CN110948901A - 用于制造面式构造的结构元件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别是涉及一种用于制造面式构造的结构元件的方法，其具有高质量表面(26)。

Description

用于制造面式构造的结构元件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造三明治式轻型结构的面式构造的结构元件的方法，其具有高质量表面。
背景技术
申请人在十年前就对这样的方法进行了研发并且在大范围内进行实施。
仅示例性地参阅申请人的下列德国专利申请：
DE 10 2018 117 337，DE 10 2017 109 953，DE 10 2016 112 290 A1，DE10 2013018 694 A1，DE 10 2013 008 592 A1，DE 10 2013 005 523A1，DE 10 2013 008 364 A1，DE 10 2015 111 052 A1以及DE 10 2012017 698 A1，其内容在此并入到本专利申请的内容中，以避免重复。
由申请人至今为止主要使用的用于制造这样的面式构造的结构元件的方法特别是包括经深冲的热塑性膜与聚氨酯泡沫质量体的连接。
发明内容
由此出发，本发明的目的是：提供一种方法，利用该方法能够制成面式的结构元件，该面式的结构元件满足重量轻而刚性高的要求并且能够低成本地制成。
本发明利用权利要求1的特征实现所述目的。
本发明的原理首先在于：使用可膨胀的颗粒泡沫来代替至今为止使用的聚氨酯双组分泡沫。
作为适当的可膨胀的颗粒泡沫例如考虑由EPS、EPE和EPP构成的颗粒泡沫。在此涉及的是如下的颗粒泡沫，其在完全或最后完成发泡且硬化的状态中可以具有典型的15kg/m3至80kg/m3范围内的密度。
根据本发明首先提供一种膜状的基材。其在此可以是例如由ABS或PMMA构成的可深冲的膜。该膜例如可以具有0.2mm与13mm之间的壁厚。例如可以在第一模具中对所述膜进行深冲。然而所使用的基材也可以由薄皮、薄膜或其它面式材料提供。所述基材不是必须深冲的。
根据本发明，所述基材设置在下模中。该下模在此特别是具有用于颗粒的容纳腔，这晚些时候还作更详细的阐述。
根据本发明的方法现在设定：提供形式为可发泡的颗粒泡沫的松散颗粒的颗粒状的原始材料。即考虑这样的作为可膨胀的颗粒泡沫是已知的材料。在此，特别是理解为由EPS、EPE或EPP构成的可膨胀的颗粒泡沫、亦或可膨胀的PEEK。在下文进行进一步的限定。
可以以所采用的小球体或珠子形式、或以其它有规律亦或没规律的形状和几何尺寸的粒子状颗粒形式来提供颗粒状的原始材料。所述原始材料特别是可倾注的。
所述颗粒松散地存在于颗粒状的原始材料中，也就是说尚未牢固地彼此连接。
根据本发明现在进行使颗粒部分发泡的步骤。所述部分发泡意味着：所述颗粒尚未完全发泡。例如根据本发明可以设定：针对从原始材料的颗粒体积出发直到最后发泡的状态中的颗粒体积为止的从0至100％的发泡或膨胀过程，发生在30％至95％之间的部分发泡。部分发泡的概念特别是包括本发明的实施例，在这些实施例中，直到颗粒的最终发泡的状态，至少还可实施使颗粒附加发泡的步骤。
部分发泡的步骤特别是、但不是强制性地在远离下模的地方进行，所述基材设置在所述下模中。进一步有益地，颗粒的部分发泡可以在炉子中、特别是在红外线烤炉中实施。
根据本发明的方法的另一步骤可以设定：将部分发泡的颗粒放置到下模中。在实施使颗粒部分发泡的步骤之后例如可以在时间上紧接地实施对部分发泡的颗粒的运输。然而也可以在实施使颗粒部分发泡的步骤之后在时间上明显更晚地实施所述运输。
可以用机器、自动化地或手动地进行部分发泡的颗粒向下模中的放置和/或设置或定位。
根据本发明现在特别是闭合所述模具。为此例如可以将上模移向所述下模并且封闭用于部分发泡的颗粒以及用于处于所述下模中的基材的容纳腔或安置腔。
