(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維複合材料の構造部材のための三次元プリフォームを構築する方法において、
ａ）プリフォーム（３１）の三次元形状に対応する加工物キャリア（４０）を提供するステップ（Ｓ１）と、
ｂ）加工物キャリア（４０）の上に複数のドライ繊維（３３）を同時に積層することによって繊維束（３０）を積層するステップ（Ｓ３）であって、任意選択的に、繊維をある部分で中間固定するステップ（Ｓ３ａ）を含むステップと、
ｃ）繊維（３３）を加工物キャリア（４０）の端部（４２）に固定するステップ（Ｓ４）と、
ｄ）三次元プリフォーム（３１）を形成するための所定の繊維束積層パターンに従ってステップｂ）とｃ）を繰り返すステップであって、繊維束の繊維が、端部固定の背後で切断されて（Ｓ４ａ）、その後、ステップｂ）が続いて実行されるステップと、
ｅ）ステップｄ）において所定の繊維束積層パターンに従ってプリフォームの形成が終了した後に、三次元プリフォーム（３１）を加工物キャリア（４０）から外して次の製造ステップに移動させるステップ（Ｓ１４）と、
を含む方法。
【請求項２】
ステップｄ）で所定の繊維束積層パターンに対応する前記プリフォームを形成している間に、局所的補強層を形成するために、１つまたは複数の局所的挿入材をプリフォームの上または、プリフォームの層間に堆積させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップｅ）で、端部固定によって固定された部分が、前記移動させるステップ（Ｓ１４）の前にプリフォーム（３１）から分離される（Ｓ８）、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
ステップｂ）における任意選択的な部分的な中間固定が、加工物キャリア（４０）および／または繊維（３３）の一部に樹脂または接着剤（ＫＳ）を塗布することにより、および／または繊維の加工物キャリアへの凍結により、および／または機械的保持により、および／または吸引により、および／または磁力引力により、および／または電磁引力により行われる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
ステップｃ）の端部固定が、繊維の加工物キャリアへの接着、および／またはクランプ、および／または凍結、および／または機械的保持、および／または吸引、および／または磁力引力、および／または電磁引力により行われる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
ステップｅ）の後の製造ステップが、プリフォームを樹脂注入および／または硬化または中間的保管のための加工型にセットすること、または次の処理工程に移動することである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
三次元プリフォームが、移動のため、および保管の可能性のために、固定層（７０、７１）間にパッキングされ、および／または形状固定される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
繊維複合材料の構造部材のための三次元プリフォーム（３１）を構築する装置であって、
プリフォーム（３１）の三次元形状に対応する形状の加工物キャリア（４０）と、
加工物キャリア（４０）の上に複数のドライ繊維（３３）の繊維束（３０）を同時に積層する積層ヘッド（２０）と、を備える装置であって、
任意選択的に加工物キャリア（４０）の上に繊維の一部を中間固定するための、任意選択的な中間固定装置と、
加工物キャリア（４０）の端（４２）で繊維を固定するための端部固定装置と、
繊維を切断するための繊維切断装置（２１）と、
三次元プリフォーム（３１）を加工物キャリア（４０）から外して次の製造ステップに移動する移動装置と、
を備えることを特徴とする、装置。
【請求項９】
加工物キャリア（４０）は、
プリフォーム（３１）の三次元形状に対応する形状の加工物成形領域（４１）と、
積層された繊維束（３０）の繊維（３３）を固定するための端部固定領域（４２）であって、端部固定領域（４２）への繊維の固定が、繊維の加工物キャリアへの接着、および／またはクランプ、および／または凍結、および／または機械的保持、および／または吸引、および／または磁力引力、および／または電磁引力により行われる、前記端部固定領域（４２）と、
を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
積層された繊維束（３０）の繊維（３３）を固定するための１つまたは複数の中間固定領域（４３）を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
積層済みのプリフォーム（３１）をドレーピングするためのドレーピング領域（４５、４６、４７）を含む、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
加工物キャリア（４０）は、請求項９から１１のいずれかに記載の加工物キャリアであって、
積層ヘッド（２０）は、繊維搬送装置により排出口に搬送されるべき繊維束（３０）の複数の繊維（３３）を案内する繊維案内装置（５２）の排出口であって、搬送されるべき繊維（３３）が、繊維搬送装置へと、繊維供給方向（Ｖ）に出るように案内される前記排出口に接続されており、
前記繊維案内装置（５２）は、
搬送されるべき繊維（３３）が繊維供給方向（Ｖ）に挿入される供給口と、
供給口と排出口を動作可能に接続し、その中で搬送されるべき繊維（３３）が、回転可能に支持されたシャフト（５２ｗ）または独立して回転可能に支持されたローラ（５２ｒ）を介して、繊維供給方向（Ｖ）に案内される繊維案内チェーン（５２）と、を備えており、
前記繊維案内チェーン（５２）は、曲げられる場合において、隣り合うシャフト（５２ｗ）またはローラ（５２ｒ）の距離が一定に保たれ、
繊維束（３０）は、この繊維案内装置を介して供給される、
繊維複合材料の構造部材のための三次元プリフォーム（３１）を構築する請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
繊維案内チェーン（５２）が複数のチェーンセグメント（５２ｓ）を含み、これらは相互に接続されて繊維案内チェーンとなり、隣接するセグメントが軸（Ａ）の周囲で相互に関して回転でき、回転可能に支持されたシャフト（５２ｗ）または回転可能に支持されたローラの各々が、軸（Ａ）の軸方向に、その周囲で回転可能に配置される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
積層ヘッドは、
受け側支持体（２２０）と、
プッシャ（２１０）と、
ブレードの角度が４５°から１２０°の範囲であり、切断方向に前後に移動可能な切断ブレード（２３０）と
を有する繊維切断装置を備え、
受け側支持体とプッシャは、通過位置において、それらの間に切断方向に対して垂直に延びる繊維経路を形成し、クランプ位置において、切断ブレードの移動経路の両側で繊維経路内の繊維を挟持して保持するように配置されるように移動可能である、
請求項１２または１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノンクリンプ織物および構造部材の繊維プリフォームならびにその部材を製造するための装置とその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維複合材料は、その材料特性から、軽量構造によく使用される。繊維複合材料の構造部材には何種類もの方法があり、これらは基本的に、その方法の中で加工される中間基材（予め製作された原材料としての形態）を通じて相互に異なる。繊維複合材料の技術分野では、“ｐｒｅｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄ（予備含浸）”に由来してプリプレグとも呼ばれる樹脂を含浸させた中間基材と、ドライ中間基材とは基本的に異なる。繊維複合材料のためのどちらのタイプの中間基材についても、その開始材料はいわゆるロービングである。ロービングは、繊維材料から作られる本物の繊維と呼ぶことのできる複数の単繊維からなる織り糸／撚糸である。炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が、繊維複合材料として使用するのに好ましい。このようなロービングは、何本かの、たとえば８または１０本の単繊維から、たとえば最大で５０，０００本またはそれ以上の単繊維によって構成できる。本願において、「繊維」という用語は、特に単繊維であるとの断りがないかぎり、ロービングを指す。
【０００３】
