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CN107848157B - 芯系统、芯系统在制造纤维复合构件中的应用以及用于制造纤维复合构件的方法 - Google Patents

芯系统、芯系统在制造纤维复合构件中的应用以及用于制造纤维复合构件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造纤维复合构件的芯系统(10)，其包括至少两个彼此耦合且可相对于彼此移动的芯件(12、14、16、18)。至少一个芯件(14、16、18)具有相对于移动方向(V)倾斜的表面。本发明还涉及一种芯系统(10)作为制造纤维复合构件时的芯的应用以及一种用于制造纤维复合构件的方法。

Description

芯系统、芯系统在制造纤维复合构件中的应用以及用于制造 纤维复合构件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造纤维复合构件的芯系统、该芯系统作为芯的应用以及一种用于制造纤维复合构件的方法。
背景技术
纤维复合构件因其重量轻且具有高稳定性而例如在汽车工业中被越来越多地使用。纤维复合构件能以不同方式制造。一类方法是压制法。已知的压制法还包括所谓的注射成型法，在该注射成型法中，纤维复合构件的用于形成基质的材料(又称为模塑材料)被注入模具的腔中并在那里在压力和热下固化。
此外，借助注射成型(又称为“树脂传递模塑”(RTM))可制造CFK编织空心型材。在此首先在模具、尤其是模具的腔中放入编织芯，随后使用用于形成基质的材料包围该编织芯。通过用纤维编绕芯而预先制出编织芯，所述纤维随后成为CFR编织空心型材的一部分。在制造纤维复合构件之后必须移除所述芯。
在现有技术中，芯的移除通过下述方式进行：在芯上设置至少一个脱模斜面，通过该脱模斜面可以将芯从制成的纤维复合构件中移除。但基于脱模斜面而不能生产出具有恒定面积或恒定横截面的对称纤维复合构件，因为脱模斜面导致所制造的纤维复合构件的至少一个表面倾斜。
作为替代方案，由现有技术已知，使用由柔性材料制成的膨胀芯。该芯为了制造编织芯而膨胀并且在制造纤维复合构件之后再次放气，使得该芯能返回到初始位置中并且能简单地从纤维复合构件中移除。但在这种柔性的膨胀芯中已证明不利的是，它们不能足够地抵抗在注射成型中出现的压力，由此所制造的纤维复合构件具有不均匀的壁厚。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于制造纤维复合构件的芯系统，借助该芯系统能以简单的方式制造具有均匀壁厚和/或恒定横截面的构件。
根据本发明，所述任务通过一种用于制造纤维复合构件的芯系统来解决，该芯系统包括至少两个彼此耦合且可相对于彼此移动的芯件，其中，至少一个芯件具有相对于移动方向倾斜的表面。
上述芯系统尤其是可用作制造纤维复合构件时的芯。
此外，所述任务通过一种使用上述类型的芯系统的方法来解决。在此，将一个芯件相对于另一芯件沿移动方向移动。随后用纤维编绕芯系统。接着将编绕的芯系统以纤维复合构件的用于形成基质的材料包围。然后将用于形成基质的材料固化。最后移除芯系统。
本发明的基本思想在于：通过移动所述至少一个具有相对于移动方向倾斜的表面的芯件可调节芯系统的周长或尺寸。沿移动方向移动的芯件优选具有倾斜表面，芯件在该倾斜表面上移动，从而整个芯系统的周长或尺寸相应改变。例如通过减小芯系统的周长就可在制造纤维复合构件之后容易地移除芯。根据倾斜表面的设置来确保：借助芯系统生产的构件具有恒定的壁厚和/或恒定的横截面。
此外，所制造的纤维复合构件的壁厚可通过芯系统或芯来调节、尤其是通过设定的尺寸来调节。另外，所制造的纤维复合构件的纤维体积含量可通过可变的芯系统来调节。
此外，芯系统可重复使用，因为它能够非破坏性地从所制造的纤维复合构件中取出。
本发明的一个方面规定，至少一个芯件具有大致减小的横截面。例如芯件构造成楔形的，由此，芯件自动具有相对于移动方向倾斜的表面。
根据本发明的另一方面，设有主芯件，其具有大致矩形的横截面。该主芯件可用作用于其它芯件的贴靠元件，所述其它芯件具有相对于移动方向倾斜的表面。通过多个具有倾斜表面的芯件，可形成横截面大致为矩形的芯系统，其横截面面积能通过移动芯件而变化。
当设置多个具有倾斜表面的芯件时，这些芯件可相对于主芯件和/或相对于彼此沿着移动方向移动。
此外，各芯件分别具有至少一个外表面和至少一个接触表面，所述外表面是整个芯系统的周面的一部分，芯件在所述接触表面上相互贴靠。主芯件因此也可具有作为整个周面的一部分的外表面。
作为替代方案可规定，主芯件仅具有接触表面，芯件贴靠在所述接触表面上，通过所述接触表面，整个芯体系统的周面、尤其是周长或尺寸可调节。
至少一个芯件的接触表面和外表面相对于彼此倾斜延伸。由此以简单的方式构造芯件，其具有相对于移动方向倾斜的表面。外表面在此可平行于移动方向而构成。所述芯件例如构造成楔形。
本发明的另一方面规定，芯件由机械稳定的材料、尤其是由金属制成。由此确保：芯件在以注射成型制造纤维复合构件时经受得住高压。另外，如果芯件由导热和/或导电材料制成，则芯件可用于加热。
此外可规定，在移除芯系统之前，使芯元件相对于彼此移动。由此可在从所制造的纤维复合构件移除芯系统之前减小整个芯系统的直径，从而便于移除。
根据本发明的另一方面，在注入用于形成基质的材料和/或固化用于形成基质的材料期间，使芯件相对于彼此移动。由此可增大整个芯系统的周长，以便例如在制造纤维复合构件期间影响壁厚和/或纤维体积含量。例如可在RTM过程期间再压实编织物。
本发明的另一方面规定，加热至少一个芯件。由此，待制造纤维复合构件可在其制造过程期间从内部被加热，从而更快地使纤维复合构件固化。芯件可构造为导热和/或自加热的。例如，加热可通过至少一个芯件中的至少一个孔来实现，热流体、如水流过该芯件。
附图说明
从下述说明和参考的附图中可得知本发明的其它优点和特征。附图如下：
图1示出处于第一位置中的本发明芯系统，
图2示出处于第二位置中的根据图1的本发明芯系统。
具体实施方式
