CN117729996A - 模制工具、制造该工具的方法以及在该工具中生产复合部件的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于使用感应加热生产复合部件的模制工具。该模制工具(1)具有模具(10)，该模具具有适于与待转变成复合部件的材料接触的接触表面和外表面(12)。模具(10)被配置成由以蜿蜒状图案布置在模具(10)的外表面(12)上的至少一个主线圈(21、22)感应加热，使得由流过至少一个主线圈(21、22)的交流电流生成的磁场在要被加热的模具(10)的至少部分中感应电流，并且布置在模具(10)的外表面(12)上的至少一个周边线圈(23、24)被配置成界定要被感应加热的模具的至少一个区域。所述至少一个主线圈(21、22)和所述至少一个周边线圈(23、24)包括绞合线，所述绞合线与所述模具(10)电绝缘并且与至少一个处理装置操作性连通。

Description

模制工具、制造该工具的方法以及在该工具中生产复合部件 的方法

技术领域

本发明涉及一种用于使用感应加热生产复合部件的模制工具、制造该模制工具的方法以及使用该工具生产复合部件的方法。

背景技术

在过去的几年中，人们对轻质材料在例如汽车和航空工业中的使用越来越感兴趣，其中主要目标是减少运输过程中的碳排放。例如，越来越普遍的是，交通工具或飞行器部件由纤维复合材料制成。

当生产部件例如车门或飞机部件时，重要的是具有受控的加热并确保遍及部件的相关区域的均匀的热分布。在现有技术中存在用于复合材料制造的模制工具的几个例子，它们都具有不同的缺点。例如，它们经受要被加热和冷却的大热质量，这意味着长的循环时间和高的能量消耗。另一个常见的问题是不均匀的加热，这不利地影响部件性能和产量。大的物理空间需求和高的资本支出投资是现有解决方案的其它常见挑战以及尺寸或温度的限制。

常见的热源是烘箱和加热的高压釜、加热筒、电阻丝、IR灯，所有这些都具有它们的优点和缺点。环境方面是涉及某些能源的另一个重要主题，例如热油和高压蒸汽技术。

通常使用所述热源并具有上述缺点的复合材料生产方法的实例是树脂传递模制和压缩模制，通常在一些类型的压机内使用以保持两个半模在一起。其它实例是真空灌注、真空袋和高压釜处理，其中半模之一通常由柔性膜或袋代替，或其中半模通过模具内部和外部之间的压力差被推到一起。

因此，需要用于制造复合部件的改进的模制工具，其允许短的循环时间，是能量有效的并且导致高的质量和产量，以实现成本有效的批量生产。

发明内容

本发明的目的是解决或至少减轻与现有技术相关的问题。该目的通过所附独立权利要求中阐述的技术来实现；优选实施例在相关的从属权利要求中限定。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于使用感应加热生产复合部件的模制工具。该模制工具具有模具，该模具具有适于与待转变成复合部件的材料接触的接触表面和外表面。所述模具被配置成由以蜿蜒状图案布置在所述模具的外表面上的至少一个主线圈感应加热，使得流过所述至少一个主线圈的交变电流在其主要范围内遵循所述蜿蜒状图案在所述模具的外表面上交替地沿相反的方向被引导，其中由所述电流产生的磁场被配置成在所述模具的待加热的至少部分中感应电流，并且至少一个周边线圈被布置在所述模具的外表面上并且被配置成界定所述模具的待感应加热的至少一个区域。所述至少一个主线圈和所述至少一个周边线圈包括绞合线，所述绞合线与所述模具电绝缘并且与至少一个处理装置操作性地连通。

磁场优选地由流过至少一个主线圈和至少一个周边线圈两者的电流产生，并且被配置成在要被加热的模具的至少部分中感应电流。

在一个实施例中，交变电流流过至少一个主线圈的至少85％在模具的外表面上交替地沿相反方向引导。在一个实施例中，流过至少一个主线圈的交变电流在模具的外表面上基本上沿交替相反的方向被引导。在一个实施例中，术语“主要范围”应被视为在很大范围内。

在一个实施例中，至少一个主线圈和至少一个周边线圈可以通过粘合元件被附着到模具。

在一个实施例中，至少一个主线圈和至少一个周边线圈可以经由单独的背衬结构附接到模具的外表面。背衬结构可以从模具偏移。

在一个实施例中，每个线圈可以连接到高频电流源，并且线圈可以由相同或不同的源供电。优选地，高频电流源是频率转换器。

在一个实施例中，模具可以是壳体工具或实心工具。这两种类型通常用于纤维复合材料处理。模具实际上可以具有任何形状，并且包含任何数量的腔。由于重量轻，壳体工具优选地适用于生产大型部件或需要深腔的时候。

模制工具的至少部分可以是导电的，以能够通过感应加热。模具至少部分地由选自碳纤维复合材料或金属组成的组中的材料制成。

具有由因瓦合金制成的模制工具的优点在于，其具有低的热膨胀系数和长的工具寿命。

此外，具有由镍制成的模制工具的优点在于，其可使用增材方法制造成在接触表面上具有良好表面质量且具有长使用寿命的轻质壳体工具。

此外，具有由铝和钢制成的模制工具的优点在于，存在许多供应商、相对低的成本和长的使用寿命。

此外，具有由碳纤维复合材料制成的模制工具的优点在于，其可以用增材方法制造成轻质壳体工具，包括大且复杂的几何形状，相对成本有效且具有低热膨胀系数。

在一个实施例中，模制工具包括布置在沿着至少一个主线圈和/或至少一个周边线圈的预定区域处的至少一个软磁元件和/或至少一个导电元件。沿着线圈布置软磁元件和导电元件的优点在于，可以实现更均匀或期望的热分布，并且可以屏蔽对高温敏感的部件或区域，以避免或减少不期望的加热。

