(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空構造体を有するエンドレス繊維複合部品を製造するためのエンドレス繊維（９）から作った一体繊維半製品用のモジュール製造装置において、
前記モジュール製造装置は少なくとも、
−移動可能な繊維誘導管（１００）と、
−少なくとも１つのベース要素（２，２’）と、
−ギャップ（８）により互いに一列に分離して、前記ベース要素（２，２’）の内壁に固定されることができる複数の中空体（７）であって、各中空体（７）は少なくとも片側に１つのベース（６）を備え、そして前記ギャップ（８）は前記繊維誘導管（１００）に通路を提供する幅を有する、複数の中空体（７）と、
−複数の中間スペーサ（８’）であって、１つの中間スペーサ（８’）はギャップ形状に対して正確に適合するように前記ギャップ（８）に挿入することのできる、複数の中間スペーサ（８’）と、
を備え、
前記ベース要素（２，２’）は前記内壁上に設けられた中空体（７）の列の前面に各反転要素（５）を有する、
ことを特徴とする、モジュール製造装置。
【請求項２】
前記モジュール製造装置は、前記エンドレス繊維複合部品のために被覆要素（１，１’）として、前記ベース要素（２，２’）に対して取外し可能に固定されることのできる少なくとも１つのカバー要素（３，３’）を有する前記ベース要素（２，２’）を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の製造装置。
【請求項３】
前記モジュール製造装置は、３次元の前記中空構造体形成用の被覆要素セットの構成部品として複数の被覆要素（１，１’）を含み、前記被覆要素セットは複数のベース要素（２，２’）を有し、少なくとも２つのベース要素（２，２’）が互いに確実に接続されることのできる接続開口部（４，４’）を備える、ことを特徴とする請求項２に記載の製造装置。
【請求項４】
前記被覆要素セットの前記被覆要素（１，１’）は密閉された３次元の被覆構造体（１０）の前記構成用の支柱要素（１）とノード要素（１’）であることができ、前記支柱要素（１）とノード要素（１’）の各々は、前記ベース要素（２，２’）と前記カバー要素（３，３’）から成る、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の製造装置。
【請求項５】
前記ベース（６）は中空体充填開口部を備える、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項６】
１つの突起が、固定されるべき各中空体（７）用の前記ベース要素（２，２’）の内壁上に設けられ、少なくとも１つのベース（６）と取外し可能に確実に係合するように動かされる、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項７】
前記中空体（７）は、多面体、特に立方体、円筒形、又は楕円形の横断面を有する本体である、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項８】
前記中間スペーサ（８’）は少なくとも一方の端部側にバイパスアダプタ（８”）を備える、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の製造装置を用いて、中空体構造を有するエンドレス繊維複合部品を製造する製造方法であって、
−前記モジュール製造装置を提供し、そして前記ベース要素（２，２’）の一つの内壁上に一列に前記複数の中空体（７）を配置し、前記中空体（７）をギャップ（８）により互いに分離し、そして前記１つのベース（６）によって前記ベース要素（２，２’）に前記中空体（７）を固着し、ここで各反転要素（５）は前記ベース要素（２，２’）の前記内壁上に配置された中空体（７）の列の前記正面上に設けられる、ステップと、
−前記繊維誘導管（１００）によりエンドレス繊維を供給し、敷設経路に沿ってエンドレス繊維（９）を敷設するステップであって、少なくとも下記の経路：
ａ）  前記繊維誘導管（１００）を前記ギャップ（８）を通して案内する前に、第一反転要素（５）から、前記中空体（７）の前記一列の前記ベース（６）の周りを双方向に第二反転要素（５）に向って走る、床下経路（ｕ）と、
ｂ）  前記中空体（７）の周りの３次元形状をなし、少なくとも前記中空体（７）の列の第一の端部から第二の端部まで延在する、経路（ｄ）と、