图1示出了用于生产纤维复合构件的芯系统10。在所示实施方式中，芯系统10具有四个可相对于彼此移动的芯件12、14、16、18。
第一芯件12也可称为主芯件。第二芯件14和第三芯件16可分别相对于主芯件12移动地设置。
为此，主芯件12具有接触表面20，在该接触表面上设有凹槽22，第二芯件14的相应突起24嵌入该凹槽22中，使得第二芯件14可沿移动方向V导向地移动。
此外，主芯件12具有第二接触表面26，在该第二接触表面上设有第二凹槽28，第三芯件16的突起30嵌入第二凹槽中。第三芯件16也可沿移动方向V导向地相对于主芯件12移动。
第二芯件14和第三芯构件16因此通过它们的接触表面贴靠在主芯件12的相应接触表面20、26上。
在所示实施方式中，第二芯件14还具有第三突起32，第三突起嵌入构造在第四接触元件18接触表面上的凹槽34中。
第三接触元件16具有第四突起36，第四突起嵌入同样构造在第四接触元件18中的凹槽38中。
由此，第四接触元件18可沿移动方向V相对于第二和第三接触元件14、16移动。接触元件18在此通过凹槽34、38以及设置在接触元件14、16上的突起32、36导向。
四个芯件12至18因此分别通过两个接触表面贴靠在相邻的芯件12至18上，并且所述芯件12至18分别具有外表面，所述外表面是整个芯系统10的周面40的一部分。
在构成周面40的各外表面之中，在图1中仅能看到第二芯件14的外表面42、第四芯件18的外表面44和46以及第三芯件16的外表面48。在相对置的侧面上是相应其它的外表面。
芯件14至18还具有至少一个相对于移动方向V倾斜的表面。
在所示实施方式中，这涉及第二芯件14和第四芯件18之间的接触表面以及第三芯件16和第四芯件18之间的接触表面。芯件14至18的这些接触表面也倾斜于芯件14至18的平行于移动方向V延伸的相应外表面。
基于倾斜延伸的表面、即接触表面，整个芯系统10的周长或尺寸可改变。芯件14至18为此相对于主芯件12或相对于彼此顺着移动方向V或逆着移动方向V移动。
这还可由图1和2的比较中看出，因为芯件14至18在图2中处于其端部位置中，在端部位置中芯系统10的周长最大。
在所示实施方式中，主芯件12具有大致矩形的横截面，而其它芯件14至18具有大致减小的横截面。这表示，芯件14至18的横截面在第一端部上比在与第一端部相对置的端部上小。这在图1中可在第四芯件18上特别清楚地看到。
芯件14至18可构造成大致楔形的。
在所示实施方式中，第二和第三芯件14、16构造成镜面对称的并且形成芯系统10的关联组件，因为它们共同相对于主芯件12移动。这也可由图1看出，因为第二和第三芯件14、16相对于主芯件12移动了相同的距离。
相反，在所示实施方式中，第四芯件18移动的距离是第二芯件14和第三芯件16移动距离的两倍。
一般来说，第四芯件18的移动距离与第二和第三芯件14、16的距离之比取决于各芯件相对于移动方向V所具有的倾斜表面的角度。
由于芯件12至18的所有外表面平行于移动方向V延伸，因此芯系统10具有大致矩形的横截面，在此周面40是连续的、即无突起的。通过使各芯件12至18相对于彼此移动可调节芯系统10的精确横截面面积，因为芯件14至18分别在倾斜表面、即它们的倾斜构造的接触表面上相互贴靠。在此，连续构造的周面40至少在工作区域中不改变，如由图1和图2的比较中可见。
芯件12至18优选由坚硬的材料、尤其是金属制成。基于坚硬的材料确保：芯件12至18能够承受制造过程中出现的压力。
因此，芯件12至18也是导热的，以致它们可用于在生产期间加热纤维复合构件。为此，芯件12至18可与热源、例如传热流体连接，该传热流体流过芯件，使得传递到芯件的热量由芯件12至18继续传递。
替代或附加地，芯件12至18本身可设有热源。为此，例如可在芯件12至18中设置加热丝，其可由模具控制装置来控制。
下面说明纤维复合构件的制造方法，可借助上述芯系统10以简单的方式制造纤维复合构件。
图1示出处于所谓的编织位置中的芯系统10，在编织位置中，芯系统10的周长或其尺寸与图2所示端部位置相比首先减小。编织位置可被看作是芯系统10的工作位置。芯系统10在图1所示编织位置中被纤维编绕，纤维应变成纤维复合构件的一部分。
在此可使用玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、芳族聚酰胺纤维、天然纤维、尼龙纤维或其它纤维。
随后，将被编绕的芯系统10放入模具中。在模具中使用用于形成基质的材料浸透或浸润编织的纤维。用于形成基质的材料可以是塑料、例如热固性塑料、弹性体或热塑性塑料。
在RTM-注塑成型法中，用于形成基质的材料在高压下被注入模具的腔中。编绕的芯系统10在此之前已放入该腔中。
在编织的纤维被用于形成基质的材料浸透或浸润后，将用于形成基质的材料固化，从而制成纤维复合构件。
当至少一个所述芯件12至18构造成可加热和/或导热的时，可加速用于形成基质的材料的固化。
最后，将芯系统10从制成的纤维复合构件中移除。芯系统10随后可被重新用于制造另一纤维复合构件。为此重要的是，芯系统10可以简单且非破坏性的方式从制成的纤维复合构件中取出。
在从构成工作位置的编织位置取出芯系统10之前，可首先使可变的芯系统移动到取出位置中，在取出位置中，芯系统10的周长进一步减小，使得其能更容易被取出。为此，芯件14至18相对于主芯件12和/或相对于彼此沿着移动方向V移动。
此外可规定，芯系统10在用于形成基质的材料固化期间或在其被注入模具的腔中时逆着移动方向V移动，由此，芯系统10的周长增大。从而可在RTM过程中改变纤维体积含量，这相当于将围绕芯系统10形成的编织物再压实。芯系统10因此膨胀，以便可以将纤维再压实。该位置也可看作是芯系统10在被取出之前占据的工作位置。
芯系统10的可变性通常能实现在生产期间通过芯系统10调节待制造纤维复合构件的壁厚以及纤维体积含量。
由于芯件12至18由坚硬的材料、如金属制成，因此可实现纤维复合构件壁厚方面的高度可重现性以及小的公差。
基于芯系统10还可制造对称的纤维复合构件，其壁厚在壁的长度上恒定。
总之，提供了一种芯系统10，借助其能以简单的方式制造纤维复合构件，该纤维复合构件具有对称的形状及均匀的壁厚。

