CN106541524A - 用于固化热塑性半成品的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于固化热塑性半成品的设备，该设备包括用于加热半成品(3)的加热站(2)和用于给半成品(3)调温、特别是冷却半成品的调温站(4)，其中，所述设备还包括至少一个模具(5)和模具运输装置(7)，所述模具能设置在所述加热站(2)和所述调温站(4)中并且具有基本上对应于所述半成品(3)的形状的空腔(6)，用于接纳所述半成品(3)，所述至少一个模具(5)借助于所述模具运输装置能从所述加热站(2)运输到所述调温站(4)中并且能从所述调温站(4)运输到所述加热站(2)中。

Description

用于固化热塑性半成品的设备
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述特征的用于固化热塑性半成品的设备。
背景技术
如果考察复合构件设计方面的趋势，则可以观察到，纤维增强有针对性地在需要纤维增强的地方局部地使用。通过局部使用增强，较有效的且成本也较有利的轻型结构是可能的。通过局部使用纤维增强，在半成品中有规律地出现壁厚突变。
为了列举一种制造这样的有针对性地与构件相协调的半成品的方法，例如可提出热塑性带的带铺叠。在这里，不同长度、宽度和取向的也能够纤维增强的带彼此重叠地放置，以便有针对性地修改机械特性。通过有针对性的修改，壁厚突变经常不可避免。
在不同的带铺叠方法中存在不同的方案，如彼此重叠地紧固这样的带。一方面，存在使带整面地互相连接且因此不需要事后固化半成品的方法。另一方面，存在部分地焊接或粘接带且因此使事后固化变得必需的方法。
为了固化这样的半成品，目前主要使用双带压机。如果稍微仔细地考察所述双带压机，则可提出三个用于固化热塑性复合物的实施变型方案。一方面，存在使用PTFE薄膜用于运输半成品的双带压机，但所述薄膜仅允许小挤压力和低温。
此外，还存在使用金属带用于运输半成品的双带压机，利用所述金属带于是高温和大挤压力是可能的。这样的双带压机连续地工作。置入半成品并且半成品经过某一加热段直至置于固化温度。一旦达到该温度，就能够使固化压力作用到半成品上，以便将各个层互相连接。接着半成品在冷却段又冷却并且接着可以从压机中取出。
但是，也存在不连续工作的双带压机。在此，半成品放置在运输带上并且接着在第一压机中加热到固化温度、借助于运输带运输到冷却压机中并且接着在确定的固化压力下挤压和冷却。
只要涉及面状的半成品，这两个系统就非常好地起作用。如果反之包括具有多个壁厚的半成品，则具有这样的压机系统的固化耗费得多。为了制造具有多个半成品厚度的半成品，必须使用补偿这些壁厚突变的阴模。因此，虽然可能制造具有不同壁厚的半成品，但工艺失去经济性，因为底模附加地必须总是又定位到半成品上。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于固化热塑性半成品的设备，其中，可以以简单的方式在现有技术中固化具有壁厚变化的半成品。
该任务通过具有权利要求1所述特征的设备得以解决。
这通过至少一个模具(Werkzeug)和模具运输装置实现，所述模具能设置在所述加热站和所述调温站中并且具有基本上对应于半成品的形状的空腔，用于接纳半成品，所述至少一个模具借助于所述模具运输装置能从所述加热站运输到所述调温站中并且能从所述调温站运输到所述加热站中。
于是，通过使用模具可以实现半成品中的厚度差在固化时没有影响，半成品在所在述模具中不连续地在两个站中进行固化。此外，本发明可以通过模具运输装置达到高的自动化水平，由此，可以非常经济地生产。
本发明的另一个优点在于，按照本发明的设备非常紧凑地构造。
通过使用用于加热和用于冷却或调温的分开的站，可以以非常短的加热时间实现温度引导，由此，避免对进一步生产的循环时间的负面影响。
在加热站与调温站之间的运输不必直接发生。特别是在将至少一个模具从调温站运输到加热站时，可以插入一个或多个另外的站。重要的仅在于将模具至少部分自动化地引回到加热站。对于这样的插入的站的实例是接纳站、取出站和装备站。