ｃ）  前記床下経路（ｕ）と反対向きに前記中空体（７）の側面上を走り、前記中空体（７）の前記列の第一端部から前記中間スペーサ要素（８’）の前記バイパスアダプター（８”）の周りを双方向に第二端部まで延在する上側経路（ｏ）であって、前記中間スペーサ要素（８’）は前記経路ｄ）及び／又はｏ）が敷設される前に前記ギャップ（８）に挿入されている、上側経路（ｏ）と、
ｄ）  前記中空体（７）の前記側部が巻回される側経路（ｓ）と、
を有し、それにより一体繊維半製品が得られ、前記中空体（７）は、前記エンドレス繊維（９）を前記敷設経路に沿って敷設することにより、前記一体繊維半製品のコアを形成する、ステップと、そして
−前記繊維半製品を樹脂材料で含浸して前記エンドレス繊維複合部品を得るステップ
を含む、方法。
【請求項１０】
−前記モジュール製造装置を提供するために、少なくとも２つのベース要素（２、２’）を互いに接続開口部（４，４’）で確実に接続し、一体繊維半製品が得られた後、カバー要素（３，３’）を各ベース要素（２，２’）に取外し可能に固定し、そして被覆要素（１，１’）を得るステップと、
−前記繊維半製品を、前記被覆要素（１，１’）を充填して樹脂材料で含浸するステップと、を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記モジュール製造装置を提供するために、支柱要素（１）及びノード要素（１’）として設計された複数のベース要素（２，２’）を確実にそれらの接続開口部（４，４’）上に互いに接続し、３次元構造体を構築し、そして一体繊維半製品が得られた後、カバー要素（３，３’）を各ベース要素（２，２’）に取外し可能に固定し、そして封鎖された３次元被覆構造体（１０）を得るステップと、
−前記繊維半製品を、前記被覆要素（１０）を充填して樹脂材料で含浸するステップと、を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記繊維複合部品の前記含浸は、特に真空バッグを用いて、エンドレス繊維（９）から作成された前記繊維半製品を前記ベース要素（２，２’）から取り除いた後、樹脂を使って実施する、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記敷設経路が完成された後の前記敷設経路を具体化する前か、又はエンドレス繊維（９）から作成された前記繊維半製品が前記ベース要素（２，２’）から取り除かれた後に、前記中空体（７）を充填するステップと、
そして、
−前記中空体（７）を、前記少なくとも１つのベース（６）を通して充填材料を充填するステップ、を含む請求項９から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
エンドレス繊維複合部品が、巻回されたエンドレス繊維の配置及びマトリクス材料で含浸され巻回されたエンドレス繊維の配置からなり、
前記エンドレス繊維複合部品は、中空体（７）と双方向に一列に配置された複数の中空体（７）と、２つの隣接する中空体（７）の間に正確に適合するように挿入される中間スペーサ（８’）により形成される、コアを有する、
ことを特徴とするエンドレス繊維複合部品。
【請求項１５】
前記中空体（７）は、軽量材料、特に、軽金属又は軽金属合金又はポリマーで充填される、ことを特徴とする請求項１４に記載のエンドレス繊維複合部品。
【請求項１６】
前記エンドレス繊維複合部品は３次元枠組構造を有する、ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載のエンドレス繊維複合部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一体繊維半製品用のモジュール製造装置及びそのような一体繊維半製品の製造後の中空体構造を有するエンドレス繊維複合部品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品に再加工され及び高度の機械的強度と同時に低重量を提供する繊維半製品を製造する色々な方法が知られている。自動車の部品の製造は、マトリクス材料を繊維のコア又はウェブに加えてそして後続の硬化により、繊維複合部品を形成する繊維半製品から行われる。繊維コア又はウェブは手で又は機械で切って、構造上の負荷に従って、互いの上に置かれ、積層される。ここで、個々の層は例えば、接着スプレー又は裁縫によって固定されることができる。このようにして作られた繊維前成形品は型に挿入しそして、手による積層又は真空注入により樹脂で浸される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