此外，根据本发明对模具进行加热。本发明还包括的是：将模具永久地保持在恒定的温度中或预先给定的温度范围内的温度中。
根据本发明然后将之前已经部分发泡的颗粒最终发泡成完全发泡的颗粒泡沫。所述颗粒现在膨胀到其最大环周(外周)或者其最大体积并且可以说彼此焙烧或烧结。在此，颗粒泡沫质量体同时与所述基材连接。经由模具温度激活剩余发泡过程。本发明还包括的是：附加地或可选地采用用于激活或用于实施颗粒的剩余发泡过程、即用于已经部分发泡的颗粒直至颗粒的最终发泡状态的发泡过程的其它激活手段。
根据本发明然后进行对颗粒泡沫质量体的硬化。由于这个硬化过程，颗粒泡沫质量体与所述基材进入持久的牢固连接。
本发明还包括的是：在将部分发泡的颗粒放置到下模中之前，基材在其面向颗粒泡沫质量体的内侧上设有相应的例如按照附着底漆类型的化学物质，以便最佳化基材与颗粒泡沫质量体之间的连接或者最佳化进入(形成)基材与颗粒泡沫质量体之间的连接。
在对颗粒泡沫质量体进行硬化之后可以打开模具并且取出这样构成的坯料。这样构成的坯料示出可根据本发明制成的结构元件或可以通过跟随的加工步骤形成这样的结构元件。
可膨胀的颗粒泡沫的定义：
例如将下列材料视为本专利申请意义上的可膨胀的颗粒泡沫：
缩写EPS指的是可膨胀的聚苯乙烯。其例如以商标Styropor已知并且例如可以由74376Gemmrigheim的公司MetzEPS-Hartschaumzuschnitte供货。
也将可膨胀的聚乙烯(EPE)视为本专利申请意义上的颗粒泡沫。最后为了根据本发明的目的也将可膨胀的聚丙烯(EPP)视为良好适合的。
特别是本专利申请意义上的概念颗粒泡沫还包括热塑性颗粒泡沫。所述颗粒泡沫作为原始材料可以具有例如颗粒直径在0.1mm至5mm数量级中的颗粒、特别是还有微粒、进一步优选地直径为约1mm的颗粒。
在颗粒泡沫的颗粒状的原始材料颗粒中优选设置有起泡剂。这些起泡剂可以热激活和/或通过化学物质、例如也通过水蒸气的影响激活，以便触发预发泡过程。
已经预发泡的颗粒直到最终发泡的颗粒的剩余发泡、即最终发泡的过程在本专利申请的意义中也称为烧结。
作为起泡剂对于聚苯乙烯-颗粒泡沫颗粒例如考虑戊烷，其聚合到粒子状的颗粒中。一旦所述颗粒承受超过100°的温度，起泡剂就可以蒸发并且同时使热塑性基础材料起泡成聚苯乙烯泡沫颗粒。
第二发泡级根据本发明可以在下模中进行，其中，将模具温度选择成，使得起泡剂可以最终蒸发并且颗粒可以最终发泡。
除了EPS(可膨胀的聚乙烯)对于本发明还考虑XPS。
作为用于可膨胀的聚丙烯EPP或者XPS的货源例如考虑68799Reilingen的公司Schaumaplast GmbH&Co.KG。
用于本发明的颗粒泡沫也可以由可膨胀的共聚物提供。这种材料例如可以由93413Cham的Kunstoffwerk Katzbach GmbH&Go KG公司以Grupor的商品名供货。
作为在本发明范畴中可用的颗粒泡沫的原始材料也考虑可膨胀的PEEK(聚醚醚酮)。其可以例如以Gatone或victrex的商品名供货。
根据本发明的方法用于制造具有高质量表面的结构元件。高质量表面例如可以是特别是可负重的、例如构造成在特别程度上抗冲击，并且此外特别适于外部应用。特别地，高质量表面可以具有如在所谓的A级表面中要求的性能。
本发明涉及一种用于制造面式构造的结构元件的方法。概念面式意味着：结构元件沿着x和y方向的面比沿着垂直于此的z方向显著较长地延伸。所述面可以构造为平坦的或在空间中弯曲的、也可以构造为多重弯曲的并且可以占据每种任意的空间形式。
根据本发明的一种有益的设计方案，由经深冲的膜提供所述基材。这能够实现对结构元件的传统组成部分(其已经得到大范围的考验)的应用并且能够在特别程度上提供用于构件的高质量表面。