いわゆるプリプレグは、さまざまな方法で製造できる。たとえば、ドライ中間基材には、室温で高粘度、粘着性を有する熱硬化性樹脂を含浸させることができる。また、熱可塑性材料の樹脂マトリックスを含浸させた繊維中間基材もある。いずれのタイプも本願ではプリプレグと呼ぶ。
【０００４】
これらの中間基材は、ＵＤプリプレグとも呼ばれる、ほとんどが平行な一方向繊維として、または織物プリプレグとも呼ばれる織物として存在してもよい。
【０００５】
また、先行技術においては様々なドライ中間基材もある。ドライプリプレグの重要なタイプとしては、織物以外に積層体があり、これは通常、異なる配向の繊維層を複数重ねたものを、たとえば、縫合、または、バインダと呼ばれる接着剤によって一体に保持した多軸織物（ＭＡＧ：ドイツ語のＭｕｌｔｉａｘｉａｌｇｅｌｅｇｅの略）として存在する。多軸積層体は、一方向（ＵＤ）、２軸、たとえば２層、３軸、たとえば３層、４軸、たとえば４層等々として製造でき、すなわち異なる配向の層の数に対応する。さらに、ドライ中間基材は、編物、組物、インターレース織物、細幅テキスタイルおよびロービングである。ロービングは、あらゆる中間基材の開始材料となる。繊維複合構造部材のための繊維複合材料は、常に、２つの構成要素である強化繊維とマトリクス（樹脂）を含む。２つの構成要素である強化繊維とマトリックス（樹脂）は、製造工程で合体させる必要がある。
【０００６】
プリプレグの場合、すなわち、熱硬化性または熱可塑性コーティング、含浸等を施した中間基材の場合、強化繊維とマトリックスはすでに混合／複合された形態で存在する。プリプレグの場合、マトリックスは、構造部材を所望の形状にするための、製造工程中の成形ステップの後に、オートクレーブで温度および／または圧力をかけることによって硬化される。
【０００７】
いわゆるプリフォーム製造の場合、プリフォームは、ドライ中間基材を用いて、構造部材の所望の形状で製造される。含浸はその後、たとえば熱硬化性樹脂を用いて、射出法またはインフュージョン法によって行われる。このような場合、樹脂は、超過圧力でプレスされ、ドライ中間基材とされるか、または構造部材の形状を持つ中間基材中に減圧下で浸透される。
【０００８】
したがって、繊維複合材料の三次元構造部材に関する３種類の一般的な製造方法は、先行技術において、異なっている可能性がある。第一に、プリフォーム製造であり、この方法では、プリフォームが織物裁断片および／または多軸織物裁断片の積層体で構築され、その後、型内で樹脂が含浸され、硬化される。第二に、プリプレグの裁断片から構造部材を製造する方法であり、この方法では、裁断片が型内に堆積され、その後硬化される。第三に、繊維積層法であり、この方法では、１本または複数の繊維が、たとえば自動的に、プロファイルの上に積層される。この場合、たとえば、米国特許第５，６４５，６７７明細書（欧州特許出願公開第０６２６２５２Ａ明細書に対応）において開示されているプリプレグ繊維を使用できる。繊維積層法としては、ドライロービングを使用することも知られている。プロファイルへの繊維の連続固定はバインダを用いて行われ、あるいは、たとえば米国特許出願公開第２００９／０２２９７６０  Ａ１明細書において開示されているように、繊維に積層直前に積層ヘッド内の樹脂を含浸させる。
【０００９】
成形ツールを使用したロービングのＦＶＷ／ＦＶＫ構造部材の製造方法と、この方法を実行するための成形ツールが、国際出願公開第２００９／１２４７２４  Ａ１から知られており、その中では、ロービングが、堆積装置を使って、方向変更装置間で所定の方向に引っ張りながらロービングを引き伸ばすことによって、成形ツールの形状面上に載せられる（ＦＶＷ／ＦＶＫは、ドイツ語のＦａｓｅｒｖｅｒｂｕｎｄｗｅｒｋｓｔｏｆｆ＝繊維複合材料／Ｆａｓｅｒｖｅｒｂｕｎｄｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆ＝繊維複合プラスチックの略語）。基本的に平坦な領域からなる構造部材を製造するための層と、これを製造する装置は、ドイツ特許出願公開第３００３６６６Ａ１明細書から知られており、その中で、ロービングは基本的に板状の表面上に堆積されて、ピン、ボルト等として形成される撚糸方向変更要素によって方向変更される。航空機用の複合材料からなる構造部材のためのプリフォームの製造方法が、欧州特許出願公開第１５８４４６２Ａ２明細書から知られており、それによれば、ロービングが二次元平面上に堆積され、始点から終点の間で縫合によって固定され、構造部材の三次元形状はその後の成形ステップで得られる。複合構造部材のための繊維プリフォームの製造方法は、ドイツ特許出願公開第１０２００８０１９１４７Ａ１明細書から知られており、ここでドライ繊維ロービングは、幾何学的形状の上に堆積され、ドライ繊維ロービングには、ドライ繊維ロービングが堆積される前のステップで、熱可塑性バインダ等のバインダが付与され、バインダが活性化されることによって、輪郭となる表面またはすでに堆積された繊維ロービングと結合される。その後、繊維ロービングは切断ユニットによって切断される。ドイツ特許出願公開第１０００５２０２Ａ１明細書は、繊維複合材料のための強化構造中間基材の製造を開示しており、その中では、プリフォームが穿孔され、または切り抜かれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらの方法のすべてが、繊維複合材料の三次元構造部材の製造に関して満足のいくものであるとはかぎらない。さまざまな欠点があり、その例としては、もともとの中間基材の切断による廃棄分の割合が大きいこと、および／または手作業の比率が高いこと、および／または自動化の生産速度が遅いこと、および／または材料の保管に関わる問題、および／またはマトリックスの含浸に関わる問題等がある。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、繊維複合材料の構造部材の三次元プリフォームを製造するための改良された技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的は、それぞれ、特許請求の範囲の請求項１による方法と、請求項８による装置と、請求項９による加工物キャリアと、請求項１２による繊維案内装置によって達成される。
【００１３】
本発明をさらに発展させたものは、従属項に記載されている。
【００１４】
その他の特色や有益な特徴は、図面を参照する実施形態の説明により明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一の実施形態による加工物キャリアと、積層ヘッドを有するロボットの斜視図を示す。
【図２】（ａ）では加工物キャリアの図を、また（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）では積層された繊維層とともに示す。
【図３】本発明の実施形態による加工物キャリアを、（ａ）では加工物キャリアの上に中間固定領域を設けずに積層させた繊維とともに、（ｂ）と（ｃ）では加工物キャリアの上に中間固定領域を設けて積層させた繊維とともに示す。
【図４】中間固定領域を有する加工物キャリアの実施形態の断面図を、（ａ）では吸引による中間固定領域とともに、（ｂ）では針による中間固定領域とともに示す。
【図５】凍結による端部固定領域を有する加工物キャリアの実施形態の部分断面図を示す。
【図６】加工物キャリアの端部固定領域の実施形態を、ａ）では機械的クランプ式（クランプ装置の運動システムは図示せず）端部固定領域として、ｂ）ではフック式端部固定領域として示す。
【図７】加工物キャリアの端部固定領域の実施形態を、ａ）では針式端部固定領域として、ｂ）ではフック式端部固定領域として示す。
【図８】繊維の積層、端部固定、切断の断面図を、ａ）では積層ヘッドに組み込まれた接着剤塗布手段とともに、ｂ）では端部固定用の外部の接着塗布手段とともに示す。
【図９】繊維切断機構の実施形態を示す。
【図１０】積層ヘッドと加工物キャリアの相対移動を実現するための異なる実施形態の概略図を示す。
【図１１】繊維供給を説明する概略図である。
【図１２】繊維案内のための改造エネルギーチェーン（ドラッグチェーン）の第一の実施形態を、ａ）では断面図で、ｂ）では切り開いた状態の部分斜視図で示す。
【図１３】繊維案内のための改造エネルギーチェーン（ドラッグチェーン）の第二の実施形態を、ａ）では断面図で、ｂ）では切り開いた状態の部分斜視図で示す。
【図１４】移動装置のある実施形態の断面図を示し、ａ）〜ｃ）で移動装置による加工物キャリアからのプリフォームの取り外しを概略的に示す。
【図１５】移動装置の第二の実施形態の断面図を示し、ａ）〜ｄ）で移動装置による加工物キャリアからのプリフォームの取り外しを概略的に示す。
