CN105805533A

CN105805533A - 构件及其制造方法和装置

Info

Publication number: CN105805533A
Application number: CN201510549659.7A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·罗思富斯
Original assignee: Witzenmann Metal Products Jiangyin Co Ltd
Current assignee: Witzenmann Metal Products Jiangyin Co Ltd
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2016-07-27
Also published as: DE102015100774A1

Abstract

提出一种在采用至少一个由纤维复合材料构成的坯件(1,1’)情况下由该纤维复合材料制造成型的管状构件的方法，该纤维复合材料包含加强纤维(3,3’,3”)和嵌埋最好是包围该加强纤维(3,3’,3”)的基体材料，该坯件(1,1’)具有或呈现包括第一开口(1a)、第二开口(1b)和内腔的空心柱形状，具有以下步骤：a)对该坯件(1,1’)的内腔施以内压；b)使坯件(1,1’)成型为所述管状构件。还提出了用于制造这样的管状构件的装置、相应的管状构件及其用途。

Description

构件及其制造方法和装置

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的制造成型管状构件的方法、根据权利要求32的制造成型管状构件的装置、根据权利要求37的管状构件以及根据权利要求46的其可能用途。

背景技术

成型的管状构件如具有至少一个波纹部分和在末端的光面柱形连接部的波纹套迄今一般由金属制造，例如由不锈钢、青铜金属或金属合金制造。但也已知的是由碳纤维加强塑料(CFK)制造波纹套，这按照RTM方法完成。在此，缩写“RTM”代表“树脂传递模塑”并且描述在闭合模具中给由(加强)纤维构成的预成型几何形状灌注液态树脂(基体材料)。

以下简短介绍这种已知方法及其固有缺点：

在按照RTM方法制造波纹套时，首先以编结工艺由加强纤维如碳纤维制造纤维软管。该纤维软管必须至少具有待制造波纹套的最大直径并且随后被套覆到芯体上，芯体必须已经具有波纹套的端面和最终形状。通过抽褶来加工由碳纤维预制的管状构件并且将其置入下压制模具中。下压制模具又必须具有准确的管状构件外形。接着，安放上半个压制模具，通过压制机被夹紧到下半个模具上并且被密封。芯体连同纤维通过两端支承相对于这两个外半模(作为上和下压制模具的一部分)准确居中就位。接着，通过泵在上模和下模以及芯体之间的空隙内产生真空。树脂液通过浇道被压入模具中并且浸润该管状纤维构件。接着，树脂基体在压力和温度影响下固化(热固性材料)。在固化之后打开模具，并且管状构件可以连通芯体从模具中被取出。该芯体必须在脱模前被溶解或熔化并被除去。常用于可溶芯体的材料是聚苯乙烯、粘合砂、蜡或特殊的低熔点金属合金。该芯体在制造工艺后损失掉。该芯体也可与此相关地由许多组成部分组成，例如可再用的固态内组成部分和可溶的外组成部分，在这里，后者限定出波纹套外形。一旦管状构件被脱模且摆脱芯体，则可以开始二次加工(例如去除芯体余部、切边、打磨和上漆)。

此时不利的是必须使用复杂而昂贵的压制机，在这里，由两部分构成的模具尤其被证明是不利的。芯体的使用也在加工复杂性和最终成本方面也产生不利影响。总体上，该方法包括许多缓慢而可自动化性差的加工步骤，例如织造物抽褶、芯体脱模和芯体余部去除。在此，该方法在产品形状方面不灵活，因为每个管状构件形状需要自己的昂贵模具。关于待制造的管状构件(波纹套)被指责为不利的是，不能制造所谓的波纹套波纹的竖琴形状(在波谷区内具有径向侧凹)，这种竖琴形状允许最大程度的长度蓄留和进而较短的管状构件。最后，所需要的织造物充分润透在产品形状复杂情况下只能通过高昂成本来获得，这不利地影响到精确的温度控制、可产生的真空的质量等等。在这里，具有许多浇道的但仍然复杂的模具尤其能提供补救。

发明内容

本发明基于以下任务，提供由纤维复合材料制造成型的管状构件的方法和装置，借此可以至少部分绕过或避免在工艺控制和加工成本方面的前述缺点。另外，本发明的目的是相应制造的廉价的管状构件，其具有改善的性能和有利的应用可能性。

该任务将通过一种具有权利要求1的特征的、由纤维复合材料制造成型的管状构件的方法来完成。

该任务也将通过一种具有权利要求32的特征的、由纤维复合材料制造成型的管状构件的装置来完成。

另外，该任务将通过一种具有权利要求37的特征的管状构件来完成。

权利要求46限定了本发明的管状构件的可能用途。

根据本发明的方法用于在使用至少一个由纤维复合材料构成的坯件情况下由纤维复合材料制造成型的管状构件。该坯件具有加强纤维和嵌埋且最好包围该加强纤维的基体材料。另外，该坯件具有或呈现包括第一开口、第二开口和内腔的空心柱体形状。

在本说明书范围内，术语“嵌埋”包含该基体材料本身至少部分由纤维材料如热塑性塑料纤维构成，该纤维材料与真正的加强纤维(如由碳构成)混合。

本发明的方法包括以下步骤：

a)对坯件的内腔施加内压；

b)将坯件成型成该管状构件。

不同于现有技术，根据本发明，采用就像本身从常见的金属波纹套制造中获悉的内压成型法来制造成型的管状构件，在此，管状构件尤其但不限于地可以是波纹套。在此，由纤维复合材料构成的坯件在其内腔区域中即从内侧承受内压，由此使坯件成型成该管状构件。在此情况下，它是简单许多且可良好自动化的工艺过程，它尤其允许在一个模具中制造许多管状构件形状。

