CN101855051A - 用于由纤维材料制造成型件的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在使用多件式模具(1、2)的情况下由纤维材料制造三维成型件(30)的装置，所述模具的内侧(1a、2a)至少部分地确定所述成型件的轮廓，其中纤维通过空气流动经由至少一个喷嘴(4)被吹入所述模具中，然后通过所述模具的开口选出，从而使所述纤维积聚在模具的内侧上，接着所述纤维必要时在局部被压实，之后所述纤维通过热量输入彼此粘接，最后作为成型件(30)从所述模具(1、2)中取出。在此重要的是，所述喷嘴(4、24、34)的吹送方向能摆动，摆动轴线在所述成型件的外侧附近延伸。

Description

用于由纤维材料制造成型件的装置

技术领域

本发明涉及一种用于在使用多件式模具的情况下由纤维材料制造三维成型件的装置，所述模具的内侧至少部分地确定成型件的轮廓，其中纤维通过空气流动经由至少一个喷嘴被吹入模具中，然后通过模具的开口逸出，从而使所述纤维积聚在模具的内侧上，接着所述纤维必要时在局部被压实，之后所述纤维通过热量输入彼此粘接，最后作为成型件从模具中取出。

背景技术

这种类型的装置在DE 103 24 735中已知。所述文献的内容也成为本申请的主题，以避免重复。

此外，在DE 2318501中已知，在由合成纤维/塑料纤维制造空心体时制造有型坯，其中利用旋转打孔的模具进行加工。所述模具在一端部开口并在那里由一管子横穿，所述管子不仅将纤维而且还将粘合剂吹入模具的内腔中。所述管子在模具旋转期间逐渐地从模具移出，以便把纤维施加在所述模具的整个长度上。

这种方法仅适用于在一端部开口的空心体，以便在那里能设置吹入管。此外，吹入管的可移动性是非常受限制的，这一点使得模具的均匀填充变得困难。尤其是所述模具必须在吹入期间进行旋转，这一点导致了额外的制造成本。

发明内容

因此在本申请中要实现：能制造闭合的成型体并利用基本上固定不动的、静止的模具进行加工。

本发明基于这样的认知，即在DE 103 24 735中关于确定的模具的问题在于：实现均匀的纤维分布或者制造有针对性地具有不同密度的成型件区域。所以本发明的目的在于，提供一种装置，所述装置使得能够个别控制模具中的纤维分布，即使所述模具具有非常不规则的三维轮廓。此外，本发明的特征为成本经济的且可靠的结构。

根据本发明，所述目的以下述方式实现：喷嘴的吹送方向能摆动，摆动轴线在成型件的外侧附近延伸。

由此得出如下优点：能如在DE 103 24 735中那样利用封闭的、固定不动的模具进行加工并能产生封闭的、非空心的成型体；然而基于能大范围调节的吹送方向还能在喷嘴的侧面和在复杂的轮廓中大多有目的性地填充模具，特别是模具中的各个区域能被施加或多或少的纤维。由此可以个别控制成型件内的装填密度。此外，还可在局部影响成型件的壁厚度。

应如此选择吹送方向的摆动，使得还能对模具的在左侧和右侧或者在上部和下部邻接喷嘴的壁部区域进行加载。适合地，以至少1/4Hz进行摆动，这就是说，吹送方向最晚在4秒后重新到达初始方向。优选地，以1/2Hz至5Hz之间的频率进行加工。

为了调节吹送方向，为本领域技术人员提供不同的可能性。一方面所述吹送方向能以下述方式改变：使所述喷嘴本身进行摆动。所述摆动能围绕位置固定的摆动轴线来进行，替代地还能通过沿着相应延伸的轨道(Kulissenbahnen)引导所述喷嘴来利用可移动的摆动轴线而工作。

另一方面所述吹送方向还能以下述方式来影响：在喷嘴的出口区域设置可调节的转向叶片。在这种情况下，所述喷嘴能位置固定地安装在模具上。但是还存在一种可能性，即，除了所述喷嘴的可调节的支承结构外还利用转向叶片进行工作，以便通过这两种措施的结合来实现吹送方向的范围特别大的转向。

最后，还存在以下述方式影响所述吹送方向的可能性：利用一附加的转向射流来工作，所述转向射流从侧面进入并因此改变原来的吹送方向。所述转向射流在其强度和/或吹送方向方面有利地是可调节的，以便使所述转向射流能匹配于各模具的要求。

喷嘴和/或其转向叶片的调节和/或转向射流的激活和必要时的调节有利地以电动的和程序控制的方式来实现。所述程序控制的优点是：首先能利用不同的参数来实施试运行，直至成型件具有所希望的产品特性。然后将适合于此的参数存储在程序控制装置中。

