CN113543954B - 具有叠片贯穿部的叠片块 - Google Patents

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Abstract

提供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)，所述叠片通过沟槽(114)彼此间隔开且在所述叠片块(100、100a)的纵向方向上布置。至少一些所述叠片(112)设有至少一个具有给定的可变的造型的叠片贯穿部(115)。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

具有叠片贯穿部的叠片块
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 43 340 C2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。相互嵌接的叠片形成具有圆形校准开口的校准笼，要校准的管被引导通过该校准笼(特别是参见DE 198 43 340 C2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。
DE 103 15 125 B3涉及一种用于校准环形型材特别是管的校准装置，它包括多个由各个区段构成的前后相继地布置的区段环，这些区段环的内表面共同地形成了校准开口。DE 10 2005 002 820 B3涉及一种用于挤压的塑料管的可无级地调节的校准套管，其带有一个输入头部和两个带子层，这些带子层按照犬牙形篱笆的方式交叉，并且在交叉点铰接地相互连接。
US 2003/211 657 A1公开了一种立体光刻地制造的冷却体。如果采用了立体光刻方法，以便制造冷却体的散热部件，则散热部件可以具有非直线的或弯曲的通路，空气可以流经这些通路。由于冷却体的至少一部分立体光刻地制造，所以该部分可以具有由导热材料构成的一摞上下叠置的相互粘附的关联层。这些层可以由非加固的微粒形的或粉末形的材料通过层的加固地选择的区域制成，或者由材料层通过规定物体层制成。
在DE 198 43 340 C2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 43 340 C2的图3)。相邻叠片之间的距离也称为沟槽。图1中还示出了串连的叠片块的示例。图1中所示的叠片块10包括多个叠片12和间隔套筒14，它们沿着两个承载杆16交替地串连。这种串起的叠片块制造起来很费力，因而成本很高。
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(或背部结构)的叠片块。图2示出了这样的叠片块的示例。叠片块20包括多个叠片22，这些叠片由块状地形成的承载结构24承载。叠片22沿着承载结构通过沟槽23彼此分开地布置。块状承载结构24在此以实心体(例如杆状体)的形式实现。此外，承载结构24与叠片22一体地设计。由WO2004/103684A1已知具有封闭的承载结构的叠片块的其他示例。具有封闭式承载结构24的叠片块的一个优点在于，它们可以相对容易且成本低廉地制造。例如，图2中所示的一体地设计的叠片块20可以通过合适的处理方法(例如铣削、切割)由一个材料块来制造。然而，也可以考虑使用铸造方法来制造叠片块20。
由于其实心的设计，图1和2中所示的叠片块的叠片具有适度的冷却性能。以上述叠片设计有效地冷却待校准的型材几乎无法实现，这又反映在型材表面的质量上。因此，为了改善冷却性能，提出给叠片块的叠片设有一个或多个圆形孔。冷却水可以流经圆形孔(例如，当叠片浸没在校准笼的冷却水槽中时)，从而可从内部附加地冷却叠片。这种叠片块设计在图3a和3b中示出。
图3a示出叠片块30的3D视图，该叠片块具有承载结构34以及布置在承载结构34上的叠片结构31。叠片结构31包括多个叠片32，这些叠片通过沟槽33彼此间隔开地布置，且这些叠片分别具有四个圆形孔35。在叠片块30的图3b所示的端侧视图中更好地示出了叠片孔35。这些孔35沿着每个叠片32均匀分布地布置，且具有相同的圆形孔横截面。另外，孔35在彼此相继的叠片32中布置在相同的叠片位置。因而所有叠片32都具有相同的钻孔造型。
