(57)【要約】複合繊維材料からコンポーネントを製造する方法において、少なくとも１つのプレースホルダーは、成形型（２４）の凹部（２６）内に挿入される。そこにおいて、未完成コンポーネントは、その後作成される（４）。プレースホルダーは取り除かれる（６）。少なくとも１つのリフティングパッドは、凹部（２６）内に挿入される（８）。そして、リフティングパッド（２０）を膨張させる（１０）ことによって、未完成コンポーネントは、成形型（２４）から取り外される。複合繊維材料からコンポーネントを製造するシステムにおいて、コンポーネント取り外しプロセスは、あらかじめ決められた最大コンポーネント負荷を上回るのを防止するために、コンピュータ装置によってモニタされて、制御される。穏やかなコンポーネント取り外しプロセスは、コンポーネントを修理または再処理するための結果として生じる経費を回避することを可能にする。【選択図】図１ａ【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合繊維材料からコンポーネントを製造する方法であって：
少なくとも１つのプレースホルダーを、成形型（２４）における少なくとも１つの個別の凹部（２６）内に挿入するステップ（２）、
未完成コンポーネントを作成するステップ（４）、
前記プレースホルダーを取り除くステップ（６）、
少なくとも１つのリフティングパッド（２０）を、前記少なくとも１つの凹部（２６）内に挿入するステップ（８）、および、
前記少なくとも１つのリフティングパッド（２０）を膨張させること（１０）によって、前記型から前記未完成コンポーネントを取り外すステップ、
を含む方法。
【請求項２】
少なくとも１つの他のリフティングパッド（２０）をその後挿入するステップ（１２）、および、前記少なくとも１つの他のリフティングパッド（２０）を膨張させるステップ（１０）をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つのリフティングパッド（２０）は、前記未完成コンポーネントを作成するステップ（４）に先だって挿入される（８）、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのリフティングパッド（２０）は、前記未完成コンポーネントの弾性曲線が、あらかじめ決められた許される弾性曲線を上回らない程度にのみ膨張される（１０）、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
コンピュータ装置（２２）は、バルブ（１８）によって、いくつかのリフティングパッド（２０）の膨張（１０）を制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
コンピュータ装置（２２）は、前記未完成コンポーネントの弾性曲線に依存して、前記リフティングパッド（２０）の膨張（１０）を制御する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合繊維材料からコンポーネントを作成する（４）ための成形型（２４）であって、製造される前記コンポーネントの領域の下に、少なくとも１つのリフティングパッド（２０）が挿入可能な凹部（２６）を備える、成形型（２４）。
【請求項８】
前記凹部（２６）は、製造される前記コンポーネントのトリミング領域（２８）に配置される、請求項７に記載の成形型。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合繊維材料からコンポーネントを製造するシステム（１４）であって、少なくとも１つのリフティングパッド（２０）を挿入するための少なくとも１つの凹部（２６）を有する請求項７または８に記載の少なくとも１つの成形型（２４）を含み、さらに、前記少なくとも１つのリフティングパッド（２０）を膨張させる（１０）ための少なくとも１つの流体源、前記少なくとも１つのリフティングパッド（２０）のための少なくとも１つのバルブ（１８）、および前記少なくとも１つのバルブ（１８）を制御するための少なくとも１つのコンピュータ装置（２２）を含む、システム（１４）。
【請求項１０】
前記コンピュータ装置（２２）は、前記未完成コンポーネントのあらかじめ決められた最大弾性曲線を上回らないように、前記少なくとも１つのリフティングパッド（２０）を制御するように調整される、請求項９に記載のシステム（１４）。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法によって製造された複合繊維材料でできている少なくとも１つのコンポーネントを有する航空機（３２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
この出願は、２００８年１２月１６日に出願の米国仮特許出願番号第６１／２０１，９１５号の、および２００８年１２月１６日に出願のドイツ国特許出願番号第１０  ２００８  ０６２  ４７７．２号の、出願日の利益を主張し、その出願の開示は、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