手による製造は、時間がかかり、高い公差を導き、機械的強度を犠牲にして、エンドレス繊維なしで実施され、それに対し、自動的な敷設方法を用いると、エンドレス材料の予め設定された長さは機械で切られ、平らに又は曲線形状に、自動的に載置されることができる。この最終製品にはエンドレス繊維はなく、結果として、機械的強度のレベルも又低い。
【０００４】
フィラメントの巻取方法は、ロービングとも呼ばれるエンドレス繊維ストランドを基本的な円筒形上に載置する。繊維はこれにより、非常にタイトにそして互いに接近した、高度の寸法精度を持つ状態に位置付けられる。繊維を巻くためには本体が必要であり、最初に簡単な円筒形状だけを付与し、部品にその後の形状を付与する。
【０００５】
複雑な形状が裁縫により達成されることができ、ここで更なるロービングがスレッディングにより担体に固定される。この方法を使って、ロービングはほとんどすべての曲線の進行をたどることが出来る。この場合には、しかし大きな壁の厚さを持つことは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
先行技術に基いて、本発明の目的は、複雑な形状を持つにも拘わらず、高レベルの引張強度、圧縮強度及び捩じれ強度を持つことができる中空棒状要素を製造するための、エンドレス繊維から作られた一体繊維半製品用の製造装置を創ることである。
【０００７】
この目的は請求項１の特徴を有するモジュール式製造装置により解決される。
【０００８】
更に、この目的は、エンドレス繊維複合部品がエンドレス繊維から簡単に製造されることができる製造方法を提供することである。
【０００９】
請求項９の特徴を有する方法により、この目的は解決される。
【００１０】
引張強度、圧縮力、捩じれ強度を保証するエンドレス繊維複合部品を創る目的は請求項１４の特徴を有する複合部品により解決される。
【００１１】
課題の開発と方法は従属請求項に具体化されている。
【００１２】
中空体を持つエンドレス繊維複合部品の製造のために、エンドレス繊維から作った一体繊維半製品のための本発明によるモジュール製造装置は、ここで、本発明によると、少なくとも１つの動けるように誘導される繊維誘導管を含み、これは通常、エンドレス繊維又はエンドレス繊維の束を持つスピンドルを介して載置される。更にこれは少なくとも１つのベース要素と複数の中空体を持ち、これらはギャップを通して、一列に互いからある距離で離れて、ベース要素の内壁に取り付けられる。ここで中空体は少なくとも一方に少なくとも１つのベースを持つ。中空体間のギャップは繊維誘導管がその間を正確に通過できる幅を持つ。こうして、第一に、中空体の下側が、ベース要素に対して、繊維巻き付けを有利に追加するのを可能にするように配置され、これは、巻回されている中空体の周りの全部の側にこれが誘導される必要なく、誘導管を通して起こる。
【００１３】
実際、誘導管はロボットアームの上に配置され、それでも中空体の全部の側に到達できる。
【００１４】
更に、装置はギャップの形に対して、正確に適合するようにギャップに挿入できる複数の中間スペーサを備え、このようにして、第一回の巻き付けがなされると、中空体のシーケンスが安定する。反転要素が中空体の各々の前端に設けられ、その結果、エンドレス繊維は中空体の周りの緊張状態下で前方に動かされ及び誘導され、該要素はベース要素の各々の内壁に固定される。有利なことに、本発明によるこの装置は、一列に配置された時に棒状要素を形成する中空体の簡単な、四方の自動的な巻き付けを可能にする。
【００１５】
モジュール式製造装置は、エンドレス繊維複合部品用の被覆要素として、ベース要素に取外し可能に固定されることのできる少なくとも１つのカバー要素と共に、ベース要素が設計されることができることを、更に含む。このように、被覆をマトリクス材料で、主に樹脂で満たすことにより、繊維複合材料が製造されることができる。
【００１６】
より大きな中空の支柱がモールドされる場合は、モジュール製造装置は被覆材セットの部品である複数の被覆要素から構成することができる。そして、複数のチャネル形成ベース要素が必要とされ、これは、少なくとも２つのベース要素が互いに確実に接続されることのできる接続開口部を有する。
【００１７】
最後に、複雑な３次元支柱構造体が形成されることができ、被覆要素セットの複数の被覆要素は、密封された３次元被覆構造体の構成用の支柱要素とノード要素である。支柱要素とノード要素は各々チャネル形成ベース要素及び、任意にはカバー要素から成る。これは、被覆要素がマトリクス材料が充填されるか、又は巻回された繊維半製品がベース要素から取り外されて、そしてマトリクス材料で浸透されるかどうかによって選択される。
