CN113543952A - 具有内部调温的叠片块 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于校准挤压的型材的校准装置的叠片块(100)，其中，所述叠片块(100)包括叠片结构(110)，该叠片结构具有多个叠片(112)。所述叠片(112)通过沟槽(114)相互间隔开，且在所述叠片块(100)的纵向方向(L)上布置。所述叠片块(100)具有至少一个通道(130)，用于供给调温流体，其中，所述至少一个通道(130)内置地构造在所述叠片块(100)中。此外，提供了一种用于制造上述叠片块(100)的方法以及一种包括多个上述叠片块(100)的校准装置。此外，提供了一种用于上述叠片块(100)的增材制造的系统、一种相应的计算机程序和一种相应的数据组。

Description

具有内部调温的叠片块
技术领域
本发明涉及一种用于校准装置的叠片块，该校准装置用于校准挤压型材。本发明还涉及一种用于制造这种叠片块的方法、一种用于增材制造这种叠片块的系统以及一种相应的计算机程序和数据组。
背景技术
校准装置用于校准挤压的环形型材，例如管型材。在制造这种型材时，首先在挤压机中产生用于制造型材的所需塑料熔体。然后将产生的塑料熔体挤压通过挤压机的出口喷嘴，该出口喷嘴规定了型材的形状。然后，从挤压机的出口喷嘴出来的型材通过校准装置，该校准装置尺寸精准地将仍被加热的型材重塑。
由DE 198 43 340C2已知这样的一种用于确定挤压型材尺寸的校准装置。在此教导了可变地可调节的校准装置，其被构造用于校准具有不同管直径的挤压的塑料管。校准装置包括壳体和圆形地布置在壳体中的多个叠片块，这些叠片块的叠片可以相互嵌接。相互嵌接的叠片块形成具有圆形校准开口的校准篮，要校准的管被引导通过该校准篮(特别是参见DE 198 43 340C2的图1和图2)。此外，每个叠片块都与致动装置耦接，该致动装置被设置用于使得相应叠片块各自地径向位移。以这种方式，可以根据需要相应地调节由多个叠片块形成的圆形校准开口的有效横剖面。
在DE 198 43 340C2中描述的叠片块分别由多个叠片组成，这些叠片串在彼此间隔开地布置的两个承载杆上。为了在相邻的叠片之间保持所需的距离，使用了间隔套筒(也参见DE 198 43 340C2的图3)。
与上述的成串的叠片块不同，此外已知具有封闭的承载结构(或背脊结构)的叠片块。图1示出了这样的叠片块的示例。叠片块10包括叠片结构11和块状构造的承载结构14。叠片结构11包括多个叠片12，这些叠片通过沟槽13相互间隔开且沿着承载结构14布置。块状的承载结构14在此以实心体(例如杆状体)的形式实现。此外，承载结构14与叠片12一体地构造。叠片块10还包括安装在承载结构14外部的管状的冷却水供给部30。用于冷却叠片12的冷却水可以被引导通过冷却水供给部30。冷却水可以经由冷却水供给部上的喷洒开口而被喷洒到叠片12上，或被喷洒到要被校准的产品上。图1中所示的在外部的冷却水供给部30的缺点在于，它实现起来相当复杂。
结合图2示出了已知的叠片块20的另一个例子。同样地，叠片块20具有承载结构24及叠片结构21。叠片结构21包括多个叠片22，这些叠片通过沟槽23相互间隔开且沿着承载结构24布置。承载结构24及叠片22被构造为大致相同于图1中所示的叠片块设计。图1与图2中的叠片块设计之间的本质差异在于冷却水供给部的布置。在图2所示的叠片块设计中，冷却水供给部30a构造成具有喷洒开口的管的形式，该管被布置在承载结构24与叠片结构22之间的过渡处。由于在管中被引导的冷却水通过管壳而与叠片块分开，冷却水供给部30a是一种热分离的位于内部的冷却水供给部。
图1及2中所示的冷却水供给部30、30a的缺点在于，叠片块10、20通过冷却水供给部30、30a本身不会得到任何明显的冷却/调温。确切地说，叠片块10、20仅通过喷洒水及在校准笼的冷却水槽中的飞溅来冷却或调温。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于校准装置的叠片块，其进一步减少或消除了结合现有技术介绍的问题。本发明的目的尤其在于，提出一种叠片块，其为叠片块提供了改进的调温(冷却)。