根据本发明的另一方面，提供一种制造模制工具的方法。该方法包括提供模具的步骤，该模具配置成被感应加热，具有接触表面和外表面。此外，该方法包括提供至少一个主线圈和至少一个周边线圈。该方法还包括在模具的外表面上以蜿蜒状图案布置至少一个主线圈，使得流经至少一个主线圈的交变电流在其主要范围内遵循蜿蜒状图案在模具的外表面上交替地沿相反的方向被引导，其中由电流生成的磁场被配置为在模具的待加热的至少部分中感应电流。此外，该方法包括将至少一个周边线圈布置在模具的外表面上，使得其界定模具的待感应加热的至少一个区域。所述至少一个主线圈和所述至少一个周边线圈包括绞合线，所述绞合线与所述模具电绝缘，并且与至少一个处理装置操作性地连通。

在一个实施例中，制造模制工具的方法还可以包括经由粘合元件或经由背衬结构将至少一个主线圈和至少一个周边线圈附接至模具的外表面。

在又一实施例中，制造模制工具的方法还可以包括在沿着至少一个主线圈和/或至少一个周边线圈的预定区域处布置至少一个软磁元件和/或至少一个导电元件。

根据本发明的又一方面，提供了一种制造复合部件的方法。该方法包括提供根据上述内容的模制工具的步骤。此外，该方法包括将纤维和塑性材料放置在模具的接触表面上，封闭模具并在待处理的材料上施加固结压力。该方法还包括根据预定时间-温度曲线感应加热包含材料的模具以固结和/或固化材料以生产复合部件的步骤。

在一个实施方式中，在对待处理的材料施加固结压力的步骤之前，该方法可以进一步包括在材料上施加真空压力的步骤。

在一个实施方案中，所述方法可以进一步包括冷却所述模制工具和/或所述生产的部件的至少一部分，并且将所述部件从所述模制工具脱模的步骤。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造复合部件的方法。该方法包括提供根据上述内容的模制工具的步骤。此外，该方法包括将待处理的纤维材料放置在模具的接触表面上，封闭模具，施加真空压力并用塑性材料灌注纤维材料，由此塑性材料形成待处理的材料的一部分。该方法还包括根据预定时间-温度曲线感应加热包含纤维和塑性材料的模具以生产复合部件的步骤。

在一个实施例中，感应加热和施加压力或将塑性材料或树脂灌注在模具上的步骤同时发生。

在又一实施例中，该方法还可以包括冷却模制工具和/或生产的部件的至少一部分，并且将该部件从模制工具脱模的步骤。

附图说明

现在将通过示例的方式参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1a是根据一个实施例的与处理装置相关的模制工具的示意性框图，

图1b是根据一个实施例的模制工具和材料的示意图，

图2是根据一个实施例的附接到模制工具的模具的线圈组件的横截面图，

图3是根据一个实施例的附接到背衬结构的线圈组件的横截面图，该支撑结构又附接到模制工具的模具，

图4是示出根据一个实施例的制造模制工具的方法的示意性框图，

图5a是示出根据一个实施例的生产复合部件的方法的示意性框图，

图5b是示出根据另一实施例的生产复合部件的方法的示意性框图，

图5c是根据一个实施例的在模制工具中制造复合部件的方法的一部分的示意图，

图6是根据一个实施例的具有一个主线圈和一个周边线圈的模制工具的外表面的透视图，

图7是根据另一实施例的具有一个主线圈和一个周边线圈的模制工具的外表面的立体图，

图8是根据一个实施例的具有两个主线圈和一个周边线圈的模制工具的外表面的透视图，

图9是根据另一实施例的具有两个主线圈和一个周边线圈的模制工具的外表面的透视图，

图10是根据一个实施例的具有两个主线圈和两个周边线圈的模制工具的外表面的透视图，以及

图11是根据另一实施例的具有两个主线圈和两个周边线圈的模制工具的外表面的透视图，

图12是根据一个实施例的线圈布置的示意图，

图13是根据另一实施例的线圈布置的示意图，以及

图14是根据另一实施例的线圈布置的示意图。

具体实施方式

模制工具通常用于生产不同形状的复合部件。要生产的典型部件是机动车辆部件、无人机或飞机部件以及风能部件，例如车身面板和结构部件，例如车门、飞机和风车翼等。在本文公开的发明构思内可应用的工具是具有单个或多个空腔的壳体工具和实心工具。本发明的概念主要涉及用于制造复合制品的感应加热工具。

现在将参考附图描述本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在附图中示出的特定实施例的详细描述中使用的术语不是要限制本发明。在附图中，相同的标号表示相同的元件。

参照图1a-b，模制工具1包括模具10和线圈组件20，模制工具1与至少一个处理装置30操作性地连通，处理装置30控制线圈组件20的操作并为其供能，从而也控制感应加热过程，该感应加热过程加热模具1并导致复合部件A的生产。

如图1b所示，从横截面图看，模具10具有主体，该主体具有接触表面11和外表面12。接触表面11是模具10的内部区域，该内部区域被配置成面对在模制过程中将转变成复合部件A的材料110。模具10也可以看作具有空腔的主体，该空腔的尺寸和形状被确定成待生产的部件A的期望形状。模具10的接触表面11被配置成接收材料110。例如，在模制工具1的模具10中生产的部件A是车门，或任何其它复合部件。模具10可以包含多于一个的型腔，从而可以在单个生产周期中生产多个部件，仍然涉及材料110被转变成复合部件A。

