CN102933376A - 由热塑性材料生产中空体的方法和用于实施该方法的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于由热塑性材料生产中空体的方法，特别用于生产机动车辆的油箱，其中在至少一个模具（3）的辅助下，通过使用热量，将塑料作为仍处于塑性状态的挤压预成型件或作为半成品成形成至少两个壳体，然后被冷却且随后尺寸稳定的壳体被放置成一个在另一个上、连接在一起形成基本封闭的中空体。所使用的模具（3）是至少一个阳模，其具有基本壳体的轮廓。所述壳体通过将塑料放置成抵靠阳模而成形。还公开了用于实施该方法的装置。

Description

由热塑性材料生产中空体的方法和用于实施该方法的装置

技术领域

本发明涉及一种由热塑性材料生产中空体的方法，特别是用于生产机动车辆的油箱。

此外，本发明涉及一种用于实施所述方法的装置。

背景技术

由热塑性材料生产中空体的各种方法是公知的，例如挤压吹模法或热成型。

在挤压吹模法中，在挤出头处挤出预成型件，然后在相应的模具的辅助下转换成中空体。在一些挤压吹模法中，管被挤出，在其他方法中板形预成型件被挤出，在其他方法中，在挤压之后或挤压过程中，将管状预成型件横向地分成板形或板状预成型件。

将挤制的预成型件以仍然塑性的状态引入模具的打开的半体之间。然后围绕所述预成型件将所述模具关闭，在压差的辅助下所述预成型件被放置成抵靠由所述模具形成的腔体的内壁。完成的中空体具有对应于模具的内部轮廓的外部结构。

在用作工业元件（比如油箱）的中空体的生产中，将各种装置紧固在中空体中是必要的。

已经证明了对在油箱生产过程中引入各种装置特别有益的是被称作双片材吹塑的方法，其中在第一方法步骤中两个板状板形预成型件在模具内部转换成两个半壳件，在后续的方法步骤中，将装置或元件插入位于模具中的仍然处于热塑性状态的壳体中，在最后的方法步骤中，将设有各种装置的壳体焊接到一起形成最终的中空体。该方法的优点是在成形中空体的同时能以任何所需的布置将这些元件放置在油箱壁内部上。但是，该方法以及还有经典的挤压吹塑法需要相对高的模具投入成本。

特别在油箱的生产中，从用于提供样本的第一原型到第一系列产品，设计变化是正常的。对于第一批样品，消费者通常想要原型，其质量和视觉外形非常接近所述系列产品的质量和视觉外形。为了满足这些要求，迄今为止甚至为试制生产而制造模具是必要的，这通常需要相对高的投入成本。此外，从设计的初始确定到最终原型，需要相对长的取得资格的时间。为了展示设计的改变而修改模具同样是高度复杂的。

特别是在根据上面所述的双片材吹塑方法生产油箱时，模具的投入成本是非常高的，因为该方法额外地需要中心模具。形成模具腔体的模具半体在油箱接缝将连续延伸的位置处的任何适配都要求改变中心模具上的相应的轮廓（其与模具半体互补）。

以另一种方式生产手工样本在样本的视觉外观方面通常不会获得消费者所需要的结果。此外，不能以这种方式将装置附连在油箱中，以便这些装置的紧固与在连续生产过程中要被实现的紧固基本相似。但是，对于为了能得到与样品原型的连续生产相关的理想的结果来说，这是特别是期望的。

发明内容

因此，本发明所基于的目的是提供一种适合于原型生产的用于由热塑性材料生产中空体的方法，特别是用于生产机动车辆的油箱的方法，其适合于在成形的同时将元件引入中空体中，以便这些元件与中空体之间的连接比得上在适合于连续生产的方法中获得的连接。特别地，该方法是简单的并且对于所需的模具仅有低的投入成本。