根据本发明的另一种有益的设计方案，步骤k)的实施设定：将覆盖层安置在颗粒泡沫质量体的背离基材的一侧上。这样的覆盖层例如可以是内部装饰层、例如壁板、特别是塑料层。对于制成的结构元件例如构成旅行车或旅行车拖车的壁或壁段的情况，装饰层例如可以是这种按照传统类型的旅行车的典型的内部装饰面。
根据本发明的另一种有益的设计方案，根据本发明的方法包括下列步骤：
l)将坯料加工成结构元件。
作为加工步骤考虑各种加工方法。属于此的例如是在需要情况下对坯料的部分或区域的分离或分割、必要情况下还有对基材的区段的分割或分离。也属于此的例如还有清洁步骤、和/或特别是在基材的外侧上的表面加工步骤、例如对表面的打毛或抛光或滚光
Figure BDA0002150277340000051
必要情况下还有施设附加层或膜例如附加功能层。
本发明还包括的是：对经硬化的颗粒泡沫质量体的背向基材的那侧进行加工，例如将其与附加的皮或附加的材料或膜连接，或者施加例如喷涂、粘接、涂漆、铆接、螺纹连接附加的皮或附加的材料或膜、或者将其与其它元件粘合。
根据本发明的另一种有益的设计方案，所述膜具有0.2mm至13mm之间的壁厚。本发明的这种实施方式同样允许使用传统的膜，这些膜在大量的复合材料中可经考验并且其深冲性能和表面特性是充分已知的并且是经考查的。
根据本发明的另一种有益的设计方案，经硬化的颗粒泡沫质量体具有1cm与30cm之间的壁厚。根据制成的结构元件的要求强度计算和设计经硬化的颗粒泡沫质量体的壁厚。尽管具有较大的壁厚，最终制成的结构元件也可仅具有极小的重量。
根据本发明的另一种有益的设计方案，所述结构元件构造为用于机动车或用于商用车或用于旅行车的车辆部件并且例如是内部装饰件或行李舱盖件或面板件或发动机罩或车顶元件或车顶段或车辆壁或车辆壁元件。
根据本发明的另一种有益的设计方案，所述颗粒状的原始材料包括可膨胀的EPS、可膨胀的EPP或可膨胀的PEEK。这里总体涉及的是可发泡、也就是说可膨胀的材料，其根据本发明适于首先仅部分发泡或膨胀，以便之后还在模具中进行最终发泡或最终膨胀的步骤。
根据本发明的另一种有益的设计方案，所述方法包括步骤m)，该步骤在步骤h)前实施：
m)特别是按照牵拉锚固件(Zuganker)的类型、例如按照带子的类型将加强元件定位在下模中，其中，在将部分发泡的颗粒放置到下模中之后，所述颗粒包裹所述加强元件。
根据本发明的这种有益的设计方案，通过加强元件加强或加固最终发泡的、膨胀的颗粒泡沫质量体。所述加强元件特别是构造成，使得其可以沿横向于结构元件的面式延伸方向传递拉力。由此可以提高结构元件的刚性。本发明还包括的是：所述加强元件沿着面式构造的结构元件的延伸方向延伸。在此例如也可以在用部分发泡的颗粒填充安置腔之前将由加强纤维例如由玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维或其它适当的加强纤维构成的面式构成物如垫子、铺设物(Gelege)、编织品等置入到下模中。
本发明根据另一方面涉及一种根据权利要求10的面式构造的结构元件。
本发明的目的在于：提供一种结构元件，其在仅具有小重量的同时具有高强度和承载能力，并且其能够低成本地制成。
本发明利用权利要求10的特征实现所述目的。
为了避免重复，关于权利要求10的特征的阐明和解释以及为了阐述根据权利要求10的本发明以类似的方式参阅关于权利要求1至9的前述实施形式。
附图说明
由未引证的从属权利要求以及借助下文对附图中示出的实施例的描述获得本发明的另外的优点。附图中：
图1以部分剖视的示意图示出炉子的实施例，形式为颗粒泡沫的颗粒的粒子状的原始材料填充到该炉子中，其中，所述颗粒状的原始材料未发泡；
图2示出图1所示的炉子，其中，额外示出红外线辐射加热装置，其中，之前填充的颗粒转换到部分发泡的状态中；
图3示出第一模具，其具有下模和上模以及构造为基材的膜，其处于幅材状的平放状态；
图4示出图3所述的闭合的模具，其中，示出经深冲的膜；
