用于制造纤维复合材料构件的方法、纤维复合材料构件以
及飞机的纤维复合材料机身部件
技术领域
[0001] 本
发明的涉及一种用于制造纤维复合材料构件的方法；一种纤维复合材料构件，具有至少一个支承构件和与该支承构件连接的具有凹部的蒙皮部分；以及一种飞机的纤维复合材料机身部件，具有带有至少一个凹部的壳部件和形成为
框架部件的支承构件。
背景技术
[0002] 从普通的
现有技术中已知，纤维复合材料构件(FVW构件)由以预浸技术预制成的半成品制造。在该方法中，使用大面积的蒙皮区作为覆层区，以及使用加固
型材作为整体加强部。蒙皮区也能够通过自动的铺设形成。在该方法中不利的是，与覆层区的自动进行的铺设相反，具有不可展开的几何形状的加固型材必须手动安装。这种手动进行的工作过程提高了用于整体加强的覆层区的制造的加工成本。
[0003] 从DE 101 56 123 A1中已知一种用于制造由预浸半成品和干燥的织物半成品组成的纤维增强塑料构件的方法。干燥的织物半成品借助于加工装置
定位在预浸半成品上以用于整体加固，并且设有用于在干燥的织物半成品内的随后的
树脂注入的
真空结构。随后在压热器中进行具有安装在预浸半成品上的已浸渍的织物半成品的预浸半成品的硬化。在这种用于制造纤维复合材料构件的方法中，不利的是，由于在预浸半成品和织物半成品之间的气孔形成，不足够的内部的
层压质量能够导致尤其是对于航空构件的构件质量的高要求。
[0004] 从DE 697 06 403 T2中已知一种由具有I型型材的弯曲的
支撑件形成的塑料的紧固装置，其中提出，纤维在凸缘中沿一定的方向延伸。
发明内容
[0005] 本发明的目的是，提供一种用于制造纤维复合材料构件的方法，所述方法能够以最小的耗费实施从而提供最优的构件结构。
[0006] 此外本发明的目的是，提供一种纤维复合材料构件，其具有带有凹部的蒙皮部分和与覆层部分连接的支承构件，以及提供一种飞机的纤维复合材料机身部件，其可容易地构成，并且在简单或有效的制造方法中具有最佳的强度。
[0007] 该目的通过独立
权利要求的特征得以实现。其它的实施形式在与该
独立权利要求相关联的
从属权利要求中说明。
[0008] 待根据本发明制造的覆层部分尤其能够为飞机构件的外蒙皮，并且尤其是飞机机身的外蒙皮。在此，外蒙皮能够为机身部分的外蒙皮。
[0009] 如根据本发明的用于制造具有为蒙皮部分或壳部件形式的覆层的纤维复合材料构件的方法，——所述壳部件尤其能够为例如机身部分的飞机机身壳部件——，使用用于形成主构件的预浸半成品或预浸半成品坯件，尤其是具有支承构件的形式的主构件，例如用于加强覆层区的骨架或纵向支撑件，以及使用用于形成覆层区的预浸半成品或预浸半成品坯件。为了连接支承构件和覆层区，能够附加地使用织物半成品或织物半成品坯件的至少一层，所述织物半成品插入到和用于形成覆层区和支承构件的预浸半成品之间。待制造的构件的主构件尤其能够为
纵梁、横梁和/或用于构成飞机机身的
门框或窗框的凹部的机身部件。在此，预浸半成品安装在工具模具上，以用于构成覆层区或蒙皮层结构，并且随后被硬化。
[0010] 使用的预浸半成品具有纤维，所述纤维根据在待制造的构件的覆层区内设想的应
力流分布或力流分布，局部弯曲地延伸。如果在构件投入使用时外力作用在待制造的构件上，那么尤其通过相同
应力的线并且尤其过主应力线来产生应力流分布。尤其是纤维至少部分地沿着应力线延伸，所述应力线在使用待制造的构件时，借助由覆层和主构件组成的构造产生。这些应力线或纤维尤其从具有弯曲部的覆层区或构件的纵向方向开始延伸，在所述弯曲部内，纤维逐渐沿主构件的纵向方向的方向定向，所述方向横向于覆层区或构件的纵向方向延伸，并且主构件在纵向延伸部的根据纤维的上述纵向方向的虚拟的延长部遇到主构件的
位置上具有所述方向。该应力线分布在覆层区或构件的纵向方向上看，提供在主构件的两侧上。
[0011] 因此，根据本发明提出一种用于制造纤维复合材料构件的方法，所述纤维复合材料构件具有至少一个支承构件和与该支承构件连接的尤其具有凹部的蒙皮部分，其中支承构件设置和构成为，使得支承构件沿着凹部的至少一个部分延伸。在此，用于构成蒙皮部分半制品的预浸半成品垫的层安装在工具模具上，以用于构成蒙皮部分，其中预浸半成品垫在其初始状态下分别由纤维形成，所述纤维沿着预浸半成品垫的在预浸半成品垫的纵向延伸部上延伸的纵向方向延伸，其中多数预浸半成品垫置于多个层内，使得第一部分在相对于初始状态沿纵向方向不弯曲的状态下延伸；至少一个第二部分以沿着纵向方向相对于初始状态弯曲的方式，相对于纤维的在相应的预浸半成品垫的初始状态下的纵向延伸部，以至少15度的最大方向变化延伸；并且第三部分在相对于初始状态沿纵向方向不弯曲的状态下延伸，使得这些预浸半成品垫的纤维沿着相同应力的线延伸，所述线在设想用外力加载待制造的构件时出现，并且环绕凹部的边缘部分。
[0012] 紧接着，进行预浸半成品的预硬化，以用于使蒙皮部分半制品稳定。此外，设有预浸半成品的层的在经硬化的蒙皮部分半制品上的安装，以用于构成支承构件，并且设有由用于蒙皮部分的经预硬化的预浸半成品和用于支承构件的预浸半成品组成的组件的硬化。
[0013] 因此，在根据本发明的方法中，纤维复合材料构件的硬化分两个硬化步骤进行，其中在第一步骤中，预浸半成品预硬化，以用于构成蒙皮部分半制品，也就是说，在其形状上至少是稳定的，并且在第二步骤中，由用于蒙皮部分的经预硬化的预浸半成品和用于支承构件的预浸半成品组成的组件硬化，使得在覆层区和加强部件之间达到高的层压质量，例如不形成气孔。在根据本发明的方法中，尤其能够满足对于用于飞机的构件的构件质量的高要求，例如少气孔、纤维体积含量和内部的层压质量。此外有利的是，加强部件的层结构能够以借助匹配于力分布和