此外，本发明所基于的目的是提供一种实施用于生产中空体（特别是机动车辆的油箱）的方法的装置。

该目的通过由热塑性材料生产中空体的方法（特别是生产机动车辆的油箱的方法）而实现，其中在至少一个模具的辅助下，通过使用热量，将塑料作为仍处于塑性状态的挤压预成型件或作为半成品成形成至少两个壳体，然后被冷却且随后尺寸稳定的壳体被放置成一个在另一个上、连接在一起形成基本封闭的中空体，所使用的模具是至少一个阳模，其具有基本所述壳体的轮廓，将由塑料成形的所述壳体放置成抵靠所述阳模。

此外，该目的是通过用于实施由热塑性材料生产中空体的方法的装置而实现的，该装置包括用于挤出预成型件的至少一个挤压头或者用于加热半成品的热源、通过将预成型件或半成品放置成抵靠所述模具而由所述预成型件或半成品成形至少两个壳体的模具以及用于将所述壳体连接在一起的装置，所述模具是阳模，其基本具有所述壳体的轮廓。

根据本发明的方法的一个优点被视为在于，当使用设计为阳模的模具时，该阳模直接与壳体的那些表面接触，这些表面随后在中空体内向内指向。因此，对这些表面做任何修改（例如元件的安装）能由于阳模的相应结构而与成形同时实现。因此引入的元件与壳体之间的连接质量由此能比得上在利用中心模的方法中能获得的质量。根据本发明的方法特别适合于原型的生产或者小系列的油箱的制造。通过根据本发明的方法，能特别简单地生产三维模具分隔或连接壳体边界的周向的三维轮廓。在根据本发明的方法中，迄今为止将从第一“设计冻结”到第一试制产品/原型所需的取得资格的时间减少到之前所需的取得资格时间的一小部分。

另一个优点是用于成形壳体以及用于将任何元件紧固到壳体仅需要单个模具。因此，相比于利用中心模具的方法，显著降低了模具的成本。

所述阳模也必须达到显著更低的需求。

根据本发明的方法的另一个优点被视为在于，当由相应的材料块生产所述阳模时，仅需要移除最少的材料，能通过公知的方法以自动的方式生产所述模具，例如CNC铣削。因此能节约成本地生产所述阳模而不花费大量的时间。

此外，相对于更复杂的方法（例如挤压吹塑），根据本发明的方法的最大好处被视为在于，当由半成品生产成品中空体时，制造者不必要将任何挤压装置准备就绪，在生产大的预成型件的情况下，这些挤压装置需要相对大的安装空间。

根据本发明的方法的另一个优点是仅壳体的内部轮廓与模具接触。该接触面作为所采用的方法的结果能具有变色和可能的膨胀条纹，但是与深冲压方法相反，其在中空体制造之后不再可见。

根据本发明，挤压的预成型件能具有单层或多层形式，所述半成品能由相应的现成的冷却挤压预成型件构成。挤压预成型件或半成品还能具有壁厚轮廓。

模具应理解为具有表面的模具，在其辅助下，通过放置成抵靠该表面而将塑料成形。根据本发明，所述模具设计为阳模，在本申请的上下文中，阳模应该理解为表示模制模具，其用于模制塑料的表面上的基本凸形。相应地，用于在壳体成形过程中用于模制塑料的所述阳模的表面直接完全与壳体的那些表面接触，在将壳体连接在一起之后，壳体的表面构成了中空体的向内指向的表面。

优选地，将所述阳模移入在圆周方向上夹持安装的变软的半成品中。替代性地，能使变软的半成品相对于固定布置的阳模移动。

有利地，所使用的阳模是具有用于容纳至少一个元件的至少一个凹部的阳模。

此外，该方法还包括将元件引入到所述凹部中，在成形的同时将所述元件定位并紧固在各自的壳体中。能考虑的元件例如是供料单元、填充面指示器、充气和除气阀、还有隔板。但是，根据本发明，元件还能理解为表示用于上面提到的装置或功能元件的保持器。所述装置或功能元件紧固到所述保持器，所述保持器在将壳体焊接在一起之前固定连接到所述壳体。通过将所述元件引入到阳模的凹部中，在成形的同时能将所述元件定位并紧固在相应的壳体中。在使用这种阳模中还有利的是，例如在原型开发的过程中，通过在阳模中添加凹部能使阳模节省成本地适应改变的条件。因此，在原型开发过程中，能生产新的稍微改变的壳体。

