本发明涉及用于制造构件的一种装置和一种方法。尤其，本发明涉及借助两个模具元件(还称为“工具”)以及布置在这些模具元件中的一个模具元件的空腔中的软管来制造构件的装置和方法。
背景技术：
在制造构件、尤其含有树脂的和/或纤维增强的构件时，端面的形成是困难的。在这里，端面应理解为在构件的方向上延伸的窄面，该窄面被布置在两个较大面积(具有比端面大的面积)的面之间。由于这种特殊形状，在硬化树脂时或已经在经模制的、未制成的状态中可能会引起在端面的损坏。
在图1中例如展示了结构元件20，该结构元件具有带有端面21的区段。在硬化树脂时，在图1上方展示的端面21上可能引起裂纹的形成或者可能产生气穴101，这些气穴在硬化后保留，如在图1中左侧展示的那样。
同样地，在纤维增强的构件20(复合材料元件)中可能引起类似不期望的效应。在此，在将纤维引入模具中之后(或在将具有纤维增强的填料(预浸渍体)的预先制造的构件引入模具中时)，这些纤维可以被形成端面21的模具或模具区段锻压或者从这些纤维的位置朝向一侧被挤压。例如，不同的纤维或纤维层例如在分层的情况下可能被彼此远离地压开。这通过在图1中虚线所示的纤维展示。因此，在随后制成的(经硬化的)构件20中可能在端面21上产生不期望的缺口101。
另一个不利的效应(还称为书本效应)在制造纤维增强的、弯曲的构件时产生。在此，彼此相叠的纤维的不同的层由于弯曲而相互移位(类似于书本的书页)，从而使得纤维层以不同的位置在(构件的端面的)端部处终止。
因此书本效应还可能导致：由于不同长度的纤维层而产生类似于缺口101的缺口，该缺口至少部分地由额外的树脂102填充，如在图1中右侧展示的那样。虽然已经尝试在模具中在端面侧提供一定的空间并且如有必要将更多的树脂引入模具中，但其中随后必须去除过量的硬化树脂102，以使构件达到期望的形状(尺寸)。否则应首先将所有纤维层在(构件的将来的端面的)端部处切割成相同的长度。在这两种情况下均需要额外的工作步骤。
技术实现要素：
本发明的基本目的在于，提供用于制造构件的一种装置和一种方法，通过该装置/该方法可以更均匀、更可靠并且还更快速地制造该构件。
这个目的通过具有以下所述特征的装置并且通过具有以下所述特征的方法来实现。
根据第一方面，一种用于制造构件的装置包括第一模具元件和第二模具元件。在此，所述第一模具元件在一个面上可以被设计成用于模制待制造的构件的至少一个区段，并且所述第二模具元件可以具有空腔并且被配置成用于以如下方式被布置在所述第一模具元件上，从而使得所述空腔与所述待制造的构件的面相对应。
待制造的构件可以是由待硬化的树脂制成的构件。替代性地或额外地，待制造的构件可以是纤维增强的构件和/或纤维增强的复合材料构件。待制造的构件的面不必伸入第二模具元件的空腔中(在构件最终硬化后)。相反地，该面还可以形成在由第一模具元件限定的区域中，该区域与第二模具元件的空腔相对应。
因此，第二模具的空腔用于封闭该面应在其中形成的区域。待制造的构件的面替代于由刚性模具元件而由其他组件形成。因此在所述空腔中可以布置有可膨胀的软管。因此，该空腔不是用于容纳用于制造构件的材料(如在通常的模具部件中一样)，而是用于灵活地制造构件的面而无需固定成形的模具部件。
所述装置还可以具有罩盖件，所述罩盖件覆盖并且相对于周围环境大气密封所述第一模具元件和所述第二模具元件。在此，罩盖件可以完全包围第一模具元件和第二模具元件。替代性地或额外地，第一模具元件和/或第二模具元件还可以被放置在工作面或其他基底上，其中罩盖件流体密封地被紧固在工作面或基底上。
在此，所述可膨胀的软管的内部与周围环境大气处于流体联接。换言之，可膨胀的软管的内部不通过罩盖件相对于周围环境大气被密封。例如，罩盖件可以具有开口，同时软管围绕该开口与密封件处于流体密封的连接。替代性地或额外地，罩盖件可以在开口处被设计为软管形的，其中软管形的罩盖件区段与软管结合在一起或逐渐过渡到软管中。
待制造的构件的面可以是待制造的构件的端面。在此，第一模具元件在一个面上可以被设计成用于模制待制造的构件的除端面外的至少一个区段。此外，空腔的位置可以与待制造的构件的端面相对应，即跨越该端面。