本发明的有利的实施方式在从属权利要求中限定。
所述设备优选可以包括两个压机单元，其中，半成品在压机中加热到固化温度(加热站)并且在冷却压机中如此冷却(调温站)，使得半成品可以脱模。
特别优选地可以规定，设置有至少两个模具。模具运输装置特别是可以构造用于能实现模具在加热站和调温站之间的同时的位置交换(模具运输装置于是成为模具交换装置)。
但是也可以规定，使用多于两个模具。模具的数量特别是可以与所使用的站的数量相对应。
可以规定，所述至少一个模具借助于所述模具运输装置能从所述调温站运输到所述加热站中。
同样可以规定，所述至少一个模具具有至少两个模具部分，其中，在所述至少两个模具部分相互贴靠时存在所述空腔并且所述模具能通过分离所述模具部分而打开。备选地，空腔可能已经存在，其中，在模具部分之间还存在小间距。重要的仅在于，空腔用于半成品在固化时保持在希望的形状中。
空腔特别优选地可以是在其形状方面不可变的。此外，空腔优选可以塑造至少一个壁厚变化。
在一种特别优选的实施方式中，所述加热站和/或所述调温站具有两个能相对于彼此运动的板，用于打开和关闭所述加热站和/或所述调温站。这示出一种特别简单的实施方式。但也可能的是，加热站和/或调温站分别具有两个板，由此，这两个站可以互不相关地运行。由此，其他循环时间节省是可能的。
可以规定，所述调温站具有至少一个耦联元件，所述至少两个模具部分中的至少一个模具部分借助于所述耦联元件能耦联到所述板中的至少一个板上，由此，所述模具能通过打开所述调温站而打开。由此，调温站可以同时用于打开模具和取出经固化的半成品。这在循环时间技术上通常没有问题，因为在加热站中的加热典型地占用大多数时间。
在另一种变型方案中，可以设置有与所述加热站和所述调温站分开的脱模站，半成品能借助于所述脱模站从所述至少一个模具中取出，其中，所述模具能借助于所述模具运输装置从所述调温站运输到所述脱模站中。当然，脱模站也可以具有至少一个对应的耦联元件，以便特别简单地实施脱模。
此外也可设想的是，存在自身的接纳站，在该接纳站中置入半成品并且优选对半成品进行预调温。为此，接纳站也可以具有至少一个对应的耦联元件，以便可以打开和关闭模具，因此可以置入半成品。
所述模具运输装置特别优选地可以包括带驱动装置。这示出一种结构特别简单的实施方式，其中，可以在构造结构时同时达到相对高的灵活性。
如果使用带驱动装置，则闭锁装置可以是有利的，所述至少一个模具借助于所述闭锁装置能在所述带驱动装置上锁止并且能从所述带驱动装置松脱。于是，模具可以适配于压机的水平。该压机能实现同时使用带驱动装置的两个牵拉装置(Zug)。
在该类型的一种特别简单的实施方式中可以规定，所述闭锁装置具有能(优选气动地)运动的销钉。这些销钉可以为了锁止与模具上的开口配合作用。但也可能的是，不存在开口并且销钉力锁合地保持模具。为此，销钉可以在模具侧构造成芯轴形的并且由比模具硬的材料制成。因此，芯轴压入到模具中并且可以接纳模具。
所提及的在带驱动装置与站之间的水平补偿可以通过升降装置来解决，所述至少一个模具能借助于所述升降装置提升，其中，为了提升优选设置有至少两个液压缸。但是也可以仅设置有一个液压缸，该液压缸在模具的质心的下方起作用。同样可以规定，利用一个液压缸驱动两个、三个、四个或更多个杆，所述杆可以提升和降低模具。在无带驱动装置的模具运输装置的构造方案中也可以使用升降装置。
但是，所述模具运输装置也可以包括旋转台和/或操作机器人。
成型机同样可以是所述设备的部分。优选地，为了将半成品运输到成型机，同样可以设置有模具运输装置。但是，也可以使用分开的运输装置，该运输装置已经将经脱模的半成品运输到成型机。为此，如已提及的那样，可以使用分开的脱模站或者脱模可以在调温站中进行。
对于所提及的成型机的实例是注射成型机、压机、注模机和类似设备。
所述加热站可以具有用于加热所述至少一个模具的加热板。所述调温站可以具有用于给所述至少一个模具调温、特别是冷却所述至少一个模具的调温板。