在根据本发明的方法的一个优选变型中，将金属卡口环形式的封闭环引入到至少一个壳体中。通过顶锤从外部将所述卡口环压入已经模制在阳模上的半成品中，也就是说在壳体远离所述阳模的侧面上，使得材料穿透并流到设置在卡口环中的穿孔之后。在所述阳模中，设置相应的凹部，卡口环插入所述凹部中。该封闭的环例如界定了以后的检查孔的位置，并且用于容纳要插入所述检查孔中的供料单元。在壳体制造之后要设置在所述环内部的所述孔是圆形的。

在所述方法的一个优选变型中，使用压差来进行塑料的放置和/或元件的紧固。例如，为了产生真空，能使用包括真空孔和/或真空管的阳模。这些与真空一起起作用，在其辅助下将塑料放置成抵靠阳模。替代性地，能通过超压将塑料放置成抵靠所述阳模。

在本发明的特别有利的改进中，塑料的放置基本没有附加的机械辅助，仅是在压差的辅助下进行的。基本没有附加的机械辅助表示在本发明的上下文中，进行将壳体塑料放置成抵靠阳模的大的区域无需机械辅助，但是在本发明的上下文中，不能排除通过锤或类似的辅助以局部受限的方式在要引入壳体中的元件的区域在成形过程中从壳体的远离所述阳模的侧面将材料向下压的情况。

在本发明的另外有利的改进中，在成形过程中，壳体在连接在一起之前在设置在壳体上的用于对中的装置的辅助下相对于彼此对中。有利地，甚至在这些元件成形过程中将用于对中的相应的装置引入到壳体中。例如，成形能包括在第一壳体中产生一轮廓，在第二壳体中产生与其基本互补的轮廓。当将这些壳体被放置成一个在另一个上时，通过互补轮廓的相互接合来进行对中。对中防止了壳体相对于彼此位移。因此能简化并加快壳体的连接。相互互补的轮廓例如能设计成凸部和凹部的几何形状。

在该方法的使用热量将塑料成形为半成品的形式中，在成形之前和/或成形过程中利用一侧或两侧上的热源有利地辐射所述塑料。

在本发明的一个特别有利的改进中，将一温度曲线赋予所述塑料，以便材料在所述塑料放置成抵靠模具时流动，从而能控制塑料变成壳体的成形。例如，能在模制成形的壳体中存在边界或圆角的那些位置上将塑料加热到比其他区域更大或更小的程度。

在将塑料放置成抵靠阳模之后，将所述壳体冷却成尺寸上稳定的壳体。这些于是从阳模得到释放。冷却能主动和被动进行。

有利地，通过焊接将这些壳体连接在一起。在该种情况下，这两个壳体在被放置成一个在另一个上之后焊接到一起形成中空体。

在本发明的另一个改进中，利用附加焊接添加剂进行焊接。焊接添加剂能理解为一种在焊接过程中能与壳体的热塑性材料相容的材料。特别地，其能理解为表示与构成半成品或预成型件的材料对应的加热热塑性材料。其在焊接过程中引入到焊接面之间，从而便于形成由焊接添加剂和焊接面构成的焊缝。例如，焊接能通过从相应装置喷射的成股的塑化聚乙烯来进行。在该种情况下，在施加焊接添加剂之前对焊接面进行额外的加热，优选地通过热空气。

在本发明的一个替代性改进中，所述壳体在粘接剂或粘接促进剂的辅助下通过粘接连接在一起。还能想到粘接和焊接的结合。

在本发明的一个特别有利的改进中，该方法还包括用于容纳焊接添加剂的凹部的形成，该凹部基本在被放置成一个在另一个上的壳体之间沿周向延伸并且形成了壳体的边缘区域。成型在壳体之间的凹部例如能通过壳体的边缘区域的相应的轮廓形成，所述轮廓已经在壳体成形过程中通过阳模获得。替代性地，成型在壳体之间的凹部能在将壳体被放置成一个在另一个上之后通过切割加工形成。随后在焊接过程中将焊接添加剂引入到该凹部中。