［発明の技術分野］
本発明は、本発明による方法によって製造されたコンポーネントを含む航空機と同様に、複合繊維材料からコンポーネントを製造する方法、複合繊維材料からコンポーネントを製造するシステム、複合繊維材料からコンポーネントを製造する成形型、使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
成形型（雄型または雌型にせよ）による繊維強化プラスチックからのコンポーネントの製造において、コンポーネントにとって、硬化過程の後にそれ自体によって成形型から分離することはほとんどありえない。したがって、手動によるコンポーネントの取り外しを実行することが必要である。「コンポーネントの取り外し」という用語は、硬化したコンポーネントを型から取り外すことをいう。現在の最高水準の技術によれば、これは、楔ツールにより、コンポーネントをコンポーネントの端縁部上に持ち上げることによって実現される。そこにおいて、これらの楔ツールは、例えば、木または柔らかいプラスチック（例えばポリテトラフルオロエチレン）から成ってよい。
【０００４】
より大きなコンポーネントについては、コンポーネントが型から完全に分離する前に、楔ツールを「再調整する」ことがさらに要求される。例えば、翼、航空機胴体シェル、太陽電池パネルなどの形態の、特に大きい表面シェルコンポーネントについては、コンポーネントが型から最終的に分離する前に、楔ツールは、コンポーネントの中心方向に非常に遠く動かされる必要がある。
【０００５】
成形型が離型剤で不十分に、または不正確に被覆されて、そして、コンポーネントがアクセスしやすさの低い非常に大きい寸法を有する場合、コンポーネントを離型するためのより大きなてこの作用を生じさせる他の機械的デバイスを利用することが必要でもよい。コンポーネントの形状がわずかなアンダーカットを部分的に含む場合、この種の機械的デバイスの手動使用もまた、要求されてよい。
【０００６】
ドイツ国特許出願公開ＤＥ  １９８  ５４  ７３５  Ａは、この種の生産方法と同様に、熱的に変形可能なブッシュを示す。そのブッシュは、実質的に一定の半径を有する円筒状の外周、および軸線方向にテーパのついた円筒状の内周を有する、実質的にパイプ形状のベースボディから成る。
【０００７】
ドイツ国特許ＤＥ  ７５６  ９９５号は、硬化性圧縮積層物を処理するためのプレス型を示す。そして、プレスされたコンポーネントは、圧搾空気によって、その型から取り外される。
【０００８】
いわゆる「スライディングインサート」を有する成形型は、例えば、厳しい公差にさらされる航空機の空気力学的な表面または機能的な表面のような、高い表層要求条件を有するコンポーネントのために使用されることができない。その理由は、例えば、楔ツールがコンポーネントの表面上に輪郭を描いてよく、いわゆる「ラグ」がマトリクス材において生み出されてよく、そして、コンポーネントの硬化の間、樹脂に対する封止を作成することが困難である、という事実である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、上記の不利点の少なくともいくつかを減少させるかまたは完全に排除する、複合繊維材料からコンポーネントを製造する方法を提案することは、本発明の目的でよい。目的は、特に、このタイプの方法を提案することから成ってよい。そこにおいて、大きい表面のコンポーネントもまた、コンポーネントの表面にダメージを与えるか、突起を生じさせるか、または、コンポーネントに過剰な機械的負荷を概して負わせることなしに、型から慎重に取り外されることができる。
【００１０】
この目的は、独立クレームに記載のコンポーネントを含む航空機と同様に、複合繊維材料からコンポーネントを製造する方法、複合繊維材料からコンポーネントを製造するシステム、複合繊維材料からコンポーネントを製造する成形型、この種の成形型の使用、によって果たされてよい。本発明の別々の例示的実施形態は、従属クレームにおいて記述される。
【００１１】
本発明による方法の１つの重要な態様によれば、成形型にファイバー材料を並置して、積層して、その後それを硬化することにより成形されるコンポーネントは、楔ツールまたは、機械的に有意に介入する他のツールによって成形型から取り外されるのではなく、むしろ膨張可能なリフティングパッドによる。したがって、本発明は、なおさら制御可能な取り外し法が使用されるという点を特徴とする。例えば、空気制御されるリフティングパッドの使用に起因して、成形型からのコンポーネントの主として慎重な分離が確実にされるように、取り外しの間の力または経路は、制御されることができる。
【００１２】
本発明による方法の第１の概念において、将来のコンポーネントの端縁部上のリフティングパッドのための凹部を含む成形型が、使用される。表面を保存するために、成形型にコンポーネントを並置して、積層する前に、プレースホルダーがこの凹部内に挿入される。そこにおいて、前記プレースホルダーは凹部を完全に満たして、そして、端部は成形型の表面と平らになる。この場合、プレースホルダーは、１つの部分から成るか、または多数の部分の積層体の形態で理解されてよい。
【００１３】