在另一个设计方案变体中，所述装置可以包括半透膜，所述半透膜被布置在所述可膨胀的软管与所述待制造的构件的(将来的)(端)面之间。因此，半透膜防止可膨胀的软管与待制造的构件(例如与其端面)触碰。在另一面上，半透膜保护可膨胀的软管免受待制造的构件的材料的影响，从而使得软管可以重复用于多个构件，而不必被清洁。半透膜允许气体(尤其空气)逸出，但针对粘性较大的材料(例如树脂)是不可透过的。
为了更好地排出气体(尤其空气)，可以将通风层(所谓的通风器)装入半透膜与软管之间。
在一个改进方案中，所述半透膜可以被布置在所述第一模具元件与所述第二模具元件之间并且跨越所述待制造的构件的面。换言之，半透膜跨越空腔或第一模具元件的开口，在该空腔和/或开口中模制待制造的构件。半透膜例如可以被夹持在第一模具元件与第二模具元件之间，从而使得不需要用于膜的特别的保持件。由于膜的半透性，因此空腔或开口可以完全被用于模制待制造的构件直至膜，其中膜阻挡树脂并且因此模制待制造的构件的面。
替代性地或额外地，所述装置可以包括密封元件，所述密封元件被布置在所述半透膜与所述第一模具元件之间和/或所述半透膜与所述第二模具元件之间。在半透膜的两面还可以布置有两个密封元件，其中这些密封元件中的一个密封元件朝向第一模具元件，而这些密封元件中的另一个密封元件朝向第二模具元件。在任何情况下，在这两个模具元件之间均实现密封以免树脂溢出。
在另一个设计方案变体中，所述半透膜可以被设计成软管形的并且包围所述可膨胀的软管。在这里，可膨胀的软管还被保护免受待制造的构件的树脂的影响。例如，半透膜可以被拉动到软管上。替代性地，软管还可以被模制半透膜的材料涂覆。为了更好的通风，在这里在膜与软管之间还可以设置有通风器。
替代性地或额外地，半透膜可以至少区段式地被预先模制。半透膜例如可以由相对于树脂而言形状稳定的材料组成。此外，预先模制的区段或整个半透膜可以被配置成用于模制所述待制造的构件的面。换言之，半透膜将待制造的构件的树脂保持在一定的形状中，直至该树脂被硬化。
在另一个设计方案变体中，所述装置包括真空源，所述真空源被配置成用于将真空施加在由所述罩盖件密封的区域中，所述第一模具元件和所述第二模具元件位于所述区域中。由此，从由第一模具元件和第二模具元件限定的、构件在其中被制造的空间中除去空气。这使填充待硬化的树脂或其他材料变得容易并且减少待硬化的树脂/材料中的气泡(空气泡)的形成。此外，罩盖件被压到第一模具元件和第二模具元件上，由此可以形状可靠地制造待制造的构件。
由于可膨胀的软管的内部与周围环境大气处于流体联接，因此软管通过真空的施加而在第二模具元件的空腔中扩展。可以说，软管间接地膨胀。由此，软管形成模制构件的(端)面的模具元件。尤其在布置预先模制的半透膜时，软管可以从空腔侧支撑该预先模制的半透膜，从而使得半透膜形成用于待制造的构件的端面的形状稳定的模具元件。在此，可膨胀的软管引起将压力均匀地分布到半透膜上，由此制造待制造的构件的均匀的面(更确切地说为该面的面积)。
对于在制造构件时树脂以压力被注射到第一模具元件中的情况，可膨胀的软管的内部还可以被施加压力。例如可以借助泵将空气压入软管中，以便抵抗注射压力。在此，软管中的压力应始终略大于注射压力。
在另一个设计方案变体中，所述第一模具元件可以被设计成两件式的。在模具元件的这两个部件之间设置有间隙，在该间隙中制作待制造的构件。模具元件的这两个部件例如可以彼此间隔开地布置，从而使得这些部件模制构件的面，构件的侧边缘处于这些面之间。间隙可以藉由在第一模具元件的两个部件之间的对应间隔保持件被固定。优选地，间隔保持件被布置在构件在其中被制造的区域外。
间隔保持件还可以由另一个可膨胀的软管形成或由这种可膨胀的软管支撑。当该另一个可膨胀的软管还与周围环境大气处于流体联接时，该软管在模具元件的两个部件的间隙中膨胀。由此，模具元件的这两个部件被均匀地施加压力并且因此均匀地彼此远离地保持。这种可膨胀的软管还可以在两个模具元件之间用作间隔保持件，其中这些模具元件中的每个模具元件模制另一个构件或模制待制造的构件的完全不同的区段。