本发明的另一个目的是一种实施根据本发明的所述方法的装置。根据本发明，该装置包括用于挤制预成型件的挤压头或用于加热半成品的热源，以及模具，所述模具用于通过将所述预成型件或半成品放置成抵靠该模具而由所述预成型件或半成品成形至少两个壳体。在该种情况下，所述模具基本具有所述壳体轮廓的阳模。

有利地，所述模具具有用于容纳至少一个元件的凹部。所述元件因此能在壳体成形的同时定位并紧固在壳体中。

在本发明的一个有利的改进中，所述模具包括真空孔和/或真空管。在该种情况下，至少一个真空孔和/或至少一个真空管布置在这些凹部中。凹部中的真空孔优选地布置在元件中的至少一个间隙以下，以便在将塑料抵靠模具放置之后，在压差的辅助下将塑料抽入所述间隙中，从而填充所述间隙使得这些元件实际地连接到所述壳体。

在本发明的一个特别有利的改进中，所述模具由聚氨酯或铝生产。因此，相应的模具能由块材料节省成本地生产，而不费力。例如，能使通过CNC铣削的阳模的生产自动化。

附图说明

通过图中示出的示例性实施方式来说明根据本发明的用于由热塑性材料生产中空体（特别是生产机动车辆的油箱）的方法的有利改进，其中：

图1示出了用在根据本发明的方法中的用于将塑料成形成壳体的阳模的示意图，

图2示出了图1中用于容纳元件的凹部的示意图，

图3示出了在元件引入到凹部中的情况下图1的阳模的示意性透视图，

图4示出了方法步骤的示意图，其中将塑料加热，然后借助阳模而成形，

图5示出了方法步骤的示意图，其中通过放置在阳模上而在阳模的辅助下成形塑料，

图6示出了冷却的、尺寸上稳定的壳体的示意性透视图，

图7示出了被紧固在图6中示出的壳体中的元件的放大示意图，

图8示出了在两个壳体被放置成一个在另一个上之前第一和第二壳体中的两个相互互补的轮廓的放大视图，

图9示出了在两个壳体被放置成一个在另一个上之后相互互补的轮廓的放大视图，

图10示出了在对壳体修边之前图3的壳体的边缘区域的放大视图，以及

图11示出了形成中空体的两个壳体的示意图，中空体由夹紧带保持在安装位置上。

具体实施方式

这些图示意性地图示了：根据本发明的装置3，其用于实施用来生产中空体的方法；和通过该方法生产的壳体4、20；以及在不同的方法步骤过程中产生的中空体1。

在这里描述的示例性实施方式中，所使用的初始材料是半成品2。该半成品2例如可以通过冷却相应的挤出预成型件形成。将半成品2加热并且在两个阳模的辅助下在每种情况下都成形成壳体，特别成形成第一壳体4和第二壳体20。将这些壳体4，20被放置成一个在另一个上、对中，然后焊接到一起形成中空体1。

下面更详细地描述在阳模3的辅助下形成第一壳体4。相应地进行第二壳体20的生产，尽管壳体的实际结构可能不同。下面该示例性实施方式的描述仅在与第一壳体4的结构相关性很重要时才涉及到第二壳体20的实际结构。

首先，在热源10的辅助下半成品2被加热，如图4中示意性图示出的，然后被放置成抵靠阳模3。图4同样以简化的形式以截面图图示了阳模3。从图4能看出模具3的基本形式，在模具3的横向边缘区域中，图示出了轮廓9，当将半成品2放置成抵靠模具时，轮廓以相应的互补的形式转移到壳体4。在该种情况下，通过将半成品2放置成抵靠阳模3并因而通过成形半成品2，产生了壳体4内部的轮廓8。在放置成抵靠阳模3的热塑性材料冷却之后，将壳体4作为尺寸上稳定的壳体留下，该壳体具有凸缘状边界和与凹部轮廓对应的相应轮廓8。该互补轮廓8后来用作将两个壳体4，20相对于彼此对中的对中装置，在第二壳体20的凸缘状边界中形成轮廓9，轮廓9与在壳体4中产生的轮廓8相应地互补，且对应于凸部轮廓，并且其形式能与这里图示出的阳模3的轮廓9相似。当将第一壳体4和第二壳体20被放置成一个在另一个上时，由此形成了相互互补的轮廓，其对应于凸部－凹部轮廓，确保了壳体被对中。如图4中所示，在一侧上的轮廓9图示为相对于阳模3的另一侧上的相应轮廓9在竖直方向上被偏置。以稍微夸张的方式图示出了该偏置，希望图示出壳体4，20（这些轮廓布置在其内）的边缘区域的基本三维轮廓。

