CN103302789A - 用于制造型材板条和空心型材体的方法以及设备 - Google Patents

Abstract

一种用于制造型材板条和空心型材体的方法以及设备。本发明涉及一种用于制造型材板条(50)的方法以及一种用于实施该方法的设备。为此首先提供有机板带材(1)。在工序过程中将所述有机板带材(1)加热至变形温度(T_V)。接着进行轧辊成型，最后将被轧辊成型的有机板带材(2)定长切断至所预先给定的型材板条长(1)。

Description

用于制造型材板条和空心型材体的方法以及设备

技术领域

本发明涉及一种用于制造型材板条和空心型材体，尤其一种用于制造交通运输工具的型材板条和空心型材支架的方法、以及一种用于实施该方法的设备。 

背景技术

由专利文献DE19635357A1已知一种用于制造具有连续纤维的强化型材的方法和工具系统。在已知的方法中，纤维强化挤压型材由具有嵌入的铝纤维的塑料基体制成。通过挤压，形成由一种塑料材料、优选由热塑性塑料构成的型材，并且在该挤压的过程中使长纤维熔融进所挤压的型材中。 

由专利文献DE/EP0093748T1已知一种用于制造由纤维强化热塑性树脂构成的型材以及由此制成的型材的方法和设备。该专利文献为此公开了一种用于制造由连续沿着一个方向延伸的纤维构成的薄型材件的方法，所述连续纤维被嵌入热塑性树脂中，其中，以树脂来浸渍由平行纤维构成的幅，接着树脂被熔融，使型材件成形并冷却。 

为此，纤维幅没入由树脂构成的浸渍池中，并且以机械的方式使得颗粒进入该纤维幅中，其中，去除多余的颗粒，用来使纤维中的树脂成分达到所期望的程度。为了机械化地将树脂颗粒压进纤维带材中，可使用轧辊或者滚压的方法，并且使辊入的树脂熔融，并且接着使得位于两个冷却的柱体之间的纤维强化塑料带材形成带状。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种方法和一种设备，以便以有利的成本由纤维强化塑料带材制成交通运输工具的型材板条和空心型材体。 

所述用于制造型材板条的方法的一种实施例包括下述步骤：首先，提供有机板带材；接着，在工序过程(Durchlauf)中将有机板带材加热到变形温度； 然后，在工序过程中借助成型辊进行有机板带材的成型；最后，轧辊成型的有机板带材能够被定长切断至预定的型材板条长度。 

有机板指的是一种纤维复合材料或纤维强化塑料材料，其基于它的尺寸而具有板形结构。 

这种方法的优点在于，能够以有利的成本在工序过程中制造出几乎任意数量的型材板条。然而，为了实现轧辊成型，在相应的成型轧辊室内需要有多级轧辊。但通过本发明的方法，能够制成任意数量的多个不同的型材横断面。在附图中对一些可能的型材横断面予以了进一步的说明。为此，所述成型要分成多级轧辊成型来进行，直到制成这种型材。 

在所述方法中，为了在每个任意实施方式中以及以任意每种型材横断面中，由有机板制成型材组件，在成型室内使用轧辊变型工具，并且至少在第一加热室内预接通加热炉，其中，可按照所需要的轧辊变型工具的长度或者是为制造型材形状而需要的轧辊成型级的数量来插入更多个具有相对应的加热炉的中间加热室。 

在轧辊成型的过程中，由具有由石炭、玻璃或者芳纶纤维构成的连续纤维强化热塑性塑料所构成的薄层的有机板带材，必须被保持在热塑性塑料的软化温度范围内，这个软化温度范围优选在150℃至350℃之间，从而优选的变形温度范围在200℃至300℃之间。 

在另一种实施方式中设定，当在多级轧辊成型中达到预定的变形温度阈值时，给位于轧辊成型级之间的部分被轧辊成型的有机板进行中间加热。用于中间加热的变形温度阈值比有机板带材软化温度下限高出5℃。 

