[发明专利]铺设装置及用于铺设纤维带的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于将纤维带自动铺设在表面上的铺设装置，以及用于将纤维带自动铺设在表面上的方法。

背景技术

在轻型结构中，特别是在飞行器结构和太空旅行中的轻型结构中，纤维增强复合部件以不断增长的程度被应用于非常广泛的结构部件；由于纤维增强复合部件的强度高同时具有低质量，因此纤维增强复合部件具有高的重量节省的潜力。

此处，增强纤维在复合部件中的对准对机械性能(诸如例如刚度和承载能力)具有决定性的影响。增强纤维在理想的情况下应当沿循部件的最终加载方向，不应当具有波度，并且应当尽可能均匀地承受机械载荷。

通过所谓的纤维安置方法(FP方法)提供了用于实现以上概述要求的一种可能。此处，纤维带——该纤维带预浸渍有热塑性塑料材料或热固性塑料材料，通过增强纤维来增强，并且具有介于几毫米(例如约3mm)与几厘米(例如20cm)之间的宽度——借助于机器人导引的铺设头沿着规定的轨迹铺设在成形基部上。铺设过程以自动的方式重复直到连续建立的FP-坯件或预成型件已经实现了期望的几何形状和材料厚度为止。自动铺设过程允许大量制造的、同时具有低的制造成本的纤维复合部件的几何尺寸的可靠再现性。已经由制造商预浸渍的纤维带(所谓的预浸渍带)的铺设优选地沿着确保增强纤维在成品部件中的延伸与力流动路径对准的轨迹而发生。

部件的进一步处理在铺设过程的结束之后根据在基体的成型中布置的塑料材料来进行。如果纤维带例如由可固化的热固性塑料材料——诸如例如环氧树脂——形成，则坯件的固化通常随着压力和/或温度的施加而发生以便完成复合部件。浸渍有热塑性塑料材料的纤维带在铺设过程期间已经要求例如高达450℃的高温，以保持纤维带的足够的柔性。在热塑性纤维带的情况下，在纤维安置铺设过程完成之后没有另外的处理步骤要进行；坯件主动冷却或被动冷却至室温就足够了。然而，在热塑性纤维带的情况下，随后在高压釜中进行固结在一些情况下也可能是必要的。

代替铺设预浸渍的或浸渍的纤维带，也可以使用FP方法来铺设干纤维带；在这样的情况下，由此所产生的预成型件(pre-form)可以在铺设过程之后使用注射或输注方法以树脂填充，并且被固化。这样的FP方法已知为干纤维安置方法，或者笔直丝束安置(direct tow placement)方法。

纤维带通常缠绕到线轴上，所述线轴彼此相邻地存储在所谓的线轴架中。在已知技术的铺设装置中，线轴架附接至铺设头。这样的铺设头特征在于高的重量和复杂的构造，由此复杂的构造致使线轴的更换更困难。

在替代性铺设装置中，线轴架与铺设头一起布置在可移动的基部平台上。此处，线轴架以距铺设头一定的距离而布置；这需要导引纤维带经过多个张力辊和偏转辊。导引经过张力辊和偏转辊以不受保护的方式发生使得纤维带暴露于污染。此外，纤维带的翘曲或扭曲可能随之而来，这对纤维带在铺设头中的对准会有有害的影响。

在已知技术的另一铺设装置中，其中，线轴架在装置的侧向区域中与铺设头分开地定位，纤维带被导引通过鲍登缆绳型通道。虽然通道基本上保护纤维带免受环境影响，但是通道本身可能被污染，并且这些污染物可能沉积到纤维带上。此外，通道导引系统在技术上是复杂的。

发明内容

本发明的目的是创建一种用于将纤维带自动铺设在表面上的铺设装置，铺设装置——其独立于任何特定的铺设头位置——使得能够在铺设头与线轴架之间维持短的距离并且还实现了线轴架的简单的更换。此外，本发明的目的是创建一种用于将纤维带自动铺设在表面上的方法。

该目的通过根据本发明的一个方面的铺设装置以及通过根据本发明的另一方面的方法来实现。

用于将纤维带自动铺设在表面上的本发明的铺设装置具有铺设头安装件和线轴架安装件，其中，铺设头安装件布置在定位装置上并且用于容置铺设头，线轴架安装件用于容置线轴架。根据本发明，线轴架安装件布置在能够被独立地控制且能够平移的(traversable)定位装置上，可以通过定位装置来对铺设头的运动进行追踪。