图1更详细地图示了用于实施根据本发明的方法的阳模3。该阳模3具有用于容纳元件6的凹部7。在图1中图示出了这些，以及在边界处周向延伸的轮廓9。轮廓9与在阳模3的辅助下在第一壳体4内部产生的轮廓8相应地互补。

此外，图1中示出的阳模3在凹部7中具有多个真空孔13。为了简化图示，用于将塑料放置成抵靠阳模3的另外的真空孔或真空管没有在图1中图示出。这些真空孔或真空管在施加真空时基本确保由于真空而使被加热的半成品2被放置成抵靠阳模3。

凹部7中示出的真空孔13能在图2中示出的放大视图中看到。如已经提到的，施加到这些真空孔13的负压确保将被加热的半成品2的热塑性材料抽到阳模上。

将元件6放置到凹部7中。图3示出了已经在图1中示出的阳模3的示意性透视图，不同之处在于，在图3中，将元件6引入到凹部7中。在该种情况下，引入到凹部7中的元件6是功能元件（未示出）的保持器，功能元件随后被紧固到保持器。

因此在图2中示出的真空孔13的情况下，当将半成品2抵靠阳模3放置时，这些元件6位于半成品2和真空孔13之间。有利地，间隙位于元件6内并且优选地布置在非常靠近真空孔13的位置。在施加到真空孔13的压差的辅助下塑料随后被引导经过这些间隙。这在塑料或被加热的半成品2与元件6之间形成了实际的（positive）连接。

在加热半成品2以及将元件6引入凹部7中之后，如图5所示，因而进行将被加热的半成品2放置成抵靠阳模3。在图4和5中没有图示出凹部7和元件6。如图5中所示，仍然没有完全包括这样的方法步骤，即，塑料2被放置为抵靠阳模3。在所存在的（prevailling）压差的辅助下随后将塑料2进一步抽到阳模3上。由于压差而作用在塑料2上的力沿着图5中示意性示出的箭头方向指向阳模3。

图6示出了通过根据本发明的方法生产的壳体4在冷却之后的示意性透视图。该图图示出了紧固在壳体4中的元件6，以及周向轮廓8。在放置塑料2时，在阳模边界处周向延伸的凹部（未示出）或者周向初始断裂产生了断裂线（secontional line）15。如图6所示，该断裂线15围绕轮廓8。断裂线15从要被分离的突出部19界定壳体4的范围。通过随后的沿着断裂线15的修边将突出部19与壳体4分离。

图7是紧固在壳体4中的元件的放大视图。该元件6具有间隙，如上所述，在图2中示出的真空孔13的辅助下将塑料2抽入间隙中。抽入间隙中的塑料2形成了紧固件18，紧固件18通过与元件6中的间隙的实际接合而将元件紧固到壳体4。

壳体4，20被放置成一个在另一个上并连接在一起形成基本封闭的中空体1。在这里描述的方法中，在壳体4，20被放置成一个在另一个上时首先通过用于对中的装置对中。如上面说明的，在成形两个壳体4，20的过程中，所设置的用于对中的装置是相应的相互互补的轮廓8，9。这两个轮廓8，9可以在图8中示意性地看出，图8图示了两个壳体4和20的连接区域的截面视图。图6示意性地图示了具有轮廓9的壳体4的边缘区域和具有其相应的互补轮廓8的壳体20的边缘区域。这两个壳体4和20被放置成一个在另一个上并且由此连接在一起。连接通过焊接进行，形成的凹部11容纳在焊接过程中的采取被加热的塑料形式的焊接添加剂12。图9图示了连接区域的相应的剖视图。