在此，可以设置有至少一个密封件，用于基本上气密地密封在所述至少一个模具与所述加热板和/或所述调温板之间的空间，以及设置有抽吸装置，其中，所述密封件柔性地构造，使得当所述空间借助于所述抽吸装置以负压加载时，所述至少一个模具接触所述加热板和/或所述调温板。在此，密封件可以设置在所述至少一个模具或者加热板或调温板上。密封件例如可以在凹槽或类似部中部分地下沉。这样一种实施方式可以具有以下优点，即，保证在模具和加热板或调温板之间的面接触或比表面压力。
同样要求保护一种用于固化热塑性半成品的方法，其中，使用按照本发明的设备。
特别优选的可以是一种方法，在该方法中首先将纤维增强的条带相叠，所述条带包括热塑性材料，以便制造半成品。
同样可以规定，在半成品在所述加热站中加热之前，所述半成品在所述调温站中预热。通过优化在调温站中的预热时间和在加热站中的加热时间可以达到用于固化的特别短的时间段。
附图说明
本发明的其他优点和细节借助附图以及所属的附图说明得出。附图中：
图1示出按照本发明的设备的示意性前视图，
图2示出按照本发明的设备的示意性侧视图，
图3示出按照本发明的模具运输装置的示意图，
图4示出模具的细节图，
图5示出用于将至少一个模具压紧到加热板和/或调温板上的可选方面，
图6a、6b示出在按照本发明的设备上的耦联元件的图示，
图7示出按照本发明的设备的一种备选的实施方式，该设备具有旋转台，以及
图8示出按照本发明的设备的另一种备选的实施方式，该设备具有操作机器人。
具体实施方式
图1示意性地示出按照本发明的设备。该设备具有加热站2和调温站4。这两个站分别具有能相对于彼此运动的板9。站2、4优选可以构造为压机。
加热站2具有两个加热板21，这两个加热板分别设置在所述板9中的一个板上。
调温站4具有两个调温板22，这两个调温板分别紧固在所述板9中的一个板上。调温板22保持在一个确定的温度上，该温度小于加热板21具有的温度。调温站4不仅可以用于冷却在加热站2中加热的半成品3，也可以用于在将半成品3运输到加热站2中之前预热该半成品。
设置有两个模具5，这两个模具都能设置在加热站2和调温站4中。
模具5分别具有两个模具部分8。在关闭状态中在模具部分8之间存在空腔6。空腔6保证半成品3在加热状态中也保持在希望的形状中。
为了将所述模具5从加热站2运输到调温站4中或者反之亦然，设置有模具运输装置7。
在该实施例中，模具运输装置7包括带驱动装置12以及在加热站2和调温站4中各一个的模具升降装置16。其中，升降装置16分别具有四个液压缸17。(在图1的前图中仅能看到两个液压缸17。参阅图2)。
通过加载液压缸17，模具5可以通过与液压缸17的活塞连接的杆提升或降低到希望的水平。液压缸17也可以构造为气动的缸或类似装置。
此外，模具5具有闭锁装置13，模具5(更准确地：下模具部分8)借助于该闭锁装置能在带驱动装置12中锁止。当然，模具5也可以通过闭锁装置13再次松脱(为清楚起见不是所有闭锁装置都设有附图标记)。在图2和3中更详细地示出闭锁装置13。
未示出用于调温站4的模具保持系统。在此，模具5的模具部分8如此构造，使得该模具部分可以利用位于调温站4上的抓持系统进行抓持。这使利用调温站4打开或关闭模具5变得可能。
图2示出加热站2的侧视图。除了图1中已知的元件之外，可看到的是用于引导在图中上面的板9的横梁23。要注意的是，站2、4在该实施例中具有下面的板9和能相对于此移动的上面的板9。(也就是立式压机)。此外，闭锁装置13在图2中可更好地看到。然而，在图3中也还更清楚地示出闭锁系统13。
此外，在图2中用虚线示出了位于调温站4中的模具连同包含在其中的半成品3。因此，不言而喻的是，在图中上面的闭锁装置13在图示中位于“较后面”，因为该闭锁装置保持位于调温站4中的模具5。
在图3中的细节图中详细示出了模具运输装置7连同闭锁装置13的构造。
型材管24构成结构的基础。该型材管由带驱动装置12纵向地环绕。设置有引导装置25，从而通过闭锁装置13保持的模具5不仅仅通过带驱动装置12的张紧来保持。
闭锁装置13具有能气动地运动的销钉14。
