繊維強化プラスチックの部品を製造するための方法および装置
本方法は、a)素材(3)を提供し、b)セグメント(1;22)を備えたセットを備えた第1のツールを提供し、c)閉ポジションで互いに隣接配置されたとき製造される部品表面の形状を描く第2のツール面を形成するセグメント(2a;2b)の第1・第2のセットを備えた第2のツールを提供し、d)閉ポジションへと第2のツールの第1のセットのセグメント(2a)を移動させ、e)閉ポジションへと第2のツールの第2のセットのセグメント(2b)を移動させ、f)第1・第2のツールに圧力を加えてその間で素材(3)を圧縮するステップを具備する。セグメント(2a;2b)は、閉ポジションに向かうセグメント(2b;21)の移動の間絶えず、このセグメント(2b;21)に関する閉ポジションまでの瞬間移動距離は、セグメント(2a;20)に関する閉ポジションまでのそれを超えるよう移動させられる。これは、繊維強化プラスチック、特にホイール、リムなどのリング状部品の製造を可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品の製造、特に繊維強化プラスチックからなる部品の製造に関する。それは、請求項の冒頭に記載された方法および装置に関する。
【０００２】
本発明は、多くの分野で、たとえば自動車などのためのリムあるいはホイールの製造の分野で、あるいは航空機製造の分野で、特に胴体を補強するのに使用されるストリンガーの製造において利用可能である。電気産業において、本発明は、たとえば、熱可塑性ガラス繊維プレプレグからのガラス繊維強化インシュレータの製造のために利用可能である。
【背景技術】
【０００３】
自動車産業においては、非常に軽量な部品、ならびに高い剛性および強度と組み合わされた良好な破壊挙動を呈する部品が絶えず求められている。これは、たとえば、ホイールおよびリムに当てはまる。リムあるいはその一部を製造するための、さまざまな手法が当該分野においては周知である。
【０００４】
特許文献１は、繊維強化プラスチックからなるホイールを開示しているが、ここでは、繊維ストランドの大部分は、リム内では周方向に、そしてホイールスパイダー内では半径方向に向けられている。これは、たとえば、単方向無端繊維の巻き取りによって実現される。これは、特に、複雑な部品ジオメトリーの場合に、産業分野における製造方法の実施を困難にする。
【０００５】
特許文献２においては、湾曲した繊維強化熱可塑性樹脂プロファイルの製造方法が提案されている。熱可塑性樹脂予備含浸繊維(通常、熱可塑性「プレプレグ」と呼ばれる)は、成形ツール内で加圧されながら加熱される。そのようにして成形されたプレプレグプロファイルは、成形プロセスの後に冷却される。続いては、プレプレグプロファイルが、二つの本質的に固定された部材間のスロットを経て滑り様式で押し付けられる。このようにして、プレプレグプロファイルには、再び、圧力が、すなわちツール部材との滑り相互作用に由来する圧力が加えられる。プロファイルには、こうして、基本的に、固定ツール部材と湾曲ツール部材の湾曲との間のスロットの断面が付与される。この方法の欠点は、熱可塑性樹脂プロファイルは、それが動いている間に処理されることである。すなわち、プレプレグの層は、処理の間に、滑るか、曲がるか、変位することがあり、これによって最終製品が損傷する。この方法を採用する場合、温度および圧力を概ね一定に維持することはさらに困難である。さらに、リング状部品などの、ある形状の部品は、この方法では製造できない。
【０００６】
特許文献３においては、複合素材の事前成形コンポーネント(プリフォーム)を製造するための方法が開示されている。繊維状プレアセンブリ、すなわち所定配向の繊維を有する布が使用される。布の変形可能なメッシュが事前成形マトリックスあるいは成形具上に配置され、続いて、この成形具の周囲で数層の厚みまで巻回される。この巻回体は成形具の大きな直径で固定され、これによって、繊維は規定の様式で配向される。こうして得られたプリフォームはリングのような形状を持つことができる。このプリフォームは形枠内に配置でき、そして続いて、レジンを真空圧のもとでかつ／または移送圧力を用いてプリフォームを経て移送することができ、そして最後に、レジンを適切な温度で架橋することができる。熱可塑性レジンの射出は、熱可塑性素材の高い粘性のために、不可能あるいは少なくとも極めて困難であると予測される。
【０００７】
特許文献４は、シームレス金属製ホイールリムの製造方法を開示している。このリムの所望の断面は、二つの輪郭取りされた円形型枠によって、金属の基礎リング形状部材上に押し付けられる。この方法は、繊維複合素材に対して簡単に適用することはできない。なぜなら、金属において生じる成形メカニズムが繊維を含む素材においては生じないからである。
【０００８】
特許文献５においては、熱可塑性複合素材からなるシームレスリング形状構造体の製造方法が開示されている。この多少シンプルな方法は、インナーおよびアウターリング形状型枠間に、熱可塑性複合プレプレグ素材の複数の層からなる環状プリフォームを装填することに基づく。二つの上記型枠の少なくとも一方は、それがプリフォームの一部に圧力を局所的に加えるように回転し、ここで、プリフォームは、少なくとも圧力が加えられる領域において処理温度まで加熱される。明らかに、この動的処理を自動化しようと試みときに問題が生じる。さらに、プリフォームのプレプレグ素材の層のスリップあるいはオーバーラップ作用を回避するために適切な圧力を加えている間に一定の処理温度分布を実現することは、かなり困難である。温度および圧力などの最適化された処理パラメーターを用いてさえ、産業スケールでの利用のために必要な再現性および品質を保証するのは困難あるいは不可能である。なぜなら、処理を通じて、こうしたパラメーターを一定に適用するのは、産業的な製造を実現するためには明らかに不可能であるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第101 45 630号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第43 35 062号明細書
【特許文献３】欧州特許第842 757号明細書
【特許文献４】英国特許出願公開第2 010 155号明細書
【特許文献５】国際公開第2008/050405号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一つの目的は、上記欠点あるいは問題を呈さない部品を製造するための方法を創出することである。さらに、部品を製造するための個々の装置が提供される。
【００１１】
本発明の別な目的は、部品、特に優れた機械的特性を備えた軽量部品、特に良好な破壊挙動および／または高い剛性および／または高い強度を有する部品を製造するための可能性を提供することである。
【００１２】
本発明の別な目的は、強化プラスチック性の部品を製造するための可能性を提供することである。
【００１３】
本発明の別な目的は、部品を、特に強化プラスチック製の部品を、とりわけ強化熱可塑性樹脂製の部品を製造する際に、大きなプロセスウィンドウ(process windows)を提供するための可能性を提供することである。
【００１４】
本発明の別な目的は、急な破損の場合に特に安全な挙動を示す部品を製造するための可能性を提供することである。
【００１５】
本発明の別な目的は、改良された破壊挙動を示す部品を製造するための可能性を提供することである。
【００１６】
本発明の別な目的は、部品を製造するための改良されたサイクル時間を実現するための可能性を提供することである。
【００１７】
本発明の別な目的は、特殊な形状あるいはジオメトリーを、特に環状あるいはリング状形状あるいは類似の形状を有する部品を製造するための可能性を提供することである。
【００１８】
本発明の別な目的は、シームレスな部品、特にシームレスなリング形状部品を製造するための可能性を提供することである。
【００１９】
本発明の別な目的は、改良された絶縁特性(特に熱および／または電気絶縁)を有する部品、および／または改良された化学的不活性あるいは耐性を示す部品を製造するための可能性を提供することである。
【００２０】
本発明の別な目的は、部品を、特に実質的に強化プラスチックからなる部品を一層容易に製造するための可能性を提供することである。
【００２１】
本発明の別な目的は、実質的に強化熱可塑性樹脂から、特にガラス繊維強化熱可塑性樹脂あるいは炭素繊維強化熱可塑性樹脂からなる部品を製造するための改善された可能性を提供することである。
【００２２】
本発明の別な目的は、リムあるいはホイールあるいはその一部を製造するための改善された可能性を提供することである。
【００２３】
本発明の別な目的は、インシュレータ、特に強化インシュレータを製造するための改善された可能性を提供することである。
【００２４】
本発明の別な目的は、胴体の補強要素として航空機において使用するためのストリンガーを製造するための改善された可能性を提供することである。
【００２５】
さらなる目的は、以下の説明ならびに実施形態から明らかである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的の少なくとも一つは、少なくとも部分的に、本発明に係る装置および方法によって達成される。
【００２７】
部品を製造するための方法は、
ａ)素材を提供するステップと、
ｂ)少なくとも一つのセグメントを備えた少なくとも一つのセットを備えた第１のツールを提供するステップと、
ｃ)少なくとも一つのセグメントであって、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で互いに隣り合って配置されたとき、製造されることになる部品の表面の一部の形状を描く第２のツール面を形成する少なくとも一つのセグメントの少なくとも一つの第１および少なくとも一つの第２のセットをそれぞれ備えた第２のツールを提供するステップと、
ｄ)閉ポジションへと第２のツールの第１のセットの少なくとも一つのセグメントを移動させるステップと、
ｅ)閉ポジションに向かってかつ閉ポジションへと第２のツールの第２のセットの少なくとも一つのセグメントを移動させるステップと、
ｆ)第１および第２のツールの少なくとも一方に対して圧力を加えることによって、少なくとも第１および第２のツール間で素材の少なくとも一部を、特に少なくとも実質的に素材の全てを圧縮するステップとを具備し、
第２のツールのセグメントは、閉ポジションに向かう第２のツールの第２のセットの少なくとも一つのセグメントの移動の間絶えず、第２のツールの第２のセットの少なくとも一つのセグメントに関する閉ポジションまでの瞬間移動距離は、第２のツールの第１のセットの少なくとも一つのセグメントに関する閉ポジションまでの瞬間移動距離を上回るように移動させられる。
【００２８】
上記第１および第２のツールを検討することもでき、したがって、それらを第１および第２の加圧ツールあるいは第１および第２の型枠と呼ぶことができる。
【００２９】
ある実施形態では、本方法は、強化プラスチック製の部品を製造するための方法、特に繊維強化プラスチック製(特に繊維強化熱可塑性樹脂製)の部品を製造するための方法である。
【００３０】
先に提示した実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、上記部品を産業的に生産するための方法である。
【００３１】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材は樹脂を含み、かつ、上記圧縮は樹脂の架橋を促進するために実施される。
【００３２】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、完成品であるか、あるいは、一つ以上の仕上げ生産ステップを経ることになる中間製品である。
【００３３】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、シームレス部品を製造するための方法である。
【００３４】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記セグメントは、所定の方向あるいは経路に沿って移動させられる。
【００３５】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第１および第２のツールの上記セグメントは、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で配置されたとき、製造されることになる上記部品の表面の一部の形状を描くツール面を形成し、特に、上記第１および第２のツールの上記セグメントは、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で配置されたとき、実質的に、製造されることになる上記部品の完全な表面の形状を描くツール面を形成する。
【００３６】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、ステップｆ)は、上記素材(あるいはその一部)を所望の形状に成形するために実施され、素材に加えられる圧力は成形圧力とも呼ばれる。
【００３７】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、ステップｆ)における作用圧力は、上記第２のツールのセグメントに対する少なくとも上記第１のツールのセグメントの相対的な移動を引き起こす。
【００３８】
実際、ある実施形態において、ステップｆ)における圧縮の間、二つの段階を区別することは可能である。すなわち、全てのツールが閉ポジションに達する前の加圧に関して、この段階では、少なくとも上記第２のセットのセグメントが移動させられ、この段階は、素材内のガス(通常は空気)を素材から除去するために有用である。そして、第１のセットのセグメントおよび第２のツールの第２のセットのセグメントが既に閉ポジションにある間の加圧に関し、この段階の間は、第２のセットのセグメントに対する第１のセットのセグメントの相対移動は、もはや生じない。
【００３９】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、ステップｄ)において、上記第２のツールの上記第１のセットの少なくとも一つのセグメントは、上記閉ポジションに向かってかつ閉ポジションへと初期ポジションから移動させられる。
【００４０】
先に提示した実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第２のツールの上記第２のセットの上記セグメントの少なくとも一つは、上記第２のツールが上記閉ポジションにあるときには、上記第２のツールの上記第１のセットの一つ以上の隣接セグメント間に配置され、そして上記第２のツールの上記第１のセットの上記一つ以上の隣接セグメント間の開口は、上記初期ポジションから上記閉ポジションに達する前に第１のセットによって到達された中間ポジションまで、上記第２のツールの上記第２のセットの上記セグメントの上記少なくとも一つが上記閉ポジションに向かう、その途上で通り抜けるには小さすぎる。
【００４１】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第２のツールのセグメントに対して加えられる圧力の方向は、少なくとも実質的に、少なくとも上記閉ポジション付近にあるとき、ステップｄ)およびｅ)のそれぞれにおいて言及した個々のセグメントの移動の方向と一致する。特に、ステップｄ)およびｅ)のそれぞれにおいて言及した上記移動は、少なくとも実質的に、直線に沿って実施され、かつ、圧力の上記方向は、少なくとも実質的に、移動のそれぞれの方向と一致する。
【００４２】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、主として、特に実質的に、連続繊維強化部品である(そして上記素材は、これに対応して、連続繊維強化プラスチックを含む)。そうした実質的に連続した繊維によって強化された部品は、顕著な特性を有する。
【００４３】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、主として、特に実質的に、配向された繊維である繊維を含む(かつ上記素材はこれに対応して配向された繊維を含む)。そうした様式で補強された部品は、顕著な特性を発揮し得る。繊維の向きは、製造されることになる部品の所望の特性に応じて選択される。たとえば、最適な繊維の向きを見つけるために計算／シミュレーションを実施できる。たいてい、素材には複数の層が含まれ、その一つ以上は同じ、そしてその一つ以上は異なる繊維の向きを有することになる。
【００４４】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、リムあるいはホイールあるいはその一部である。
【００４５】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、インシュレータ、特に強化インシュレータ、特に実質的に円筒形状インシュレータである。
【００４６】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、胴体の補強要素として航空機において使用されるストリンガーである。
【００４７】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第２のツールの上記第１のセットは、上記第２のツールの上記第２のセットが上記素材と接触状態とされる前に、上記素材と接触状態とされる。特に、圧力は、上記第２のツールの上記第１のセットによって上記素材に対して圧力が加えられた後でのみ、上記第２のツールの上記第２のセットによって上記素材に対して加えられる。とりわけ、上記第２のツールの上記第１および第２のセットは、圧力が上記第２のツールの上記第２のセットによって上記素材に加えられたとき、圧力がまた、上記第２のツールの上記第１のセットによって上記素材に加えられるように構成され、配置され、そして動作させられる。
【００４８】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第１のツールはアウターツールでありかつ上記第２のツールはインナーツールであり、あるいは逆も同様であり、特に、インナーツールは、上記移動ステップの間、概して上記アウターツールによって描かれる形状の概して内側に配置される。
【００４９】
たいてい、上記第１のツール、特にそのセグメントは、第２のツールのセットの移動の間、適所にて保持される。これは、上記第１のツールのセグメントに対して相応の力を加えることによってかつ／または第１のツールのセグメントを互いに固定することで実現できる。特に興味深いのは、第１のツールがアウターツールでありかつ第２のツールがインナーツールである場合である。この場合、繊維、特に素材中に含まれる連続繊維は、上記圧縮作用の間に、少なくとも主として引き伸ばされ、これによって、たいてい、特に有利な素材特性が実現される。
【００５０】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、セグメントの上記セットの少なくとも一つ(特にそのそれぞれ)は、少なくとも二つの、特に少なくとも三つの、とりわけ少なくとも四つのセグメントを備える。
【００５１】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、上記圧縮の間、少なくとも実質的に同時に、上記セットの一つの全てのセグメント(それが上記第１のツールのセットあるいは上記第２のツールのセットでも)を移動させることを含み、特に、ここで、これは、インナーツールのセットのそれぞれに対して、あるいは上記セットのそれぞれに対して当てはまる。特に、ここで、上記セットの上記のものの全てのセグメントの上記移動のために、一つのそして同じ駆動源によって駆動される。
【００５２】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、上記圧縮の間、実質的に同じ速度で、上記セットの一つの全てのセグメント(それが上記第１のツールのセットあるいは上記第２のツールのセットでも)を移動させることを含み、特に、ここで、これは、インナーツールのセットのそれぞれに対して、あるいは上記セットのそれぞれに対して当てはまる。
【００５３】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材は、実質的にフォイルあるいはシートあるいは細片の形態で提供され、特に上記第１および第２のツール間に装填される。
【００５４】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材ならびに上記部品は、強化プラスチック、特に繊維強化プラスチックを含むか、あるいは少なくとも実質的にそれからなる。
【００５５】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第１および第２のツール間に装填された上記素材は熱可塑性樹脂からなる。熱可塑性樹脂は、さらに迅速な製造(より短い製造サイクル時間)を可能とし、それらは高い破壊靭性ならびに良好なリサイクル性を有し、かつ、あるものは高い温度耐性を示す。
【００５６】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材は、実質的に、プリフォームあるいはプリプレグ素材である。
【００５７】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材は、上記第１および第２のツール間に手作業で装填される。