【図１６】移動装置の第三の実施形態の断面図を示し、ａ）〜ｄ）で移動装置による加工物キャリアからのプリフォームの取り外しを概略的に示す。
【図１７】本発明のある実施形態によるプリフォームの真空安定化と樹脂膜の導入の概略図を示す。
【図１８】本発明のある実施形態による製造方法のフローチャートを示す。
【図１９】繊維束のロービング／繊維の中にギャップを導入するための技術のある実施形態の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、ここで教示する装置と方法について概説してから、具体的な実施形態を説明する。
【００１７】
ここで教示する装置と方法により、加工物キャリア上に繊維集合の中のドライ繊維（ロービング）を積層することができる。ドライ繊維は、その目的（端部固定）のために割り当てられた端部領域に固定され、生産すべきプリフォームの三次元形状に応じて、最終的に所定の中間固定領域において中間で固定される。
【００１８】
その結果、一方で、格段に安価なドライ繊維を三次元プリフォームの構築に使用でき、他方で、ドライ繊維の積層によって、高い供給速度を実現できる。
【００１９】
端部固定と中間固定の方法では、異なる装置が教示されており、これは、構築すべきプリフォームの三次元形状に応じて選択できる。
【００２０】
有利な方法によるドライ繊維の積層の利点を生かすために、繊維の供給、搬送、切断のための複数の教示が追加されており、これらはドライ繊維の積層および／または端部固定および／または部分的中間固定に関連して、組み合わせ効果を発揮する。この点において、たとえば、積層工程中に、積層されるドライ繊維への張力を、比較的少ない機械面や制御面での努力によって軽減させることが可能である。特に強調すべき点として、１つの開示されている構成要素、ユニット、方法ステップは、相互に組み合わせて、また個別に教示されており、この教示は、それを開示する目的のほか、相互に独立して特許を請求できる発明を開示する目的で行われる。すなわち、たとえば、繊維を損耗させずに切断することに関する開示は、他の教示、たとえば改造エネルギーチェーンによる繊維案内や繊維のドライ積層等と組み合わせても、また別個に、および／または独立して特許請求できる。
【００２１】
図１はロボット１０を示し、これには積層ヘッド２０が取り付けられている。加工物キャリア４０は、加工物キャリア用の支持部１５に保持される。図１では、積層ヘッド２０が繊維束３０を加工作物キャリア４０の上に積層するようになされていることが概略的に示されている。図１においては、繊維束３０の繊維が４本のみ示されており、これらは同時に積層される。繊維束３０は複数のｎ本の繊維で構成でき、ｎ＝２，３，．．．であり、現時点ではｎ＝８、またはｎ＝１６、またはｎ＝３２が好ましい。
【００２２】
この構成は、多軸織物（ＭＡＧ）と同様の多軸多層繊維構造（ＭＡＦＡ）を有する繊維複合材料の構造部材のための三次元プリフォームを製造する目的に適う。
【００２３】
図２ａ）に示されるように、加工物キャリア４０は、この目的のために、加工物成形領域４１と端部固定領域を含む。加工物成形領域４１は、プリフォームの所望の三次元形状に対応する。端部固定領域４２は、詳しくは後述するが、加工物キャリア４０の端部領域に積層ドライ繊維３３を固定するためのものである。
【００２４】
図２ｂ）には、加工物キャリア４０の上に第一の繊維層３１ａが第一の方向（軸配列）で積層（堆積）された状態の加工物キャリアが示されている。図２ｂ）に示すように、繊維層３１ａは繊維（ロービング）３３からなり、これらはこの軸方向に積層されている。図２ｃ）には、第二の繊維層３２ｂが第一の繊維層３１ａの上に積層されている同じ加工物キャリア４０が示されている。第二の繊維層３１ｂの繊維は、第一の繊維層３１ａの配向に関して−４５°の配向を有する。図２ｄ）には、第三の繊維層３１ｃが、第２の繊維層３１ｂの上に積層されているとともに、加工物キャリア４０の一部のみに積層されている様子が示されている。第三の層３１ｃは、第一の層３１ａに関して＋４５°、それゆえ第２の層３１ｂに関して９０°の配向を有する。３つの層３１ａ〜３１ｃは、多軸多層繊維構造（ＭＡＦＡ）３１を形成する。
【００２５】
すでに説明したように、繊維３３は、加工物キャリア４０の上に乾燥状態で積層される。図２に示される加工物キャリアでは、突出した湾曲部分において問題が生じうることがわかる。これと同様のことが、図３ａ）に示される状況において起こる可能性がある。ここでは、加工物キャリア４０が示されており、その形状は基本的に、円筒の中心を軸方向に切断したものに対応する。ドライ繊維を積層し、加工物キャリア４０の端部領域だけで固定する場合、図３ａ）に示されるように、繊維の滑り落ちが発生する可能性がある。
【００２６】
このことから、そのような重要な位置において、積層ドライ繊維の中間固定を行う。このような中間固定の一例を図３ｂ）に概略的に示す。図３ｃ）には、加工物キャリアの平面図が示され、これは図３ａ）に示される加工物キャリアと同様の形状であるが、その上面に、周囲に繊維３３を積層可能な突出部を有する。図３ｃ）からすぐにわかるように、積層ドライ繊維の中間固定は、この領域で行うべきである。
【００２７】
このような中間固定領域を設ける第一の実施形態を図４に示す。図４には、中空の内部空間４０ｈを有する加工物キャリア４０の断面図が概略的に示されている。中空の内部空間４０ｈは、ポンプコネクタ４０ｐを通じてポンプに接続することができる。貫通穴４０ｌが、繊維３３が積層される壁４０ｗに形成されている。内部空間４０ｈは、相応のポンプに接続することによって、周囲圧力ｐｕより低い圧力ｐｉに保たれる。その結果、壁４０ｗの外側に負圧と吸引効果がそれぞれ発生して、積層された繊維３３が、負圧／吸引領域４３ｃとして形成されたこの端部固定領域の中間で固定される。中間固定領域４３の別の実施形態が図４ｂ）に示され、これは針領域４３ｄとして形成されている。この針領域では、針４３ｎが壁４０ｗの外側に突出しており、それによって繊維が中間固定される。
【００２８】
中間固定領域の他の形態として、たとえば接着剤を塗布した領域、またはフックを設けた領域、または繊維を凍結させる領域とすることも可能である。
【００２９】
上記に対応する固定方法はまた、端部固定領域４２にも適用される。図５には、加工物キャリア４０の壁４０ｗの部分的断面図が示されている。加工物成形領域４１と連続して、端部固定領域４２が形成されている。これは、固定媒体（たとえば、水）の凝固点よりずっと低い温度に保たれる。ずっと低いとは、温度差が１０Ｋ以上、水の場合は約３０Ｋであることを意味する。固定領域の冷却は、たとえば、固定領域の冷却路に低温の液体冷却剤を流すことによって行うことができる。これに関して、同じ温度範囲の冷却システムで使用される一般的な冷却剤を使用できる。
【００３０】
噴霧ノズル４８によって、低粘度の液体固定媒体が、端部固定領域４２の中で繊維３３が固定されるべき位置に噴霧される。大きな温度差により、固定媒体は即座に凍結し、これによって固定されるべき繊維３３が即座に凍結領域４３ｂ上で凍結する。この固定方法は、もちろん、前述のように、中間固定にも適用可能である。室温で粘度が低くない固定媒体であれば、高温状態で噴霧ノズルに供給する必要がある。
【００３１】
図６ａ）には、機械的クランプによる繊維３３の端部固定が示されている。その目的のために、保持要素４２ｈが端部固定領域４２に設置されており、これは端部固定領域に対して垂直の締付力を生成し、それゆえ、繊維３３を留め付ける。締付力は、空気圧または電気または油圧により駆動される運動システムによって、またはたとえば、端部固定領域４２に引き付けられる磁気クランプ要素によっても発生させることができる。
【００３２】
磁気クランプ要素を使用する場合、これは積層ヘッドまたは加工物キャリアに設けられたマニピュレータによって、または他のマニピュレータ（ロボット等）、によって取り外されてから、繊維束が堆積され、繊維束がクランプ領域に設置された後、再び取り付けられる。あるいは、たとえば、制御可能な電磁石を端部領域に設置することができる。
【００３３】
図６ａ）に示される機械的クランプシステムでは、離間され、基本的に相互に平行な、端部固定領域４２に沿った２列の保持要素４２ｈが使用されている。
【００３４】
端部固定領域のための機械的クランプシステムの別の実施形態を図６ｂ）に示す。ここでは、２列のクランプフック４２ｋが使用されている。クランプフックは、図示されていないが、端部固定領域の平面から上方に移動され、そこで回転され、繊維３３をドライ状態で積層でき、その後、フック４２ｋを回転させ、引き下げることによって留め付けることができる。留め付けられた状態が図６ｂ）に示されている。
【００３５】
図７ａ）には、端部固定領域４２の実施形態が示されており、ここでは針４２ｎが端部固定領域４２から突出している。図７ｂ）にも実施形態が示され、ここでは端部固定にフック４２ｋが使用されている。
