CN105517801B - 制作复合板的接合区域的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制作夹层板(2)的接合区域的方法，该夹层板(2)具有两个金属覆盖层(2a,2b)和芯层(2c)，芯层(2c)由塑料构成并布置在金属覆盖层之间，其中，接合区域适于使用紧固工具或焊接接合部来将夹层板(2)接合至另一个部件或板材。将用于从接合区域中移置出芯层(2c)的塑料材料的工具(6)布置在接合区域中，并预加载以移置塑料材料，从而与夹层板的接合区域的表面垂直地施加预定力。加热夹层板的芯层，使得当夹层板的芯层的塑料变软时，借助于用于移置塑料材料的工具的力来至少部分地移置塑料材料，使得夹层板的金属覆盖层(2a，2b)在接合区域中接触。

Description

制作复合板的接合区域的方法及设备

技术领域

本发明涉及一种制作夹层板的至少一个接合区域的方法，该夹层板具有至少两个金属覆盖层以及至少一个芯层，该至少一个芯层布置在金属覆盖层之间并由塑料材料构成，其中，至少一个接合区域适于通过利用紧固工具或焊接接合部来将夹层板接合至另一个部件或板材。此外，本发明涉及一种在夹层板中制作至少一个接合区域的设备，尤其是涉及一种在夹层板中制作包括至少一个开口的至少一个接合区域的设备，该设备具有用于夹层板的至少一个接纳件以及用于从至少一个接合区域中移置出塑料材料的工具。

背景技术

夹层板通常具有两个外金属覆盖层以及布置在外金属覆盖层之间的至少一个非金属芯层，所述非金属芯层优选地由热塑性材料构成，使用夹层板以提供如下的复合板部件，该复合板部件至少在由实心材料制成的板材中具有互相排他的性质。尽管夹层板的重量轻，夹层板例如也允许部分地具有非常好的刚度并可以同时提供非常好的隔音性能。还可以利用夹层板实现高拉伸强度且同时减小重量。许多应用需要这些夹层板与其他板材部分或部件接合。然而，因常常用于板材的接合方法(例如熔焊法或钎焊法)向夹层板输入高热量，所以这些接合方法造成一些问题。通常所使用的热塑性层即使在紧固件的周围区域也至少部分地熔化，或因高热量输入而以某种其它方式受损。然而，为了将夹层板接合至另一个部件，还可以借助例如螺纹件或铆钉等紧固工具来使用力配合和/或形状配合的接合部。然而，本发明的发明人已经发现：在螺纹接合部或铆接接合部的情况下，因通常由塑料材料构成的非金属芯层的蠕变行为，不能够确保这些接合部的持久的牢固性。因塑料材料的蠕变行为，所以减小了夹层板需要对铆钉或螺纹件提供的保持力。因此，或因预加载力的损失，夹层板与板材或部件之间的接合部松弛。

发明内容

从以上问题出发，本发明基于如下目的：提出一种用于制作夹层板的至少一个接合区域的方法及设备，利用该方法或设备可以在夹层板中形成接合区域，该接合区域适于借助于焊接接合部或紧固工具将夹层板接合至另一个部件或板材，即，借助于紧固件持久地在夹层板与板材(实心板或夹层板)或部件之间形成形状配合接合部和/或力配合接合部。此外，预期尽可能高性价比且可靠地制作接合区域。

根据本发明的第一教导，利用如下方法实现上述目的：将用于从至少一个接合区域中移置出芯层的塑料材料的工具布置在至少一个接合区域中，预加载用于移置塑料材料的工具，从而与夹层板的至少一个接合区域的表面垂直地施加预定力，加热夹层板的芯层，使得当夹层板的芯层的塑料材料变软时，通过至少部分地移置塑料材料，而借助于用于移置塑料材料的工具的力来使夹层板的金属覆盖层在至少一个接合区域中接触。

由于使用能够预加载的用于移置芯层的塑料材料的工具，所以可以实现在夹层板中制作接合区域而不需要提供昂贵的成形工具。因此，可以显著地减小形成接合区域的成本，并且可以增强接合区域的构造的灵活性。通过使用例如螺纹件或铆钉等紧固工具，接合区域不仅可以用于焊接接合部，而且还可以用于夹层板与另一个部件之间的其他耐用接合部。