此外，所述第二模具元件放置在所述第一模具元件的两个部件上。换言之，第二模具元件跨越第一模具元件的这两个部件。在此，第二模具元件的空腔与第一模具元件的两个部件之间的间隙相对应。间隙至少过渡到空腔中。空腔例如可以具有比第一模具元件的这两个部件的限定间隙的间距更大的宽度。
因此，装置允许制造构件，尤其具有端面的构件，其中该装置不具有(刚性的或固定的)模具元件。这两个模具元件的空腔和间隙允许引入增强纤维或预浸渍件，而不使纤维承受负载(例如被锻压)。此外，这允许在无需随后修整的情况下制造构件。换言之，可以制造直接具有期望的形状的构件，即所谓的“近净成形”构件。
根据另一个方面，一种用于制造构件的方法包括以下步骤：
·布置第一模具元件，所述第一模具元件具有与待制造的构件的至少一个区段对应的形状；
·将具有空腔的第二模具元件布置在所述第一模具元件上，从而使得所述空腔与所述待制造的构件的面相对应；
·将可膨胀的软管引入所述空腔中；
·将预先制造的构件和/或待硬化的材料引入所述第一模具元件中；
·用罩盖件罩盖所述第一模具元件和所述第二模具元件，所述罩盖件相对于周围环境大气密封所述第一模具元件和所述第二模具元件；
·将真空施加在由所述罩盖件密封的区域中，所述第一模具元件和所述第二模具元件位于所述区域中，
·其中所述可膨胀的软管的内部与周围环境大气处于流体联接。
在此，布置和引入的步骤的顺序是不重要的，并且这些步骤可以以任意的顺序进行。例如，将可膨胀的软管引入空腔中还可以在引入预先制造的构件和/或待硬化的材料之后才进行。
在一个改进方案中，所述方法还可以包括将半透膜引入所述可膨胀的软管与所述待制造的构件的面之间。换言之，可以将半透膜引入并且布置在第二模具元件的空腔与第一模具元件的区域之间，在该区域中制作待制造的构件。该步骤还可以与上面提及的方法步骤的顺序无关地实施。例如，引入半透膜可以在将可膨胀的软管引入空腔之前进行。
在此描述的方面、改进方案、设计方案以及变体能够任意地组合，从而在本公开中包括了其他未明确描述的设计方案变体。
附图说明
以下借助附图对本发明的实施例进行详细说明。
图1示意性地示出具有缺陷的端面的传统制造的构件的横截面，
图2示意性地示出用于制造包括端面的构件的装置的横截面，
图3示意性地示出用于制造包括端面的构件的装置的一个变体的横截面，并且
图4示出用于制造包括端面的构件的示例性方法的流程图。
具体实施方式
根据本发明描述用于制造包括端面的构件的一种装置和一种方法。
图2示意性地示出用于制造包括端面21的构件20的装置10的横截面。当然，在这里关于端面21描述的布置和过程还可以涉及并且应用于待制造的构件20的另一个面或另一个区段。构件20借助第一模具元件11和第二模具元件13来制造。在此，第一模具元件11可以被设计为单件式或多件式(例如所展示地为两件式)的。第一模具元件11具有至少一个面12，该至少一个面模制待制造的构件20的除端面21外的区段。所示第一模具元件11用于制造t形构件20。
在图2下方所示的端面21由第一模具元件11模制，同时待制造的构件20的端面21位于由第二模具元件13的空腔14确定的区域中。换言之，第一模具元件11和第二模具元件13均不具有模制待制造的构件20的端面21的刚性区段。更确切地，在空腔14中设置有可膨胀的软管16，该可膨胀的软管的内部与周围环境大气处于流体联接。
围绕第一模具元件11和第二模具元件13布置罩盖件18，该罩盖件覆盖这两个模具元件11、13并且将这两个模具元件相对于周围环境大气密封。如图2所示，罩盖件18可以流体密封地紧固在工作台上(未示出)或者替代性地可以完全包围模具元件11、13。
对于可膨胀的软管16可选地，可以设置有半透膜17。该半透膜可以被布置在软管16与待制造的构件20之间，尤其被布置在该待制造的构件的待制造的端面21上。半透膜17例如可以至少区段式地被预先模制，从而使得膜17的经预先模制的区段模制待制造的构件20的端面21。
在图2中所示的变体中，半透膜17被布置在第一模具元件11与第二模具元件13之间并且跨越待制造的构件20的端面21。换言之，膜17跨越第一模具元件11中的间隙，在该间隙中制作待制造的构件20。
