特許 6971266 繊維強化中空構造部品の製造方法及び中空構造部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6971266

(24)【登録日】2021年11月4日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】繊維強化中空構造部品の製造方法及び中空構造部品

(51)【国際特許分類】

   B29C 33/54 20060101AFI20211111BHJP

   B29C 33/38 20060101ALI20211111BHJP

   B29C 70/48 20060101ALI20211111BHJP

   B29C 70/06 20060101ALI20211111BHJP

   B29C 33/76 20060101ALI20211111BHJP

   B29C 64/00 20170101ALI20211111BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20211111BHJP

   B29L 23/00 20060101ALN20211111BHJP

【ＦＩ】

   B29C33/54

   B29C33/38

   B29C70/48

   B29C70/06

   B29C33/76

   B29C64/00

   B33Y10/00

   B29L23:00

【請求項の数】12

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-565460(P2018-565460)

(86)(22)【出願日】2017年3月1日

(65)【公表番号】特表2019-507699(P2019-507699A)

(43)【公表日】2019年3月22日

(86)【国際出願番号】EP2017054740

(87)【国際公開番号】WO2017148998

(87)【国際公開日】20170908

【審査請求日】2020年2月26日

(31)【優先権主張番号】102016103979.9

(32)【優先日】2016年3月4日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】518311795

【氏名又は名称】ケーティーエム イー−テクノロジーズ ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】アモン， タシロ

(72)【発明者】

【氏名】ロッホナー， ハンス

【審査官】 ▲高▼橋 理絵

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５１７６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公開第０２１４６５７２（ＧＢ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０７７７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−１０７０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−００１７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２４９６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１３８６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３２６７３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭５０−１４５４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０３２０９５６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ３３／００−３３／７６

Ｂ２９Ｃ ７０／００−７０／８８

Ｂ２９Ｃ ３９／００−３９／４４

Ｂ２９Ｃ ６４／００−６４／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金型コア（１）を製造し、
金型コア（１）及び繊維（１２ａ、１２ｂ） をマトリックス材料（２２）と共に成形型（１８）に導入することにより、
第１の繊維部（１１）を前記マトリックス材料（２２）と共に前記金型コア（１）と前記成形型（１８）の間に配置して、部品壁（１９）を少なくとも部分的に形成し、
温度及び／又は圧力の変化により前記マトリックス材料（２２）を硬化させて、中空構造部品（２）を形成し、
硬化後に、前記中空構造部品（２）から前記金型コア（１）を流出させて、部品キャビティ（２９）を形成する繊維強化中空構造部品（２）の製造方法であって、
前記金型コア（１）を貫通し、前記金型コア（１）の製造時に前記金型コア（１）と一体成形された少なくとも１つの流路（４）を、前記金型コア（１）を３Ｄ印刷方法で前記少なくとも１つの流路（４）と一緒に形成することにより、前記金型コア（１）内に形成し、
第２の繊維部（１３）及び／又はマトリックス材料（２２）を、前記流路（４）に導入することにより、前記マトリックス材料（２２）が硬化し、かつ前記金型コア（１）が流出した後、前記部品キャビティ（２９）を貫通すると共に、フォームロック及び／又は一体接合の方式で、当該第２の繊維部（１３）の繊維（１２ｂ）の２つの端部（２０）の領域において、前記部品壁（１９）に接続された補強要素（２６）を形成し、
空気圧及び／又は機械的導入装置（３１）を用いて、前記第２の繊維部（１３）の前記繊維（１２ｂ）を前記流路（４）に導入することを特徴とする方法。

【請求項2】

前記金型コア（１）を、溶媒（Ｌ）を供給するための供給流路（２４）と共に、前記３Ｄ印刷方法で一体成形することを特徴とする先行する請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１の繊維部（１１）を金型コア（１）の周囲に巻き付け、
前記巻き付けられた金型コア（１）を前記成形型（１８）に導入し、及び／又は、
前記成形型（１８）が閉じられた後に、前記マトリックス材料（２２）を前記成形型（１８）に注入することを特徴とする先行する請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記マトリックス材（２２）は、前記金型コア（１）の成形型（１８）に面する側から、少なくとも１つの流路開口（５、６）を介して、及び／又は前記第１の繊維部（１１）を通って注入し、及び／又は、
２つの流路開口（５、６）の間の領域において前記流路（４）に接続された供給流路（２４）を通って前記流路（４）に注入することを特徴とする先行する請求項２に記載の方法。

【請求項5】

直線状、急激に曲げられた、及び／又は湾曲した流路（４）を形成し、及び／又は、
前記流路（４）の長手方向に離間した少なくとも２つのアンダーカットを含むように前記流路（４）を設計することを特徴とする先行する請求項１〜４の１つに記載の方法。