下面，接触表面11将被称为模具的前侧，外表面12将被称为模具10的后侧。后侧12是模具的线圈组件20将要附接到的部分。因此，模制工具1的加热由布置在模具10的后侧12上的线圈组件20引起。可选地，线圈组件20通过位于后侧12附近的背衬结构13附接到后侧，这将关于图3进一步详细描述。

通常，模具10以及因此模制工具1至少部分地由选自碳纤维复合材料或金属组成的组中的材料制成。该材料优选地是具有显著电导率的材料，以能够通过感应加热，例如大于1西门子/米。

如果模具10由碳纤维复合材料制成，则模具10可以是碳纤维增强塑料(CFRP)。纤维增强材料也可以是碳和另一类型的技术纤维例如玻璃纤维、玄武岩纤维等的混合物。纤维可以是连续的或切短的、单向的层或多轴的叠层或随机定向的纤维。在优选的实施方案中，纤维是织造的。不同类型的纤维和铺层具有它们的特定优点，例如刚度、热膨胀系数(CTE)、电和热性能，并且优选地使用具有高导热性的碳纤维，例如沥青碳纤维或高导热性的聚丙烯腈碳纤维，以简化均匀温度的产生。类似的选择适用于基体材料，其中容易且低温处理是有利的，以及耐高温性和高玻璃化转变温度。低CTE和长耐久性或使用寿命也是重要的性质。基体的例子可以是环氧树脂、双马来酰亚胺、聚酰亚胺、苯并噁嗪、酚醛塑料以及硅树脂，以及热塑性塑料或半结晶，例如聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)等。

如果模具10至少部分地由金属制成，则其通常可以是钢、铝或合金，例如不胀钢。镍或镀层钢也是常见的，但是任何金属都可以工作，并且根据具体应用可能是有益的。使用金属或碳纤维复合材料的目的是模制工具1，更重要的是其模具10，应该能够被感应加热。基本上，模制工具1是感受器，这意味着它具有吸收电磁能并将其转化为热的能力。在这种情况下，模具1通过线圈组20感应加热。在模制过程中，待处理的材料110，通常是纤维和聚合材料的混合物，被配置为由感应加热的模具1加热。待处理的材料110也可以是纤维材料，其稍后在模制过程中被注入树脂。总之，在模制过程期间要注入的树脂或塑性材料被认为是要处理的材料110的一部分。

在一些情况下，模具10和待处理的材料110可以是类似的材料，并且还可以直接从感应中吸收热量。将在下面更详细地讨论待处理的材料110。当对部件的一个侧面的要求低于另一个侧面的要求时，模具10可以是单面的以降低成本，并且提供更简单的模制工具1。根据工艺和要求，模具可以替代地是双面的，或者作为两个独立的模制工具1、工具半部或者作为一个模制工具1，其中线圈21-24中的至少一个连接在一起，尽管机械上它可以是两个单独的模具10。

在模具10中的待处理的材料110将主要由于其与接触表面11的接触而被加热，但是如果其含有碳纤维，则也可能直接从感应加热吸收一定量的能量。材料110通常是基于纤维材料和聚合材料的混合物的复合材料。作为非限制性实例，材料可以包含多个纤维层，例如嵌入热固性或热塑性基体中的10层玻璃或碳纤维。该材料可以由纤维的织造网制成，或者例如由有序或随机取向的短切纤维制成。可选地，所述网是非织造的。基体可以是例如环氧树脂、聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)，或者它可以是半结晶热塑性材料，例如聚苯硫醚(PPS)或聚对苯二酮(PEEK)等。纤维也可以是任何其它工业用纺织品，例如亚麻纤维、芳族聚酰胺、超高分子量聚乙烯等。作为非限制性实例，玻璃纤维可用作聚碳酸酯基基体中的增强材料。复合材料也可以通过混合纤维增强物，例如玻璃纤维和碳纤维来构建。

通过在压力下加热待处理的材料110，在模制工具1中产生部件A。换句话说，当材料110被感应加热的模制工具1加热时，由于在工艺开始时已经存在基体材料，或者由于在使用浸渍工艺的工艺期间添加了基体材料，因此制造部件A。优选地，在真空压力下处理材料110以降低空隙、针孔或不充分浸湿的风险。

如图1a所示，模制工具1包括线圈组件20，线圈组件20优选地包括至少一个主线圈21、22和至少一个周边线圈23、24，在下文中，将分别描述主线圈和周边线圈。

在一个实施例中，模制工具1布置有一个或多个布置在模具10的后侧12上的主线圈21、22。主线圈21、22与模具10电绝缘并且被配置为当电流流过它们时感应加热模具10。优选地，主线圈由绞合线制成，这是由于其在高频下的柔性和低损耗。根据尺寸和应用，可以有一个或多个并联的导线，以确保系统的良好效率。

此外，主线圈21、22还被定义为加热模具10的主要区域(至少50％)的至少一个线圈，即材料110所放置的主要区域。它也可以描述为覆盖模具最大部分的线圈。根据模具10的几何形状，由主线圈21、22和周边线圈23、24覆盖的面积的分布将改变。通常，模具越大，主线圈覆盖的面积分数越大。

为了在模制过程中实现均匀的热量分布，主线圈21、22在模具10的后侧12上主要以蜿蜒状图案布置。该蜿蜒状图案可以看作是烹饪格栅或烤架图案、蛇形图案或正弦波图案。无论哪种方式，蜿蜒状图案的主要目的都是使流过每个主线圈21、22的电流交替地沿其长度方向局部地沿相反方向引导并贯穿模具10的后侧12。这从图6-14所示的小箭头中可以清楚地看出，电流的相反方向的目的是补偿或分散线圈周围产生的局部磁场，以实现模具10的均匀加热。

