专利名称：用于制造纤维强化塑料零件的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造零件，特别涉及制造由纤维强化塑料制成的零件。本发明为依照申请专利范围的开放句解释的方法和装置。本发明能够应用于许多领域，例如，于制造譬如汽车的轮缘(rim)和轮子的领域， 或者于航空器生产的领域，尤其生产用于强化机身的纵梁(stringer)。于电子工业中，本发明可以应用于例如由热塑玻璃纤维预浸体生产的玻璃纤维强化绝缘体。
背景技术：
汽车工业连续的要求为需要有重量非常轻的零件，和具有结合高硬度和强度的良好的断裂性质的零件。此例如应用于轮子和轮缘。在此技术领域中已知有数种方法制造轮缘或者其部分。DE 101 45 630A1揭示一种由纤维强化塑料制成的轮子，其中纤维束(fiber strand)的主要部分定向于轮缘的周围的方向和于轮毂(wheel spider)的径向方向。此情况例如通过卷绕单向无端纤维(unidirectional endless fiber)实现。此情况使得很难执行工业领域的生产方法，尤其在复杂的零件几何构形的情况中。在DE 43 35 062A1中，提出一种用来生产弧形的纤维强化热塑结构的方法。加热热塑预浸渍纤维(通常称之为热塑“预浸体(Pr印reg)”)，同时使其暴露于成形工具的压力中。如此成形的预浸体结构在成形处理后被冷却。接着，预浸体结构以滑动的方式被推穿过二个实质上固定的工件之间的凹槽(slot)。此种方式，预浸体结构被再度施加压力，也就是从与该工具件滑动互动所导致的压力。由此使所述结构基本具有位于被固定的工件之间的凹槽的剖面以及弯曲工件的曲率。此种方法的缺点为当该热塑的结构正在移动时被处理预浸体的数层在该处理期间也许滑动或者弯折或者移位，因此危及到最终产品。应用此方法，更难保持温度与压力大致恒定。再者，不能通过此方法制造譬如类似环形零件的某些形状的零件。在EP 842 757B1中，揭示了一种制造合成物材料的预先形成的组件(预先形成件 (preform)的方法。采用了纤维的预先组合件，也就是具有处于预定方向的纤维的布。该布的可变形的网线(mesh)被放置在预先形成的操作模具(matrix)或形成体(former)上，然后缠绕此形成体至数层的深度。该卷绕被固定在该形成体的较大的直径，而使得该纤维以规定的方式定向。如此获得的预先形成件能够具有类似环形形状。预先形成件能够放入于模具中，然后能够在真空下和/或具有转变压力时通过预先形成转变(transfer)树脂，最后，树脂能够在适当的温度被交联(cross link)。由于热塑性材料的高黏性，热塑树脂的喷注(injection)预期为不可以，或者至少较为困难。GB 2 010 155A揭示了一种制造无缝金属轮子轮缘的方法。通过二个异形的圆形模具将所希望的轮缘的剖面压印至基本为环形的金属件上。此方法不容易应用纤维合成物材料，因为发生于金属的成形机构不发生于包含纤维的材料。在WO 2008 050405A1中，说明一种由热塑合成物材料制造无缝环形结构的处理处理。此相当简单的处理将由数层热塑合成物预浸体材料制成的类似环形的预先形成件插入到内部和外部环形模具之间。二个提及的模具的至少其中一者旋转而使得其局部地施加压力于预先形成件的一部分，其中，至少在所施加压力的范围内将该预先形成加热至处理温度。显然地，当尝试自动化此动态的处理时会发生问题。再者，实现固定的处理温度分布同时施加适当的压力以便避免预先形成件的预浸体材料的数层的滑动或者重叠效果是十分困难的。因为不可以在工业生产中达成在所有处理中均可恒定应用的参数，甚至用最佳化处理的参数(譬如温度和压力)，也困难或者不可以确保对于工业尺度应用所需的可重复性和质量。
发明内容
本发明的一个目的为创造用来制造零件的方法，该零件不会显出上述提及的缺点或问题。此外，将分别提供用来制造零件的装置。本发明的另一个目的为提供生产零件、尤其是具有优越的机械性能、良好的断裂性质和/或高硬度和/或高强度的重量轻的零件的可能性。本发明的另一个目的为提供制造强化塑料零件的可能性。本发明的另一个目的为当制造零件、尤其是强化塑料、更尤其是强化热塑零件时提供设置有大的处理窗口的可能性。本发明的另一个目的为提供制造于突然的断裂情况时显示特殊的安全性质的零件的可能性。本发明的另一个目的为提供制造显示改善的故障性质的零件的可能性。本发明的另一个目的为提供改善用于制造零件的周期时间的可能性。本发明的另一个目的为提供制造具有特殊的形状或者几何构形，尤其是环形或类似环形的形状，或者相似形状的零件的可能性。本发明的另一个目的为提供制造无缝零件，尤其是无缝的类似环形成形零件的可能性。本发明的另一个目的为提供制造具有改善的绝缘性能，尤其是热和/或电性绝缘的零件，和/或显示改善的化学的钝性或抵抗性的零件的可能性。本发明的另一个目的为提供更容易制造零件的可能性，尤其是实质上由强化的塑料制成的零件。本发明的另一个目的为提供实质上由强化的热塑料，尤其是由玻璃纤维强化热塑料或者碳纤微强化热塑料制成的零件的改善的可能性。本发明的另一个目的为提供制造轮缘或轮子或者其部分的改善的可能性。本发明的另一个目的为提供制造绝缘体，尤其是强化的绝缘体的改善的可能性。本发明的另一个目的为提供制造用于航空器的纵梁作为机身的强化组件的改善的可能性。其它的目的从下列的说明和实施例显示。这些目的中的至少一个依照本专利的申请权利要求的装置和方法而至少部分达成。本方法为用于制造零件，包括下列步骤
