制造用于航空和航天的纤维复合材料部件的方法和模芯技术

本发明专利技术涉及用于制造特别用于航天和航空的纤维复合材料部件（２２）的一种方法和一种模芯，包括以下方法步骤：将弹性芯套管（１）引入到预应力机构（３）；通过启动所述预应力机构（３）膨胀引入的所述芯套管（１），用于给所述芯套管（１）弹性地预加应力；通过所述膨胀的芯套管（１）的开口（４）引入芯体（１３）；通过停用所述预应力机构（３）释放所述膨胀的芯套管（１），用于使所述芯体（１３）被所述芯套管（１）紧密地包围，并从而用于形成模芯（１４）；以及将至少一个纤维半成品（１６）至少部分地放在形成的所述模芯（１４）上，用于形成将被制造的所述纤维复合材料部件（２２）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造特别用于航空和航天的纤维复合材料部件的方法，涉及用于制造这种纤维复合材料部件的模芯，以及涉及具有至少一个纵梁(stringer)的、通过这种模芯(moulding core)和/或这种方法制造的纤维复合材料部件。虽然本专利技术可以应用于任何期望的纤维复合材料部件，但是却参照二维纵梁加固的碳纤维增强塑料(CRP)部件(例如，飞机的外壳)更加详细地说明本专利技术和本专利技术所基于的问题。
技术介绍
通常已知加固具有CPR纵梁的CPR外壳，以承受具有最小可能的额外重量的飞机部分内产生的载荷。在这方面，大致上画出了两种类型的纵梁即T形纵梁和Q形纵梁的不同。T形纵梁的横截面由底座和杆组成。底座形成相对于外壳的连接表面。在飞机构造中普遍使用利用T形纵梁加固的外壳。Q形纵梁具有略似于帽子状的橫截面，且其端部连接到外壳。Q形纵梁或者可以以固化状态黏附地连接到同样被固化的外壳，或者可以与外壳一样同时被预湿(wet-iniet)地固化。后者是理想的，因为其从方法的技术方面来说更加有利。然而，对于预湿制造利用Q形纵梁加固的外壳则需要支撑芯或模芯，以在制造过程期间以期望的Q形状固定和支撑尺寸不稳定的纤维半成品。具有Q形纵梁的外壳比T形纵梁具有优点是在于在用于将基体(例如，环氧树脂)引入到纤维半成品中的注入过程期间，具有Q形纵梁的外壳允许更好的渗透(infiltration)。注入方法比用于制造纤维复合材料部件的其它已知方法如预浸料坯方法的成本更低，因为注入方法允许使用低成本的纤维半成品。然而，制造Q形纵梁的问题在于目前用于支撑芯或模芯的材料为成本6密集型，并且在形成Q形纵梁之后仅仅将其移除都是困难的，因此，保留在纵梁内的材料对纤维复合材料部件的重量不利，并因此对飞机的重量不利。更进一步，问题是保留在纵梁内的材料对整个飞机的重量不利。
技术实现思路
在这个背景下，本专利技术基于的目的是提供一种特别用于航空和航天的成本更低而又更轻的纤维复合材料部件。根据本专利技术，通过具有专利权利要求l所述的特征的方法、具有专利权利要求22所述的特征的模芯和/或通过具有专利权利要求30所述的特征的纤维复合材料部件而实现此目的。因此，提供了一种用于制造特别用于航空和航天的纤维复合材料部件的方法，所述方法包括以下步骤将弹性芯套管引入到预应力机构内；膨胀引入的芯套管，用于通过启动预应力机构给所述芯套管弹性地预加应力；通过膨胀的芯套管的开口引入芯体；通过停用预应力机构而释放芯套管，用于使芯体被芯套管紧密地包围，并从而用于形成模芯；以及将至少一个纤维半成品至少部分地放到形成的模芯上，用于成型将被制造的纤维复合材料部件。本专利技术还提供了一种用在航空和航天中在底座部上制造特别是纵梁的纤维复合材料部件的模芯，所述模芯包括芯套管，所述芯套管形成模芯的外表面；和芯^7^ra^w^^管至少部分地包围。本专利技术还提供了一种特别在航空和航天中的具有至少一个纵梁的纤维复合材料部件，所述纤维复合材料部件通过根据本专利技术的模芯和/或根据本专利技术的方法制造。因此，本专利技术比开始提到的方法所具有的优点在于可以代替昂贵的材料通过低成本的模芯制造纤维复合材料部件，因为低成本材料有利地用于模芯。可以在从属权利要求中得到本专利技术有利的改进和改良。根据优选的实施例，当启动预应力机构时，通过预应力机构在芯套管的外表面上产生用于膨胀芯套管的真空。在释放状态下，芯套管的直径优选地小于用于推到芯套管内的芯体的直径。通过预应力机构，芯套管则在芯套管的纵向方向上相对于可以将芯体推入的芯套管的直径这样的范围而膨胀或伸展。出于此目的，真空产生一力，所述力相对于芯套管基本上径向地作用在芯套管上，并从而弹性地给芯套管预加应力。