コンポーネントの表層要求条件に応じて、凹部は、実際のコンポーネントの外側領域内に、すなわちいわゆる「トリミング領域」に、位置しなければならない。製造されるコンポーネントは、所望の最終形状の外側に位置するこのトリミング領域内まで延びる。コンポーネントを硬化させて、成形型から取り外した後に、コンポーネントは、トリミング領域の範囲内でその最終形状に整えられる（ｔｒｉｍ）ことができる。凹部がプレースホルダーで満たされるとき、結果としてのコンポーネントに、端縁および曲げが全く、そしてわずかな起伏も検出されることができないように、凹部の実際の端部が成形型の表面と平らになることを保証されることができないので、これは特に賢明である。トリミング領域は、いずれにせよコンポーネント上に残らないので、この領域のわずかな形状偏差は決定的でない。
【００１４】
トリミング領域と凹部との間にオーバーラップが存在するように、成形型の凹部は、トリミング領域から外側へ延びることが好ましい。これは、コンポーネントが一旦並置されて、積層されて、硬化された後、凹部からプレースホルダーを取り除くことを可能にする。
【００１５】
コンポーネントが、その未完成の状態、すなわち、その最終形状にまだ整えられなくて、さらに下記では「未完成コンポーネント」とも呼ばれる状態において、成形型内に存在するとすぐに、外側に向いた開口部を有するキャビティがトリミング領域の区画の下に作られるように、プレースホルダーは取り除かれることができる。弾性材料から成り、圧搾空気または他の適切な媒体で満たされることによって膨張するリフティングパッドは、この開口部に挿入されることができる。既知の楔ツールと比較すると、点状の、一側面の負荷の適用、局部的な曲げまたは他の負荷ピークが作成されないように、これは非常に大きい表層加力に結びつく。特に薄いシェル、大きい表面のコンポーネントまたはコンポーネント部については、機械的安定度に関する限度（例えばあらかじめ決められた弾性曲線）が、型からの取り外しが原因で上回られることのないように、この加力は明確である。特に、安全性に関連するコンポーネントの完全性を確実にするための、精巧な追加的な点検ステップが減少することもありえるように、これは、複合繊維材料への可視のまたは不可視のダメージの減少に結びつく。このようにして、コンポーネントの製造と直接関連する経費は、低下する。
【００１６】
より大きなコンポーネントの最終的な取り外しは、他のリフティングパッドをその後挿入して、膨張させることによって、確実にされることができる。コンポーネントを成形型からわずかに持ち上げるために、一旦第１のリフティングパッドが凹部において十分に膨張されると、他のリフティングパッドは、コンポーネントの下に作られる追加的な中空空間または中間スペース内に挿入されることができる。
【００１７】
コンポーネントの最大許容弾性曲線は、コンポーネントの寸法から算出されることができる。この弾性曲線（ｅｌａｓｔｉｃ  ｌｉｎｅ）は、リフティングパッドの対応する寸法が原因で、上回られることがない。複合繊維材料からコンポーネントを製造するシステムは、それに応じてプログラムされたコンピュータ装置または、コンポーネントの取り外しプロセスを制御してモニタする他の電子装置、を有するいくつかのリフティングパッドの自動制御を、好ましくは含んでよい。
【００１８】
コンポーネントの形状およびそれぞれの要求条件に応じて、特殊な形状を有するリフティングパッドを使用することは、可能である。これは、特に、わずかなアンダーカットを有するコンポーネントの取り外しを、促進する。
【００１９】
開口部が作られるか、または、他の製造ステップで幾何形状の領域が取り除かれる、コンポーネントの領域において、耐熱材料のリフティングパッドが、コンポーネントの積層に先だって、すでに用いられることができる。この場合、成形型が、統合するリフティングパッド内に供給される媒体のためのプレインストールされた接続とともに提供されること、および、成形型とリフティングパッドとの間を樹脂が通過することができないような方法で、リフティングパッドが成形型内に入れられること、が確実にされることを必要とする。製造されるコンポーネントの表面にわたって割り当てられる、この種のプレインストールされたリフティングパッドは、一連の生産プロセスにおいて完全に自動化したコンポーネントの取り外しを実現することを可能にする。成形型上の中央制御は、コンポーネントができるだけ慎重に取り外されるように、リフティングパッドを制御して、膨張させてよい。
【００２０】
雄型または雌型の成形型を有する開いた成形型の概念に加えて、本発明による方法は、例えば、樹脂注入法（「樹脂トランスファー成形」ＲＴＭ）のような、閉じた成形型の概念と関連して用いられてもよい。この場合、リフティングパッドの寸法は、それらがノブのようなリフティングパッドすなわちリフティングノブを形成するように、減少してよい。コンポーネントは、いくつかのより小さい統合するリフティングノブを制御することによって、主として自動化した方法で、すなわち、一連の生産という意味において、完全に取り外されてよい。
【００２１】