图5示出另外的模具，图4所示的经深冲的膜定位在该另外的模具中，其中，将图2所示的颗粒泡沫的部分发泡的颗粒填充到下模中；
图6示出图5所示的模具，其中，附加示出模具即将完全闭合前的上模；
图7示出图6所示模具处于完全闭合的状态中，其中，附加示出用于模具的加热装置；
图8示出图7所示模具处于打开状态中，其中，示出经最终发泡和硬化的颗粒泡沫质量体；
图9通过画出分离线示出从图8所示模具中取出的坯料，沿着所述分离线将基材的突出区域分离；
图10示出坯料的或根据本发明的方法构成的根据本发明的结构元件的另一实施例，其在经硬化的颗粒泡沫质量体的背向基材的一侧上具有附加层；
图11示出图10所示视图中的根据本发明的结构元件的另一实施例，其中，仅为了图解的目的以相对图10改变的方式示出经硬化的颗粒泡沫的孔结构。
具体实施方式
在下文的附图说明中还参照附图示例性描述本发明的实施例。在此为了一目了然倘使涉及不同的实施例，部分在附加小写字母的情况下为相同的或类似的部件或元件或区域设置相同的附图标记。
示出或公开的仅针对一个实施例描述的特征在本发明的范畴中也可以设置在本发明的每个其它实施例中。这样改变的实施例即使在其没有在附图中示出的情况下也包括在本发明中。
所有公开的特征对本发明而言都是重要的。还有附属的优先权文件(在先申请的副本)的公开内容以及所引用的文献和所描述的现有技术的设备在内容上由此完全纳入到本申请的公开中，还有为了所述目的，本申请的一个或多个权利要求的那里公开的主题的各个单独特征或多个特征也收纳在其中。还有这样的改变的实施例及使在其没有在附图中示出的情况下也包括在本发明中。
根据本发明的方法制成的结构元件的实施例在图8、9、10和11中整体用10标记。
下文应从图1出发介绍用于制成这样的结构元件10的方法。
如图1的那样，示出容器12，颗粒泡沫的颗粒11填充到该容器中。各个示例性用附图标记30a、30b、30c标记的粒子状颗粒是未发泡的并且是用于制成颗粒泡沫的原始材料。后面还详细地阐述可以由根据本发明的方法采用的各种材料。
如图2示出的那样，容器12是炉子13的组成部分，在其中粒子状颗粒30a、30b、30c可以部分发泡。
为此设置有加热装置14、特别是红外线加热装置14，其在使用红外射线15(绘出)的情况下将预先确定的辐射功率引入炉子13中，以便达到确定的温度或确定的温度范围。粒子状颗粒30a、30b、30c在炉子13中对于预先确定的时间承受温度作用并且部分发泡。识别到：图1的各个颗粒30a、30b、30c明显增加体积并且根据图2突变成部分发泡的颗粒31a、31b、31c。
需注意的是：附图应不言而喻地理解为不是按照比例的，而是应仅示例性示出发泡过程和体积变大。
部分发泡的颗粒31a、31b、31c仍然是松散的、特别是不彼此连接。在根据图2的部分发泡的过程期间可以通过附加措施、例如晃动容器12、搅拌、使用化学物质或使化学物质进入容器12中等来实现，颗粒31a、31b、31c不彼此连接或不是大部分彼此连接、而是仍然作为松散的、可倾注的或至少可浇注的质量体可运输。该质量体如图5所示被填充到模具17b的下模23中。
首先应借助图3至4来阐述基材21的制造。
如图3所示，提供第一模具17，该第一模具包括上模18和下模19。决定性的模具部分可以按照阴模的类型和阳模的类型构造。在图3中识别到处于平放的幅材状状态中、即初始状态中的膜20。图3示出处于打开状态中的模具。
由于模具的闭合，膜20被从平放的状态中深冲。通过深冲过程可以将任意空间轮廓施加到膜上。所述深冲过程可以(在图中未示出)通过温度以传统的方式得到辅助。对于深冲过程备选于图3所示的模具17的压印/模锻过程还考虑吹制成型法或其它变形方法，其中，对膜进行加热并且通过抽吸将所述膜置入其最终形状。
在模具17从图4所示状态中打开之后可以取出经深冲的膜21并且将其输送给其它模具。在图5至8中示出这样的第二模具17b。
