TW202039211A - 具有板片開口的板片塊 - Google Patents

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麥可 艾斯溫
瓦特 布魯寧
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德商克勞斯瑪菲技術有限責任公司
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Abstract

提供用於校準擠製型材之校準裝置的板片塊(100)，其中板片塊(100)包含板片結構(110)，其具有藉由溝槽(114)彼此隔開且配置在所述板片塊(100、100a)之縱長方向中的複數板片(112)。至少數個板片(112)設有至少一個具有給定、可變之幾何形狀的板片開口(115)。再者，提供用於製造上述板片塊(100)、以及包含複數上述板片塊之校準裝置的方法。亦提供用於增材製造上述板片塊(100)之系統、對應電腦程式和對應資料組。

Description

具有板片開口的板片塊
本發明有關用於校準擠製型材之校準裝置的板片塊。本發明更有關用於生產此板片塊之方法、用於增材製造此板片塊的系統、及對應電腦程式和資料組。
校準裝置使用於校準擠製的環形型材、例如管件型材。在製造此等型材期間，首先在擠製機中生產用於製造型材之所期望的塑膠熔體。然後將所生產之塑膠熔體壓按經過擠製機的出口噴嘴，所述噴嘴指定型材之形狀。然後，從擠製機的出口噴嘴出來之型材通過校準裝置，所述校準裝置以尺寸精確的方式對仍加熱之型材進行複製。
由DE 198 43 340 C2已知用於決定擠製型材尺寸之此校準裝置。於其中，教導一可變能調整的校準裝置，所述校準裝置設計用於校準具有不同管件直徑之擠製塑膠管件。校準裝置包含殼體和呈圓形地配置在殼體中的複數板片塊，這些板片可互相咬合。互相咬合之板片形成具有圓形校準開口的校準筐，待校準之管件導引經過校準開口(特別是參見DE 198 43 340 C2的圖1和2)。再者，每一板片塊與提供用於個別板片塊之各個徑向位移的致動裝置耦接。這樣一來，如需要，可對應地調整藉由複數板片塊所形成之圓形校準開口的有效截面。
在DE 198 43 340 C2中所敘述之板片塊的每一者由複數板片所組成，所述板片串起在二隔開之承載桿上。為了在相鄰的板片之間維持所期望的距離，使用間隔套(亦參見DE 198 43 340 C2之圖3)。相鄰板片之間的距離亦稱為溝槽。於圖1上進一步顯示串起之板片塊的範例。在圖1上所顯示之板片塊10包含複數板片12和間隔套14，其沿著二承載桿16交替地串起。此串起之板片塊製造起來很複雜，且因此成本很高。
與上述串起的板片塊不同，亦已知具有封閉式承載件結構(或背脊結構)之板片塊。圖2顯示此板片塊的範例。板片塊20包含複數板片22，所述板片藉由承載件結構24來承載。板片22沿著承載件結構配置，並藉由溝槽23彼此分開。塊狀承載件結構24在此以單塊式本體(例如，桿狀本體)的形式實現。承載件結構24係更與板片22一體地設計。從WO 2004/103684 A1已知具有封閉式承載件結構之板片塊的另外範例。具有封閉式承載件結構24之板片塊的一優點在於它們相對容易且成本低廉地製造之事實。例如，圖2上所描述的整體設計之板片塊20可經由適當的加工操作(例如銑削、切割成一定尺寸)由材料塊所製造。然而，亦可想到使用鑄造製程來製造板片塊20。
