(57)【要約】【課題】本願発明の課題は、繊維複合要素を製造するための装置を提供することである。【解決手段】繊維複合要素を製造する装置であって、樹脂含浸繊維材料を配置するための表面を持つ多孔材料を有するフィルタープレートと、前記繊維材料に対向する前記フィルタープレートの表面を覆う空気に透過性を有し実質的に樹脂不透過である膜と、前記繊維材料から離れた側面において前記フィルタープレートを支持する成型道具と、記繊維材料から離れた側面において負圧を発生させるための前記成型道具内に形成された吸引開口部と、を有する装置。また、該繊維複合要素を製造するための方法。繊維複合要素を製造するための方法であって、多孔材料を有するフィルタープレートを供給する工程と、前記フィルタープレートの表面の上に樹脂を含浸した繊維材料を配置する工程と、前記フィルタープレートの上に前記繊維材料を空気密閉に覆う工程と、前記成形道具内に構成された吸引開口部より前記繊維材料から離れた前記フィルタープレートの側面で負圧を発生させる工程と、を有する方法。【選択図】図１
2012528024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維複合要素（１０２）を製造する装置（１００）であって、
樹脂含浸繊維材料を配置するための表面（２３０）を持つ多孔材料を有するフィルタープレート（１１０）と、
前記繊維材料に対向する前記フィルタープレート（１１０）の表面（２３０）を覆い、空気透過性を有し実質的に樹脂不透過である膜（１１４）と、
前記繊維材料から離れた側で、前記フィルタープレート（１１０）を支持する成型道具（１０４）と、
前記繊維材料から離れた前記フィルタープレート（１１０）の側で負圧を発生させるために前記成型道具（１０４）内に形成された吸引開口部（１１２）と、を有する装置。
【請求項２】
前記膜（１１４）は、含浸された織物布を含む請求項1に記載の装置（１００）。
【請求項３】
前記多孔材料は、焼結材料（２００）を含む請求項１もしくは２に記載の装置（１００）。
【請求項４】
前記焼結材料（２００）は、０．２〜２ｍｍの粒径（ｄ１、ｄ２）を有する請求項３に記載の装置（１００）。
【請求項５】
前記フィルタープレート（１１０）は、異なる粒径（ｄ１、ｄ２）を有する焼結された２つの層（２０１、２０２）を有し、大きい粒径（ｄ２）を有する層（２０２）は、前記繊維材料から離れた側に配置されている請求項３もしくは４に記載の装置（１００）。
【請求項６】
前記多孔材料は、金属材料、特に銅および／または鋼材で構成してある請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項７】
前記フィルタープレート（１１０）は、１〜５ｍｍの厚さ（ｈ）有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項８】
前記繊維材料を前記フィルタープレート（１１０）上で空気密閉に覆う吸引フィルム（１１８）もしくはシリコーン膜を有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項９】
第一供給ステーション（３１１）において樹脂を前記繊維材料に供給する第一供給手段（３０１）と、
前記フィルタープレート（１１０）に沿って第一供給ステーション（３１１）から離されている第二供給ステーション（３１２）において樹脂を前記繊維材料に供給する第二供給手段（３０２）と、
前記第二供給ステーション（３１２）の領域内にあり、樹脂が検出ステーション（３３２）に到達したかを検出する検出ステーション（３３２）における樹脂検出器（３２２）と、
樹脂が前記検出ステーション（３３２）に到達した時に前記第二供給ステーション（３０２）を起動する制御手段（３４２）と、を有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項１０】
前記検出ステーション（３３２）が、前記第一供給ステーション（３１１）とから離れる方向に第二供給ステーション（３１２）から離されて配置されている請求項９に記載の装置（１００）。