该坯件不需要直接接触形成内压的介质。尤其也可以采用本身已知的间接方法，例如弹性体方法、鼓泡软管法或薄膜法。

根据本发明的“管状构件制造”不需要芯体，并且所有模具部分原则上都可再用。所提出的方法还允许制造具有竖琴形状的波纹套并且允许加工有利的CFK半成品。

对于待制造的产品(管状构件)也有相应优点，尤其是比较廉价的制造、通过竖琴形状可获得的较短长度或较高的活动性、可获得的较大波纹高度和较陡的波纹侧面以及提供全面的各种材料接合性的可能性，以下还将对此加以介绍。

本发明方法的第一改进方案规定了，采用由至少部分用碳纤维、热塑性塑料纤维和/或由相似材料构成的纤维来加强的纤维复合材料所构成的坯件。

另外可以规定，该坯件在步骤a)之前被置入合适的模具中。

而且可以规定，在步骤a)之前该坯件的这些开口被基本压力密封地封闭。

本发明方法的另一个改进方案规定，在步骤b)中的成型至少在局部抵靠外模尤其是所述模具的多个造型结构进行。

此时也可以规定，所述造型结构分别大范围且尤其全面地包围该坯件并且在轴向上分别以一个尺寸尤其是相同尺寸彼此间隔。

与此相关，在方法方面还可以规定，坯件在步骤b)中至少在局部在所述造型结构之间的空隙中被成型。通过这种方式，尤其可以形成波纹套波纹结构的预先形状。

本发明方法的一个特别有利的改进方案规定，至少其中几个所述造型结构在轴向上相互移动靠近，尤其在减小上述尺寸情况下和/或缩小上述空隙情况下。通过这种方式，可以完善波纹套波纹结构。

在步骤b)之后，可以打开模具并且从中取出成型的管状构件。

还如以上所述，可以有利地将优选预制的由纤维复合材料如CFK构成的管件用作该坯件。

与此相关被证明非常有利的是，采用包含热塑性基体材料的模制件。该基体材料可以(不限于)选自以下组，该组包含聚醚醚酮、聚醚酮、聚苯并咪唑、聚酰胺、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯。

有以下可能性，将以下管件作为坯件，该管件按照RTM方法通过用基体材料灌注由加强纤维构成的预制几何形状来制造。或者有以下可能性，作为坯件采用以下管件，其在采用呈预浸料形式的预浸渍加强纤维半成品情况下来制造。替代的坯件制造可行方式是卷绕法、拉挤成型法或拉缠成型法。

在此要考虑的是，与按照RTM方法制造复杂的成型管状构件时相比，有利许多且不太复杂地制造简单的坯件管状形状。尤其是在按照RTM方法制造管坯时不需要可溶的芯体材料，因而可以多次使用芯体。可以相应制造大批量的长形管状构件，因为此时它是杆件，在此不需要抽褶加工。

已如上所述，管坯也可由预浸渍纤维制造，由此一来，完全省掉预制纤维的灌注。也可以如上所述使用拉挤成型的管件作为坯件。这种管件在连续加工过程中制造并因此通常包含单向(沿纵向)布置的加强纤维。

为了制造管状构件，所述的管坯被置入特殊的波纹套压制机中，对此以下还将详细介绍。此时该管件(坯件)由径向靠外的模板(造型结构)保持。

所述模板优选处于精确相互协调的优选相同的彼此间隔中。

在本发明方法的特别有利的改进过程中尤其规定，该管件或坯件在加工之前即在真正的成型步骤b)前被加热，从而基体材料转变至柔软状态和/或可流动状态。

接着，可以进行上述内压的施加。与此相关地可以规定，在用于是紧挨所述内压的步骤a)中采用了预热的流体介质，尤其是气体如空气或液体尤其是水或油，或许还有合适的添加物(添加剂)。由此一来，可以强加给管件(坯件)以预先形状，在这里，该管件总是在两个模板(造型结构)之间径向鼓凸。

还如上所述，可以预先形状形成(鼓凸到所述造型结构之间的空隙中)之后使径向安置的模板(造型结构)轴向靠拢或轴向相互接近，这导致所述造型结构之间的尺寸或距离的缩小。由此，能够使所述预先形状的鼓凸或***变形成最终的波纹套波纹。

在本发明方法的另一个改进过程中可以与此相关地规定，如此成型的管状构件被冷却或使其变冷。随后，它可从所述模具中被取出。冷却导致可能有的热塑性基体材料的凝固。

可以规定采用这样的坯件，该坯件除了加强纤维外还包含有由尤其选自此外上述的组的热塑性材料构成的塑料纤维，其至少按比例构成所述热塑性基体材料。在步骤b)之后，热塑性材料即尤其相关纤维可以被熔化并接着如上所述地继续处理成型的管状构件。

尤其为了赋予已经成型的管状构件以多次提到的竖琴形状，本发明方法的一个特别有利的改进方案规定，该管状构件被重新加热，从而该热塑性基体材料又转变至柔软状态和/或可流动状态，随后该管状构件被轴向镦压以提供具有径向侧凹的波纹(竖琴形状)。

已经描述了根据本发明存在以下的制造管状构件的可能性，在此实现纤维加强材料与其它材料的全面复合。为此，本发明方法的一个最优选改进方案还规定，除了该坯件外，还采用了沿径向布置在坯件内的内层和/或沿径向布置在坯件外的外层并且被共同成型。当采用至少两个同心设置的坯件时，可以附加或替代地规定在它们之间加入中间层并且共同成型。上述的内层、外层或中间层可以是金属、金属合金或其它压力密封的和/或防扩散的材料构成的一个层。

原则上在本发明范围内的是形成任意顺序的层。此时例如也可以紧邻布置具有不同的纤维含量、纤维取向、基体材料、壁厚或其它不同性能的两个坯件。尽管设有内层，但例如可以放弃设置外层，或者反之。通过这种方式，可以获得几乎任意的管状构件横截面结构。多个中间层也能直接重叠设置。

