CN103358425B - 用于制造面状预浸-材料坯料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在至少部分地自动化的加工设备中制造面状预浸‑材料坯料（1）的方法，在该方法中，纤维材料（2）用至少一种基体树脂浸渍。本发明提出，所述纤维材料（2）在裁切站（3）中按照相应待制造的预浸‑材料坯料（1）的几何结构进行裁切，然后将得到的纤维坯料（6）在浸渍站（8）中浸渍并且再然后将得到的预浸‑单层（10）在批处理站（9）中与至少一个另外的、事先在浸渍站中浸渍的预浸‑单层接合成一个多层预浸‑材料坯料。
Description
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于制造面状预浸-材料坯料的方法、一种如权利要求14前序部分所述的用于制造基本上壳状的纤维增强塑料部件的方法和一种如权利要求15所述的用于实施所建议的方法的加工设备。
背景技术
面状预浸-材料坯料原则上可以在以成形方式制造壳状的纤维增强塑料部件时作为半成品使用。这种纤维增强塑料部件在大量技术领域中应用。例如在此提及机动车的结构部件领域。壳状的纤维增强塑料部件例如对于柱、承载件、碰撞元件、座椅等是必要的。
预浸-半成品作为卷筒状物品或板状物品供应给相应的加工设备、在那里按照期望的预浸-材料坯料裁切并且接着被成形并且硬化。
通常将以传统方法制造的预浸-材料用作用于按照上述方式制造纤维增强塑料部件的原料。公知的制造方法（DE2528356A1）以连续制造预浸-材料为基础，所述预浸-材料在浸渍了纤维材料后被裁切为预浸-材料坯料，本发明的出发点是该公知的制造方法。公知方法中的缺点在于如下事实：对于专门应用情况的优化设计只能受限制地进行。例如，用公知的方法不能实现基体树脂的局部改变的涂覆。考虑到对于下游过程的适配可能性很小，即使将公知的预浸-方法集成到用于纤维增强塑料部件的加工设备中也不能带来优点。
相应地，目前将预浸-半成品从外部供货到用于制造纤维增强塑料部件的加工设备中并且首先贮藏在费事的冷却设备中以避免基体树脂事先发生反应。出于相同的原因，预浸-半成品通常覆有保护膜。冷却式的贮藏成本高并且特别是由于所述保护膜而使得自动化操作很费事。
发明内容
因此，本发明的任务在于，这样地设计并且改进用于制造面状预浸-塑料坯料的公知方法，使得可以在很大程度上自动加工的情况下实现预浸-材料坯料的最佳参数设计。
上述问题在一种根据权利要求1前序部分的方法中通过权利要求1的特征部分的特征解决。
首先关键是将尚未浸渍的纤维材料首先在裁切站上按照相应待制造的预浸-材料坯料的几何结构进行裁切。视应用情况而定，在此可以设置相应的加工余量，所述加工余量在以后的修边步骤中被去掉。
只有在裁切纤维材料之后才将得到的纤维坯料在浸渍站中浸渍。在该顺序方面感兴趣的是如下事实：在裁切站的相应可编程性的情况下可以在得到的纤维坯料上实现很大程度上任意的纤维定向。此外，在浸渍站的适当可编程性的情况下可以容易地实现的是，在浸渍时根据纤维坯料的表面区域优化过程参数。
最后，将得到的预浸-单层在批处理站中与至少一个另外的、事先在浸渍站中浸渍过的预浸-单层接合成一个多层预浸-材料坯料。在最后提到的方法步骤的情况下感兴趣的是如下事实：可以由不同的预浸-单层、特别是由具有不同纤维定向和不同浸渍的预浸-单层接合成一个多层的预浸-材料坯料。
利用所建议的方法可以实现预浸-材料坯料的设计，该设计可完全针对相应的应用情况进行。就此而言，该方法与用于制造纤维增强塑料部件的加工设备的整合一方面带来了明显改善纤维增强塑料部件的机械特性的可能性并且另一方面实现了成本降低。特别是通过可很大程度上放弃费事的储存和费事的搬运而实现了成本降低。
所建议的方法还导致材料重复利用方面的非常特别的优点。这首先在于可使用干纤维材料作为原料，从而使得在裁切站中产生的废料可以无需进一步处理地供应给新纤维材料的制造。