如果销钉14伸出，则所述销钉可以与模具5中的开口15(再次参见图2)配合作用。由此，得出模具5相对于引导装置25的被引导的部分的闭锁。通过缩回销钉14，模具5可以又从带驱动装置12松脱。
在图1和2中仅分别示意性地示出模具5。在本发明中可以使用的模具5的详细实例在图4以剖视图示出。如可看到的那样，半成品3具有壁厚突变。对此的凹部设置在下模具部分8中。
此外可看到的是，在模具部分8之间在示出的关闭状态中还存在小缝隙。尽管如此，模具5满足其目的，因为保证了半成品3在加热状态中不经受值得注意的变形。
图5示出本发明的一个方面，借助于该方面可以保证在加热板21或调温板22与模具5、特别是模具部分8之间存在足够的接触。在此，提供柔性的密封件26，该密封件基本上气密地密封在加热板21或调温板22与模具部分8之间的空间。借助于未示出的抽吸装置以负压加载空间27。密封件26如此柔性地构造，使得该密封件通过负压如此程度地压缩，使得在模板部分8与加热板8或调温板22之间产生面接触或者说比表面压力，所述面接触用于在模具部分8与加热板21或调温板22之间的最佳传热。
在示出的实施例中，密封件26紧固在加热板21或调温板22上。为此，密封件26在凹槽中部分地下沉。但是，密封件26同样可以紧固在模具5上。
图6a和6b示出耦联元件的一种构造方案，模具部分8借助于所述耦联元件运动耦联到板9上。为此，致动器30借助于法兰29紧固在板9上，其中，该致动器当然也可以紧固在加热板或调温板22上。
致动器30例如可以构造成液压的或气动的。该致动器用于销闩32的移动，该销闩在关闭位置中与模具部分8上的空隙部31共同作用。由此，在模具部分8与板9之间建立耦联。这允许打开至少一个模具5，其方式是，打开板9。
当然，致动器30可以在模具5的关闭位置中又拉回销闩32。由此，板9和模具部分8又脱耦并且所述至少一个模具5可以作为整体继续运输。
下面描述一种用于按照图1至6b的实施方式的可能的运行方法：
在循环开始时，模具5由模具保持系统如此保持在冷却压机(调温站4)中，使得压机可以如此打开，使得在每个调温板22上设有模具部分8。如果打开模具5，则可以置入半成品3。如果半成品3包含壁厚突变，则该壁厚突变也在模具5中实现。凹部优选位于下模具半部(模具部分8)中。如果置入半成品3，则调温站4(冷却压机)关闭并且关闭模具5。如果关闭模具5，则模具保持系统又释放模具5。升降装置16卸下模具5，从而模具5可以锁止到模具更换系统(模具运输装置7)上。一旦模具5转移到模具运输装置7上，升降装置16就又下降。因此，模具5仅更多地由模具运输装置7保持并且可以因此变换位置。如果到达热压机(加热站2)中，则升降装置16伸出，以便接纳模具5。如果模具5处于升降装置16上，则闭锁装置13松脱并且模具5连同半成品3可以下降。在模具5与下面的加热板21接触之后，关闭加热站2，使得模具5在两侧与加热板21接触。
加热板21如此构造，使得所述加热板可以尽可能快地将其储存的热能传递到模具5中并且因此也传递到半成品3中。因此，选出由优选具有超过100W/(m*K)的导热能力的材料制成的加热板21。此外，在加热板21中要注意的是，所述加热板具有尽可能高的温度均匀性并且可以非常快速地补递热能。
加热板21的温度可如此选择，使得该温度尽可能快地达到固化温度。作为固化温度可选择处于热塑性塑料的熔点之上的温度。此外，加热板21的温度可如此选择，使得半成品中心和半成品表面之间的温差不过大。一方面，该温差与聚合物有关。该温差不应超过80℃的值。在这里描述的变型方案中的温度引导通过与热的加热板21的接触时间来描述，然而也可设想的是，该温度通过测量半成品温度的实际值来调节。
在加热时间结束之后，加热站2打开并且模具5由升降装置16提升。
因为加热通常比冷却需要多得多的时间，在间隔时间中将冷却压机中的另一个半成品3置入到第二个模具5中并且也已经位于升降装置16上。由此，不产生附加的用于置入和取出半成品3的时间。