【００１８】
これは、例えば、真空バッグ内で起こり得る。
【００１９】
中空体のベースは充填開口部として設置でき、この場合、構造体に更なる安定性を与えるために、中空体は例えば、軽金属、軽金属合金又なポリマーのような軽量材料で充填することができる。
【００２０】
更に突起が、固定されるべき各中空体用のベース要素の内壁上に配置され、これは、例えば、ＬＥＧＯ（登録商標）のように、少なくとも１つのベースと取外し可能に確実に係合するように動かされることができる。
【００２１】
エンドレス繊維により巻回され、最終的に繊維半製品のコアを形成する中空体は、多面体、立方体、円筒形、又は楕円形の横断面を有する形状であることができる。
【００２２】
中空体列の理想的な巻き付けを可能とするために、中間スペーサは少なくとも１方の端部側でバイパスアダプターを有することが提案されている。
【００２３】
次に、中空体構造を有するエンドレス繊維複合部品を製造するために、本発明による製造装置が用いられる。ここで、第一に、所望の数の中空体がベース要素の内壁に一列に配置され、中空体は互いにギャップにより分離される。中空体のベース要素に対する固定は各中空体のベースにより実施される。最後に、各反転要素は、初めからベース要素上の所望の位置にない場合は、ベース要素の内壁上に配置された中空体の列の正面に設けられる。
【００２４】
次に、エンドレス繊維は誘導管により敷設経路に沿って誘導されることができ、そして敷設される。敷設経路は、
ａ）第一反転要素から中空体の一列のベースの周りを双方向に第二反転要素に向って走り、ここで繊維誘導管はギャップを通じて誘導される、床下経路と、
ｂ）中空体の周りの３次元形状をなし、少なくとも中空体の列の第一の端部から第二の端部まで延在する、経路と、
ｃ）下部経路から向きがそれるように中空体の上側を走り、中空体の列の第一の端部から第二の端部に向かって中間スペーサのバイパスアダプターの周りを双方向に延在する、上部経路と、から成り、
これら上又は下の前記経路が敷設される前に中間スペーサがギャップに挿入されており、構造体を安定化する。更に好ましい形態において、これは上側経路又は下側経路にさえも、バイパス点を提供する。このようにして、敷設経路はさらに、側部経路を含み、ここで中空体の側部が巻回される。
【００２５】
このようにして一体繊維半製品が得られ、中空体は、エンドレス繊維を敷設経路に沿って敷設することにより、一体繊維半製品のコアを形成する。最後に、（これは様々な方法で起こり得る）繊維半製品の樹脂材料の含浸が起こり、そしてエンドレス繊維複合部品を得ることができる。
【００２６】
モジュール製造装置の用意は、相応に大きな棒状要素の実施を可能にする目的で、少なくとも２つのベース要素を互いに接続開口部に確実に接続することを含む。更に、一体繊維半製品が得られた後、被覆要素を得るために、カバー要素の取外し可能な固定が、各チャネル形成ベース要素上で起こる。そして、繊維半製品のマトリクス又は樹脂材料による含浸は被覆要素を充填することによって成就することができる。
【００２７】
最後に、モジュール製造装置の提供は、部分的に支柱要素として、及び部分的にノード要素として設計された複数のチャネル形成ベース要素の接続を含む。又、接続開口部への確実な接続が起こる。このようにして、３次元構造体が構成される。
【００２８】
一体繊維半製品が得られた後で、カバー要素が、密封された３次元の被覆構造体を得るために、各ベース要素により順に固定されることができる。そして、繊維半製品は、被覆構造体を充填して、樹脂材料で含浸することができる。
【００２９】
基本的に、繊維半製品の樹脂材料での含浸は、繊維半製品がベース要素のエンドレス繊維から取外された後でも起こり得る。
【００３０】
従って、本発明による装置及び本発明による方法により、引張強度、圧縮力、捩じれ強度を更に保証する軽量エンドレス繊維複合部品を得ることができ、これは、２つの隣接する中空体の間に正確に合うように挿入された中間スペーサに対して、双方向に一列に配置された中空体により形成されたコアを有する。
【００３１】
これらを軽量材料、特に、軽金属、又は軽金属合金、又はポリマーで充填することにより、より大きな安定性が中空体に与えられる。特に、形成されたエンドレス繊維複合部品のせん断力の安定性がこのようにして増加されることができる。充填材料も、生じる変形力に対する減衰効果によって選択されることができる。
【００３２】
３次元枠組構造を有する非常に複雑なエンドレス繊維複合部品、例えば籠構造体さえも、本発明による方法によって有利に形成されることができ、これは、様々な応用を自動車の構造に見ることができる。