全般的に見て、複合繊維材料からコンポーネントを製造するための本発明による方法は、既知の製造法と比較すると、２、３の利点を提供する。そこにおいて、コンポーネントは、従来は、手動で取り外される。例えば、取り外しプロセスの間の経路および力は、コンポーネント上の不要な曲げ応力が防止されてよいように、制御されてよい。同様に、あらかじめ決められた最大弾性曲線が観察されることができるので、取り外しの間、コンポーネントにダメージを与える危険も、減少する。このようにして、取り外しプロセスの間、ダメージを受けたコンポーネントについて必要とされる修理の数は、減少する。例えば、人工衛星の太陽電池パネルのような非常に重要なコンポーネントは、提案された方法（これは、特に、取り外しプロセスの間、点状の負荷適用が生じないので）によって、型から慎重に取り外されることができる。取り外しプロセスの間の面負荷は、リフティングパッドの具体的な設計をともなう特殊なコンポーネント形状に適合することができる。自動化は、経費および時間を節約するために可能である。取り外されるコンポーネントが非常に硬いかまたは非常に堅い場合、本発明による方法はまた、現在知られた手動取り外しプロセスよりも有意に高い力を適用することを可能にする。リフティングパッドが平行に接続される場合、局部的な曲げ応力が減少するように、コンポーネントのいくつかの領域を同時に持ち上げることも最終的に可能にする。
【００２２】
本発明の目的は、複合繊維材料からコンポーネントを製造するための成形型によっても果たされる。成形型は、少なくとも１つの凹部を備える。そして、トリミング領域の範囲内で、製造されるコンポーネントの下において、その凹部内に、リフティングパッドは挿入されることができる。目的は、本発明による方法によって製造される少なくとも１つのコンポーネントを含む航空機と同様に、この種の成形型の使用によって、さらに達成される。
【００２３】
本発明の特徴および第２の利点が、本発明の別々の実施形態に関して記述された点に留意する必要がある。本発明の他の特徴、利点および可能な用途は、例示的実施形態の以下の説明および図から生じる。この点で、すべての記述されおよび／または図示された特徴は、本発明の目的を、個々に、そして、この組合せにおいて、（すなわち、個々の請求項におけるそれらの組合せ、または、他の請求項へのそれらの参照にかかわらず、）形成する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
図において、同一または類似の対象物は、同一の参照符号によって識別される。
【図１ａ】図１ａは、本発明による方法の第１の実施形態の概略図を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明による方法の第２の実施形態の概略図を示す。
【図２】図２は、本発明によるシステムの実施形態の概略図を示す。
【図３】図３は、本発明による成形型の概略図を示す。
【図４】図４は、本発明による方法によって製造されるコンポーネントを含む航空機を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１ａは、本発明による製造方法の第１の概念を示す。この例示的実施形態では、本発明による方法は、成形型の対応する凹部にプレースホルダーを挿入するステップ２から開始する。その後、未完成コンポーネントを作成するステップ４が実行される。このステップは、通常、並置、積層および硬化の個々のプロセスから成る。しかしながら、この点でシーケンスの完全性および正当性を要求しない。最高水準の技術は、並置および樹脂注入法を機械化したのと同様に、例えば、繊維の手動並置、手動積層およびそれに続く硬化のような、複合繊維材料から未完成コンポーネントを作成するための多数の別々の手順を含む。
【００２６】
未完成コンポーネントが作り出された後、ステップ６でプレースホルダーを取り除く。説明の導入部においてすでに述べたように、凹部は、プレースホルダーを取り除くステップ６の後、トリミング領域の下の成形型内に位置する。リフティングパッドをこの凹部に挿入してよいステップ８の後、ステップ１０でリフティングパッドを膨張させる。コンポーネント上への過剰な曲げ負荷を防止することができるように、膨張させるステップ１０は、制御された方法で好ましくは行われなければならない。リフティングパッドを逐次膨張させるステップ１０、および、追加的なリフティングパッドを続いて挿入するステップ１２を経て、ステップ１０でそのリフティングパッドを同様に膨張させ、こうしてコンポーネントと成形型との間に中間スペースを生み出すことは、特に好ましい。この連続した手順のため、コンポーネントは、成形型から慎重に取り外される。
【００２７】
本発明による方法の第２の例示的実施形態は、図１ｂに図示される。図１ｂによる方法は、図１ａに図示される方法に代えて、または加えて、実施されてよい。例えば、より大きいコンポーネントは、例えば開口部がそのコンポーネントの一部分の領域にのみ生じる場合、図１ａによる方法を用いることによりその部分が製造され、そして、図１ｂによる方法を利用することにより他の部分が製造されることができる。
【００２８】