【００５８】
先に言及した実施形態を除いて、先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材は、上記第１および第２のツール間に自動的に、特にロボットによって装填される。
【００５９】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、上記圧縮の前に、そして特に上記第１および第２のツール間に素材を装填した後に、上記素材を加熱することを含む。熱可塑性樹脂に関しては、加熱は重要であり、一方、熱硬化樹脂およびエラストマーの場合には、加熱を省略することが可能である。
【００６０】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、上記圧縮の間に、上記素材を加熱することを含む。
【００６１】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、特に上記圧縮の前および／またはその間に、上記素材の温度をモニタリングすることを、特にそれを制御することを含む。
【００６２】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、
・実質的に閉じた形状;あるいは、
・ほとんど閉じたい形状;あるいは、
・概ねあるいは少なくとも部分的に凹状内面および概ねあるいは少なくとも部分的に凸状外面を有する開放形状を描く部分を備え、
あるいは、上記部品は、実質的に、
・実質的に閉じた形状;あるいは、
・ほとんど閉じたい形状;あるいは、
・概ねあるいは少なくとも部分的に凹状内面および概ねあるいは少なくとも部分的に凸状外面を有する開放形状を描く。
【００６３】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、概ねリング形状あるいはリング状構造体を有する部分を備え、あるいは、上記部品は実質的にリング形状あるいはリング状構造体を有する。
【００６４】
そうした種類の部品は、特に、素材が実質的に強化熱可塑性樹脂、特に繊維で強化された、とりわけ連続繊維で強化された熱可塑性樹脂である場合に、別の方法では製造が困難である。
【００６５】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は実質的に環状形状を有する部分を備え、あるいは上記部品は実質的に環状形状を有する。
【００６６】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材を圧縮する間、上記第２のツールの上記第１のセットと接触状態にある上記素材の面積は、上記第２のツールの上記第２のセットと接触状態にある上記素材の面積よりも大きく、特に少なくとも２倍であり、とりわけ少なくとも３倍である。
【００６７】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第１および第２のツールは、その形状が上記部品の形状を決定するツールであり、特に、上記第１および第２のツールの形状は、それらが閉ポジションと呼ばれる既定の様式で配置された際に、製造されることになる部品の形状に対応する形状を描くツールである。
【００６８】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、ツールは、既定の様式で配置された際に、製造されることになる上記部品の形状に少なくとも実質的に対応するキャビティを形成する。
【００６９】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第２のツールの上記第１のセットおよび／または上記第２のツールの上記第２のセットに関して、個々のセットのセグメントは、上記個々のセットのセグメントの一つによって加えられえる、圧縮されることになる上記素材に対する圧力は、少なくとも概ね、上記セグメントのそれぞれに関して同じであるように移動させられる。
【００７０】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第２のツールの上記第２のセットの上記セグメントの少なくとも一つは、上記セグメントの移動の方向に先細化されている。特に、上記第１のツールの上記第２のセットの上記セグメントのそれぞれは、個々のセグメントの移動の方向に先細化されている。
【００７１】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第２のツールの上記第２のセットの上記セグメントの少なくとも一つは、上記素材を圧縮する際に、力が上記第２のツールの上記第１のセットの少なくとも一つのセグメントに対して上記セグメントによって加えられるような形状とされる。特に、上記第２のツールの上記第２のセットの上記セグメントのそれぞれは、上記セグメントを移動させることで上記素材を圧縮する際に、力が上記第２のツールの上記第１のセットの少なくとも一つのセグメントに対して、特に上記第２のツールの上記第１のセットの各セグメントに対して、上記セグメントによって加えられるような形状とされる。
【００７２】
先に提示した実施形態に関連するある実施形態においては、上記加えられる力は、上記セグメントからあるいは上記セグメント群から、上記第２のツールの上記第１のセットの上記少なくとも一つのものに対して、あるいは、上記第２のツールの上記第１のセットの各セグメントに対して、上記第２のツールの上記第１のセットの少なくとも一つのセグメントの少なくとも一つの接触面と相互作用するか、あるいは上記第２のツールの上記第１のセットの上記セグメントの接触面と相互作用する上記セグメントあるいはセグメント群の少なくとも一つの接触面を介して、特に実質的にもっぱらそれを介して、伝達される。特に、そうした相互作用接触面は係合面である。
【００７３】
最後に言及するかその前に言及した実施形態に関連するある実施形態においては、上記加えられる力は、実質的に上記セグメントの上記移動の方向に、あるいはそれとほとんど直交する方向に、あるいはそうした力の重畳の方向に向けられる。
【００７４】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記圧縮によって、少なくとも５バールの、特に最大で５０バールの圧力が上記素材に加えられる。とりわけ、１０ないし３０バールの圧力が、ツールのセグメントによって上記素材に加えられる。
【００７５】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、本方法は、上記圧縮の前にかつ／またはその間にかつ／またはその後に、上記素材を加熱する、特に、上記第１および第２のツール間に装填された素材の少なくとも実質的に全てを加熱するステップを備える。特に、すなわち(強化)熱硬化樹脂の場合に最も顕著であるが、上記素材はレジンを含み、かつ、上記加熱はこのレジンの架橋を促進するために実施される。(強化)熱可塑性樹脂の場合、上記加熱は熱可塑性樹脂を申し分ない成形可能状態とする。
【００７６】
部品(特に実質的に強化プラスチックからなる部品)を製造するための装置は、
・第１および第２のツールであって、第１のツールは少なくとも一つの(特に少なくとも二つの)セグメントを備えた少なくとも一つのセットを具備し、かつ、第２のツールは少なくとも一つの(特に少なくとも二つの)セグメントの少なくとも一つの第１および一つの第２のセットをそれぞれ具備する第１および第２のツールと、
・第２のツールの少なくとも上記第１のセットおよび上記第２のセットを駆動するための駆動ユニットとを具備してなる。
【００７７】
そうした装置は、上記方法を実施することを可能とする。
【００７８】
ある実施形態では、上記駆動ユニットは、上記第１のツールに向かって上記第１のツールの少なくとも上記第１のセットおよび上記第２のセットを駆動するための駆動ユニットであり、特に、上記駆動部は上記駆動のための形状・構造とされる。
【００７９】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な装置の、ある実施形態においては、第１のツールのセグメントは、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で配置されたとき、それらが、製造されることになる部品の第１の部分表面に対応する少なくとも実質的に連続した表面を形成するような形状とされており、かつ、第２のツールのセグメントは、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で配置されたとき、それらが、製造されることになる部品の第２の部分表面に対応する少なくとも実質的に連続した表面を形成するような形状とされており、特に、これら二つの部分表面は、それらが、製造されることになる部品の実質的に全表面を形成するように、相互補完するものである。
【００８０】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な装置の、ある実施形態においては、第１のツールのセグメントは、既定の所定の様式で配置されたとき、それらが連続した表面を形成するような形状とされ、かつ、第２のツールのセグメントは、既定の様式で配置されたとき、それらが連続した表面を形成するような形状とされ、かつ、これら二つの連続した表面は、既定の様式で互いに配置された際に、それらが既定容積の実質的に全表面を形成するように相互補完する。
【００８１】
二つの最後に提示した実施形態の一方あるいは両方に関連する装置の、ある実施形態においては、上記第２のツールの第１のセットの上記少なくとも一つのセグメントは、上記第２のツールが閉ポジションにあるときに、第２のツールの第２のセットの少なくとも一つのセグメントの少なくとも一つの係合面と係合する少なくとも一つの係合面をそれぞれ備え、第２のツールの第１のセットの係合面はそれぞれ、閉ポジションにおいて、第２の部分表面と鋭角をなす。
【００８２】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記装置は、閉ポジションに向かって第２のツールの第２のセットの少なくとも一つのセグメントを移動させる間絶えず、第２のツールの第２のセットの少なくとも一つのセグメントに関する閉ポジションまでの瞬間移動距離が、第２のツールの第１のセットの少なくとも一つのセグメントに関する閉ポジションまでの瞬間移動距離を上回るように、第２のツールのセグメントが移動させられるように、第２のツールの第１のおよび第２のセットの動作を制御するよう構成された制御ユニットを備える。特に、この制御ユニットは、説明した様式で上記駆動ユニットを制御する。
【００８３】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記装置は、第１および第２のツール間に装填された素材を加熱あるいは冷却するように、あるいはその加熱および冷却の両方を行うよう構成された温度変更ユニットを具備してなる。特に、この温度変更ユニットの少なくとも一部は、上記ツールの少なくとも一つと一体化される。
【００８４】
本発明は、本発明に基づく対応する方法の特徴を備えた装置を含み、逆も同様である。
【００８５】
本発明の利点は、基本的に、対応する方法の利点に対応し、逆も同様である。
【００８６】
本発明のある態様において、部品を製造するための方法は、
・第１および第２のツール間に素材を装填するステップであって、当該第１のツールは少なくとも二つのセグメントを備えた少なくとも一つのセットを含み、特に、上記セグメントは互いに分離可能であり、かつ、上記第２のツールは少なくとも一つのセグメントの少なくとも一つの第１および一つの第２のセットを含み、特に上記セグメントは互いに分離可能であるようなステップと、
・上記素材の少なくとも一部を、特に上記素材の少なくとも実質的に全てを、
上記第１のツールに向かって上記第２のツールの少なくとも上記第１のセットを移動させ、かつ、続いて、
上記第１のツールに向かって上記第２のツールの少なくとも上記第２のセットを移動させることによって、圧縮するステップと、を含む。
【００８７】
上記第２のツールの上記第１のセットおよび上記第２のツールの上記第２のセットのその後の移動(この移動は、通常、少なくとも５バールの圧力を加えることで実施される)によって、プレプレグ素材などのプリフォームからリング形状およびリングのような形状の部品を形成することが可能となる。素材に対して非常に均一に圧力を加えることが可能である。
【００８８】
この態様のある実施形態において、上記第１のツールに向かって上記第２のツールの少なくとも上記第１のセットを移動させることは、上記第１のツールに向かって上記第２のツールの少なくとも上記第２のセットを移動させる間、依然として(すなわち連続的に)あるいは再び(すなわち新たに)実施される。
【００８９】
この態様は、原理的に適合可能である限り、その他の本明細書中で開示した実施形態とも、そしてその他の本明細書中で開示した実施形態のいかなる特徴とも組み合わせることができる。
【００９０】
さらなる実施形態および利点は、従属請求項および図面から明白である。
【００９１】
以下、実施例および図面を用いて、本発明について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】プリフォームが装填された状態での装置の細部平面図であり、第１のツール(アウターツール)および第２のツール(インナーツール)は閉ポジションに存在している。
【図２】プリフォームが装填されかつツールが開いた状態での装置の細部平面図である。
【図３】プリフォームが装填されかつアウターツールが閉じられた状態での装置の細部平面図である。
【図４】プリフォームが装填されかつクランプで固定されてアウターツールが閉じられた状態での装置の細部平面図である。
【図５】プリフォームが装填された状態での装置の細部の断面状側面図であり、プルロッドの第１のセットのロッドは連結されている。
【図６】プリフォームが装填された状態での装置の細部の断面状側面図であり、プルロッドの第１のセットのロッドは連結されかつインナーツールの第１のセットのセグメントに力を加えるよう作動している。
【図７】プリフォームが装填された状態での装置の細部の断面状側面図であり、プルロッドの第１のセットのロッドは連結されかつインナーツールの第１のセットのセグメントに力を加えるよう作動しており、インナーツールの第２のセットのセグメントもまた示されている。
【図８】装填されたプリフォームおよび変位機構と共に装置の細部を示す断面状側面図であり、インナーツールの第２のセットのセグメントはプリフォーム内へと移動している。
【図９】装填されたプリフォームおよび変位機構と共に装置の細部を示す断面状側面図であり、インナーツールの第２のセットのセグメントはプリフォーム内へと移動してしまっており、そしてプルロッドの第２のセットのロッドが連結されている。
【図１０】プリフォームが装填された状態での装置の細部の断面状側面図であり、インナーツールの第２のセットのセグメントはプリフォーム内へと移動してしまっており、そしてプルロッドの第２のセットのロッドが連結されている。
【図１１】プリフォームが装填された状態での装置の細部の断面状側面図であり、インナーツールの第２のセットのセグメントはプリフォーム内へと移動してしまっており、そしてプルロッドの第２のセットのロッドが連結されかつインナーツールの第２のセットのセグメントに力を加えるよう作動している。
【図１２】プリフォームが装填された状態での装置の細部平面図であり、プルロッドの第１のセットのロッドは連結されかつインナーツールの第１のセットのセグメントに力を加える動作中であり、かつ、プルロッドの第２のセットのロッドは連結されかつインナーツールの第２のセットのセグメントに力を加えるよう作動している。
【図１３】閉ポジションにおけるインナーツールの平面図である。
【図１４】力を加えた状態での、閉ポジションにおけるインナーツールの平面図である。
【図１５】装置の細部平面図であり、インナーツールの第２のセットのセグメントが解放されている。
【図１６】変位機構と共に装置の細部を示す断面状側面図であり、インナーツールの第２のセットのセグメントは解放されてしまっており、かつ、プルロッドの第２のセットのプルロッドは連結解除されている。
【図１７】変位機構と共に装置の細部を示す断面状側面図であり、プルロッドの第２のセットのプルロッドは連結解除されてしまっており、かつ、アウターツールの第２のセットのセグメントは移動させられてしまっている。
【図１８】装置の細部平面図であり、アウターツールの第２のセットのセグメントは移動させられてしまっており、インナーツールの第２のセットのセグメントは、プルロッドの第１のセットのロッドを動作させることによって解放される。
【図１９】装置の細部平面図であり、アウターツールのセットのセグメントは、クランプが解除された後に、移動させられてしまっている。
【図２０】部品軸線と直交するさまざまな断面の概略図であり、すなわち左側に閉じた形状を、中央にほとんど閉じた形状を、そして右側に開いた構造を示している。
【図２１】装填されたプリフォームおよびインナーツールのセグメントを駆動するための駆動装置としてのパンタグラフ機構と共に装置の細部を示す部分的に切り欠いた側面図である。
【図２２】図２３の装置を用いて製造可能な湾曲プロファイルを示す図である。
【図２３】二つのセグメントのセットを有するアウターツールならびに一つのセグメントの第１のセットおよび二つのセグメントの第２のセットを有するインナーツールを備えた装置の細部の断面状側面図である。
【図２４】図２２のプロファイルの線Ａ‐Ａ’に沿った代表的断面図である。
【図２５】図２２のプロファイルの線Ａ‐Ａ’に沿った別な代表的断面図である。
【図２６】挿入された素材が圧縮された状態での、リング形状(円筒面状)部品を製造するための装置の細部の部品軸線に沿った概略断面図である。
【図２７】第２のツールの第１のセットのセグメントおよび第２のセットのセグメント間のインターフェースの詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００９３】
図中で使用している参照記号およびその意味は参照記号のリストに示されている。説明する実施形態は実例であり、本発明を制限するものではない。
【００９４】
強化プラスチックからなる部品、たとえばリング形状構造体が製造可能となるが、なぜなら、たいていはプレプレグ素材からなるプリフォームのオーバーラップ層は、層間の問題となる交差が、そのようにして製造された(シームレス)部品に存在しないように、加圧およびたいていはまた加熱を含む製造プロセスの間に結合するからである。そのようにして得られた部品に加えられる力は、マトリックス中の剪断力によってオーパーラップ領域において、ある繊維ストランドから次のものへと伝達され、それゆえ、最終的に得られる構造的欠陥は、溶接継ぎ目あるいは接着表面に比べて非常に軽微である。
【００９５】
さまざまな半完成製品が、その後に処理されることになるプリフォームとして利用できる。たとえば、異なる繊維マトリックスコンビネーション、あるいは予備含浸(プレプレグ)非圧密繊維半完成製品、あるいは非強化ポリマーのフィルムと組み合わされた非予備含浸半完成製品である。熱硬化樹脂あるいはエラストマーマトリックス系さえ、本発明に係る方法で処理できる。
【００９６】
たとえば、以下の繊維素材が使用できる。すなわち、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、玄武岩(basalt)繊維、ポリｐフェニレンベンゾビゾゾール(ＰＢＯ)繊維、ホウ素繊維、ポリアミド繊維、亜麻繊維、麻繊維、綿、あるいはその組み合わせである。概して、処理圧力、時間および温度が製造された部品中の繊維の特性を劣化させない限り、いかなる種類の繊維が使用されてもよい。選択は、その繊維によって、製造された部品の所望の特性が実現可能であることを最も重視してなされる。
【００９７】
プリフォーム、特にリングのような形状のプリフォームを製造するための、さまざまな方法が存在する。以下に、その例を挙げる。
ｉ)プレプレグなどのテープ形状半完成製品が、たとえばそれを細片へと裁断することによって細片として提供される。この細片は、所望のプリフォーム、特にリング形状プリフォームが得られるように配置される。細片は、互いに同一面をなしても、オーバーラップしても、あるいは多層状であってもよい。
ii)特にリング形状のプリフォームは、プレプレグなどの半完成製品をスパイラルへと巻き上げることによって形成される。
iii)プレプレグなどのテープ形状半完成製品が、たとえばそれを細片へと裁断することによって細片として提供される。プリフォーム、特にリングのような形状のプリフォームは、加圧ツール内へ細片を漸進的に装填することによって形成される(以下のツール、特にアウターツールの実施例および図面参照)。裁断および／または装填は、手作業であるいは自動で実施できる。
iv)切り口(Incisions)は、プレプレグなどの半完成製品へと裁断され、この結果、切開は、それを完全に別個の部分へと分割しない。こうした切開の目的は、半完成製品層内で補強繊維を経て裁断することである。切り口は、好ましくは、半完成製品の隣接層における切り口間にオフセットが存在しないように挿入される。そのように準備されたプリフォームは、たとえばii)において提案されたとおり、ツール内に装填される(以下のツール、特にアウターツールの実施例および図面参照)。切り口は、プリフォーム形状を形成するプロセス中の補強繊維のスライド動作を促進し、したがって形成されるプリフォーム内の内部ストレスを減少させ、これによってツール内へのプリフォームの装填を容易なものとする。