a)提供材料；b)提供第一工具，所述第一工具包括至少一个组，所述组包括至少一个片段体；c)提供第二工具，所述第二工具包括至少一个第一组和至少一个第二组，所述第一组和第二组中的每一个具有至少一个片段体，当各所述片段体以预定的方式彼此相邻配置时，即处于闭合位置，则形成第二工具表面，所述第二工具表面体现了被制造的所述零件的部分表面形状；d)移动所述第二工具的所述第一组的所述至少一个片段体进入所述闭合位置；e)移动所述第二工具的所述第二组的所述至少一个片段体朝向并且进入所述闭合位置；f)通过向所述第一工具和第二工具中的至少一个施加压力，压缩至少位于所述第一工具和第二工具之间的所述材料的至少一部分，特别是至少实质上为所述材料的全部；其中，移动所述第二工具的所述片段体，使得在所述第二工具的第二组的至少一个片段体朝向所述闭合位置移动的期间，所述第二工具的第二组的至少一个片段体到达其闭合位置的瞬时行进距离总是超过所述第二工具的第一组的至少一个片段体到达其闭合位置的瞬时行进距离。所述第一工具和第二工具也能够被考虑，而因此能够称之为第一挤压工具和第二挤压工具或者第一模具和第二模具。在一个实施例中，该方法为用来制造强化塑料的零件的方法，尤其是用来制造纤维强化塑料的零件、尤其是纤维强化热塑料的零件的方法。在一个可以结合前面所述的实施例的实施例中，该方法为用于工业上制造该零件的方法。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该材料包括树脂，和实施该压缩以提升该树脂的交联。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该等零件为将经受一个或多个最后制造步骤的完成产品或者中间产品。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该方法为制造无缝零件的方法。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，片段体沿着预先定义的路线或路径移动。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，当按照被称为闭合位置的方式配置该第一和第二工具的片段体时，形成能够表现被制造的零件的部分表面形状的工具表面；尤其是，其中，当按照被称为闭合位置的预定方式配置第一和第二工具的片段体时，形成能够实质上体现被制造的零件的完成表面形状的工具表面。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，施行步骤f)用来将该材料(或该材料的部分)形成为所希望的形状；施加于该材料的压力也称的为形成压力。于一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，于步骤f)中所提及的施加压力导致至少第一工具的片段体相对于第二工具的片段体彼此相对移动。事实上，在某些实施例中，在步骤f)的压缩期间能够区别二个阶段在所有工具的闭合位置之前达成该材料的压缩；在此阶段，至少第二组的该片段体移动；此阶段能够有助于从材料内侧移除材料气体(典型为空气)。以及伴随第二工具的第一组和第二组片段体已经处于封闭的位置的压缩；于此阶段期间，不再有第一组的片段体相对于第二组的片段体的相对移动。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，于步骤d)该第二工具的第一组的至少一个片段体从初始位置移动朝向该闭合位置并且进入该闭合位置。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，当该第二工具在该闭合位置时，该第二工具的第二组的至少一个片段体被配置在该第二工具的第一组的多个相邻片段体之间，并且，在从初始位置到第一组到达闭合位置之前经过的中间位置处，该第二工具的第一组的多个相邻片段体之间的开口(opening)较小，使得第二工具的第二组的片段体的至少其中一个不会在其朝向闭合位置的路线上穿透。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，施加于第二工具的片段体的压力的方向至少实质上与分别在步骤d)和e)中提及的各自片段体的该移动的方向一致，至少在接近于该闭合位置时是这样。尤其是，其中，分别在步骤d)和e)中提及的该移动至少实质上沿着直线完成，以及其中，该压力的方向至少实质上与该移动的各自方向
相一致。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，所述零件为显著地， 尤其是实质上连续的纤维强化零件(以及该材料相应地包括连续的纤维强化塑料)。具有此种实质上无间断的纤维的强化的零件具有优越的性能。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该等零件包括显著地、尤其是实质上定向的纤维(以及该材料相应地包括定向的纤维)。以此种方式强化的零件能够具有优越的性能。纤维的方向为依照将被制造的零件所希望的性能选泽。例如， 能够实施计算/模拟用来找出最佳的纤维方向。通常的情况是，包括有数层的材料，这些层中的一层或多层将具有相同的纤维方向，并且这些层中的一层或多层将具有不同的纤维方向。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该等零件为轮缘或轮子，或者其部分。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该等零件为绝缘体， 尤其是强化的绝缘体，尤其是实质上圆柱状的绝缘体。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该等零件为使用于航空器的纵梁作为机身的强化组件。