在本发明方法的改进中的一个替代方案规定，该坯件通过布置由加强纤维构成的半成品或多个半成品来提供，所述加强纤维已经预浸渍有基体材料。换言之，坯件由预浸渍的半成品即所谓的预浸料制造。

本发明方法的一个相应改进方案规定，采用含有由热固性材料构成的基体的预浸渍纤维半成品，即加强纤维预浸有热固性基体材料。该基体材料此时尚未固化(即粘稠的)，在这里，预浸料在-18℃左右温度下一般存放三年时间并且可被加工。在本发明范围内可以规定，热固性基体材料(不限于)选自以下组，该组包含环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、苯酚甲醛树脂、己二烯酞酸酯树脂、甲基丙烯酸树脂、聚氨酯、氨基树脂、密胺树脂、尿素树脂。

就此可以规定，至少按比例地针对位于该热固性基体中的加强纤维采用由尤其选自此外上述组的热塑性材料构成的加强纤维，在此，成型完的构件暂时被加热超过热塑性材料的玻璃转化温度并随后被继续处理，尤其通过从模具中取出和热固性塑料在加热时如在炉中的随后固化。因为加热超过玻璃转化温度，故尚未固化的构件是形状相对稳定的。因此，在模具内的时间可缩短并且达到大加工批量。

与此相关，本发明方法的一个优选改进方案规定，该半成品设置在作为的内层的、最好由金属、金属合金或其它的压力密封的或防扩散的材料构成的内管件上，以提供该坯件。

可选地，与此相关地还可规定，在半成品周围设置作为外层的、最好由金属、金属合金或其它的压力密封的或防扩散的材料构成的外管件。多个中间层能直接重叠布置。

还可以规定，当采用至少两个坯件时，在这些坯件之间设置至少一个最好由金属、金属合金或其它的压力密封的和/或防扩散的材料构成的中间层。

所述内层和/或外层和/或中间层随后同时成型。

为了制造该坯件，可以作为半成品采用扁平的预浸渍纤维垫或编织的预浸渍纤维软管或预浸渍连续纤维。尤其可以使用扁平的预浸料，其包含有单向设置的即优选在所述排布的或待制造管状构件的纵向上布置的纤维。但尤其在采用纤维软管时，也可以采用在纤维之间有规定的编织角度的加强纤维，其中，在分组加强纤维之间有规定角度的加强纤维的使用不局限于纤维软管的使用。

当采用预浸渍连续纤维来制造坯件时可以按照适当方式缠绕作为内层的管件。

在通过这种方式由预浸渍半成品制造合适的坯件之后，这种组合物即至少该内层或许还有外层和所产生的坯件被置入特殊的波纹套压制机中或其它合适的模具中。关于进一步的方法过程，原则上可以参见此外上述的实施方式，除了热塑性材料外。

尤其还可以规定，在压力施加的步骤a)中采用流体介质，优选是气体尤其是空气或者液体尤其是水或油。

但在使用热固性基体材料时，与此相关地预热该流体介质原则上是没有意义的或不需要的。

通过施加内压，强加给管或坯件以预先形状，在这里，该管或坯件分别可以在两个模板(造型结构)之间径向鼓凸。在该预先形状形成之后，径向设置的模板(造型结构)可以轴向合拢，以使所述预先形状的***(鼓凸)变形为最终的波纹套波纹。又可以通过事后镦压赋予波纹以竖琴形状，在这里，又不需要事先加热。相反，在本发明方法的改进过程中，成型后的管状构件即例如最终的波纹套通过在压力下的加热被固化。这可以在约60℃至约180℃温度下完成。压力优选在-1巴至约+7巴之间，其中，在负压情况下可在构件上方使用负压囊等类似机构。

已经多次指出了，在本发明方法的改进方案中优选采用以下坯件，其中，加强纤维“与该管状构件和坯件本身的纵向相关地”以一定角度来取向。以下的纤维取向是特别有利的，但不局限于此：在管状构件或管的纵向上以相对于纵轴的约0°角度的单向纤维走向用于获得很高的抗弯强度。以约90°的即在管状构件或管的径向上的纤维走向用于获得相对于径向载荷的很高的抗压稳定性。约±45°的纤维走向用于获得相对于扭曲载荷的高刚性。显然在本发明范围内的是，通过使用多层具有不同取向的纤维加强材料，也产生上述纤维走向的组合形式，并且相应地将其不同优点融合到一个管状构件中。

本发明的另一个方面涉及一种在采用至少一个由纤维复合材料构成的坯件情况下用于由纤维复合材料制造成型的管状构件的装置，该纤维复合材料包含加强纤维和嵌埋且优选包围加强纤维的基体材料，该坯件具有或呈现包括第一开口、第二开口和内腔的空心柱形状。在此，该装置被构造用于a)对坯件的内腔施加内压；和b)使坯件成型为该管状构件，并且为此具有适当的模具，坯件被置入该模具中且坯件抵靠该模具来成型。本发明还规定了，该装置被构造用于使用由包含热塑性基体材料的纤维复合材料构成的坯件并且相应地具有用于加热坯件的机构和/或用于加热被用来施加压力的流体介质的机构，该流体介质优选气体尤其是空气或者液体尤其是水或油；或者该装置被构造用于使用由包含热固性基体材料的纤维复合材料构成的坯件并且相应地具有用于通过在压力下的加热来固化成型后的管状构件的机构，优选在约60℃至约180℃的温度和-1巴至约+7巴的压力下，在这里，在负压情况下可以在该构件上方使用负压囊等类似机构。

利用如此构造的装置，可以或是由包含热塑性基体材料的纤维复合材料制造管状构件，或是在采用由包含热固性基体材料的纤维复合材料构成的坯件情况下制造管状构件。

在本发明装置的改进方案中可以有利地规定，该装置还具有用于冷却和/或重新加热成型完的管状构件的机构，尤其当管状构件由包含热塑性基体材料的纤维复合材料制造时。

另外，本发明的装置可以在相应改进方案中在模具区域内具有多个造型结构，所述造型结构分别大范围且尤其全面地包围该坯件并且在轴向上分别以一个尺寸尤其是相同的尺寸彼此间隔。所述造型结构优选是波纹套压制机的还如上所述的模板。