此外还可以容易地将特别是在纤维坯料边缘外部可能误涂覆的基体树脂和硬化剂种类纯粹地进行废物处理或重复利用，特别是当树脂涂覆按照权利要求6与硬化剂涂覆在空间上隔开的话。
在按照权利要求12的进一步优选的构型中，在所述批处理站下游连接有成形站，在所述成形站中所述预浸-材料坯料借助于成形工具成形。如根据权利要求13所建议的，如果设置一个互联的加工设备，可按照所述建议制造的预浸-材料坯料可以被直接成形，而无需费事地冷却储存。
按照一个根据权利要求14的同样具有独立意义的另一教导，要求保护一种用于在至少部分地自动化的加工设备中制造基本上壳状纤维增强塑料部件的方法。在此，将预浸-材料坯料放入具有成形工具、在此并且优选具有上模具和下模具的成形站中并且所述成形工具接着闭合以使得所述预浸-材料坯料成形。按照该另外的教导重要的是，所述预浸-材料坯料以根据所建议的方法制造。
按照所述另外的教导的方法与首次提到的用于制造预浸-材料坯料的方法到基本上壳状纤维增强塑料部件的制造中的整合没有区别。
按照权利要求15的同样具有独立意义的另一教导，要求保护一种用于实施所建议的方法的加工设备。按照该另一教导，重要的是如下事实：分别以上文的意义在下游连接一个裁切站、一个连接在裁切站下游的浸渍站和一个连接在浸渍站下游的批处理站。对此可以参见所建议的方法中的适合于阐述加工设备所有实施例。
附图说明
下面参照附图详细阐述本发明。附图中：
图1是用于实施所建议的方法的加工设备的示意性俯视图，
图2两种符合建议的纤维坯料的相应示意性俯视图，a）第一纤维定向，b）第二纤维定向，
图3a）树脂涂覆站的第一区段和b）树脂涂覆站的第二区段的相应示意性俯视图。
具体实施方式
图1中示出的加工设备用于实施所建议的用于制造面状预浸-材料坯料1的方法。在此并且优选的是，该加工设备是自动化设备。这意味着，所有尚待阐述的过程都自动进行并且过程站之间的工件输送在完全互联的加工设备的意义上同样自动地进行。但是原则上也可以考虑的是，加工设备仅仅部分自动化，从而可手动进行不同的过程-和/或输送步骤。
在待制造的预浸-材料坯料1方面可使用不同的预浸-材料。普遍地，这种预浸-材料由粗纱、织物和/或多轴结构制成并且用基体树脂浸渍。在待浸渍的纤维材料2方面优选涉及GFK材料或CFK材料。在基体树脂方面可涉及溶剂型或水性环氧树脂，还可以涉及粉末状材料、热熔材料、苯酚系统、聚酯-/乙烯基酯-/丙烯酸树脂系统等诸如此类。可能的材料的列举不应被理解为是有限的。
首先关键的是，纤维材料2在裁切站3上按照相应待制造的预浸-材料坯料1的几何结构进行裁切。在所示的并且就此而言优选的实施例中，将纤维材料2连续地以纤维卷筒4的形式供应给裁切站3。但是也可以考虑的是，将纤维材料2以纤维垫或诸如此类的形式供应给裁切站3。
在裁切站3上连接着一个直线输送装置5，该直线输送装置在此并且优选构造为输送带。在将纤维坯料6转移给输送带5之后，纤维坯料6到达定心站7，所述定心站可手动地或基于传感器地工作。在此并且优选的是，其涉及基于传感器的定心站7，后者借助于摄像机测定转移的纤维坯料6的定向。该定向对于后续的过程步骤是很有意义的，如还将阐述的那样。
接着，纤维坯料6进入到浸渍站8中并且在那里用基体树脂浸渍。在此并且优选的是，所述浸渍包括涂覆基体树脂以及接下来的涂覆硬化剂。下面还会阐述这一点。接着，用基体树脂和硬化剂浸润的纤维坯料6同样经历还将阐述的干燥和冷却过程并且到达批处理站9。在该批处理站9中将得到的预浸-单层10与至少一个另外的预浸-单层接合成多层预浸-材料坯料1。完成制造的预浸-材料坯料1然后可以直接供应给成形加工，如还将阐述的那样。
裁切站3包括至少一个2D切割机11，在该2D切割机后面优选连接至少一个坯料储存器12。在此并且优选的是，在所述2D切割机11与所述坯料储存器12之间设置操作器具13。转移站13承担将纤维坯料6从坯料储存器12向输送带的转移的功能。也可以配备不同的坯料储存器，所述坯料储存器通过互联装置供应给该设备（缓冲站）。