如果然后将芯体推入到膨胀的芯套管内，则借助于预拉伸机构，通过停用预应力机构而释放芯套管的外表面上的真空，芯套管在径向方向上紧密地压縮在芯体的周围，并从而形成模芯。这因此实现的优点是可以以非常简单的方式利用芯套管包围芯体。这种芯套管一方面从CRP取代"释放"模芯的功能，以使得在模芯的随后移除中，不需要克服到CRP壁的黏附连接。另一方面'，提供了 "密封"功能。因此，在含有空气或的芯材料或芯材料是多孔的情况下，防止树脂从纤维复合材料部件穿透到芯内，并且相反地，防止空气从模芯逃逸到CRP层压材料内。在本应用中，"释放真空"或"终止真空"被理解为表示在具有真空的空间内压力等于外界压力(例如大气压)。在本专利技术的优选的发展的情况下，在停用预应力机构之后，通过焊接和/或粘接封闭芯套管的开口。特别在具有纤维半成品的模芯被完全封闭的情况下，从而可以可靠地防止模芯与纤维半成品之间的材料的交换的发生。如果模芯被纤维半成品完全包围，则在固化纤维复合材料部件之后，对于纤维复合材料部件来说可能必需的是首先被机械加工，以打开到模芯的通路。随后可以移除模芯。可选地，可以设置的是通过停用预应力机构在边缘区形成开口的情况下使芯套管密封地接触芯体的圆周。在这种情况下，芯套管因此不完全包围芯体。因此，在本专利技术的实施例的情况下，在优选选择地情况下，只有被芯套管包围的芯体的那部分用于模制和支撑用于制造纤维复合材料部件的纤维半成品。在这种情况下，没有任何芯套管的芯体的那部分从将被制造的纤维复合材料部件突出。 一旦已经固化纤维复合材料部件，则可以更加容易地从纤维复合材料部件移除芯体，因为特别在模芯的纵向方向上的模芯的移动方向已经被释放。附图说明8图l-4示出了根据本专利技术的示例性实施例的用于制造模芯的多个方法步骤；图5A-5C示出了根据示例性实施例的用于制造纤维复合材料部件的又一些方法步骤；以及图6和图7示出了根据示例性实施例的移除芯套管的又一些方法步骤。 在所有附图中，相同的元件或者功能相同的元件在每一种情况中用相同的附图标记表示，除非另有所述。具体实施例方式图l-5示意性地示出了根据本专利技术的示例性实施例的多个方法步骤。在图1A和1B中表示的根据本示例性实施例的第一方法步骤中，将芯套 管1引入到预应力机构3的下部2。根据本示例性实施例，芯套管l由弹性和 /或尺寸不稳定的材料(例如，塑料，特别是聚酰胺和/或PTEE塑料)形成。芯套管1在其纵向轴线基本上平行于预应力机构3的纵向轴线的情况 下位于所述预应力机构3内。下部2优选地形成为沿管长切入的管的第一半 部。芯套管l形成为弹性柔性管，所述弹性柔性管被形成以使得芯套管l在 其一端la处封闭，而在其另一端lb处设有开口4。可选地，预应力机构3的 下部2和上部5也可以形成为一个部分。随后，如图2A和2B中所示，将优选地形成为沿管长切入的管的第二半 部的上部5放到预应力机构3的下部2上。在预应力机构3的装配状态，上部5的横截面5a和下部2的横截面2a形 成大致上气密的管横截面6。管横截面6优选地适于模芯横截面，并被形成 以使得管横截面6大致上为具有圆角的梯形。可选地，管横截面6可以被形 成，例如以使得其为三角形、椭圆形、圆形和/或波形。分别在上部和下部上的模制部(moulded-on portion) 7a和7b—起形 成例如通道9。通道9连接到真空泵(未示出)。在接下来的方法步骤中，芯套管l的边缘区lc相对于管横截面6以气密 方式被封闭，并优选地滑过预应力机构3的右手端(right-hand本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造特别用于航天和航空的纤维复合材料部件（２２）的方法，所述方法包括以下方法步骤：　将弹性芯套管（１）引入到预应力机构（３）；　通过启动所述预应力机构（３）膨胀引入的所述芯套管（１），用于给所述芯套管（１）弹性地预加应力 ；　通过所述膨胀的芯套管（１）的开口（４）引入芯体（１３）；　通过停用所述预应力机构（３）释放所述膨胀的芯套管（１），用于使所述芯体（１３）被所述芯套管（１）紧密地包围，并从而用于形成模芯（１４）；以及　将至少一个纤维半成 品（１６）至少部分地放在形成的所述模芯（１４）上，用于成形将被制造的所述纤维复合材料部件（２２）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔扎伦，托尔布雅各布，
申请(专利权)人：空中客车德国有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]