在本发明的另一种实施方式中，有机板带材作为半固化一半成品(Prepreg-Halbzeug)被卷绕到有机板带材缠绕卷上，并且在根据本发明的工序过程中由这种有机板带材缠绕卷展开。 

在此，可在本发明的另一种实施方式中设定，在加热之后和在多级轧辊成型之前，首先将加强筋槽(Versteifungssicke)压印成型在有机板带材中，以便提高型材板条的型态稳定性。 

由有机板带材通过轧辊变形工艺所制造的型材、在高刚性的同时还具有灵活的形状结构。另外可由两个有机板带材通过焊接制造成分别闭合的型材壳体，以用于交通运输工具车身的空心型材体或者空心型材支架。为此可使用已知的焊接法，例如摩擦焊接、振动焊接和/或电机粉末焊接。通过这种方 式，能够以有利的成本提供用于交通运输工具结构的空心型材体。 

在机动车结构中使用有机板作为型材板条或者空心型材体的一个主要优点在于重量的减轻，这就以有利的方式带来用于驱动机动车的燃料用量的减少。另外有利的是，与目前为制造用于机动车结构的型材板条所采用的深冲工艺相比，这种制造方法也更加节省成本。 

一种实施用于交通运输工具的型材板条或者空心型材体的制造方法的设备，如上所述，其包括至少一个具有从有机板带材缠绕卷得到的有机板带材的容纳区域的加热室。此外，所述设备还具有至少一个包括至少一个轧辊成型级的成型室。最后，在所述设备上安装定长切断装置，用于在型材条从所述至少一个成型室中送出时、将被轧辊成型的型材条定长切断至预定的型材板条长度。 

这种设备的优点在于，可在工序过程中通过该设备制造多个型材板条，而不需要使用喷嘴或者挤压喷嘴。 

所述设备另外可具有第一轧辊成型室和第二轧辊成型室，在它们之间布置中间加热室，以便确保，变形温度不会降到变形温度阈值以下。这个变形温度阈值取决于有机板带材的最低的软化温度，并且应该比所述下限的软化温度T_uE高出至少5℃。 

所述设备能够取代第一成型室和第二成型室，而设有任意多个成型室，在它们之间分别布置中间加热室，以便使有机板温度在轧辊变型时维持在所需要的变形温度范围内(150℃≤T_V≤350℃，优选为200℃≤T_V≤300℃)。 

为了进行温度的校验、测量和调控，每个室均可具有相应的温度传感器，由此，有机板在加工过程期间停留在热塑性塑料的软化温度范围内。 

附图说明

现借助附图进一步阐述一种用于制造汽车的型材板条和空心型材体的实施例、一种用于实施这种方法的设备以及具有不同型材板条和空心型材体的型材。 

图1示出用于由有机板带材制造型材板条的方法的原理简略图； 

图2示出一种用于由有机板带材制造型材板条的设备的示意性透视图； 

图3以图3a和图3b示意性地示出了将具有有机板带材宽度的有机板带材轧辊成型成一种具有型材周长的型材板条； 

图4以图4a至图4f示意性地示出了所轧辊成型的型材板条的截面图； 

图5以图5a和图5b示出由被轧辊成型的型材板条制造空心型材体。 

具体实施方式

图1示出用于由有机板带材1制造型材板条50的方法的原理简略图。所述有机板带材1为由长纤维强化热塑性塑料所构成的半成品，有机板带材的宽度为s，这一宽度等于型材板条50的型材周长，并且有机板带材厚度为d，如下面的附图中所示。有机板带材的宽度s取决于所要制造的型材板条50或者所要制造的空心型材体的型材周长，有机板带材的厚度则在0.5mm≤d≤3mm的范围内。这样的有机板带材1能够在温度T_V(150℃＜T_V＜350℃)下变形。为此，在工序过程中引导有机板带材1经过加热室6，并且被加热至所需要的变形温度。接着，引导被加热的有机板带材穿过能够包括多个成型级3的成型室30内的轧辊机器，直到至少部分被轧辊成型30的有机板带材8下降至变形温度阈值T_S，该变形温度阈值T_S至少比有机板带材的热塑性塑料的最低的软化温度T_uE(T＞T_S＝T_uE+5℃)高出5℃。 