图3示意性地示出用于制造包括端面21的构件20的装置10的一个变体的横截面。在该变体中，半透膜17包围可膨胀的软管16。为此，膜17被设计为软管形的或被施加在软管16的外侧。
虽然仅在图2中展示，但在装置10的这两个变体的每个变体中，在第一模具元件11与第二模具元件13之间可以布置有密封元件19。密封元件19例如可以被布置在第一模具元件11与半透膜17之间或半透膜17与第二模具元件13之间。
可以以如下方式设置真空源30，从而使得真空被施加在由罩盖件18密封的区域中，第一模具元件11和第二模具元件13位于该区域中。换言之，通过真空源30从第一模具元件11和第二模具元件13的所有间隙和空腔中除去流体(气体或液体)。在这之前或同时可以将用于制造构件20的材料(例如树脂)引入模具元件11、13的间隙和空腔中。待制造的构件20还可以包括纤维，这些纤维例如以预先制造的构件(预浸渍体)的形式事先尤其被装入第一模具元件11的间隙中。真空源30还除去纤维之间所含有的流体，尤其空气。而用于制造构件20所使用的材料(树脂)被半透膜17阻挡。
通过施加真空并且通过使可膨胀的软管16的内部与周围环境大气处于流体联接，软管16在空腔14中扩展。在此，软管16由于大气压力挤压到待制造的构件20的材料上，尤其挤压到待形成/待制造的端面21的材料上，或者挤压到可选地设置的半透膜17上。流体可以经过半透膜从第一模具元件11的间隙被引导至真空源30。为了更好地排出流体，在半透膜17上可以布置通风层(通风器)，其出于清楚的原因未在附图中展示。然而，端面21的这种类型的模制避免通常由于刚性模具元件而产生的在待制造的构件中的纤维变形。此外还限定模具元件的内腔，从而使得无法形成随后应除去的树脂的过量积聚。
由此，形成呈例如为构件20而设置的形状的端面21，而不需要修整(所谓的“近净成形”制造)。当然，通过这种第二模具元件13和可膨胀的软管16以及可选地膜17还可以模制待制造的构件20的其余端面21以及位于其间的面以及构件20的其他元件。
在附图中所示的第二模具元件13以及包含在其中的空腔14的形状可以根据待制造的构件进行适配。因此，空腔14还可以几乎占据在附图中由第二模具元件13示出的整个体积。因此第二模具元件13仅由坚固材料的薄层组成就足够了，当施加真空时，该第二模具元件由此防止罩盖件18与可膨胀的软管16挤压在一起。
图4示出用于制造这种包括端面21的构件20的示例性方法的流程图。首先，在步骤s201中布置第一模具元件11，该第一模具元件具有与待制造的构件20的至少一个区段(除端面21外)对应的形状。随后，将具有空腔14的第二模具元件13布置在第一模具元件11上(步骤s202)。在此，空腔14可以与待制造的构件20的端面21的位置相对应。
此外，该方法可以包括将可膨胀的软管16引入(步骤s203)空腔14中以及将预先制造的构件和/或待硬化的材料引入(步骤s204)第一模具元件11中。在此，步骤s201至s204的顺序是不重要的。
在该方法的一个可选的变体中，在步骤s210中可以将半透膜17引入可膨胀的软管16与待制造的构件20的(端)面21之间。在此，膜17至少部分地被引入第二模具元件13的空腔14中，从而使得膜17覆盖第一模具元件11的间隙，在该间隙中制作构件20。在此，膜17可以以如下方式设计，使得该膜在该间隙中模制构件20的端面21。
此外，该方法可以包括用罩盖件18罩盖(步骤s205)第一模具元件11和第二模具元件13，该罩盖件相对于周围环境大气密封第一模具元件11和第二模具元件13。随后，在步骤s206中可以将真空施加在由罩盖件18密封的区域中，第一模具元件11和第二模具元件13位于该区域中。可膨胀的软管16的内部与周围环境大气处于流体联接。由此，在施加(s206)真空时，软管16扩展并且形成柔性的、但针对待制造的构件20的端面21确定的形状。
上面阐述的变体、设计方案和实施例仅用于描述要求保护的传授内容，但是它并不受限于这些变体、设计方案和实施例。
技术特征：
1.一种用于制造构件(20)的装置(10)，其中所述装置(10)包括：