为实现上述目的，提出一种用于校准挤压的塑料型材的校准装置的叠片块。该叠片块包括叠片结构，该叠片结构具有多个叠片，这些叠片通过沟槽相互间隔开且在叠片块的纵向方向上布置。叠片块具有用于供给调温流体的至少一个通道，其中，至少一个通道整体地构造在叠片块中。
内置地构造在叠片块中的通道可以意味着，至少一个通道构造在叠片块的内部。至少一个通道可以构造成在叠片块内部的(细长的)空腔。空腔在周围方向上被叠片块所包围(界定)。因此，空腔直接与叠片块接触。空腔不具有独立的外壳。通过叠片块与空腔(通道)的直接接触，能够实现在通道中引导的调温流体与叠片块外围之间的直接的热耦接。因此，叠片块能够通过至少一个通道以有效的方式进行调温(冷却或加热)。
至少一个通道可以具有一个或多个喷洒开口。如果设置多个喷洒开口，则这些喷洒开口可以沿着通道分布地布置。每个喷洒开口都可以经过设计，从而它仅允许在通道中引导的用于对叠片块调温的流体的一部分排出。为此，喷洒开口可以具有可变的开口横截面。开口横截面的形状及尺寸可以随开口的不同而变化。因此，可以沿着叠片块获取不同的分流用于(叠片或要被校准的产品的)调温。
至少一个通道可以在叠片块中经过构造，使得它遵循至少一个预定的路径。至少一个路径可以设计为直线的和/或弯曲的。因此，叠片块内部的至少一个通道可以设计成直线地和/或弯曲地伸展。
此外，至少一个通道可以经过设计，从而至少一个通道(横向于路径方向)具有可变的横截面。至少一个通道的横截面可以沿着路径连续地(不连续地)变化。横截面沿着路径的变化在此可以取决于叠片块的构造。可以依据在其中内置有至少一个通道的叠片块的尺寸来调整通道横截面的形状和/或尺寸(直径)。
通道可以具有任何横截面形状。通道的横截面形状可以为圆形、椭圆形、矩形，或具有其他的多边形形状。
根据一种变型，叠片块中的至少一个通道能够环形地设计。在此，至少一个通道可以实现一个或多个环形。至少一个通道的环形设计可以有助于对叠片块的更有效的调温(冷却或加热)。
此外，至少一个通道可以经过设计，从而它在叠片块中的预定的第一位置分成两个或更多个子通道。同样地，两个或更多个子通道可以在叠片块中的预定的第二位置又汇集成一个通道。
将一个通道分成两个或更多个子通道可以取决于叠片块的尺寸和设计。尤其是，可以有利地将通道分成分别具有较小的通道横截面的多个子通道，以便使得通道绕过不能被通道穿过的叠片部分(例如在叠片块中构造的螺纹孔)。
至少一个通道可以为调温回路的一部分。调温回路可以是指封闭的或开放的回路，用于冷却和/或加热叠片块的调温流体(例如水)在该回路中循环。因此，作为调温回路的一部分，通道可以被设置用来将叠片块或叠片块的叠片冷却到或加热到预定的所希望的温度。
此外，叠片块可以具有承载结构，叠片结构的叠片被固定于此承载结构上。此外，至少一个通道可以内置地构造在承载结构中。“内置地构造”可以意味着，至少一个通道在承载结构内部构造。
承载结构可以与叠片或与叠片结构一体地构造。替代地，叠片结构或叠片以及承载结构可以分别独立地制造。叠片结构或叠片可以随后相应地与承载结构连接。
承载结构及叠片可以由相同的材料或不同的材料制成。根据一种变型，用来制成承载结构和/或叠片的材料可以由金属材料制成。然而，同样可设想到的是使用聚合物材料(具有添加剂)。
上面所描述的叠片块优选通过3D打印来制造。使用3D打印技术使得能够成本有利地及快速地制造出叠片块，其中，可实现任何任意的通道造型。
根据本发明的另一方面，提供一种用于校准挤压的塑料型材的校准装置，其中，校准装置具有根据本发明的多个叠片块，这些叠片块彼此相对布置，用来形成校准开口。这些叠片块在此可以经过布置，使得它们形成圆形的校准开口。
校准装置可以包括调温回路，用于调温流体的供给。调温回路可以包括用于提供调温流体的装置以及用于将所提供的调温流体供给到各个叠片块的管道系统。管道系统可以与叠片块的通道流体地耦接。因此，通道可以为调温回路的一部分。