【００３３】
これらや他の利点は附属した図に対する以下の説明により示されている。説明中の図の言及は説明をサポートし、主題の理解を助けるために役立つ。基本的に同じか又は同様の主題の部分には同じ参照番号を付してある。図は本発明の実施態様の単なる概略図である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】スピンドルを持つ繊維誘導管の側面斜視図である。
【図２】本発明による中空体の底面斜視図である。
【図３】一列に配置された中空体と前側反転要素の側面斜視図である。
【図４】図３の一列に配置された中空体の間に中間スペーサが配列されている状態を示す側面斜視図である。
【図５】チャネル形成ベース要素とカバー要素から作った被覆要素の側面斜視図である。
【図６】一列に配置された中空体の、床下経路用の繊維誘導管の経路システムの概略を示す側面斜視図である。
【図７】床下部分を形成するための床下経路に沿って配置された、一列に配置された中空体の繊維の側よりみた底面斜視図である。
【図８】繊維進行が中空体の周りを３次元に誘導されている状態を示す、一列に配置した中空体の側面斜視図である。
【図９】繊維が上部メッシュを形成するために上部経路に沿って載置される状態を示す、一列に配置された中空体の側面斜視図である。
【図１０】複数の繊維が中空体の側面の周りに配置された状態を示す、一列に配置された中空体の側面斜視図である。
【図１１】中空体が挿入された被覆の斜視図である。
【図１２】チャネルシステムに加えられた被覆のベース要素の例示的な実施態様の斜視図である。
【図１３】図１２の被覆にエンドレス繊維を挿入し、カバー要素とともに示す斜視図である。
【図１４】図１２の被覆が密封された状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図６と図９には、棒状のエンドレス繊維複合部品の製造用のエンドレス繊維から作った一体繊維半製品の製造用の簡単なモジュール製造装置が、基本的な部品で示されている。
【００３６】
ここで（図６）、モジュール製造装置は繊維誘導管１００とベース要素２を示し、この上に、一列に互いから分離されている４つの中空体７は各ギャップ８を通してベース要素２の内壁に固定されている。ギャップ８は繊維誘導管１００を通して誘導用空間を提供する必要がある。
【００３７】
繊維配置９を正確に敷設し、誘導するために使用される繊維誘導管１００又はロービングは、繊維又はロービング貯蔵所として機能するスピンドル１００’に直接接続されることができるが（図１を参照）、しかしこれは、必ずしも必要ではない。スピンドル１００’の配置は、ロボットアーム上で巻き付けの自動的実施のために有利に配置されているが、これは以下でさらに具体化されていない。
【００３８】
「繊維配置９」は個々の繊維として理解し得るが、相互に編み込まれた同一又は異なる組成の繊維ストランド又は繊維として理解し得る。更に繊維配置はエンドレス繊維としてここでは誘導される。繊維配置９は中空繊維誘導管１００を通して上から下まで誘導され、繊維誘導管がカバーする部分領域ａからｄより成る、後述される敷設経路を、ロボットアームによって相応に誘導される。
【００３９】
図２は長方形の中空体の断面を有する個々の中空体７を示し、明示されたように、中空体７はベース要素２の方を指している側にベース６を持つ。中空体７の形状は柔軟に選択することができる。よって、円形、楕円形、長方形及び他の中空体断面が可能である。示されているベース６は円筒形であるが、多角形又は楕円形の基本形を持ち得る。これは、繊維配置９の目標誘導の偏差を可能にし、巻き付けを可能にするため、中空体７をベースから分離するのに役立つ。
【００４０】
更に、図に示されていない更なるベースを中空体７の上側に取り付けることが可能であり、これは中空体７の下側に配置されたベース６と同じ目的を果し、又は中空体７の側に追加的な複数のベースを提供することさえも可能である。
【００４１】
最後に、モジュール製造装置は図４、９及び１０に示される複数の中間スペーサ８’を含み、１つの中間スペーサ８’はギャップの形状に対して正確に適合するように、２個の各中空体７の間のギャップ８に挿入されることできる。ギャップ８に挿入される中間スペーサ８’は敷設経路の具体化の終了直前に使われる。中空体７の間のギャップ８はこれらの中間スペーサ８’で充填される（図４にも参照）。
【００４２】