由於其龐大之組構，圖1和2上所示的板片塊之板片具有適度的冷卻性能。以上述板片設計有效地冷卻待校準之型材在技術上係不可行的，這又反映於型材表面之質量上。因此，為了改善冷卻性能，建議板片塊的板片上係設有一或更多圓形孔。冷卻水可流經圓形孔(例如，當板片係浸沒在校準筐之冷卻集水槽中時)，從而可從內側另外冷卻板片。此板片設計顯示於圖3a和3b上。
圖3a顯示板片塊30的3D視圖，所述板片塊具有承載件結構34以及配置在承載件結構34上之板片結構31。板片結構31包含複數板片，所述板片藉由溝槽33彼此隔開，且每一板片具有四個圓形孔35。於板片塊30的側視圖中更好地說明板片孔35。孔35均勻地分佈遍及每一板片32，且具有相同之圓形孔截面。另外，孔35配置在按順序的板片32中之相同板片位置。結果是，所有板片32具有相同的鑽孔幾何形狀。
板片孔之配置使得其可能改善用於板片的冷卻功能。然而，已發現放置在板片塊內之板片上的冷卻需求可有很大的變動。結果是，會同圖3a及3b所敘述之為板片提供均勻鑽孔的方式亦超出其極限，因為儘管所提供之鑽孔對於某些板片可為足夠的，這對於具有高冷卻需求之其他板片可為不是此種情況。再者，其已顯示用於在相繼板片中生成鑽孔的先前技術領域中所使用之深孔鑽削製程係複雜且成本高的。可使用雷射切割代替螺紋板片塊中之深孔鑽削。然而，如上面會同圖1所敘述，就生產和組裝而言，帶螺紋的板片塊之整體結構明顯地更複雜且成本更高。
因此，本發明之目的係提供用於校準裝置之板片塊，其消除會同先前技術領域所列舉的問題。本發明之目的係進一步提供製造成本有效並具有最佳冷卻性能之板片塊。
藉由提供用於校準裝置的板片塊來校準擠製之塑膠型材來達成上述目的和其他目的。板片塊包含板片結構，其具有藉由溝槽彼此隔開且配置在板片塊之縱長方向中的複數板片，其中至少數個板片設有至少一板片開口，所述板片開口具有規定之可變幾何形狀。
配置於板片中的至少一板片開口可在板片塊之縱長方向中(基本上)穿透板片，或甚至側向於板片塊的縱長方向穿透(所謂之徑向板片穿透)。亦可想到相對縱長方向傾斜地延伸的開口(例如，對角線之開口前進)。
板片開口的幾何形狀基本上可意指開口之截面幾何形狀(截面形狀及/或截面擴展)。截面形狀(截面擴展)可意指開口在垂直於開口延伸的方向之平面中的形狀(擴展)。如果開口設計成(基本上)平行於板片塊之縱長方向延伸，則截面形狀(截面擴展)可意指開口在垂直於板片塊的縱長方向之平面中的形狀。除了截面形狀以外，開口幾何形狀亦可取決於開口之前進。
可為每一板片個別地調整板片開口的數量。作為板片開口之數量的替代或補充，板片開口之幾何形狀亦可針對每一板片個別地調節。特別地是，可將板片開口的數量及/或幾何形狀(特別是開口之截面形狀及/或截面擴展)調整至待放置在板片結構的各個板片上之預期冷卻需求。例如，如果板片的預期冷卻需求很小，則只能為對應板片提供一或甚至沒有板片開口。如果板片具有板片開口，則與板片之截面表面相比，開口的截面表面可為較小。因此，板片開口僅佔據板片截面表面之一小部分。對比之下，具有相當高的冷卻需求之板片可具有數個板片開口。數個板片開口可一起包含採用板片截面表面的較大部分之整個截面表面。開口的整個截面表面在此可佔據板片截面表面之50%以上。
相繼板片的板片開口之幾何形狀(截面形狀及/或截面擴展)可變動。例如，沿著板片塊的板片可為設有板片開口，這些板片開口具有彼此不同之截面形狀及/或截面擴展。用於每一板片的開口幾何形狀之選擇可據此調整至每一板片的預期冷卻需求。對於此之另一選擇，亦可考慮的是對於相繼板片之板片開口具有相同的幾何形狀。在此案例中，相繼板片之開口在設計上係完全相同的。
如果於板片中配置數個(亦即，至少二個)板片開口，則板片內之板片開口可具有相同的幾何形狀或彼此不同之幾何形狀。特別地是，在板片內的數個板片開口之截面形狀及/或截面擴展可為彼此不同地建構。