【００３６】
図６では、端部固定後に繊維３３が切断されるような端部固定領域の使用が示されている。これに対して、図７では、繊維が端部固定後に切断されず、この場所で繊維を切断することなく、繊維束積層パターンが継続されるような端部固定領域の実施形態の使用が示されている。
【００３７】
図８には、加工物キャリア４０と積層ヘッド２０を使って、端部固定領域４２において接着剤ＫＳによる端部固定を行う方法が概略的に示されている。図８ａ）には、上の図から下の図に向かって、一体化された接着剤ノズル２２を有する積層ヘッド２０を用いる工程の流れが示されている。右上から積層ヘッド２０へと供給される繊維束３０が、プレス／配向ローラ２２を介して加工物キャリア４０へと積層される。これによって、繊維束３０のドライ繊維３３がまず、加工物成形領域４１に積層される。積層ヘッド２０は、一体化された切断機構２１を含み、これによって繊維束３０の繊維３３を切断できる。このような切断機構の詳細は後述する。
【００３８】
図８ａ）の２つ目の図には、加工物キャリア４０の上の実際の堆積地点から切断機構までの繊維の長さが端部固定領域４２の端までの残りの堆積長さに対応する位置が概略的に示されている。この位置において、繊維束３０の繊維３３は、切断機構２１を作動させることによって、矢印で概略的に示されているように切断される。接着剤ＫＳが一体化された接着剤ノズル２２によって、繊維の、これに対応する端に対応する長さで塗布され、積層ヘッド２０が図８ａ）の下の図に示されている位置にさらに移動した後に、繊維束３０の切断された繊維３３が、繊維の部分のみに塗布された接着剤ＫＳによって端部固定領域４２に固定される。
【００３９】
図８ｂ）には、ある実施形態について、接着剤ノズルが、一体型の接着剤ノズル２２の代わりに外部の接着ノズル４９として設置されている実施形態について、基本的に同じ工程の流れが示されている。これによって、接着剤は、繊維束３０の繊維３３ではなく、端部定着領域４２の、これに対応する部分に塗布される。
【００４０】
図９において、積層ヘッド２０の切断機構２１の第一の実施形態がａ）に示されている。切断機構２１は、プッシャ２１０と受け側支持体２２０を含む。通過位置では、プッシャ２１０と受け側支持体２２０は相互に離れている。この位置において、繊維チャネルまたは繊維経路２５０がブッシャ２１０と受け側支持体２２０の間に形成される。繊維３３は、積層工程中（図８参照）、この繊維経路２５０を通って繊維供給方向Ｖに搬送することができる。プッシャ２１０は、繊維供給方向に対して垂直に、受け側支持体２２０に関して移動可能であり、これはａ１）とａ２）の図を比較するとわかる。繊維経路２５０を画定する面において、プッシャ２１０と受け側支持体２２０はクランプ用掴み具２１１、２２１を含む。切断ブレード２３０がプッシャ２１０に設置され、これは繊維供給方向Ｖに対して垂直な方向に移動可能である。切断ブレード２３０は、ばね２３３によって、繊維３３と反対方向に付勢される。繊維３３を切断するために、プッシャ２１０は、アクチュエータ（図示せず）によって受け側支持体２２０に向かって移動され、クランプ力ＦＫで受け側支持体に押し付けられ、切断されるべき繊維がこの締付力で掴み具２１１、２２１の間に留め付けられる。この状態は、ａ２）の図に示されている。次に、切断ブレード２３０は、アクチュエータによってばね２３３の付勢力に対抗して、切断されるべき繊維に切断力Ｆｓで押し付けられ、掴み具２１１、２２１の間に挟まれた繊維がそれぞれ切断または破断される。図の実施形態において、切断ブレード２３０は、切刃の腹部２３１、２３３を含み、これらは相互に関して約９０°の角度である。すなわち、切刃の角度は９０°（好ましい数値は４５°から１２０°の範囲）である。
【００４１】
繊維３０とこのような「鈍い」切刃による切断動作は、牽切と呼ばれる。これによって、繊維は刃、すなわち切刃の周囲で、高い張力で折れ曲がる。引張応力と曲げ応力の組み合わせと、繊維の材料の脆性により、繊維が破断する。この切断方法は、炭素繊維またはガラス繊維等、脆性繊維にのみ適当である。大きな切刃角度は、切刃／破断刃がそれによって非常に堅牢となり、摩耗が非常に少なくなるという利点を有する。切刃と繊維の間の相対運動は不要である。切刃に損傷を与える可能性のある切断対向面は不要である。
【００４２】
ａ４）の図では、牽切の実際の工程が、図ａ３）の斜線が描かれた枠で示される部分の拡大図として示されている。
【００４３】
掴み具２１１、２２１の間に繊維を挟持させることによって、牽切が可能であるほか、繊維束の繊維３３への引張応力の伝達が防止されることが明らかである。
【００４４】
図９ａ）に概略的に示される牽切のための切断機構２１の原理は、異なる実施形態でも実装できる。すでに、プッシャ２１０と切刃２３０のための別々のドライブについて説明し、これらは２つの要素のための機械、油圧または空気圧式ドライブまたは、空気圧、機械、または油圧式ドライブの組み合わせとすることができる。あるいは、プッシャ２１０を静止させることができ、受け側支持体２２０をプッシャ２１０に向かって移動させることができる。あるいは、プッシャ２１０または切刃２３０の一方のみの運動を加速させて、もう一方の要素をばねの付勢により支持することもまた可能である。たとえば、プッシャ２１０は空気圧で加速させることができ、切刃２３０はプッシャ２１０の中で、ばねの付勢により支持される。切刃２３０の質量とばね２３３のばね力を相応に調整することにより、プッシャ２１０が受け側支持体２２０に当たると、惰性によって切刃がばね２３３のばね力に対抗して移動する。この原理を利用して、切刃２３０を移動させ、それに対応する強さのばね２３３を提供することもまた可能であり、それによってプッシャ２１０は従属的となる。この場合、プッシャ２１０が受け側支持体２２０と接触すると、切刃２３０はばね２３３の力に対抗してさらに移動され、牽切が行われる。
【００４５】
切断機構２１の他の実施形態が図９ｂ）に示されており、曲げ切りの原理が利用される。これによって、繊維は、受け側支持体２２０に取り付けられている弾性ベース２２２に、より鋭利な、すなわち牽切の場合よりずっと小さい切断角の切刃で押し付けられる。これによって、ベースは、切刃により圧迫され、切刃周辺で変形される。切刃とベースの間にある繊維は、切刃の小さな切断半径の周囲で折れ曲がる。繊維の脆性により、これらはベースに対する切刃の小さな押圧で破断する。切刃とベースは、切断力が必要最小限の量に限定されれば、摩耗しないか、わずかしか摩耗せず、それは、この場合も、切刃、ベース、切断されるべき繊維の間に、研磨による摩耗を発生させる原因となりうる相対運動が発生しないからである。切刃２４０もまた、空気圧、油圧、機械等で移動させることができる。
【００４６】
図１０は、積層ヘッド２０と加工物キャリア４０の相対運動を発生させるための異なる方法を示す。図１０ａ）に示される実施形態では、加工物キャリア４０は、加工物キャリア用の静止支持部１５に保持される。ロボット１０は、繊維束の積層中に積層ヘッド２０を移動させる。
【００４７】
逆に、加工物キャリア４０のためのマニビュレータ１６を設置することもでき（図１０ｂ））、これは加工物キャリアを積層ヘッド２０に関して移動させ、ヘッドは積層ヘッド支持部１１で支持される。もちろん、ロボット１０とマニピュレータ１６の組み合わせもまた可能であり、これは図１０ｃ）に示されている。
【００４８】
図１１に、繊維束３０の繊維３３が積層工程中に供給される方法が概略的に示されている。繊維（ロービング）３３は、繊維供給機構５０のボビン５１に巻かれており、そこから、後述の繊維供給機構５０の一部を通って積層ヘッド２０に供給される。積層ヘッド２０と加工物キャリア４０の相対運動Ｒの間に、繊維３３に異なる供給速度と引張力が発生しうる。マニピュレータシステムのジョイント部に繊維供給機構の方向変更位置を配置することにより、繊維束のボビンから積層ヘッドまでの距離を一定に保つことができる。これらによって、マニビュレータシステムの運動中の繊維束の緩みおよび関連する弛みが避けられる。
【００４９】
図１２は、繊維供給機構５０の繊維案内機構５２の第一の実施形態を示す。繊維案内機構５２は、改造エネルギーチェーン（ドラッグチェーン）の形態で実装され、これは繊維案内チェーンの形態をとる。エネルギーチェーン（ドラッグチェーン）は、機械工学分野において、可撓ケーブルまたは空気圧または油圧ラインを案内するものとして知られており、これらは連続移動する機械部品に接続される。
【００５０】
繊維束の繊維を案内するために、相互に関して旋回可能な複数のセグメントからなる繊維案内チェーンが使用され、これは、たとえばエネルギーチェーンの改造によって製造できる。エネルギーチェーンは、回転可能に支持されているシャフトが繊維を案内するように改造され、これが図１２に示されている。