相应地，本发明装置在相应的改进中的特点是，该坯件至少在局部在所述造型结构(模板)之间的空隙中被成型。

至少其中几个所述造型结构(模板)可以在轴向上相互靠近，这可能伴随着所述尺度的减小和/或所述空隙的缩小。通过这种方式，形状完美地制造出呈波纹套形式构成的管状构件的波纹套波纹。

根据另一方面，本发明涉及一种可根据本发明的方法制造的管状构件。这样的本发明管状构件的特点是，它在采用至少一个由纤维复合材料构成的坯件情况下制造，该纤维复合材料包含加强纤维和嵌埋且最好包围该加强纤维的基体材料，该坯件通过对坯件内腔施以内压被成型为所述管状构件。

即，不同于已知的由纤维复合材料构成的管状构件，没有首先由纤维制造预成型形状且随后以液态树脂在闭合模具中灌注，而是将由纤维复合材料构成的坯件按照本身已知方式利用内压成型法直接成型为所述管状构件。

根据第一改进方案，本发明管状构件的特点可以在于，作为坯件采用一管件，该管件按照RTM方法通过给由加强纤维构成的预制几何形状灌注基体材料或在采用呈预浸料形式的预浸渍加强纤维半成品情况下来制造。即，不同于已知的管状构件，不是通过注入基体材料来制造成型后的管状构件，而是只制造该管状坯件，其随后被成型为所述管状构件。对此已多次做出说明。

该管状构件的特点还可以在于，沿径向在纤维复合材料内地设置内层和/或沿径向在纤维复合材料外地设置外层。当采用至少两个坯件时，也可以在由纤维复合材料构成的两层之间设置至少一个中间层，在此，所述内层以及外层或中间层都由金属、金属合金或其它的压力密封和/或防扩散的材料构成。

加强纤维可以是碳纤维或者由相似的其它材料构成的纤维。

加强纤维能够与管状构件的纵向相关但不限于此地基本上以大约0°或者大约90°或者大约±45°的角度来取向。已经说明了相关的优点和性能。当采用多个坯件时，加强纤维也可以分别相对于管状构件纵轴线以不同的角度来取向。通过这种方式，管状构件可以有目的地具备规定的性能。

在另一个不同的改进过程中，本发明管状构件的特点可以在于，该基体材料是热固性材料。或者可以规定，该基体材料是热固性塑料。以上已经说明了与此相关地合适的基体材料。

另外，在本发明的管状构件中还可以规定，纤维复合材料的壁厚在约0.2mm和约5mm之间，优选在0.5mm和约2mm之间。

本发明的管状构件能以波纹套形式构成，其具有正好一个波折区域和至少一个在末端的优选光面柱形的连接区，对此已反复指明了。

可以在本发明管状构件内的一个特别优选的改进方案中规定，至少一个波纹在其波折区域中在波纹侧面区内具有径向侧凹，该侧凹也被称为竖琴形状并且就管状构件的活动性而言是有利的。因为竖琴形状，可以采用长度比在采用无径向侧凹的正常“波纹”时更短的管状构件。

本发明的另一个方面涉及本发明的管状构件的用途。这样的管状构件尤其适合作为管路部之间的接合件、作为介质引导件、作为分离件、作为弹簧件、作为密封件或作为补偿件。

在这里，要再次介绍可能的基体材料以及可能用于外层、内层和/或中间层的材料。

作为可能的基体材料，原则上可以采用所有常见的热塑性塑料。包含热塑性基体的纤维加强塑料可以事后成型或熔接。在基体冷却之后，包含热塑性基体的纤维加强塑料已备用。但它们在升高温度下软化并且其已蠕变性随着纤维含量增大而降低。例如此外如上所述的塑料适合作为要用在高温下的热塑性材料。

来自预浸渍纤维半成品的纤维加强塑料通常与热固性基体一起使用并且可以在基体交联或固化之后不再变形。但它们具有大的温度使用范围。这尤其适用于热硬化体系，其在高温下被硬化。温度应用极限由玻璃转化温度状况来定。含有热固性基体的纤维加强塑料大多具有最高强度。与此相关，已经如上所述的树脂最好用作基体材料。

当采用热固性预浸料时，该半成品具有已做说明的外层、中间层和/或内层或许可能是必需的或有利的。这些附加层也能在制造后留在产品内或上。但也有以下可能，所述附加层(外层或内层)又从最终成型的复合件上被去除。当所述层留在产品上时，它们可以被考虑用于限定扩展的产品性能。此时尤其是指防扩散性、对某些介质的耐受性或UV防护性。以下说明相关地非常适于用在本发明范围内的材料。

优选采用金属或金属合金。但本发明不局限于这样的材料，因而在某些情况下也能采用合适的非金属材料。

关于金属，首先指出有色金属，尤其是铝或铝合金以及铜合金和铜基合金属于此，例如：青铜(2.102)、铜镍合金(2.0082)、黄铜/炮铜(2.0250,2.0321,2.0402)或者红色黄铜。而且，可以采用镍或镍基合金，如可硬化的镍合金(lnconel_718,lnconel_X-750)，镍铬铁合金(2.4610,2.4816,2.4819,2.4856,2.4858)或镍铜合金(2.4360)。在有色金属情况下，还指出钽和钽合金或者钛和钛合金。

其它可用的金属包含钢和钢合金，例如普通结构钢(1.0038)、铸铁(例如铁素体铸铁或奥氏体铸铁)或不锈钢。后者尤其包括可硬化的钢(AM350)、奥氏体钢(1.4301,1.4306,1.4404,1.4435,1.4529,1.4539,1.4541,1.4571)、双相钢(奥氏体/铁素体)(1.4462)、铁素体钢(1.4509,1.4511,1.4512)、耐热钢(1.4828,1.4876),高强耐热钢(1.4919,1.4948,1.4958)和耐热非合金钢(1.0345,1.0425,1.0481,1.5415,1.7333)。