この場合、リフティングパッドは、未完成コンポーネントの作成のステップ４の前に、例えば成形型の複数の領域内へのリフティングパッドの挿入８がすでに行われている。そこにおいて、開口部の形状または他の形状の中断（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎ）は、発生する。これは、１または複数のリフティングパッドが、表面が続いて存在しない領域にあることを意味する。そうすると、可能な曲げ、しわ、起伏等は無関係である。この文脈において、挿入されるリフティングパッドは、コンポーネントと成形型との間の硬化装置内にリフティングパッドを導入することを可能にする、耐熱性を有することが特に重要である。硬化プロセスは、本発明による、第２の例示的実施形態による方法のためのリフティングパッドが、対応する高い耐熱性を有することを必要とするように、例えば、２００℃よりも僅かに低い温度で、実施されることができる。さらに、成形型が、リフティングパッドに供給される媒体のための接続（例えば、圧搾空気接続）を含むことは、観察されることを必要とする。
【００２９】
未完成コンポーネントの作成のステップ４の後、リフティングパッドの膨張のステップ１０が行われる。そこにおいて、コンポーネントと成形型との間に生み出される中間スペースまたは中空空間内への、追加的なリフティングパッドのその後の挿入のステップ１２、および、それに続く膨張のステップ１０もまた行われる。このようにして、図１ａに関して記述されるリフティングパッドの膨張による連続したリフティングプロセスもまた、この場合実現される。
【００３０】
図２は、複合繊維材料からコンポーネントを製造するための本発明による１つの可能性のあるシステム１４を示す。そこにおいて、前記システムは、バルブ１８を介してリフティングパッド２０に接続されるコンプレッサ１６の形態の流体源を含む。個々のリフティングパッドまたは図示されるリフティングパッド２０の組合せは、個々のバルブ１８の流動抵抗等を調整することによって、選択的に膨張することができる。図２の具体例は、任意の数のリフティングパッド２０または、説明の導入部において記述したリフティングノブが利用されてよい、例示的な方法で、すなわち、製造されるコンポーネントの寸法、その複雑さ、アンダーカット等に依存して、解釈されなければならない。可能な限りの最も効果的なコンポーネント保護を達成するために、コンポーネント取り外しプロセス全体をモニタして制御するコンピュータ装置２２を利用することは、考えられる。例えば、コンピュータ装置２２は、コンポーネントのあらかじめ決められた最大弾性曲線を上回るのを自動的に防止するために、個々のリフティングパッド２０の膨張を互いに独立して制御してよい。
【００３１】
図３は、例えば、リフティングパッド２０を挿入するための凹部２６を含む、例示的な成形型２４を示す。成形型２４が有意により多くの凹部２６を含んでよいことは、当業者に明らかでなければならない。図３に破線で示される領域２８は、製造中のコンポーネントが内部に延びる、いわゆるトリミング領域を表わす。そこにおいて、このトリミング領域は、コンポーネントが、その最終形状を有するコンポーネントを提供するために硬化された後、整えられる。コンポーネントが、成形型２４の表面３０上に同じ高さのままの状態にあるとき、リフティングパッドが、凹部２６内に挿入されることができることは、明らかである。成形型２４の表面３０とコンポーネントとの間に他のリフティングパッドを挿入することができるように、リフティングパッドが凹部２６の範囲内で膨張されるとき、コンポーネントの一部は、凹部２６の領域において、成形型２４の表面３０から分離することができる。
【００３２】
図４は、本発明による方法によって、本発明による成形型２４上で、および本発明によるシステム１４を用いることによって、製造されたいくつかのコンポーネント３４を含む例示的な航空機３２を示す。
【００３３】
「を含む」は、他の要素またはステップを排除しない点、そして「１」または「１つ」は、複数を排除しない点に留意する必要がある。
【符号の説明】
【００３４】
２…プレースホルダーの挿入
４…未完成コンポーネントの作成
６…プレースホルダーの取り除き
８…リフティングパッドの挿入
１０…リフティングパッドの膨張
１２…リフティングパッドのその後の挿入
１４…本発明によるシステム
１６…コンプレッサ
１８…バルブ
２０…リフティングパッド
２２…コンピュータ装置
２４…成形型
２６…凹部
２８…トリミング領域
３０…成形型の表面
３２…航空機３４…コンポーネント
【図１ａ】
2012512052.tif 000002
【図１ｂ】
2012512052.tif 000003
【図２】
2012512052.tif 000004
【図３】
2012512052.tif 000005
【図４】
2012512052.tif 000006
【国際調査報告】
2012512052.tif 000007
2012512052.tif 000008
2012512052.tif 000009
2012512052.tif 000010
2012512052.tif 000011
2012512052.tif 000012