【００５１】
このような繊維案内チェーン５２は、チェーンセグメント５２ｓを含む。隣接するチェーンセグメント５２ｓは、軸５２ａの周囲で回転して、相互に相対運動する。すなわち、２つの隣接する軸５２ａの距離は一定に保たれる。改造エネルギーチェーンにおいて、回転可能に支持されたシャフト５２ｗが各軸５２ａに取り付けられる。すなわち、回転可能に支持されたシャフト５２ｗは、軸５２ａの軸方向に沿って延びる。側面図で見ると、図１２ａ）に示されるように、繊維３３はシャフト５２ｗを、繊維供給方向Ｖに向かって、シャフト５２ｗの左右で交互に通過する。すなわち、繊維束３３の正面図で見ると、繊維束３３は繊維供給方向Ｖに向かって、シャフト５２ｗの上下で交互に案内される。
【００５２】
その結果、隣接するシャフト５２ｗの距離は、繊維案内チェーン５２を折り曲げる場合に一定であり、繊維案内チェーンの運動によって、案内される繊維３３と繊維束３０のそれぞれには基本的には引張力がかからない。回転可能に支持されたシャフトを介して案内されるため、たとえばホース／パイプの中で案内される場合に発生するような摩擦力がかからない。その結果、ロービング束を引き出すために必要な力が小さくて済み、繊維は傷付かずに案内される。
【００５３】
チェーンの長さ方向の軸の周囲でねじることも可能な繊維案内チェーンを使用することにより、繊維は空間内で三次元的に案内できる。１本または複数の繊維を案内することに加え、繊維案内チェーンのこの実施形態によれば、細幅テキスタイルおよびウェブバンド等の帯状テキスタイル補強材の案内も可能である。
【００５４】
図１３は、繊維案内チェーンの第二の実施形態を示す。第二の実施形態の第一の実施形態との相違点は、シャフト５２ｗに、繊維（ロービング）３３のための、別々に回転可能に支持されたローラ５３ｒが設けられている点である。このような構成により、繊維案内チェーンを通じて、個々の速度で各繊維を搬送できる。
【００５５】
積層ヘッド２０は、図示されていない繊維搬送装置を含む。繊維の搬送は、たとえば、米国特許出願公開第２００９／０２２９７６０Ａ１明細書に記載されている搬送ユニットで実装できる。
【００５６】
基本的に、アイテルワインの原理による繊維搬送が知られている。繊維複合材料のための縫合刺繍装置では、このアイテルワインの原理が長年利用されてきた。繊維搬送機構は、それぞれ繊維案内および繊維供給中の摩擦によって発生する繊維の力を補償するのに役立つ。このようなアイテルワインの原理による搬送機構においては、繊維が２列のローラの上に送られ、これらは相互に平行に、ずらして配置される。ロービングに実質的に引張力がかからない限り、ローラはロービングの下で、これを搬送せずに回転し、すなわち滑る。たとえば、方向変更ローラ等で発生する引張力がロービングに加えられると、繊維が回転方向に搬送される。
【００５７】
繊維（ロービング）を処理するための装置を、任意選択的に積層ヘッドに設けることができる。この繊維処理装置（図示せず）の中で、繊維は拡張／開繊（処理）によって所定の幅にすることができる。さらに、すべての繊維を合体させて、所定の幅の単独の均一な帯とすることができる（均質化）。その目的は、この場合、繊維束の繊維間のギャップや繊維束の繊維間の重複をなくすことである。もちろん、反対の目的のためには、意図的にギャップや重複を発生させることも可能である。繊維処理装置によって、積層ヘッドの出口における繊維束の幅を変化させることができ、単位面積当たりの質量（坪量）も変化させることが可能となる。
【００５８】
繊維処理は、ローラ、ロール、ピン等で行うことができる。すなわち、繊維束の繊維を所定の幅にすることができ、および／または繊維束の繊維の距離を変化させることができる繊維処理装置が設置される。
【００５９】
図１４において、構築されたプリフォームを加工物キャリアからその後の加工ステップに移動する工程が概略的に示されている。加工物キャリア４０は、図の実施形態では、中空の内部空間４０ｈを有するように形成され、内部空間４０ｈは、コネクタ４０ｐを通じてポンプまたは圧力源に接続することができる。ＭＡＦＡの形態のプリフォーム３１が、繊維積層パターンに従って複数の繊維束を積層することによって構築されている。
【００６０】
図１４に示される実施形態には、たとえば、中間固定領域４３があり、これは減圧ｐ２を使って動作する。
【００６１】
移動装置６０は、下面側がプリフォーム３１の外形に対応する形状を有し、矢印Ａの方向に、加工物キャリア４０へと下降される。図１４ｂ）に示されている下降位置で、周辺圧力ｐｕと同じまたはそれより大きい圧力ｐ１が加工物キャリア４０のコネクタ４０ｐにかけられ、その一方で、周辺圧力ｐｕより低い負圧ｐ２が移動装置６０の圧力コネクタ６０ｐにかけられる。これによって、プリフォーム３１は移動装置６０へと吸引され、その間、中間固定および／または端部固定に使用された、加工物キャリア４０での吸引効果が解除されている。プリフォームは次に、図１４ｃ）に示されるように、負圧ｐ２を保ちながら上昇させ、加工物キャリアから離すことができる（移動装置６０の運動は矢印Ｂの方向）。
【００６２】
図１４からわかるように、移動装置６０は、積層済みのプリフォーム３１を加工物キャリア４０から外し、これをたとえば、樹脂注入および硬化用の型へと移動する。あるいは、プリフォームは、中間的な保管場所または別の加工ステーションに送ることもできる。
【００６３】
積層済みのプリフォーム３１の「把持」は、減圧を利用するだけでなく、たとえばクランプ、針、静電気または磁気ホルダ等によって機械的にも、または、前述のように凍結または接着によっても行うことができる。
【００６４】
移動装置により、後述のように、プリフォームのドレーピングも可能となる。移動装置により、積層済みのプリフォームを２層の樹脂膜またはフォイル間にパッキングし、および／または形状固定を行うことも可能となる。
【００６５】
図１５と図１６に、移動装置６０によって、積層済みのプリフォーム３１の再成形（ドレーピング）を行う方法を示す。図１５には、プリフォーム３１の端部領域をドレーピングできる実施形態が示されている。この目的のために、加工物キャリア４０は、矢印Ｃ（図１５ｂ）参照）の方向に移動可能な端部ドレーピング領域４５を有する。図１５ａ）〜ｃ）の連続からわかるように、移動装置は、積層済みのプリフォーム３１が載っている加工物キャリア４０へと下降され、次に、積層済みのプリフォーム３１の端部のドレーピングのためのドレーピング端領域４５が移動され、その後、端領域がドレーピングされたプリフォーム３１が移動装置６０によって加工物キャリアから取り外される。
【００６６】
図１６には、別の領域をドレーピングするための実施形態が示されている。挿入材４６が加工物キャリア４０の陥凹部４７に挿入される。プリフォーム３１は加工物キャリア４０の上に積層され（図１６ａ））、その後、移動ユニット１６が加工物キャリア４０へと下降される。移動装置６０を下降させる前にインサート４６が取り除かれ、積層されたプリフォーム３１の下に陥凹部４７ができる。移動装置６０は、陥凹部４７と相補的なドレーピング用突起６２を有する。
【００６７】
図１６ｃ）から容易にわかるように、積層済みのプリフォーム３１の、それに対応する領域が、トレーピング用突起６２と陥凹部４７が協働することによって再成形（ドレーピング）され、その後、ドレーピングされた形状で上昇され、加工物キャリア４０から外れる（図１６ｄ）参照）。
【００６８】
すなわち、協働するドレーピング手段４５、４６、４７、６２が、積層済みのプリフォーム３１のドレーピングのために転写装置６０と加工物キャリア４０に設置される。
【００６９】
図１７は、フォイル７０または樹脂膜７１を使って、プリフォーム３１のパッキングまたは形状固定を行う方法を示している。この目的のために、たとえば、フォイル７０または樹脂膜７１が加工物キャリアの上に堆積されてから、繊維層３０／３３が積層される。任意選択的に、樹脂膜７１を何層かの樹脂層間に堆積させることもできる。最後の繊維層の積層／堆積が終了したら、フォイル７０または樹脂層７１がその上に堆積される。外側のフォイル７０または外側の樹脂膜７１が相互に気密状態になるように接続され、その後、層間の空気が排出口７２から抜かれる。
【００７０】
２つの樹脂層７１間にパッキングし、最終的に樹脂層７１を何層かの繊維層間に配置することに伴う利点は、樹脂がすでに樹脂膜として構造部材プリフォームの中に存在しているという点と、ドライ燥繊が積層され、積層中、繊維には樹脂または接着剤が塗布されていないものの、注入ステップを省略できるという点をもたらす。
【００７１】