描述蜿蜒状图案的另一种方式是通过模具10被配置成由至少一个主线圈感应加热的事实。每个主线圈21、22以蜿蜒状图案布置在模具10的后侧12上，使得流过每个主线圈21、22的交变电流在模具10的后侧12上沿着蜿蜒状图案交替地沿相反方向被引导。然后，由电流产生的磁场被配置成在模具10的待加热的至少部分中感应出电流。

换句话说，布置在模具的后侧12上的每个主线圈21、22沿着其长度折叠或弯曲至少一次。每个主线圈21、22可沿其长度弯曲几次。此外，每个线圈可以是直的、弯曲的或在弯曲之间成形。在每个弯曲的下游，电流相对于其在相同弯曲的上游的方向改变方向。

描述蜿蜒状图案的另一种方式可以是通过平行线，其中每条线与相邻线在其末端处接合在一起。这样，沿主线圈21、22的线路在一个方向上流动的电流相对于在同一主线圈21、22的相邻线路中流动的同一电流被引导在相反方向上。

无论如何描述主线圈21、22的蜿蜒状图案，其目的仍然是确保在使用期间沿着每个主线圈21、22的某个部分生成的磁场被沿着相同主线圈21、22的平行部分生成的磁场抵消，以在整个模具10上提供均匀的加热。

模具10的形状代表待制造的部件A的几何形状，其可以变化很多并且具有复杂的形状。由于模具10的形状可能取决于被模制的部件的几何形状，所以在使主线圈21、22成形以实现均匀加热方面可能存在一些困难。然而，如果模具10的后侧12被主要以蜿蜒状图案布置的主线圈覆盖，则是有益的。词语“覆盖”不应以主线圈明确地覆盖模具10的整个后侧12的方式来解释。事实上，在大多数情况下，模具10的后侧12的主要部分不被线圈明确地覆盖。相反，在相邻的匝或线之间存在空间。这个概念也可以从图6-11中理解，其中在线圈的匝或线之间存在空间。因此，“覆盖”意味着模具10的后侧12具有被线圈充分感应加热的区域。此外，主要范围可以看作至少85％。出于实际原因或由于模具10的局部厚度变化，可能有益的是，局部地在模具的小部分或一部分上(＜15％)以来自两个相邻匝的磁场协作并放大热量产生的方式来成形主线圈。这个概念将在下面关于图7进行举例说明和描述。

除了主线圈21、22之外，线圈组件20可具有一个或多个周边线圈23、24。至少一个周边线圈23、24也与模具10电绝缘。就像主线圈21、22一样，每个周边线圈23、24被布置在模具10的后侧12上。每个周边线圈23、24的目的是界定模具10的至少一个待感应加热的区域。换句话说，周边线圈23、24可以被布置成使得其标记待加热的模具10的周边或轮廓。每个周边线圈23、24也可以勾画出模具10上不经受感应加热的区域的轮廓，例如岛状物。例如，一些模制工具1可具有不被加热的区域。在将材料模制到车门中的情况下，与车窗的区域相对应的部件可能不想被模具10加热。这同样可以应用于例如多腔模具。在该特定情况下，第一周边线圈23可以被布置成在模具10的后侧12处围绕主线圈21、22，并且第二周边线圈24可以被布置在模具10的后侧12上的与车门的窗对应的另一位置处。这在图10-11所示的实施例中举例说明，这将在下面进行更详细的讨论。

每个周边线圈23、24的另一个目的是控制由模具中的时间或温度相关特性引起的温度梯度，所述特性例如热损失、热传导、对流或辐射，或者模具或待处理的材料的厚度变化。这些梯度可以出现在主线圈21、22终止于模具10的后侧12的边缘部分处。

如稍后将更详细描述的，两个或更多个周边线圈可以彼此相邻布置。这是有益的，因为它提供了一种控制温度梯度和/或允许在周边区域上施加足够功率的方式。两个或更多个主线圈也可以被布置为彼此相邻。

如上所述，线圈组件20附接到模具10的后侧12(如图2所示)。为此，可能需要紧固装置(未示出)。紧固装置例如可以是螺栓、钩或卡钉的形式。线圈组件20也可以通过粘合剂附接到模具10的后侧12。在一个实施例中，线圈组件20，例如主要由绞合线组成，可以直接粘合到模具10的后侧12上。在另一个实施例中，线圈组件20可以首先粘合或机械装配到背衬结构13(图3中所示)上，该背衬结构又以刚才描述的任何方式或通过机械夹紧，包括压力、真空等，附接到模具10上。背衬结构13可以偏离模具10，此外，背衬结构13可以是与模具10电绝缘的外部结构。背衬结构的组装取决于应用。

为了进一步改进模制工具1的感应加热，软磁元件和导电元件(未示出)可以沿着线圈组件20放置在预定区域。软磁元件通常由具有小磁滞损耗的磁性材料制成。软磁元件典型地以避免材料中的感应电流的方式制造。软磁材料的典型实例是软磁复合材料，有时称为压粉磁芯，或软磁铁氧体。导电元件通常由高导电材料制成，例如铜或铝。软磁和导电元件用于实现期望的加热图案、集中磁通密度、提高感应加热系统的效率、减少杂散磁场以及屏蔽高频电磁场以防止不期望的区域或材料被感应加热。

提供至少一个处理装置30，其与至少一个主线圈21、22和至少一个周边线圈23、24操作地连通。线圈组件20的线圈21、22、23、24可被耦合到同一个处理装置或不同的处理装置。处理装置30被配置成在线圈组件20中产生高频电流。优选地，处理装置30是或包括频率转换器。至少一个处理装置30被配置成向线圈21、22、23、24产生交流电压和电流，以便感应加热模制工具1的模具10，从而可以生产部件A。在一些实施例中，一个处理装置30可单独控制多个线圈。在其它实施例中，可以使用若干处理装置30来控制模制工具1的加热。