图1示出，由纤维材料2切割出多个具有完全不同取向的纤维坯料6。这导致纤维坯料6内部的纤维取向可很大程度上任意地选择。图2在视图a）和b）中示出两个在外形线方面相同、但是在纤维定向方面不同的纤维坯料6、6＇。在图2中，纤维坯料6、6＇内部的纤维定向用虚线表示，其中，在此并且优选的是，纤维坯料6、6＇是织物，其经纱用参考标号6a表示并且其纬纱用参考标号6b表示。
坯料储存器12优选配备有多个储存位置12a-f，其数量相应于待制造的预浸-材料坯料1的层数。在所示的并且就此而言优选的实施例中，预浸-材料坯料1涉及6层材料坯料，如从图1的上部细节图中看出的那样。
原则上可考虑的是，每个纤维坯料6都以任意方式标识，从而可以在后面的过程步骤中、特别是在浸渍时考虑纤维坯料的“类型”。但是也可以的是，每个储存位置12a-f都被标识，从而可以在转移给输送带5时可以一同“转移”取出位置的信息。在该情况下，必须在确定的储存位置12a-f中始终放入相同“类型”的纤维坯料6。上述标识还可以通过RFID芯片、通过条形码或诸如此类转换。其他的变型方案也是可以的。
现在，特别有意义的是浸渍站8的设计。优选纤维坯料6在浸渍站8中用基体树脂并且用硬化剂浸润。原则上也可以考虑的是，在浸渍站8中仅仅将基体树脂涂覆到纤维坯料6上。
在所示的并且就此而言优选的实施例中，树脂涂覆在一个树脂涂覆站14中进行并且硬化剂涂覆在一个硬化剂涂覆站15中进行，其中，树脂涂覆站14与硬化剂涂覆站15在空间上隔开地设置。
在树脂涂覆站14内部，树脂涂覆分两级进行，也就是在第一级14a和第二级14b中进行。在图3中非常示意性地示出这两个级。通过两级允许以特别简单的布置结构实现基体树脂的几乎全面的涂覆。也就是说，在此并且优选的是，基体树脂的涂覆通过简单的涂覆喷嘴16a、16b进行，所述涂覆喷嘴将液态基体树脂施加到纤维坯料6上。在此，纤维坯料6根据图3a）首先调节到具有涂覆喷嘴16a的喷嘴装置下面并且接着根据图3b）调节到具有涂覆喷嘴16b的喷嘴装置下面。参照分别定位在相应喷嘴装置下面的纤维坯料6，涂覆喷嘴16a、16b相互错位地布置，从而总体上能够用基体树脂几乎面状地加载纤维坯料6。
在图3中所示的并且就此而言优选的实施方式中感兴趣的是如下事实：涂覆喷嘴16a、16b可按照需要被单个地激活或灭活。灭活的涂覆喷嘴16a、16b在图3中分别用虚线表示。所述激活或灭活根据纤维坯料6的几何结构和纤维坯料6在输送带5上的位置进行。涂覆喷嘴16a、16b的相应控制在此并且优选根据定心站7的传感器信号进行。
由于涂覆喷嘴16a、16b关于纤维坯料6的表面矩阵形地布置，因此可以在一定的界限内实现比表面树脂涂覆。该比表面树脂涂覆能够以还将阐述的方式在干扰技术上预给出。
为了有目的地进行树脂涂覆，可考虑大量有利的变型方案。特别是可有利的是，基体树脂作为粉末设置并且相应地以粉末涂层的途径（粉末散射系统）施加。其他的变型方案也是可以考虑的。
硬化剂涂覆站15中的硬化剂涂覆原则上能够与所述的树脂涂覆一样地进行。特别是在此并且优选的是，硬化剂涂覆也按照图3以两级进行。在此不再重复阐述所述两级涂覆。树脂涂覆的所有实施方案都可以相应地用于硬化剂涂覆。
在图1所示的加工布局中特别有意义的是如下事实：树脂涂覆站14如已经阐述的那样与硬化剂涂覆站15在空间上隔开地设置。这在如下背景下是有利的，即，树脂涂覆并且在此硬化剂涂覆也面状地在这样一个涂覆面上进行，所述涂覆面在任何情况下都近似相应于待浸润的纤维坯料6的面。图3示出，借助于涂覆喷嘴16a、16b的相当粗的矩阵不能避免在纤维坯料6之外涂覆基体树脂或硬化剂。这由于硬化剂涂覆和树脂涂覆的空间隔开而能够以特别简单的方式进行。由此能够以简单的方式实现树脂或硬化剂的种类纯粹的废物处理或重复利用。