如果型材在其达到所述变形温度阈值T_S之前已经完全被轧辊成型，那么，被轧辊成型的型材条2可在唯一一个轧辊成型室7之后就已形成型材板条。然而如果需要更多个轧辊成型工具或者说更多级轧辊成型4，那么，就在中间加热室9内将部分被轧辊成型的型材条8加热至处于上述温度范围内的变形温度T_V，并且在另一个第二轧辊成型室40内经过更多级的轧辊成型4。 

如果在第二个轧辊成型室40之后达到了型材板条50的最终形态，那么，被轧辊成型的有机板带材2就能够在相连的定长切断装置10中被定长切断为型材板条长度I，并且使型材板条50冷却至室温T＝T_R。在工序过程中能够继续进行有机板带材1向轧辊成型的有机板带材2的变型，直到有机板带材缠绕卷完全展开。 

图2示出一种用于由有机板带材1制造型材板条50的设备100的示意性透视图，所述有机板带材从有机板带材轧辊5展开，并被导进设备壳罩的第一加热室6中。 

为了节能，在这种设备100中，加热室6和9以及成型室30和40连同最后的定长切断装置10一起被安装在一个壳罩内。热塑元件能够被布置在 每个加热室6或者9内，以便维持加热室恒定地保持给定的变形温度。另外，在成型室30和40内设置温度传感器，其分别监控有机板在轧辊成型时的温度。可直到定长切断装置内的温度降到了软化温度T_uE以下(T＜T_uE)，才将用于交通运输工具的型材板条50定长切断至相应的长度I。 

图3以图3a和3b示意性地示出了宽度为s的有机板带材1被轧辊成型成为剖面周长为s的型材板条。该有机板带材以宽度s被卷绕成有机板带材缠绕卷5，并且由该有机板带材缠绕卷展开以便轧辊成型，如图3a所示。 

图3b示出了被轧辊成型的有机板带材2通过轧辊成型所形成的剖面，其中，剖面周长s等于有机板带材的宽度s，有机板的厚度d在0.5mm至3mm之间。 

图4以图4a至图4f示出了所轧辊成型的型材板条50a至50f的示意性截面图。 

可通过将所加热的有机板拉伸通过两个相应的成型轧辊之间的方式，仅以一个轧辊成型级能够实现型材板条50a在图4a中的型材。可通过两个如图4a所示的型材借助其凸缘面11和12材料配合地相连接，同时使用图4a中的型材能够成为空心型材体的半成品。可通过焊接或者粘接两个型材板条50a的凸缘面11和12，实现这种材料配合的连接。 

借助三个轧辊成型级能够实现型材板条50b在图4b中所示的型材，其中，在第一轧辊成型级中形成具有短边14和长边15的U型区。接着，在第二轧辊成型级中以第一折边角α为90°地使长边15弯边，然后在第三轧辊成型级中进行第二折边角β，同样为90°。 

对于图4c中所示的型材板条50c的型材而言，明显需要更多的轧辊成型级，而图4d中所示的型材板条50d的型材在实践中则能够借助一个轧辊成型级实现。图4e中的型材板条50e的型材则能够借助三个轧辊成型级来实现。 

图4f中所示的型材板条50f的型材又可仅通过一个轧辊成型级实现，然而在这里需要更宽的有机板带材1，以便为型材板条50f提供型材，所述型材板条50f也同时能够用作为具有三个不同的空心体断面的、用于制造三个空心体型材的半成品。即便在这种情况下，凸缘面11和12也可用于制造出相应地适于形成凸缘面11和12的材料配合式连接的第二型材板条，以便制造具有如图4f所示的条边50f的空心型材板条或者空心型材支架。 