【請求項１１】
繊維複合要素（１０２）を製造するための方法であって、
多孔材料（２００）を有するフィルタープレート（１１０）を供給する工程と、
前記フィルタープレート（１１０）の表面（２３０）の上に樹脂を含浸した繊維材料を配置する工程と、
空気透過性であり、実質的に樹脂に不透過である膜（１１４）を有する繊維材料に対向する前記フィルタープレート（１１０）の表面（２３０）を覆う工程と、
前記フィルタープレート（１１０）の上に前記繊維材料を空気密閉に覆う工程と、
成形道具（１０４）により繊維材料から離れた側面の上で前記フィルタープレート（１１０）を支持する工程と、
前記成形道具（１０４）内に構成された吸引開口部（１１２）を用いて、前記繊維材料から離れた前記フィルタープレート（１１０）の側面で負圧を発生させる工程と、を有する方法。
【請求項１２】
樹脂を含浸した繊維材料を配置する前記工程は、
前記繊維材料を前記フィルタープレート（１１０）の上に配置する工程と、
第一供給ステーション（３１１）において前記樹脂を前記繊維材料に供給する工程と、
検知ステーション（３３２）において前記繊維材料上に前記樹脂が前記検知ステーション（３３２）に到達したかを検知する工程と、
前記検知ステーション（３３２）に前記樹脂が到達した時には前記第二供給ステーション（３１２）において前記樹脂を前記繊維材料に供給する工程と、を有する請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、特に航空機もしくは宇宙航空機のための繊維複合要素を製造するための装置に関する。本願発明は、繊維複合要素を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願発明およびそれに基づく課題は、いかなる繊維複合要素にも適用することができるが、航空機構造に使用するための繊維複合要素に関し詳細に説明する。
【０００３】
このような繊維複合要素は、典型的には、熱硬化性ポリマーマトリクスに埋め込まれている、例えば、炭素、アラミドおよび／またはガラスの繊維を有する。従来の製造工程としては、プリプレグと言われる樹脂を含浸させた繊維を化合物に従い成形道具に注入し、例えば樹脂を熱により硬化させる。他の従来の方法としては、まず始めに、含浸していない繊維を成形道具の中に配置し、液体樹脂を成形道具の中に入れることにより樹脂を含浸させる。そして、樹脂は、成形道具の中で硬化させる。
【０００４】
該繊維複合要素の中に空気が入るのを防いだり、さらに孔を防いだりするためには、繊維を硬化前の未硬化樹脂マトリクスと共に成形道具内で密封し、そして吸引する。吸引の質は、孔の形成に影響し、その後の化合物の質を左右する重要な要因の一つである。密封された部材の製造には、例えば、吸引フィルム、シリコーン膜、もしくは吸引バッグを使用する。
【０００５】
しかしながら、このようなフィルムで密封された空間を好適な吸引ポイントから吸引すると、特に平面的に伸びる繊維複合要素の場合においては、フィルムが急速な吸引により化合物の表面に引き寄せられ、化合物表面から吸引ポイントへのさらなる空気の流通を阻害してしまうという影響があった。これが、化合物の表面の上で達成される吸引の質を制限し、そのため、孔の発達を十分に防ぐことができない。
【０００６】
平らな吸引を可能にするには、吸引フィルムと繊維複合要素の間に別の補助布を通常配置し、吸引フィルムから吸引される。補助布は、増加する吸引圧力のもとでも空気の流通を可能にするように構築されていなければならない。純粋な布層だと表面の質を著しく低下させるため、穿孔圧力シートおよび穿孔フィルムを、特に布層と繊維複合要素の間に対応手段として配置する。全体としては、いくつもの層の複雑な構造が、繊維複合要素の各製造時に形成される。これは、繊維複合要素の質および高い製造コストと調和するように慎重に行われなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本願発明の課題は、特に平面的に伸びる繊維複合要素を高い品質かつ低コストで製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する繊維複合要素を製造する装置および請求項１１に記載の特徴を有する繊維複合要素を製造する方法に係る本願発明により達成される。