但是原则上也可以考虑的是，将树脂涂覆和硬化剂涂覆组合在一个唯一的级中。为此已经公开了所谓的混合头，所述混合头可以将基体树脂和硬化剂同时施加到纤维坯料6上。
在所示的并且就此而言优选的实施例中，用基体树脂和硬化剂浸润的纤维坯料6在干燥站17中干燥。所述干燥特别是在热影响下进行，以使得所述树脂-/硬化剂混合物与纤维材料2交联。接着，干燥后的纤维坯料6穿过冷却站18，以便能够在交联后有针对性地反作用于基体树脂和硬化剂的激活。
现在感兴趣的是批处理站9的所建议的结构。批处理站9配备有总共六个批处理位置19a-f，分别将多个预浸单层10放置在所述批处理位置上。为此，设置一个转移站20，所述转移站设置在输送带5与批处理位置19a-f之间。
给批处理站9也配置一个固定级21，所述固定级进行设置在相应批处理位置19a-f中的预浸-单层10的固定。所述固定能够以不同的方式实现。在此并且优选的是，所述固定通过被加热的栓销与设置在相应批处理位置19a-f中的预浸-单层10的配合进行。如果在相应的预浸-单层10中含有热塑性-结合剂成分，则所述热塑性-结合剂成分可以相应地激活以进行固定。
此外，批处理站9还包括一个嵌入件-供应站22，在该嵌入件-供应站中，嵌入件例如加强元件或诸如此类可施加在所述预浸-单层10上或其之间。最后，在此并且优选的是，批处理站9配备有标识站23，在该标识站中例如将RFID芯片或条形码施加到预浸-单层10上，优选施加到最上面的预浸-单层10上。
利用所建议的方法可以制造预浸-材料坯料，其参数可以有针对性地针对确定的应用情况设计。在此，能够分别以层的方式个别地调节纤维定向、树脂涂覆和硬化剂涂覆。
为了能够充分利用预浸-材料坯料1的优化可能性，优选设置一个加工控制装置24，其在图1中仅仅示意性示出。在加工控制装置24中优选在产品-数据模型中存储待制造的预浸-材料坯料1的材料参数例如坯料几何结构、层数、单个层中的基体树脂涂覆和硬化剂涂覆、单个层中的纤维定向或诸如此类。加工控制装置24在控制技术方面与裁切站3、与定心站7、与浸渍站8和批处理站9耦合。由此，裁切站3中的裁切和/或浸渍站8中的浸渍和/或批处理站9中的批处理可以根据存储在加工控制装置24中的产品-数据模型进行。
在特别优选的构型中，在批处理站9下游通过转移站20a设置一个成形站25，在所述成形站中，预浸-材料坯料1借助于成形工具26以本身公知的方式成形。这特别是在成形站25连接在下游的情况下是如下事实：首次将预浸-材料坯料1的制造集成在用于制造纤维增强塑料部件的加工设备中。
现在，在特别优选的构型中，裁切站3、浸渍站8、坯料生产站9、必要时存在的成形站25和另外的必要时存在的安装在上游、下游或中间的站按照自动加工设备的类型互联。这意味着，相应的站借助于任何类型的操作器具在输送技术方面相耦合。替代或附加地有利的是，裁切站3中的裁切、浸渍站8中的浸渍、批处理站9中的批处理和必要时存在的成形站25中的成形自动地进行。
还需要对所示加工设备的特别之处进行单独说明。即，所述加工设备允许在纤维坯料6两侧进行基体-或树脂涂覆。为此，设置一个翻转站27，所述翻转站与输送带5并联设置。如果应在一个已经单侧浸渍的纤维坯料6的第二侧上进行浸渍，则可以通过连接在浸渍站8下游的转移站28进行输送带5的解耦，由此使得纤维坯料6通过另一输送带29到达翻转站27。在翻转站27中翻转之后，可将这样翻转后的纤维坯料6通过转移站30耦合输入到输送带5中，确切地说在浸渍站8前面，在此并且优选的是在定心站7前面，从而可以实现纤维坯料6的第二侧的浸渍。
在根据图1的上部细节图中示出的完成制造的预浸-材料坯料1的情况下，翻转站27对于最下面的层10＇具有特别的意义。也就是说，最下面的预浸-单层10＇在使用翻转站27的情况下在两侧被加载基体树脂和硬化剂，而所有位于其上方的预浸-单层10分别仅仅在单侧被加载基体树脂和硬化剂。由此，在相应批处理的情况下可实现的是，在纤维材料的两个层之间（在图1的上部细节图中分别为点划线）始终具有由基体树脂和硬化剂构成的层（在图1的上部细节图中为阴影线）。