应力分布的纤维
角度分布拓扑定向的方式安装在覆层区上。因此增强纤维至少部分地权衡力和权衡应力地安装。
[0014] 根据本发明的
实施例，使用CFK(
碳纤维材料)预浸半成品，尤其是单向的CFK预浸半成品，作为预浸半成品。
[0015] 预计半成品的纤维能够至少部分弯曲状地延伸，并且部分地沿着应力线在待制造的构件的覆层内延伸，所述应力线在具有覆层和主构件的构件时出现。
[0016] 预浸半成品能够借助于铺带装置安装在工具模具上，以用于构成覆层区。尤其是如果通过使用具有一个或多个可移动的应用头的这样的自动铺设装置，借助于所述覆层头将预浸半成品，例如单向的CFK预浸带(UD-CFK预浸带)，安装在工具模具的工作表面上，那么在加工区域内获得具有复合材料产品的较高的加工潜力装载和由此产生的降低的制造成本的较短的循环时间。通过手动工作决定的非生产时间能够在高的加工质量的情况下减少到最少。
[0017] 在根据本发明的方法中，用于蒙皮部分和支承构件的预浸半成品垫的纤维能够为
碳纤维、玻璃纤维和/或聚芳酰胺纤维。
[0018] 预浸半成品尤其能够在压热器中硬化。最好根据预先确定的
温度分布和真空分布，在压热器中且在压力下进行硬化。在这种情况下，过程参数能够借助于预浸树脂的材料值设置并且优化。在此能够提出，考虑注入树脂的材料特征值的相关性，以便达到强度优化和重量优化的构件。
[0019] 预浸半成品尤其能够形成搭接接头和外周接头。因此可能的是，减少了例如纵向
铆钉和外周铆钉的传统的连接元件的数量。
[0020] 如根据本发明的方法的实施例提出，预浸半成品垫的纤维沿着相应的垫的在预浸半成品垫的纵向延伸部上延伸的纵向方向延伸，其中所述纤维在沿着相应的预浸半成品垫的纵向方向的每个位置上的定向相互偏离(α1)最大2.5度，并且/或者延伸为，与相应的预浸半成品垫的纵向方向具有最大5度的偏离(α2)。
[0021] 在根据本发明的方法中，多数预浸半成品垫或用于形成蒙皮部分的全部预浸半成品垫置于多个层内，使得长度至少0.5m的第一部分在沿纵向方向相对于相应的预浸半成品垫的初始状态不弯曲的状态下延伸；长度至少2.0m的至少一个第二部分在沿着纵向方向相对于初始状态弯曲的状态下，相对于纤维的在相应的预浸半成品垫的初始状态下的纵向延伸部，以至少15度的最大方向变化(α3)延伸；并且长度至少0.5m的第三部分在相对于预浸半成品垫的初始状态不弯曲的状态下延伸。
[0022] 使用的预浸半成品垫尤其能够具有0.5m和2.0m之间的宽度(B)以及4m和25m之间的长度(L)。
[0023] 如根据本发明的方法的实施例，在该方法中形成的蒙皮部分的凹部的靠近第二部分的边缘部分具有带有200mm至300mm的半径的曲线形的分布，并且第三部分的纤维横向于它们的纵向方向看，相对于第一部分的同样的纤维，在100mm和200mm之间相互偏移地延伸。
[0024] 此外能够提出，凹部(16)的靠近第二部分(A12、A22)的边缘部分具有带有100mm至200mm的半径的曲线形的分布，并且第三部分(A13)的纤维，当横向于它们的纵向方向(X)观察时，相对于第一部分(A11)的同样的纤维，在200mm和400mm之间相互偏移地延伸。
[0025] 在此，凹部能够具有沿着外周封闭的边缘线，其中支承构件至少沿着凹部的边缘的部分相对于凹部的加固部延伸。
[0026] 制成的构件尤其能够为飞机的机身部件。此外能够提出，凹部形成机身部件的窗切口或门切口。在此，在待制造的构件上的支承构件能够为飞机机身的纵梁和/或横梁。
[0027] 制成的支承构件能够形成框架部件，所述框架部件环绕飞机机身的窗切口或门切口(16)的边缘线(16a)，并且具有：沿着壳部件(2)的周向(XU)延伸的支承构件部分(51、55)；沿着壳部件的纵向方向(XL)延伸的边缘部分(53、57)；以及角区域(52、54、56、58)，所述角区域分别连接沿壳部件(2)的周向(XU)延伸的支承构件部分(51、55)和邻接于该部分的且沿壳部件的纵向方向(XL)延伸的边缘部分(53、57)。
[0028] 根据另一个实施例提出，借助至少一个沿纵向方向弯曲地延伸的第二部分(A12、A22)置于多个层内的预浸半成品垫(4)安置成，使得它们的第一部分(A11、A21)分别具有与沿壳部件(2)的周向(XU)延伸的支承构件部分(51、55)相交的方向；弯曲地延伸的第二部分(A12、A22)沿着角区域(52、54、56、58)延伸；并且第三部分(A11)沿着沿壳部件的纵向方向(XL)延伸的边缘部分(53、57)延伸。在此能够提出，第三部分(A13)的纤维，当横向于它们的纵向方向(X)观察时，相对于第一部分(A11)的同样的纤维，在0.1m和1.0m之间相互偏移地延伸。
[0029] 可替代或可附加地能够提出，借助至少一个沿纵向方向弯曲地延伸的第二部分(A12、A22)置于多个层内的预浸半成品垫(4)安置成，使得它们的第一部分(A11、A21)分别具有与沿壳部件(2)的纵向方向(XL)延伸的边缘部分(53、57)相交的方向；弯曲地延伸的第二部分(A12、A22)沿着角区域(52、54、56、58)延伸；并且第三部分(A11)沿着壳部件(2)的周向(XU)延伸的支承构件部分(51、55)延伸。在此能够提出，第三部分(A13)的纤维，当横向于它们的纵向方向(X)观察时，相对于第一部分(A11)的同样的纤维，在0.1m和1.0m之间相互偏移地延伸。