中空体1设有将其保持在安装位置上的夹紧带14。夹紧带用于在壳体的连接区域中支承所述中空体。为了达到该目的，在夹紧带运动经过壳体4，20的连接区域的区域中，其中布置有用于对中的轮廓8，9的壳体4，20的向外凸出的区域被切掉，以便在该区域中画出焊缝12（焊道）。

图10图示了图6中示出的壳体4的边缘区域的放大透视图。能看到轮廓8和用于对壳体4修边的断裂线15。此外，图10图示了断裂线16，壳体4的凸出的边缘区域沿着断裂线16被切掉。

在第二壳体20中也相应地移除突出的边缘区域。如上所述，进行焊接，并且通过完整的周向焊缝12将两个壳体4，20连接在一起。

在图11中图示出了由此形成的中空体1。该中空体1例如作为机动车辆的油箱而被设计。设计为油箱的该中空体紧固在机动车辆的安装位置上，例如通过夹紧带14。图11中示出的壳体4，20仅示意性地图示并示出了没有详细细节的例如图6中示出的壳体表面的轮廓8，9。

附图标记列表：

1     中空体

2     半成品

3     模具（阳模）

4     第一壳体

5     中空体的向内指向的表面

6     元件

7     模具中用于元件的凹部

8     轮廓

9     互补轮廓

10    热源

11    周向凹进

12    焊缝

13    真空孔

14    夹紧带

15    用于修边的断裂线

16    用于容纳夹紧带的凹部的断裂线

18    元件紧固件

19    突出部

20    第二壳体

Claims (14)

1.一种用于由热塑性材料生产中空体（1）的方法，该方法特别用于生产机动车辆的油箱，其中在至少一个模具（3）的辅助下，通过使用热量，将塑料作为仍处于塑性状态的挤压预成型件或作为半成品（2）成形成至少两个壳体（4，20），然后被冷却且随后尺寸稳定的壳体（4，20）被放置成一个在另一个上，且连接在一起形成基本封闭的中空体（1），所使用的模具（3）是至少一个阳模，所述至少一个阳模基本具有壳体（4，20）的轮廓，所述壳体（4，20）通过将塑料放置成抵靠阳模而成形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述阳模移入夹紧安装的变软的半成品中。

3.根据权利要求1和2之一所述的方法，所使用的阳模是具有用于容纳至少一个元件（6）的至少一个凹部（7）的阳模，该方法还包括将元件（6）引入到所述凹部（7）中，在成形的同时将所述元件（6）定位并紧固在壳体（4，20）中。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，使用压差来进行元件（6）的放置和/或紧固。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在连接之前，所述壳体（4，20）在成形过程中在设置在壳体（4，20）上的用于对中的装置（8，9）的辅助下相对于彼此对中。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，在成形之前和/或成形过程中利用一侧或两侧上的热源（10）辐射所述半成品（2）。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在加热过程中使所述半成品（2）具有一温度曲线。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，通过焊接和/或粘接剂粘接将所述壳体（4，20）连接在一起。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，利用焊接添加剂进行焊接。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法还包括形成焊缝，该焊缝在被放置成一个在另一个上的壳体（4，20）之间周向延伸、进入由壳体（4，20）的表面形成的、用于容纳焊接添加剂的凹进（11）。

11.一种用于实施根据权利要求1-10中任一项所述的由热塑性材料生产中空体（1）的方法的装置，该装置包括：用于挤制预成型件的至少一个挤压头或用于加热半成品（2）的热源（10）；模具（3），其用于通过将所述预成型件或半成品（2）放置成抵靠模具（3）而由所述预成型件或半成品（2）成形至少两个壳体（4，20）；以及用于将壳体连接在一起的装置，所述模具（3）是基本具有所述壳体（4，20）的轮廓的阳模。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述模具（3）具有用于容纳至少一个元件（6）的凹部（7）。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述模具（3）包括真空孔（13）和/或真空管，至少一个真空孔（13）和/或至少一个真空管布置在所述凹部（7）中。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的装置，其特征在于，所述模具（3）由聚氨酯或铝构成。

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