根据另一具有独立意义的教导，要求保护一种用于在至少部分自动化的加工设备中制造基本上壳状的纤维增强塑料部件的方法，其中，将预浸-材料坯料1放入具有成形工具26、在此并且优选地具有上模具（上阴模）31和下模具（下阴模）32的上述成形站25中，其中，所述成形工具26接着闭合以使预浸-材料坯料1成形。
符合建议的另一方法涉及符合建议的、之前描述过的方法与纤维增强塑料部件的制造的已经提及过的整合。对此可参照适合于阐述图1中示出的总设备的运行的所有实施方式。
最后，按照另一个同样具有独立意义的教导，要求保护一种用于实施所建议的方法的加工设备，其中，所建议的方法具有上面的裁切站3、上面的浸渍站8和上面的批处理站9。对此也可参照涉及图1中所示的总设备的实施方式。
Claims (26)
1.一种用于在至少部分地自动化的加工设备中制造面状预浸-材料坯料(1)的方法，在该方法中，纤维材料(2)用至少一种基体树脂浸渍，其特征在于，所述纤维材料(2)在裁切站(3)中按照相应待制造的预浸-材料坯料(1)的几何结构进行裁切，然后将得到的纤维坯料(6)在浸渍站(8)中浸渍并且再然后将得到的预浸-单层(10)在批处理站(9)中与至少一个另外的、事先在浸渍站(8)中浸渍的预浸-单层接合成一个多层的预浸-材料坯料。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将所述纤维材料(2)连续地供应给加工设备。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，将所述纤维材料(2)连续地作为卷筒物品供应给加工设备。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，所述纤维材料(2)在所述裁切站(3)中相应于待制造的预浸-材料坯料(1)根据所述纤维材料(2)的纤维定向进行裁切。
5.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，所述纤维坯料(6)被中间储存在至少一个坯料储存器(12)中。
6.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，所述坯料储存器(12)的储存位置(12a-f)的数量至少相应于待制造的预浸-材料坯料(1)的层数。
7.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，所述纤维坯料(6)在浸渍站(8)中用基体树脂浸润。
8.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，所述纤维坯料(6)在浸渍站(8)中用基体树脂并且用硬化剂浸润。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，在所述浸渍站(8)中，在一个树脂涂覆站(14)中的树脂涂覆与在一个硬化剂涂覆站(15)中的硬化剂涂覆在空间上隔开地进行。
10.根据权利要求8的方法，其特征在于，硬化剂涂覆在树脂涂覆之后进行。
11.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述树脂涂覆和/或所述硬化剂涂覆在一涂覆面上面状地进行，所述涂覆面在任何情况下近似相应于待浸润的纤维坯料(6)的面。
12.根据权利要求8的方法，其特征在于，将浸润的纤维坯料(6)在干燥站(17)中干燥，和/或，将干燥后的纤维坯料(6)在冷却站(18)中冷却。