【０００９】
本願発明は、多孔材料を有するフィルタープレートを成形道具の成形表面の上に配置して、樹脂含浸繊維材料を成形する思想を基本としている。該装置は、繊維材料から離れていてフィルタープレートの横にあり負圧を発生させる手段も有している。
【００１０】
フィルタープレートの材料が多孔質であることは、フィルターとして機能する表面全体を吸引することを可能にし、さらに繊維材料に対向するフィルタープレートの側面も吸引することを可能にし、もしくは反対方向における平面的な方法での吸引により空気を除くことを可能にし、それによりフィルタープレートに対向する繊維材料の全表面に対し高品質な吸引を可能にして繊維複合要素における孔の形成を効果的に防ぐ。この点に関し、プレートとして構成されている多孔材料に固有の低変形性は、吸引による影響で材料が圧迫されることを防ぎ、それにより、追加で挿入される穿孔シートもしくは類似の複合手段なしでも繊維複合要素の高い寸法正確性と表面品質を可能にしている。
【００１１】
装置の使用時には、樹脂含浸繊維材料はフィルタープレートの上に配置され、繊維材料はフィルタープレートの上に密封して覆われ、そして吸引は、繊維材料から離れたフィルタープレートの側面から行われる。フィルタープレートの材料の低変形性により、繊維複合要素の寸法正確性を犠牲にすることなくフィルタープレートを成形道具内に配置できるため、それぞれの繊維複合要素の製造のために新たにフィルタープレートを配置する必要がない。吸引を繊維材料から離れた側面で行うことにより、対応する手段を永久的にセットしておくことを可能にし、それにより各製造工程のためにそれらを新たに構築しなくてもよいため経済的に有利である。
【００１２】
好ましい形態によれば、多孔材料は焼結材料を有する。このような材料は、特に高い固有の安定性により特徴付けられており、それにより焼結材料に形成された孔は開いたままであり、特に繊維複合要素の高い寸法正確性を達成している。焼結材料は、好ましくは、０．２〜２ｍｍの粒径を有しており、それにより、一方ではフィルタープレートを通る空気の流通を妨げず、さらにもう一方では、繊維材料の側面での十分な平面的な表面を可能にする。
【００１３】
好ましい形態によれば、フィルタープレートは、異なる粒径を有する焼結材料の２つの層を有する。大きい粒径を有する層は、繊維材料から離れた側面に配置されている。結果的に、繊維材料の側面にあるさらに細かい多孔表面により、繊維複合要素の特に高い表面品質を達成し、同時に繊維材料から離れた層におけるより大きい孔は、フィルタープレートの最適な空気透過性を保証する。
【００１４】
好ましい形態によれば、多孔材料は、装置を特に強くする金属材料を有する。好ましい金属材料は、それらの荷重容量により、例えば、銅および／または鋼材が好ましい。
【００１５】
好ましい形態によれば、フィルタープレートは、１〜５ｍｍの厚さを有する。これにより、良好な固有の安定性と共に良好な空気透過性を可能にする。
【００１６】
好ましい形態によれば、樹脂に実質的に不透過性であり、さらに繊維材料に対向するフィルタープレートの側面を覆う膜が提供される。これは、樹脂が樹脂含浸繊維材料から出てフィルタープレートの孔に入り込むのを防ぐ。
【００１７】
好ましい形態によれば、吸引フィルムもしくはシリコーン膜は、フィルタープレートの上で繊維材料を空気密閉に覆うためにも提供されている。これは、吸引接続ピースもしくはそれに類似するものを吸引フィルムまたはシリコーン膜に着けなくてもよいことから、特に容易に置くことができる。
【００１８】