喷嘴有利地支承在模具本身上，特别是支承在仅执行竖直升降运动的上模具上。但是也在本发明的范围内的是，所述喷嘴分离地大致安装在压力机机座上并在填充过程期间才移动到模具的相应吹入口上和在必要时连接在那里。

本发明的一种特别适合的改进方案在于：多个喷嘴优选分别通过阀、特别是夹管阀连接到一共同的环形管路/环路上。由此，所述模具能利用单个鼓风机通过多个喷嘴从不同位置进行填充。此外，环形管路的优点是：能持续地维持纤维流动，因为所述阀用于在时间上连续地控制填充过程。由此防止纤维在输送管路中的不希望的沉积。

为了相同的目的有利的是，在喷嘴前或在喷嘴上设置一能关闭的开口，所述管路和必要时毗邻的喷嘴区域能经由所述开口被自由地吹气。

此外还被证明是有利的是：在吹入纤维期间测量空气压力并在达到确定的压力限值时结束填充过程。在此，所述压力能在模具的不同位置处、或在喷嘴附近、或在输入管路的区域中进行测量。特别有利地是，将压力传感器直接装入喷嘴中。通常空气压力随着模具的增加的纤维装填而升高，因为通过被打孔的模具的流通阻力随装填厚度而增加。由此获得精确响应的标准，以便检测模具的装填厚度并在恰当的时刻结束填充过程。

本发明另一有利的改进方案是：通过多个在不同时刻被激活的喷嘴来吹入纤维。由此防止了同时从不同位置流入的纤维的相互干扰。

此外被证明是有利的是：所述喷嘴或者至少其吹送方向在吹入过程中以至少0.3Hz的频率来回运动。所述运动为仅几厘米或几度(角度)，并有利地能沿竖直方向、但同样也可水平地或沿一中间方向实现，所述运动与开头所述的摆动相叠加并有助于填充过程。

为使填充过程在纤维密度方面个别地匹配于局部不同的预给值，所述模具能在其打孔区域中具有能调节的活门，借助所述活门能或强或弱地对局部空气排放进行节流。如果利用临时性的辅助模具进行加工，则特别是可使用所述活门。

最后在本发明的范围内的是，在纤维粘接前、特别是在纤维最终压实前，将至少一个覆盖层置入模具的至少一部分中或者施加到已吹入的纤维上。所述覆盖层可以用作用于美化外观的装饰膜，但同样也可具有附加功能，例如用于形成防滑或耐磨的层，或者仅用以给成型件赋予均匀平滑的外侧面。

在工艺技术方面特别有利的是：已在吹入所述薄膜之前将所述覆盖层置入模具中。在此，所述覆盖层能通过负压吸附并保持在下模具和/或上模具上，或者在局部通过卡夹连接结构或搭扣连接结构固定在模具中，从而使所述覆盖层在随后吹入纤维时不滑动。

关于所述覆盖层的材料几乎能任意选择。然而原则上应该是具有一定透气性的材料，以便不会对吹入过程以及此后的热空气流通造成不利影响。特别是还可以考虑毛毯类的席垫形式的纺织物层、针织物层、编织物层、或无纺织物层等。如果所述覆盖层在将纤维吹入后才被置入模具中，则还可使用较致密的覆盖层。

附图说明

其它特征和优点从下面借助附图对实施例的描述中给出；其中示出了：

图1以侧视图示出具有设置在其上的吹入喷嘴的模具的示意图；

图2以俯视图示出相似的模具；

图3示出具有驱动装置的摆动喷嘴的放大图；

图4示出摆动喷嘴在模具壁部上的支承结构；

图5示出具有能摆动的转向叶片的喷嘴；

图6示出具有转向射流的喷嘴；

图7示出具有环形管路的设备的侧视图；

图8示出图7的俯视图；和

图9示出在成型件交替时打开的模具的侧视图。

具体实施方式

在图1中能看到一包括上模具1和下模具2的模具，所述上模具1和下模具2组装成使其朝向彼此的内侧1a和2a形成一封闭的中间室3。所述中间室已经能确定待制造的三维成型件的轮廓；但有利的是，上模具1和下模具2首先用于制造型坯，然后使所述型坯通过另一上模具被压实成最终的成型件。模具的内侧1a和2a通常以筛网状的方式被打孔，从而使装载/携带有合成纤维的、侧向流入中间室3中的空气流动能从中间室3逸出，而纤维积聚在中间室中。在此，内壁1a和2a的透气性在局部可以是不同的，以便能改变中间室3内的纤维装填、即纤维密度。