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，在该第二工具的第二组被带入与所述材料接触之前，该第二工具的第一组首先被带入与所述材料的接触。尤其是，仅于已通过该第二工具的第一组向该材料施加压力之后，才通过该第二工具的第二组向该材料施加压力。更尤其是，配置、构造并移动该第二工具的第一和第二组，使得每当通过该第二工具的第二组施加压力于该材料时，均通过该第二工具的第一组施加压力于该材料，O在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该第一工具为外部工具而该第二组为内部工具，而反的也然，尤其其中，于该移动步骤期间，该内部工具一般位于由该外部工具大致体现的形状的内部。
通常，该第一工具，更尤其是他的片段体，于该第二工具的这些组的移动期间被保持在适当位置。此情况能够通过施加对应的力于该第一工具的这些片段体和/或通过相对于另一个固定该第一工具的片段体来完成。尤其令人关注的是该第一工具是外部工具而该第二工具是内部工具的情况。在此情况中，纤维，尤其是包括于该材料中的连续的纤维，在所说明的压缩运作期间至少将被显著地拉伸，此情况通常导致特别优良的材料性能。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，片段体组的至少其中一组(尤其是各组)包括至少二个、尤其是至少三个、更尤其是至少四个片段体。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该方法包括于压缩期间至少实质上同时移动所述组中的一组(其为该第一工具的一组或者该第二工具的一组) 的所有的片段体，尤其是其中，此情况应用于内部工具的各组或者于各个组。尤其是其中， 对于所述组的其中一组的所有的片段体的移动由一个相同的驱动器驱动。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该方法在压缩期间实质上以相同的速度移动所述组的其中一组(其为该第一工具的一组或者该第二工具的一组)的所有的片段体，尤其是其中，此情况应用于内部工具的各个组或者各个组。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，提供该材料，尤其是实质上以箔、片或条带的形式插入于该第一和该第二工具之间。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该材料以及该零件包括或至少实质上由强化塑料，尤其是纤维强化塑料所制成。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，插入于该第一和该第二工具在间的该材料包括热塑料。热塑料使得能够更快速的生产(较短的生产周期时间)， 他们具有高的断裂硬度和良好的再利用能力以及某些显示了抗高温性。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该材料实质上为预先形成件或预浸体材料。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该材料以手动方式插入于该第一和该第二工具的间。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中除了前面提及的实施例的外，该材料自动地插入于该第一和该第二工具之间，尤其是通过机器人。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该方法包括在该压缩在前先加热该材料，而尤其是在插入该材料于该第一和该第二工具的间之后。对于热塑料， 加热是重要的，而于热固材料和弹性体的情况中，可以省掉加热。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该方法包括在该压缩期间加热该材料。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该方法包括监视，尤其是控制该材料的温度，尤其是在该压缩之前和/或期间。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，这些零件包括一部分以体现以下形状，-实质上闭合形状；或者-几乎闭合形状；或者-具有大致或至少部分凹入内部侧和大致或至少部分凸出外部侧的开口的形状；
或者其中，该零件实质上体现以下形状-实质上闭合形状；或者-几乎闭合形状；或者-具有大致或至少部分凹入内部侧和大致或至少部分凸出外部侧的开口的形状；在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该等零件包括具有实质上为环形或类似环形的结构的部分，或者其中，该等零件实质上具有环形或类似环状的结构。除此的外，此种零件很难生产，尤其是当该材料实质上被热塑强化时，尤其是用纤维热塑强化时，尤其是用连续的纤维强化时。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该等零件包括具有实质上环形的部分，或者其中，该等零件实质上具有类似环形形状。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，在压缩该材料的期间，与该第二工具的第一组接触的该材料的面积大于与该第二工具的第二组接触的该材料的面积，尤其是至少二倍大，更尤其是至少三倍大。