通过设置叠片孔，可以改善叠片的冷却功能。然而已表明，对叠片块内部的叠片的冷却要求会有很大的变化。因而结合图3a及3b所介绍的给叠片设置均匀的钻孔的方案也达到其极限，因为尽管所设置的钻孔对于某些叠片来说可以是足够的，但对于具有高冷却需求的其他叠片却不够。此外已表明，用于在彼此相继的叠片中产生钻孔的现有技术中所使用的深孔钻削方法繁琐且成本高昂。在串起的叠片块中，可以使用激光切割来代替深孔钻削。然而，如上面结合图1所介绍，就制造和组装而言，串起的叠片块的整体结构明显地更复杂且成本更高。
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，其消除了结合现有技术介绍的问题。此外，本发明的目的是，提供制造成本有利并具有优化的冷却性能的叠片块。
为了实现上述目的以及其它目的，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，其中，至少一些叠片设有至少一个叠片贯穿部，所述叠片贯穿部具有规定的可变造型。叠片贯穿部的造型(特别是贯穿部的横截面形状和/或横截面延展)适配于在叠片结构的相应的叠片上的预期冷却需求。
布置在叠片中的至少一个叠片贯穿部可以在叠片块的纵向方向上(基本上)穿透叠片，或也横向于叠片块的纵向方向穿透叠片(所谓的径向叠片贯穿部)。也可想到相对于纵向方向倾斜地延伸的贯穿部(例如对角线式的贯穿部走向)。
叠片贯穿部的造型基本上可以是指贯穿部的横截面造型(横截面形状和/或横截面延展)。横截面形状(横截面延展)可以是指贯穿部的在垂直于贯穿部的延伸方向的平面中的形状(延展)。如果贯穿部设计成(基本上)平行于叠片块的纵向方向延伸，则横截面形状(横截面延展)可以是指贯穿部的在垂直于叠片块的纵向方向的平面中的形状。除了横截面形状以外，贯穿部造型还可以与贯穿部的走向有关。
可以针对每个叠片各自地调整叠片贯穿部的数量。作为叠片贯穿部的数量的替代或补充，叠片贯穿部的造型也可以针对每个叠片各自地调节。特别地，可以使得叠片贯穿部的数量适配于在叠片结构的相应的叠片上的预期冷却需求。例如，如果叠片的预期冷却需求很小，则可以为相应的叠片设置仅仅一个叠片贯穿部或甚至没有叠片贯穿部。如果叠片具有一个叠片贯穿部，则与叠片的横截面积相比，贯穿部的横截面积可以较小。因此，叠片贯穿部仅占据叠片横截面积的一小部分。相反，具有相当高的冷却需求的叠片可以具有多个叠片贯穿部。多个叠片贯穿部可以一起形成占据叠片横截面积的较大部分的整个横截面积。贯穿部的整个横截面积在此可以占据叠片横截面积的50％以上。
彼此相继的叠片的叠片贯穿部的造型(横截面形状和/或横截面延展)可以变化。例如，叠片可以沿着叠片块设有叠片贯穿部，这些叠片贯穿部具有彼此不同的横截面形状和/或横截面延展。对每个叠片的贯穿部造型的选择可以根据每个叠片的预期冷却需求来调整。替代于此也可考虑的是，彼此相继的叠片的叠片贯穿部具有相同的造型。在这种情况下，彼此相继的叠片的贯穿部相同地设计。
如果在叠片中设置了多个(即至少两个)叠片贯穿部，则叠片内部的叠片贯穿部可以具有相同的造型或彼此不同的造型。特别地，在叠片内部的多个叠片贯穿部的横截面形状和/或横截面延展可以彼此不同地设计。
另外，彼此相继的叠片的叠片贯穿部可以相对彼此错开地布置。彼此相继的叠片的叠片贯穿部可以横向于叠片块的纵向方向相对彼此错开地布置。因而可以将彼此相继的叠片的贯穿部布置在不同的叠片位置。彼此相继的叠片的贯穿部不必在相同的叠片位置重复。确切地说，叠片贯穿部的布置可以随着叠片的不同而变化。
每个叠片贯穿部的横截面造型都可以适配于叠片造型。特别地，每个叠片贯穿部的横截面形状可以适配于相应叠片的横截面形状。每个叠片贯穿部的横截面形状在此可以具有三角形、矩形、多边形、圆形、半圆形、椭圆形的形状或具有其他形状。在叠片内部的每个叠片贯穿部的形状和布置可以经过选择，使得每个叠片贯穿部都有助于改善冷却功能，而在此不会明显地机械地削弱叠片结构。
叠片块还可以具有承载结构，叠片结构的叠片固定在该承载结构中。如开篇结合图1和图2所介绍的，承载结构可以设计成一个或多个承载杆或一个实心的承载结构的形式。
承载结构可以与叠片或叠片结构一体地设计。替代地，叠片结构或叠片以及承载结构可以分别分开地制造。然后可以将叠片结构或叠片与承载结构相应地连接。
承载结构和叠片可以由相同的材料或不同的材料制成。根据一种变型，用于制造承载结构和/或叠片的材料可以由金属材料制成。但是，也可以考虑使用聚合物材料(具有添加剂)。
上述具有各自调整的叠片贯穿部的叠片块优选地借助于3D打印来制造。应用3D打印技术可以实现成本有利地及迅速地制造叠片块，其中，可实现任何任意的贯穿部造型。