ｖ)同様に、細片へと裁断される前および／または後に、iv)において説明したような切り口を伴って、細片へと裁断された半完成製品(i)あるいはiii)参照)が提供される。続いて、プリフォームがｉ)において説明したような形状とされ、あるいは、細片は、iii)において説明したようにツール内に装填される。
【００９８】
確定されかつ安定した処理を実施するために、少なくとも熱可塑性樹脂に関しては、ツールを用いて装置内でそれを圧力にさらす前および／またはその間に、プリフォームの温度をモニターしかつ／または制御することが好ましい。処理温度の許容差は、処理される素材次第で、かつ、処理温度をＴＭおよびＴＧをそれぞれ上回るように十分に高く選定することで、１０℃ないし２０℃、あるいは約５０℃、あるいはそれ以上とすることができる。
【００９９】
その中に繊維が埋め込まれるマトリックス素材としての強化熱可塑性樹脂の場合、関連する処理温度を基本的に決定するのは熱可塑性樹脂である。
【０１００】
半結晶熱可塑性素材に関して、結晶融解温度ＴＭ(たとえば、ポリプロピレンに関しては１６２℃)および結晶化温度ＴＣは関連がある。ＴＣは、特定の熱可塑性素材によっては、ＴＭよりも４０℃超低くてもよい。
【０１０１】
プリフォームは、少なくともその結晶融解温度ＴＭまで加熱される必要がある。これは、たとえばストリップヒーターを用いた直接加熱によって、たとえば赤外線放射器を用いた放射作用によって、高温空気対流によって、あるいはその中でプリフォームが加圧されるツールを介した間接加熱によって実施できる。これら加熱方法の二つ以上の組み合わせも可能である。
【０１０２】
加熱デバイスの配置は、好ましくは、プリフォームがＴＭよりも高い温度まで、特に明確にＴＭを上回る処理温度まで均一かつ速やかに加熱されるように選択され、ほとんどの場合、それは、ＴＭを少なくとも２０°、少なくとも５０℃あるいは少なくとも７５℃上回るように選択される。
【０１０３】
非晶質熱可塑性素材の場合、いわゆるガラス転移温度ＴＧは別として、明確な温度限界は存在しない。処理温度はＴＧを上回っている必要が、特に明確にＴＧを上回っている必要があり、ほとんどの場合、それは、ＴＧを少なくとも２０°、少なくとも５０℃、少なくとも１００℃あるいは少なくとも１５０℃上回るように選択される。同様に、非晶質熱可塑性素材にとって結晶化温度ＴＣも存在しない(なぜなら、それらは非結晶のままであるからである)。素材の凝固に関して、凝固温度ＴＳ(これは、たいてい、通常は１０℃ないし４０℃だけＴＧよりも僅かに高い)は重要である。
【０１０４】
処理方法の原理は非晶質に関して、そして半結晶熱可塑性素材に関して同じであるが、温度限界の定義および外延が異なる。
【０１０５】
以下の表は、提案される処理において使用可能な代表的熱可塑性ポリマー素材を示している。温度範囲は、対応するバルクポリマーに関する基準値に過ぎない。ポリマーの特殊な改質に依存して、この値は表中の値から著しく逸脱し得る。
【０１０６】
【表１】
【０１０７】
エラストマーおよび熱硬化プラスチックは低い粘性を有し、たとえばレジントランスファー成形(ＲＴＭ)のようなプロセスにおいて、それを(装置のツールによって形成された)型枠キャビティ内に射出することを可能とする。熱硬化樹脂あるいはエラストマーベースのプレプレグをプリフォームとして使用することも可能である。
【０１０８】
提案される方法を実施するのに好適な装置(設備)はインナーおよびアウターツール(すなわち内および外型枠)を備え、ここで両方のツールに含まれるセグメントの総数は少なくとも三つである。極めてシンプルな形態においては、これは、アウターツールは正確に一つのセグメントを備えかつインナーツールは正確に二つのセグメントを備えることを、あるいはアウターツールは正確に二つのセグメントを備えかつインナーツールは正確に一つのセグメントを備えることを意味する。
【０１０９】
上記ツールの少なくとも一方は、プリフォームが加圧ステップにおいて加圧される前にプリフォームを装置内に挿入できかつ／または上記加圧ステップの後に加圧部を装置から分離させることができる開ポジションに配置でき、かつ、加圧ステップ／成形処理が実施される閉ポジションに配置できる。アウターおよびインナーツールは、その一方のみを移動させることで、あるいは両方を移動させることで、相対的に往復移動可能である。
【０１１０】
特に、たとえば開あるいは閉リング形状構造体のような、さらに複雑な形状を有する部品を製造する場合、インナーおよびアウターツールはそれぞれ好ましくは二つ以上のツールセグメントから構成される。これによって、ツールから部品を取り出すことが可能となり、あるいはそれが容易なものとなる。
【０１１１】
ツールは同じあるいは異なる素材から形成できる。金属あるいは合金、たとえばスチールあるいはアルミニウムがツール用の素材として適している。なぜなら、それらは、弾性を有し、かつ、同時にコスト効率が良く、かつ、所望の部品を得るために要求される必要形状へと容易に加工可能であるからである。
【０１１２】
必要ならば、ツールの表面を、たとえば商業用等級離型剤を用いて処理することで、プリフォームのマトリックス素材とツール表面との間の付着力を排除できる。
【０１１３】
プリフォームのマトリックス素材とツール表面との間の付着力が非常に小さい場合、プリフォームに含まれる異なる層の無制御の／望ましくない相互スライドを回避するために、プリフォームのマトリックス素材とツール表面との間に接着物質などを塗布することができる。
【０１１４】
いくつかの素材および／またはジオメトリーは制御された冷却処置あるいは熱的事後処理を必要とするので、少なくとも一つの加熱および／または冷却デバイスの存在が、加圧間および／または(加圧時間を低減するために)加圧が開始される前だけでなく、それ以後も推奨される。たとえば、加熱および／または冷却デバイスは、装置内に、特に一方あるいは両方のツール内に、直に組み込むことができる。かつ／または、別な加熱および／または冷却デバイスがツールとは別個に設けられてもよい。加熱を実施するための方法は先に言及した。冷却に関して、同じ原理を、ただし、たとえば冷水サーペンタインあるいは従来公知の類似の手段を用いることで、逆に適用できる。
【０１１５】
採用されるプリフォームマトリックス素材(主としてプリフォームを構成する)のために、そして製造されることになる部品の形状のために好適な成形圧力を得るために、インナーおよびアウターツールの少なくとも一方の外面に力を、機械的に、流体的に、あるいは電気機械的に加える、異なる手法を利用できる。全てのツールセグメント間の、および／またはツールとツール間に配置されるプリフォームとの間の、極めて良好な密着状態を実現するために、そして、加えられる力の適切な向きおよび適切な圧力分布を保証するために、たとえばプッシュロッドあるいはプルロッドを用いて、加えられる力を適切にガイドすることが望ましく、多くの代替策が当業者にとって周知である。
【０１１６】
上記プロセス、あるいは少なくとも加圧ステップ(および、それゆえセグメントの移動)および好ましくはまた加熱は、好ましくは、たとえばコントローラーにおいてあるいはコンピューターにおいて作動する適切なソフトウエア、たとえば、冷却のための、加熱のための、そして加圧のための時間、温度および圧力として重要なパラメーターを制御するソフトウエアを用いて、自動的に制御される。
【０１１７】
図１ないし図１９は、部品を製造するための装置および方法の第１実施例を示している。これは、繊維強化プラスチック製のリング形状構造体、たとえば炭素繊維強化ポリエーテルイミド(ＰＥＩ)製の車両ホイール用のリムを製造するための方法および装置である。特に、配向連続繊維が補強材として使用される。図２ないし図１９は、その後のプロセスステップを示しており、そして、以後の図のある例では、概ね同じ処理ステップの異なる眺めを示している。だが、処理ステップのそのように暗示された順序は、ステップの異なる順序を選択できることを、あるいはステップの付加または削除が可能であることを除外するものではない。
【０１１８】
図１は、部品を製造するための装置の細部平面図であり、さらに正確に言うと、それは、装置を通る断面を示している。本装置は、アウターツールあるいは外型枠である第１のツールと、インナーツールあるいは内型枠である第２のツールとを備えている。
【０１１９】
アウターツールは、クランプ６によって対のように互いにクランプされた四つのセグメント１を含むセグメントのセットを備える。
【０１２０】
インナーツールは、四つのセグメント２ａを含むセグメントの第１のセット、および四つのセグメント２ｂを含むセグメントの第２のセットを備える。
【０１２１】
第１のツール(アウターツール)および第２のツール(インナーツール)は閉ポジションにて示されている。
【０１２２】
図１において、装置は、インナーおよびアウターツール間にプリフォーム３が装填された状態で示されている。アウターツールのセグメント１とインナーツールのセグメント２ａ,２ｂとの間のキャビティの形状は、たとえばリムのような製造されることになる部品の形状に対応している。
【０１２３】
図２においては、装置の詳細が、アウターツールおよびインナーツールが開ポジションにある状態で、両者間に装填されたプリフォーム３と共に示されている。プリフォーム３は、好適なプレプレグの実質的に円筒状の構造体であってもよい。
【０１２４】
図３は、たとえばアウターツールの外面に対して加えられる(矢印によって示す)力Ｆの作用によって、アウターツールが閉じられた状態を示している。参照数字４は閉ポジションにあるアウターツールを指している。この閉ポジションは、以下でさらに明らかとなるように、アウターツールの加圧準備完了(pressing-ready)ジオメトリーと考えることができる。
【０１２５】
閉ポジションにおけるアウターツール４の剛性を高めるために、クランプ６がアウターツールに対して付加される(図４参照)。クランプ６によって圧力が加えられ、アウターツールの接触インターフェース５を、相手に向かって対をなすように駆動する。スクリューあるいはその他のものが、クランプ６の代わりに使用できる。
【０１２６】
この時点で、インナーおよび／またはアウターツールの(好ましくは両方の)加熱を開始することができる。加熱プロセスおよび加熱の開始は、特に、プロセスによっておよびプリフォーム３の素材あるいは素材群によって与えられる要件次第で、より早くあるいはより遅く予定できることは当業者にとって明らかである。
【０１２７】
図５は、アウターツール４が閉ポジションにある状態で、プリフォーム３が装填された装置の細部の断面状側面図であり、プルロッドの第１のセットのロッド８が連結されている。
【０１２８】
図６は、プリフォームが装填された状態での装置の細部の断面状側面図であり、プルロッドの第１のセットのロッド８は、インナーツールのセグメントの第１のセットのセグメント２ａに対して連係動作可能に連結されている。ロッド８は作動しており、小さな矢印で示すように、セグメント２ａに力を加えている。こうして、プリフォーム３は、第１のツールとインナーツールの第１のセットのセグメント２ａとの間で(低い圧力で)加圧される。
【０１２９】
図７は、図６と同じ状況を、ただし装置の細部の断面の平面図状の眺めで示している。インナーツールの第２のセットのセグメント２ｂは既に図７に示されている。図から明らかであるように、アウターツールおよびプリフォーム３に向かうセグメント２ａの移動によって、隣接するセグメント２ａ間にスペースが形成される。このスペースは、セグメント２ｂもプリフォーム３に対して圧力を加えることができるように、セグメント２ａ間にセグメント２ｂを導入するために使用される(以下参照)。セグメント２ａは係合面１３ａを有し、かつ、セグメント２ｂは係合面１３ｂを有する。第２のツールの閉ポジションにおいては、係合面１３ａ,１３ｂは対をなすように係合する(図１、図１２、図１３および図１４参照)。
【０１３０】
図８は、装填されたプリフォームおよび変位機構１０と共に装置の細部を示す断面状側面図である。この状況は図６および図７に示すものと似ているが、連結されかつインナーツールのセグメント２ａに(小さな)力を加えるように作動しているプルロッドの第１のセットのロッド８は示されていない。だが、プルロッドの第２のセットのロッド１１は図示されている。変位機構１０によって、たとえば電動モーターによって作動させられるリフトによって駆動されて、インナーツールの第２のセットのセグメント２ｂがプリフォーム３内へと移動させられている。
【０１３１】
図９(これは図８と同様に描かれている)において、インナーツールの第２のセットのセグメント２ｂはプリフォーム３の内側に配置されており、かつ、ロッド１１は連結されている。
【０１３２】
図１０は図９の状況を示しているが、駆動機構は図示されていない。
【０１３３】
図１１において、ロッド１１は、連結され、かつ、インナーツールの第２のセットのセグメント２ｂに力を加えるように作動中である。依然としてプルロッドの第１のセットのロッド８は連結されかつインナーツールの第１のセットのセグメントに力を加えるように作動中であることに留意されたい。さらに、セグメント２ｂはプリフォーム３に対して圧力を加えるだけでなく、セグメント２ａに対しても、すなわちその相互接触インターフェースにおいて、すなわち係合面１３ａ,１３ｂにおいて、圧力を加えることに留意されたい。
【０１３４】
図１２は図１１の状況を平面視的に示している。プリフォーム３はセグメント２ａによって、そしてセグメント２ａと接触していないその内面のこれら領域においては、セグメント２ｂによって、アウターツールに対して押し付けられている。強固になっているプリフォーム３の温度は２１７℃(これは示された素材にとってのＴＧである)ないし４００℃、好ましくは３００℃ないし３５０℃であるべきである。
【０１３５】
係合面１３ａおよび１３ｂ(図７参照)によって形成されたセグメント２ａおよび２ｂ間の接触インターフェース１３(インナーツールの上面を示している図１３参照)は特に効率のよい処理をもたらすだけではないことに留意されたい。それらはまた、セグメント２ａおよび２ｂによってプリフォーム３に加えられる力の良好な分布を実現する。これは、インナーツールのセグメント２ａ,２ｂの全ての圧力フィッティングだけでなく、形状フィッティングが存在するからである。
【０１３６】
セグメント２ａおよび２ｂ間の接触インターフェース１３(図１３参照)はセグメント２ａおよび２ｂのそれぞれの移動方向(インナーツールの上面を示す図１４における力ベクトル１４および１５参照)に対して、図４に示す方向に、すなわちセグメント２ｂはセグメント２ａ間に残るスペース内へと移動しかつその中に嵌り込むことができるように傾いている。これによって、セグメント２ａに関する鋭角αおよびセグメント２ｂに関する鈍角βが実現される(図２７参照)。好ましくは、角度αは、セグメント２ｂの移動経路に沿った、セグメント２ａに隣接する(あるいはその間の)セグメント２ｂの挿入可能性によって幾何学的に与えられる角度よりも、少なくとも１°、少なくとも２°あるいは少なくとも４°小さくなるよう選択される。
【０１３７】
セグメント２ａおよび２ｂは、それらがプリセットポジション(閉ポジション)に達するまで、プリフォーム３に向かって(それぞれプルロッド８および１１によって)引っ張られる。このポジションでは、アウターツールとインナーツールとの間のキャビティは、製造されることになる部品の形状、すなわちリム形状と等しい。同時に、セグメント２ａおよび２ｂの外面は、今や、製造されることになる部品の内面の形状を有し、かつ、それを形成する。
【０１３８】
セグメント２ａおよび２ｂを介してプリフォーム３に対して加えられる圧力(成形圧力)は、プリフォーム３の層内の熱可塑性レジンの圧密化のために、２秒ないし２分間、好ましくは２０秒ないし１分間、保持される。この実施例では、処理圧力は、５バールないし５０バールである必要が、好ましくは８バールないし２０バールである必要がある。こうした大きな時間および圧力範囲は本発明に係る処理の大きな利点の一つであり、これは新しい部品ジオメトリーに入り込むのをより容易なものとし、そして新しい部品ジオメトリーは、たいてい一つの主要な変量、すなわちプレプレグ素材層の数を有する。
【０１３９】
たとえば、バイクホイール用のリムの場合、極めて僅かな層が必要なだけであり、したがって１０秒の加圧時間で十分であり、これに対して、車用のホイールの場合、層の数はかなり多く、たとえば２〜３ダースであり、したがって加圧時間は、たとえば２０ないし３０秒まで増大する。
【０１４０】
加圧時間および圧力は、プリフォーム３内の層の数に概ね比例する。とはいえ、形成されることになる部品のジオメトリーの複雑さといったその他の要因もまた、これらパラメーターに影響を与える(ただし、たいてい強いものではない)。
【０１４１】
この時点において、インナーおよびアウターツールの冷却が、通常は、開始され、一方、プリフォーム３へのツールの圧力は維持される。これからは、プリフォーム３は部品１６(この例では、リム１６)と呼ぶことができる。冷却は、もちろん、たとえばツール内の冷却サーペンタインによって促進されてもよい。
【０１４２】
冷却の間、選択された素材が固体である温度に達した後、リム１６への圧力は、ロッド１１を緩めることによって軽減される。セグメント２ｂはリム１６から離れるように移動させられる。図１５は、装置の細部の平面図で、この状況を示している。インナーツールの第２のセットのセグメント２ｂは、素材の凝固が終了した時点で(ロッド１１を動作させることによって(図１５の開く矢印参照))リリースされる。部品１６の軸線Ａは図の面に対して垂直である。
【０１４３】
図１６は、セグメント２ｂが再び開ポジションにあり、かつ、ロッド１１が連結解除されている装置の細部の断面状側面図である。アウターツールからセグメント２ｂを移動させるために、図８および図９におけるのと同じ変位機構１０が、ただし図８および図９とは逆の様式で準備されている。
【０１４４】
図１７において、プルロッド１１は取り外されており、そしてセグメント２ｂは変位機構１０によってアウターツールから移動させられている。
【０１４５】
図１８は、アウターツールの第２のセットのセグメント２ｂが移動させられた後、インナーツールの第２のセットのセグメント２ａがプルロッドの第１のセットのロッド８を開く矢印の方向に動作させることによってリリースされる様子を示している。部品１６は、第２の(＝インナー)ツールとは、もはや接触していない。
【０１４６】
図１９は、クランプ６がリリースされた後に、アウターツールのセグメントのセットのセグメント２ａが移動させられた様子を示している。部品１６から離れるようにセグメント２ａを移動させるとき、好ましくは、外部ロボット、オペレータ、あるいはその他の手段が、それが落下しないようにリム１６を保持する。
【０１４７】
リム１６をツールから取り出すことで、装置は次なる生産サイクルの準備が整う。
【０１４８】
本発明に係るプロセスの簡潔な簡素化されたバージョンは、以下の順序の以下のステップによって大まかに要約できる。
・閉じられた外型枠(これは事前加熱されるか、あるいはされない)内へプリフォームを装填する;
・(装填された素材と接触あるいはほとんどそのような状態で)加圧準備完了ポジションへとインナーツールを移動する;
・素材を、ＴＭ(半結晶熱可塑性樹脂の場合)およびＴＧ(非結晶熱可塑性樹脂の場合)をそれぞれ上回るまで、特に、ＴＭおよびＴＧをそれぞれ少なくとも２０℃、特に少なくとも５０℃、とりわけ少なくとも１００℃上回るまで(ツールを介して)加熱する;
・少なくとも１０バールの、特に少なくとも２０バールの圧力(成形圧力)で、通常は２５バールないし５０バールの圧力で、ツールによって素材を圧縮する;
・受動的に、あるいは、好ましくは、能動的に素材をＴＭおよびＴＧをそれぞれ下回るように、特に、ＴＭおよびＴＧをそれぞれ少なくとも２０℃、とりわけ少なくとも４０℃下回るまで冷却する;
・加えた圧力を低減する;
・上記ツールの少なくとも一つを開く／取り外す;
・ツールから、こうして得られた部品を取り出す。
【０１４９】
素材がＴＭおよびＴＧを上回る処理温度に達した後でのみ完全成形圧力を加えることで、通常は、素材がこの温度に達する前に既に完全成形圧力を加えるよりも、より高品質な部品が実現されることに留意されたい。
【０１５０】
図１ないし図１９に関連して先に説明した第１の例は、本プロセスを実施するための一つの方式に過ぎず、その他の可能性が存在する。たとえば、アウターおよびインナーツールは、経時的に逆の順序で作動することができる。すなわち、インナーツールは、まず、閉ポジション(図１２、図１３、図１４参照)に配置され、そしてプリフォーム３を保持することができ、続いて、アウターツールのセグメントが接近してプリフォーム３を取り囲む。
【０１５１】
さらに別なプロセスも可能である。すなわち、ロボットがプリフォーム３を適所にて保持し、そして、インナーツールおよびアウターツールの両方が、図１２に示す閉ポジションへと開ポジションから実質的に同時に移動する。
【０１５２】
第１実施例に基づくツールおよびリング状部品の場合、インナーツールのセグメント(２ａおよび２ｂ共に)の最小数は４個である。概して、完全に円筒形あるいは円錐形部品を製造する必要がある場合、アウターツール用のある単一の円筒状セグメントが原理上は十分である。だが、リムの半径方向断面が軸方向に少なくとも一つのアンダーカットを有する場合、ツールから、製造される剛体部品を分離させるべく、少なくとも二つのセグメントをアウターツールのために使用する必要がある。
【０１５３】