13.根据权利要求10的方法，其特征在于，将浸润的纤维坯料(6)在干燥站(17)中干燥，和/或，将干燥后的纤维坯料(6)在冷却站(18)中冷却。
14.根据权利要求11的方法，其特征在于，将浸润的纤维坯料(6)在干燥站(17)中干燥，和/或，将干燥后的纤维坯料(6)在冷却站(18)中冷却。
15.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，在所述批处理站(9)中将嵌入件施加在预浸-单层(10)上或预浸-单层之间，和/或，将得到的多层预浸-材料坯料在所述批处理站(9)中进行标识。
16.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，设置加工控制装置(24)，在该加工控制装置中将待制造的预浸-材料坯料(1)的材料参数存放在产品-数据模型中。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于，待制造的预浸-材料坯料(1)的材料参数是坯料几何结构、层数、单个层中的基体树脂-和硬化剂涂覆、单个层中的纤维定向。
18.根据权利要求16的方法，其特征在于，裁切站(3)中的裁切和/或浸渍站(8)中的浸渍和/或批处理站(9)中的批处理根据所述产品-数据模型进行。
19.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，在所述批处理站(9)下游连接有成形站(25)，在所述成形站中所述预浸-材料坯料(1)借助于成形工具(26)成形。
20.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，所述裁切站(3)、所述浸渍站(8)、所述批处理站(9)按照自动化加工设备的类型互联，和/或，裁切站(3)中的裁切、浸渍站(8)中的浸渍、批处理站(9)中的批处理自动地进行。
21.根据权利要求17的方法，其特征在于，所述裁切站(3)、所述浸渍站(8)、所述批处理站(9)和存在的成形站(25)按照自动化加工设备的类型互联，和/或，裁切站(3)中的裁切、浸渍站(8)中的浸渍、批处理站(9)中的批处理和存在的成形站(25)中的成形自动地进行。
22.根据权利要求17的方法，其特征在于，所述裁切站(3)、所述浸渍站(8)、所述批处理站(9)和存在的成形站(25)以及另外的存在的支承在上游、下游或中间的站按照自动化加工设备的类型互联，和/或，裁切站(3)中的裁切、浸渍站(8)中的浸渍、批处理站(9)中的批处理和存在的成形站(25)中的成形自动地进行。
23.根据权利要求17的方法，其特征在于，所述裁切站(3)、所述浸渍站(8)、所述批处理站(9)和另外的存在的支承在上游、下游或中间的站按照自动化加工设备的类型互联，和/或，裁切站(3)中的裁切、浸渍站(8)中的浸渍、批处理站(9)中的批处理自动地进行。
24.一种用于在至少部分地自动化的加工设备中制造基本上壳状纤维增强塑料部件的方法，其中，将预浸-材料坯料(1)放入具有成形工具(26)的成形站(25)中并且所述成形工具(26)接着闭合以使得所述预浸-材料坯料(1)成形，其特征在于，所述预浸-材料坯料(1)以根据权利要求1至23中任一项所述的方法制造。
25.根据权利要求24的方法，其中，所述成形站(25)具有上模具(31)和下模具(32)。
26.一种用于实施根据权利要求1至25中任一项的方法的加工设备，其中，设有用于将纤维材料(2)按照相应待制造的预浸-材料坯料(1)的几何结构进行裁切的裁切站(3)、连接在下游的用于浸渍得到的纤维坯料(6)的浸渍站(8)和进一步连接在下游的用于将得到的预浸-单层(10)与至少一个另外的事先在浸渍站(8)中浸渍过的预浸-单层接合成一个多层的预浸-材料坯料的批处理站(9)。
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