根据本发明的另一方面，提供一种用于对挤压的塑料型材进行校准的校准装置，其中，该校准装置具有多个根据本发明的叠片块，这些叠片块彼此相对布置以形成校准开口。这些叠片块的布置在此可以使得它们形成圆形的校准开口。
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方法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打印或增材制造的相应的控制指令。
特别地，计算3D叠片块造型的步骤可以包括计算叠片贯穿部的步骤，其中，针对叠片结构的每个叠片各自地计算叠片贯穿部的造型和布置。通过这种方式，可以产生具有针对每个叠片各自地调整的叠片贯穿部的叠片块。
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/3b是根据现有技术的另一叠片块的视图；
图4a/4b是根据本发明的叠片块的视图；
图5是用于制造根据图4a及4b的本发明的叠片块的方法的方块图；
图6示出根据本发明的校准装置。
具体实施方式
在开篇结合现有技术业已讨论了图1、2、3a和3b。参考那里的说明。
结合图4a和4b，现在将进一步介绍根据本发明的用于校准装置的叠片块100的范例。图4a示出叠片块100的三维视图。图4b示出叠片块100的对应于此的前视图。
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。
叠片块100还可以具有耦接装置(在图4a和4b中未示出)。耦接装置被设置用于与校准装置的致动装置耦接。致动装置同样在图4a和4b中看不见。根据一个实施方式，耦接装置可以具有彼此间隔开地布置的两个或多个螺纹孔。螺纹孔可以内置地在承载结构120中构造。
承载结构120设计为实心本体。承载结构120在垂直于纵向方向的横截面中具有矩形轮廓。同样可想到其他不同于矩形横截面轮廓的轮廓。代替图4a中所示的实心承载本体，叠片块100也可以具有多个承载杆，叠片112固定在这些承载杆上。
现在将在下面进一步地介绍根据本发明的叠片块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(见图4a)。相邻的叠片112通过相应的沟槽114彼此分开。每个叠片112都具有在相对于纵向方向L的横截面中呈三角形的轮廓。每个叠片112还具有背离承载结构120的略微弯曲地设计的叠片面113。叠片面113面向待校准的型材。叠片面与待校准的型材形成接触面。根据应用而定，叠片块100也可以具有不同的叠片形状，该叠片形状可以不同于在此所介绍的三角形横截面轮廓。面向待校准型材的叠片面113同样可以为平坦的或具有其他曲率。
此外如在图4a和4b中所示，沿着叠片块100布置的至少一些叠片110具有贯穿部115。图4a和4b中所示的在叠片块100的端侧上的叠片112示范地具有六个叠片贯穿部115，这些叠片贯穿部分别在叠片块100的纵向方向L上(基本上直线地)穿透叠片112。在各个叠片贯穿部115之间的基本差别在于其造型设计。如由图4b的端侧视图可容易地看出，在其横截面形状和横截面延展方面，六个贯穿部115彼此不同。贯穿部115的横截面形状和横截面延展在此根据其在叠片112内部的布置而变化。例如，布置在叠片中心的贯穿部于是具有比布置在叠片112的锥形外部区域中的那些贯穿部115大得多的横截面延展。此外，对于各个叠片贯穿部115的横截面形状也是类似情况，所述叠片贯穿部相应地适配于叠片112的三角形横截面形状。通过将贯穿部115的(横截面)造型在此所述各自地适配于叠片造型，可以优化(最大化)通过叠片贯穿部115所产生的整个贯穿部面积，而不会显著地削弱叠片112的机械稳定性。通过优化(最大化)贯穿部面积，可以明显地改善(优化)叠片112的冷却功能。
图4a和4b中所示的贯穿部115纯粹是示范性的。不言而喻，每个叠片112的贯穿部115的数量不限于六个贯穿部115，而是可以根据叠片112的冷却需求而变化。同样，贯穿部115的横截面造型(特别是横截面形状)不限于图4a和4b中的横截面造型。贯穿部115可以具有椭圆形、半圆形、圆形、三角形、矩形和/或其他多边形的横截面形状。至关重要的是，贯穿部的数量和/或横截面造型相应地适配于相关叠片的冷却需求。
此外如由图4a和4b可见，承载结构120与叠片结构110一起整体地设计。可以优选地采用衍生式的或增材式的制造方法，用于制造图4a和4b中所示的具有可变叠片贯穿部115的叠片块100。这种制造方法在图5中示出，并将在下面进一步地介绍。