【請求項6】

前記第２の繊維部（１３）は、その２つの端部（２０）で前記第１の繊維部（１１）の特定の割り当て領域に一体接合及び／又はフォームロック方式で接続されると共に、２つの接続領域（２１）を形成することを特徴とする先行する請求項１〜５の１つに記載の方法。

【請求項7】

前記２つの接続領域（２１）の少なくとも１つを、前記第１の繊維部（１１）の外側（１７）に形成し、前記第１の繊維部（１１）にスロットを切り込み、該スロットを通って前記第２の繊維部（１３）を案内するか、前記金型コア（１）の周囲に位置する前記第１の繊維部（１１）を針（１４）で穿孔し、前記第２の繊維部（１３）を案内し、及び／又は、
前記第２の繊維部（１３）の端部（２０）を、前記第１の繊維部（１１）の前記外側（１７）に折り畳み、及び／又は、
それと共に縫い込むことを特徴とする先行する請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記２つの接続領域（２１）の少なくとも１つを、前記第１の繊維部（１１）の内側（２７）に形成し、まず前記第２の繊維部（１３）を、前記流路（４）に導入し、前記第２の繊維部（１３）の前記端部（２０）を、前記金型コア（１）の円周（２８）に折り畳み、及び／又は、その後に、前記金型コア（１）を前記第１の繊維部（１１）で包むことを特徴とする先行する請求項６に記載の方法。

【請求項9】

前記２つの接続領域（２１）の少なくとも１つを、前記第１の繊維部（１１）の内部に形成することを特徴とする先行する請求項６または７に記載の方法。

【請求項10】

前記マトリックス材料（２２）の注入の前に、膨張材料としてのワックスである充填材料（２５）で前記金型コア（１）の前記供給流路（２４）を充填し、前記マトリックス材料（２２）が硬化した後、前記充填材料（２５）を前記金型コア（１）と共に流出させ、又は、
温度が上昇すると前記金型コア（１）が膨張し、それにより前記第１の繊維部（１１）及び前記マトリックス材料（２２）を前記成形型（１８）のネガ型（２３）に対して外側に押し付けることを特徴とする先行する請求項２または４に記載の方法。

【請求項11】

前記マトリックス材料（２２）が硬化した後、前記溶媒（Ｌ）を前記金型コア（１）の前記供給流路（２４）及び／又は前記金型コア（１）の断面（３０）に流し込むことにより、前記金型コア（１）を中空構造部品（２）から分離することを特徴とする先行する請求項２に記載の方法。

【請求項12】

硬化後に中空構造部品（２）から流出して、部品キャビティ（２９）を形成することができる、先行する請求項１〜１１の１つに記載の繊維強化中空構造部品の製造方法に用いられる金型コア（１）であって、
少なくとも１つの流路（４）は、前記金型コア（１）内に形成されると共に、前記金型コア（１）を貫通して、前記流路（４）は、前記金型コア（１）の製造時に３Ｄ印刷方法で方法で前記金型コア（１）と一体成形されることを特徴とする金型コア。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金型コアを製造し、金型コア及び繊維をマトリックス材料と共に成形型に導入することにより、第１の繊維部をマトリックス材料と共に金型コアと成形型の間に配置して、部品壁を少なくとも部分的に形成し、温度及び／又は圧力の変化によりマトリックス材料を硬化させて、中空構造部品を形成し、硬化後に、中空構造部品から金型コアを流出させて、部品キャビティを形成する繊維強化中空構造部品の製造方法に関する。本発明は、さらに、該製造方法に用いられる金型コアに関する。本発明は、さらに、部品壁と、部品壁の内部に形成された部品キャビティと、部品キャビティを貫通する少なくとも１つの補強要素、特に補強支柱とを含む、繊維複合材料からなる中空構造部品に関する。

【背景技術】

【0002】

繊維強化部品は、強化繊維を含み、特に熱可塑性及び／又は熱硬化性マトリックスに埋め込まれるか又は組み込まれる炭素繊維、ガラス繊維、及び／又はアラミド繊維を含む。強化繊維は、特に部品に必要な強度及び剛性を与える。しかしながら、マトリックスは、強化繊維を所望の形状に保持する主な効果を有する。したがって、強化繊維は、マトリックスによって整列され、支持され、保護される。

【0003】

ＤＥ１０２００７０２６４５３Ａ１には、繊維強化補強支柱を含む中空部品が記載されている。この場合、各補強支柱に対して、円筒セグメント形状のコアは、繊維材料で包まれ、その後に位置決め補助手段を用いて互いに対して位置決めされる。外郭を形成するために、金型コアを強化繊維で巻き付ける。前記方法は、非常に複雑であり、かつ補強支柱を形成するために複数の個別作業ステップを必要とする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】ドイツ特許公開公報 ＤＥ１０２００７０２６４５３Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、本発明が解決しようとする課題は、前述の欠点を解消することができる繊維強化中空構造部品の製造方法及び繊維強化中空構造部品を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この課題は、独立請求項の特徴を有する繊維強化中空構造部品の製造方法、金型コア、金型コアの使用方法、及び中空構造部品により解決される。