その結果、フォイルと樹脂層は、既製の、シート状の、二次元または三次元形状の、熱可塑性または熱硬化性樹脂層または熱可塑性および／または熱硬化性フォイルとすることができる。これらはまた、深絞り加工のようにシート状の樹脂層またはフォイルを繊維層の上に引き載せることによって、または、たとえば樹脂または適当なポリマを繊維層に噴霧することによって製作できる。樹脂層を導入する代わりに、ハイブリッド繊維を使用することができ、これは、強化繊維のほかに、熱可塑性および／または熱硬化性繊維を含む。最も外側のフォイル（複数の場合もある）はまた、機能的フォイルとすることもでき、これはたとえば、ニスと同等の高い表面品位を実現する役割を果たす。この態様の他の実施形態において、プリフォームはまた、既製のフォイルバッグおよび／またはチューブフォイル部分の中に、樹脂膜を伴わずに設置でき、その後、開放端が閉じられる。
【００７２】
さらに、この「パッキング」は、中間的な保管のため、またはこれを輸送するために、プリフォームの形状を減圧下で安定化できるため、有利である。繊維、樹脂膜およびフォイルは、輸送中安定し、貯蔵に向くユニットを形成し、それによって、単純なホットプレス装置の中でも硬化できる。樹脂の流路が短くなるため、プリフォームの含浸および、それゆえ、ツール占有時間も短縮される。さらには、樹脂注入時に発生する形状キャビティの充填中の流動工程による繊維の反りも回避される。さらなる利点により、このようにパッキングされた繊維層および／または中間基材層のドライプリフォームが取り扱いやすくなるが、これは、たとえば単純な減圧マニピュレータで自動的に扱えるからからである。
【００７３】
さらに、このようなプリフォームの「パッキング」によって、その後の再成形が容易となるが、これは、プリフォームのドレーピング可能性を、たとえば密閉真空および／またはパッキングの端または端部の固定の強度によって、選択的に調整できるからである。
【００７４】
「パッキング」または形状固定はそれぞれ、二次元シート状か三次元シート状かを問わず、シート状のプリフォームには等しく有利であるが、これは、形状安定（＝形状固定された）状態での輸送または保管が可能となるからである。シート状という用語は、基本的に表面を形成し、その表面に対して垂直の範囲がその表面に沿った範囲と比較して小さい、すなわち、たとえば少なくとも１：４または１：５または１：６または１：７または１：８または１：９または１：１０または（中略）１：１００または１：１０１または（中略）１：２００または（後略）等々である構造部材を指すという意味で、シート様である、またはシート状であることを意味する。樹脂層と組み合わせる場合、含浸時間がさらに短縮されるため、特に有利である。外側の層（それそれ、フォイルと樹脂膜）は、有利な点として、この目的のために気密状態で形成され、負圧の印加、すなわち中間の空間を真空化できる。
【００７５】
この目的のために、パッキングされるべきプリフォームは、図１７を参照してフォイル７０または樹脂膜７１によるプリフォーム３１のパッキングまたは形状固定に関してすでに説明した、上記の装置によって製造する必要がない。それぞれパッキングまたは形状固定されるべきプリフォームを形成するための多軸織物、織物等は、図１７に関して説明したように、等しく使用できる。
【００７６】
装置と装置の構成要素および繊維層と繊維の構造部材プリフォームの製造装置の構成要素を説明したところで、以下に、このような繊維層と構造部材プリフォームの製造方法を説明する。
【００７７】
図１８に示されるように、まず、装置に加工物キャリアと繊維を取り付ける（ステップＳ１）。ステップＳ１ａで、図１７に関して例示的に説明したように、樹脂層またはフォイルを加工物キャリアに堆積／積層することができる。このステップＳ１ａは任意選択的に行われる。
【００７８】
次に、ステップＳ２で、繊維束の繊維を積層経路の始点に固定する。通常、これは加工物キャリアの端部固定領域で行われる。構造部材に、たとえば窓やマンホール等、繊維でカバーされない大きな部分がある場合、端部領域はこの点において、それぞれ構造部材の、または加工物キャリアの内端の固定領域と指定することができる。ステップＳ３でたどられる積層経路は、繊維積層パターンで事前に設定される。任意選択的なステップＳ３ａで、繊維の中間固定を行う。積層経路の終点において、繊維束の繊維を端部固定領域に固定する（Ｓ４）。
【００７９】
任意選択的に、繊維束の繊維を端部固定ステップの後方で切断する（Ｓ４ａ）。このような工程は、例示的に図８に示されている。
【００８０】
ステップＳ５で、積層パターンに対応する層が完成したか否かをチェックする。その層の積層が完了していない場合はステップＳ２に飛び、ここで、その時点でその層についてたどるべき積層経路の始点に繊維束を固定する。積層経路を同じ位置で継続させなければならない場合（たとえば、図７参照、この固定はすでに、その前のステップＳ４の実行により既に行われている）。
【００８１】
ステップＳ５の評価の結果、層の積層が完了していれば、ステップＳ６で、プリフォームの積層が完了したか否かをチェックする。完成していなければ、ステップ６ａで、積層された層の上に樹脂層を任意選択的に堆積／積層し（たとえば、図１７参照）、ステップＳ６ｂで、任意選択的に局所的な強化層を堆積させ、その後、工程はステップＳ２に進む。ステップＳ２〜Ｓ６ｂを前述の方法で繰り返し、プリフォームの積層を完成させる。するとステップＳ６での評価結果がＹＥＳとなり、工程はステップＳ７に続く。ステップＳ７では、樹脂層またはフォイルがすでに積層されているか否かを評価する。局所的補強層を形成するためには、ステップＳ６ｂにおいて１つまたは複数の局所的インサート（たとえば、織物またはノンクリンプ織物の裁断片、プリフォーム刺繍、帯等）をプリフォームの上またはプリフォームの層間に積層／堆積させる。
【００８２】
ステップＳ７での評価結果がＮＯであれば、繊維の、端部固定領域の部分を、たとえば切断によってプリフォームから分離する（ステップＳ８）。これによって、プリフォームが所望の形状に賦形される。固定領域の切断は任意選択的に行う。プリフォームの固定領域を保持することもまた有利である（プリフォームの安定性が向上する）。固定領域は、たとえば、樹脂注入ツールに挟み付けるための端として使用できる。
【００８３】
その後、ステップＳ９で、プリフォームを加工物キャリアから取り外す。これは、たとえば図１４〜図１６に示されるように行うことができる。ステップＳ９で取り外した後、取り外されたプリフォームを硬化用の型または中間的な保管または他の工程ステップに移す（Ｓ１４）。ステップＳ６とＳ８の間に、任意選択的にドレーピングステップを設けることができる。
【００８４】
ステップＳ７で、樹脂層またはフォイルが下に積層されていると判断されると、方法はステップＳ１０に続く。ステップＳ１０では、樹脂膜またはフォイルを、加工物キャリア上にあるプリフォームの上に堆積させる。その後、ステップＳ１１で上下の樹脂膜／フォイルを相互に密着させ、ステップＳ１２で負圧をかけてプリフォームを安定化させる。その後、ステップＳ１３で、安定化されたプリフォームを加工物キャリアから取り外し、方法は前述のステップＳ１４に進む。
【００８５】
上記の装置と方法は、とりわけ、以下の重要な利点を提供することができる。
【００８６】
Ａ）接着剤塗布
接着剤塗布は、一般に任意選択的に行われ、すなわち、その他の固定方法も繊維束の端部固定に、または中間定着のために使用できる。
【００８７】
公知の樹脂および／または塗布システムは主として、繊維に樹脂を含浸させる役割を果たし、このシステムがなければ必要な、その後の樹脂注入が不要となる。本発明によれば、特に、高粘度の接着剤を使用でき、これによって、繊維束の固定を１秒程度で行うことができる。
【００８８】
接着剤を繊維束の固定に使用する場合、これは、好ましくは、積層経路の始点と終点の固定領域内のみに使用される。その結果、法令上の許可に関連する可能性のある他の物質がプリフォームに混入されず、樹脂の含浸が接着剤により妨害されない。
【００８９】
この装置と方法により、加工物キャリアのほか加工物キャリア上にすでに積層された繊維の上に塗布することと、まだ積層ヘッド内にあり、堆積されていない繊維にも付与することが可能となる。
【００９０】
繊維束を接着剤によって固定する際、接着剤ビーズＫＳを積層経路の始点と終点で、積層されるべき繊維束３０に塗布する。低粘度の接着剤は複数の単繊維からなる繊維（ロービング）に完全に含浸し、すべての単繊維が安定に固定される。しかしながら、より高粘度の接着剤（粘度≧１５００ｍＰａｓ）は、完全に繊維内に含浸せず、基本的に、接着剤ビーズＫＳが塗布された繊維側面に接着する。単繊維が接着剤で固定されないため、分離層が形成される。この場合、他の繊維束をすでに積層されている束の上に固定する際、および繊維束の積層中に発生する繊維束に沿った張力の発生中に、固定部分が分離層で裂けることがありうる。いわば、下側の繊維束が分割される。この問題を解決するために、繊維束の固定領域にギャップ３０１を導入する。その結果、より高粘度の接着剤を繊維によりよく含浸させることができ、分離層が回避される。