因此，模具运输装置7现在可以借助于闭锁装置13接纳模具，并且升降装置16下降。现在模具5可以改变其位置。这意味着，模具5从加热站2进入到调温站4中并且反之亦然。如果模具5变换位置，则升降装置16在两个压机中伸出，以便接纳模具5。如果模具5位于升降装置16上，则松脱与模具运输装置7的连接，并且模具5可以放出到调温板22或加热板21上。固化压力可如此选择，使得引起在半成品3中的尽可能小的“纤维漂浮”，优选地选择低于10bar的单位面积压力。在冷却压机中，冷却时间优选可如此选择，使得半成品3可以尽可能热地脱模。这在后续的成型工艺中具有如下优点，即，与成型温度的温差可以保持得较小并且因此缩短后续的加热工艺。
在冷却时间结束之后，模具5又由模具保持系统抓持，并且可以打开压机。一旦压机打开，就可以取出半成品3并且可以置入新的半成品3。为了使从模具5中取出半成品3变得简单，该模具可以利用与聚合物相协调的防附着涂层进行改良和/或使用顶出机。因为调温站4实现非常短的循环时间并且半成品3应尽可能热地取出，可设想的是，加热板22以直至100℃以上的温度运行。这在之后具有如下优点，即，在冷却压机中已经可以预热新置入的半成品3并且因此减少在加热站2中的循环时间。通过在调温站4中预热，需要较小的温差和因此较少的能量。然而，调温站4的温度在加热时间的时间调节中必须如此选择，使得模板5或半成品3总是以非常类似的热状态到达加热站2中。
图7以俯视图示出作为模具运输装置7的具有旋转台18的备选的实施方式。如在示意图中可看到的那样，旋转轴线基本上处于调温站4与加热站2之间。通过使旋转台18旋转，模具5(连同半成品3)可以从加热站2运输到调温站4中(并且反之亦然)。在该实施方式中，升降装置16不是一定必需的。
类似情况适用于按照图8的具有操作机器人19的实施方案。操作机器人19在接纳站26中接纳模具5连同半成品3并且将模具运输到加热站2。在加热之后，操作机器人将模具5连同半成品3运输到调温站4中，以便相应地冷却半成品3。
在该步骤之后，操作机器人19将模具5连同半成品3运输到脱模站20或成型机10中，用于进一步处理。特别在后一种情况下，半成品3也可以在调温站4中已经脱模并且仅半成品3可以运输到成型机10。
本发明不局限于在这里示出的实施例。
技术人员例如知道可以用于运输模具的其他装置。在此，可以有利地在站2和4之间设置有模具5的同时的或时间接近的更换。此外可以规定，在加热过程期间在加热站2中存在负压，以便提高固化质量。
此外可以规定，在模具5中的半成品3附近测量温度。在到达阈值之后，开始结束之前限定的加热时间。加热时间结束之后，又打开加热站2。

Claims (19)

1.用于固化热塑性半成品的设备，该设备包括用于加热半成品(3)的加热站(2)和用于给半成品(3)调温、特别是冷却半成品的调温站(4)，其特征在于，所述设备还包括至少一个模具(5)和模具运输装置(7)，所述模具能设置在所述加热站(2)和所述调温站(4)中并且具有基本上对应于所述半成品(3)的形状的空腔(6)，用于接纳所述半成品(3)，所述至少一个模具(5)借助于所述模具运输装置能从所述加热站(2)运输到所述调温站(4)中并且能从所述调温站(4)运输到所述加热站(2)中。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，设置有至少两个模具(5)。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述至少一个模具(5)具有至少两个模具部分(8)，其中，在所述至少两个模具部分(8)相互贴靠时存在所述空腔(6)并且所述模具(5)能通过分离所述模具部分(8)而打开。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述加热站(2)和/或所述调温站(4)分别具有两个能相对于彼此运动的板(9)，用于打开和关闭所述加热站(2)和/或所述调温站(4)。