[0030] 根据本发明，用于在蒙皮部分上形成支承构件的预浸半成品垫通常能够与用于形成壳部件的预浸半成品垫一起安置成，使得这些预浸半成品垫相对于待制造的机身部件的纵向方向形成机身部件的纵向绷带(22)、周向绷带(24)和/或剪切绷带(26)。
[0031] 在根据本发明的方法中能够提出，预浸半成品作为复板或复板构造安置，也就是说，预浸半成品的多个层相互重叠。至少一个复板能够以构成为平面复板(
补片)的方式平面地安装在覆层区上。在本文中，平面复板尤其理解为在高刚性的尤其是用于窗框或门框的主构件待安装在覆层区上时安装在覆层区上的加强
覆盖层。复板尤其用作设置在飞机蒙皮的内侧上的裂纹减缓。如果在使用待制造的构件时在构件的外蒙皮内出现裂纹，并且该裂纹蔓延，那么该裂纹在相应地构成和设置复板时只是蔓延至具有复板的外蒙皮的区域，并且不再继续蔓延。因此能够改善这种结构的损坏容差，并且使得在视觉检查时容易发现构件的损坏。
[0032] 在根据本发明的方法中能够提出，在用于构成壳部件的预浸半成品和用于构成支承构件的预浸半成品之间的部分区域中安装有用于在预浸半成品上构成
中间层的干燥的织物半成品的至少一层。在此，尤其能够提出，在由用于蒙皮部分的经预硬化的预浸半成品和用于支承构件的预浸半成品组成的组件硬化之前，织物半成品借助于RTM工艺(
树脂传递模塑成型工艺)和/或注入法用树脂浸渍。
[0033] 作为基体材料使用预浸半成品和/或具有
粘度为10^5mPas±20％的干燥的织物半成品的浸渍。
[0034] 在用于覆层区的半成品和用于至少一个主构件的半成品之间的至少部分区域中将至少一个织物半成品最好安装在覆层区上。因此能够补偿在主构件的刚性和覆层区的刚性之间的刚性差，并且至少使刚性突变减小到最低程度。
[0035] 由织物半成品组成的至少一个层能够借助于例如一个或多个模板的加工装置定位在覆层区上。
[0036] 主构件或待制造的构件的覆层的后部构件能够为纵梁(桁条)、横梁和/或框架部件，例如门框或窗框。以相应的方式，织物半成品能够设置在用于构成覆层区的预浸半成品上。用于构成主构件的织物半成品尤其是在织物半成品浸渍前设置在覆层区上。用于构成主构件的织物半成品尤其通过第二硬化步骤固定在覆层区上。
[0037] 用于构成覆层区的预浸半成品尤其能够具有至少一个形成待制造的构件的开口的切口，例如窗切口或门切口。在此，此外能够提出，用于构成主构件或加强部件的织物半成品安装在预浸半成品上，使得该织物半成品至少部分地沿着开口的边缘部分或边缘延伸。因此能够达到切口或开口的覆层边缘区的重量优化的加强。
[0038] 在方法的实施例中，至少一个织物半成品通过其在预浸半成品上的空间构造构成为覆层区的加强型材，尤其是以便吸收覆层区的弯曲力。在这种情况下，织物半成品在构件的制造期间至少部分地由一个或多个可拆除的支承型材来稳定或固定。
[0039] 根据本发明用于制造加强型材的织物半成品能够尽可能自动地并且因此低成本地制造。织物半成品最好由至少一种由碳纤维、玻璃纤维和/或聚芳酰胺纤维组成的纺织物构成，并且借助于缝合、编织、纺织、针织和/或粘合预制。织物半成品尤其能够以纺织品、纤维织品、多维纺织品、刺绣、针织品和/或编织品的形式设置在覆层区上。在根据本发明的优选的实施形式中，织物半成品借助于RTM工艺(树脂传递模塑成型工艺)浸渍。在此能够设有用于树脂注入的真空结构。
[0040] 在根据本发明的方法步骤中，尤其能够提出，为预浸半成品和/或为了浸渍织物半成品，基体材料的粘度设置成，使得达到所要求的纤维树脂比例，尤其是在60/40±15％的范围内的纤维树脂比例。使用的基体材料的粘度尤其为Nü＝10^5mPas±20％。例如使用环
氧树脂作为用于浸渍纤维半成品的基体材料。
[0041] 为了吸收多余的基体材料，除了或替代粘度调节，还能够在工具模具中加入无纺材料。无纺织物吸收多余的树脂部分，以便保持纤维树脂比例，并且防止由于过多注入的树脂量而导致的不利的特性。
[0042] 用于覆层区的预浸半成品和设置在其上的织物半成品的组合的硬化最好在压热器中进行。最好根据预先确定的温度分布和真空分布，在压热器中且在压力下进行硬化，尤其是与使用的注入树脂的材料特征值有关地进行硬化。在这种情况下，过程参数能够借助于注入树脂的材料值设置并且优化。在此能够不考虑温度分布和/或真空分布和/或预浸树脂的材料特征值的相关性，使得达到强度优化和重量优化的构件。
[0043] 在本文中，在预浸半成品和/或织物半成品和/或绷带中的纤维和应力线的分布的所述匹配尤其允许10％的偏离。也就是说，在这种情况下，纤维分布的方向角与应力分布的方向角分别相对于覆层纵向方向或构件纵向方向具有10％的差别。具有这个设有允许的偏离的匹配的纤维分布的部分尤其能够具有相应的半成品的长度的5％的长度。在本文中，构件的主要负载情况尤其看作为“作用”，即例如在飞机机身部件中，在
起飞、降落和/或巡航飞行时根据要求出现的用于整个飞机的典型的主负载情况。
[0044] 借助根据本发明的方法制造的纤维复合材料构件尤其能够为飞机的具有门框单元或窗单元的机身段，所述机身段具有由预浸半成品形成的覆层区和在位于其上的由织物半成品形成的主构件或加强部件，其中织物半成品借助基体材料浸渍并且硬化。