现在重要的是：连接在中间室3上的喷嘴4中的至少若干个如此以能摆动的方式被支承，使得其摆动轴线5定位在成型件的外边缘附近、即在模具壁部附近。

在本实施例中，待制造的成型件在很大范围内水平延伸。因此，喷嘴的摆动轴线5竖直地延伸，从而喷嘴能水平地在成型件的整个横截面上或者横截面的部分区域上摆动，如首先从图2中得知的。替代地或附加地，视成型件的尺寸而定，围绕大致水平的摆动轴线的摆动也是合适的。

在图1和图3中详细示出能摆动的支承结构。在那里可以看到悬摆电动机6，所述悬摆电动机6通过摆杆7使喷嘴4连同其连接管8和连接法兰9围绕假想的、几乎与模具外边缘平齐的竖直轴线5来回摆动。连接法兰9本身通过柔性管道10连接在位置固定的接头11上，所述接头与未详细示出的环形管路相连接。由所述环形管路，从上方经过90°转向用提供纤维材料的空气流动为喷嘴4加载。

图4示出在界定中间室3的模具外壁上的摆动支承结构，所述模具外壁形成下模具2的框架形的上部边缘，其中所述下模具优选保持静止，而所述上模具能竖直运动。在此能看到支承套14，在所述支承套14中，喷嘴延展部包括两个能独立调节的偏转块4a和4b，所述偏转块4a和4b能摆动到模具中，也就是说如在前述附图中那样设计成：围绕一大致与模具外壁13平齐的竖直轴线(摆动)。

在喷嘴延展部4a的内部，喷嘴4本身以能摆动的方式被支承，也就是说同样围绕一竖直轴线(摆动)。

喷嘴4和喷嘴延展部4a通过变换传动装置如此相互连接，使得喷嘴4的摆动引起喷嘴延展部4a的更大的摆动。在图4中可看出：喷嘴4从中性位置垂直于模具壁部地朝向该侧面——在此附图中向下——摆动45°。在此，所述变换传动装置负责使偏转块4a如此沿相同摆动方向摆动90°，使得偏转块4a的前摆的内壁4a′在模具内几乎平行于模具壁部13延伸，而后摆的对置内侧面仅摆动约30°并大致终止在支承套14上。以这种方式实现了：喷嘴延展部4a通过喷嘴仅摆动45°而摆动成使得所流出的纤维材料几乎平行于壁部13地被吹入模具中。

同样相应适用的是：喷嘴4沿相反方向从中性位置外摆45°；然后在此附图中大致平行于下模具壁部地排出纤维材料。

结果是：喷嘴4摆动90°引起喷嘴延展部4a明显更大的摆动。当然，变换比还可以放大。但通常向前摆动的内壁4a′大致平行于模具外壁延伸就足够了。

图5示出用于使吹送方向发生摆动的可选构造形式。在这种情况下，喷嘴24能位置固定地安装在模具壁部13上，在喷嘴的出口截面中支承有能单个摆动的转向叶片25。所述转向叶片25通过执行电机26调节到所希望的角位置上。

图6示出了第三可选方案，其中喷嘴34同样能位置固定地安装在模具壁部13上。在此，吹送方向的摆动通过侧向输送的转向流动来实现。为此目的，喷嘴在其出口截面附近由环形腔35包围，所述环形腔能通过多个分布在周缘上的空气输送管道36选择性地在周缘的一部分上用压缩空气来加载。于是所述压缩空气使空气流动在经过喷嘴34时有目的性地沿所希望的方向转向。

通过转换加载有压缩空气的管道36能确定地沿新的方向控制纤维。

图7和图8示出设备的总图。首先在右侧可看到包括上模具1和下模具2的模具箱，所述模具箱具有多个在周缘上沿中间室3分布的喷嘴4。所有喷嘴分别通过夹管阀12连接在一共同的环形管路15上。所述环形管路本身设置在鼓风机40上并由此用装载有纤维的空气流来加载。在鼓风机40的上方设置有一储备腔41，环形管路15的回流管路通至所述储备腔41的上端部。以本身已知的方式在所述储备腔的上侧通过管道42将纤维输送至储备腔41，所述管道42经由空气分离器43通入储备腔41中。

所述工艺流程在所有实施例变型中都包括下列步骤：首先，通过分布在模具周缘上的喷嘴4来用纤维加载中间室3，直至实现所希望的填充程度和所希望的分布。所述纤维或者用能热封的材料来覆盖，或者与粘合纤维相混合。

如果要在成型件中获得高密度差，则建议：首先如已知的那样利用至少一个临时性的辅助上模具工作，所述辅助上模具在局部形成一比成型件大的中间室；在填充过程后特别是通过使上模具1向上运动取出该辅助上模具；然后降低其内壁1a与所希望的成型件轮廓精确一致的另一上模具，由此实现纤维的局部压实。在此，临时性辅助上模具能(当然最终的上模具也能)具有能调节的活门，以便在局部或多或少地对从模具流出的空气进行节流。