ツールのセグメントの上述した経時的に逆あるいは同時移動の場合、セグメントのこうした最小個数は相応に変化し得る。
【０１５４】
たとえば開いたリング形構造体あるいは楕円構造体におけるのと同様に、その軸線と直交するプリフォーム３の断面が完全に円形でない場合、完全に円形のインナーおよびアウターツールを、好適な湾曲および／または形状(図２０に示す、さまざまな例参照)を有する、相応の形状とされた、その他のインナーおよびアウターセグメントで置き換えることで、処理を適応させることができる。
【０１５５】
図２０は、部品軸線と直交する、さまざまな断面を非常に大まかに、すなわち、左側には閉じた形状(リングのような形状)を、中央には、ほとんど閉じた形状を、そして右側には開いた構造体を示している。部品軸線は屈曲／湾曲していてもよく、たとえば、部品はトーラスの一部の表面の形状を描いてもよいことに留意されたい。さらに、部品断面は部品軸線に沿って変化してもよく、たとえば部品は円錐の一部を描いてもよいことに留意されたい。
【０１５６】
図２１は、部品を製造するための方法および装置の別な実施例を示している。図２１は、装填されたプリフォームおよびインナーツールのセグメント２ａ,２ｂを駆動するための駆動装置としてのパンタグラフ機構１７と共に装置の細部を示す部分的に切り欠いた側面図である(セグメント２ａあるいはセグメント２ｂのみが示されている)。この第２実施例では、パンタグラフ１７はインナーツールのセグメントを動作させるために使用される。したがって、異なる加圧原理が採用される。
【０１５７】
インナーツールのセグメント２ａおよび２ｂがパンタグラフ１７に搭載されている。パンタグラフボルト１８を回転させている間、セグメント２ａおよび２ｂは、閉じたアウターツールに向かって移動し(なぜなら一つのそして同じパンタグラフ１７に設けられているから)、これによってプリフォーム３に所望の圧力を加える。たとえば、セグメント２ａ,２ｂは、まず、セグメント２ａが装填された素材と接触状態となり、続いてセグメント２ｂが装填された素材と接触状態となるか、あるいはセグメント２ａがセグメント２ａよりも早くかつ／またはそれとは異なる速度で移動するように動作させられる。概して、セグメント２ｂは、閉ポジションに向かいかつそれに至るそのそれぞれ経路上で、セグメント２ａよりも素材３に決して接近しない。パンタグラフアームを適切に設計することで、そうした動作を実現することができる。加熱および加圧の後、逆向きにパンタグラフボルト１８を回転させることで部品をツールから取り出すことができる。
【０１５８】
部品を製造するための方法および装置の第３実施例について図２２および図２３と関連付けて説明する。図２２は、図２３に示された装置を用いて製造可能な湾曲プロファイル１９を示している。図２３は、二つのセグメント２１のセットを有するアウターツールならびに一つのセグメント２０の第１のセットおよび二つのセグメント２１の第２のセットを有するインナーツールを備えた装置の細部の断面状側面図である。
【０１５９】
この第３実施例は、炭素繊維強化ポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ)オープンプロファイル１９、たとえば航空機胴体を補強するためのストリンガーを製造するための方法および装置に関する(図２２参照)。プロファイル１９は、(図２２においてＡ‐Ａ’が付けられた線に沿って)たとえば、Ｉ形、Ｔ形、あるいはＣ形、あるいは略Ｚ形断面を呈してもよく、そして、さらに、この断面はプロファイルの長さ方向に沿って変化してもよい。図２４および図２５は、図２２における線Ａ‐Ａ’に沿った代表的断面を、すなわちＴ形および略Ｚ形断面をそれぞれ示している。
【０１６０】
そして、プロファイル１９は連続的に変化する曲げ半径を有することができる(図２２のＲ１およびＲＮ参照)。上記方法および装置によって、局所的に変化に富んだ半径および局所的に変化に富んだ断面を備えたプロファイルを製造することが可能となる。
【０１６１】
第１実施例(上記参照)の温度、加圧時間および圧力の処理パラメーターは、この例においても、適用可能である。
【０１６２】
概して、このプロセスもまた、上記第１実施例と実質的に同じ様式で、そして原理的に等価なあるいは少なくとも類似の装置を用いて同様に行われる。主たる相違はセグメントの数である。すなわち、この例では、インナーツールは少なくとも一つの中央セグメント２０および二つの側方セグメント２１を備えている必要があり、一方、アウターツールは少なくとも二つのセグメント２２を備えている必要がある。
【０１６３】
図２２ないし図２５の特定の実施例(第３実施例)は、ただ一つの内径Ｒ１が存在する場合あるいはプロファイルの長さがそれを行うことを可能とする場合には、上記三つのもの(一つの中央のもの２０および二つの対称なもの２１)の代わりに、二つの内部セグメントのみと協働してもよい(図示せず)。
【０１６４】
概して、実際には、セグメントの最小数は、基本的に、以下の二つの要因によって与えられる。
・セグメントは、開ポジションから閉ポジションへと前後におよび逆に移動している間に、それらが互いに衝突しないように設計される必要がある。
・プリフォームおよび加圧部品は、それぞれ、ツールおよび／またはそのセグメント内に容易に配置可能であり、かつ、そこから容易に取り出せる必要がある。
【０１６５】
図２６は、挿入された素材３が圧縮された状態での、リング形状(円筒面状)部品を製造するための装置の細部の概略断面図である。この断面は部品の軸線に沿った断面である。開いた矢印は、素材３がインナーおよびアウターツール間に形成されたキャビティ内で圧縮され、これによってツールによって決定される形状を呈するように、インナーツールのセグメント２ａを介して素材３に加えられる力を表している。セグメントの孔(図２６の点線)と相互作用するセグメント２ａに対して取り付けられたピンのような案内部７を、インナーおよびアウターツールの適切なアライメントを保証するために使用できる。参照数字１２はアウターツールの内面を示しており、したがってまた製造される部品の外面を示している。図２７に示す断面において、この面１２は線として現れており、製造されることになる部品は実質的に円筒体ジャケットを表している。たとえば円筒体軸線に沿って円筒体半径を変化させるといった、さらに複雑な形状も可能である。この半径の(そして部品の対応する内径の)適切な変化によって、自動車用のリムが、製造される部品となり得る。図２６において説明した原理は、たとえば、図１ないし図１９において説明した第１実施例にも申し分なく適用可能である。
【０１６６】
図２７は、たとえば図１ないし図１９に示す第１実施例において使用可能である様式で、第２のツールの第１のセットのセグメント２ａと第２のツールの第２のセットのセグメント２ｂとの間のインターフェース１３の詳細を示している。インターフェース１３は、さらに詳しくは、セグメント２ａの係合面１３ａ(図７も参照)とセグメント２ｂの係合面１３ｂ(図７も参照)によって形成されている。セグメント２ａ、さらに詳しくはその係合面１３ａ(図７も参照)は、インナーツールの局所接線と鋭角αをなす。この局所接線は、図２７において、破線にて示されている。これに対応して、セグメント２ｂ、さらに詳しくはその係合面１３ｂ(図７も参照)は、インナーツールの局所接線と鈍角βをなす。鋭角αは、たいてい、８９°ないし４０°、特に８８°ないし６０°、とりわけ８６°ないし７０°である。
【０１６７】
インターフェース１３ならびに係合面１３ａおよび１３ｂは、必ずしも平坦である必要はないことに留意されたい。図２７に点線で示すように、湾曲したインターフェース１３および表面１４も可能である。鋭角αを設けることによって、完成部品中で良好に配置されかつ良好な形状とされた繊維が実現される。
【０１６８】
第２のセットのセグメント２ｂ(第１および第２実施例)および２１(第３実施例)は、同時に、閉ポジションにあるときのそれらの(その)ポジションからの(それらの移動経路に沿った)第１のセットのセグメント２ａ(第１および第２実施例)および２０(第３実施例)よりも、閉ポジションに向かうその途上で、常に、閉ポジションにあるときの、それらの(その)ポジションから(それらの移動経路に沿って)遠く離れていることは明らかである。
【０１６９】
概して、第２のセットのセグメント２ｂ,２１は、閉ポジションへのそのそれぞれの途上で第１のセットのセグメントを追い越すことがあるいは「オーバーテーク」ができないと言うことができる。
【０１７０】
これによって、狭い凹状表面を備えた部品を成形することが可能となる。セグメントのために利用可能な制限されたスペースが巧みに利用される。セグメントの異なるセットは、異なる時間で、かつ／または異なる速度で、幾何学的制限を克服するために動作させられる。第２実施例(図２１参照)と関連付けて先に説明したものと同様に、第１実施例(図１〜図１９参照)の場合には、セグメント２ｂが閉ポジションに向かってその途上で既に移動している間、セグメント２ａを依然として移動させかつ依然として閉ポジションには存在しないようにすることも可能であり、すなわち、図１〜図１９と関連する第１実施例の説明において、セグメント２ｂは、セグメント２ａがその閉ポジションに既に存在するようになった後でのみ、その初期ポジションへと移動させられることに留意されたい。
【０１７１】
上記方法および装置は、特に連続繊維および／または配向繊維が補強材として使用される場合、プリフォームからの圧力成形繊維強化プラスチック部品の製造に、特にリングのような、あるいはほとんど閉じた、あるいは凹状部分を伴う、かなり複雑な形状を有する部分を有するか、あるいはそれからなる、そうした部品に特に適している。
【符号の説明】
【０１７２】
１ セグメント、第１のツールのセグメント、外型枠セグメント
２ａ セグメント、第２のツールの第１のセットのセグメント、内型枠セグメント
２ｂ セグメント、第２のツールの第２のセットのセグメント、内型枠セグメント
３ プリフォーム、プリプレグ
４ 閉状態の第１のツール、閉状態の外型枠
５ 第１のツールのセグメントの接触インターフェース、外型枠のセグメントの接触インターフェース
６ クランプ
７ 案内部、案内手段、案内ピン
８ プルロッド、プルロッドの第１のセットのロッド
１０ 変位機構
１１ プルロッド、プルロッドの第２のセットのロッド
１２ 製造される部品の外面、アウターツールの内面
１３ 接触インターフェース、第２のツールの第１のセットのセグメントと第２のセットのセグメントとの間のインターフェース
１３ａ 第２のツールの第１のセットのセグメントの係合面
１３ｂ 第２のツールの第２のセットのセグメントの係合面
１４ 力ベクトル
１５ 力ベクトル
１６ 部品、リム
１７ パンタグラフ
１８ パンタグラフボルト
１９ 部品、プロファイル
２０ セグメント、第２のツールの第１のセットのセグメント、内型枠セグメント、中央型枠セグメント
２１ セグメント、第２のツールの第２のセットのセグメント、内型枠セグメント、側方型枠セグメント
２２ セグメント、第１のツールのセグメント、外型枠セグメント、外型枠のセグメント
Ａ 軸線、部品軸線
Ｒ１...ＲＮ 曲げ半径
α 角度、鋭角
β 角度、鈍角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品の製造、特に繊維強化プラスチックからなる部品の製造に関する。それは、請求項の冒頭に記載された方法および装置に関する。
【０００２】
本発明は、多くの分野で、たとえば自動車などのためのリムあるいはホイールの製造の分野で、あるいは航空機製造の分野で、特に胴体を補強するのに使用されるストリンガーの製造において利用可能である。電気産業において、本発明は、たとえば、熱可塑性ガラス繊維プレプレグからのガラス繊維強化インシュレータの製造のために利用可能である。
【背景技術】
【０００３】
自動車産業においては、非常に軽量な部品、ならびに高い剛性および強度と組み合わされた良好な破壊挙動を呈する部品が絶えず求められている。これは、たとえば、ホイールおよびリムに当てはまる。リムあるいはその一部を製造するための、さまざまな手法が当該分野においては周知である。
【０００４】
特許文献１は、繊維強化プラスチックからなるホイールを開示しているが、ここでは、繊維ストランドの大部分は、リム内では周方向に、そしてホイールスパイダー内では半径方向に向けられている。これは、たとえば、単方向無端繊維の巻き取りによって実現される。これは、特に、複雑な部品ジオメトリーの場合に、産業分野における製造方法の実施を困難にする。
【０００５】
特許文献２においては、湾曲した繊維強化熱可塑性樹脂プロファイルの製造方法が提案されている。熱可塑性樹脂予備含浸繊維(通常、熱可塑性「プレプレグ」と呼ばれる)は、成形ツール内で加圧されながら加熱される。そのようにして成形されたプレプレグプロファイルは、成形プロセスの後に冷却される。続いては、プレプレグプロファイルが、二つの本質的に固定された部材間のスロットを経て滑り様式で押し付けられる。このようにして、プレプレグプロファイルには、再び、圧力が、すなわちツール部材との滑り相互作用に由来する圧力が加えられる。プロファイルには、こうして、基本的に、固定ツール部材と湾曲ツール部材の湾曲との間のスロットの断面が付与される。この方法の欠点は、熱可塑性樹脂プロファイルは、それが動いている間に処理されることである。すなわち、プレプレグの層は、処理の間に、滑るか、曲がるか、変位することがあり、これによって最終製品が損傷する。この方法を採用する場合、温度および圧力を概ね一定に維持することはさらに困難である。さらに、リング状部品などの、ある形状の部品は、この方法では製造できない。
【０００６】
特許文献３においては、複合素材の事前成形コンポーネント(プリフォーム)を製造するための方法が開示されている。繊維状プレアセンブリ、すなわち所定配向の繊維を有する布が使用される。布の変形可能なメッシュが事前成形マトリックスあるいは成形具上に配置され、続いて、この成形具の周囲で数層の厚みまで巻回される。この巻回体は成形具の大きな直径で固定され、これによって、繊維は規定の様式で配向される。こうして得られたプリフォームはリングのような形状を持つことができる。このプリフォームは形枠内に配置でき、そして続いて、レジンを真空圧のもとでかつ／または移送圧力を用いてプリフォームを経て移送することができ、そして最後に、レジンを適切な温度で架橋することができる。熱可塑性レジンの射出は、熱可塑性素材の高い粘性のために、不可能あるいは少なくとも極めて困難であると予測される。
【０００７】
特許文献４は、シームレス金属製ホイールリムの製造方法を開示している。このリムの所望の断面は、二つの輪郭取りされた円形型枠によって、金属の基礎リング形状部材上に押し付けられる。この方法は、繊維複合素材に対して簡単に適用することはできない。なぜなら、金属において生じる成形メカニズムが繊維を含む素材においては生じないからである。
【０００８】
特許文献５においては、熱可塑性複合素材からなるシームレスリング形状構造体の製造方法が開示されている。この多少シンプルな方法は、インナーおよびアウターリング形状型枠間に、熱可塑性複合プレプレグ素材の複数の層からなる環状プリフォームを装填することに基づく。二つの上記型枠の少なくとも一方は、それがプリフォームの一部に圧力を局所的に加えるように回転し、ここで、プリフォームは、少なくとも圧力が加えられる領域において処理温度まで加熱される。明らかに、この動的処理を自動化しようと試みときに問題が生じる。さらに、プリフォームのプレプレグ素材の層のスリップあるいはオーバーラップ作用を回避するために適切な圧力を加えている間に一定の処理温度分布を実現することは、かなり困難である。温度および圧力などの最適化された処理パラメーターを用いてさえ、産業スケールでの利用のために必要な再現性および品質を保証するのは困難あるいは不可能である。なぜなら、処理を通じて、こうしたパラメーターを一定に適用するのは、産業的な製造を実現するためには明らかに不可能であるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第101 45 630号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第43 35 062号明細書
【特許文献３】欧州特許第842 757号明細書
【特許文献４】英国特許出願公開第2 010 155号明細書
【特許文献５】国際公開第2008/050405号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一つの目的は、上記欠点あるいは問題を呈さない部品を製造するための方法を創出することである。さらに、部品を製造するための個々の装置が提供される。
【００１１】
本発明の別な目的は、部品、特に優れた機械的特性を備えた軽量部品、特に良好な破壊挙動および／または高い剛性および／または高い強度を有する部品を製造するための可能性を提供することである。
【００１２】
本発明の別な目的は、強化プラスチック性の部品を製造するための可能性を提供することである。
【００１３】
本発明の別な目的は、部品を、特に強化プラスチック製の部品を、とりわけ強化熱可塑性樹脂製の部品を製造する際に、大きなプロセスウィンドウ(process windows)を提供するための可能性を提供することである。
【００１４】
本発明の別な目的は、急な破損の場合に特に安全な挙動を示す部品を製造するための可能性を提供することである。
【００１５】
本発明の別な目的は、改良された破壊挙動を示す部品を製造するための可能性を提供することである。
【００１６】
本発明の別な目的は、部品を製造するための改良されたサイクル時間を実現するための可能性を提供することである。
【００１７】
本発明の別な目的は、特殊な形状あるいはジオメトリーを、特に環状あるいはリング状形状あるいは類似の形状を有する部品を製造するための可能性を提供することである。
【００１８】
本発明の別な目的は、シームレスな部品、特にシームレスなリング形状部品を製造するための可能性を提供することである。
【００１９】
本発明の別な目的は、改良された絶縁特性(特に熱および／または電気絶縁)を有する部品、および／または改良された化学的不活性あるいは耐性を示す部品を製造するための可能性を提供することである。
【００２０】
本発明の別な目的は、部品を、特に実質的に強化プラスチックからなる部品を一層容易に製造するための可能性を提供することである。
【００２１】
本発明の別な目的は、実質的に強化熱可塑性樹脂から、特にガラス繊維強化熱可塑性樹脂あるいは炭素繊維強化熱可塑性樹脂からなる部品を製造するための改善された可能性を提供することである。
【００２２】
本発明の別な目的は、リムあるいはホイールあるいはその一部を製造するための改善された可能性を提供することである。
【００２３】
本発明の別な目的は、インシュレータ、特に強化インシュレータを製造するための改善された可能性を提供することである。
【００２４】
本発明の別な目的は、胴体の補強要素として航空機において使用するためのストリンガーを製造するための改善された可能性を提供することである。
【００２５】
さらなる目的は、以下の説明ならびに実施形態から明らかである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的の少なくとも一つは、少なくとも部分的に、本発明に係る装置および方法によって達成される。
【００２７】
部品を製造するための方法は、
ａ)素材を提供するステップと、
ｂ)少なくとも一つのセグメントを備えた少なくとも一つのセットを備えた第１のツールを提供するステップと、
ｃ)少なくとも一つのセグメントであって、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で互いに隣り合って配置されたとき、製造されることになる部品の表面の一部の形状を描く第２のツール面を形成する少なくとも一つのセグメントの少なくとも一つの第１および少なくとも一つの第２のセットをそれぞれ備えた第２のツールを提供するステップと、
ｄ)閉ポジションへと第２のツールの第１のセットの少なくとも一つのセグメントを移動させるステップと、
ｅ)閉ポジションに向かってかつ閉ポジションへと第２のツールの第２のセットの少なくとも一つのセグメントを移動させるステップと、
ｆ)第１および第２のツールの少なくとも一方に対して圧力を加えることによって、少なくとも第１および第２のツール間で素材の少なくとも一部を、特に少なくとも実質的に素材の全てを圧縮するステップとを具備し、
第２のツールのセグメントは、閉ポジションに向かう第２のツールの第２のセットの少なくとも一つのセグメントの移動の間絶えず、第２のツールの第２のセットの少なくとも一つのセグメントに関する閉ポジションまでの瞬間移動距離は、第２のツールの第１のセットの少なくとも一つのセグメントに関する閉ポジションまでの瞬間移動距離を上回るように移動させられる。
【００２８】
上記第１および第２のツールを検討することもでき、したがって、それらを第１および第２の加圧ツールあるいは第１および第２の型枠と呼ぶことができる。
【００２９】
ある実施形態では、本方法は、強化プラスチック製の部品を製造するための方法、特に繊維強化プラスチック製(特に繊維強化熱可塑性樹脂製)の部品を製造するための方法である。
【００３０】
先に提示した実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、上記部品を産業的に生産するための方法である。
【００３１】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材は樹脂を含み、かつ、上記圧縮は樹脂の架橋を促進するために実施される。