已经提到的多层结构尤其可以用于提高就像在常见的金属波纹套中也用到的结构活动性。此时，该纤维复合材料或是可以直接多层构成，或是通过分隔层被分为多层。作为分隔层，又考虑此外以上关于中间层提到的材料。

从以下结合附图对实施例的描述中得到本发明的其它性能和优点。

附图说明

图1示出了由包含尤其热塑性基体的纤维复合材料构成的坯件，就像可被用于本发明管状构件的本发明制造中的坯件。

图2示出了由包含热固性基体构成的预浸料制造的坯件连同内层和外层，就像可被用于本发明管状构件的本发明制造的坯件。

图3在分图a)-c)中示出了在本发明管状构件的本发明制造中的可能的方法步骤。

图4示出了第一本发明管状构件的局部纵剖视图。

图5示出了第二本发明管状构件的局部纵剖视图。

图6示出了本发明管状构件的可能的横截面。

图7示出了另一个本发明管状构件的可能的横截面。以及

图8示出了又一个本发明管状构件的可能的横截面。

具体实施方式

图1在附图标记1处示出了坯件，它可以被用在根据本发明的由纤维复合材料制造成型的管状构件的方法中。坯件1包含加强纤维，其被包埋在基体材料中，该基体材料嵌埋且最好包围该加强纤维。所述的基体材料在图1中在附图标记2处被示出。尤其可以呈碳纤维形式的加强纤维在附图标记3、3'和3"处被示出。以下还将对此详细介绍。基体材料2本身可以至少部分由纤维材料构成或者包含这样的纤维材料，例如热塑性塑料纤维。

坯件1总体具有空心柱形状，其包括第一开口1a和(被挡住的)第二开口1b。在坯件1或者说空心柱内形成内腔1c。

带有附图标记3的加强纤维具有第一组相互平行布置的加强纤维3a和第二组相互平行布置的加强纤维3b。其中一组的加强纤维3a和另一组的加强纤维3b在有限的角度下相交，在这里，本发明绝不局限于在此示例性示出的角度值。在附图标记3'处仅设有一组加强纤维3c，所述加强纤维3c共同沿轴向(坯件纵向)来取向。于是，该坯件例如可以通过拉挤成型法来制造。

在附图标记3"处，所述加强纤维3d沿坯件周向(即径向)取向。

某坯件有利地只找到其中一个纤维取向3、3'、3"，尽管原则上可以任意组合纤维取向。

坯件1可以是预制的CFK管子的一部分，该管子例如按照已知的RTM工艺制成，就像之前所明确描述的那样。或者，坯件1可以由预浸渍纤维制造，由此完全省掉预成型纤维形状的灌注。

如图1所示的坯件1尤其适用于本发明方法的上述“热塑性变型”。当然存在着以下可能性：在成型前将坯件1与多个层(坯、内层、外层、中间层)组合，以获得已对此作出说明的一定产品性能。

图2示出了以替代方式制造的坯件1'，其被用于本发明的方法，在这里，图2还附加示出了呈管件形式的内层4和呈另一管件形式的外层5。通常，所示的这些层完全重叠；选择在这里相互分开的视图是为了能示出所有的层以及彼此相对布置。

在此仅详细介绍根据图2的视图和实施方式的特点。

坯件1'由含有热固性基体的预浸渍半成品(预浸料)制造，其被施加到内层4上。为此，它适用于本发明方法的上述“热固性变型”。图2举例示出了扁平预浸料的使用，该扁平预浸料具有以一定角度相对于管轴布置的纤维。所述预浸料在图2中在附图标记P1、P2和P3处被象征性示出(参见图2中的点划虚线所框区域)。预浸料P1包含加强纤维3，预浸料P2包含加强纤维3'，而预浸料P3包含加强纤维3"(参见图1和所属说明)。或者，为了制造坯件1'，也可采用具有规定的加强纤维编织角度的纤维软管。另一个替代方式是，以预浸渍的连续纤维来卷绕(管形)内层4。

如技术人员所知道地，图2中的预浸料P1-P3的视图只是象征性的，一般，只是用一种预浸料来全面形成该坯件1'。但是，采用不同类型的预浸料制造坯件V也在本发明范围内，在这里，图2只明确示出几个随意的可能性。

内层4用作用于布置或安放预浸料P1-P3的底层。随后，坯件1'可以具有所示的可选的外层5(已做出介绍)。设置类似于1'的其它坯件以及其它(中间)层(未示出)也是可行的。

图3依据分图a)-c)描述在执行用于制造本发明管状构件的本发明方法时的一些步骤。

在图3a)中，在附图标记1、1'处又示出了一个坯件，在此不进一步介绍可能设置的内层、外层和/或中间层。坯件1、1'被置入合适的模具中，该模具总体上在此用附图标记6标示。模具6是本发明装置的组成部分，本发明装置用于制造由纤维复合材料成型的管状构件，该装置总体用附图标记7标示。模具6用于容放坯件1、1'，其中，该坯件1、1'可以抵靠模具6成型，现在要对此详加介绍。

装置7为此包括给坯件1、1'的内腔1c施加内压的机构(见图1)，该机构在图3b)中在附图标记7a处被示出。另外，装置7包括用于加热坯件的机构，其呈用于加热被用来施加压力的流体介质(空气、水或油)的机构形式。该机构在分图3b)中的附图标记7b处被示出。另外，装置7包括用于压力密封封闭坯件的第一开口1a和第二开口1b(图1)的机构，以便能从内侧借助机构7a对坯件施加成型内压。该(封闭)机构在分图3a)-3c)的附图标记7c处被示出。