另外，相繼板片的板片開口可為相對彼此偏移地配置。相繼板片之板片開口可為相對彼此側向於板片塊的縱長方向偏移地配置。結果是，可將板片配置在變動之板片位置。相繼板片的開口不必於相同板片位置重複。反之，板片開口之配置可隨著板片的不同而變動。
每一板片開口之截面幾何形狀可調整至所述板片幾何形狀。特別地是，每一板片開口的截面形狀可調整至對應板片之截面形狀。每一板片開口的截面形狀在此可塑形像三角形、矩形、多邊形、圓形、半圓形、橢圓形或具有其他形狀。能以使得每一板片開口有助於改善之冷卻功能的方式選擇在板片內之每一板片開口的形狀和配置，而不會以任何明顯之方式機械地削弱板片結構。
板片塊可更具有承載件結構，其中板片結構的板片緊固於其中。如一開始會同圖1和圖2所敘述的，承載件結構能以一或數個承載桿或一大塊之承載件結構的形式來設計。
承載件結構可與板片或板片結構一體地設計。作為替代方案，可隨同承載件結構分開地生產每一板片結構或板片。然後可將板片結構或板片與承載件結構對應地連接。
承載件結構和板片可由相同材料或不同材料所生產。於一變型中，用於生產承載件結構及/或板片的材料可由金屬材料所製成。然而，亦可考慮使用聚合物材料(具有添加劑)。
上述具有個別調整節之板片開口的板片塊較佳地係地借助於3D列印來製造。應用3D列印技術使其可能經濟高效地及迅速地製造板片塊，其中可實現任何所期望之開口幾何形狀。
本發明的另一態樣提供用於校準擠製之塑膠型材的校準裝置，其中校準裝置具有複數根據本發明之板片塊，所述板片塊相對彼此配置以便形成校準開口。板片塊在此能以使得形成圓形校準開口的方式配置。
校準裝置可更包含複數啟動裝置，其中每一啟動裝置與各個板片塊耦接，以便個別地啟動每一板片塊。啟動裝置可使用來徑向於校準開口個別地啟動每一板片塊。結果是，可如所需要地將校準開口之有效截面調整至待校準的型材之截面(直徑)。
校準裝置可更具有殼體，所述殼體提供來容納和儲存啟動裝置及與啟動裝置耦接的板片塊。
本發明之另一態樣提供用於製造如上所述的板片塊之方法。用於製造板片塊的方法涉及至少借助於3D列印或增材製造過程來製造板片塊之步驟。在3D列印過程或增材製造過程中的板片塊之製造於此可包含材料層的逐層雷射燒結或雷射熔融，其中根據要生產之板片塊的形狀連續地(按順序地)施加材料層。
所述方法可更涉及計算板片塊幾何形狀(CAD資料)的步驟。另外，所述方法可涉及將3D幾何資料轉換成用於3D列印或增材製造之對應控制命令的步驟。
特別地是，計算3D板片塊幾何形狀之步驟可涉及計算板片開口的步驟，其中針對板片結構之每一板片個別地計算板片開口的幾何形狀和配置。這使得其可能產生具有針對每一板片個別地調整之板片開口的板片塊。
另一態樣提供用於製造板片塊之方法，所述方法涉及以下步驟：生成資料組，其如上所述對板片塊成像，並將資料組儲存在儲存裝置或伺服器上。所述方法可更涉及：將資料組輸入致動增材製造裝置的處理裝置或電腦，以致處理裝置或電腦生產於資料組中成像的板片塊。
另一態樣提供用於增材製造板片塊之系統，所述系統具有資料組生成裝置，用於生成如上所述的對板片塊成像之資料組；儲存裝置，用於儲存所述資料組；及處理裝置，用於接收所述資料組並以使得增材製造裝置生產在資料組中成像的板片塊之方式來致動增材製造裝置。儲存裝置可為USB記憶棒、CD-ROM、DVD、記憶卡、或硬碟。處理裝置可為電腦、伺服器、或處理器。
另一態樣提供電腦程式或包含資料組的電腦程式產品，同時以使得增材製造裝置生產如上所述板片塊之方式，藉由處理裝置或電腦讀取資料組來造成其致動增材製造裝置。