【0007】

本発明は、金型コアが製造された繊維強化中空構造部品の製造方法に関する。金型コア及び繊維をマトリックス材料と共に成形型に導入する。その結果、第１の繊維部をマトリックス材料と共に金型コアと成形型の間に配置する。繊維は、短繊維、短繊維糸（short-cut threads）、長繊維、ストリップ、布マット、敷設構造物（laid structures）及び／又はプリプレグの形式で利用可能にすることができる。「プリプレグ」という用語は、樹脂、好ましくは熱硬化性マトリックス材料で予め含浸され、或いは予め硬化されたストリップ、布マット又は布象嵌(cloth inlays)を指す。マトリックス材料は、好ましくは、エポキシ樹脂又はポリウレタン樹脂、特に、単一成分、二成分又は三成分樹脂である。中空構造部品の部品壁は、第１の繊維部及びマトリックス材料から少なくとも部分的に形成される。

【0008】

最初に粘性状態で存在する熱硬化性及び／又は熱可塑性マトリックス材料は、温度及び／又は圧力の変化により硬化されて、中空構造部品を形成する。このために、成形型は閉じられ、かつ圧力又は温度によって作用する。この場合、金型コアは可溶性コアである。さらに、金型コアは、好ましくは、周囲条件の変化により膨張するため、少なくとも第１の繊維部は、マトリックス材料と共に成形型に押し付けられる。マトリックス材料が硬化した後、金型コアを中空構造部品から流出させて、部品キャビティを形成する。

【0009】

本発明では、金型コアを貫通する少なくとも１つの流路は、金型コア内に形成される。流路は、金型コアの製造時に金型コアと共に一次成形される。この場合、流路は、金型コアの本体の製造時に金型コア内に形成される。この場合、一次成形時に、ワークピース、具体的にはその流路を含む金型コアは、定形のない物質から作られる。この場合、材料の凝集を生じさせることにより、幾何学的立体の初期形状を生成することを目的とする。金型コアは、好ましくは、一体成形として存在し、それにより、該方法は、できるだけ簡単で、かつ少ない作業ステップを含むように設計することができる。例えば、このタイプの織物、敷設構造物、及び／又はチューブとして設計できる少なくとも１つの第２の繊維部は、流路に導入される。追加的又は代替的に、この第２の繊維部は、短繊維、短繊維糸又は連続糸（continuous threads）として設計することもできる。第２の繊維部は、含浸された繊維又は含浸されていない繊維であってよい。第２の繊維部に加えて、マトリックス材料は、流路に導入される。代替的には、第２の繊維部を流路に予め導入せずに、単にマトリックス材料を流路に注入することも考えられる。この場合、補強要素、特に補強支柱は、マトリックス材料のみによって形成される。

【0010】

第２の繊維部及び／又はマトリックス材料は、マトリックス材料が硬化し、かつ金型コアが流出した後、補強要素、特に補強支柱を中空構造部品内に形成するように流路に導入される。補強要素、特に補強支柱は、部品キャビティを貫通する。さらに、補強要素は、その２つの端部の領域において、特にフォームロック及び／又は一体接合の方式で部品壁に接続される。したがって、中空構造部品の製造方法は、簡単かつ時間を節約する方式で実行することができる。製造方法は、特に１つのステップで金型コアをその少なくとも１つの流路と共に製造するという事実により、非常に時間を節約するように設計することができ、費用効果が高い。補強要素、特に補強支柱は、中空構造部品の部品壁への接続により、極限状態であっても安定性を保証するための手段であるため、品質を永久に保証することができる。さらに、本方法により、コアが中空構造部品のキャビティ内に残らず、むしろ取り除かれるので、非常に軽量の繊維強化中空構造部品を形成することができる。

【0011】

少なくとも１つの流路及び／又は溶媒を金型コアの内部に迅速に導入するために設けられた供給流路を、ラピッドプロトタイピング方法、特に３Ｄ印刷法で金型コアと共に一次成形するか、又は金型コアを、その少なくとも１つの流路及び／又は供給流路とラピッドプロトタイピング方法で一次成形すると、有利である。その結果、特に少なくとも１つのアンダーカットを含み、好ましくは、少なくとも２つのアンダーカットを含む非常に複雑な流路形状又は湾曲した自由形状（freeform geometry）を形成することもできる。さらに、金型コアは、その流路と共に非常に迅速かつ費用効果的に製造することができる。さらに、金型コアが製造される場所は固定されていない。例えば、金型コアの形状を顧客に実質的に送り、顧客が自分の３Ｄプリンタを用いて金型コアの形状を現場で印刷することができる。