校准装置还可以包括多个致动装置，其中，每个致动装置都分别与一个叠片块耦接，以便各自地致动每个叠片块。通过致动装置，每个叠片块都可以相对于校准开口径向地被单独地致动。由此，校准开口的有效横剖面可以根据需要适配于要被校准的型材的横剖面(直径)。
此外，校准装置可以具有壳体，该壳体被设置用于容纳和储存致动装置和与致动装置耦接的叠片块。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造如上所述的叠片块的方法。用于制造叠片块的该方法至少包括通过3D打印或通过增材制造来制造叠片块的步骤。采用3D打印方法或增材制造方法的叠片块制造在此可以包括逐层地激光烧结或激光熔化材料层，其中，根据要产生的叠片块形状依次地(顺序地)覆设材料层。
该方法还可以包括以下步骤：计算3D叠片块造型(CAD数据)。该方法还可以包括以下步骤：将3D造型数据转换为用于3D打印的相应的控制指令。
计算3D叠片块造型的步骤可以包括以下步骤：计算通道造型(通道横截面、沿着路径的通道走向)和在叠片块内部布置通道。计算通道造型及通道布置可以考虑叠片块的构造(块体造型、块体材料、冷却需求)来进行。尤其是，可以依据叠片块的构造来调整至少一个通道的造型及布置。
根据另一方面，提供了一种用于制造叠片块的方法，该方法包括以下步骤：建立描绘如上所述的叠片块的数据组；并将数据组储存在储存装置或服务器上。该方法还可以包括：将数据组输入到处理装置或计算机中，该处理装置/计算机控制用于增材制造的装置，从而该装置制得在数据组中描绘的叠片块。
根据另一方面，提供一种用于叠片块的增材制造的系统，该系统具有：用于产生描绘如上所述的叠片块的数据组的数据组产生装置；用于储存数据组的储存装置；和处理装置，其用于接收数据组，并控制用于增材制造的装置，从而该装置制造在数据组中描绘的叠片块。储存装置可以是U盘、CD-ROM、DVD、储存卡或硬盘。处理装置可以是计算机、服务器或处理器。
根据另一方面，提供了一种计算机程序或计算机程序产品，其包括数据组，在由处理装置或计算机读取数据组时，这些数据组引起处理装置或计算机控制用于增材制造的装置，从而用于增材制造的该装置制得如上所述的叠片块。
根据另一方面，提供了一种计算机可读的数据载体，在该数据载体上储存了上述计算机程序。计算机可读的数据载体可以是U盘、CD-ROM、DVD、储存卡或硬盘。
根据另一方面，提供了一种数据组，其描绘了如上所述的叠片块。该数据组可以储存在计算机可读的数据载体上。
附图说明
借助于以下附图进一步讨论本发明的其他优点、细节和方面。
图1示出根据现有技术的用于校准装置的叠片块；
图2示出根据现有技术的用于校准装置的另一叠片块；
图3a至3c是根据本发明的叠片块的视图；
图4是根据本发明的又一叠片块的视图；
图5是根据本发明的叠片块的制造方法的方块图；和
图6是根据本发明的校准装置的剖视图。
具体实施方式
在开头已经结合现有技术讨论了图1和图2。参考那里的描述。
现在结合图3a和3b，详细描述根据本发明的叠片块100的示例。
叠片块100包括承载结构120以及叠片结构110，该叠片结构具有多个叠片112。承载结构120用作叠片结构110的承载体。此外，叠片块100包括至少一个通道130。至少一个通道130在下文中还将详细描述。
在下文中，现在进一步描述叠片块100的叠片结构110。叠片结构110包括多个叠片112，这些叠片在叠片块100的纵向方向L上彼此间隔开地布置(参见图3a)。相邻的叠片112通过相应的凹槽114彼此分开。每个叠片112都具有在相对于纵向方向L的横剖面中为三角形的轮廓。此外，每一个叠片112都具有背对承载结构120的叠片面113，此叠片面被构造为稍微弯曲。叠片面113面对要校准的型材。该叠片侧形成与要校准的型材接触的接触面。取决于应用，叠片块100也可以具有另一种叠片形状，该叠片形状可以与这里描述的三角形横剖面轮廓不同。同样，面对要被校准的型材的叠片面113可以是平坦的，或可以具有其它的曲率。