【００３２】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、完成品であるか、あるいは、一つ以上の仕上げ生産ステップを経ることになる中間製品である。
【００３３】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、シームレス部品を製造するための方法である。
【００３４】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記セグメントは、所定の方向あるいは経路に沿って移動させられる。
【００３５】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第１および第２のツールの上記セグメントは、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で配置されたとき、製造されることになる上記部品の表面の一部の形状を描くツール面を形成し、特に、上記第１および第２のツールの上記セグメントは、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で配置されたとき、実質的に、製造されることになる上記部品の完全な表面の形状を描くツール面を形成する。
【００３６】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、ステップｆ)は、上記素材(あるいはその一部)を所望の形状に成形するために実施され、素材に加えられる圧力は成形圧力とも呼ばれる。
【００３７】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、ステップｆ)における作用圧力は、上記第２のツールのセグメントに対する少なくとも上記第１のツールのセグメントの相対的な移動を引き起こす。
【００３８】
実際、ある実施形態において、ステップｆ)における圧縮の間、二つの段階を区別することは可能である。すなわち、全てのツールが閉ポジションに達する前の加圧に関して、この段階では、少なくとも上記第２のセットのセグメントが移動させられ、この段階は、素材内のガス(通常は空気)を素材から除去するために有用である。そして、第１のセットのセグメントおよび第２のツールの第２のセットのセグメントが既に閉ポジションにある間の加圧に関し、この段階の間は、第２のセットのセグメントに対する第１のセットのセグメントの相対移動は、もはや生じない。
【００３９】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、ステップｄ)において、上記第２のツールの上記第１のセットの少なくとも一つのセグメントは、上記閉ポジションに向かってかつ閉ポジションへと初期ポジションから移動させられる。
【００４０】
先に提示した実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第２のツールの上記第２のセットの上記セグメントの少なくとも一つは、上記第２のツールが上記閉ポジションにあるときには、上記第２のツールの上記第１のセットの一つ以上の隣接セグメント間に配置され、そして上記第２のツールの上記第１のセットの上記一つ以上の隣接セグメント間の開口は、上記初期ポジションから上記閉ポジションに達する前に第１のセットによって到達された中間ポジションまで、上記第２のツールの上記第２のセットの上記セグメントの上記少なくとも一つが上記閉ポジションに向かう、その途上で通り抜けるには小さすぎる。
【００４１】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第２のツールのセグメントに対して加えられる圧力の方向は、少なくとも実質的に、少なくとも上記閉ポジション付近にあるとき、ステップｄ)およびｅ)のそれぞれにおいて言及した個々のセグメントの移動の方向と一致する。特に、ステップｄ)およびｅ)のそれぞれにおいて言及した上記移動は、少なくとも実質的に、直線に沿って実施され、かつ、圧力の上記方向は、少なくとも実質的に、移動のそれぞれの方向と一致する。
【００４２】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、主として、特に実質的に、連続繊維強化部品である(そして上記素材は、これに対応して、連続繊維強化プラスチックを含む)。そうした実質的に連続した繊維によって強化された部品は、顕著な特性を有する。
【００４３】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、主として、特に実質的に、配向された繊維である繊維を含む(かつ上記素材はこれに対応して配向された繊維を含む)。そうした様式で補強された部品は、顕著な特性を発揮し得る。繊維の向きは、製造されることになる部品の所望の特性に応じて選択される。たとえば、最適な繊維の向きを見つけるために計算／シミュレーションを実施できる。たいてい、素材には複数の層が含まれ、その一つ以上は同じ、そしてその一つ以上は異なる繊維の向きを有することになる。
【００４４】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、リムあるいはホイールあるいはその一部である。
【００４５】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、インシュレータ、特に強化インシュレータ、特に実質的に円筒形状インシュレータである。
【００４６】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、胴体の補強要素として航空機において使用されるストリンガーである。
【００４７】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第２のツールの上記第１のセットは、上記第２のツールの上記第２のセットが上記素材と接触状態とされる前に、上記素材と接触状態とされる。特に、圧力は、上記第２のツールの上記第１のセットによって上記素材に対して圧力が加えられた後でのみ、上記第２のツールの上記第２のセットによって上記素材に対して加えられる。とりわけ、上記第２のツールの上記第１および第２のセットは、圧力が上記第２のツールの上記第２のセットによって上記素材に加えられたとき、圧力がまた、上記第２のツールの上記第１のセットによって上記素材に加えられるように構成され、配置され、そして動作させられる。
【００４８】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第１のツールはアウターツールでありかつ上記第２のツールはインナーツールであり、あるいは逆も同様であり、特に、インナーツールは、上記移動ステップの間、概して上記アウターツールによって描かれる形状の概して内側に配置される。
【００４９】
たいてい、上記第１のツール、特にそのセグメントは、第２のツールのセットの移動の間、適所にて保持される。これは、上記第１のツールのセグメントに対して相応の力を加えることによってかつ／または第１のツールのセグメントを互いに固定することで実現できる。特に興味深いのは、第１のツールがアウターツールでありかつ第２のツールがインナーツールである場合である。この場合、繊維、特に素材中に含まれる連続繊維は、上記圧縮作用の間に、少なくとも主として引き伸ばされ、これによって、たいてい、特に有利な素材特性が実現される。
【００５０】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、セグメントの上記セットの少なくとも一つ(特にそのそれぞれ)は、少なくとも二つの、特に少なくとも三つの、とりわけ少なくとも四つのセグメントを備える。
【００５１】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、上記圧縮の間、少なくとも実質的に同時に、上記セットの一つの全てのセグメント(それが上記第１のツールのセットあるいは上記第２のツールのセットでも)を移動させることを含み、特に、ここで、これは、インナーツールのセットのそれぞれに対して、あるいは上記セットのそれぞれに対して当てはまる。特に、ここで、上記セットの上記のものの全てのセグメントの上記移動のために、一つのそして同じ駆動源によって駆動される。
【００５２】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、上記圧縮の間、実質的に同じ速度で、上記セットの一つの全てのセグメント(それが上記第１のツールのセットあるいは上記第２のツールのセットでも)を移動させることを含み、特に、ここで、これは、インナーツールのセットのそれぞれに対して、あるいは上記セットのそれぞれに対して当てはまる。
【００５３】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材は、実質的にフォイルあるいはシートあるいは細片の形態で提供され、特に上記第１および第２のツール間に装填される。
【００５４】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材ならびに上記部品は、強化プラスチック、特に繊維強化プラスチックを含むか、あるいは少なくとも実質的にそれからなる。
【００５５】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第１および第２のツール間に装填された上記素材は熱可塑性樹脂からなる。熱可塑性樹脂は、さらに迅速な製造(より短い製造サイクル時間)を可能とし、それらは高い破壊靭性ならびに良好なリサイクル性を有し、かつ、あるものは高い温度耐性を示す。
【００５６】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材は、実質的に、プリフォームあるいはプリプレグ素材である。
【００５７】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材は、上記第１および第２のツール間に手作業で装填される。
【００５８】
先に言及した実施形態を除いて、先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材は、上記第１および第２のツール間に自動的に、特にロボットによって装填される。
【００５９】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、上記圧縮の前に、そして特に上記第１および第２のツール間に素材を装填した後に、上記素材を加熱することを含む。熱可塑性樹脂に関しては、加熱は重要であり、一方、熱硬化樹脂およびエラストマーの場合には、加熱を省略することが可能である。
【００６０】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、上記圧縮の間に、上記素材を加熱することを含む。
【００６１】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記方法は、特に上記圧縮の前および／またはその間に、上記素材の温度をモニタリングすることを、特にそれを制御することを含む。
【００６２】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、
・実質的に閉じた形状;あるいは、
・ほとんど閉じたい形状;あるいは、
・概ねあるいは少なくとも部分的に凹状内面および概ねあるいは少なくとも部分的に凸状外面を有する開放形状を描く部分を備え、
あるいは、上記部品は、実質的に、
・実質的に閉じた形状;あるいは、
・ほとんど閉じたい形状;あるいは、
・概ねあるいは少なくとも部分的に凹状内面および概ねあるいは少なくとも部分的に凸状外面を有する開放形状を描く。
【００６３】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は、概ねリング形状あるいはリング状構造体を有する部分を備え、あるいは、上記部品は実質的にリング形状あるいはリング状構造体を有する。
【００６４】
そうした種類の部品は、特に、素材が実質的に強化熱可塑性樹脂、特に繊維で強化された、とりわけ連続繊維で強化された熱可塑性樹脂である場合に、別の方法では製造が困難である。
【００６５】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記部品は実質的に環状形状を有する部分を備え、あるいは上記部品は実質的に環状形状を有する。
【００６６】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記素材を圧縮する間、上記第２のツールの上記第１のセットと接触状態にある上記素材の面積は、上記第２のツールの上記第２のセットと接触状態にある上記素材の面積よりも大きく、特に少なくとも２倍であり、とりわけ少なくとも３倍である。
【００６７】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第１および第２のツールは、その形状が上記部品の形状を決定するツールであり、特に、上記第１および第２のツールの形状は、それらが閉ポジションと呼ばれる既定の様式で配置された際に、製造されることになる部品の形状に対応する形状を描くツールである。
【００６８】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、ツールは、既定の様式で配置された際に、製造されることになる上記部品の形状に少なくとも実質的に対応するキャビティを形成する。
【００６９】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第２のツールの上記第１のセットおよび／または上記第２のツールの上記第２のセットに関して、個々のセットのセグメントは、上記個々のセットのセグメントの一つによって加えられえる、圧縮されることになる上記素材に対する圧力は、少なくとも概ね、上記セグメントのそれぞれに関して同じであるように移動させられる。
【００７０】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第２のツールの上記第２のセットの上記セグメントの少なくとも一つは、上記セグメントの移動の方向に先細化されている。特に、上記第１のツールの上記第２のセットの上記セグメントのそれぞれは、個々のセグメントの移動の方向に先細化されている。
【００７１】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記第２のツールの上記第２のセットの上記セグメントの少なくとも一つは、上記素材を圧縮する際に、力が上記第２のツールの上記第１のセットの少なくとも一つのセグメントに対して上記セグメントによって加えられるような形状とされる。特に、上記第２のツールの上記第２のセットの上記セグメントのそれぞれは、上記セグメントを移動させることで上記素材を圧縮する際に、力が上記第２のツールの上記第１のセットの少なくとも一つのセグメントに対して、特に上記第２のツールの上記第１のセットの各セグメントに対して、上記セグメントによって加えられるような形状とされる。
【００７２】
先に提示した実施形態に関連するある実施形態においては、上記加えられる力は、上記セグメントからあるいは上記セグメント群から、上記第２のツールの上記第１のセットの上記少なくとも一つのものに対して、あるいは、上記第２のツールの上記第１のセットの各セグメントに対して、上記第２のツールの上記第１のセットの少なくとも一つのセグメントの少なくとも一つの接触面と相互作用するか、あるいは上記第２のツールの上記第１のセットの上記セグメントの接触面と相互作用する上記セグメントあるいはセグメント群の少なくとも一つの接触面を介して、特に実質的にもっぱらそれを介して、伝達される。特に、そうした相互作用接触面は係合面である。
【００７３】
最後に言及するかその前に言及した実施形態に関連するある実施形態においては、上記加えられる力は、実質的に上記セグメントの上記移動の方向に、あるいはそれとほとんど直交する方向に、あるいはそうした力の重畳の方向に向けられる。
【００７４】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記圧縮によって、少なくとも５バールの、特に最大で５０バールの圧力が上記素材に加えられる。とりわけ、１０ないし３０バールの圧力が、ツールのセグメントによって上記素材に加えられる。
【００７５】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、本方法は、上記圧縮の前にかつ／またはその間にかつ／またはその後に、上記素材を加熱する、特に、上記第１および第２のツール間に装填された素材の少なくとも実質的に全てを加熱するステップを備える。特に、すなわち(強化)熱硬化樹脂の場合に最も顕著であるが、上記素材はレジンを含み、かつ、上記加熱はこのレジンの架橋を促進するために実施される。(強化)熱可塑性樹脂の場合、上記加熱は熱可塑性樹脂を申し分ない成形可能状態とする。
【００７６】
部品(特に実質的に強化プラスチックからなる部品)を製造するための装置は、
・第１および第２のツールであって、第１のツールは少なくとも一つの(特に少なくとも二つの)セグメントを備えた少なくとも一つのセットを具備し、かつ、第２のツールは少なくとも一つの(特に少なくとも二つの)セグメントの少なくとも一つの第１および一つの第２のセットをそれぞれ具備する第１および第２のツールと、
・第２のツールの少なくとも上記第１のセットおよび上記第２のセットを駆動するための駆動ユニットとを具備してなる。
【００７７】
そうした装置は、上記方法を実施することを可能とする。
【００７８】
ある実施形態では、上記駆動ユニットは、上記第１のツールに向かって上記第１のツールの少なくとも上記第１のセットおよび上記第２のセットを駆動するための駆動ユニットであり、特に、上記駆動部は上記駆動のための形状・構造とされる。
【００７９】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な装置の、ある実施形態においては、第１のツールのセグメントは、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で配置されたとき、それらが、製造されることになる部品の第１の部分表面に対応する少なくとも実質的に連続した表面を形成するような形状とされており、かつ、第２のツールのセグメントは、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で配置されたとき、それらが、製造されることになる部品の第２の部分表面に対応する少なくとも実質的に連続した表面を形成するような形状とされており、特に、これら二つの部分表面は、それらが、製造されることになる部品の実質的に全表面を形成するように、相互補完するものである。
【００８０】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な装置の、ある実施形態においては、第１のツールのセグメントは、既定の所定の様式で配置されたとき、それらが連続した表面を形成するような形状とされ、かつ、第２のツールのセグメントは、既定の様式で配置されたとき、それらが連続した表面を形成するような形状とされ、かつ、これら二つの連続した表面は、既定の様式で互いに配置された際に、それらが既定容積の実質的に全表面を形成するように相互補完する。
【００８１】
二つの最後に提示した実施形態の一方あるいは両方に関連する装置の、ある実施形態においては、上記第２のツールの第１のセットの上記少なくとも一つのセグメントは、上記第２のツールが閉ポジションにあるときに、第２のツールの第２のセットの少なくとも一つのセグメントの少なくとも一つの係合面と係合する少なくとも一つの係合面をそれぞれ備え、第２のツールの第１のセットの係合面はそれぞれ、閉ポジションにおいて、第２の部分表面と鋭角をなす。
【００８２】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記装置は、閉ポジションに向かって第２のツールの第２のセットの少なくとも一つのセグメントを移動させる間絶えず、第２のツールの第２のセットの少なくとも一つのセグメントに関する閉ポジションまでの瞬間移動距離が、第２のツールの第１のセットの少なくとも一つのセグメントに関する閉ポジションまでの瞬間移動距離を上回るように、第２のツールのセグメントが移動させられるように、第２のツールの第１のおよび第２のセットの動作を制御するよう構成された制御ユニットを備える。特に、この制御ユニットは、説明した様式で上記駆動ユニットを制御する。
【００８３】
先に提示した実施形態の一つ以上と組み合わせることが可能な、ある実施形態においては、上記装置は、第１および第２のツール間に装填された素材を加熱あるいは冷却するように、あるいはその加熱および冷却の両方を行うよう構成された温度変更ユニットを具備してなる。特に、この温度変更ユニットの少なくとも一部は、上記ツールの少なくとも一つと一体化される。
【００８４】
本発明は、本発明に基づく対応する方法の特徴を備えた装置を含み、逆も同様である。
【００８５】
本発明の利点は、基本的に、対応する方法の利点に対応し、逆も同様である。
【００８６】
本発明のある態様において、部品を製造するための方法は、