根据方法的第一构造，接合区域由此包括位于夹层板中的开口，其中，通过移置塑料材料，金属覆盖层在开口的外周区域中至少部分地接触。因此，可以在夹层板中设置适于例如螺纹接合部的开口，从而可以使用开口的大致金属外周区域来增强螺纹接合部的保持力。

根据方法的另一个构造，如果将多个用于移置塑料材料的工具布置在多个接合区域中，并且同时使金属覆盖层在夹层板的多个接合区域中至少部分地接触，则可以进一步改进方法的成本效益。这些尤其能够通过使用已预加载的用于移置塑料材料的工具来实现。具体而言，可以在加热芯层的塑料材料之前定位并预加载这些工具。

根据另一个构造，一个金属覆盖层或两个金属覆盖层在至少一个接合区域中发生变形。如果例如仅一个金属覆盖层变形，则另一个金属覆盖层可以保持其外表面处于夹层板的平面中，因此仅在夹层板的一侧，接合区域在夹层板中产生部分塌陷。另一方面，也可以使两个金属覆盖层变形，使得用于例如螺纹接合部的金属区域可以布置在两个金属覆盖层之间的平面中以及两个金属覆盖层的平面之外。

根据方法的另一个构造，首先，将夹层板引入接纳件中；将至少一个用于移置塑料材料的工具定位在夹层板的远离接纳件的一侧上的要制作为所述接合区域的区域中；利用形状配合工具和/或力配合工具，借助于接纳件在用于移置塑料材料的工具与夹层板之间制作适于传递力的接合部；预加载用于移置材料的工具；以及至少在要制作为所述接合区域的所述区域中加热夹层板的芯层直到芯层变软为止。由于使用用于夹层板的接纳件，用于移置塑料材料的工具可以在夹层板的远离接纳件的一侧更精确地进行定位。形状配合工具和/或力配合工具借助于接纳件确保从用于移置塑料材料的工具至夹层板的力传递，并还可以用于定位用于移置塑料材料的工具或夹层板。在接纳件中可以容易地加热夹层板。此外，可以在接合区域中采用接纳件的合适的设计来差异地形成接合区域，使得例如在不同的接合区域中，当塑料材料被移置后，两个金属覆盖层或仅一个金属覆盖层变形。

根据方法的另一个构造，使用以对流式、传导式或辐射式传热的工具来加热夹层板的芯层。以对流式传热的工具(例如热风扇等)可以非常快速且有效地将热量传递至夹层板的金属覆盖层。因良好的热传导，金属覆盖层中的热量快速地传递至夹层板的由塑料材料制成的芯层。例如可以利用设置在接纳件中的加热元件进行传导式传热，这些加热元件具有非常精确的温度控制。辐射式传热为非接触式的，并且可以利用例如红外辐射器、LED或其他电磁辐射源来提供辐射式传热。

根据该方法的优选实施例，使用超声波振动法来加热夹层板的芯层。使用超声波振动法可以对夹层板的芯层进行非常精确的加热，特别是基于金属材料和塑料材料的不同的声音传导性能。

优选的是，用于移置塑料材料的工具使用与夹层板的表面垂直地被引导的冲头来从接合区域中移置出塑料材料，其中，冲头可选地具有用于收纳移置出的塑料材料的凹槽。对冲头的引导可以将力均匀且精确地引入到夹层板中以移置出塑料材料。因此，与冲头接合的整个区域受到预定力，以从被冲头覆盖的整个区域中非常精确地挤压出塑料材料。

根据方法的另一个构造，至少部分地气动地、液压地和/或利用机械弹簧来产生用于移置塑料材料的工具的力。可以容易地控制气动和液压地产生用于移置塑料材料的工具的力，使得例如当在多个接合区域中使用多个用于移置塑料材料的工具时，可以容易地在每个接合区域中对夹层板施加相同的力。使用机械弹簧允许特别简单且高性价比地提供用于从接合区域中移置出塑料材料的力。