另外，装置7在模具6区域内包括多个造型结构，在分图3a)-3b)中只用附图标记7d标示出这些造型结构中的若干几个。在此，用阴影线画出的和未用阴影线画出的造型结构7d表示以下还将详述的其各个位置。

最后，在分图3c)中在附图标记7e处还示出了用于(重新)加热和/或冷却该坯件或成型的管状构件的机构，而附图标记7f示出了用于通过在压力下加热来固化已经成型完毕的坯件或管状构件的机构。

在分图3b)和3c)中，附图标记8分别表示(快)成型完的本发明管状构件。本发明的管状构件呈波纹套形。

之前对结构做出描述的装置7如下工作：

首先，根据图3a)，坯件1、1'被置入装置7或者说模具6中。借助所述机构7c，压力密封地封闭在坯件1、1'两端上的开口，这在图3a)中通过箭头I来表示。模具6的以模板形式构成的若干造型结构7d径向相向移动，这由箭头II象征性示出，直到它们分别全面从外侧抵靠到坯件1、1'上。该状态在图3a)中与造型结构7d相关地用阴影线示出。

随后，根据图3b)，该坯件从内侧被施以内压p，这借助相应的机构7a完成。当坯件是具有热塑性基体的坯件时，机构7b用于加热压力介质。通过这种方式，如图所示出现了该坯件径向鼓凸到造型结构7d之间的相应空隙(间隙)中。箭头III代表模具6或造型结构7d的轴向随动，在这里，造型结构7d之间的距离尺寸(参见图3a)被减小，并且对应地所述间隙的幅度被减小。这种做法从金属波纹套制造中公开了。

在图3b)所示的方法步骤的末尾，坯件基本被成成型为管状构件8(波纹套)。接着，根据图3c)，模具6可以被打开(箭头IV、V)，做法是该造型结构7d沿径向从管状构件8被取出。在轴向上与封闭机构7c相关地相应处理。

如果管状构件或管线件8是由包含热固性基体的纤维加强材料构成的管状构件，则首先该机构7f还是用于借助在压力下的加热的所需固化，优选在高于60℃至约180℃的温度和-1巴至约+7巴的压力，在这里，在负压情况下在该构件上采用负压囊或类似机构。

如果管状构件或管线件8是由包含热塑性基体的材料构成的管状构件，则首先还是采用所述机构7e，其用于冷却和凝固所述成型的管状构件。

附加地或替代地，机构7e也可以被构造用于再次加热已基本完成的管状构件8，接着可以进行附加轴向镦压，以赋予波纹套波纹以竖琴形状。这在图3中未被明确示出。

图4示出了波纹套形的管状构件的局部纵剖视图，其又用附图标记8示出。各个波纹套波纹8a具有包括基本平行的侧面8b的“正常”形状。波纹套或管状构件8在末端具有光面柱状连接区8c。在附图标记L处示出了该布置结构的纵轴线。

图5示出了具有竖琴波纹的管状构件(波纹套)8。在此，波纹套波纹8a在其现在用附图标记8b'标示的侧面(对于两个相邻波纹套波纹8a，这些侧面是彼此分开的)区域内在波谷区域中具有侧凹8d，它们在此也被称为径向侧凹，因为它们在管状构件8的径向上延伸。

图5所示的竖琴形状提供了管状构件8的较强的可运动性，因而管状构件可以在前述的总体可运动性情况下具有较短的轴向长度，这在某些情况下(结构空间有限)是有利的。

在按照已知方式根据RTM方法制造的波纹套中，根据图5的竖琴形状原则上是无法形成的，并且表现为所述的本发明方法的重要优点。

随后，图6-图8以横剖视图示出了本发明的管状构件的可能实施方式，该管状构件又是用附图标记8来标示。显然，技术人员马上就认识到本发明不局限于该管状构件8的三个示例性所示的实施方式。

根据图6，该管状构件具有由纤维复合材料制成的两层，它们根据附图所示通过它们的阴影线来彼此区分，这表明所述两层之间的可能有的结构区别。所述层在图6中用附图标记8.1和8.2标示。例如，所述层8.1和8.2可以包含不同的基体材料。附加地或替代地，可以实现加强纤维的不同含量和/或加强纤维的不同取向。当然也在本发明范围内的是，在所述层8.1和8.2之间还设有至少一个合适的中间层，用于如以上详细所述的那样，有目的地影响管状构件8的一定性能。

根据图7的设计示出了四层的管状构件8，其除了所述的层8.1和8.2(图6)外，还具有外层5(参见图2)和内层4。在此也还是在所述层8.1和8.2之间还设有至少一个中间层。

根据图8中的视图，在在此所示的管状构件8中放弃了外层。

技术人员容易认识到，可以在本发明范围内实现针对可从图6-图8中推导出的构想的各种可能改进方案。

Claims

1.一种用于在使用至少一个由纤维复合材料构成的坯件(1,1’)情况下，制造由该纤维复合材料成型的管状构件(8)的方法，该纤维复合材料包含加强纤维(3,3’,3”)和嵌埋且最好包围该加强纤维(3,3’,3”)的基体材料(2)，该坯件(1,1’)具有或呈现包括第一开口(1a)、第二开口(1b)和内腔的空心柱形状，该方法包括以下步骤：

a)对该坯件(1,1’)的内腔施以内压；

b)使该坯件(1,1’)成型为所述管状构件(8)。

2.根据权利要求1的方法，其特征是，采用由纤维复合材料所构成的坯件(1,1’)，所述纤维复合材料是由至少部分用碳纤维、塑料纤维且尤其是热塑性塑料纤维或用由相似材料构成的纤维来加强的。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征是，该坯件(1,1’)在步骤a)之前被置入合适的模具(6)中。

4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征是，在步骤a)之前，该坯件(1,1’)的这些开口(1a,1b)基本上被压力密封地封闭。