图5以图5a和图5b示出了由被轧辊成型的型材板条50制造空心型材体60的示意图。 

为此，如图5a所示，制造第一个具有三个U型凸起的型材板条50f和同样具有三个U型拱顶的形状相同的型材板条50g，其中，所述型材板条50f和50g中的每个型材板条均具有凸缘面11和12，所述凸缘面以材料配合的方式彼此相连，以便构成如图5b所示的空心型材体60a、60b和60c。这种材料配合的连接可以是焊接连接或者黏合剂连接，其中，为了构成空心型材支架在交通运输工具制造中的单个空心型材体，可接着通过拆开图5a中所示的空心体60，构成三个空心型材体60a、60b和60c。 

虽然已在上述说明中示出了至少一种示例性的实施方式，然而也可进行各种不同的改动与变型。所述实施方式仅为示例性说明，并非用于以任意一种方式限定本发明的适用范围、适用性或配置。上述说明更多的是为技术人员提供了一种用于实施至少一种示例性实施方式的方案，其中，可对示例性实施方式中所述的元件的功用与设置进行大量改动，只要不脱离权利要求及与其具有同等法律效力的内容的保护范围。 

标注说明 

1有机板带材 

2被轧辊成型的有机板带材 

3轧辊成型级 

4轧辊成型级 

5有机板带材缠绕卷 

6加热室 

7成型室 

8被轧辊成型的型材条 

9中间加热室 

10定长切断装置 

11凸缘面 

12凸缘面 

13U型区 

14短边 

15长边 

30第一轧辊成型室 

40第二轧辊成型室 

50型材板条 

60空心型材体 

100设备 

T_uE软化温度下限 

T_V变形温度 

T_R室温 

T_S变形温度阈值 

s有机板宽度 

d有机板厚度 

I型材板条长度 

Claims (15)

1.一种用于制造型材板条(50)的方法，包括以下步骤：

-提供有机板带材(1)；

-在工序过程中将所述有机板带材(1)加热至变形温度；

-在工序过程中借助成型轧辊使所述有机板带材(1)成型；

-将轧辊成型的有机板带材(2)定长切断至预定的型材板条长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成型以多个轧辊成型级(3，4)进行。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，当在多级轧辊成型中达到预定的变形温度阈值(T_S)时，对在轧辊成型级(3，4)之间部分被轧辊成型的有机板带材(2)进行中间加热。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，用于所述中间加热的变形温度阈值(T_S)比有机板带材的软化温度(T_uE)下限高出5℃。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述有机板带材(2)作为半固化-半成品由有机板带材缠绕卷(5)展开。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在加热之后和在多级轧辊成型之前，首先将加强筋槽压印成型在所述有机板带材(1)中。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，所述有机板带材(2)在变形温度T_V处于150℃≤T_V≤350℃的情况下被轧辊成型。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述有机板带材(2)在变形温度T_V处于200℃≤T_V≤300℃的情况下被轧辊成型。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，将带状的玻璃纤维强化热塑性塑料材料作为有机板带材(2)轧辊成型。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，将带状的碳纤维强化热塑性塑料材料作为有机板带材(2)轧辊成型。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，通过将被轧辊成型的型材板条(50)连接到一起，来制成空心型材体(60)。

12.一种用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的、制造用于交通运输工具的型材板条的方法的设备，包括：

-具有从有机板带材缠绕卷(5)得到的有机板带材(2)的容纳区域的加热室(6)；

-至少一个具有多个轧辊成型级(3，4)的成型室(7)；

-定长切断装置(10)，被设计用于在型材条(8)从所述至少一个成型室(7)中送出时、将轧辊成型的型材条(8)定长切断至预定的型材板条长度(1)。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述设备具有第一轧辊成型室(30)和第二轧辊成型室(40)，在它们之间布置中间加热室(9)。

14.根据权利要求12或13所述的设备，其中，所述设备具有多个轧辊成型室(30，40)，在它们之间分别布置中间加热室(9)。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备，其中，每个所述室(6，9，30，40)均具有温度传感器，用于监测和调控所述有机板带材(1)在所述轧辊成型级(3，4)中的软化程度。

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