-第一模具元件(11)，所述第一模具元件在面(12)上被设计成用于模制待制造的构件(20)的至少一个区段；
-第二模具元件(13)，所述第二模具元件具有空腔(14)，其中所述第二模具元件(13)被配置成用于被布置在所述第一模具元件(11)上，从而使得所述空腔(14)与所述待制造的构件(20)的面(21)相对应；
-可膨胀的软管(16)，所述可膨胀的软管被布置在所述空腔(14)中；以及
-罩盖件(18)，所述罩盖件覆盖并且相对于周围环境大气密封所述第一模具元件(11)和所述第二模具元件(13)，
其中所述可膨胀的软管(16)的内部与周围环境大气处于流体联接。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，此外包括：
-半透膜(17)，所述半透膜被布置在所述可膨胀的软管(16)与所述待制造的构件(20)之间。
3.根据权利要求2所述的装置(10)，其中所述半透膜(17)被布置在所述第一模具元件(11)与所述第二模具元件(13)之间并且跨越所述待制造的构件(20)的面(21)。
4.根据权利要求3所述的装置(10)，此外包括：
-密封元件(19)，所述密封元件被布置在所述半透膜(17)与所述第一模具元件(11)之间或所述半透膜(17)与所述第二模具元件(13)之间。
5.根据权利要求2所述的装置(10)，其中所述半透膜(17)被设计成软管形的并且包围所述可膨胀的软管(16)。
6.根据权利要求2所述的装置(10)，其中所述半透膜(17)至少区段式地被预先模制，并且经预先模制的区段被配置成用于模制所述待制造的构件(20)的面(21)。
7.根据权利要求1所述的装置(10)，其中所述待制造的构件(20)具有端面(21)，并且其中所述第二模具元件(13)的空腔(14)与所述待制造的构件(20)的端面(21)的位置相对应。
8.根据权利要求1所述的装置(10)，此外包括：
-真空源(30)，所述真空源被配置成用于将真空施加在由所述罩盖件(18)密封的区域中，所述第一模具元件(11)和所述第二模具元件(13)位于所述区域中。
9.根据权利要求1所述的装置(10)，其中所述第一模具元件(11)被设计成两件式的，并且其中所述第二模具元件(13)被放置在所述第一模具元件(11)的两个部件上。
10.一种用于制造构件(20)的方法，其中所述方法包括：
布置(s201)第一模具元件(11)，所述第一模具元件具有与待制造的构件(20)的至少一个区段对应的形状；
将具有空腔(14)的第二模具元件(13)布置(s202)在所述第一模具元件(11)上，从而使得所述空腔(14)与所述待制造的构件(20)的面(21)相对应；
将可膨胀的软管(16)引入(s203)所述空腔(14)中；
将预先制造的构件和/或待硬化的材料引入(s204)所述第一模具元件(11)中；
用罩盖件(18)罩盖(s205)所述第一模具元件(11)和所述第二模具元件(13)，所述罩盖件相对于周围环境大气密封所述第一模具元件(11)和所述第二模具元件(13)；
将真空施加(s206)在由所述罩盖件(18)密封的区域中，所述第一模具元件(11)和所述第二模具元件(13)位于所述区域中，
其中所述可膨胀的软管(16)的内部与周围环境大气处于流体联接。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法包括：
将半透膜(17)引入(s210)所述可膨胀的软管(16)与所述待制造的构件(20)的面(21)之间。
技术总结
本发明涉及用于制造构件的装置和方法。所述装置由两个模具元件组成，其中一个模具元件具有空腔，所述空腔与待制造的构件的面的位置相对应。在所述空腔中设置有可膨胀的软管，所述可膨胀的软管与周围环境大气处于流体联接。罩盖件覆盖第一模具元件和第二模具元件并且相对于周围环境大气密封所述第一模具元件和所述第二模具元件。通过将真空施加在被密封的区域内，所述可膨胀的软管被扩展并且能够模制所述待制造的构件的面或支持模制。
技术研发人员：豪克·西格尔
受保护的技术使用者：空中客车德国运营有限责任公司
技术研发日：.08.15
技术公布日：.02.25