5.根据权利要求1至4之一的方法，其特征是，在步骤b)中的成型至少在局部是抵靠外模的造型结构(7d)进行的，尤其是抵靠根据权利要求3的模具(6)的造型结构(7d)。

6.根据权利要求5的方法，其特征是，这些造型结构(7d)分别大范围尤其全面包围该坯件(1,1’)并且在轴向上分别以一个尺寸间隔开，尤其以相同的尺寸间隔开。

7.根据权利要求5或6的方法，其特征是，该坯件(1,1')在步骤b)中至少在局部在这些造型结构(7d)之间的空隙中被成型。

8.根据权利要求6或7的方法，其特征是，至少其中几个所述造型结构(7d)在轴向上彼此相互移近，尤其在减小根据权利要求6的尺寸情况下和/或在缩小根据权利要求7的空隙情况下。

9.根据在引用权利要求3时的权利要求1至8之一的方法，其特征是，在步骤b)之后，打开该模具(6)并且取出成型后的管状构件(8)。

10.根据权利要求1至9之一的方法，其特征是，作为坯件(1,1’)，采用优选预制的、由该纤维复合材料构成的管件。

11.根据权利要求10的方法，其特征是，采用包含热塑性基体材料(2)的坯件(1,1’)，尤其包含选自以下组的至少一种基体材料(2)：所述组包含聚醚醚酮、聚醚酮、聚苯并咪唑、聚酰胺、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯。

12.根据权利要求10或11的方法，其特征是，采用一管件作为坯件(1,1’)，该管件按照RTM方法通过给由加强纤维(3,3’,3”)构成的预制几何形状灌注基体材料(2)或者在采用呈预浸料(P1-P3)形式的预浸渍加强纤维半成品情况下或者通过卷绕方法、拉挤成型法或拉缠成型法来制造。

13.根据权利要求10至12之一的方法，其特征是，该管件在步骤b)之前被加热，从而该基体材料(2)转变至柔软状态和/或可流动状态。

14.根据权利要求10至13之一的方法，其特征是，在步骤a)中采用预热的流体介质来施加压力，优选采用气体尤其是空气或者液体尤其是水或油。

15.根据权利要求13或14的方法，其特征是，该成型后的管状构件(8)被冷却或使其冷却，并且优选随后从根据权利要求3的模具(6)中取出。

16.根据权利要求10至15之一的方法，其特征是，采用这样的坯件(1,1’)，该坯件除了加强纤维(3,3’,3”)外，还含有由尤其选自根据权利要求11的组的热塑性材料构成的塑料纤维，其构成热固性基体材料(2)，其中，在步骤b)之后，该热塑性材料被熔化，随后该成型的管状构件(8)根据权利要求15被继续处理。

17.根据权利要求15或16的方法，其特征是，再次加热该成型的管状构件(8)，从而该基体材料(2)转变至柔软状态和/或可流动状态，并且随后被轴向镦压以提供具有径向侧凹(8d)的波纹。

18.根据权利要求10至17之一的方法，其特征是，除了该坯件(1,1’)外，还采用设于该坯件(1,1’)中的内层(4)和/或设于该坯件(1,1’)外的外层(5)并且被共同成型，和/或在采用至少两个同心设置的坯件(1,1’)情况下，在所述坯件之间采用中间层并且共同成型，最好是由金属、金属合金或其它压力密封和/或防扩散的材料构成的内层(4)或外层(5)或中间层。

19.根据权利要求1至9之一的方法，其特征是，该坯件(1,1')通过排列由加强纤维(3,3’,3”)构成的半成品来提供，所述加强纤维(3,3’,3”)预浸渍有该基体材料(2)。

20.根据权利要求19的方法，其特征是，该加强纤维(3,3’,3”)预浸渍有热固性基体材料(2)，尤其是预浸渍有选自包含环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、苯酚甲醛树脂、己二烯酞酸酯树脂、甲基丙烯酸树脂、聚氨酯、氨基树脂、密胺树脂、尿素树脂的组的至少一种基体材料(2)。

21.根据权利要求19或20的方法，其特征是，采用至少一部分的由热塑性材料构成的加强纤维(3,3’,3”)，该热塑性材料尤其选自根据权利要求11的组，其中，成型后的构件(8)暂时被加热到高于该热塑性材料的玻璃转化温度并且随后根据权利要求9被进一步处理。

22.根据权利要求19或20的方法，其特征是，该半成品安置在作为内层(4)的内管件上，其优选由金属、金属合金或其它压力密封和/或防扩散的材料构成。

23.根据权利要求22的方法，其特征是，围绕该半成品地设置作为外层(5)的其它外管件，其优选由金属、金属合金或其它的压力密封和/或防扩散的材料构成。

24.根据权利要求19、20或23的方法，其特征是，当采用至少两个坯件(1,1')时，在它们之间设置至少一个优选由金属、金属合金或其它压力密封和/或防扩散的材料构成的中间层。

25.根据权利要求22至25之一的方法，其特征是，所述内层(4)和/或外层(5)和/或所述中间层是同时成型的。

26.根据权利要求19至25之一的方法，其特征是，作为半成品，采用扁平的预浸渍纤维垫或编织的预浸渍纤维软管或预浸渍连续纤维。

27.根据权利要求26的方法，其特征是，采用包含有单向取向的、优选在管状构件(8)的轴向上取向的加强纤维(3',3")的纤维垫，或者采用在不同取向的加强纤维(3)之间有规定的编织角度的纤维垫或纤维软管。

28.根据权利要求19至27之一的方法，其特征是，在步骤a)中采用流体介质来施加压力，优选采用气体尤其是空气或者液体尤其是水或油。

29.根据权利要求19至28之一的方法，其特征是，该成型的管状构件(8)随后被再次轴向镦压，以提供具有径向侧凹(8d)的波浪。

30.根据权利要求19至29之一的方法，其特征是，完成成型后的管状构件(8)通过在压力下加热被固化，优选在约60℃至约180℃温度和-1巴至约+7巴压力下，其中，优选在采用负压情况下采用在该构件上方的负压囊等。