另一態樣提供電腦可讀資料載體，其儲存上述電腦程式。機器可讀的資料載體可為USB記憶棒、CD-ROM、DVD、記憶卡、或硬碟。
另一態樣提供種資料組，其如上所述對板片塊成像。資料組可儲存於電腦可讀資料載體上。
首先會同先前技術領域業已討論圖1、2、3a和3b。讓其參考那裡的敘述。會同圖4a和4b，現在將進一步敘述根據本發明之用於校準裝置的板片塊100之範例。圖4a顯示板片塊100的三維視圖。圖4b顯示對應於此之板片塊100的前視圖。
板片塊100包含承載件結構120以及包含複數板片112之板片結構110。承載件結構120用作板片結構110用的承載件。
板片塊100可更具有耦接裝置(在圖4a和4b上未示出)。耦接裝置係提供用於與校準裝置之啟動裝置耦接。啟動裝置同樣在圖4a和4b上看不見。根據一實施方式，耦接裝置可具有彼此隔開的二或更多螺紋孔。螺紋孔可整合進入承載件結構120。
承載件結構120設計為塊狀本體。承載件結構120在垂直於縱長方向之截面中具有矩形型材。同樣可想到其他偏離矩形截面型材的型材。代替圖4a上所示之塊狀承載件本體，板片塊100亦可具有將板片112緊固至其上的數個承載桿。
現在將更詳細地敘述根據本發明之板片塊100的板片結構110。板片結構110包含複數板片112，其在板片塊100之縱長方向L中彼此隔開(見圖4a)。相鄰的板片112藉由對應溝槽114彼此分開。每一板片112具有相對縱長方向L之三角形截面型材。每一板片112更具有背離承載件結構120且於設計中略微彎曲的板片表面113。板片表面113面向待校準之型材。其與待校準的型材形成接觸表面。取決於應用，板片塊100亦可具有不同之板片形狀，其可偏離在此所敘述的三角形截面型材。面向待校準型材之板片表面113同樣可為平坦的或具有某種其他曲率。
如於圖4a和4b上進一步指出，沿著板片塊100配置之至少數個板片110具有開口115。圖4a和4b上所示的板片塊100之前側上的板片112示範地具有六個板片開口115，其每一者在板片塊100之縱長方向L(基本上沿著直線)中穿透板片112。個別板片開口115之間的基本差別在於其幾何組構。如業已從圖4b上之前側視圖可識別的，以截面形狀和截面擴展之觀點，六個開口115彼此不同。開口115的截面形狀和截面擴展在此如其於板片112內之配置的函數而變動。例如，配置在板片中心之開口具有比配置於板片112的錐形外部區域之那些開口115大得多的截面擴展。否則，對於個別板片開口115之截面形狀也是如此，所述開口對應地調整至板片112的三角形截面形狀。在此將開口115之(截面)幾何形狀個別地調整至如所述的板片幾何形狀使得其可能最佳化(最大化)藉由板片開口115所產生之整個開口表面，而不會顯著地削弱板片112的機械穩定性。最佳化(最大化)開口表面使得其可能明顯地改善(最佳化)板片112之冷卻功能。
圖4a和4b上所示的開口115純粹係示範性的。不言而喻，每一板片112之開口115的數量不限於六個開口115，而是可取決於板片112之冷卻需求而變動。同樣，開口115的截面幾何形狀(特別是截面形狀)不限於圖4a和4b上之開口。開口115可具有橢圓形、半圓形、圓形、三角形、矩形及/或其他多邊形的截面形狀。至關重要的是，開口之數量及/或截面的幾何形狀係對應地調整至個別板片之冷卻需求。
如從圖4a和4b進一步明顯的是，承載件結構120係與板片結構110一起整體地設計。生成或添加製造製程可較佳地係使用於製造具有圖4a和4b上所示之可變板片開口115的板片塊100。此類型之製造過程係顯示在圖5上，並將於下面更詳細地敘述。