还包括在本发明中的是：膜21在深冲过程之后保持在下模19中并且仅更换上模。在下文中假设：从图5出发，经深冲的膜21被放置到其它模具17b的其它的第二下模23中。
如图5所示，将由部分发泡的颗粒31a、31b、31c构成的可倾注的或可浇注的质量体放置到下模23中到安置腔22中，所述安置腔用于容纳部分发泡的颗粒31a、31b、31c，并且所述安置腔面向经深冲的膜21的背侧35。可以手动地或用机器或机器辅助地进行第二下模23或为此设置的安置腔22的填充，直到预先给定体积或预先给定质量的部分发泡的颗粒31a、31b、31c定位并且尤其是还分布在安置腔22中。
在此，可以设置有附图中未示出的排出或移出设备，其按照输送头的类型将颗粒沿着安置腔22均匀分布。
然后将模具17b闭合。为此将上模24从图6所示的模具17b仍然部分打开的状态移到闭合状态中。安置腔22现在在所有侧闭合。
图7示出加热装置25，该加热装置对模具17b、优选下模23和上模24进行调温。模具温度按照所采用的用于颗粒泡沫的材料进行选择。
由于温度影响，所述部分发泡的颗粒31a、31b、31c完全发泡。识别到蜂窝状结构，仅在图8中示例性绘出。这同样仅可以示意性理解为：实际上所述完全发泡的颗粒泡沫的结构构造为不规律的。图11示出其它类似结构：
在此，在示意性剖视图中示出不规律的多边形类型的结构代替图8中的框架结构。
图8使得清楚的是：图7所示的部分发泡的颗粒31a、31b、31c突变为完全发泡的颗粒32a、32b、32c，其中，在各个发泡的颗粒32a、32b、32c之间不再保留自由空间。而图7仍绘出这样的自由空间、示例性地用36标记。
要注意的是：“完全发泡的颗粒32a、32b、32c”的名称是误导性的：
实际上多个完全发泡的颗粒32a、32b、32c总体构成完全发泡的颗粒泡沫质量体33或完全发泡的颗粒泡沫。如图8所示，该颗粒泡沫也可以在短时间内硬化，使得如图8所示，模具打开并且上模24可以从下模23抬起。现在可以将如此构成的坯料10从型模中取出。
由于在闭合的模具中最终发泡的过程，颗粒泡沫持久且牢固地与经深冲的膜21的内侧35连接。由此提供轻便的、抗弯曲的并且有承载能力的然而可低成本制造的复合构件。
如图9所示，在需要时可以沿着分离线29a、29b将膜21的突出区域34a、34b分离。
图10的实施例示出结构元件10的背侧27，该背侧可以设有例如由塑料构成的附加层28。
本发明还包括如下的结构元件，在这些结构元件中使用由聚乙烯或聚丙烯或特别是还有所谓的泥皮构成的薄膜来代替由ABS或PMMA构成的经深冲的膜21作为基材21。
所述经深冲的膜21的背向经硬化的颗粒泡沫质量体33的一侧26可以构成高质量表面。因为为了提供经深冲的膜21可以利用传统已知的且经考验的材料，所以可以利用传统材料的相应的表面特性。
本发明还包括的是：所述基材21的表面26经受分开的加工，以便提供高质量表面。这样例如可以考虑如抛光、涂漆、蒸镀、打毛、润湿等加工步骤。
图8示例性绘出经深冲的膜21或者基材的壁厚W1以及W2，即经硬化的颗粒泡沫质量体33的壁厚。壁厚W1可在0.2mm与13mm之间，而壁厚W2可以在1cm与30cm之间。
本发明特别还包括如下的构件，这些构件构造为旅行车壁元件。例如可以在应用根据本发明的方法的情况下在车辆结构中使用旅行车拖车或旅行车的壁段、或旅行车的完整的壁元件。
本发明此外还包括的实施方式是：这些实施方式设定：在用部分发泡的颗粒31a、31b、31c填充安置腔22之前将加强元件安置在安置腔22中。
附图中未示出的加强元件例如可以具有加强纤维。由于用部分发泡的颗粒31a、31b、31c填充安置腔22，颗粒被均匀分布并且这些颗粒在多侧、优选在所有侧地包裹加强元件。制成的结构元件10包括经硬化的颗粒泡沫质量体，该颗粒泡沫质量体可靠包围加强元件。通过加强元件的定位因此特别是可以传递和捕获(abfangen)拉力。

Claims (13)