优选地，处理装置30包括某种类型的微控制器或中央处理单元、存储器等方面的特定智能，以及至少一种类型的用于操作系统的接口(未示出)，或者作为图形显示器、按钮、旋钮等方面的人机接口，或者作为从诸如PC或PLC的监视系统控制的通信接口。

图2示出了一个实施例，其中线圈组件20被附接到模制工具1的模具10。包括至少一个主线圈21、22和至少一个周边线圈23、24的线圈组件20的附接在图2中由虚线示出。线圈21、22、23、24可以经由紧固装置或经由粘合剂被附接，如前所述。紧固装置可以是例如螺栓、钩、卡钉或机械锁定如压配合的形式。例如主要由绞合线构成的线圈组件20可以直接粘合到模具10的后侧12上。

图3示出了另一实施例，其中线圈组件20的线圈21、22、23、24首先附接到背衬结构13，该背衬结构继而附接到模具10的后侧12。如前所述，背衬结构13可以偏离模具10。此外，背衬结构13可以是与模具10电绝缘的外部结构，在图3中，背衬结构13在其端部处附接到模具10。

现在将参考图4描述制造模制工具1的方法。

在第一步骤中，提供205被配置成感应加热的模具10，其具有接触表面11和外表面或后侧12，在下一步骤中，在模具10上提供210、215至少一个主线圈21、22和至少一个周边线圈23、24。根据图6-11所示的任何实施例，在模具10的外表面12上以蜿蜒状图案布置220至少一个主线圈21、22，使得流过至少一个主线圈21、22中的每一个的交变电流在模具10的外表面12上遵循蜿蜒状图案交替地沿相反方向被引导。由该电流产生的磁场被配置成在要被加热的模具10的至少一部分或部件中感应出电流。可选地，在模具的外表面上按照相同的蜿蜒状图案彼此相邻且基本上平行地布置若干主线圈。

该方法还包括将至少一个周边线圈23、24布置225在模具10的外表面12上，使得其界定模具10的待感应加热的至少一个区域。可选地，多个周边线圈彼此相邻且基本平行地布置，在模具的外表面上遵循相同的图案。模具的“至少一个区域”是指模具的至少一部分。这也可以被配制为待加热的“模具的至少部分”。在一些情况下，希望不加热整个模具。然后，模具的一些区域/部分/部件由周边线圈界定。相同的概念适用于模具的待加热的区域/部分/部件。至少一个周边线圈23、24的布置可以限定这些区域。当模具被加热时，模具的边缘或加热区域通常受到与模具的其余部分不同的对流、传导和辐射冷却的影响，因此能够通过独立地控制该区域中的温度来补偿这一点是有益的。

值得注意的是，至少一个主线圈21、22和至少一个周边线圈21、22包括绞合线。此外，至少一个主线圈21、22和至少一个周边线圈21、22与模具10电绝缘，并且与至少一个处理装置30操作性地连通。至少一个主线圈21、22和至少一个周边线圈23、24经由粘合元件或经由背衬结构13被附接230、235到模具10的外表面或后侧12。

该方法还可以包括在沿着至少一个主线圈21、22和/或至少一个周边线圈23、24的预定区域布置240至少一个软磁元件的步骤。

该方法还可以包括在沿着至少一个主线圈21、22和/或至少一个周边线圈23、24的预定区域处布置245至少一个导电元件的步骤。

图5a中示出了使用模制工具1生产复合制品或部件A的方法。在关于图5a描述的方法中，放置在模具中的待处理材料是纤维和塑性材料的混合物。图5b中示出了另一种方法，其中放置在模具中的材料是纤维材料，在模制过程期间，该纤维材料被注入塑性材料，使得塑性材料然后形成待处理的材料110的一部分。图5C提供了这些方法的部分的示意图。

在图5a-c所示的方法中，待处理的材料110可以由工业纤维构成，例如碳、玻璃、芳族聚酰胺、超高分子量聚乙烯、亚麻或玄武岩纤维，或者可以是纤维和塑性材料的混合物。材料110可以是预浸料坯、片材/整体模塑料(SMC/BMC)、混合纱、中间材料或单独的纤维和塑料，其中塑料可以是例如片材或粉末的形式。塑料组分可以是热塑性或热固性的，纤维组分可以是纤维束、多轴向材料、编织物或随机取向的纤维。材料110的敷层、层数、方向、尺寸和形状可以根据本领域公知的工艺和应用而有很大变化。材料110可以按顺序放入模具中，例如一层一层地放入，或者可以在放入模具之前预成型。除了纤维之外，材料110还可以包含在许多复合部件中常见的芯/间隔/夹层材料，例如泡沫芯、蜂窝结构等，或者金属插入物，典型地用于部件A的最终应用中的组装目的。材料110甚至可以变形为包括纤维复合材料和金属的多材料部件A。

图5a中所示的方法包括提供305具有模具10的模制工具1的步骤，该模具被配置成由根据本文教导的线圈组件20感应加热。可选地，在该阶段将脱模剂添加到模制工具1以便于将生产的部件A从模具10分离。该方法还包括将待处理的材料110放置310在模具10的接触表面11上。优选地，材料110是预制件形式的纤维和塑性材料，该预制件具有与接触表面11类似的形状，易于放入模具中。

