(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記固化装置（２４）は前記繊維層（１６）に圧力を印加するための圧力印加装置（３６）を有し、
前記圧力印加装置（３６）は前記繊維層（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）として有している、
安定化装置。
【請求項２】
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１に記載の安定化装置（１０）。
【請求項３】
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または請求項２に記載の安定化装置（１０）。
【請求項４】
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３のいずれか１項に記載の安定化装置（１０）。
【請求項５】
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４のいずれか１項に記載の安定化装置（１０）。
【請求項６】
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５のいずれか１項に記載の安定化装置（１０）。
【請求項７】
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６のいずれか１項に記載の安定化装置（１０）。
【請求項８】
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、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）を用いる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。
【請求項９】
前記ソノトロード（１４）が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８に記載の安定化方法。
【請求項１０】
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９に記載の安定化方法。
【請求項１１】
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８〜請求項１０のいずれか１項に記載の安定化方法。
【請求項１２】
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８〜請求項１１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。
【請求項１３】
前記ステップｄ）で前記成形型（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）の取り出しが実行される、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
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１２または請求項１３に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／００８５４８０Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項の対象である。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
成形型は一定の送り速度で移動するのが好ましい。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
ソノトロードが冷却されるのが特に好ましい。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】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２】図１の安定化装置を示す断面図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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８】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９】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１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
図２は、図１の安定化装置１０の断面図を示している。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【符号の説明】
【００８３】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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