中空体列の前に配置された反転要素５（図３，４及び７から１３参照）はモジュール製造装置の重要な部品であり、敷設経路の実施態様の繊維配置９の進路を変えるのに役だつ。反転要素５は繊維配置９に関して、繊維ストランド９によって巻かれ、その結果、これは緊張状態下で、戻すように誘導することができる。
【００４３】
モジュール製造装置は、ベース要素２に取外し可能に固定されることのできるカバー要素３（図５参照）を更に含む。このようにして、エンドレス繊維複合部品用の被覆要素が作られ、ここで繊維半製品はマトリクス材料で含浸されることができる。
【００４４】
モジュール製造装置は、被覆それ自体の３次元中空体構造又は繊維半製品の形成のために、複数の被覆要素１，１’（図１４を参照）を１組の被覆要素セットの部品として含む。被覆要素セットは、望ましい数のチャネル形成ベース要素２，２’から成り、これは少なくとも２つのベース要素２，２’が互いに確実に接続され得る接続開口部４，４’を提供する。「望ましい数」は描かれる部品の形状から簡単な方法で生じる。被覆要素セットの被覆要素１，１’は、封鎖された３次元被覆構造体１０の構成用の支柱要素１’とノード要素１であることができ、支柱要素１’とノード要素１は各々チャネル形成ベース要素２，２’とカバー要素３，３’から成る。
【００４５】
繊維半製品から繊維複合体を製造するために、カバー要素を各部品の形状に合わせる必要はない。カバー３，３’で作られた被覆をマトリクス材料で充填する代わりに、ベース２，２’から繊維半製品から取外し、そしてそれを含浸すことも好適であり得る。
【００４６】
構成キットシステムとして機能し、引用された様々な支柱要素１’とノード要素１を含む被覆要素セットを用いて、任意の複雑な３次元中空体構造１０が再生されることができ、ここで用語「中空体構造」とは支柱要素１’とノード要素１で囲まれた内部容積を意味する。
【００４７】
「支柱要素１’」はここで２つの接続開口部を持つ線型要素であり、用語「ノード要素１」はそこから２つ以上の接続開口部をもち得るすべての曲線状の、及び分岐した被覆要素を意味する。
【００４８】
反転要素５は支柱要素１’とノード要素１のベース要素２，２’上に配置されることができる。
【００４９】
被覆要素１，１’から作った被覆１０内で複合部品の作成のためにマトリックス材料又は樹脂の注入を可能とするため、少なくともこれらの被覆要素１，１’、カバー要素３，３’及び／又はベース要素２，２’のうちの一つが樹脂注入接続装置を有することができる。
【００５０】
被覆１０は、複雑な３次元中空体構造を持つ、エンドレス繊維複合部品用の被覆要素セットで達成することができ、次のように構成されている：チャネルからベース要素２，２’を形成する各支柱要素とノード要素１，１’及び関連するカバー要素３，３’は、製造されるエンドレス繊維複合部品の３次元中空構造体によって互いに接続されており、それによりチャネルシステムを形成する。被覆は被覆要素から構成されているので再利用でき、その理由は、複雑な３次元中空体構造にも拘わらず、複合部品が製造された後、欠陥なしでもたらされるからである。
【００５１】
被覆を使うと、自動車の囲まれた中空構造体又は枠組み構造体、例えば、自動車ボディシェル構造体又は乗客室構造体等を支柱で製造することもできる。被覆内で製造される複合部品を正確なサイズで製造することが出来るように、被覆は、チャネルシステムに接続されたベース要素を取外し可能に固定する、サポート枠組みを備えることができる。
【００５２】
本発明による方法は、任意の中空棒状要素の自動的製造に役立ち、これは自動車ボディ、自転車のフレーム、又は他の枠組要素等の枠組み構造体に使用される。更に、この方法を使って、枠組み構造体の棒状要素は互いの下に接続され、そして、枠組み構造体のために閉鎖した、連続一体繊維半製品を形成し、これは高度の引張強度、圧縮強度及びねじれ強度を持つ。
【００５３】
中空体の存在は本発明による方法の実施態様には必須であり、これは繊維配列の方法によって巻き付け又は編み込まれ、それで中空棒状要素のコアを形成する。中空体としての構成により、前記中空体は自動車の製造に使われ、軽量構造の概念に従うべき繊維複合部品の重さにわずかに影響するだけである。
【００５４】
半製品が完成された後で中空体を軽量材料で充填する用意ができ、前記材料は一方では高度のせん断力安定性と他方ではかなりの減衰効果をもつ。従って、これらの半製品から製造された部品は衝突に対する安全に対して更に最適化できる。
【００５５】
本発明の方法は基本的に次のステップを含む。
【００５６】