・第１および第２のツール間に素材を装填するステップであって、当該第１のツールは少なくとも二つのセグメントを備えた少なくとも一つのセットを含み、特に、上記セグメントは互いに分離可能であり、かつ、上記第２のツールは少なくとも一つのセグメントの少なくとも一つの第１および一つの第２のセットを含み、特に上記セグメントは互いに分離可能であるようなステップと、
・上記素材の少なくとも一部を、特に上記素材の少なくとも実質的に全てを、
上記第１のツールに向かって上記第２のツールの少なくとも上記第１のセットを移動させ、かつ、続いて、
上記第１のツールに向かって上記第２のツールの少なくとも上記第２のセットを移動させることによって、圧縮するステップと、を含む。
【００８７】
上記第２のツールの上記第１のセットおよび上記第２のツールの上記第２のセットのその後の移動(この移動は、通常、少なくとも５バールの圧力を加えることで実施される)によって、プレプレグ素材などのプリフォームからリング形状およびリングのような形状の部品を形成することが可能となる。素材に対して非常に均一に圧力を加えることが可能である。
【００８８】
この態様のある実施形態において、上記第１のツールに向かって上記第２のツールの少なくとも上記第１のセットを移動させることは、上記第１のツールに向かって上記第２のツールの少なくとも上記第２のセットを移動させる間、依然として(すなわち連続的に)あるいは再び(すなわち新たに)実施される。
【００８９】
この態様は、原理的に適合可能である限り、その他の本明細書中で開示した実施形態とも、そしてその他の本明細書中で開示した実施形態のいかなる特徴とも組み合わせることができる。
【００９０】
さらなる実施形態および利点は、従属請求項および図面から明白である。
【００９１】
以下、実施例および図面を用いて、本発明について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】プリフォームが装填された状態での装置の細部平面図であり、第１のツール(アウターツール)および第２のツール(インナーツール)は閉ポジションに存在している。
【図２】プリフォームが装填されかつツールが開いた状態での装置の細部平面図である。
【図３】プリフォームが装填されかつアウターツールが閉じられた状態での装置の細部平面図である。
【図４】プリフォームが装填されかつクランプで固定されてアウターツールが閉じられた状態での装置の細部平面図である。
【図５】プリフォームが装填された状態での装置の細部の断面状側面図であり、プルロッドの第１のセットのロッドは連結されている。
【図６】プリフォームが装填された状態での装置の細部の断面状側面図であり、プルロッドの第１のセットのロッドは連結されかつインナーツールの第１のセットのセグメントに力を加えるよう作動している。
【図７】プリフォームが装填された状態での装置の細部の断面状側面図であり、プルロッドの第１のセットのロッドは連結されかつインナーツールの第１のセットのセグメントに力を加えるよう作動しており、インナーツールの第２のセットのセグメントもまた示されている。
【図８】装填されたプリフォームおよび変位機構と共に装置の細部を示す断面状側面図であり、インナーツールの第２のセットのセグメントはプリフォーム内へと移動している。
【図９】装填されたプリフォームおよび変位機構と共に装置の細部を示す断面状側面図であり、インナーツールの第２のセットのセグメントはプリフォーム内へと移動してしまっており、そしてプルロッドの第２のセットのロッドが連結されている。
【図１０】プリフォームが装填された状態での装置の細部の断面状側面図であり、インナーツールの第２のセットのセグメントはプリフォーム内へと移動してしまっており、そしてプルロッドの第２のセットのロッドが連結されている。
【図１１】プリフォームが装填された状態での装置の細部の断面状側面図であり、インナーツールの第２のセットのセグメントはプリフォーム内へと移動してしまっており、そしてプルロッドの第２のセットのロッドが連結されかつインナーツールの第２のセットのセグメントに力を加えるよう作動している。
【図１２】プリフォームが装填された状態での装置の細部平面図であり、プルロッドの第１のセットのロッドは連結されかつインナーツールの第１のセットのセグメントに力を加える動作中であり、かつ、プルロッドの第２のセットのロッドは連結されかつインナーツールの第２のセットのセグメントに力を加えるよう作動している。
【図１３】閉ポジションにおけるインナーツールの平面図である。
【図１４】力を加えた状態での、閉ポジションにおけるインナーツールの平面図である。
【図１５】装置の細部平面図であり、インナーツールの第２のセットのセグメントが解放されている。
【図１６】変位機構と共に装置の細部を示す断面状側面図であり、インナーツールの第２のセットのセグメントは解放されてしまっており、かつ、プルロッドの第２のセットのプルロッドは連結解除されている。
【図１７】変位機構と共に装置の細部を示す断面状側面図であり、プルロッドの第２のセットのプルロッドは連結解除されてしまっており、かつ、アウターツールの第２のセットのセグメントは移動させられてしまっている。
【図１８】装置の細部平面図であり、アウターツールの第２のセットのセグメントは移動させられてしまっており、インナーツールの第２のセットのセグメントは、プルロッドの第１のセットのロッドを動作させることによって解放される。
【図１９】装置の細部平面図であり、アウターツールのセットのセグメントは、クランプが解除された後に、移動させられてしまっている。
【図２０】部品軸線と直交するさまざまな断面の概略図であり、すなわち左側に閉じた形状を、中央にほとんど閉じた形状を、そして右側に開いた構造を示している。
【図２１】装填されたプリフォームおよびインナーツールのセグメントを駆動するための駆動装置としてのパンタグラフ機構と共に装置の細部を示す部分的に切り欠いた側面図である。
【図２２】図２３の装置を用いて製造可能な湾曲プロファイルを示す図である。
【図２３】二つのセグメントのセットを有するアウターツールならびに一つのセグメントの第１のセットおよび二つのセグメントの第２のセットを有するインナーツールを備えた装置の細部の断面状側面図である。
【図２４】図２２のプロファイルの線Ａ‐Ａ’に沿った代表的断面図である。
【図２５】図２２のプロファイルの線Ａ‐Ａ’に沿った別な代表的断面図である。
【図２６】挿入された素材が圧縮された状態での、リング形状(円筒面状)部品を製造するための装置の細部の部品軸線に沿った概略断面図である。
【図２７】第２のツールの第１のセットのセグメントおよび第２のセットのセグメント間のインターフェースの詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００９３】
図中で使用している参照記号およびその意味は参照記号のリストに示されている。説明する実施形態は実例であり、本発明を制限するものではない。
【００９４】
強化プラスチックからなる部品、たとえばリング形状構造体が製造可能となるが、なぜなら、たいていはプレプレグ素材からなるプリフォームのオーバーラップ層は、層間の問題となる交差が、そのようにして製造された(シームレス)部品に存在しないように、加圧およびたいていはまた加熱を含む製造プロセスの間に結合するからである。そのようにして得られた部品に加えられる力は、マトリックス中の剪断力によってオーパーラップ領域において、ある繊維ストランドから次のものへと伝達され、それゆえ、最終的に得られる構造的欠陥は、溶接継ぎ目あるいは接着表面に比べて非常に軽微である。
【００９５】
さまざまな半完成製品が、その後に処理されることになるプリフォームとして利用できる。たとえば、異なる繊維マトリックスコンビネーション、あるいは予備含浸(プレプレグ)非圧密繊維半完成製品、あるいは非強化ポリマーのフィルムと組み合わされた非予備含浸半完成製品である。熱硬化樹脂あるいはエラストマーマトリックス系さえ、本発明に係る方法で処理できる。
【００９６】
たとえば、以下の繊維素材が使用できる。すなわち、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、玄武岩(basalt)繊維、ポリｐフェニレンベンゾビゾゾール(ＰＢＯ)繊維、ホウ素繊維、ポリアミド繊維、亜麻繊維、麻繊維、綿、あるいはその組み合わせである。概して、処理圧力、時間および温度が製造された部品中の繊維の特性を劣化させない限り、いかなる種類の繊維が使用されてもよい。選択は、その繊維によって、製造された部品の所望の特性が実現可能であることを最も重視してなされる。
【００９７】
プリフォーム、特にリングのような形状のプリフォームを製造するための、さまざまな方法が存在する。以下に、その例を挙げる。
ｉ)プレプレグなどのテープ形状半完成製品が、たとえばそれを細片へと裁断することによって細片として提供される。この細片は、所望のプリフォーム、特にリング形状プリフォームが得られるように配置される。細片は、互いに同一面をなしても、オーバーラップしても、あるいは多層状であってもよい。
ii)特にリング形状のプリフォームは、プレプレグなどの半完成製品をスパイラルへと巻き上げることによって形成される。
iii)プレプレグなどのテープ形状半完成製品が、たとえばそれを細片へと裁断することによって細片として提供される。プリフォーム、特にリングのような形状のプリフォームは、加圧ツール内へ細片を漸進的に装填することによって形成される(以下のツール、特にアウターツールの実施例および図面参照)。裁断および／または装填は、手作業であるいは自動で実施できる。
iv)切り口(Incisions)は、プレプレグなどの半完成製品へと裁断され、この結果、切開は、それを完全に別個の部分へと分割しない。こうした切開の目的は、半完成製品層内で補強繊維を経て裁断することである。切り口は、好ましくは、半完成製品の隣接層における切り口間にオフセットが存在しないように挿入される。そのように準備されたプリフォームは、たとえばii)において提案されたとおり、ツール内に装填される(以下のツール、特にアウターツールの実施例および図面参照)。切り口は、プリフォーム形状を形成するプロセス中の補強繊維のスライド動作を促進し、したがって形成されるプリフォーム内の内部ストレスを減少させ、これによってツール内へのプリフォームの装填を容易なものとする。
ｖ)同様に、細片へと裁断される前および／または後に、iv)において説明したような切り口を伴って、細片へと裁断された半完成製品(i)あるいはiii)参照)が提供される。続いて、プリフォームがｉ)において説明したような形状とされ、あるいは、細片は、iii)において説明したようにツール内に装填される。
【００９８】
確定されかつ安定した処理を実施するために、少なくとも熱可塑性樹脂に関しては、ツールを用いて装置内でそれを圧力にさらす前および／またはその間に、プリフォームの温度をモニターしかつ／または制御することが好ましい。処理温度の許容差は、処理される素材次第で、かつ、処理温度をＴＭおよびＴＧをそれぞれ上回るように十分に高く選定することで、１０℃ないし２０℃、あるいは約５０℃、あるいはそれ以上とすることができる。
【００９９】
その中に繊維が埋め込まれるマトリックス素材としての強化熱可塑性樹脂の場合、関連する処理温度を基本的に決定するのは熱可塑性樹脂である。
【０１００】
半結晶熱可塑性素材に関して、結晶融解温度ＴＭ(たとえば、ポリプロピレンに関しては１６２℃)および結晶化温度ＴＣは関連がある。ＴＣは、特定の熱可塑性素材によっては、ＴＭよりも４０℃超低くてもよい。
【０１０１】
プリフォームは、少なくともその結晶融解温度ＴＭまで加熱される必要がある。これは、たとえばストリップヒーターを用いた直接加熱によって、たとえば赤外線放射器を用いた放射作用によって、高温空気対流によって、あるいはその中でプリフォームが加圧されるツールを介した間接加熱によって実施できる。これら加熱方法の二つ以上の組み合わせも可能である。
【０１０２】
加熱デバイスの配置は、好ましくは、プリフォームがＴＭよりも高い温度まで、特に明確にＴＭを上回る処理温度まで均一かつ速やかに加熱されるように選択され、ほとんどの場合、それは、ＴＭを少なくとも２０°、少なくとも５０℃あるいは少なくとも７５℃上回るように選択される。
【０１０３】
非晶質熱可塑性素材の場合、いわゆるガラス転移温度ＴＧは別として、明確な温度限界は存在しない。処理温度はＴＧを上回っている必要が、特に明確にＴＧを上回っている必要があり、ほとんどの場合、それは、ＴＧを少なくとも２０°、少なくとも５０℃、少なくとも１００℃あるいは少なくとも１５０℃上回るように選択される。同様に、非晶質熱可塑性素材にとって結晶化温度ＴＣも存在しない(なぜなら、それらは非結晶のままであるからである)。素材の凝固に関して、凝固温度ＴＳ(これは、たいてい、通常は１０℃ないし４０℃だけＴＧよりも僅かに高い)は重要である。
【０１０４】
処理方法の原理は非晶質に関して、そして半結晶熱可塑性素材に関して同じであるが、温度限界の定義および外延が異なる。
【０１０５】
以下の表は、提案される処理において使用可能な代表的熱可塑性ポリマー素材を示している。温度範囲は、対応するバルクポリマーに関する基準値に過ぎない。ポリマーの特殊な改質に依存して、この値は表中の値から著しく逸脱し得る。
【０１０６】
【表１】
【０１０７】
エラストマーおよび熱硬化プラスチックは低い粘性を有し、たとえばレジントランスファー成形(ＲＴＭ)のようなプロセスにおいて、それを(装置のツールによって形成された)型枠キャビティ内に射出することを可能とする。熱硬化樹脂あるいはエラストマーベースのプレプレグをプリフォームとして使用することも可能である。
【０１０８】
提案される方法を実施するのに好適な装置(設備)はインナーおよびアウターツール(すなわち内および外型枠)を備え、ここで両方のツールに含まれるセグメントの総数は少なくとも三つである。極めてシンプルな形態においては、これは、アウターツールは正確に一つのセグメントを備えかつインナーツールは正確に二つのセグメントを備えることを、あるいはアウターツールは正確に二つのセグメントを備えかつインナーツールは正確に一つのセグメントを備えることを意味する。
【０１０９】
上記ツールの少なくとも一方は、プリフォームが加圧ステップにおいて加圧される前にプリフォームを装置内に挿入できかつ／または上記加圧ステップの後に加圧部を装置から分離させることができる開ポジションに配置でき、かつ、加圧ステップ／成形処理が実施される閉ポジションに配置できる。アウターおよびインナーツールは、その一方のみを移動させることで、あるいは両方を移動させることで、相対的に往復移動可能である。
【０１１０】
特に、たとえば開あるいは閉リング形状構造体のような、さらに複雑な形状を有する部品を製造する場合、インナーおよびアウターツールはそれぞれ好ましくは二つ以上のツールセグメントから構成される。これによって、ツールから部品を取り出すことが可能となり、あるいはそれが容易なものとなる。
【０１１１】
ツールは同じあるいは異なる素材から形成できる。金属あるいは合金、たとえばスチールあるいはアルミニウムがツール用の素材として適している。なぜなら、それらは、弾性を有し、かつ、同時にコスト効率が良く、かつ、所望の部品を得るために要求される必要形状へと容易に加工可能であるからである。
【０１１２】
必要ならば、ツールの表面を、たとえば商業用等級離型剤を用いて処理することで、プリフォームのマトリックス素材とツール表面との間の付着力を排除できる。
【０１１３】
プリフォームのマトリックス素材とツール表面との間の付着力が非常に小さい場合、プリフォームに含まれる異なる層の無制御の／望ましくない相互スライドを回避するために、プリフォームのマトリックス素材とツール表面との間に接着物質などを塗布することができる。
【０１１４】
いくつかの素材および／またはジオメトリーは制御された冷却処置あるいは熱的事後処理を必要とするので、少なくとも一つの加熱および／または冷却デバイスの存在が、加圧間および／または(加圧時間を低減するために)加圧が開始される前だけでなく、それ以後も推奨される。たとえば、加熱および／または冷却デバイスは、装置内に、特に一方あるいは両方のツール内に、直に組み込むことができる。かつ／または、別な加熱および／または冷却デバイスがツールとは別個に設けられてもよい。加熱を実施するための方法は先に言及した。冷却に関して、同じ原理を、ただし、たとえば冷水サーペンタインあるいは従来公知の類似の手段を用いることで、逆に適用できる。
【０１１５】
採用されるプリフォームマトリックス素材(主としてプリフォームを構成する)のために、そして製造されることになる部品の形状のために好適な成形圧力を得るために、インナーおよびアウターツールの少なくとも一方の外面に力を、機械的に、流体的に、あるいは電気機械的に加える、異なる手法を利用できる。全てのツールセグメント間の、および／またはツールとツール間に配置されるプリフォームとの間の、極めて良好な密着状態を実現するために、そして、加えられる力の適切な向きおよび適切な圧力分布を保証するために、たとえばプッシュロッドあるいはプルロッドを用いて、加えられる力を適切にガイドすることが望ましく、多くの代替策が当業者にとって周知である。
【０１１６】
上記プロセス、あるいは少なくとも加圧ステップ(および、それゆえセグメントの移動)および好ましくはまた加熱は、好ましくは、たとえばコントローラーにおいてあるいはコンピューターにおいて作動する適切なソフトウエア、たとえば、冷却のための、加熱のための、そして加圧のための時間、温度および圧力として重要なパラメーターを制御するソフトウエアを用いて、自動的に制御される。
【０１１７】
図１ないし図１９は、部品を製造するための装置および方法の第１実施例を示している。これは、繊維強化プラスチック製のリング形状構造体、たとえば炭素繊維強化ポリエーテルイミド(ＰＥＩ)製の車両ホイール用のリムを製造するための方法および装置である。特に、配向連続繊維が補強材として使用される。図２ないし図１９は、その後のプロセスステップを示しており、そして、以後の図のある例では、概ね同じ処理ステップの異なる眺めを示している。だが、処理ステップのそのように暗示された順序は、ステップの異なる順序を選択できることを、あるいはステップの付加または削除が可能であることを除外するものではない。
【０１１８】
図１は、部品を製造するための装置の細部平面図であり、さらに正確に言うと、それは、装置を通る断面を示している。本装置は、アウターツールあるいは外型枠である第１のツールと、インナーツールあるいは内型枠である第２のツールとを備えている。
【０１１９】
アウターツールは、クランプ６によって対のように互いにクランプされた四つのセグメント１を含むセグメントのセットを備える。
【０１２０】
インナーツールは、四つのセグメント２ａを含むセグメントの第１のセット、および四つのセグメント２ｂを含むセグメントの第２のセットを備える。
【０１２１】
第１のツール(アウターツール)および第２のツール(インナーツール)は閉ポジションにて示されている。
【０１２２】
図１において、装置は、インナーおよびアウターツール間にプリフォーム３が装填された状態で示されている。アウターツールのセグメント１とインナーツールのセグメント２ａ,２ｂとの間のキャビティの形状は、たとえばリムのような製造されることになる部品の形状に対応している。
【０１２３】
図２においては、装置の詳細が、アウターツールおよびインナーツールが開ポジションにある状態で、両者間に装填されたプリフォーム３と共に示されている。プリフォーム３は、好適なプレプレグの実質的に円筒状の構造体であってもよい。
【０１２４】
図３は、たとえばアウターツールの外面に対して加えられる(矢印によって示す)力Ｆの作用によって、アウターツールが閉じられた状態を示している。参照数字４は閉ポジションにあるアウターツールを指している。この閉ポジションは、以下でさらに明らかとなるように、アウターツールの加圧準備完了(pressing-ready)ジオメトリーと考えることができる。
【０１２５】
閉ポジションにおけるアウターツール４の剛性を高めるために、クランプ６がアウターツールに対して付加される(図４参照)。クランプ６によって圧力が加えられ、アウターツールの接触インターフェース５を、相手に向かって対をなすように駆動する。スクリューあるいはその他のものが、クランプ６の代わりに使用できる。
【０１２６】
この時点で、インナーおよび／またはアウターツールの(好ましくは両方の)加熱を開始することができる。加熱プロセスおよび加熱の開始は、特に、プロセスによっておよびプリフォーム３の素材あるいは素材群によって与えられる要件次第で、より早くあるいはより遅く予定できることは当業者にとって明らかである。
【０１２７】
図５は、アウターツール４が閉ポジションにある状態で、プリフォーム３が装填された装置の細部の断面状側面図であり、プルロッドの第１のセットのロッド８が連結されている。
【０１２８】
図６は、プリフォームが装填された状態での装置の細部の断面状側面図であり、プルロッドの第１のセットのロッド８は、インナーツールのセグメントの第１のセットのセグメント２ａに対して連係動作可能に連結されている。ロッド８は作動しており、小さな矢印で示すように、セグメント２ａに力を加えている。こうして、プリフォーム３は、第１のツールとインナーツールの第１のセットのセグメント２ａとの間で(低い圧力で)加圧される。
【０１２９】