好ましい形態によれば、該装置は、第一供給ステーションにおいて繊維材料に樹脂を供給する第一供給手段と第二供給ステーションにおいて繊維材料に樹脂を供給する第二供給ステーションを有する。第二供給ステーションは、第一供給ステーションからフィルタープレートの伸長方向に離されている。さらに、第二供給ステーションの領域内の検知ステーションにおける樹脂検知器も提供され、これにより検知ステーションに樹脂が到達したかを検知し、さらに樹脂が検知ステーションに到達した時に第二供給ステーションを起動する制御手段も提供される。これにより、浸潤する際に樹脂は、化合物の大きさとは無関係に供給ステーションの間に相当する経路を覆うだけでよいため、特に大きい繊維複合要素を製造することが可能になる。検知ステーションは、好ましくは第一供給ステーションの方向に第二供給ステーションから離れて配置されている。これにより、制御手段が第二供給ステーションを起動した時には、樹脂が第二供給ステーションに到達していることを保証し、二つの供給ステーションにより供給される樹脂の量の間に空気が含まれるのを防ぐ。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
以下の図面を参照し本願発明の実施形態をより詳しく説明する。
【００２０】
【図１】図１は、一実施形態に係る複合要素を製造するための装置の模式図である。
【図２】図２は、一実施形態に係る装置のフィルタープレートの詳細な断面図である。
【図３】図３は、複合要素の実施例の断面図である。
【図４】図４は、一実施形態に係る航空機胴体部分を製造するための方法および装置の模式図を示す。
【００２１】
図面では、特段の記載がない限り、同じ符号は同一もしくは機能的に同一の部分を示す。
【００２２】
図１は、複合要素１０２を製造するための装置１００の模式的断面図である。装置１００の成形道具１０４は、成形表面１０６に凹部を有する。凹部の底面に形成され、成形表面１０６には、成形道具１０４を通って成形表面１０６から離れていて成形道具１０４の背面側に構成されている吸引接続ピース１１２まで続く吸引開口部１１１が形成されている。吸引接続ピース１１２は、吸引ポンプ１１３と吸引チューブにより繋がっている。
【００２３】
成形道具１０４の凹部には、例えば、成形表面１０６により平面的に支持されさらに成形道具１０４の凹部を完全に満たす焼結材料などの多孔材料からなるフィルタープレート１１０が配置されている。成形表面１０６から離れたフィルタープレート１０２の表面は、半透過性膜１１４により覆われており、この半透過性膜１１４は、樹脂に対しては不透過であり、空気に対しては透過性を示し、例えば、含浸された薄い織物布等が対応する。成形道具１０４の端部には、吸引フィルム１１８を成形道具１０４と共に空気密封に密閉するシール１１６がフィルタープレート１１０を囲むように配置されている。繊維複合要素１０２は、吸引フィルム１１８と膜１１４に覆われているフィルタープレート１１０の間に配置されている。
【００２４】
装置１００の使用時には、繊維複合要素１０２は、例えば、図示するような状態でフィルタープレート１１０の上にプリプレグの形態で配置され、さらに吸引フィルム１１８に覆われている。吸引ポンプ１１３は、その後、繊維複合要素１０２を囲む空間を吸引し、そして例えば加熱装置（図示していない）の手段の加熱により繊維複合要素１０２を硬化する。加えて、例えばオートクレーブなどにより外圧を加えることもできる。
【００２５】
図２は、例えば図１のフィルタープレート１１０などのフィルタープレート１１０の詳細な断面図を示す。フィルタープレート１１０は、例えば銅、鋼材、もしくはセラミックスなどの焼結材料２００の重なり合う第一および第二層２０１と２０２を有する。厚さｈ１の第一層２０１は、粒径ｄ１（直径）が、厚さｈ２の第二層２０２の粒径ｄ２よりも小さい。粒径ｄ１、ｄ２は、例えば０．２〜２ｍｍの間の範囲であり、フィルター１１０の全体の厚さｈは、おおよそ１〜５ｍｍである。粒径ｄ１、ｄ２、および厚さｈ１、ｈ２は、空気透過性孔２１０が残るように、フィルタープレート１１０が安定で、使用時には繊維複合要素と表面２３０が対向するように、それぞれ調製されている。
【００２６】