[0045] 根据本发明的另一方面，提出一种纤维复合材料构件(1)，其具有至少一个支承构件(8)和与该支承构件连接的具有凹部的蒙皮部分(2)，其中支承构件(8)沿着凹部(6)至少一个部分(16b)延伸，以用于构成框架部件，其特征在于，蒙皮部分(2)由分别为纤维的多个层的多个构造形成，所述纤维在沿着相应的预浸半成品垫的纵向延伸部的每个位置上的定向相互偏离最大2.5度，其中第一部分(A11、A21)分别具有与支承构件部分(51、55)相交的方向；第二部分(A12、A22)，其纤维与第一部分的纤维有角度地并且沿着另一个连接在第一边缘部分上的支承构件部分(52、54、56、58)延伸；并且第三部分(A11)沿着连接在第二边缘部分上的边缘部分(53、57)延伸。
[0046] 在制成的构件中，纤维的分布能够按照根据本发明的方法的实施例，并且尤其能够提出，凹部(16)的靠近第二部分(A12、A22)的边缘部分具有带有200mm至300mm的半径的曲线形的分布，并且第三部分(A13)的纤维，当横向于它们的纵向方向(X)观察时，相对于第一部分(A11)的同样的纤维，在100mm和200mm之间相互偏移地延伸。在此，此外能够提出，凹部(16)的靠近第二部分(A12、A22)的边缘部分，具有带有100mm至200mm的半径的曲线形的分布，并且第三部分(A13)的纤维，当横向于它们的纵向方向(X)观察时，相对于第一部分(A11)的同样的纤维，在200mm和400mm之间相互偏移地延伸。在纤维复合材料构件中，凹部(16)能够具有沿着外周封闭的边缘线，并且支承构件(8)能够至少沿着凹部的边缘的部分延伸。
[0047] 根据本发明的另一方面，提出一种飞机的纤维复合材料机身部件，其具有带有至少一个凹部(16、42)的壳部件(2)和形成为框架部件的支承构件(8)，所述支承构件环绕飞机机身的凹部(16、42)的边缘线(16a)，以用于加固该凹部，并且具有：沿着壳部件(2)的周向(XU)延伸的支承构件部分(51、55)；沿着壳部件的纵向方向(XL)延伸的边缘部分(53、57)；以及角区域(52、54、56、58)，所述角区域分别连接沿壳部件(2)的周向(XU)延伸的支承构件部分(51、55)和邻接于该部分的且沿着壳部件的纵向方向(XL)延伸的边缘部分(53、57)。凹部尤其能够形成机身部件的窗切口或门切口。
附图说明
[0048] 下面借助于示意图说明本发明的实施例，所述图示出：
[0049] 图1示出根据具有使用的材料的根据本发明的第一实施例的纤维复合材料构件的截面图；以及
[0050] 图2示出根据另一个根据本发明的实施例的纤维复合材料构件的截面图；
[0051] 图3示出在根据本发明的方法中用于形成壳部件和用于形成支承构件的在置于工具模具上之前或者置于已经安置的预浸半成品上之前的初始状态下的预浸半成品的示意图；以及
[0052] 图4示出在图3中示出的预浸半成品，所述预浸半成品在一定区域内且沿着安装在壳部件上的支承构件部分地沿着纵向方向弯曲，并且为了形成壳部件，以这种形式置于工具模具上或置于已经安置的预浸半成品上。
具体实施方式
[0053] 根据本发明制造构件或者提供构件，所述构件由支承构件或主构件和壳部分或者蒙皮部分或覆层部分组成的组合形成。蒙皮部分尤其能够为待制造的纤维复合材料构件的弯曲的壳部分，所述壳部分以在三维上待说明的方式形成。
[0054] 蒙皮部分或者覆层部分或覆层区尤其能够具有凹部16，所述凹部具有沿着外周封闭的或环绕的边缘线16a，即位于蒙皮部分的内部中，或者能够为开口的凹部，所述凹部因此位于蒙皮部分2的边缘上，并且不完全地由蒙皮部分2包围。在凹部16作为封闭的凹部的实施方式中，该凹部尤其能够设有用于待装入蒙皮部分2内的门的开口或用于待装入蒙皮部分2内的窗的开口。支承构件8尤其能够为支撑件，所述支撑件沿着凹部16的边缘16a或边缘
16a的部分延伸，以用于加强凹部的相应的边缘线。根据本发明，支承构件通常为在结构上与蒙皮部分连接的构件，所述构件平面地或在与蒙皮部分的平面延伸相比窄的区域上支撑蒙皮部分，并且相对外力稳定。例如，支承构件能够为飞机壳体的，尤其是飞机机身的桁条或骨架。
[0055] 基于至少一个支承构件或主构件8在蒙皮部分2上构成结构连接，在待制造的构件投入使用时，借助在蒙皮部分内出现的作用在构件上的外力，在蒙皮部分2内产生部分曲线形的应力分布。在根据本发明制造构件1时，首先将多个预浸半成品垫4安装在工具模具上，以用于构成蒙皮部分2。在此，用于构成蒙皮预型件或蒙皮坯件的预浸半成品垫4的层安置在工具模具上，以用于构成具有凹部16的蒙皮部分2，所述凹部具有在预先确定的界限内均匀地延伸的纤维。在本文中，垫的纤维在预先确定的界限内均匀的延伸理解为，纤维在沿着相应的预浸半成品垫的纵向延伸部的每个位置上的定向相互偏离最大2.5度。预浸半成品垫尤其能够形成长形，使得纵向延伸部或长度坐标沿着相应的预浸半成品垫的较长的侧面延伸。在纤维的偏离的上述比例在长度坐标的每个位置上相对彼此为最大5度的情况下，预浸半成品垫的纤维分别具有大致直线的分布。也就是说，这些预浸半成品垫4形成为，使得纤维根据在使用待制造的构件1时在覆层区2内设想的力流分布或应力线分布，沿纤维F或预浸垫的纵向方向看，局部弯曲地延伸。预浸半成品或分别使用的预浸半成品垫4具有足够长的纤维，所述纤维至少部分地遵循应力线，使得纤维部分曲线形地延伸。
纤维长度也能够明显短于分别观察到的应力线，并且应力线能够通过预浸半成品垫4的多个连续地设置的纤维再现。