如果以利用用于夹层板的接纳件的引导工具进行引导的方式将用于移置材料的工具定位，则可以进一步提高用于移置塑料材料的工具的定位精度。合适的引导工具可以是例如布置在接纳件中的销。

根据方法的另一个构造，利用定位工具同时将多个用于移置塑料材料的工具定位，其中，定位工具预确定各个用于移置塑料材料的工具的位置，并且利用形状配合工具和/或力配合工具，借助于用于夹层板的接纳件在用于移置塑料材料的工具与夹层板之间制作适于传递力的接合部。

合适的定位工具可以是例如简单的型材，多个用于移置塑料材料的工具布置在该型材中，并且型材定位为与接纳件的由此设置的形状配合工具或力配合工具接合。因此，可以同时将多个用于移置塑料材料的工具定位。因此，可以减少提供引入有接合区域的夹层板所需的努力。

根据本发明的另一个教导，利用通用类型的设备来实现上述目的，其中，用于移置塑料材料的工具可被预加载预定力，并且预定力可以被施加至夹层板，使得当夹层板的芯层的塑料材料变软时，可以利用已预加载的用于移置塑料材料的工具来从接合区域中移置出塑料材料。

借助于被预加载预定力的用于移置塑料材料的工具，可以在夹层板中产生一个或多个接合区域，这些接合区域允许形成焊接接合部(例如点焊)，或可以借助于加热芯层的简单步骤来提供用于紧固工具的具有金属外周的开口。本发明的含义中的可预加载指的是用于移置塑料材料的工具能够在被定位在夹层板的接合区域中之后被启用，使得用于移置塑料材料的工具对夹层板施加力，从而当加热塑料材料时，所述力足以从夹层板的芯层中移置出塑料材料。因此，首先，可以容易且精确地在非预加载的状态下将用于移置塑料材料的工具定位。在定位之后，可以通过预加载用于移置塑料材料的工具来对未加热的夹层板的接合区域施加力。移置处理可以由此同时扩展至夹层板的多个已加热的接合区域。

优选的是，用于移置塑料材料的工具包括以气动、液压和/或弹簧弹性方式来产生预定力的工具。虽然用于产生预定力的气动或液压工具具有比弹簧弹性工具更复杂的结构，但是气动或液压工具可以以特别简单的方式被预加载。用于产生预定力的弹簧弹性工具由例如机械弹簧等构成，并因此具有特别简单的结构。因此，弹簧弹性工具特别高性价比。

根据设备的另一个构造，用于夹层板的接纳件构造为夹持设备，其中，用于移置塑料材料的工具结合到夹持设备中。构造成夹持设备的接纳件可以具有例如弹簧弹性工具，该弹簧弹性工具在两个接纳板之间的适当位置夹持要制作的接合区域，并对接合区域施加力，使得当加热芯层时，该接合区域因此变形。因此，夹层板的例如外周区域可以特别容易地制备有相应的接合区域。

优选的是，根据另一个构造，用于移置塑料材料的工具可以单独或成组地定位在用于夹层板的接纳件上，并具有可以与夹层板的表面垂直地移动的冲头，所述冲头可以气动地、液压地或利用机械弹簧来预加载。借助于各个用于移置塑料材料的工具，可以在夹层板上的不同位置不费力地制作接合区域。在该情况下，冲头的几何形状可以与要制作的接合区域相适应，使得例如还可以通过使用单个用于移置塑料材料的工具或可成组地定位在夹层板的接纳件上的用于移置塑料材料的工具来制作在几何构造上不同的独特接合区域。

根据设备的另一个构造，用于夹层板的接纳件具有位于夹层板的要制作为接合区域的区域中的压印区域，使得例如当使用可定位在夹层板的接纳件上的用于移置塑料材料的工具时，可以借助于压印区域控制夹层板的金属覆盖层在接合区域中的变形。