図３は、図１に示す装置により製造することができる複合要素１０２の例を断面図にして示したものである。複合要素１０２は、泡状材料からなる平面伸長コア４０８を有し、繊維材料からなり対向する平行な側面に構成される第一被覆層４０１と第二被覆層４０２を有する。第一被覆層４０１と第二被覆層４０２の間に伸びているのは、コア４０８を通る繊維束からなるストラット４０３と、被覆層４０１および４０２に対してストラット４０３を支える端部４０６と、を有する。被覆層４０１および４０２とストラット４０３は、例えば図１に記載の装置の配置により除去された状態でも供給できる一般的なポリマーマトリクスで満たされている。
【００２７】
図４は、例えば、図３に記載の内部構造を持つ繊維複合要素の形態で航空機胴体部分のための胴体シェル１０２を製造するための方法および装置を模式的に示している。
【００２８】
該装置は、航空機胴体の外表面を形づける成形道具１０４を有する。内側成形表面１０６にくっついているのは、航空機の形状に対応する円柱状にカーブしたフィルタープレート１１０であり、成形表面１０６により支持されている。図３に示す構造を持つ含浸していない繊維材料１０２は、フィルタープレート１１０を覆う膜１１４の上に配置されており、吸引フィルム１１８により空気密封にフィルタープレートの上で密閉されている。
【００２９】
成形道具１０４の最下端の第一供給ステーション３１１に配置されているのは、樹脂を繊維材料１０２に吸引フィルム１１８を介して供給する第一供給手段３０１である。さらなる供給手段３０２〜３０６は、胴体シェル１０２の曲線に沿って第一供給手段３０１の上流におおよそ定間隔に配置されている。
【００３０】
フィルタープレート１１０には、供給手段３０２〜３０６のそれぞれの近距離に、関連する樹脂検知器３３２〜３３６が取り付けられており、これらはそれぞれ関連する供給手段に対して第一供給ステーション３１１から離れる方向にそれぞれ若干ずれて取り付けてある。樹脂検知器は、樹脂を検出すると対応する検出器ライン３９２を介して検出シグナルを発する。例えば、樹脂検出器３３２〜３３６は、貫通する樹脂を視覚的に記録する軽いバリアを有する好適な凹部を有する。
【００３１】
検出ラインは、装置１００の制御手段３４２の検出ユニット３４３へと導き、検出ユニット３４３は作業時に受信したシグナルを評価し、樹脂検出器３３２〜３３６の反応に際し、制御手段３４２の起動ユニット３４４に指示を出し対応するライン３９０の起動を介して供給ユニット３０２〜３０６をそれぞれ起動する。残りの供給手段３０２〜３０６への樹脂供給は、同時に便宜的に中断することもできる。
【００３２】
上述のように好ましい実施形態を元に本願発明を記載したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、多くの異なる形に変形することができる。
【００３３】
例えば、多孔材料は同じ粒径の一層だけからなってもよく、もしくは多数の異なる粒径を混ぜてもよい。多孔材料は、例えば化学的処理等による異なる方法で焼結されてもよい。
【００３４】
実施形態
１．繊維組成物を製造する装置であって、樹脂含浸繊維材料を成形するための成形表面を有する成形道具と、
成形表面に配置され、さらに多孔材料を有するフィルタープレートと、
繊維材料から離れたフィルタープレートの側面の成形表面にある負圧を発生させる手段と、を有する装置。
２．前記多孔材料は、焼結材料を含む実施形態１に記載の装置。
３．前記焼結材料は、０．２〜２ｍｍの粒径を有する実施形態２に記載の装置。
４．前記フィルタープレートは、異なる粒径を有する焼結材料の２つの層を有し、大きい粒径を有する層は、繊維材料から離れた側に配置されている実施形態２もしくは３に記載の装置。
５．前記多孔材料は、金属材料、特に銅および／または鋼材である実施形態１〜４のいずれかに記載の装置。
６．前記フィルタープレートは、１〜５ｍｍの厚さを有する実施形態１〜５のいずれかに記載の装置。
７．樹脂に対しては実質的に不透過であり、繊維材料に対向するフィルタープレートの側を覆う膜を有する実施形態１〜６のいずれかに記載の装置。