【0012】

補強要素が少なくとも１つの補強壁（特に全閉され、好ましくは互いに離間している２つの室が形成される）、補強支柱、トラス及び／又は補強構造であると、有利である。さらに、補強要素が中空になるように設計されていると、有利である。補強要素は、少なくとも幾つかの領域において、直線状及び／又は湾曲状に設計することもできる。補強要素は、「Ｘ」形状及び／又は「Ｙ」形状を有することができる。

【0013】

また、第１の繊維部を金型コアの周囲に巻き付ける場合に有利である。この場合、第１の繊維部は、好ましくは、予め含浸された長繊維から形成される。第１の繊維部は、プリプレグとして金型コアの周囲に敷設することもできる。この場合、繊維が既にマトリックス材料で含浸されているか否かは、最初は無関係である。巻き付けられた金型コアは、成形用の成形型に導入される。代替的には、まずプリプレグを成形型に入れて、第１の繊維部を形成し、その後に金型コアを導入することが考えられる。形成される中空構造部品内に繊維を固定するために、代替的又は追加的には、成形型が閉じられた後にマトリックス材料を成形型内に注入すると、有利である。その結果、第１及び第２の繊維部の繊維がマトリックス材料で含浸されるため、硬化後の繊維は、所定の位置に保持され、部品壁及び補強支柱に生じる張力を伝達し分配することができる。

【0014】

マトリックス材料は、有利には、成形型に面する金型コアの側面から流路に注入される。このために、金型コアは、少なくとも１つの流路開口を含み、それを介してマトリックス材料が第１の繊維部を通って流路に導入される。さらに、マトリックス材料を押して第１の繊維部を通るように、マトリックス材料に圧力を印加することにより、マトリックス材料は、その意図された流路に入ることが考えられる。第２の繊維部を、好ましくは流路に配置することにより、押し込まれたマトリックス材料で第２の繊維部を含浸する。しかしながら、補強支柱がマトリックス材料のみによって形成されることも考えられる。追加的又は代替的に、マトリックス材料は、好ましくは、２つの流路開口の間の領域において、流路に接続された供給流路を介して、流路に注入される。供給流路は、少なくともマトリックス材料が注入される成形型の領域から流路まで延びている。その結果、マトリックス材料は、標的化方式で流路に導入することができる。溶媒に直接接触可能な金型コアの表面が供給流路により大幅に拡大されるため、金型コアの流出は容易になる。

【0015】

流路は、有利には、第１の繊維部を金型コアに配置する前に形成される。

【0016】

さらに、流路が直線状であり、急カーブを有し、及び／又は、湾曲状であるように設計されると、有利である。追加的又は代替的に、流路は、流路の長手延在方向又は長手方向に互いに離間している少なくとも２つのアンダーカットを含むように設計されると、有利である。流路は、自由形状を有することもできる。流路は、同一及び／又は互いに異なる複数の突出部分で構成することもできる。その結果、補強支柱の後続の形状は、要求される剛性に個別に適合することができる。

【0017】

一次成形、特にラピッドプロトタイピングの間に、流路の第１の長手方向の半分が最初に第１の金型コア部に形成され、かつ他の長手方向の半分が第２の金型コア部に形成されると、有利である。その後に、これらの２つの金型コア部を互いに接続することにより、２つの端部のみで開いた仕上げ流路を形成する。したがって、流路又は補強支柱の形状は、非常に多様な条件に容易に適合することができる。

【0018】

特に機械的及び／又は空気圧導入装置を用いて、第２の繊維部の繊維を流路に導入する。この場合、機械的導入装置は、例えば、特に可撓性針である。例えば、針を用いて第２の繊維部の繊維を金型コアに導入することにより、繊維は、第１の流路開口から第２の流路開口まで延びている。この場合、第１の流路開口は、繊維入口開口であり、第２の流路開口は、繊維出口開口であり、この配置は逆にすることもできる。２つの流路開口が繊維入口開口と繊維出口開口となるように、２つの流路開口を介して繊維を流路に縫い込むことも可能である。

【0019】

代替的又は追加的には、空気流を用いて、第２の繊維部の繊維を流路に導入すると、有利である。したがって、繊維導入は、空気圧導入装置、特に針を用いて行うことができる。この場合、流路は、繊維が注入される前に、コアと共に、又はコアの製造時に一次成形され、任意の考えられる流路形状が原理的に可能である。繊維は２つの流路開口のうちの１つを介して注入可能であり、その結果、繊維は他の流路開口から出るため、流路を完全に通って延びる。この場合、流路は、その２つの端部開口の間に更なる開口を含まない。繊維の導入は、流路の形状に依存せずに行うことができるので、繊維の注入は、様々な方法による流路の設計を可能にする。また、急激に曲げられた流路を通って繊維を案内するために、例えば、空気流の流速を増加させることで十分である。