5.根据权利要求3和4所述的设备，其特征在于，所述调温站(4)具有至少一个耦联元件(11)，所述至少两个模具部分(8)中的至少一个模具部分借助于所述耦联元件能耦联到所述板(9)中的至少一个板上，由此，所述模具(5)能通过打开所述调温站(4)而打开。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述模具运输装置(7)包括带驱动装置(12)。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，设置有至少一个闭锁装置(13)，所述至少一个模具(5)借助于所述闭锁装置能在所述带驱动装置(12)上锁止并且能从所述带驱动装置(12)松脱。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述闭锁装置(13)具有能优选气动地运动的销钉(14)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于，在所述加热站(2)和/或所述调温站(4)上设置有升降装置(16)，所述至少一个模具(5)能借助于所述升降装置模具提升，其中，优选设置有至少两个液压缸(17)用于提升。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其特征在于，所述模具运输装置(7)包括旋转台(18)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，其特征在于，所述模具运输装置(7)包括操作机器人(19)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其特征在于，设置有与所述加热站(2)和所述调温站(4)分开的脱模站(20)，半成品(3)能借助于所述脱模站从所述至少一个模具(5)中取出，其中，所述至少一个模具(5)能借助于所述模具运输装置(7)从所述调温站(4)运输到所述脱模站(20)中。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，其特征在于，设置有接纳站(26)，半成品(3)能借助于所述接纳站引入到所述至少一个模具(5)中，其中，所述至少一个模具(5)能借助于所述模具运输装置(7)从所述接纳站(26)运输到所述加热站(2)中。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备，其特征在于，设置有用于处理经固化的热塑性半成品的成型机(10)，其中，半成品(3)能借助于操作装置(19)运输到所述成型机(10)。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的设备，其特征在于，所述加热站(2)具有用于加热所述至少一个模具(5)的加热板(21)和/或所述调温站(4)具有用于给所述至少一个模具(5)调温、特别是冷却所述至少一个模具的调温板(22)。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，设置有至少一个密封件(26)，用于基本上气密地密封在所述至少一个模具(5)与所述加热板(21)和/或所述调温板(22)之间的空间(27)，以及设置有抽吸装置，其中，所述密封件(26)柔性地构造，使得当所述空间(27)借助于所述抽吸装置以负压加载时，所述至少一个模具(5)接触所述加热板(21)和/或所述调温板(22)。
17.用于固化热塑性半成品的方法，其中，使用根据权利要求1至16中任一项所述的设备。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述半成品(3)通过将纤维增强的条带相叠来制成，所述条带包括热塑性材料。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，在半成品(3)在所述加热站(2)中加热之前，所述半成品在所述调温站(4)中预热。
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