第一に、上記タイプのモジュール製造装置の一台を作る。そして、部品形状と部品サイズに依存する複数の中空体７が、ベース要素２，２’内の内壁上に一列に配置され、中空体７はギャップ８により互いに離れて配置される（図３を参照）。中空体７の固定はそのベース６によって行われる。反転要素５は、ベース要素２、’２の内壁上に設けられた中空体７の列の各前側に設けられる。なお、この場合、接触するように近づけるか、必要ならば、取り付けてもよい。
【００５７】
そして、エンドレス繊維は繊維誘導管１００により送られ、そしてエンドレス繊維９が敷設経路に沿って敷設される。繊維誘導管１００の誘導は矢印ａにより図６に図示されている。本発明による方法は、製造される全中空体要素の周りに誘導するための繊維誘導管１００により、ロボットなしで、３次元繊維半製品の製造に役立つ。
【００５８】
ここで、例えば、敷設経路は床下経路ｕを含み（図７を参照）、これは第一反転要素５（開始位置ａ０）から、中空体７の列のベース６の周りを双方向に第二反転要素５に向って走る。ここで繊維９は左手側反転要素５から斜めに第一ベースに向かって誘導され、一方では、最後のベースと右手側反転要素間の繊維の進行は直線として配置される。図６に示された説明は床下経路ｕを敷設するための繊維誘導管１００の誘導を示す。ここで、観察者から反対の向きのチャネル形状をしたベース要素２の側壁はカットされている。繊維誘導管１００はギャップ８を通して双方向に誘導される。
【００５９】
複雑な形状においても、複数の繊維誘導管１００が基本的に追加的に誘導され得る；これは相本するロボットで敷設される先端を誘導することにより、できる限り自動的にできる。
【００６０】
潜在的な誘導経路は開始位置ａ０から、反転シリンダー５を周って、これと第一中空体７の間を行き、そして第一中空体７の前側（右側）に再度来て、中空体７に沿って行き、そして最初の２つの中空体７の間のギャップ８を通って、第二の中空体７に沿って行き、次のギャップ８を通って戻り、第二の反転シリンダー５に到達すると終る。経路の方法はまた右手から左手側に応用されてもよく、何度でも必要なだけ，繰り返すことができる。
【００６１】
床下経路ｕの第一のコースにおいて、繊維誘導管１００は中空体７の下のベース６の高さにある場所の上で常に誘導されることができる。示されていないのは、繊維９がすでにここを通して引っ張られた場合、２つの中空体７の間のギャップを通る経路コースのシステムである。繊維誘導管１００は、予め敷設された繊維９と衝突しないように、ベースの平面からより高い平面までの中空体７の間で、立ち上げられる必要がある。
【００６２】
繊維誘導は負荷要求により変わり得る。第一から第二の反転シリンダー５の第一誘導経路の結果は図７に示される。
【００６３】
更に、この方法による経路ｄは図８に含まれ一例として示される。これは中空体７の周りの３次元形状を説明している。これは少なくとも中空体７の列の第一端部から第二端部まで延在する。ここで望まれるコースの数が完了され得る。
【００６４】
次に、上側経路ｏ（図９参照）が敷設され、これは低い経路と反対向きに中空体７の側面上を走り、中空体７の列の第一端部から中間スペーサ要素８’のバイパスアダプタ８”の周りを双方向に第二端部まで延在し、中間スペーサ要素８’は経路ｃ及び／又はｄが敷設される前にギャップ８に挿入されている。中間スペーサ要素８’のバイパスアダプタ８”は（図４を参照）バイパスアダプタの少なくとも一端側に位置される。
【００６５】
最後に、図１０に示されているように、側経路ｓが敷設され、中空体７の側部が巻回される。ここで一体繊維半製品が完成される。
【００６６】
必要であれば、すでに敷設された繊維が後続の敷設経路上を交差しないならば、異なる敷設経路シーケンスが変わってもよい。図示されたものと異なる様々な経路のルート作りも考えられうる。図１３のように複雑な構成を持つ枠組み構造体を形成する中空構造体において、繊維９の複数の敷設経路の可能性が生まれる。広範囲の中空構造体において、複数の同時に操作する誘導管の使用も考えられうる。
【００６７】
中空体７は敷設経路に沿ってエンドレス繊維９を敷設することにより、一体繊維半製品のコアを形成する。
【００６８】
エンドレス繊維複合部品を得るために、樹脂又はマトリックス材料で繊維半製品を含浸することが、今はまだ必要である。
【００６９】
このために基本的に二つの手順がある。ベース要素２，２’が別の部品として製造されることができ、そして中空体７はベース６によりベース要素２，２’に取り付けられることができる。繊維配置９が敷設された後で、ベース要素２，２’が取り外され、生成途中の繊維半製品は一般的な方法で、樹脂含浸によって複合部品へと誘導される。
【００７０】