承载结构120被构造为实心体(块体)(在下文中称为承载块120)。承载块120在垂直于纵向方向L的横截面中具有矩形轮廓。同样可设想到的是不同于矩形横截面轮廓的其他轮廓。此外，承载块120在其与叠片相对的一侧具有两个螺纹孔152a、152b。螺纹孔152a、152b为耦接装置150的一部分，该耦接装置被设置用来使叠片块100与校准装置的相应的致动装置耦接。图3a中未示出校准装置的致动装置。
承载块120与叠片结构110一体地构造。替代于此同样能够设想到的是，叠片结构110的叠片被构造为分开的组件。在这样的情况下，叠片112相应地在纵向方向L上布置在叠片块100的面对要被校准的型材的一侧，且相应地与承载块120连接(例如通过焊接、粘接)。
此外如由图3a可见，叠片块100具有通道150，该通道被构造为在承载块120的内部伸展。在承载块120的内部伸展的通道130具有两个相对的出口开口132、134。第一出口开口132布置在承载块120的第一端侧，而第二出口开口134布置在承载块120的横向侧或承载块120的与第一端侧相对的第二端侧。在两个出口开口132、134处可设置连接部件，这些连接部件被构造用于与调温回路流体地耦接。
布置在承载块120的内部的通道130在其两个出口开口134之间具有预定的通道走向。该通道走向可以经过设计，使得通道130在纵向方向L上具有带有直线走向的部分和带有弯曲走向的部分。
图3a中所示的通道走向仅为示例。通道130可以在其两个出口开口132、134之间遵循任何路径。通道走向可以根据容纳通道130的承载块120的结构情况而定。尤其是，例如为了绕开障碍物，通道130可以在承载块120内部改变其方向和/或可分成两个或更多个子通道131、133。
将结合图3b及3c进一步阐明这种情况。图3b所示为图3a中所示的叠片块100的放大的剖视图。该剖视图仅示出在孔152a附近的叠片块区域。通道130的走向在孔152a的周围弯曲地设计。通过弯曲的走向，通道130可以在孔152a处绕过。
图3c示出图3a中所示的叠片块100上的放大俯视图。图3c中的视图仅示出在孔152b附近的叠片块区域。如由图3c可见，通道150在孔152b附近分成两个子通道131、133，这些子通道环绕孔152b。通过将通道130分成各具有较小的通道横截面的两个子通道131、133，可以毫无问题地绕过孔152b。两个子通道131、133的横截面积的总和在此可以为不显著地小于通道130在分开前后的横截面积。由此确保的调温流体可以在没有明显的阻力的情况下流过通道130。
回到图3a。此外如图3a中示例性地示出，构造在承载块120中的通道130可以具有可变的横截面Q1、Q2、Q3、Q4。通道130分别在其第一出口开口132处及附近以及在其第二出口开口134处及附近具有圆形横截面(参见图3a，通道横截面Q1及Q4)。在它们之间，通道130局部地具有椭圆形横截面Q2、Q3。从圆形横截面Q1、Q4到椭圆形横截面Q2、Q3的过渡可以连续地(无级地)进行。所示出的沿着通道130的横截面变化为示例性的。同样可设想到的是具有其它的横截面造型(及横截面变化)的通道。
这里结合图3a至3c所描述的通道伸展情况与根据现有技术的通常的孔的不同之处在于，通道130设计为在其横截面造型方面以及在其介于两个出口开口132、134之间的通道伸展情况方面是可变的。尤其是，通道横截面和/或在叠片块100(承载块120)内部的通道伸展情况依据调温要求和通道130被容纳于其内的叠片块100(承载块120)的造型情况而相应地调整(优化)。与现有技术的另一不同之处在于，通道130被实现为叠片块100(承载块120)内部的空腔，该空腔与叠片块100(承载块120)的外围直接接触。因此，在腔室中引导的调温流体可以与叠片块100直接热接触。