因此，使用3D列印過程。在第一步驟S10中，於此計算3D板片塊幾何形狀(CAD資料)。特別地是，3D板片塊幾何形狀(或敘述3D板片塊幾何形狀的CAD資料)包含為每一板片提供之個別調整的板片開口。在此可考慮預定之模型參數(例如，板片的幾何形狀、板片之材料、板片的熱和機械性能)而針對每一板片個別地計算板片開口之數量、幾何形狀和配置。於隨後的第二步驟S20中，將計算出之3D幾何資料轉換為用於操作3D列印機的控制命令。3D列印機可建構用於執行3D列印過程(例如，雷射燒結過程或雷射熔融過程)。
然後，基於所生成之控制命令，利用3D列印機逐層構建板片塊100(步驟S30)。金屬材料或聚合物材料可使用作3D列印的材料。在此所敘述之用於製造根據本發明的板片塊之3D列印製程係有利的，因為可在板片中實現所需之任何開口形狀。開口形狀不必保持限於均勻的圓形孔，而是可取決於冷卻需求(和板片幾何形狀)來可變地設計。可針對每一板片最佳化開口之配置和幾何形狀，具有將板片暴露至最佳冷卻之目的，例如，當板片浸沒在校準筐之冷卻水集水槽時。
會同圖6所敘述者係用於校準擠製的塑膠型材550之校準裝置500。圖6顯示校準裝置500的剖視圖。在圖6上所描述之實施方式中，待校準的型材550係管件型材。
校準裝置500包含複數如上所述之根據本發明的板片塊100，所述板片塊以使得在校準裝置500之圓周方向中相對彼此的方式配置，以便形成具有期望之校準開口510的校準筐505。如圖5上進一步概要地指示，相鄰板片100可於設計上相互咬合。為此目的，使得相鄰板片塊100之板片112能以梳狀的方式相互咬合，相鄰板片塊100之板片112和溝槽114係以其配置和尺寸的觀點(特別是以溝槽寬度和板片寬度之觀點)彼此特製的。
校準裝置500更包含複數啟動裝置520(例如，線性致動器)，其中一個別之啟動裝置520係與一板片塊100耦接。提供啟動裝置520以在徑向方向(亦即垂直於待校準的型材之進給方向)中位移各個板片塊100。這使其可能對應地調整待校準型材的校準開口之有效截面。
校準裝置500更包含用於承納啟動裝置520和板片塊100的殼體530。殼體530在設計上可為圓柱形的。其可具有內殼圓柱體530a和外殼圓柱體530b，其中類似於DE 198 43 340 C2中所敘述之校準裝置，啟動裝置520的部件可配置在內殼圓柱體530a和外殼圓柱體530b之間的間隙中。
10:板片塊 12:板片 14:間隔套 16:承載桿 20:板片塊 22:板片 23:溝槽 24:承載件結構 30:板片塊 31:板片結構 32:板片 33:溝槽 34:承載件結構 35:孔 100:板片塊 110:板片結構 112:板片 113:板片表面 114:溝槽 115:開口 120:承載件結構 500:校準裝置 505:校準筐 510:校準開口 520:啟動裝置 530:殼體 530a:內殼圓柱體 530b:外殼圓柱體 550:型材
基於以下附圖討論本發明之其他優點、細節、和態樣。顯示有：
[圖1]係根據先前技術領域的用於校準裝置之板片塊；
[圖2]係根據先前技術領域的用於校準裝置之另一板片塊；
[圖3a/3b]係根據先前技術領域的另一板片塊之視圖；
[圖4a/4b]係根據本發明的板片塊之視圖；
[圖5]係用於根據在圖4a及4b上的本發明來製造板片塊之方法的方塊圖；
[圖6]係根據本發明之校準裝置。
100:板片塊
110:板片結構
112:板片
113:板片表面
114:溝槽
115:開口
120:承載件結構
L:縱長方向

Claims (19)

  1. 一種用於校準擠製型材(550)之校準裝置(500)的板片塊(100)，其中該板片塊(100)包含板片結構(110)，其具有藉由複數溝槽(114)彼此隔開且配置在該板片塊(100)之縱長方向中的複數板片(112)，其特徵為至少數個板片(112)設有至少一個具有給定、可變之幾何形狀的板片開口(115)。