在这种情况下，在塑料已经在模具中的情况下，即作为结合在放置在模具中的纤维材料中的基体材料，该方法还包括封闭312模具10并在待处理的材料110上施加315固结压力。模具10可以例如由另一模具1半部或由柔性膜或袋封闭。

在将固结压力施加315在待处理的材料110上之前，该方法可以进一步包括将真空或接近真空的压力施加314在材料110上的步骤。某些方法受益于材料上的减压，即真空压力，以除去夹带的空气，从而在制造过程中增强纤维上的基体的浸润，并从而降低所生产的部件A中的干点或空隙的风险。

固结压力可以例如通过在材料110的顶部上布置真空装袋单元并且执行真空装袋来施加。固结压力也可以通过压机、高压釜施加，或者如果模具内部接近真空压力，则仅通过大气压力施加。在后一种情况下，在材料110上施加315固结压力的步骤通常意味着在模制工具1中抽真空。在一些情况下，真空压力与固结压力相同。

关于图5a描述的方法还包括感应加热320包含材料110的模具10。加热可以根据预定时间-温度曲线进行，以固结和/或固化材料110，从而产生复合部件A。模具10由线圈组件20加热，该线圈组件与处理装置30操作地通，如前所述。模制工具1或其模具10可以在施加压力的步骤315之前、期间和/或之后被加热。

模具10和待处理的材料110在预定的时间段期间保持在模制工具1中的该位置，通常以确保整个材料的足够的温度和纤维复合材料的适当的固结/浸润。在热固性的情况下，树脂或塑性材料在脱模之前必须充分地固化，而在热塑性的情况下，部件在冷却之后变成固体。因此，最终提供固化或固结材料110并形成复合部件A。这在图5c中示意性地示出。对于该方法，存在一些可应用的工艺，例如通常称为压缩模制、冲压成形、高压釜处理、高压釜外处理、真空装袋等。

现在转到图5b，描述了没有基体材料放置在模具中的情况，即，材料110最初仅由纤维组成的情况，可能与芯/间隔/夹层材料或金属插入物等组合，如上所述。在提供305模制工具1之后，该方法包括将纤维材料110放置在模具中的步骤。然后，通常用另一个半模、柔性膜或袋来封闭312模具。如上述情况，闭合的模具可以由多个半模、袋或膜或组合组成，一起提供密封或半密封的模具组件。在这种情况下，放置在模具10的接触表面11上的材料110也可以称为纤维材料的敷层或预成形件。

与图5b相关的方法还包括在材料110上施加314降低的压力的步骤，优选地为真空或接近真空的压力。气体的排出可以在单个或多个开口中进行，并且可以仅在该步骤或在整个生产过程中进行。

该方法还包括用基体材料，优选任何类型的低粘度树脂灌注316模具10中的材料110的步骤。在这种情况下，树脂也可以称为塑性材料。这可以使用所谓的真空灌注来完成，其中驱动力是模具中的真空压力与周围压力之间的压力差。灌注也可以使用高达几百巴的较高压力来进行，通常称为树脂传递模塑RTM、高压树脂传递模塑HPRTM、真空辅助树脂传递模塑VARTM等。类似于上面关于图5a所讨论的，该方法还包括感应加热320包含材料110的模具10。

在上述用于制造复合部件A的两种方法中，加热320和施加压力或灌注树脂，即模具10中的材料110中的塑性材料的步骤可以同时发生。加热可以根据预定时间-温度曲线进行以生产复合部件A。模具10由线圈组件20加热，该线圈组件与处理装置30操作性地连通，如前所述。在关于图5b描述的方法的情况下，模制工具1或其模具10可以在灌注基体材料的步骤之前、期间和/或之后被加热。

温热工具通常有利于降低树脂的粘度，但通常也开始化学反应以固化树脂，因此根据应用和材料的选择而应用不同的方面。在优选的情况下，获得了纤维被树脂的适当浸润，而没有干点或空隙。在该方法中，典型的基体是热固性树脂，并且需要基体被固化。新的塑料正在不断地被开发，并且该方法也可以与混合的热固性/热塑性基体以及低粘度热塑性塑料一起使用。

关于图5a和5b以及以上5c描述的两种方法还可以包括对模制工具1的至少一部分和/或在其中形成的已生产部件A进行主动或被动冷却325。最后，所述方法还包括将部件A从模制工具1脱模330。在某些应用中，部件A可以在处理温度下脱模，从循环时间的角度来看这是有益的。相反，从部件质量的角度来看，降低脱模温度通常是有益的。

图5c示出了上面关于图5a和5b描述的部分方法。在如上所述的模制过程期间，将待处理的材料110，即纤维材料和聚合材料的混合物，或者待注入树脂的纤维材料，或者塑性材料布置310在模制工具1中。纤维材料可以例如是碳纤维或者亚麻纤维材料。优选地，混合物是预制件的形状，或一片网。或者，模制工具1布置在流水线系统中，其中材料网逐步地供给到模制工具1中。在加热之前，材料110以虚线示出。材料可以延伸超过模制工具1的周边线圈，根据应用仅在至少一个周边线圈处停止或仅位于加热区域的内部。当通过由处理装置驱动的线圈组件感应加热320成型工具1时，纤维和聚合材料的混合物，即待处理的材料110，被固结或固化，以形成具有与成型工具1的形状相对应的形状的部件A。在固化或固结之后，待处理的材料显示为实线。一旦完成了处理温度曲线，就将模制工具冷却325，并且将部件A从模制工具移除或脱模330。部件A的形状与模具的接触表面相对应。

将参照图6-11描述几个示例性实施例。在这些附图中，至少一个主线圈21、22和至少一个周边线圈23、24以不同的方式布置在模具10的后侧12上。至少一个主线圈21、22以类似于在其自身上来回弯曲的蛇形道路的方式折叠。还参见图12，其中示出了这种线圈布置。