根据设备的另一个构造，可以提供用于加热夹层板的芯层的工具，使得即使没有提供附加的另一装置，这种设备也能够在预加载用于移置塑料材料的工具之后制作接合区域。

优选的是，提供用于加热芯层的工具，所述工具使用超声波振动法加热夹层板的芯层。本发明的发明人已经发现了：使用超声波振动法提供了特别简单地加热例如定位在接纳件上的夹层板的可能性，利用从接纳件传递的超声波振动来加热夹层板的整个表面，从而实现了均匀加热夹层板的芯层。具体而言，可以由此防止完全加热整个设备。

最后，根据另一个变型，借助于定位工具，提供了能够单独或成组定位的用于移置塑料材料的工具。借助于例如简单型材或型板等定位工具，可以显著简化用于移置塑料材料的工具的定位。具体而言，定位工具还可以使用接纳件的形状配合工具，以确保使力传递至夹层板。此外，可以使用将多个用于移置塑料材料的工具定位的引导工具。

附图说明

在下文中结合附图借助于示例性实施例更详细地说明本发明，在附图中：

图1是示出了借助于用于移置塑料材料的工具在夹层板中制作至少一个接合区域的设备的第一示例性实施例的示意性截面图，

图2是示出了用于在夹层板中制作多个接合区域的设备的另一个示例性实施例的示意性透视图，

图3至图6是示出了构造为夹持设备且用于制作至少一个接合区域的设备的四个不同示例性实施例的示意性截面图，

图7是示出了根据本发明的方法的示例性实施例的示意性流程图，

图8示意性地示出了根据该方法的另一个示例性实施例的加热夹层板的芯层的步骤，

图9示出了在执行了根据本发明的方法的示例性实施例之后的夹层板的示意性透视图，

图10a和图10b是示出了穿过具有接合区域的夹层板截取的两个不同的截面图，利用根据图6和图4中的示例性实施例的设备来在该夹层板中制作适于螺纹固定的接合部，

图11和图12示出了根据本发明的设备的另外两个示例性实施例，

图13是示出了具有定位工具的设备的另一个示例性实施例的示意性截面图，该定位工具对多个用于移置塑料材料的工具进行定位，

图14是示出了对用于移置塑料材料的工具进行定位的相应定位工具的示意性透视图，以及

图15是示出了通过使用图14的定位工具来制作接合区域的设备的另一个示例性实施例的示意性透视图。

具体实施方式

图1示出了在夹层板2中制作至少一个接合区域的设备1的第一示例性实施例。夹层板(复合板)2由中间芯层2c和两个外盖板2a、2b组成，该中间芯层2c优选地由热塑性材料构成。在本示例性实施例中，复合板2具有开口3，该开口3预期构造成通过使用例如螺纹件或铆钉等紧固工具来使夹层板与另一个部件接合。

用于制作至少一个接合区域的设备1包括用于夹层板2的接纳件4，在本实施例中，在接纳件4中设置有用于定位夹层板2的定位辅助件5。此外，该设备具有用于移置塑料材料的工具6，所述工具被预加载预定力。用于移置塑料材料的工具6具有冲头8，该冲头8借助于弹簧7而被机械地预加载，其中，可以借助于冲头保持器9设定冲头8对夹层板2所施加的预定力，该冲头保持器9的竖直位置是可变的。此外，可以通过选择合适的弹簧7来附加地预确定冲头8预期按压在夹层板上的预定力。用于移置塑料材料的工具6借助于引导销10布置在夹层板的接纳件4上。通过例如借助于引导销10将用于移置塑料材料的工具6螺纹连接到接纳件4，从而借助于接纳件4利用形状配合工具在用于移置塑料材料的工具6与夹层板2之间制作合适的接合部。在该位置，冲头8以与夹层板2的表面垂直的预定力按压在夹层板2的接合区域上，在本情况中，所述接合区域与开口3的外周区域对应。如果现在充分加热夹层板2的芯层2c使得芯层2c变软，则利用冲头8将塑料材料从开口3的外周区域中移置到开口本身中。为了使上述步骤更容易，冲头8附加地具有开口8a，压紧的塑料材料可以通过开口8a流动。