[0056] 因此根据本发明，多数预浸半成品垫4或全部预浸半成品垫4形成为，使得多数或全部预浸半成品垫的纤维延伸为，与相应的垫的直线的纵向延伸部具有最大5度的偏离，或者预浸半成品垫的纤维直线地延伸为，与相应的垫的纵向方向具有最大5度的偏离。在此，纤维在沿着相应的预浸半成品垫的纵向方向的每个位置上的定向相互偏离(角度α1)最大2.5度，并且/或者延伸为直线，也就是说，在本文中，与相应的垫的纵向方向具有最大5度的偏离(角度α2)。使用的预浸半成品垫4的纤维F尤其没有被编织或纺织，而是在其纵向延伸部的每个位置上沿着相应的预浸半成品垫4的纵向方向L延伸。图3示意地示出用于形成壳部件和用于形成支承构件的在置于工具模具上之前或者置于已经安置的预浸半成品上之前的初始状态下预浸半成品4。预浸半成品垫4具有多个纤维束F，其中只选择性地示出少部分纤维束。在此，为了清楚描述纤维的分布的定义，夸张地示出曲线形的分布。这同样也适用于在图4中所示的纤维F。图4示出在图3中所示的预浸半成品，所述预浸半成品在一定区域内并且沿着安装在壳部件上的支撑部件部分地沿着纵向方向L弯曲，并且为了形成壳部件，以这种形式置于工具模具上或置于已经安置的预浸半成品上。
[0057] 为了在待制造的构件中制造具有纤维的拓扑定向的分布的壳部件或壳部分，多数预浸半成品垫4置于重叠设置在多个层内，使得预浸半成品垫4的纤维部分地沿着相同的内应力的应力线延伸，尤其是沿着主应力线延伸，所述主应力线在待制造的构件的主要部分中，在设想的外力作用在主要部分上时产生。这些应力线或纤维环绕支撑构件8，如在图1中所示，并且也尤其在存在凹部16的情况下环绕支撑构件8，所述凹部的边缘部分16a由支承构件8加固。支承构件8尤其为长形的形状，并且沿着凹部的边缘延伸。
[0058] 根据本发明，多数预浸半成品垫(4)尤其安置成，使得它们的纤维在纤维的纵向延伸部上看，具有带有至少15度的方向变化的至少部分的曲线分布，并且沿着凹部16的边缘部分16a延伸。在图1中示出的具有封闭的凹部16的蒙皮部分的实施例中，沿着纵向轴线20延伸的且待在凹部的环形的最终区域上延伸的应力线的分布具有两个转向点W11、W12或W21、W22。应力线，——根据本发明，预浸半成品垫的纤维沿着所述应力线延伸——，从在部分A11或A21上的纤维方向开始，——所述部分远离横向于该部分延伸的支承构件8或凹部16——，在随后的部分A12或A22中受到至少15度的方向变化。在此，设有最大
75度的优选上限。在再后面的部分A13或A23中，在所述部分中，应力线在支承构件8或凹部16上通过，半成品垫安置成，使得纤维同样在支承构件8或凹部16上通过，以致区域A12或A22分别具有转向点W11或W21。在应力线继续前延时，如在图1中所示，这些应力线以与此反向的方式在第一纵向部分A11或A21的宽度坐标上向回弯曲，使得半成品垫安置成，使得纤维发生最小15度且最大75度的方向变化，并且也分别具有转向点W12或W22，以便在随后的部分A14或A24中具有再次与纵向轴线20的定向。在所示实施例中，对于横向于纵向轴线20朝着支承构件或凹部延伸的且在该凹部上通过的应力线而言，也产生所述分布，使得预浸半成品垫也相对于这些应力线安置成，使得纤维在支承构件或凹部16的每侧上分别具有最小15度且最大75度的方向变化。
[0059] 具有弯曲的部分的预浸半成品垫能够相互偏移地或重叠地或相互搭接地安置。预浸半成品垫尤其能够形成矩形。预浸半成品垫的纵向轴线X尤其能够为在预浸半成品垫4的较长的彼此相对的边缘线之间的中线。在弯曲地安置的状态下(图4)，相应的部分A11、A12或A13的尤其是相互成角度地延伸的纵向轴线X-A11、X-A12、X-A13借助所述角度构成。
[0060] 制成的支承构件8能够形成框架部件，所述框架部件环绕飞机机身的窗切口或门切口16的边缘线16a(尤其是内部的边缘线)，并且具有：沿着壳部件2的周向XU延伸的支承构件部分51、55；沿着壳部件的纵向方向XL延伸的边缘部分53、57；以及角区域52、54、56、58，所述角区域分别连接沿壳部件2的周向XU延伸的支承构件部分51、55和邻接于该部分的且沿壳部件的纵向方向XL延伸的边缘部分53、57。
[0061] 根据本发明，借助沿纵向方向弯曲地延伸的至少一个第二部分A12、A22置于多个层内的预浸半成品垫4安置成，使得它们的第一部分A11、A21分别具有与沿壳部件2的周向XU延伸的支承构件部分(51、55)相交的方向；弯曲地延伸的第二部分A12、A22沿着角区域52、54、56、58延伸；并且第三部分A11沿着沿壳部件的纵向方向XL延伸的边缘部分53、57延伸。第三部分A13的纤维横向于它们的纵向方向X看，能够相对于第一部分A11的同样的纤维，在0.1m和1.0m之间相互偏移地延伸。
[0062] 可替代或可附加地能够提出，借助至少一个沿纵向方向弯曲地延伸的第二部分A12、A22置于多个层内的预浸半成品垫4安置成，使得它们的第一部分A11、A21分别具有与沿壳部件的纵向方向XL延伸的边缘部分53、57相交的方向；弯曲地延伸的第二部分A12、A22沿着角区域52、54、56、58延伸；并且第三部分A11沿着壳部件2的周向XU延伸的支承构件部分51、55延伸。第三部分A13的纤维横向于它们的纵向方向X看，能够相对于第一部分A11的同样的纤维，在0.1m和1.0m之间相互偏移地延伸。