在图6中，示出了模制工具1的模具10的后侧12。周边线圈23附接到后侧12，并且围绕一个主线圈21，其按照如通过以上不同透视图所描述的含义以蜿蜒状图案布置。沿着线圈21、23分布的箭头表示当模制工具1受到感应加热时的电流方向。线圈21、23通常是绞合线。

图7中示出了一个替代实施例。这里，与图6所示的类似，示出了模制工具1的模具10的后侧12。周边线圈23附接到后侧12，并且围绕以蜿蜒状图案布置的一个主线圈21。在图7的中心部分，示出了模具10的一个区域，该区域例如对应于模具中待加热的局部凹痕、凹槽或脊。可以看出，主线圈21在该图的区域周围是不连续的。这由沿主线圈21的‘x’和‘o’之间的虚线示出，‘x’表示流入附图的电流方向，‘o’表示流出附图的电流方向。因此，在图7中，主线圈21‘跳入和跳出’图两次。

在对应于图7中的局部凹痕的模具10的区域中，主线圈21连续直到第一‘o’，在该处主线圈21从模具10的后侧12向外突出。然后，主线圈21在第一‘x’处的局部凹痕中被布置回到模具10的后侧12上。主线圈21在第一‘x’处附接到凹陷部的后侧12，并且沿着凹痕部、凹槽或脊部延伸到第二‘o’，指示主线圈21再次从模具10的后侧12向外突出。位于模具10的侧面上的局部凹痕之外的第二‘x’表示主线圈21被带回到模具10的后侧12上。

在一个实施例中，主线圈中的电流在与线圈的相邻或邻近匝相同的方向上流动。这在图7中由箭头表示，由于主线圈21的布置的不连续性，在局部凹陷周围，电流在该处局部地以相同的方向流动，尽管主线圈21的布置是蜿蜒状的。当电流以与线圈的相邻或邻近匝相同的方向流动时，电流和电磁场被放大。

参考图8，示出了模制工具1的模具10的后侧12。周边线圈23附接到后侧12，并且围绕两个主线圈21、22，这两个主线圈在如上文通过不同视角所描述的含义内以蜿蜒状图案布置。沿着不同线圈21、22、23分布的箭头指示当模制工具1经受感应加热时电流的方向。线圈21、22、23通常是绞合线。

图9示出了另一实施例。在该示例中，除了第二主线圈22在附图的下部是不连续的之外，存在与图8的实施例中相同的特征。这由‘x’和‘o’之间的虚线示出，其在图8中在相同的通道中是连续的。‘x’指示电流流入附图的方向，‘o’指示电流流出附图的方向。因此，在图9中，第二主线圈22在一点处‘跳出’附图。这在模具的形状限制了在覆盖表面的同时使用线圈中的匝之间的预定距离的可能性的情况下可能是有利的。

图10示出了与图8的模具类似的模具10的实施例，但是具有附加的第二周边线圈24和不被感应加热的模制工具1的中心定位的部分。位于中心的部分也可以称为岛。

图11示出了另一个实施例，除了第一周边线圈23围绕主线圈21、22缠绕两次之外，该实施例显示了与图10相同的特征。可选地，代替第一周边线圈23围绕主线圈缠绕两次，遵循周边线圈23沿着模具10的后侧12的相同路径，可以有两个独立的周边线圈围绕主线圈缠绕(未示出)，这两个独立的周边线圈彼此独立并且基本上平行。也可以有多于一个的附加周边线圈围绕主线圈缠绕，与相邻的周边线圈平行布置。换句话说，图11所示的第二周边线圈24也可以围绕附图的位于中心的部分中的所谓的岛缠绕多于一次，或者作为沿其长度缠绕几次的一个周边线圈，或者作为与相邻周边线圈平行布置的两个或更多个周边线圈。

因此，界定待加热的模具的一部分的每个周边线圈可以围绕待加热或隔离的区域缠绕多于两次，或者多于一个的周边线圈可以与相邻线圈平行布置。特别地，待隔离的区域可以被看作是被配置为不经历感应加热的区域。

参照图12，线圈21以类似于蛇形道路的方式折叠，蛇形道路自身来回弯曲。线圈可以是主线圈或周边线圈，其以蜿蜒状图案布置。与前面描述的所有其它实施例类似，线圈21被布置在模具的外表面上，使得流过线圈21的交变电流在其主要范围内沿着蜿蜒状图案在模具的外表面上交替地沿相反方向被引导。

图13示出了在模具的外表面上以蜿蜒状图案折叠的线圈的另一个示例，其中两个线圈21、23遵循相同的图案，彼此偏移。

图14示出了要布置在模具的外表面上的线圈21的蜿蜒状图案的另一示例。线圈21以蜿蜒状图案布置。同样在这里，流经线圈21的交变电流在其主要范围内沿着蜿蜒状图案在模具的外表面上交替地沿相反方向被引导。

可选地，对于本文公开的所有实施例，一个或多个附加主线圈和/或周边线圈可以沿着其路径分别与相同种类的相邻线圈基本上平行地缠绕。这例如在图13中示出，其中虚线曲折线表示与相邻线圈平行布置的附加线圈。对于任何主线圈或周边线圈，这些主线圈可以使用相同或不同的频率同时或顺序地工作。如果它们同时在相同频率上工作，则电流可以具有0和360度之间的相移，并且可以在不同的相移之间交替，例如0和180度，目的是实现期望的加热模式。这种类型的布置对于控制温度梯度和/或允许足够的功率施加在模具的待加热或未加热的相关区域上是有利的。电流可以由一个或几个处理装置产生。具有两个或多个沿其路径彼此平行布置的线圈的原理可以由一个线圈沿其路径或长度缠绕若干次来代替。这在图11中被示例，其中周边线圈23沿着其围绕主线圈的路径缠绕两次。图12和14示意性地示出了单个线圈沿其路径或长度缠绕若干次的另一示例，在这种情况下，蜿蜒状图案类似于烹饪格栅或烤架图案。