【００９１】
この工程を図１９に示す。図１９ａ）は障害物のない繊維束を示す。図１９ｂ）に示されるように、束に複数の物体が押し込まれる。これらの本体は、たとえば針棒の針４２ｚとすることができる。繊維束が積層方向に少し引かれると（図１９ｃ）の矢印参照）、ギャップ（１９ｃ）の３０１）が作られ、そこを通って接着剤ビーズ（ＫＳ）のより高粘度の接着剤（図１９ｄ））が繊維束の裏に到達し、それゆえ、考えられる分離点が発生しなくなる。束の中にギャップ３０１を形成するための本体４２ｚの配置は、自由に選択できる。ロービング束の幅全体にわたって均一に分布させることが有利である。
【００９２】
Ｂ）異なる種類の繊維の使用
特に繊維がドライ状態で積層されることから、異なる種類の繊維を１つの工程ステップで使用でき、すなわち、たとえば１つの層の中に混在させること等が可能である。たとえば、ガラス繊維と炭素繊維を１つのヘッドで混ぜ、その後、積層／堆積させることができる。これらを後に積層／堆積するべきである場合、２つの繊維束、たとえば、ガラス繊維束と炭素繊維束を積層ヘッドへの２つの供給装置５２の中に別々に搬送することができ、これらは最終的には２つの搬送機構となる。
【００９３】
Ｃ）繊維束の積層幅の変更
積層された繊維束の幅を変化させることが可能であり（となり）、この場合、束の中の個々の繊維（ロービング）の幅を、たとえば拡張または収縮、ウェイスティング、狭小化によって設定できる。これは積層ヘッドの中で行われ、たとえば方向変更半径または方向変更角度を変えることによって行われる。
【００９４】
積層幅を変化させることにより、繊維束の単位面積あたりの質量（坪量）を設定できる。
【００９５】
Ｄ）その他のプリフォームとの組み合わせの可能性
プリフォームの製造にドライ繊維を使用することによって、上述の方法で製造されたプリフォームを他のプリフォームで補完して、それ以上複雑な構造にすることができ、その他のプリフォームは、別のプリフォーム形成方法、たとえば組紐、刺繍または繊維成形等で製造してもよい。さらに、上記の方法で製造されたプリフォームを、たとえば縫合によって補強することも可能である。
【００９６】
明細書および／または特許請求の範囲で開示されるすべての特徴は、出願当初の開示とすることを目的として、および、実施形態および／または特許請求の範囲の特徴を組み合わせたものとは独立して、請求される発明を限定することを目的として、相互に別々に、独立して開示されると意図されていることを明記する。数値の範囲や項目の集合の表示はすべて、特に数値範囲の限界に関して、出願当初の開示とすることを目的として、および請求される発明を限定することを目的として、考えられるすべての中間的数値または中間的項目を開示していることを明記する。
【００９７】
以下に、上記の発明の態様を示す。
１．繊維複合材料の構造部材のためのプリフォームを構築する方法は、
ａ）加工物キャリア（４０）を提供するステップ（Ｓ１）と、
ｂ）加工物キャリア（４０）の上にドライ繊維（３３）の繊維束（３０）を積層するステップ（Ｓ３）であって、任意選択的に、部分的に繊維を中間固定するステップ（Ｓ３ａ）を含むステップと、
ｃ）繊維を加工物キャリア（４０）の端部（４２）に固定するステップ（Ｓ４）と、
ｄ）プリフォーム（３１）を形成するための所定の繊維束積層パターンに従ってステップｂ）とｃ）を繰り返すステップであって、ステップｃ）を実行するたびに、原材料の繊維が加工物キャリアの端部に固定された繊維の部分の背後で切断されて（Ｓ４ａ）、その後、ステップｂ）が続いて実行されるか、またはステップｂ）が原材料の繊維を切断することなく行われるステップと、
ｅ）ステップｄ）において所定の繊維束積層パターンに従ってプリフォームの形成が終了した後に、プリフォーム（３１）を加工物キャリア（４０）から次の製造ステップに移動させるステップ（Ｓ１４）と、
を含む。
【００９８】
２．繊維複合材料の構造部材のための三次元プリフォームを形成する、態様１による方法は、
ステップａ）において、プリフォーム（３１）の三次元形状に対応する加工物キャリア（４０）が提供され（Ｓ１）、
ステップｅ）において、三次元プリフォーム（３１）が加工物キャリア（４０）から次の製造ステップに移動される。
【００９９】
３．繊維複合材料の構造部材のための三次元プリフォームを構築する方法は、
ａ）プリフォーム（３１）の三次元形状に対応する加工物キャリア（４０）を提供するステップ（Ｓ１）と、
ｂ）加工物キャリア（４０）の上にドライ繊維（３３）の繊維束を積層するステップ（Ｓ３）であって、任意選択的に、ある部分で繊維を中間固定するステップ（Ｓ３ａ）を含むステップと、
ｃ）繊維（３３）を加工物キャリア（４０）の端部（４２）に固定するステップ（Ｓ４）と、
ｄ）三次元プリフォーム（３１）を形成するための所定の繊維束積層パターンに従ってステップｂ）とｃ）を繰り返すステップであって、ステップｃ）を実行するたびに、原材料の繊維が加工物キャリアの端部に固定された繊維の部分の背後で切断されて（Ｓ４ａ）、その後、ステップｂ）が続いて実行されるか、またはステップｂ）が原材料の繊維を切断することなく行われるステップと、
ｅ）ステップｄ）において所定の繊維束積層パターンに従ってプリフォームの形成が終了した後に、三次元プリフォーム（３１）を加工物キャリア（４０）から次の製造ステップに移動させるステップ（Ｓ１４）と、
を含む。
【０１００】
４．態様１〜３のいずれか１つによる方法において、ステップｄ）で所定の繊維束積層パターンに従ってプリフォームを形成している間に、局所的補強層を形成するために、１つまたはそれ以上の局所的挿入材をプリフォームの上または、プリフォームの層間に適用する。
【０１０１】
５．態様１〜４のいずれか１つによる方法において、ステップｅ）で端部固定によって固定された部分が、プリフォーム（３１）を移動させる（Ｓ１４）前に分離される（Ｓ８）。
【０１０２】
６．態様１〜５のいずれか１つによる方法において、ステップｂ）における任意選択的な部分的な中間固定が、加工物キャリア（４０）および／または繊維（３３）の一部に樹脂または接着剤（ＫＳ）を塗布することにより、および／または繊維の加工物キャリアへの凍結により、および／または機械的保持により、および／または吸引により、および／または磁力引力により、および／または電磁引力により行われる。
【０１０３】
７．態様１〜６のいずれか１つによる方法において、ステップｃ）の端部固定が、繊維の加工物キャリアへの接着、および／またはクランプ、および／または凍結、および／または機械的保持、および／または吸引、および／または磁力引力、および／または電磁引力により行われる。
【０１０４】
８．態様１〜７のいずれか１つによる方法において、ステップｅ）の後の製造ステップが、プリフォームを樹脂注入および／または硬化または中間的保管のための加工型に入れること、または次の処理工程に移動することである。
【０１０５】
９．態様１〜８のいずれか１つによる方法において、二次元または三次元プリフォームが、移動のため、および保管の可能性のために、固定層（７０、７１）間にパッキングされ、および／または形状固定される。
【０１０６】
１０．繊維複合材料の構造部材のためのプリフォーム（３１）を構築する装置は、
加工物キャリア（４０）と、
加工物キャリア（４０）の上にドライ繊維（３３）の繊維束（３０）を積層する積層ヘッド（２０）と、
任意選択的に加工物キャリア（４０）の上に繊維の一部を中間固定するための、任意選択的な中間固定装置と、
加工物キャリア（４０）の端（４２）で繊維（３３）を固定するための端部固定装置と、
繊維を切断するための繊維切断装置（２１）と、
プリフォーム（３１）を加工物キャリア（４０）から次の製造ステップに移動する移動装置と、
を備える。
【０１０７】
１１．繊維複合材料の構造部材のための三次元プリフォーム（３１）を構築する装置は、
プリフォーム（３１）の三次元形状に対応する形状の加工物キャリア（４０）と、
加工物キャリア（４０）の上にドライ繊維（３３）の繊維束（３０）を積層する積層ヘッド（２０）と、
任意選択的に加工物キャリア（４０）の上に繊維の一部を中間固定するための、任意選択的な中間固定装置と、
加工物キャリア（４０）の端（４２）で繊維（３３）を固定するための端部固定装置と、
繊維を切断するための繊維切断装置（２１）と、
三次元プリフォーム（３１）を加工物キャリア（４０）から次の製造ステップに移動する移動装置と、
を備える。
【０１０８】
１２．三次元プリフォーム（３１）を加工物キャリア（４０）から次の製造ステップに移動する移動装置において、その形状はその下面側で、加工物キャリア（４０）の上に積層済みのプリフォーム（３１）の外形に対応し、任意選択的に、加工物キャリア（４０）の上に積層済みのプリフォーム（３１）をドレーピングするためのドレーピング領域（６２）を含む。