図７は、図６と同じ状況を、ただし装置の細部の断面の平面図状の眺めで示している。インナーツールの第２のセットのセグメント２ｂは既に図７に示されている。図から明らかであるように、アウターツールおよびプリフォーム３に向かうセグメント２ａの移動によって、隣接するセグメント２ａ間にスペースが形成される。このスペースは、セグメント２ｂもプリフォーム３に対して圧力を加えることができるように、セグメント２ａ間にセグメント２ｂを導入するために使用される(以下参照)。セグメント２ａは係合面１３ａを有し、かつ、セグメント２ｂは係合面１３ｂを有する。第２のツールの閉ポジションにおいては、係合面１３ａ,１３ｂは対をなすように係合する(図１、図１２、図１３および図１４参照)。
【０１３０】
図８は、装填されたプリフォームおよび変位機構１０と共に装置の細部を示す断面状側面図である。この状況は図６および図７に示すものと似ているが、連結されかつインナーツールのセグメント２ａに(小さな)力を加えるように作動しているプルロッドの第１のセットのロッド８は示されていない。だが、プルロッドの第２のセットのロッド１１は図示されている。変位機構１０によって、たとえば電動モーターによって作動させられるリフトによって駆動されて、インナーツールの第２のセットのセグメント２ｂがプリフォーム３内へと移動させられている。
【０１３１】
図９(これは図８と同様に描かれている)において、インナーツールの第２のセットのセグメント２ｂはプリフォーム３の内側に配置されており、かつ、ロッド１１は連結されている。
【０１３２】
図１０は図９の状況を示しているが、駆動機構は図示されていない。
【０１３３】
図１１において、ロッド１１は、連結され、かつ、インナーツールの第２のセットのセグメント２ｂに力を加えるように作動中である。依然としてプルロッドの第１のセットのロッド８は連結されかつインナーツールの第１のセットのセグメントに力を加えるように作動中であることに留意されたい。さらに、セグメント２ｂはプリフォーム３に対して圧力を加えるだけでなく、セグメント２ａに対しても、すなわちその相互接触インターフェースにおいて、すなわち係合面１３ａ,１３ｂにおいて、圧力を加えることに留意されたい。
【０１３４】
図１２は図１１の状況を平面視的に示している。プリフォーム３はセグメント２ａによって、そしてセグメント２ａと接触していないその内面のこれら領域においては、セグメント２ｂによって、アウターツールに対して押し付けられている。強固になっているプリフォーム３の温度は２１７℃(これは示された素材にとってのＴＧである)ないし４００℃、好ましくは３００℃ないし３５０℃であるべきである。
【０１３５】
係合面１３ａおよび１３ｂ(図７参照)によって形成されたセグメント２ａおよび２ｂ間の接触インターフェース１３(インナーツールの上面を示している図１３参照)は特に効率のよい処理をもたらすだけではないことに留意されたい。それらはまた、セグメント２ａおよび２ｂによってプリフォーム３に加えられる力の良好な分布を実現する。これは、インナーツールのセグメント２ａ,２ｂの全ての圧力フィッティングだけでなく、形状フィッティングが存在するからである。
【０１３６】
セグメント２ａおよび２ｂ間の接触インターフェース１３(図１３参照)はセグメント２ａおよび２ｂのそれぞれの移動方向(インナーツールの上面を示す図１４における力ベクトル１４および１５参照)に対して、図４に示す方向に、すなわちセグメント２ｂはセグメント２ａ間に残るスペース内へと移動しかつその中に嵌り込むことができるように傾いている。これによって、セグメント２ａに関する鋭角αおよびセグメント２ｂに関する鈍角βが実現される(図２７参照)。好ましくは、角度αは、セグメント２ｂの移動経路に沿った、セグメント２ａに隣接する(あるいはその間の)セグメント２ｂの挿入可能性によって幾何学的に与えられる角度よりも、少なくとも１°、少なくとも２°あるいは少なくとも４°小さくなるよう選択される。
【０１３７】
セグメント２ａおよび２ｂは、それらがプリセットポジション(閉ポジション)に達するまで、プリフォーム３に向かって(それぞれプルロッド８および１１によって)引っ張られる。このポジションでは、アウターツールとインナーツールとの間のキャビティは、製造されることになる部品の形状、すなわちリム形状と等しい。同時に、セグメント２ａおよび２ｂの外面は、今や、製造されることになる部品の内面の形状を有し、かつ、それを形成する。
【０１３８】
セグメント２ａおよび２ｂを介してプリフォーム３に対して加えられる圧力(成形圧力)は、プリフォーム３の層内の熱可塑性レジンの圧密化のために、２秒ないし２分間、好ましくは２０秒ないし１分間、保持される。この実施例では、処理圧力は、５バールないし５０バールである必要が、好ましくは８バールないし２０バールである必要がある。こうした大きな時間および圧力範囲は本発明に係る処理の大きな利点の一つであり、これは新しい部品ジオメトリーに入り込むのをより容易なものとし、そして新しい部品ジオメトリーは、たいてい一つの主要な変量、すなわちプレプレグ素材層の数を有する。
【０１３９】
たとえば、バイクホイール用のリムの場合、極めて僅かな層が必要なだけであり、したがって１０秒の加圧時間で十分であり、これに対して、車用のホイールの場合、層の数はかなり多く、たとえば２〜３ダースであり、したがって加圧時間は、たとえば２０ないし３０秒まで増大する。
【０１４０】
加圧時間および圧力は、プリフォーム３内の層の数に概ね比例する。とはいえ、形成されることになる部品のジオメトリーの複雑さといったその他の要因もまた、これらパラメーターに影響を与える(ただし、たいてい強いものではない)。
【０１４１】
この時点において、インナーおよびアウターツールの冷却が、通常は、開始され、一方、プリフォーム３へのツールの圧力は維持される。これからは、プリフォーム３は部品１６(この例では、リム１６)と呼ぶことができる。冷却は、もちろん、たとえばツール内の冷却サーペンタインによって促進されてもよい。
【０１４２】
冷却の間、選択された素材が固体である温度に達した後、リム１６への圧力は、ロッド１１を緩めることによって軽減される。セグメント２ｂはリム１６から離れるように移動させられる。図１５は、装置の細部の平面図で、この状況を示している。インナーツールの第２のセットのセグメント２ｂは、素材の凝固が終了した時点で(ロッド１１を動作させることによって(図１５の開く矢印参照))リリースされる。部品１６の軸線Ａは図の面に対して垂直である。
【０１４３】
図１６は、セグメント２ｂが再び開ポジションにあり、かつ、ロッド１１が連結解除されている装置の細部の断面状側面図である。アウターツールからセグメント２ｂを移動させるために、図８および図９におけるのと同じ変位機構１０が、ただし図８および図９とは逆の様式で準備されている。
【０１４４】
図１７において、プルロッド１１は取り外されており、そしてセグメント２ｂは変位機構１０によってアウターツールから移動させられている。
【０１４５】
図１８は、アウターツールの第２のセットのセグメント２ｂが移動させられた後、インナーツールの第２のセットのセグメント２ａがプルロッドの第１のセットのロッド８を開く矢印の方向に動作させることによってリリースされる様子を示している。部品１６は、第２の(＝インナー)ツールとは、もはや接触していない。
【０１４６】
図１９は、クランプ６がリリースされた後に、アウターツールのセグメントのセットのセグメント２ａが移動させられた様子を示している。部品１６から離れるようにセグメント２ａを移動させるとき、好ましくは、外部ロボット、オペレータ、あるいはその他の手段が、それが落下しないようにリム１６を保持する。
【０１４７】
リム１６をツールから取り出すことで、装置は次なる生産サイクルの準備が整う。
【０１４８】
本発明に係るプロセスの簡潔な簡素化されたバージョンは、以下の順序の以下のステップによって大まかに要約できる。
・閉じられた外型枠(これは事前加熱されるか、あるいはされない)内へプリフォームを装填する;
・(装填された素材と接触あるいはほとんどそのような状態で)加圧準備完了ポジションへとインナーツールを移動する;
・素材を、ＴＭ(半結晶熱可塑性樹脂の場合)およびＴＧ(非結晶熱可塑性樹脂の場合)をそれぞれ上回るまで、特に、ＴＭおよびＴＧをそれぞれ少なくとも２０℃、特に少なくとも５０℃、とりわけ少なくとも１００℃上回るまで(ツールを介して)加熱する;
・少なくとも１０バールの、特に少なくとも２０バールの圧力(成形圧力)で、通常は２５バールないし５０バールの圧力で、ツールによって素材を圧縮する;
・受動的に、あるいは、好ましくは、能動的に素材をＴＭおよびＴＧをそれぞれ下回るように、特に、ＴＭおよびＴＧをそれぞれ少なくとも２０℃、とりわけ少なくとも４０℃下回るまで冷却する;
・加えた圧力を低減する;
・上記ツールの少なくとも一つを開く／取り外す;
・ツールから、こうして得られた部品を取り出す。
【０１４９】
素材がＴＭおよびＴＧを上回る処理温度に達した後でのみ完全成形圧力を加えることで、通常は、素材がこの温度に達する前に既に完全成形圧力を加えるよりも、より高品質な部品が実現されることに留意されたい。
【０１５０】
図１ないし図１９に関連して先に説明した第１の例は、本プロセスを実施するための一つの方式に過ぎず、その他の可能性が存在する。たとえば、アウターおよびインナーツールは、経時的に逆の順序で作動することができる。すなわち、インナーツールは、まず、閉ポジション(図１２、図１３、図１４参照)に配置され、そしてプリフォーム３を保持することができ、続いて、アウターツールのセグメントが接近してプリフォーム３を取り囲む。
【０１５１】
さらに別なプロセスも可能である。すなわち、ロボットがプリフォーム３を適所にて保持し、そして、インナーツールおよびアウターツールの両方が、図１２に示す閉ポジションへと開ポジションから実質的に同時に移動する。
【０１５２】
第１実施例に基づくツールおよびリング状部品の場合、インナーツールのセグメント(２ａおよび２ｂ共に)の最小数は４個である。概して、完全に円筒形あるいは円錐形部品を製造する必要がある場合、アウターツール用のある単一の円筒状セグメントが原理上は十分である。だが、リムの半径方向断面が軸方向に少なくとも一つのアンダーカットを有する場合、ツールから、製造される剛体部品を分離させるべく、少なくとも二つのセグメントをアウターツールのために使用する必要がある。
【０１５３】
ツールのセグメントの上述した経時的に逆あるいは同時移動の場合、セグメントのこうした最小個数は相応に変化し得る。
【０１５４】
たとえば開いたリング形構造体あるいは楕円構造体におけるのと同様に、その軸線と直交するプリフォーム３の断面が完全に円形でない場合、完全に円形のインナーおよびアウターツールを、好適な湾曲および／または形状(図２０に示す、さまざまな例参照)を有する、相応の形状とされた、その他のインナーおよびアウターセグメントで置き換えることで、処理を適応させることができる。
【０１５５】
図２０は、部品軸線と直交する、さまざまな断面を非常に大まかに、すなわち、左側には閉じた形状(リングのような形状)を、中央には、ほとんど閉じた形状を、そして右側には開いた構造体を示している。部品軸線は屈曲／湾曲していてもよく、たとえば、部品はトーラスの一部の表面の形状を描いてもよいことに留意されたい。さらに、部品断面は部品軸線に沿って変化してもよく、たとえば部品は円錐の一部を描いてもよいことに留意されたい。
【０１５６】
図２１は、部品を製造するための方法および装置の別な実施例を示している。図２１は、装填されたプリフォームおよびインナーツールのセグメント２ａ,２ｂを駆動するための駆動装置としてのパンタグラフ機構１７と共に装置の細部を示す部分的に切り欠いた側面図である(セグメント２ａあるいはセグメント２ｂのみが示されている)。この第２実施例では、パンタグラフ１７はインナーツールのセグメントを動作させるために使用される。したがって、異なる加圧原理が採用される。
【０１５７】
インナーツールのセグメント２ａおよび２ｂがパンタグラフ１７に搭載されている。パンタグラフボルト１８を回転させている間、セグメント２ａおよび２ｂは、閉じたアウターツールに向かって移動し(なぜなら一つのそして同じパンタグラフ１７に設けられているから)、これによってプリフォーム３に所望の圧力を加える。たとえば、セグメント２ａ,２ｂは、まず、セグメント２ａが装填された素材と接触状態となり、続いてセグメント２ｂが装填された素材と接触状態となるか、あるいはセグメント２ａがセグメント２ａよりも早くかつ／またはそれとは異なる速度で移動するように動作させられる。概して、セグメント２ｂは、閉ポジションに向かいかつそれに至るそのそれぞれ経路上で、セグメント２ａよりも素材３に決して接近しない。パンタグラフアームを適切に設計することで、そうした動作を実現することができる。加熱および加圧の後、逆向きにパンタグラフボルト１８を回転させることで部品をツールから取り出すことができる。
【０１５８】
部品を製造するための方法および装置の第３実施例について図２２および図２３と関連付けて説明する。図２２は、図２３に示された装置を用いて製造可能な湾曲プロファイル１９を示している。図２３は、二つのセグメント２１のセットを有するアウターツールならびに一つのセグメント２０の第１のセットおよび二つのセグメント２１の第２のセットを有するインナーツールを備えた装置の細部の断面状側面図である。
【０１５９】
この第３実施例は、炭素繊維強化ポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ)オープンプロファイル１９、たとえば航空機胴体を補強するためのストリンガーを製造するための方法および装置に関する(図２２参照)。プロファイル１９は、(図２２においてＡ‐Ａ’が付けられた線に沿って)たとえば、Ｉ形、Ｔ形、あるいはＣ形、あるいは略Ｚ形断面を呈してもよく、そして、さらに、この断面はプロファイルの長さ方向に沿って変化してもよい。図２４および図２５は、図２２における線Ａ‐Ａ’に沿った代表的断面を、すなわちＴ形および略Ｚ形断面をそれぞれ示している。
【０１６０】
そして、プロファイル１９は連続的に変化する曲げ半径を有することができる(図２２のＲ１およびＲＮ参照)。上記方法および装置によって、局所的に変化に富んだ半径および局所的に変化に富んだ断面を備えたプロファイルを製造することが可能となる。
【０１６１】
第１実施例(上記参照)の温度、加圧時間および圧力の処理パラメーターは、この例においても、適用可能である。
【０１６２】
概して、このプロセスもまた、上記第１実施例と実質的に同じ様式で、そして原理的に等価なあるいは少なくとも類似の装置を用いて同様に行われる。主たる相違はセグメントの数である。すなわち、この例では、インナーツールは少なくとも一つの中央セグメント２０および二つの側方セグメント２１を備えている必要があり、一方、アウターツールは少なくとも二つのセグメント２２を備えている必要がある。
【０１６３】
図２２ないし図２５の特定の実施例(第３実施例)は、ただ一つの内径Ｒ１が存在する場合あるいはプロファイルの長さがそれを行うことを可能とする場合には、上記三つのもの(一つの中央のもの２０および二つの対称なもの２１)の代わりに、二つの内部セグメントのみと協働してもよい(図示せず)。
【０１６４】
概して、実際には、セグメントの最小数は、基本的に、以下の二つの要因によって与えられる。
・セグメントは、開ポジションから閉ポジションへと前後におよび逆に移動している間に、それらが互いに衝突しないように設計される必要がある。
・プリフォームおよび加圧部品は、それぞれ、ツールおよび／またはそのセグメント内に容易に配置可能であり、かつ、そこから容易に取り出せる必要がある。
【０１６５】
図２６は、挿入された素材３が圧縮された状態での、リング形状(円筒面状)部品を製造するための装置の細部の概略断面図である。この断面は部品の軸線に沿った断面である。開いた矢印は、素材３がインナーおよびアウターツール間に形成されたキャビティ内で圧縮され、これによってツールによって決定される形状を呈するように、インナーツールのセグメント２ａを介して素材３に加えられる力を表している。セグメントの孔(図２６の点線)と相互作用するセグメント２ａに対して取り付けられたピンのような案内部７を、インナーおよびアウターツールの適切なアライメントを保証するために使用できる。参照数字１２はアウターツールの内面を示しており、したがってまた製造される部品の外面を示している。図２７に示す断面において、この面１２は線として現れており、製造されることになる部品は実質的に円筒体ジャケットを表している。たとえば円筒体軸線に沿って円筒体半径を変化させるといった、さらに複雑な形状も可能である。この半径の(そして部品の対応する内径の)適切な変化によって、自動車用のリムが、製造される部品となり得る。図２６において説明した原理は、たとえば、図１ないし図１９において説明した第１実施例にも申し分なく適用可能である。
【０１６６】
図２７は、たとえば図１ないし図１９に示す第１実施例において使用可能である様式で、第２のツールの第１のセットのセグメント２ａと第２のツールの第２のセットのセグメント２ｂとの間のインターフェース１３の詳細を示している。インターフェース１３は、さらに詳しくは、セグメント２ａの係合面１３ａ(図７も参照)とセグメント２ｂの係合面１３ｂ(図７も参照)によって形成されている。セグメント２ａ、さらに詳しくはその係合面１３ａ(図７も参照)は、インナーツールの局所接線と鋭角αをなす。この局所接線は、図２７において、破線にて示されている。これに対応して、セグメント２ｂ、さらに詳しくはその係合面１３ｂ(図７も参照)は、インナーツールの局所接線と鈍角βをなす。鋭角αは、たいてい、８９°ないし４０°、特に８８°ないし６０°、とりわけ８６°ないし７０°である。
【０１６７】
インターフェース１３ならびに係合面１３ａおよび１３ｂは、必ずしも平坦である必要はないことに留意されたい。図２７に点線で示すように、湾曲したインターフェース１３および表面１４も可能である。鋭角αを設けることによって、完成部品中で良好に配置されかつ良好な形状とされた繊維が実現される。
【０１６８】
第２のセットのセグメント２ｂ(第１および第２実施例)および２１(第３実施例)は、同時に、閉ポジションにあるときのそれらの(その)ポジションからの(それらの移動経路に沿った)第１のセットのセグメント２ａ(第１および第２実施例)および２０(第３実施例)よりも、閉ポジションに向かうその途上で、常に、閉ポジションにあるときの、それらの(その)ポジションから(それらの移動経路に沿って)遠く離れていることは明らかである。
【０１６９】
概して、第２のセットのセグメント２ｂ,２１は、閉ポジションへのそのそれぞれの途上で第１のセットのセグメントを追い越すことがあるいは「オーバーテーク」ができないと言うことができる。
【０１７０】
これによって、狭い凹状表面を備えた部品を成形することが可能となる。セグメントのために利用可能な制限されたスペースが巧みに利用される。セグメントの異なるセットは、異なる時間で、かつ／または異なる速度で、幾何学的制限を克服するために動作させられる。第２実施例(図２１参照)と関連付けて先に説明したものと同様に、第１実施例(図１〜図１９参照)の場合には、セグメント２ｂが閉ポジションに向かってその途上で既に移動している間、セグメント２ａを依然として移動させかつ依然として閉ポジションには存在しないようにすることも可能であり、すなわち、図１〜図１９と関連する第１実施例の説明において、セグメント２ｂは、セグメント２ａがその閉ポジションに既に存在するようになった後でのみ、その初期ポジションへと移動させられることに留意されたい。
【０１７１】
上記方法および装置は、特に連続繊維および／または配向繊維が補強材として使用される場合、プリフォームからの圧力成形繊維強化プラスチック部品の製造に、特にリングのような、あるいはほとんど閉じた、あるいは凹状部分を伴う、かなり複雑な形状を有する部分を有するか、あるいはそれからなる、そうした部品に特に適している。
【符号の説明】
【０１７２】
１ セグメント、第１のツールのセグメント、外型枠セグメント
２ａ セグメント、第２のツールの第１のセットのセグメント、内型枠セグメント
２ｂ セグメント、第２のツールの第２のセットのセグメント、内型枠セグメント
３ プリフォーム、プリプレグ
４ 閉状態の第１のツール、閉状態の外型枠
５ 第１のツールのセグメントの接触インターフェース、外型枠のセグメントの接触インターフェース
６ クランプ
７ 案内部、案内手段、案内ピン
８ プルロッド、プルロッドの第１のセットのロッド
１０ 変位機構
１１ プルロッド、プルロッドの第２のセットのロッド
１２ 製造される部品の外面、アウターツールの内面
１３ 接触インターフェース、第２のツールの第１のセットのセグメントと第２のセットのセグメントとの間のインターフェース
１３ａ 第２のツールの第１のセットのセグメントの係合面
１３ｂ 第２のツールの第２のセットのセグメントの係合面
１４ 力ベクトル
１５ 力ベクトル
１６ 部品、リム
１７ パンタグラフ
１８ パンタグラフボルト
１９ 部品、プロファイル
２０ セグメント、第２のツールの第１のセットのセグメント、内型枠セグメント、中央型枠セグメント
２１ セグメント、第２のツールの第２のセットのセグメント、内型枠セグメント、側方型枠セグメント
２２ セグメント、第１のツールのセグメント、外型枠セグメント、外型枠のセグメント
Ａ 軸線、部品軸線
Ｒ１...ＲＮ 曲げ半径
α 角度、鋭角
β 角度、鈍角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品(１６;１９)を製造するための方法であって、
ａ)素材(３)を提供するステップと、
ｂ)少なくとも一つのセグメント(１;２２)を備えた少なくとも一つのセットを備えた第１のツールを提供するステップと、