31.根据权利要求1至30之一的方法，其特征是，采用至少一个坯件(1,1’)，在该坯件中，所述加强纤维(3,3’,3”)关于该管状构件(8)的纵向以大约0°或大约90°或大约±45°的角度取向。

32.一种在采用由纤维复合材料构成的至少一个坯件(1,1’)情况下，用于制造由该复合纤维材料成型的管状构件(8)的装置，该复合纤维材料包含加强纤维(3,3’,3”)和嵌埋且最好包围该加强纤维(3,3’,3”)的基体材料(2)，该坯件(1,1’)具有或呈现包括第一开口(1a)、第二开口(1b)和内腔的空心柱形状，所述装置(7)被构造用于

a)对该坯件(1,1’)的内腔施以内压，以及

b)使该坯件(1,1’)成型为所述管状构件(8)，并且为此目的，所述装置具有合适的模具(6)，所述坯件(1,1’)能被置入该模具中并且该坯件(1,1’)能够抵靠该模具成型，

其特征是，

该装置(7)被构造用于采用由包含热塑性基体材料(2)的纤维复合材料构成的坯件(1,1’)并且相应具有用于加热该坯件(1,1’)的机构和/或用于加热被用来施加压力的流体介质的机构(7b)，所述流体介质最好是气体尤其是空气或者液体尤其是水或油；或者

该装置(7)被构造用于采用由包含热固性基体材料(2)的纤维复合材料构成的坯件(1,1’)并且相应具有用于通过在压力下的加热来固化完成成型后的管状构件(8)的机构(7f)，优选在约60℃至约180℃温度和-1巴至约+7巴压力下，优选在采用负压情况下使用在该构件上方的负压囊等。

33.根据权利要求31的装置(7)，其特征是，还具有用于冷却和/或用于再次加热完成成型后的管状构件(8)的机构(7e)。

34.根据权利要求32或33的装置(7)，其特征是，所述模具(6)具有多个造型结构(7d)，这些造型结构(7d)分别大范围地尤其全面地包围该坯件(1,1’)并且在轴向上分别以一个尺寸尤其是相同的尺寸彼此间隔。

35.根据权利要求34的装置(7)，其特征是，该坯件(1,1’)至少在局部能在所述造型结构(7d)之间的空隙内被成型。

36.根据权利要求34或35的装置(7)，其特征是，至少其中几个所述造型结构(7d)在轴向上能相互移近，尤其在根据权利要求32的尺寸缩小情况下和/或在根据权利要求33的空隙减小情况下。

37.一种尤其根据权利要求1至31之一的方法制造的管状构件(8)，其特征是，它在采用由纤维复合材料构成的至少一个坯件(1,1’)情况下制造，该纤维复合材料包含加强纤维(3,3’,3”)和嵌埋且最好包围该加强纤维(3,3’,3”)的基体材料(2)，该坯件(1,1’)通过对该坯件(1,1’)的内腔施以内压(p)被成型成所述管状构件(8)。

38.根据权利要求37的管状构件(8)，其特征是，作为坯件(1,1’)采用一管件，该管件按照RTM方法通过给由加强纤维(3,3’,3”)构成的预制几何形状灌注基体材料(2)或者在采用呈预浸料(P1,P2,P3)形式的预浸渍加强纤维半成品情况下或者通过卷绕方法、拉挤成型法或拉缠成型法来制造。

39.根据权利要求37或38的管状构件(8)，其特征是，沿径向在该纤维复合材料内设有至少一个内层(4)和/或沿径向在该纤维复合材料外设有外层(5)，和/或在采用至少两个坯件(1,1’)时在由纤维复合材料构成的两层(8.1,8.2)之间设有至少一个中间层，优选由金属、金属合金或其它压力密封的和/或防扩散的材料构成。

40.根据权利要求37至39之一的管状构件(8)，其特征是，所述加强纤维(3,3’,3”)以碳纤维或由相似材料构成的纤维的形式构成，优选至少部分由热塑性塑料构成。

41.根据权利要求37至40之一的管状构件(8)，其特征是，所述加强纤维(3,3',3")关于该管状构件(8)的纵向基本上以大约0°或大约90°或大约±45°的角度来取向，并且优选在采用多个坯件(1,1’)时所述加强纤维(3,3’,3”)分别以不同的角度来取向。

42.根据权利要求37至41之一的管状构件(8)，其特征是，该基体材料(2)是热塑性塑料，尤其包含选自以下组的至少一种基体材料(2)，该组包含聚醚醚酮、聚醚酮、聚苯并咪唑、聚酰胺、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯，其中，优选由热塑性材料构成的所述加强纤维至少部分地构成该基体材料(2)；或者，所述基体材料(2)是包含有优选为黏性的热固性塑料，尤其包括选自包含环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、苯酚甲醛树脂、己二烯酞酸酯树脂、甲基丙烯酸树脂、聚氨酯、氨基树脂、密胺树脂、尿素树脂的组的至少一种基体材料(2)。

43.根据权利要求37至42之一的管状构件(8)，其特征是，该纤维复合材料的壁厚在约0.2mm至约5mm之间，优选在约0.5mm至约5mm之间。

44.根据权利要求37至43之一的管状构件(8)，其特征是，它以波纹套形式构成，该波纹套具有至少一个波折区域(8a)和至少一个位于末端的优选呈光面柱形的连接区域(8c)。

45.根据权利要求37至44之一的管状构件(8)，其特征是，在该波折区域(8a)内的至少一个波纹在其波侧区域(8b')中具有径向侧凹(8d)。

46.将根据权利要求37至45之一的管状构件(8)用作两个管路件之间的接合件、用作介质引导件、用作分离件、用作弹簧件、用作密封件或用作补偿件的用途。