代わりに、３次元中空構造体を持つエンドレス繊維複合部品の製造のための本発明による方法は、前記の被覆を用いて具体化され得る。
【００７１】
これは、第一に、被覆要素セットからチャネル形成支柱とノード要素を組み立てるステップを含み、これにより、形成されたチャネルシステムは、部品の３次元中空構造体を再生する。このチャネルシステムでは、上述の敷設経路を完了し又は様々な敷設経路ルートを完成して、エンドレス繊維は中空体により敷設される。この場合、一体繊維半製品がすでに得られている敷設プロセスが完了した後、ベース要素に割り当てられたカバー要素が配置され、これにより、チャネルシステムは密閉される。次に、この目的のために提供された樹脂注入接続装置のため、マトリックス材料のチャネルシステムへの供給が起こり、硬化後、これは一体繊維半製品との接続を形成する。
【００７２】
生成されるエンドレス繊維複合部品の、以降の変形は、カバー要素を減らし、ベース要素を取り外すことによって起こる。
【００７３】
本発明による方法の更なる実施態様は、ベース要素の組み立て後又は組み立て中に
サポート枠組みが加えられることを提供することができ、これはベース要素を取外し可能に固定し、そして望ましい３次元中空構造体により正確なサイズでチャネルシステムを支持する。
【００７４】
エンドレス繊維を敷設することは、製造されるエンドレス繊維複合部品に望ましい機械的強度特性を与えるために、好ましくは繊維の負荷に適合し、牽引力が最適化された、ストレスが最適化された配置によって起こる。全チャネルシステムを充満する、単一のエンドレス繊維、又は単一のロービング、及び／又は単一のエンドレス繊維ストランドの使用は、製造されるエンドレス繊維複合部品に追加的な機械的強度を与える。
【００７５】
繊維が敷設された後で実行される樹脂注入ステップは、トランスファー・モールディング（ＲＴＭ方法）によって起こることができる。
【００７６】
３次元中空構造体を持つ本発明によって作られたエンドレス繊維複合部品は、マトリックス材料と関連して存在する繊維の割合が、部品の全ての３次元中空構造体を途切れずに延在する単一のエンドレス繊維、単一のエンドレス繊維ストランドにより提供されるという特徴を有する。
【００７７】
本発明により製造された一体エンドレス繊維複合部品は、中空構造体の交差点と曲がり角において接続及び結合がなく、本発明の一つの実施態様では、例えば自動車の原部品又は客室のような自動車枠組構造体部品であり得る。これは、高い機械的強度と低重量での剛性の利点を強化し、自動車の構造で求められる軽量構造を可能にする。
【００７８】
図１２には、チャネルシステムに加えられる支柱要素とノード要素のベース要素２，２’が示され、それらの接続開口部４，４’で互いに接続され、それで立方体の端部に沿って走るチャネルシステムを形成する。ノードベース要素２’はこのように丸くなった立方体の角に配置され、その各々は、チャネルの交差点で反転要素の目的を果す１つの繊維分配ピン５を持つ。図１３で見られるように、誘導管を用いて敷設したエンドレス繊維９（エンドレス繊維ストランドもこれに当てはまる）は、全体チャネルシステムが単一のエンドレス繊維で充填されるまで、反転要素５を用いた異なる方法で、チャネルシステム内に取り付けられることができる。
【００７９】
図１３では、ノードカバー要素３’と支柱カバー要素３が示されており、エンドレス繊維９が敷設された後、各ベース要素２，２’に取り付けられ、その結果、図１４に示されるように、全体チャネルシステムは密閉される。ここに示された被覆１０は、樹脂注入により樹脂で含浸されることができる。このために、樹脂注入器具が（図示せず）１つ以上の被覆要素上に設けられることができる。カバー要素で密閉されたチャネルシステムにより形成されたモールドキャビティが、エア・ポケットが生じるのを妨げるために樹脂注入の前に空にされる場合には、対応する接続装置（図示せず）が真空ポンプとの接続用に被覆要素１，１のうちの１つに提供されることもできる。
【００８０】
このように、本発明による装置で具体化された本発明による方法により、中空の一体繊維半製品の自動的な製造を可能とする。最終的な前成型品は１つ以上のエンドレス繊維から成り、機械で製造されることができる。個々の棒状要素又は非常に複雑な棒状構造体が、負荷状態に合うように調節されて、セットされることができる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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