【0020】

この場合、２つの流路開口は、金型コア自体にのみ形成することができる。第１の繊維部が２つの流路開口を含むことも考えられる。流路開口の配置は、製造方法と、第１の繊維部を金型コアに巻き付ける時点に応じて変化し得る。例えば、繊維マットを成形型に配置する場合、成形型に配置する前に、流路及び第２の繊維部を形成することは合理的である。したがって、金型コアのみが流路開口を含むが、第１の繊維部は流路開口を含まない。しかしながら、まず第１の繊維部を金型コアの周囲に配置し、次に第２の繊維部を流路に導入すると、第１の繊維部が第２の繊維部によって貫入されなければならないので、第１の繊維部も、２つの流路開口の少なくとも１つを含む。

【0021】

さらに、第２の繊維部が第１の繊維部の特定の割り当て領域に特に一体接合及び／又はフォームロック方式で接続されると、有利である。この場合、第２の繊維部は、好ましくは、その２つの端部で第１の繊維部に接続されると共に、２つの接続領域を形成する。この場合、第２の繊維部の繊維は、第１の繊維部に接合され、特に縫い込まれる。このように、２つの繊維部は、互いに固定的に接続することができるため、特に高いレベルの安定性を保証する。さらに、接続点で発生する力は、損失なく効果的に伝達することができる。

【0022】

有利には、２つの接続領域の少なくとも１つは、第１の繊維部の外側に形成される。この場合、スロット又は開口は、好ましくは、第１の繊維部に切り込まれる。その後に、この開口を通って第２の繊維部を案内する。第２の繊維部は、空気圧及び機械的導入装置を用いて導入することができる。一実施形態において、第２の繊維部は、特にスロットも開口も第１の繊維部に切り込まれていない場合、機械的導入装置、特に針を用いて、金型コアの周囲に位置する第１の繊維部を貫通する。代替的には、第２の繊維部の繊維は、特に流路が第１の繊維部の外側から金型コアを通って第１の繊維部の反対の他の外側に延びている場合、空気流又は針を用いて導入することができる。

【0023】

第２の繊維部の特定の突出端部が２つの流路開口の領域において第１の繊維部の外側に折り畳まれると、有利である。注入され硬化されたマトリックス材料は、第２の繊維部を第１の繊維部の外側に永久に接続するために既に十分である可能性がある。さらに、突出端部を第１の繊維部の外側と共に縫い込むか又は織り込むことも考えられる。その結果、部品へ負荷を効果的に導入することができるため、部品の安定性は確実に影響を受ける。

【0024】

２つの接続領域の少なくとも１つは、有利には、第１の繊維部の内側に形成される。このために、まず第２の繊維部を流路に導入し、次にその突出端部を金型コアの円周に折り畳む。その後に金型コアを第１の繊維部で包む。安全な接続点を形成するために、これらの２つの繊維部は、さらに互いに縫い込むことができる。

【0025】

２つの接続領域の少なくとも１つが第１の繊維部の内部に形成される場合も、有利である。この場合、第１の繊維部の１つの繊維層は、好ましくは、金型コアの周囲に、特に数回、次々に配置される。繊維層を形成するために、第１の繊維部は、金型コアの周囲に数回巻き付けることができ、また繊維マットの形式で金型コアの周囲に配置することもできる。その間又はその後に、繊維層は、第２の繊維部の繊維の一部によって貫入され、特に貫通され、或いは、ストット又は開口が形成されると、第２の繊維部の繊維の一部は、繊維層を通過する。この部分の突出端部は、第１の繊維部の外側に折り畳まれ、及び／又は、そこに縫い込まれる。その後に、更なる第２の繊維層を、第１の繊維層を含む既存の金型コアの周囲に敷設するか又は巻き付けることにより、第２の繊維部の端部を覆う。このように、製造方法は、繊維部間の接続領域の安定性に悪影響を与えず、簡単に設計することができる。

【0026】

マトリックス材料の注入の前に、充填材料、特にワックスのような膨張材料で金型コアの供給流路を充填することも、有利である。成形型にマトリックス材料を注入する時に、マトリックス材料は、第１の繊維部を通って金型コアの流路に押し込まれるため、第２の繊維部もマトリックス材料で含浸される。供給流路を充填材料で充填することにより、流路のみをマトリックス材料で充填することを保証する。したがって、最後に改善された方法で金型コアの流出に用いられる供給流路は、自由に保持される。マトリックス材料が硬化した後、充填材料が金型コアと共に流出するため、金型コアは、溶媒を用いて中空構造部品から理想的に取り除くことができる。