据此采用3D打印方法。在此，在第一步骤S10中计算3D叠片块造型(CAD数据)。特别地，3D叠片块造型(或描述3D叠片块造型的CAD数据)包括为每个叠片设置的各自调整的叠片贯穿部。在此可以考虑预定的模型参数(例如叠片的造型、叠片的材料、叠片的热性能和机械性能)而针对每个叠片各自地计算叠片贯穿部的数量、造型和布置。
在随后的第二步骤S20中，将计算出的3D造型数据转换为用于运行3D打印机的控制指令。3D打印机可以被设计用于执行3D打印方法(例如激光烧结方法或激光熔融方法)。
然后，基于所产生的控制指令，利用3D打印机逐层构造叠片块100(步骤S30)。金属材料或聚合物材料可以用作3D打印的材料。
在此所介绍的用于制造根据本发明的叠片块的3D打印方法是有利的，因为可以根据需要在叠片中实现任意的贯穿部形状。贯穿部形状不必保持局限于均匀的圆形孔，而是可以根据冷却需求(和叠片造型)来可变地设计。可以针对每个叠片优化贯穿部的布置和造型，使得叠片例如在其浸没于校准笼的冷却水槽中时受到优化的冷却。
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。此外如在图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被设置用来使相应的叠片块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 43 340 C2中所描述的校准装置。

Claims (12)

1.一种用于校准挤压的型材(550)的校准装置(500)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)，所述叠片通过沟槽(114)彼此间隔开且在所述叠片块(100)的纵向方向上布置，其特征在于，至少一些所述叠片(112)设有至少一个具有给定的可变的造型的叠片贯穿部(115)，其中，在叠片(112)内部的叠片贯穿部(115)的造型是不同的。
2.如权利要求1所述的叠片块(100)，其特征在于，改变彼此相继的叠片(112)的叠片贯穿部(115)的造型。
3.如权利要求1所述的叠片块(100)，其特征在于，彼此相继的叠片(112)的叠片贯穿部(115)相对彼此错开地布置。
4.如权利要求1所述的叠片块(100)，其特征在于，所述叠片块(100)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。
5.如权利要求1所述的叠片块(100)，其特征在于，所述叠片块(100)一体地构造。
6.如权利要求1所述的叠片块，其特征在于，所述叠片块(100)借助3D打印或借助增材制造方法来制造。
7.一种用于校准挤压型材的校准装置(500)，包括多个根据权利要求1至6中任一项所述的叠片块(100)，其中，所述叠片块(100)彼此相对布置以形成校准开口(510)。
8.如权利要求7所述的校准装置，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)耦接，以各自地致动每个叠片块(100)。
9.一种用于制造根据权利要求1至6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)，
其中，所述方法还包括以下步骤：计算3D叠片块造型；将3D叠片块造型转换为用于3D打印或增材制造的相应的控制指令。
10.如权利要求9所述的方法，其中，计算所述3D叠片块造型的步骤包括：计算叠片贯穿部(115)，其中，针对每个叠片(112)各自地计算所述叠片贯穿部(115)的数量和/或所述叠片贯穿部(115)的造型。
11.一种用于制造叠片块(100)的方法，包括以下步骤：
-建立描绘根据权利要求1至6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，所述处理装置或计算机控制用于增材制造的装置，从而所述用于增材制造的装置制得在所述数据组中描绘的所述叠片块(100)。
12.一种计算机可读的数据载体，其上储存有计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理装置或计算机执行时，实施根据权利要求9至10中任一项所述的用于制造叠片块(100)的方法或根据权利要求11所述的用于制造叠片块(100)的方法。
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