1.用于制造三明治式轻型结构的面式构造的结构元件(10)的方法，所述结构元件具有高质量表面(26)，所述方法包括下列步骤：
a)提供膜状的基材(21)，
b)将所述基材(21)设置在模具(17b)的下模(23)中，
c)提供形式为可发泡的颗粒泡沫如EPS、EPE或PEEK的松散的颗粒(30a、30b、30c)的颗粒状的原始材料，
d)特别是在红外线烤炉中使所述颗粒(30a、30b、30c)部分发泡，
e)特别是将部分发泡的颗粒(31a、31b、31c)放置到所述下模(23)中，并且将所述部分发泡的颗粒(31a、31b、31c)设置到所述下模(23)中的安置腔(22)中，
f)特别是闭合所述模具(17b)，
g)特别是加热所述模具(17b)，
h)将所述部分发泡的颗粒(31a、31b、31c)最终发泡成完全发泡的颗粒泡沫(33)，其中，所述颗粒泡沫与所述基材连接，
i)使所述颗粒泡沫(33)硬化，
j)特别是打开所述模具(17b)并且将这样构成的坯料(10)取出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：由经深冲的膜(21)提供所述基材。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于下列步骤：
k)将覆盖层(28)安置在所述颗粒泡沫(33)的背向所述基材(21)的一侧(27)上。
4.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于下列步骤：
l)将所述坯料加工成结构元件(10)。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述膜(21)具有在0.2mm与13mm之间壁厚(W1)。
6.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：经硬化的颗粒泡沫(33)具有在1cm与30cm之间的壁厚(W2)。
7.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：所述结构元件(10)构造为用于机动车或用于商用车或用于旅行车的车辆部件，如内部装饰件、行李舱盖件、面板件、发动机罩、车顶元件或车顶段、车辆壁或车辆壁元件。
8.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：由可膨胀的EPS、PP或PEEK提供所述原始材料。
9.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：在实施步骤h)之前实施下列步骤：
m)尤其是按照牵拉锚固件的类型、例如按照带子的类型将加强元件定位在所述下模中，其中，在将所述部分发泡的颗粒(31a、31b、31c)放置到所述下模(23)中之后这些颗粒包裹所述加强元件。
10.面式构造的结构元件(10)，其具有高质量表面(26)并且特别是按照前述权利要求之一制造，该结构元件包括基材(21)、特别是经深冲的膜，经硬化的颗粒泡沫(33)与该膜连接。
11.如权利要求10所述的结构元件，其特征在于：所述膜(21)具有在0.2mm与13mm之间的壁厚(W1)。
12.如权利要求10或11所述的结构元件，其特征在于：所述经硬化的颗粒泡沫(33)具有1cm与30cm之间的壁厚(W2)。
13.如权利要求10至12之一所述的结构元件，其特征在于：所述颗粒泡沫(33)发泡成靠到所述基材(21)上。
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Applicant before: Palit Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information