  2. 如請求項1的板片塊(100)，其中針對每一板片(112)個別地調整板片開口(115)之數量及/或該等板片開口(115)的幾何形狀。
  3. 如請求項1或2的板片塊(100)，其中變動相繼板片(112)之該等板片開口(115)的幾何形狀。
  4. 如請求項1至3之其中一項的板片塊(100)，其中板片開口(115)之幾何形狀於板片(112)內變動。
  5. 如請求項1至4之其中一項的板片塊(100)，其中相繼板片(112)之該等板片開口(115)相對彼此偏移地配置。
  6. 如請求項1至5之其中一項的板片塊(100)，其中每一板片開口(115)具有調整至該板片幾何形狀之截面幾何形狀。
  7. 如請求項1至6之其中一項的板片塊(100)，其中該板片塊(100)更具有承載件結構(120)，該板片結構(110)之板片(112)緊固在該承載件結構上。
  8. 如請求項1至7之其中一項的板片塊(100)，其中該板片塊(100)係一體設計的。
  9. 如請求項1至8之其中一項的板片塊(100)，其中該板片塊(100)係藉著3D列印或藉著增材製造製程來製造。
  10. 一種用於校準擠壓型材(510)的校準裝置(500)，包含如請求項1至9之其中一項的複數板片塊(100)，其中該等板片塊(100)相對彼此配置以形成校準開口(510)。
  11. 如請求項10的校準裝置，其中該校準裝置(500)包含複數啟動裝置(520)，其中每一啟動裝置(520)與各個板片塊(100)耦接，以便個別地啟動每一板片塊(100)。
  12. 一種用於製造如請求項1至9之其中一項的板片塊(100)之方法，涉及藉著3D列印或增材製造來製造該板片塊(100)的步驟。
  13. 如請求項12之方法，更涉及以下步驟：計算3D板片塊幾何形狀，並將該計算出的3D幾何形狀資料轉換成用於3D列印或增材製造之對應控制命令。
  14. 如請求項13之方法，其中計算該3D板片塊幾何形狀的步驟涉及：計算板片開口(115)，其中為每一板片(112)個別地計算板片開口(115)之數目及/或板片開口(115)的幾何形狀。
  15. 一種製造板片塊(100)之方法，其涉及以下步驟： -    產生資料組，該資料組使如請求項1至9之其中一項的板片塊(100)成像； -     將該資料組儲存在儲存裝置或伺服器上；及 -     將該資料組輸入處理裝置或電腦中，該處理裝置或電腦以使得該增材製造裝置加工該資料組中所成像的板片塊(100)之方式致動該增材製造裝置。
  16. 一種用於增材製造板片塊(100)的系統，包含： -     資料組生成裝置，用於生成將如請求項1至9之其中一項的板片塊(100)成像之資料組； -     儲存裝置，用於儲存該資料組； -     處理裝置，用於接收該資料組並以增材製造裝置加工該資料組中所成像的板片塊(100)之方式致動該增材製造裝置。
  17. 一種電腦程式，包含資料組，當藉由處理裝置或電腦讀取該資料組時，該電腦程式以該增材製造裝置加工如請求項1至9之其中一項的特徵之板片塊(100)的方式，促使該處理裝置或電腦致動增材製造裝置。
  18. 一種電腦可讀的資料載體，其儲存如請求項17之電腦程式。
  19. 一種資料組，其將具有如請求項1至9之其中一項的特徵之板片塊(100)成像。
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