【0027】

温度が上昇すると、金型コアは有利に膨張する。その結果、金型コアの断面が増加するため、マトリックス材料に埋め込まれた第１の繊維部は、成形型のネガ型に押し付けられる。このように、繊維部及びマトリックス材料にある全ての気泡は、部品から効率的に取り除くことができるため、部品の品質を保証する。

【0028】

さらに、マトリックス材料が硬化した後、溶媒を金型コアの供給流路に流し込むことにより、金型コアを中空構造部品から分離すると、有利である。代替的は追加的には、溶媒を金型コアの断面に流し込むと、有利である。例えば、砂中子又は塩中子である金型コアは、特に供給流路を介して、ほとんど残留物がなく、中空構造部品から確実に流出することができる。

【0029】

本発明は、さらに、前記特徴が個別にまたは任意の組み合わせで存在することができる金型コアであって、前述の説明による繊維強化中空構造部品の製造のための、及び／又はその製造方法において使用される金型コアに関する。中空構造部品が硬化した後、部品キャビティを形成するために、金型コアは、中空構造部品から流出することができる。金型コアを貫通する少なくとも１つの流路は、金型コア内に形成され、流路は、金型コアの製造時にラピッドプロトタイピング方法で金型コアと一体成形される。

【0030】

金型コアが前述の説明に従って設計され、前記装置特徴が個別にまたは任意の組み合わせで存在することができる場合に、有利である。

【0031】

本発明は、さらに、前記特徴が個別にまたは任意の組み合わせで存在することができる金型コアであって、前述の説明に係る繊維強化中空構造部品（２）の製造方法における前述の説明に係る金型コアの使用に関する。

【0032】

本発明は、さらに、部品壁を含む、繊維複合材料からなる中空構造部品に関する。部品キャビティは、部品壁の内部に形成される。少なくとも１つの補強要素、特に補強支柱は、この部品キャビティを貫通する。本発明によれば、中空構造部品は、前記特徴が個別にまたは任意の組み合わせで存在することができる前述の説明に従って、設計される。中空構造部品は、補強要素、特に補強支柱が部品キャビティ全体を横切って延びるため、支持効果を有するので、非常に安定するように設計される。さらに、部品に発生する負荷を効率的に導くことができるため、部品は、高負荷に確実に耐えることもできる。

【0033】

さらに、補強要素、特に補強支柱が、その端部で、一体接合及び／又はフォームロック方式で特定の接続領域における部品壁に接続され、特に縫い込まれると、有利である。その結果、構造的に簡単な方法で、高負荷による補強支柱の引き裂きを防止することができる。

【0034】

本発明のさらなる利点は、以下の例示的な実施形態において説明される。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】図１は、金型コアの正面図を示す。

【図2】図２は、流路を含む金型コアの第２の例示的な実施形態の正面図を示す。

【図3a】図３ａは、流路を含む金型コアの第３の例示的な実施形態の長手方向の半分の断面図を示す。

【図3b】図３ｂは、第３の例示的な実施形態の第２の長手方向の半分の断面図を示す。

【図3c】図３ｃは、第３の例示的な実施形態に係る金型コアの正面図を示す。

【図4】図４は、繊維で包まれた金型コアの断面図を示す。

【図5】図５は、金型コアを含む成形型の概略的断面図を示す。

【図6】図６は、金型コアを含む成形型の第２の例示的な実施形態の概略的断面図を示す。

【図7】図７は、金型コアを含む更なる例示的な実施形態の成形型の断面図を示す。

【図8】図８は、金型コアを含む構造部品の断面図を示す。

【図9a】図９ａは、補強要素、特に補強支柱を含む構造部品の断面図を示す。

【図9b】図９ｂは、図９ａ中の構造部品の断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0036】

図１は、金型コア１の正面図を示す。図示されていない中空構造部品２（図９ａ、９ｂ参照）を製造するために、金型コア１を提供する。金型コア１は、好ましくは、接合剤、特に接着剤により共に保持される顆粒、特に砂から形成される。さらに、金型コア１は、好ましくは、温度の上昇により膨張するため、体積３は増加する。

【0037】

図２〜３ｃに示す金型コア１の代替の例示的な実施形態の以下の説明において、図１に示す第１の例示的な実施形態と比べて、それらの設計及び／又は動作モードに対して同一及び／又は少なくとも同等の特徴について、同一の参照符号を用いる。これらの特徴が再度詳細に説明されない場合、それらの設計及び／又は動作モードは、上述した特徴の設計及び動作モードに対応する。