然后，在压实工位中，但优选在上模具和下模具移动到另一工位后，热空气被引导穿过被吸引在中间室3中的纤维材料，以便使纤维以本身已知的方式彼此粘接或熔接，从而最终形成制得的成型件。

在打开模具和取出成型件之前，通常还利用冷却空气穿流，以便使成型件硬化并缩短(生产)节拍时间。

图9示出在成型件交替时被打开的模具的侧视图。在此可以看到制得的成型件30，所述成型件30在其下侧和上侧利用装饰膜30a或30b形式的覆盖层遮盖。所述覆盖层可以在吹入纤维之前装入模具中并且必要时固定在所述模具上。然而如果利用临时性的辅助模具进行加工，则建议：当使用最终的模具、即对成型件进行最终压实时，才安装覆盖层。如果例如利用临时性的辅助上模具进行加工，则首先将装饰膜仅置入下部成型件，实施预压实，即在没有上覆盖层的情况下进行压实，当使用最终的上部成型件时，才置入所述上覆盖层。

将具有高透气性的材料用作覆盖层，以便尽可能小地妨碍热空气和冷却空气流经成型件。

覆盖层与成型件的连接可通过粘接来实现，但有利的是通过还使所述纤维彼此连接的相同的粘合剂来实现。

Claims (23)

1.一种用于在使用多件式模具(1、2)的情况下由纤维材料制造三维成型件(30)的装置，所述模具的内侧(1a、2a)至少部分地确定所述成型件的轮廓，其中纤维通过空气流动经由至少一个喷嘴(4)被吹入所述模具中，然后所述空气流动通过所述模具的开口逸出，从而使所述纤维积聚在所述模具的内侧上，接着所述纤维必要时还在局部被压实，之后所述纤维通过热量输入彼此粘接，最后在冷却后作为成型件(30)从所述模具(1、2)中取出，其特征在于，所述喷嘴(4、24、34)的吹送方向能摆动，摆动轴线在所述成型件的外侧附近延伸。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吹送方向的调节通过调节所述喷嘴(4)来实现。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述喷嘴(4)具有能相对于该喷嘴进行调节的喷嘴延展部(4a、4b)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述喷嘴延展部(4a、4b)通过变换传动装置与所述喷嘴相连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吹送方向的调节通过对设置在流出区域中的转向叶片(25)的调节来实现。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吹送方向的调节通过附加的、从侧面进入的转向流动来实现。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述转向流动在流量和/或方向方面能被调节。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述喷嘴(4)的调节和/或所述喷嘴的转向叶片(25)的调节和/或转向流动的激活以电动的和程序控制的方式来实现。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴(4、24、34)本身支承在其中一个模具件(1、2)上。

10.特别是根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多个喷嘴(4、24、34)设置成分布在所述模具(1、2)的周缘上，这些喷嘴同时或在时间上错开地被激活。

11.特别是根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多个喷嘴(4、24、34)优选分别通过阀连接到一共同的环形管路上。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述喷嘴(4、24、34)上或在所述喷嘴(4、24、34)前设置一能关闭的、用于自由吹气的开口。

13.特别是根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在吹入纤维期间对喷嘴输入管道中的、喷嘴中的或模具中的空气压力进行测量，在达到确定的压力限值时结束填充过程。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述空气压力测量是对速滞压力的测量。

15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过多个在不同时刻被激活的喷嘴(4、24、34)吹入纤维。

16.特别是根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴(4、24、34)或者所述喷嘴(4、24、34)的吹送方向在吹入过程中以至少0.3Hz的频率来回运动。

17.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，纤维的预压实或最终压实借助临时性的辅助上模具来实现。

18.特别是根据权利要求1或17所述的装置，其特征在于，所述模具或临时性的辅助上模具具有能调节的、用于控制局部空气排放的活门。

19.一种特别是根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在纤维粘接前、特别是在纤维最终压实前，将至少一个覆盖层(30a、30b)置入所述模具(1、2)的至少一部分中或者施加到已吹入的纤维上。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在吹入纤维前已将所述覆盖层(30a、30b)置入所述模具(1、2)中。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述覆盖层(30a、30b)特别是通过施加负压或在局部通过卡夹连接结构或搭扣连接结构保持在所述模具(1、2)中。

22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，将透气性材料、特别是纺织物、针织物、编织物、或无纺织物用作所述覆盖层(30a、30b)。

23.一种利用根据权利要求1至18中任一项所述的装置或利用根据权利要求19至22中任一项所述的方法制成的成型件，其特征在于，所述成型件(30)具有非均匀的密度分布。

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