[0063] 用于在蒙皮部分2上形成支承构件8的预浸半成品垫4通常能够与用于形成壳部件2的预浸半成品垫4一起安置成，使得这些预浸半成品垫相对于待制造的机身部件的纵向方向形成机身部件的纵向绷带22、周向绷带24和/或剪切绷带26。
[0064] 制成的构件或机身部件具有根据以所述方式安置的预浸半成品的所述纤维分布。为了在蒙皮部分2上构成支承构件或主构件8、12、14，进行织物半成品10的层在经硬化预浸半成品4上的安装，以用于构成主构件8、12、14；进行预浸半成品4的用于稳定蒙皮部分预型件的预硬化；可选地进行织物半成品10的借助基体材料的浸渍；以及进行由经预硬化的蒙皮部分预型件和预浸半成品10组成的组件的硬化，以用于形成支承构件。
[0065] 可选择的是，能够附加地安置至少一个织物半成品，作为用于加强在织物半成品上的构件的绷带，例如纵向绷带22、周向绷带24和剪切绷带26，并且用树脂浸渍，使得然后进行由经预硬化的预浸半成品4、用于构成主构件8、12、14的织物半成品和用于构成至少一个绷带的织物半成品22、24、26组成的组件的硬化。
[0066] 通常根据本发明，沿构件1的纵向轴线20的方向看，并且横向于构件1的纵向轴线20看，至少一个纵向绷带22、周向绷带24和/或剪切绷带26能够设置在主构件8、12、14的每侧上，并且尤其是围绕凹部16的主构件8、12、14的每侧上。在此，纵向绷带22具有纤维，所述纤维在相应地安置纵向绷带时，沿纵向方向20延伸，并且在此周向绷带24具有纤维，所述纤维在相应地安置周向绷带时，横向于纵向方向20或沿构件1的周向延伸。在此，剪切绷带26具有纤维，所述纤维在相应地安置周向绷带时，相对于纵向方向20以在15和75度之间的角度延伸，也可相对于构件1的周向以在15和75度之间的角度延伸。在使用多个绷带22、24、26时，绷带交叉。因此在特殊的应用中，在待期望的应力分布中，达到构件1的附加的
稳定性和强度。
[0067] 因为绷带具有长形的形状，所以在图1和2中，绷带22、24、26作为虚线示意地示出，以用于示出它们的纵向方向，但是绷带设有根据应用情况设有的宽度，所述宽度在图中未示出。可替代或可附加地提出，在绷带22、24、26内设有沿应力分布的方向部分地延伸的纤维。
[0068] 在此，沿相对于构件1的纵向轴线20的方向看，并且横向于构件1的纵向方向20看，多个纵向绷带22、周向绷带24和/或剪切绷带26能够设置在主构件8、12、14的每侧上，并且尤其是围绕凹部16的主构件8、12、14的每侧上，所述多个纵向绷带、周向绷带和/或剪切绷带的纵向方向尤其能够至少部分平行地或相互成角度地延伸。此外，周向绷带24和剪切绷带26在此尤其能够为相同的或近似的形状。
[0069] 用于构成主构件8、12、14的织物半成品，以及可选地，用作纵向绷带22、周向绷带24和剪切绷带26的织物半成品或复板置于为了构成覆层2而设有的且事先经硬化的预浸半成品上。在制造构件1时安置在预浸半成品上的纵向绷带22、周向绷带24和剪切绷带
26分别为长形的
单层或多层织物半成品，所述织物半成品具有纤维，所述纤维以所述方式按照在使用待制造的构件1时在覆层2内形成的应力线的分布延伸，所述应力线能够为与前述应力线相同的应力线或者另外的应力线。
[0070] 纵向绷带22、周向绷带24和剪切绷带26的裁剪的形状能够相当于应力线的形状，也就是说，形成长形，并且具有在纵向延伸部上部分不变的宽度，并且具有直线的和/或曲线形的纵向延伸部。绷带，即纵向绷带22、周向绷带24和剪切绷带26，在经硬化的预浸半成品上安置成，使得绷带的纤维分布基本上相当于在构件1中待期望的应力分布，并且以预先确定的方式匹配。因为由于主构件8、12、14在覆层2上的构造，在使用构件时在构件1的覆层2内待期望的应力分布，在主构件1的区域内的覆层中部分曲线形地延伸，所以在绷带22、24、26的织物半成品中的纤维最好也曲线形地延伸，也就是说，在纤维的纵向方向的分布中看，纤维角度，即这些纤维的纵向方向的相对于不变的参考方向的角度，发生变化。
[0071] 通过将绷带22、24、26安装在用于覆层2的织物半成品上，以有利的方式扩展了两阶段的制造方法，所述制造方法具有覆层2的安置和硬化，以及用于主构件8、12、14的织物半成品的借助另一个硬化阶段的随后的安装，因为构件1有针对性地借助在构件1内出现的应力线加强。以这种方式，在优化重量时改善了构件1的强度和稳定性。
[0072] 绷带22、24、26的纵向方向的概念理解为在相应的绷带中的纤维的纵向方向，所述纤维是与位置有关的，并且在此能够具有恒定的或不恒定的定向。构件纵向方向或构件纵向轴线20从待制造的构件1的形状中产生。当构件总体上形成长形时，构件纵向方向在构件的纵向延伸部上延伸。如果构件1为飞机机身或飞机机身部件，那么构件纵向方向沿机身纵向轴线延伸。如果在覆层2内设有多个凹部16，那么纵向方向能够为凹部16连续地设置的方向。
[0073] 图1示出具有对于其制造而言重要的特征的纤维复合材料(FVW)构件1。构件1具有覆层区2，所述覆层区尤其能够为构成飞机的外蒙皮的飞机机身覆层区的一部分。覆层区2由预浸半成品4形成。在覆层区2的内表面6上设有为示意地示出的横梁12和纵梁14(桁条)形式的主构件或加强构件8，所述横梁和纵梁由织物半成品10制成。在所示实施形式中的构件1具有：覆层区2，其具有带有倒圆的角区域18的矩形的窗切口16；以及横梁12和纵梁14，它们安装在覆层区2上，并且作为后部主构件设置在窗切口16旁。此外能够设置为示出的附加的隔框元件。