Claims (9)

1.用于制造具有基本矩形横截面的纤维复合构件的芯系统(10)，该芯系统包括至少两个彼此耦合且能相对于彼此移动的芯件(12、14、16、18)，其中，至少一个芯件(14、16、18)具有相对于移动方向(V)倾斜的表面，其中，一个芯件(12)构造为主芯件，该主芯件具有大致矩形的横截面，其中，各芯件(12、14、16、18)分别具有至少一个外表面(42、44、46、48)和至少一个接触表面(20、26)，所述外表面是整个芯系统(10)的周面(40)的一部分，各芯件(12、14、16、18)在所述接触表面上相互贴靠。
2.根据权利要求1所述的芯系统(10)，其特征在于，至少一个芯件(14、16、18)具有大致减小的横截面。
3.根据权利要求1或2所述的芯系统(10)，其特征在于，至少一个芯件(14、16、18)的接触表面和外表面(42、44、46、48)相对于彼此倾斜延伸。
4.根据权利要求1或2所述的芯系统(10)，其特征在于，各芯件(12、14、16、18)由坚硬的材料制成。
5.根据权利要求4所述的芯系统(10)，其特征在于，各芯件(12、14、16、18)由金属制成。
6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的芯系统(10)作为制造纤维复合构件时的芯的应用。
7.用于借助根据权利要求1至5中任一项所述的芯系统(10)制造纤维复合构件的方法，该方法包括下述步骤：
a)将一个芯件(12、14、16、18)相对于另一芯件(12、14、16、18)沿移动方向(V)移动，
b)用纤维编绕芯系统(10)，
c)注入用于形成基质的材料，
d)将用于形成基质的材料固化，以及
e)移除芯系统(10)，
其特征在于，在步骤c)和/或步骤d)期间，使各芯件相对于彼此移动。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤e)之前，使各芯件相对于彼此移动。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，加热至少一个芯件。
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