【0038】

したがって、この場合、図２は、好ましくは一体成形として設計される金型コア１の第２の例示的な実施形態を示す。金型コア１は、第１の流路開口５及び第２の流路開口６を含む流路４を含む。流路４は、好ましくは、ラピッドプロトタイピング方法、特に３Ｄ印刷方法で金型コア１と一体成形される。さらに、流路４は、金型コア全体にわたって延び、或いは図に示すように、その高さ全体にわたって延びている。この場合、流路４は、直線状になるように設計される。示されていない例示的な実施形態において、追加的又は代替的には、流路４は、急激に曲がり、及び／又は図３ａ及び３ｂに示すように湾曲することができる。追加的又は代替的には、流路４が長手延在方向又は長手方向（図３ａ及び３ｂ参照）に互いに離間している少なくとも２つのアンダーカットを含むように設計されると、有利である。流路４は、自由形状を有することもできる。流路４は、同一及び／又は互いに異なる複数の突出部分で構成することもできる。

【0039】

図３ａ及び３ｂは、特にラピッドプロトタイピング方法で製造された、一次成形された流路４を含む複数部品金型コア１の半分をそれぞれ示す。図３ｃは、組み立てられた金型コアの断面図を示す。金型コア１は、第１の金型コア部７及び第２金型コア部８を含む。
流路４を形成するために、第１の長手方向の半分９を第１の金型コア部７に一次成形し、第２の長手方向の半分１０を第２金型コア部８に一次成形する。２つの長手方向の半分９、１０は、互いに対応することにより、組み立てられると、それらは流路４を形成する。このために、２つの金型コア部７、８は、互いに接続され、特に接着される。代替的には、金型コア１は、一体成形として設計することもできる。

【0040】

図４は、第１の繊維部１１で包まれた金型コア１を示す。第１の繊維部１１は、複数の繊維１２ａから形成され、かつ順に重なっている幾つかの繊維層を含むことができる。この場合、繊維１２ａがステープル繊維であるか、長繊維等であるかは無関係である。第１の繊維部１１が少なくとも１つの繊維マットによって形成されることも考えられる。さらに、金型コア１は、第２の繊維部１３を含む。第２の繊維部は、繊維１２ｂによって形成される。

【0041】

繊維１２ｂは、機械的及び／又は空気圧導入装置３１、特にノズル（図示せず）又は針１４を用いて、流路４及び／又は第１の繊維部１１を通って案内される。少なくとも１つの繊維１２ｂは、導入装置３１を用いて、金型コア１、特にその流路４を通って案内され、かつその中に少なくとも部分的に残る。第２の繊維部１３は、複数の繊維１２ｂの導入によって形成される。第２の繊維部１３は、第１の繊維部１１及び金型コア１を通って案内され、特に貫通される。２つの流路開口５、６は、第１の繊維部１１の外側１７に形成される。

【0042】

流路４は、一次成形方法、特にラピッドプロトタイピング方法で、金型コア１を共に包む前に形成される。

【0043】

第１の繊維部１１を通って第２の繊維部１３を案内するか又は貫通させるために、スロット（図示せず）及び／又は開口は、第１の繊維部１１に導入し、特に切り込むことができる。第２の繊維部１３の繊維１２ｂの突出端部２０を第１の繊維部１１の外側１７に折り畳むことにより、端部２０は、いずれの場合にも、第１の繊維部１１に接続すると共に接続領域２１を形成することができる。

【0044】

さらに、第１の繊維部１１の繊維層をその外側に第２の繊維層（ここで、図示せず）で包むことができるため、端部２０は、これらの２つの繊維層の間に埋め込まれる。

【0045】

流路４は、繊維１２ｂの導入前に、金型コア１と共に一次成形される。次に、第２の繊維部１３の繊維１２ｂは、導入装置３１、特に針１４又は空気流を用いて、流路４に導入し、特に流入又は注入することができる。図４によれば、針は、その一端に容易に導入するための先端部１５と、他端に第２の繊維部１３の少なくとも一部を収容するための穴１６とを含む。

【0046】

図５は、金型コア１が２つの繊維部１１、１３と共に配置された成形型１８を示す。示された実施形態において、第１の繊維部１１の繊維１２ａは、金型コア１の周囲に巻き付けられているか、又は金型コア１が成形型１８に導入される前に、第２の繊維部１３の繊維１２ｂと交互にその流路４に導入される。その結果、接続領域２１は、第１の繊維部１１の内部に形成される。

【0047】

２つの繊維部１１、１３の繊維１２ａ、１２ｂを固定するために、マトリックス材料２２を成形型１８に注入する。マトリックス材料２２は、第１の繊維部１１を通って、第２の繊維部１３を含む流路４に押し込まれる。その結果、２つの繊維部１１、１３は、マトリックス材料２２に埋め込まれる。マトリックス材料２２の注入後に、マトリックス材料２２は、圧力及び／温度の変化により硬化される。この場合、金型コア１は、少なくとも第１の繊維部１１をマトリックス材料２２と共に成形型１８のネガ型２３に押し付けるように膨張する。その結果、マトリックス材料２２で含浸された２つの繊維部１１、１３は、またマトリックス材料２２の硬化後に、それらの所定の形状を保持する。