结合图4将描述叠片块100a的另一实施例。叠片块100a表明有叠片结构110以及承载结构120，它们大致对应于图3a至3c中所示的叠片块100的叠片结构110及承载结构120。它们因此标有相同的标号。参考上面对图3a至3c的对应描述。图4中的叠片块100a与图3a至3b的叠片块100之间的主要差异在于通道130a的设计。在图4所示的变型中，通道130a被构造为环形的。它具有两个环。通过环形的结构，在通道130a中循环的调温流体与承载块120之间实现了特别良好的热耦接。
为了制造上面所描述的具有用于引导调温流体的至少一个通道的叠片块100、100a，可以使用衍生式的或增材式的制造方法。这种制造方法在图5中示出，且在下文中详细描述。
因此使用3D打印方法。在这种情况下，在第一步骤S10中，计算3D叠片块造型(CAD数据)。3D叠片块造型或描述3D叠片块造型的CAD数据尤其还描述了要构造在叠片块中的至少一个通道130、130a的造型及走向。可以在考虑规定的模型参数(例如叠片块的造型、叠片块的材料、叠片块的热特性)的情况下，针对每个叠片块单独计算要构造在叠片块(承载块)中的至少一个通道130、130a的造型及走向。
在接下来的第二步骤S20中，所计算的3D造型数据被转换成用于运行3D打印装置的控制指令。3D打印装置可被设计用于执行3D打印方法(例如激光烧结方法或激光熔化方法)。
基于所产生的控制指令，接着通过3D打印装置逐层地构造叠片块100(步骤S30)。金属材料或聚合物材料可以用作3D打印的材料。
由于根据调温需求或其他需求，可以实现具有可变的造型及可变的走向的一个或更多个通道，这里描述的用于制造根据本发明的叠片块100、100a的3D打印方法是有利的。至少一个通道不必保持局限于均匀的圆形孔，而是可以根据调温需求(冷却需求或加热需求)可变地设计。通过使得块体经受有效的冷却/加热，可以依据叠片块的造型情况，针对于每一个叠片块调整至少一个通道的走向和造型。
将结合图6描述用于校准挤压的塑料型材550的校准装置500。图6所示为校准装置500的剖视图。在图6所显示的实施例中，要被校准的型材550为管型材。
校准装置500包括上面所描述的根据本发明的多个叠片块100，这些叠片块在校准装置500的周围方向上彼此相对布置，使得它们形成了具有所希望的校准开口510的校准笼505。此外如图5中示意性地示出，相邻的叠片块100可以布置为相互嵌接。为此，相邻的叠片块100的叠片112及沟槽114在它们的布置方式及尺寸上(尤其是在沟槽宽度及叠片宽度上)彼此协调，使得相邻地布置的叠片块100的叠片112能够梳状地相互嵌接。
此外，校准装置500包括多个致动装置520(例如线性致动器)，其中，致动装置520分别与叠片块100耦接。致动装置520被设置来使相应的叠片块100在径向方向上(即垂直于要被校准的型材的进给方向)位移。由此可以依据要被校准的型材550相应地调整校准开口510的有效横截面。
此外，校准装置500包括壳体530，用于容纳致动装置520及叠片块100。壳体530可以构造为圆柱形。它可以具有内壳圆柱530a及外壳圆柱530b，其中，致动装置520的组件可以布置在内壳圆柱530a与外壳圆柱530b之间的中间空间中，类似于DE 198 43 340C2中所描述的校准装置。
这里所描述的在叠片块内部的通道的灵活设计能够实现在调温流体与叠片块100之间的有效的热耦接。通过借助3D打印来制造叠片块100，可以对叠片块内部的通道进行任何可能的设计及改变。除了通过在此描述的通道设计进行更有效的冷却之外，还能够实现相较于现有技术更紧凑的设计。

Claims (20)

1.一种用于校准挤压的型材(550)的校准装置(500)的叠片块(100、100a)，其中，所述叠片块(100、100a)包括叠片结构(110)，该叠片结构具有多个叠片(112)，所述叠片通过沟槽(114)相互间隔开，且在所述叠片块(100、100a)的纵向方向(L)上布置，其特征在于，所述叠片块(100、100a)具有至少一个通道(130、130a)，用于供给调温流体，其中，所述至少一个通道内置地构造在所述叠片块(100、100a)中。