８．前記繊維材料を前記フィルタープレート上で空気密閉に覆う吸引フィルムもしくはシリコーン膜を有する実施形態１〜７のいずれかに記載の装置。
９．第一供給ステーションにおいて樹脂を前記繊維材料に供給する第一供給手段と、
前記フィルタープレートに沿って第一供給ステーションから離されている第二供給ステーションにおいて樹脂を前記繊維材料に供給する第二供給手段と、
前記第二供給ステーションの領域内にあり、樹脂が到達したか検出する検出ステーションにおける樹脂検出器と、
樹脂が前記検出ステーションに到達した時に前記第二供給ステーションを起動する制御手段と、を有する実施形態１〜８のいずれかに記載の装置。
１０．前記検出ステーションが、前記第一供給ステーションの方向に第二供給ステーションから離されて配置されている実施形態９に記載の装置。
１１．繊維複合要素を製造するための方法であって、多孔材料を有するフィルタープレート供給する工程と、
前記フィルタープレートの上に樹脂を含浸した繊維材料を配置する工程と、
前記フィルタープレートの上に前記繊維材料を空気密閉に覆う工程と、
前記繊維材料から離れている前記フィルタープレートの側面で負圧を発生させる工程と、を有する方法。
１２．樹脂に対して実質的に不透過な膜で繊維材料に対向する側面の上にあるフィルタープレートを覆う工程を有する実施形態１１に記載の方法。
１３．成形道具により繊維材料から離れた側面の上で前記フィルタープレートを支持する工程を有する実施形態１１もしくは１２に記載の方法。
１４．前記吸引は、前記成形道具内に構成された吸引開口部より行われる実施形態１３に記載の方法。
１５樹脂を含浸した繊維材料を配置する前記工程が、前記繊維材料を前記フィルタープレートの上に配置する工程と、
第一供給ステーションにおいて前記樹脂を前記繊維材料に供給する工程と、
前記繊維材料の上の検知ステーションにおいて前記樹脂が前記検知ステーションに到達したかを検知する工程と、
前記検知ステーションに前記樹脂が到達した時には第二供給ステーションにおいて前記樹脂を前記繊維材料に供給する工程と、を有する実施形態１１〜１４のいずれかに記載の方法。
【符号の説明】
【００３５】
１００        製造装置
１０２        繊維複合要素
１０４        成形道具
１０６        成形表面
１１０        フィルタープレート
１１１        吸引開口部
１１２        吸引接続ピース
１１３        吸引ポンプ
１１４        膜
１１６        シール
１１８        吸引フィルム
２００        焼結材料
２０１、２０２  層
２１０        空気の流れ
３０１〜３０６  供給手段
３１１、３１２  供給ステーション
３２２〜３２６  樹脂検出器
３３２        検出ステーション
３４２        制御手段
３４３        検出ユニット
３４４        起動ユニット
３９０        起動ライン
３９２        検出ライン
４０１、４０２  被覆層
４０３        ストラット
４０６        支柱
４０８        泡状材料
ｄ１、ｄ２    粒径
ｈ１、ｈ２    各層の厚さ
ｈ            全体の厚さ
【図１】
2012528024.tif 000003
【図２】
2012528024.tif 000004
【図３】
2012528024.tif 000005
【図４】
2012528024.tif 000006
【国際調査報告】
2012528024.tif 000007
2012528024.tif 000008
2012528024.tif 000009
2012528024.tif 000010
2012528024.tif 000011
2012528024.tif 000012
2012528024.tif 000013
2012528024.tif 000014
2012528024.tif 000015
2012528024.tif 000016