[0074] 为了构成覆层区2的蒙皮层结构，预浸半成品4安装在未示出的工具模具上，并且紧接着硬化。使用CFK
预浸料作为预浸半成品4，所述CFK预浸料具有纤维，所述纤维根据在设置有主构件8、12、14的待制造的构件1的覆层2内的应力分布，局部弯曲地延伸，并且尤其是具有相互不同纤维分布。也就是说，在纤维的纵向方向的分布中看，纤维角度，即这些纤维的纵向方向的相对于参考方向的角度，发生变化。在此，设有纤维的分布，使得纤维至少部分地沿着力线或应力线延伸，所述力线或应力线在使用待制造的构件1时借助覆层和至少一个主构件8、12、14产生。这些力线或纤维尤其是从具有弯曲部的覆层区的纵向方向开始延伸，在所述弯曲部内，纤维逐渐沿主构件8、12、14的纵向方向的方向定向，主构件8、12、14在纵向延伸部的根据纤维的上述纵向方向的虚拟的延长部遇到主构件的位置上具有所述方向。根据覆层区2的设计和/或主构件8、12、14的设计，例如能够设有借助相对于构件1的纵向轴线20的10°/30°/60°(S13)的纤维角度顺序，内部压力确定尺寸的层结构，或者设有借助相对于构件1的纵向轴线20的30°/60°/10°(S18)的纤维角度顺序，剪切确定尺寸的层结构。
[0075] 为了制造覆层区2，预浸半成品4能够借助于纤维排列设备安装在工具模具上，以便提供具有规定的定向的纤维。因此，通过手动工作决定的非生产时间能够在高的加工质量的情况下减少到最少。
[0076] 为了制造覆层区2，已安装的预浸半成品4紧接着根据预先确定的温度分布和真空分布，在压热器中硬化。
[0077] 在另一个加工步骤中，由织物半成品10组成的一层或多层设置在经硬化的覆层区2上，其中该覆层区最好至少部分地具有纤维分布，所述纤维分布在使用总体构件1时，沿在主构件8、12、14中的力分布或应力分布的方向延伸。
[0078] 织物半成品10能够由至少一种由碳纤维、玻璃纤维和/或聚芳酰胺纤维组成的纺织物构成，并且借助于缝合、编织、纺织、针织和/或粘合预制。织物半成品10最好以纺织品、纤维织品、多维纺织品、刺绣、针织品和/或编织品的形式设置在覆层区2上。在本发明的所示实施例中，织物半成品10作为具有纵向绷带22、周向绷带24和剪切绷带26的形式的复板安装在覆层区2上，使得形成整体地加强覆层区2的复板构造。
[0079] 构成为纵向绷带的复板22尤其具有纵向力流纤维，并且纵向绷带或它们的纤维部分地平行于构件的或在构件上的覆层区2的纵向轴线20延伸。如果构件1为飞机的机身或机身段，那么设有在覆层区上的纵向绷带，所述纵向绷带在安装的状态下沿机身纵向方向延伸。在设有窗切口时，纵向绷带22沿其纵向方向按照力线和应力线的分布延伸，所述力线和应力线沿构件的纵向方向且与窗切口16的上侧或下侧的轮廓隔开地延伸。因此，力线和应力线从第一部分开始
流线型地围绕窗切口16延伸，所述第一部分或所述第一部分的纤维沿构件的纵向轴线延伸。沿构件的纵向轴线延伸的纵向绷带，——所述纵向绷带横向于纵向轴线看，在窗切口16的横向延伸部的高度上延伸——，沿纵向方向看，最好以较大的距离在窗切口前直线地延伸；所述纵向绷带在窗切口附近为曲线形，并且在此所述纵向绷带的方向变化为，使得其流线型地环绕窗切口16。沿其纵向方向看，纵向绷带能够在部分或中间区域28内沿着窗切口16直线地或曲线形地延伸。那么，在窗切口的横向于构件1的纵向轴线20延伸的
中轴线后面，纵向绷带最好相对于窗切口16的中轴线对称地以先前所述的方式延伸。因此，纵向绷带沿其纵向方向延伸为，从前述第一部分开始，经由曲线形的部分和中轴线28，再次经由弯曲部分30，并且然后最好逐渐形成直线的纵向部分32。
[0080] 在本发明的在构件1上的应用中，——所述构件为飞机机身，并且所述构件的凹部16为窗切口——，纵向绷带22或纵向绷带的纤维尤其沿着安置有沿飞机机身的纵向轴线
20连续地设置的多个窗的区域延伸。周向绷带最好对称于窗切口16的例如沿构件1的纵向轴线延伸的中轴线延伸。沿构件的纵向轴线看，周向绷带在凹部16的外部沿待制造的构件1或机身部件的周向延伸，或者横向于构件或机身部分的纵向轴线且朝着凹部16延伸，并且从与凹部16具有距离起，曲线形地延伸，以便避开凹部16或流线型地围绕该凹部，也就是说，周向绷带沿一定方向延伸，借助所述方向周向绷带24远离凹部16的沿构件的周向延伸的中轴线，并且周向绷带沿一定方向移动，在所述方向上周向绷带26围绕凹部16。在周向绷带24沿构件1的周向的另一个分布中，该周向绷带沿着凹部16在该凹部旁经过，并且在此最好是部分直线地在该凹部旁经过。此外，作为构成为周向绷带22的织物半成品的复板24具有沿制成的构件1的周向或者机身或机身段(机身部件)的周向的力流纤维，所述力流纤维部分横向地延伸，或者相对于构件1的并且因此相对于覆层区2的纵向轴线20，以90°±15％的角度α延伸。因此，周向绷带24的围绕在覆层区2内存在的或设有的凹部16的分布为流线型，使得周向绷带24围绕凹部16延伸。
[0081] 因此在凹部16或窗切口16的区域内，周向绷带24或它们的纤维相对于凹部16的例如横向于构件1的纵向轴线20延伸的中轴线，在凹部16的两侧延伸，并且根据力分布和应力分布，与凹部16的侧面区域34的轮廓隔开地延伸，使得绷带具有中心部分36，所述中心部分在两侧分别经由弯曲部分38逐渐变为外周部分40。弯曲部分38构成为半径，使得相邻的周向绷带24的中心部分36和外周部分40部分地相互平行地延伸，并且在弯曲部分30的区域内部分覆盖纵向绷带22。