2.如权利要求1所述的叠片块(110、100a)，其中，在所述叠片块(100)内部的所述至少一个通道(130、130a)经过设计，使得所述至少一个通道(130、130a)遵循预定的路径。
3.如前述权利要求中任一项所述的叠片块(100、100a)，其中，所述至少一个通道(130、130a)具有可变的横截面。
4.如前述权利要求中任一项所述的叠片块(100、100a)，其中，在所述叠片块(100、100a)中的所述至少一个通道(130、130a)环形地构造。
5.如前述权利要求中任一项所述的叠片块(100、100a)，其中，所述叠片块(100、100a)中的所述至少一个通道(130、130a)在所述叠片块(100、100a)中的预定的第一位置分成两个或更多个子通道(131、133)。
6.如权利要求5所述的叠片块(100、100a)，其中，两个或更多个所述子通道(131、133)在所述叠片块(100、100a)中的预定的第二位置又汇集成一个通道。
7.如前述权利要求中任一项所述的叠片块(100、100a)，其中，所述叠片块(100、100a)还具有承载结构(120)，所述叠片结构(110)的叠片(112)固定在该承载结构上，其中，所述至少一个通道(130、130a)构造在所述承载结构(120)中。
8.如前述权利要求中任一项所述的叠片块(100、100a)，其中，所述至少一个通道(130、130a)为调温回路的一部分。
9.如前述权利要求中任一项所述的叠片块(100、100a)，其中，所述叠片块(100、100a)一体地构造。
10.如前述权利要求中任一项所述的叠片块(100、100a)，其中，所述叠片块(100、100a)通过3D打印或通过增材制造方法来制得。
11.一种用于校准挤压型材的校准装置(500)，包括根据权利要求1至10中任一项所述的多个叠片块(100)，其中，所述叠片块(100)彼此相对布置以形成校准开口。
12.如权利要求11所述的校准装置(500)，其中，所述校准装置(500)包括多个致动装置(520)，其中，每个致动装置(520)都分别与一个叠片块(100、100a)耦接，以各自地致动每个叠片块(100、100a)。
13.如权利要求10或11所述的校准装置(500)，还包括调温装置，该调温装置与至少一个通道(130、130a)流体地耦接。
14.一种用于制造根据权利要求1至10中任一项所述的叠片块(100)的方法，包括以下步骤：通过3D打印或通过增材制造来制得所述叠片块(100)。
15.如权利要求14所述的方法，还包括：计算3D叠片块造型；将该计算出的3D叠片块造型数据转换为用于所述3D打印或增材制造的相应的控制指令。
16.一种用于制造叠片块(100)的方法，包括以下步骤：
-建立描绘根据权利要求1至10中任一项所述的叠片块(100)的数据组；
-将所述数据组储存在储存装置或服务器上；和
-将所述数据组输入到处理装置或计算机中，该处理装置/计算机控制用于增材制造的装置，从而该装置制得在所述数据组中描绘的所述叠片块(100)。
17.一种用于叠片块(100)的增材制造的系统，包括：
-用于产生数据组的数据组产生装置，该数据组描绘了根据权利要求1至10中任一项所述的叠片块(100)；
-用于储存所述数据组的储存装置；
-处理装置，用于接收所述数据组，并且用来控制用于增材制造的装置，从而该装置制得在所述数据组中描绘的所述叠片块(100)。
18.一种计算机程序，包括数据组，在由处理装置或计算机读取所述数据组时，所述数据组引起所述处理装置或计算机控制用于增材制造的装置，从而用于增材制造的该装置制得具有根据权利要求1至10中任一项所述的特征的叠片块(100)。
19.一种计算机可读的数据载体，其上储存有根据权利要求18所述的计算机程序。
20.一种数据组，其描绘了具有根据权利要求1至10中任一项所述的特征的叠片块(100)。
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