ｃ)少なくとも一つのセグメント(２ａ;２ｂ;２０,２１)であって、前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０,２１)は、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で互いに隣り合って配置されたとき、製造されることになる前記部品の表面の一部の形状を描く第２のツール面を形成する少なくとも一つのセグメント(２ａ;２ｂ;２０,２１)の少なくとも一つの第１および少なくとも一つの第２のセットをそれぞれ備えた第２のツールを提供するステップと、
ｄ)前記閉ポジションへと前記第２のツールの前記第１のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ａ;２０)を移動させるステップと、
ｅ)前記閉ポジションに向かってかつ前記閉ポジションへと前記第２のツールの前記第２のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ｂ;２１)を移動させるステップと、
ｆ)前記第１および第２のツールの少なくとも一方に対して圧力を加えることによって、少なくとも前記第１および第２のツール間で前記素材(３)の少なくとも一部を、特に少なくとも実質的に前記素材(３)の全てを圧縮するステップと、
を具備し、
前記第２のツールの前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０,２１)は、前記閉ポジションに向かう前記第２のツールの前記第２のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ｂ;２１)の移動の間絶えず、前記第２のツールの前記第２のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ｂ;２１)に関する前記閉ポジションまでの瞬間移動距離は、前記第２のツールの前記第１のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ａ;２０)に関する前記閉ポジションまでの瞬間移動距離を上回るように移動させられることを特徴とする部品を製造するための方法。
【請求項２】
前記第１のツールはアウターツールであり、かつ、前記第２のセットはインナーツールであり、あるいは逆であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
セグメント(１;２２;２ａ;２０;２ｂ;２１)の前記セットの少なくとも一つ、特にそのそれぞれは、少なくとも二つの、特に少なくとも三つの、とりわけ少なくとも四つのセグメントを具備してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記素材(３)は、実質的に、フォイルまたはシートまたは細片の形態で提供されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記素材(３)ならびに前記部品(１６;１９)は、強化プラスチック、特に繊維強化プラスチックを含むか、あるいは少なくとも実質的にそれからなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記素材(３)は、実質的に、プリフォームあるいはプレプレグ素材であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記部品は、実質的にリング形状のあるいはリング状の構造を有する部分からなり、あるいは前記部品は、実質的に、リング形状のあるいはリング状の構造を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記素材(３)の圧縮の間、前記第２のツールの前記第１のセットと接触状態にある、前記素材(３)の面積は、前記第２のツールの前記第２のセットと接触状態にある、前記素材(３)の前記面積よりも大きく、特に少なくともその２倍の大きさであり、とりわけ少なくとも３倍の大きさであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１および第２のツールは、その形状が前記部品の形状を決定するツールであることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のツールの前記第１のセットに関してかつ／または前記第２のツールの前記第２のセットに関して、前記個々のセットの前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０;２１)は、前記個々のセットの前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０;２１)の一つによって加えられる、圧縮されることになる前記素材(３)に対する圧力が、前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０;２１)のそれぞれに関して、少なくとも概ね同一であるように移動させられることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のツールの前記第２のセットの前記セグメント(２ｂ;２１)の少なくとも一つは、前記素材を圧縮する際に、力が、前記セグメント(２ｂ;２１)によって、前記第２のツールの前記第１のセットの少なくとも一つのセグメント(２ａ;２０)に対して加えられるような形状とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記圧縮によって、少なくとも５バールの、特に多くても５０バールの圧力が前記素材に加えられることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記圧縮の前にかつ／またはその間にかつ／またはその後に、前記素材(３)を加熱するステップを具備することを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
実質的に配向連続繊維強化プラスチックからなるシームレス部品を製造するための方法であって、特に前記プラスチックは熱可塑性を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
部品、特に実質的に強化プラスチックからなる部品を製造するための装置であって、
第１および第２のツールであって、前記第１のツールは少なくとも一つのセグメント(１;２２)を備えた少なくとも一つのセットを具備し、かつ、前記第２のツールは少なくとも一つのセグメント(２ａ;２ｂ;２０;２１)の少なくとも一つの第１および一つの第２のセットをそれぞれ具備する第１および第２のツールと、
前記第２のツールの少なくとも前記第１のセットおよび前記第２のセットを駆動するための駆動ユニットと、
を具備してなることを特徴とする装置。
【請求項１６】
前記第１のツールの前記セグメント(１;２２)は、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で配置されたとき、それらが、製造されることになる部品(１６;１９)の第１の部分表面に対応する少なくとも実質的に連続した表面を形成するような形状とされており、かつ、前記第２のツールの前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０;２１)は、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で配置されたとき、それらが、製造されることになる部品(１６;１９)の第２の部分表面に対応する少なくとも実質的に連続した表面を形成するような形状とされており、特に、これら二つの部分表面は、それらが、製造されることになる前記部品の実質的に全表面を形成するように、相互補完するものであることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第２のツールの前記第１のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ａ;２０)は、前記第２のツールが前記閉ポジションにあるときに、前記第２のツールの前記第２のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ｂ;２１)の少なくとも一つの係合面(１３ｂ)と係合する少なくとも一つの係合面(１３ａ)をそれぞれ備え、前記第２のツールの前記第１のセットの前記係合面(１３ａ)はそれぞれ、前記閉ポジションにおいて、前記第２の部分表面と鋭角をなすことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記閉ポジションに向かって前記第２のツールの前記第２のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ｂ;２１)を移動させる間絶えず、前記第２のツールの前記第２のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ｂ;２１)に関する前記閉ポジションまでの瞬間移動距離は、前記第２のツールの前記第１のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ａ;２０)に関する前記閉ポジションまでの瞬間移動距離を上回るように、前記第２のツールの前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０,２１)が移動させられるように、前記第２のツールの前記第１のおよび前記第２のセットの動作を制御するよう構成された制御ユニットを備えることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１および第２のツール間に挿入された素材を加熱あるいは冷却するように、あるいはその加熱および冷却の両方を行うように構成された温度変更ユニットを具備してなることを特徴とする請求項１５ないし請求項１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１】
部品(１６;１９)を製造するための方法であって、
ａ)素材(３)を提供するステップと、
ｂ)少なくとも一つのセグメント(１;２２)を備えた少なくとも一つのセットを備えた第１のツールを提供するステップと、
ｃ)少なくとも一つのセグメント(２ａ;２ｂ;２０,２１)であって、前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０,２１)は、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で互いに隣り合って配置されたとき、製造されることになる前記部品の表面の一部の形状を描く第２のツール面を形成する少なくとも一つのセグメント(２ａ;２ｂ;２０,２１)の少なくとも一つの第１および少なくとも一つの第２のセットをそれぞれ備えた第２のツールを提供するステップと、
ｄ)前記閉ポジションへと前記第２のツールの前記第１のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ａ;２０)を移動させるステップと、
ｅ)前記閉ポジションに向かってかつ前記閉ポジションへと前記第２のツールの前記第２のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ｂ;２１)を移動させるステップと、
ｆ)前記第１および第２のツールの少なくとも一方に対して圧力を加えることによって、少なくとも前記第１および第２のツール間で前記素材(３)の少なくとも一部を、特に少なくとも実質的に前記素材(３)の全てを圧縮するステップと、
を具備し、
前記第２のツールの前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０,２１)は、前記閉ポジションに向かう前記第２のツールの前記第２のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ｂ;２１)の移動の間絶えず、前記第２のツールの前記第２のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ｂ;２１)に関する前記閉ポジションまでの瞬間移動距離は、前記第２のツールの前記第１のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ａ;２０)に関する前記閉ポジションまでの瞬間移動距離を上回るように移動させられることを特徴とする部品を製造するための方法。
【請求項２】
前記第１のツールはアウターツールであり、かつ、前記第２のセットはインナーツールであり、あるいは逆であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
セグメント(１;２２;２ａ;２０;２ｂ;２１)の前記セットの少なくとも一つ、特にそのそれぞれは、少なくとも二つの、特に少なくとも三つの、とりわけ少なくとも四つのセグメントを具備してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記素材(３)は、実質的に、フォイルまたはシートまたは細片の形態で提供されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記素材(３)ならびに前記部品(１６;１９)は、強化プラスチック、特に繊維強化プラスチックを含むか、あるいは少なくとも実質的にそれからなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記素材(３)は、実質的に、プリフォームあるいはプレプレグ素材であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記部品は、実質的にリング形状のあるいはリング状の構造を有する部分からなり、あるいは前記部品は、実質的に、リング形状のあるいはリング状の構造を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記素材(３)の圧縮の間、前記第２のツールの前記第１のセットと接触状態にある、前記素材(３)の面積は、前記第２のツールの前記第２のセットと接触状態にある、前記素材(３)の前記面積よりも大きく、特に少なくともその２倍の大きさであり、とりわけ少なくとも３倍の大きさであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１および第２のツールは、その形状が前記部品の形状を決定するツールであることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のツールの前記第１のセットに関してかつ／または前記第２のツールの前記第２のセットに関して、前記個々のセットの前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０;２１)は、前記個々のセットの前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０;２１)の一つによって加えられる、圧縮されることになる前記素材(３)に対する圧力が、前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０;２１)のそれぞれに関して、少なくとも概ね同一であるように移動させられることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のツールの前記第２のセットの前記セグメント(２ｂ;２１)の少なくとも一つは、前記素材を圧縮する際に、力が、前記セグメント(２ｂ;２１)によって、前記第２のツールの前記第１のセットの少なくとも一つのセグメント(２ａ;２０)に対して加えられるような形状とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記圧縮によって、少なくとも５バールの、特に多くても５０バールの圧力が前記素材に加えられることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記圧縮の前にかつ／またはその間にかつ／またはその後に、前記素材(３)を加熱するステップを具備することを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
実質的に配向連続繊維強化プラスチックからなるシームレス部品を製造するための方法であって、特に前記プラスチックは熱可塑性を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
部品、特に実質的に強化プラスチックからなる部品を製造するための装置であって、
第１および第２のツールであって、前記第１のツールは少なくとも一つのセグメント(１;２２)を備えた少なくとも一つのセットを具備し、かつ、前記第２のツールは少なくとも一つのセグメント(２ａ;２ｂ;２０;２１)の少なくとも一つの第１および一つの第２のセットをそれぞれ具備する第１および第２のツールと、
前記第２のツールの少なくとも前記第１のセットおよび前記第２のセットを駆動するための駆動ユニットと、
を具備してなることを特徴とする装置。
【請求項１６】
前記第１のツールの前記セグメント(１;２２)は、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で配置されたとき、それらが、製造されることになる部品(１６;１９)の第１の部分表面に対応する少なくとも実質的に連続した表面を形成するような形状とされており、かつ、前記第２のツールの前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０;２１)は、閉ポジションと呼ばれる所定の様式で配置されたとき、それらが、製造されることになる部品(１６;１９)の第２の部分表面に対応する少なくとも実質的に連続した表面を形成するような形状とされており、特に、これら二つの部分表面は、それらが、製造されることになる前記部品の実質的に全表面を形成するように、相互補完するものであることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第２のツールの前記第１のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ａ;２０)は、前記第２のツールが前記閉ポジションにあるときに、前記第２のツールの前記第２のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ｂ;２１)の少なくとも一つの係合面(１３ｂ)と係合する少なくとも一つの係合面(１３ａ)をそれぞれ備え、前記第２のツールの前記第１のセットの前記係合面(１３ａ)はそれぞれ、前記閉ポジションにおいて、前記第２の部分表面と鋭角をなすことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記閉ポジションに向かって前記第２のツールの前記第２のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ｂ;２１)を移動させる間絶えず、前記第２のツールの前記第２のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ｂ;２１)に関する前記閉ポジションまでの瞬間移動距離は、前記第２のツールの前記第１のセットの前記少なくとも一つのセグメント(２ａ;２０)に関する前記閉ポジションまでの瞬間移動距離を上回るように、前記第２のツールの前記セグメント(２ａ;２ｂ;２０,２１)が移動させられるように、前記第２のツールの前記第１のおよび前記第２のセットの動作を制御するよう構成された制御ユニットを備えることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１および第２のツール間に挿入された素材を加熱あるいは冷却するように、あるいはその加熱および冷却の両方を行うように構成された温度変更ユニットを具備してなることを特徴とする請求項１５ないし請求項１８のいずれか１項に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公表番号】特表２０１２−５１７３６８（Ｐ２０１２−５１７３６８Ａ）
【公表日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４９５４３（Ｐ２０１１−５４９５４３）
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５１６４７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９２０８１
【国際公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（５１１１９６７００）クリンクラン・コンポジッツ・アーゲー (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５１６４７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９２０８１
【国際公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（５１１１９６７００）クリンクラン・コンポジッツ・アーゲー (1)
【Ｆターム（参考）】
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