[0082] 此外设有的构成为剪切绷带26的复板26与窗切口16的四个角区域18隔开地设置，其中该复板能够具有剪切纤维，所述剪切纤维为了传递剪切力和
剪切应力，相对于构件1或机身或者覆层区2的纵向轴线20，以±45°±15°的角度β延伸。剪切绷带26或它们的纤维能够在周向绷带24旁直线地延伸，并且分别在它们的弯曲部分30的区域内部分覆盖纵向绷带22。在本发明的实施形式中，在凹部外部延伸的剪切绷带26，沿构件1的纵向轴线20看，从凹部16的内部也具有的纵向轴线位置延伸至如下纵向轴线位置，所述纵向轴线位置从那里看位于用于主构件8、12、14的半成品的那侧。
[0083] 所述复板22、24、26为平面的，并且以构成为平面复板的方式安装在覆层区2上。在根据本发明的方法中，复板22、24、26在覆层区2上的定位借助于未示出的加工装置在使用多个模板的情况下来进行。因此达到窗切口16的重量优化的加强部。复板22、24、26在覆层区2和主构件12之间的部分区域中安装在覆层区2上，其中用于主构件12的织物半成品尤其在织物半成品10浸渍前设置在覆层区2上。
[0084] 紧接着，织物半成品10借助于RTM工艺(树脂传递模塑成型工艺)借助基体材料浸渍，其中最好设有用于树脂注入的真空结构。在注入阶段中，在工具模具中形成部分真空，并且织物半成品10用经由未示出的给料管供给的注入树脂浸渍。用于树脂供给的相关联的树脂储料箱和
输送机构在图中未示出。使用
环氧树脂作为用于浸渍纤维半成品10的基体材料。树脂的粘度设置为，使得达到所要求的纤维树脂比例，尤其是在60/40±15％的范围内的纤维树脂比例。使用的基体材料的粘度尤其为10^5mPas±20％。
[0085] 为了吸收多余的基体材料，除了或替代粘度调节，还能够在工具模具中加入无纺材料。无纺织物吸收多余的树脂部分，以便保持纤维树脂比例，并且防止由于过多注入的树脂量而导致的不利的特性。因此能够防止具有树脂积聚的位置，尤其是在窗框的角区域18内的树脂积聚的位置。
[0086] 紧接着，纤维复合材料构件1被
固化或硬化。设置在覆层区2上的织物半成品10的硬化能够以真空辅助的方式在压热器中，在预先确定温度分布、压力分布和真空分布的情况下，与注入树脂的材料特征值有关地进行。也就是说，根据本发明，纤维复合材料构件的硬化分两个硬化步骤进行，其中在第一步骤中，预浸半成品4硬化，并且在第二步骤中，经浸渍的织物半成品10连同经预硬化的预浸半成品4一起硬化，使得在覆层区2和加强部件8之间达到高的层压质量。因此可满足对于用于航空构件的构件质量的高要求，例如少气孔、纤维体积含量和内部的层压质量。此外有利的是，以借助匹配于力分布和应力分布的纤维角度分布拓扑定向的方式实现加强部件8的在覆层区2上的层结构。
[0087] 在本发明的未示出的实施例中，织物半成品10立体地构成，尤其是以便吸收覆层区2的弯曲力。在这种情况下，织物半成品10在制造纤维复合材料构件1期间部分地由可拆除的支承型材固定。
[0088] 图2示出本发明的具有覆层区2的实施例，所述覆层区相对于在图1中示出的实施例具有大致椭圆形的床切口42。基于在近似圆形的床切口42的区域内的力分布和应力分布，在该应用情况下，没有纵向绷带安置在覆层区2上，而是周向绷带24和剪切绷带26安置在覆层区上。
[0089] 在此，在该应用情况下，横向于构件或机身部件的纵向轴线看，在每侧，各一个作为周向绷带24的复板安置在覆层区2上，其中纵向方向部分曲线形地延伸，并且在此横向于构件或机身部件的纵向轴线延伸。周向绷带24横向延伸，并且根据在构件中的力流分布，以预先确定的距离最好部分直线地，例如相对于构件或覆层区2的纵向轴线20，以大致90°的角度延伸。从相对于构件的纵向轴线20在凹部的两侧存在的周向绷带的远离凹部的这个区域开始，每个周向绷带24根据构件的力分布和应力分布，与窗切口24的轮廓隔开地且流线型地在该窗切口旁经过。因此，周向绷带24分布具有两个远离凹部的区域，所述区域相对于构件纵向轴线20彼此相对地设置，并且周向绷带具有位于这些区域之间的中心部分36，其中发生从远离凹部的区域到中间部分36，经由具有弯曲转向点的弯曲部分38发生在两侧存在的过渡。
[0090] 此外，具有由剪切绷带26构成的复板形式的复板设置在覆层区上，以用于传递在构件中出现的剪切力和剪切应力。剪切绷带26沿着窗切口16的四个角区域18且与它们隔开地延伸，并且与构件纵向轴线20呈角度地延伸，也就是说，剪切绷带的纵向方向相对于构件纵向轴线20以在±10度和±80度之间的角度延伸，并且尤其是以在±30度至±60度之间的角度延伸。在所示实施力中，剪切绷带26直线地构成。此外，每个剪切绷带安置成，使得剪切绷带与位于其侧面的周向绷带24交叉。
[0091] 如果至少一个凹部相对于分别观察到的纵向方向不对称地形成，那么采用凹部的在分别观察到的方向上的表面
重心线来替代中轴线。
[0092] 公开了一种用于制造纤维复合材料构件1的方法，所述纤维复合材料构件1具有由预浸半成品4组成的覆层区2，尤其是飞机机身覆层区，所述覆层区具有至少一个由织物半成品10制成的加强构件8，其中用于构成覆层区2的预浸半成品4安装在工具模具上并且硬化。在另一个加工步骤中，织物半成品10设置在经硬化的覆层区2上，并且借助基体材料浸渍。紧接着，织物半成品10连同预浸半成品4一起硬化。
