件Ia通過在其與中心的支架或中心的輪轂之間布置的連接桿20與中心的支架或中心的輪轂鉸接地連接。圖11a、lib、Ilc的比較的觀察表明，通過中心的輪轂19的轉(zhuǎn)動可以自動地拉回各內(nèi)扇形件la。利用描述的方法和描述的設(shè)備優(yōu)選制造直徑大于3m、特別優(yōu)選大于4m的大型結(jié)構(gòu)。在這樣的情況下內(nèi)模和/或外模優(yōu)選具有大于50mm、優(yōu)選大于80mm例如為IOOmm或更大的壁厚。拉緊繩優(yōu)選是鋼繩，其可以具有大于10mm、優(yōu)選大于20mm例如為30mm或更大的直徑。
權(quán)利要求
1.一種由纖維增強的塑料制造圓柱形的大型結(jié)構(gòu)或大型模制件(F)、特別是用于飛機制造的機身件的方法，其中在位于圓柱形的內(nèi)模(I)與圓柱形的外模(2 )之間的模腔(3 )中裝入纖維、優(yōu)選一個或多個纖維半成品(4)和可時效硬化的塑料材料(5);其特征在于，圓柱形的內(nèi)模(I)由多個沿圓周分布的內(nèi)扇形件(Ia)組成，并且外模(2)由多個沿圓周分布的外扇形件(2a)組成，并且利用一個或多個圍繞外扇形件(2)卷繞的拉緊繩(8)在外扇形件和內(nèi)模之間設(shè)置纖維或纖維半成品(4)的情況下將外扇形件(2a)向內(nèi)模(I)夾緊。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，首先由多個內(nèi)扇形件(Ia)組成內(nèi)模(1)，緊接著將纖維或至少一個纖維半成品(4)加設(shè)在內(nèi)模(I)上、例如卷繞到內(nèi)模上，接著組裝外模(2)并且借助于拉緊繩 (8)將外模夾緊，并且最后將成型材料(5)裝入、例如注射入模腔(3)中。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在外模(2)組裝之前并且優(yōu)選在加設(shè)纖維或纖維半成品(4)之前將多個加固元件(7a、7b)例如加強筋、肋條或類似件安置到內(nèi)模(I)上，例如安置在內(nèi)模(I)的多個外側(cè)的凹槽(6)中。
4.按照權(quán)利要求1至3之一項所述的方法，其特征在于，為了使完成的模制件(5)脫模，首先將內(nèi)模(I)沿徑向方向收攏，其方式為例如將各個內(nèi)扇形件(Ia)彼此分離和/或彼此相對偏轉(zhuǎn)。
5.按照權(quán)利要求1至4之一項所述的方法，其特征在于，為了卷繞和張緊拉緊繩(8)，轉(zhuǎn)動組裝的模具(1、2)并且同時從至少一個繩絞盤(14)上退繞拉緊繩(8)。
6.一種按照如權(quán)利要求1至5之一項所述的方法由纖維增強的塑料制造圓柱形的大型結(jié)構(gòu)或大型模制件、特別是用于飛機制造的機身件的設(shè)備，包括由多個內(nèi)扇形件(Ia)組成的內(nèi)模(I)和由多個外扇形件(2a)組成的外模(2)，并且包括卷繞裝置(13)用于以拉緊繩(8)卷繞外模(2)。
7.按照權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，卷繞裝置(13)具有一個或多個繩絞盤(14),從該繩絞盤上能夠退繞拉緊繩(8)。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，其特征在于，卷繞裝置(13)具有用于模具(1、2)的旋轉(zhuǎn)支柱(15 )，其中在旋轉(zhuǎn)支柱(15 )上連接旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(16 )用以轉(zhuǎn)動模具(1、2 )。
9.按照權(quán)利要求6至8之一項所述的設(shè)備，其特征在于，外模(2)或其各扇形件(2a)在外側(cè)具有至少一個成螺旋形環(huán)繞的凹槽或溝紋(17)，在卷繞過程中拉緊繩(8)嵌入所述凹槽或溝紋中。
10.按照權(quán)利要求6至9之一項所述的設(shè)備，其特征在于，內(nèi)模(I)和/或外模(2)設(shè)有多個加熱通道和/或冷卻通道。
11.按照權(quán)利要求1至10之一項所述的設(shè)備，其特征在于，內(nèi)模設(shè)有自動化的收攏裝置(18)，內(nèi)扇形件(Ia)借助于該收攏裝置能夠被收攏以用于構(gòu)件的脫模。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由纖維增強的塑料制造圓柱形的大型結(jié)構(gòu)或大型模制件(F)、特別是用于飛機制造的機身件的方法，其中在位于圓柱形的內(nèi)模(1)與圓柱形的外模(2)之間的模腔(3)中裝入纖維、優(yōu)選一個或多個纖維半成品(4)和可時效硬化的塑料材料(5)。該方法的特征在于，圓柱形的內(nèi)模(1)由多個沿圓周分布的內(nèi)扇形件(1a)組成，并且外模(2)由多個沿圓周分布的外扇形件(2a)組成，并且利用一個或多個圍繞外扇形件(2)卷繞的拉緊繩(8)在外扇形件和內(nèi)模之間設(shè)置纖維或纖維半成品(4)的情況下將外扇形件(2a)向內(nèi)模(1)夾緊。
文檔編號B29C33/02GK103221200SQ201180055371
公開日2013年7月24日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者K·舒爾曼, L·塞巴斯蒂安 申請人:西姆佩爾坎普機械設(shè)備制造有限責(zé)任公司和兩合公司