在图1中示意性地示出的设备的示例性实施例不仅仅可以用于平坦的夹层板2。

图2是示意性地示出了设备11的透视图，该设备11具有与夹层板的布置在设备11下方的形状对应的三维结构。用于移置塑料材料的工具6布置在设备11上。用于移置塑料材料的工具6设置在三维成形的夹层板的预期用于制作接合区域的任意所需位置。

图3至图6公开了用于在夹层板中制作接合区域的设备12、13、14和15，这些设备12、13、14和15构造为夹持设备，并且用于移置塑料材料的工具6已经结合到设备12、13、14和15中。因此，夹持设备12、13、14和15均配备有弹簧加载的接纳板12a、13a、14a和15a，这些接纳板12a、13a、14a和15a借助于弹簧12b、13b、14b和15b将夹层板2按压在抵靠板12c、13c、14c和15c上。可以利用弹簧12b、13b、14b和15b垂直于夹层板2的表面对夹层板2施加预定力。在图3至图6中利用箭头示出力。利用所提供的压印区域12d、13d、14d和15d，可以决定在移置塑料材料期间预期使夹层板2的哪些金属覆盖层发生变形。因此，例如，在加热夹层板2的芯层期间，图3和图4所示的设备12和13均使两个金属覆盖层变形。相比之下，图5和图6中的用于制作接合区域的设备14和15仅使夹层板2的上金属覆盖层变形。

最后，图3和图5表示：在夹层板中不具有开口的情况下，可以利用设备12和14制作接合区域。这些接合区域可以用于例如焊点。相比之下，在图4和图6中，在夹层板2中的开口3的外周区域制作接合区域。

图7中的示意性流程图示出了根据本发明的方法的示例性实施例。在方法步骤101中，首先，将用于移置芯层的塑料材料的工具6布置在夹层板2的至少一个接合区域中，并且在方法步骤102中，预加载用于移置塑料材料的工具6。随后，根据方法步骤103加热夹层板2的芯层直到所述芯层变软为止。在方法步骤104中，利用已预加载的用于移置塑料材料的工具6对夹层板施加力，从接合区域中移置出芯层的塑料材料。随后，仅需从设备1中移除夹层板2或使夹层板2脱模。该步骤由方法步骤105来表示。

图8示意性示出了方法步骤103。可以从图8看到的是，例如，在烤炉O中加热包括已预加载的用于移置塑料材料的工具6在内的整个设备。加热温度取决于夹层板2的芯层的塑料材料。通常，合适的温度在100℃与350℃之间，优选地在140℃与280℃之间。在夹层板2的芯层变软之后，利用已预加载的用于移置塑料材料的工具6从接合区域中移置出塑料材料，并且使金属覆盖层在该区域中进行接触。形成基本上仅由金属构成的接合区域。图10a和图10b示出了这种接合区域。这些附图示出夹层板2的剖视图，该夹层板2设置有以图9的透视图呈现的接合区域并通过根据本发明的方法来制作。可以看到的是，通过使图10a的两个金属覆盖层变形来制作开口3的外周区域2d。接合区域布置在两个金属覆盖层之间。相比之下，在图10b中，在接合区域或外周区域2d中，仅上金属覆盖层2a变形。下金属覆盖层2b保持未变形。

在图11中的示意性截面图中，用于移置塑料材料的工具6借助于构造成型材的定位工具16布置在夹层板2上，其中，引导件16借助于形状配合工具或力配合工具与夹层板的接纳件4连接。为了移置塑料材料，借助于用于产生预定力的气动、液压或弹簧弹性工具来预加载工具6。此外，在图11中示出了用于产生超声波振动的工具17，所述工具17使超声波振动传导至接纳件4，从而借助于超声波振动的传导加热夹层板2。因此，也加热了夹层板2的芯层2c。一旦芯层达到所需温度，芯层随后变软并借助于用于移置塑料材料的工具6从相应接合区域中被移置出。

在图12中，代替使用产生超声波振动的工具17，在烤炉中示出与用于移置塑料材料的工具6和夹层板2一起的整个接纳件4，该烤炉随后被加热至相应温度。因此，可以例如通过使用相应的烤炉来同时准备多个具有接合区域的夹层板，所述接合区域允许利用例如螺纹件或铆钉等紧固工具将焊接接合部或耐用连接部连接至其它部件。