Claims (15)

1.一种用于使用感应加热生产复合部件的模制工具，包括：

模具(10)，其具有适于与待转变成复合部件(A)的材料(110)接触的接触表面(11)和外表面(12)；

至少一个主线圈(21，22)，其以蜿蜒状图案布置在所述模具(10)的所述外表面(12)上，使得流过所述至少一个主线圈(21，22)的交变电流在其主要范围内遵循所述蜿蜒状图案在所述模具(10)的所述外表面(12)上交替地沿相反的方向被引导，其中由所述电流产生的所述磁场被配置成在所述模具(10)的待加热的至少部分中感应电流；以及

至少一个周边线圈(23，24)，其布置在所述模具(10)的外表面(12)上并且配置成界定所述模具的待感应加热的至少一个区域；

其中，所述模具(10)被配置为由所述至少一个主线圈(21、22)和所述至少一个周边线圈(23、24)感应加热；以及

其中，所述至少一个主线圈(21、22)和所述至少一个周边线圈(23、24)包括绞合线，所述绞合线与所述模具(10)电绝缘并且与至少一个处理装置(30)操作性地连通。

2.根据权利要求1所述的模制工具，其中，所述至少一个主线圈(21、22)和所述至少一个周边线圈(23、24)经由粘合元件附接到所述模具的所述外表面(12)。

3.根据权利要求1所述的模制工具，其中，所述至少一个主线圈(21、22)和所述至少一个周边线圈(23、24)经由背衬结构(13)附接到所述模具(10)的所述外表面(12)。

4.根据权利要求3所述的模制工具，其中，所述背衬结构(13)从所述模具偏移。

5.根据前述权利要求中任一项所述的模制工具，其中，所述模制工具(1)是壳体工具或实心工具。

6.根据前述权利要求中任一项所述的模制工具，其中，所述模具(10)至少部分地由选自由以下材料组成的组的材料制成：碳纤维复合材料或金属。

7.根据前述权利要求中任一项所述的模制工具，还包括布置在沿着所述至少一个主线圈(21、22)和/或所述至少一个周边线圈(23、24)的预定区域处的至少一个软磁元件和/或至少一个导电元件。

8.一种制造根据权利要求1-7中任一项所述的模制工具的方法，包括：

提供(205)模具(10)，所述模具被配置成被感应加热且具有接触表面(11)和外表面(12)；

提供(210，215)至少一个主线圈(21，22)和至少一个周边线圈(23，24)；

在所述模具(10)的所述外表面(12)上以蜿蜒状图案布置(220)所述至少一个主线圈(21、22)，使得流过所述至少一个主线圈(21、22)的交变电流在其主要范围内遵循所述蜿蜒状图案在所述模具(10)的所述外表面(12)上交替地沿相反方向被引导，其中由所述电流生成的所述磁场被配置成在所述模具(10)的待加热的至少部分中感应电流；

将所述至少一个周边线圈(23，24)布置(225)在所述模具(10)的所述外表面(12)上，使得所述至少一个周边线圈(23，24)界定所述模具(10)的待感应加热的至少一个区域；

其中，所述至少一个主线圈(21、22)和所述至少一个周边线圈(21、22)包括绞合线，所述绞合线与所述模具(10)电绝缘，并且与至少一个处理装置(30)操作性地连通。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

经由粘合元件或经由背衬结构(13)将所述至少一个主线圈(21、22)和所述至少一个周边线圈(23、24)附接(230、235)到所述模具(10)的所述外表面(12)。

10.根据权利要求8或9所述的方法，还包括：

在沿着所述至少一个主线圈(21，22)和/或所述至少一个周边线圈(23，24)的预定区域处布置(240，245)至少一个软磁元件和/或至少一个导电元件。

11.一种制造复合部件的方法，包括：

提供(305)根据权利要求1-7中任一项所述的模制工具(1)；

将纤维和塑性材料(110)放置(310)在所述模具(10)的所述接触表面(11)上；

封闭(312)所述模具(10)；

在待处理的材料(110)上施加(315)固结压力；以及

根据预定时间-温度曲线感应加热(320)包含所述材料(110)的所述模具(10)，以固结和/或固化所述材料(110)以产生所述复合部件(A)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在将固结压力施加(315)在所述待处理的材料(110)上之前，所述方法还包括将真空压力施加(314)在所述材料(110)上的步骤。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述方法还包括：

冷却(325)所述模制工具(1)的至少一部分和/或所述生产的部件(A)；以及

将所述部件(A)从所述模制工具(1)脱模(330)。

14.一种制造复合部件的方法，包括：

提供(305)根据权利要求11-13中任一项所述的模制工具(1)；

将待处理的纤维材料(110)放置(310)在模具(10)的接触表面(11)上；

封闭(312)所述模具(10)；

施加(314)真空压力并用塑性材料灌注(316)所述纤维材料，所述塑性材料由此形成待处理的所述材料(110)的一部分；

根据预定时间-温度曲线感应加热(320)包含所述纤维和塑性材料(110)的所述模具(10)以产生复合部件(A)。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法进一步包括：

冷却(325)所述模制工具(1)的至少一部分和/或所述生产的部件(A)；以及

将所述部件(A)从所述模制工具(1)脱模(330)。