【0048】

図６及び７に示す成形型１８の代替の例示的な実施形態の以下の説明において、図５に示す第１の例示的な実施形態と比べて、それらの設計及び／又は動作モードに対して同一及び／又は少なくとも同等の特徴について、同一の参照符号を用いる。これらの特徴が再度詳細に説明されない場合、それらの設計及び／又は動作モードは、上述した特徴の設計及び動作モードに対応する。

【0049】

図６は、供給流路２４を含む成形型１８を示す。供給流路２４は、特にラピッドプロトタイピング方法で、少なくとも１つの流路４及び金型コア１と一体成形することができる。供給流路２４は、２つの流路開口５、６の間の領域における流路４に接続される。マトリックス材料２２は、好ましくは、第１の繊維部１１もマトリックス材料２２で含浸されるように、供給流路２４を介して流路に注入される。マトリックス材料２２が硬化した後、供給流路２４を介して金型コア１を流出させることが可能である。図５と図６に示す成形型の実施形態の組み合わせが考えられる。

【0050】

図７は、供給流路２４を含む成形型１８を示す。図６と対照的に、この場合、充填材料２５は供給流路２４に充填される。充填材料２５は、好ましくは、ワックスのような膨張材料である。マトリックス材料２２は、第１の流路開口５を介して、第１の繊維部１１を通って、第２の繊維部１３に押し込まれる。その結果、２つの繊維部１１、１３は、マトリックス材料２２に埋め込まれる。さらに、第２の繊維部１３を予め配置せずに、マトリックス材料２２で流路４を充填することが可能である。充填材料２５により、マトリックス材料２２は供給流路２４自体ではなく、流路４のみに入ることを保証する。マトリックス材料２２が硬化した後、充填材料２５は供給流路２４から流出する。その結果、供給流路２４は、その有利な効果を保持し、即ち、金型コア１は、供給流路２４を介して迅速に流出することができる。

【0051】

図８は、マトリックス材料２２が硬化した後にマトリックス材料２２に埋め込まれた２つの繊維部１１、１３を示す。金型コア１は、依然として、繊維部１１及びマトリックス材料２２によって取り囲まれるように配置される。この場合、接続領域２１は、第１の繊維部１１の内側２７に形成される。第２の繊維部１３は、第１の繊維部１１が金型コア１の周囲に巻き付けられるか又は配置される前に、流路４に導入される。第２の繊維部１３の繊維１２ｂの突出端部２０は、金型コア１の円周２８に折り畳まれる。

【0052】

中空構造部品２を形成するための金型コアを取り除くために、溶媒Ｌを供給流路２４に流し込む。その結果、可溶性金型コア１、特にその可溶性接合剤は、構造部品２から分離する。したがって、マトリックス材料２２に埋め込まれた第１の繊維部１１は、中空構造部品２の部品壁１９を形成する。マトリックス材料２２に埋め込まれた第２の繊維部１３は、補強要素、特に補強支柱２６を形成する（図９ａ、９ｂ参照）。溶媒Ｌは、金型コア１の断面３０に流し込むこともできる。

【0053】

図９ａ及び９ｂは、上述した製造方法に従って形成された中空構造部品２の異なる図を示す。中空構造部品２は、部品壁１９を含む。部品壁１９は、部品キャビティ２９を画定する。補強要素、特に補強支柱２６は、部品キャビティ２９を貫通する。補強要素、特に補強支柱２６は、その２つの端部で、特定の割り当てられた接続領域２１を介して、部品壁１９に接続される。

【0054】

本発明は、示され説明された例示的な実施形態に限定されない。異なる例示的な実施形態で示され説明されていても、特徴の任意の組み合わせであるように、特許請求の範囲内の変更も可能である。

【符号の説明】

【0055】

１ 金型コア
２ 中空構造部品
３ 体積
４ 流路
５ 第１の流路開口
６ 第２の流路開口
７ 第１の金型コア部
８ 第２の金型コア部
９ 第１の長手方向の半分
１０ 第２の長手方向の半分
１１ 第１の繊維部
１２ａ 第１の繊維部の繊維
１２ｂ 第２の繊維部の繊維
１３ 第２の繊維部
１４ 針
１５ 先端部
１６ 穴
１７ 外側
１８ 成形型
１９ 部品壁
２０ 端部
２１ 接続領域
２２ マトリックス材料
２３ ネガ型
２４ 供給流路
２５ 充填材料
２６ 補強支柱
２７ 内側
２８ 円周
２９ 部品キャビティ
３０ 断面
３１ 導入装置
Ｌ 溶媒

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9a】

【図9b】