图14是示出了布置有用于移置塑料材料的工具6的定位工具的透视图。在图13中，例如在用于制作接合区域的较简单的设备中，还可以利用悬臂结构18以形状配合和/或力配合的方法将相应工具连接至接纳件4，使得用于移置塑料材料的工具6移置相应接合区域中的塑料材料，并因此提供用于将夹层板2接合至另一个部件的金属接合区域。

最后，图15示出了用于三维成形的夹层板的图14中的定位工具的布置方式，夹层板设置在图15所示的形状配合工具或力配合工具19下方。

Claims (10)

1.一种制作夹层板的至少一个接合区域的方法，所述夹层板具有至少两个金属覆盖层以及至少一个芯层，所述至少一个芯层布置在所述金属覆盖层之间并由塑料材料构成，所述至少一个接合区域适于通过使用紧固工具来将所述夹层板接合至另一个部件或板材，

其中，将用于从所述至少一个接合区域中移置出所述芯层的塑料材料的工具布置在所述至少一个接合区域中，预加载用于移置塑料材料的所述工具从而与所述夹层板的所述至少一个接合区域的表面垂直地施加预定力，加热所述夹层板的所述芯层使得当所述夹层板的所述芯层的塑料材料变软时，通过使所述塑料材料至少部分地被移置而借助于用于移置塑料材料的所述工具的力来使所述夹层板的所述金属覆盖层在所述至少一个接合区域中接触；

其特征在于，所述接合区域包括位于所述夹层板中的开口，并且通过移置塑料材料，所述金属覆盖层在所述开口的外周区域中至少部分地接触。

2.根据权利要求1所述的制作夹层板的至少一个接合区域的方法，其特征在于，将多个用于移置塑料材料的所述工具布置在多个接合区域中，并且同时使所述金属覆盖层在所述夹层板的多个接合区域中至少部分地接触。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的制作夹层板的至少一个接合区域的方法，其特征在于，一个金属覆盖层或两个金属覆盖层在至少一个接合区域中发生变形。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的制作夹层板的至少一个接合区域的方法，其特征在于，

-将所述夹层板引入到接纳件中，

-将至少一个用于移置塑料材料的所述工具定位在所述夹层板的远离所述接纳件的一侧上的要制作为所述接合区域的区域中，

-利用形状配合工具和/或力配合工具，借助于所述接纳件在用于移置塑料材料的所述工具与所述夹层板之间制作适于传递力的接合部，

-预加载用于移置塑料材料的所述工具，以及

-至少在要制作为所述接合区域的所述区域中加热所述夹层板的所述芯层直到所述芯层变软为止。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的制作夹层板的至少一个接合区域的方法，其特征在于，使用以对流式、传导式或辐射式传热的工具加热所述夹层板的所述芯层。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的制作夹层板的至少一个接合区域的方法，其特征在于，使用超声波振动法加热所述夹层板的所述芯层。

7.根据权利要求1至2中任一项所述的制作夹层板的至少一个接合区域的方法，其特征在于，用于移置塑料材料的所述工具使用与所述夹层板的表面垂直地被引导的冲头来从所述接合区域中移置出塑料材料。

8.根据权利要求1至2中任一项所述的制作夹层板的至少一个接合区域的方法，其特征在于，至少部分地气动地、液压地和/或使用至少一个机械弹簧来产生用于移置塑料材料的所述工具的力。

9.根据权利要求4所述的制作夹层板的至少一个接合区域的方法，其特征在于，以使用用于所述夹层板的所述接纳件的引导工具进行引导的方式将用于移置塑料材料的所述工具定位。

10.根据权利要求9所述的制作夹层板的至少一个接合区域的方法，其特征在于，利用定位工具同时将多个用于移置塑料材料的所述工具定位，所述定位工具预确定各个用于移置塑料材料的所述工具的位置，并且利用形状配合工具和/或力配合工具，借助于用于所述夹层板的所述接纳件在用于移置塑料材料的所述工具与所述夹层板之间制作适于传递力的接合部。