【０１０９】
１３．繊維複合材料の構造部材のための三次元プリフォーム（３１）の加工物キャリアは、
プリフォーム（３１）の三次元形状に対応する形状の加工物成形領域（４１）を含む加工物キャリア（４０）と、
積層された繊維束（３０）の繊維（３３）を固定するための端部固定領域（４２）と、
を含む。
【０１１０】
１４．態様１３による加工物キャリアにおいて、積層された繊維束（３０）の繊維（３３）を固定するための１つまたは複数の中間固定領域（４３）を含む。
【０１１１】
１５．態様１３または１４による加工物キャリアにおいて、積層済みのプリフォーム（３１）をドレーピングするためのドレーピング領域（４５、４６，４７）を含む。
【０１１２】
１６．繊維搬送装置により搬送されるべき繊維束（３０）の１本または複数の繊維（３３）を案内する繊維案内装置は、
搬送されるべき繊維（３３）が繊維供給方向（Ｖ）に挿入される供給口と、
搬送されるべき繊維（３３）が繊維供給方向（Ｖ）に出るように案内される排出口と、
供給口と排出口を接続し、その中で搬送されるべき繊維（３３）が、回転可能に支持されたシャフト（５２ｗ）または独立して回転可能に支持されたローラ（５２ｒ）を介して、繊維供給方向（Ｖ）に案内される繊維案内チェーン（５２）と、
を含む。
【０１１３】
１７．態様１６による繊維案内装置において、
繊維案内チェーン（５２）が複数のチェーンセグメント（５２ｓ）を含み、これらは相互に接続され、隣接するセグメントが軸（Ａ）の周囲で相互に関して回転でき、回転可能に支持されたシャフト（５２ｗ）または回転可能に支持されたローラ（５２ｒ）の各々が、軸（Ａ）の軸方向に、その周囲で回転可能に配置される。
【０１１４】
１８．繊維切断装置は、
受け側支持体（２２０）と、
プッシャ（２１０）と、
ブレードの角度が大きく、切断方向に前後に移動可能な切断ブレード（２３０）と、
を備え、
受け側支持体とプッシャは、通過位置において、それらの間に切断方向に対して垂直に延びる繊維経路を形成し、クランプ位置において、切断ブレードの移動経路の両側で繊維経路内の繊維を挟持して保持するように配置されるように移動可能である。
【０１１５】
１９．態様１１による繊維複合材料の構造部材のための三次元プリフォーム（３１）を構築する装置において、
加工物キャリア（４０）は、態様１３〜１５のいずれか１つによる加工物キャリアであり、
積層ヘッド（２０）は、態様１６または１７による繊維案内装置（５２）の排出口に接続され、繊維束（３０）はこの繊維案内装置を通じて供給され、
積層ヘッドは、態様１８による繊維切断装置（２１）を備える。
【０１１６】
２０．繊維複合材料の構造部材のためのシート状プリフォームを構築する方法は、
工作物キャリア（４０）の上に繊維層（３０、３３）を積層することによってプリフォームを形成するステップ（Ｓ３）と、
シート状プリフォームの一方の面の第一の層（７０、７１）と、シート状プリフォームの、第一の面とは反対の第二の面の第二の層（７０、７１）の間にプリフォームを気密状態にパッキングするステップと、層間の内部空間を真空化するステップと、
を含む。
【０１１７】
２１．態様２０による方法において、
その上に第一の層（７０）が積層された、シート状プリフォーム（３１）の形状に対応する加工物キャリア（４０）が設置され（Ｓ１）、
プリフォームを形成するために繊維層（３０、３３）が加工物キャリア（４０）の上に積層され（Ｓ３）、
プリフォームの形成が完了した後、第二の層（７０、７１）が最後の繊維層（３０、３３）の上に堆積され、第一の層（７０、７１）と接続されて、プリフォームがその間にパッキングされる。
【０１１８】
２２．態様２０または２１による方法において、プリフォームの形成中、層（７０、７１）が１つまたは複数の繊維層（３０、３３）の間に堆積される。
【０１１９】
２３．態様２０〜２３のいずれか１つによる方法において、第一の層（７０、７１）と第二の層（７０、７１）の間の空気が排出される。
【０１２０】
２４．態様２０〜２３のいずれか１つによる方法において、層がフォイル（７０）または樹脂膜（７１）として形成される。
【０１２１】
２５．態様２０〜２４のいずれか１つによる方法において、三次元プリフォームが、プリフォームに対応する形状の加工物キャリア（４０）上に形成される。
【０１２２】
２６．態様１〜９、２０〜２５のいずれか１つによる方法において、樹脂または接着剤（ＫＳ）が固定のために繊維に塗布され、繊維には、塗布領域における繊維（３３）の単繊維間に１つまたは複数のギャップ（３０１）が設けられる。
【図１】
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【図２ａ）】
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【図２ｂ）】
0005621036.tif 000004
【図２ｃ）】
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【図２ｄ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ）】
0005621036.tif 000010
【図６ｂ）】
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【図７ａ）】
0005621036.tif 000012
【図７ｂ）】
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【図８ａ）】
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【図８ｂ）】
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【図９】
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【図１０ａ）】
0005621036.tif 000017
【図１０ｂ）】
0005621036.tif 000018
【図１０ｃ）】
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【図１１】
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【図１２ａ）】
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【図１２ｂ）】
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【図１３ａ）】
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【図１３ｂ）】
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【図１４ａ）】
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【図１４ｂ）】
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【図１４ｃ）】
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【図１５ａ）】
0005621036.tif 000028
【図１５ｂ）】
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【図１５ｃ）】
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【図１５ｄ）】
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【図１６ａ）】
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【図１６ｂ）】
0005621036.tif 000033
【図１６ｃ）】
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【図１６ｄ）】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９ａ）】
0005621036.tif 000038
【図１９ｂ）】
0005621036.tif 000039
【図１９ｃ）】
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【図１９ｄ）】
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