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该第一和第二工具为其形状决定该等零件的形状的工具，尤其是其中，该第一和第二工具的形状，当他们以预定的方式被配置于称的为闭合位置时，生成对应于该将被制造的零件的形状。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，当以预先定义的方式配置该工具时，形成至少实质上对应于将被制造的零件形状的凹穴。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，对于第二工具的第一组和/或对于该第二工具的第二组，移动各自组的片段体，使得由该各自组的片段体中的一个施加至将被压缩的该材料的压力对于各该片段体为至少大致相同。于一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该第二工具的该第二组的片段体中的至少一个的头部沿朝向该片段体移动的方向成锥形(taper)。尤其是，该第一工具的第二组的各个片段体的头部沿各片段体的移动的方向成锥形。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该第二工具的第二组的至少一个片段体经成形，使得当压缩该材料时，通过该片段体向第二工具的第一组的至少一个片段体施加力。尤其是，其中，该第二工具的第二组的各片段体被成形，使得当通过移动该片段体而压缩该材料时，通过该片段体施加力于该第二工具的第一组的至少一个片段体上，尤其是于该第二工具的第一组的各片段体上。在一个关连前面所述的实施例的实施例中，通过(尤其是实质上单独经由)所述片段体的接触表面，该施加力从所述片段体传递到第二工具的第一组的至少一个该片段体上或者第二工具的第一组的各个片段体上；所述接触表面与该第二工具的第一组的至少一个片段体的至少一个接触表面相互作用，或者所述接触表面与该第二工具的第一组的片段体的接触表面相互作用。尤其是，这些相互作用的接触表面为配合表面(mating surface) 0在一个关连于最后述及或者关连于最后述及的前一个的实施例的实施例中，该施加力实质上指向于该片段体的该移动的方向，或者与之垂直，或者为这些力的迭加。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，通过该压缩，将至少5 巴(bar)且尤其是至多50巴的压力施加于该材料上。更尤其是，通过工具的该片段体施加10至30巴之间的压力于该材料上。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的实施例中，该方法包括在该压缩之前和/或期间和/或之后加热该材料的步骤，尤其至少加热实质上插入于该第一和第二工具之间的所有材料。尤其是，即最显著地在(强化的)热固材料的情况中，该材料包括树脂，并实施加热用来提升该树脂的交联。在(强化的)热塑的情况中，该加热将热塑料带入可完善形成的状态。用于制造零件(尤其是实质上由强化的塑料制成的零件)的装置包括第一工具和第二工具，该第一工具包括至少一个组，该组包含至少一个(尤其是至少二个)片段体，而该第二工具包括至少一个第一组和一个第二组，这些组分别包括至少一个(尤其是至少二个)片段体；驱动单元，用于至少驱动该第二工具的第一组和第二组。这种装置能够允许实施上述方法。于一个实施例中，该驱动单元用来朝第一工具驱动所述第二工具的至少第一组和第二组；尤其是，该驱动器被结构和组构成用于该驱动。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的该装置的实施例中，该第一工具的片段体经成形，使得当经由称为闭合位置的预定方式配置时，其对应于将被制造的零件的第一部分表面形成至少实质上连续的表面；并且其中，该第二工具的该片段体经成形，使得当通过称为闭合位置的预定方式配置时，其对应于将被制造的零件的第二部分表面形成至少实质上连续的表面，尤其是其中，此二个部分表面彼此互补，使得两者实质上形成将被制造的零件的整个表面。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的该装置的实施例中，该第一工具的片段体被成形，使得以预定方式配置时，他们形成连续的表面，并且，该第二工具的片段体被成形，使得以预定方式配置时，他们形成另一个连续的表面，以及其中，二个连续的表面彼此互补，使得相对于彼此以预定方式进行配置时他们实质上形成预定容积的全部表在一个可以结合前面最后两个所述的一个或两个实施例的该装置的实施例中，每个该第二工具的第一组的至少一个片段体包括至少一个配合表面，当该第二工具在闭合位置时，各配合表面与第二工具的第二组的至少一个片段体的至少一个配合表面相配合，其中，该第二工具的第一组的配对表面在该闭合位置与第二部分表面分别形成锐角(acute angle)。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的该装置的实施例中，该装置包括控制单元，所述控制单元通过以下方式控制所述第二工具的所述第一组及所述第二组的移动，移动所述第二工具的片段，使得在所述第二工具的第二组的至少一个片段体朝向所述闭合位置移动期间，所述第二工具的第二组的至少一个片段体到达其闭合位置的瞬时行进距离总是超过所述第二工具的第一组的至少一个片段体Oa;20)到达其闭合位置的瞬时行进距离。在一个可以结合前面所述的一个或多个实施例的该装置的实施例中，该装置包括温度改变单元，该温度改变单元经建构和组构成用于加热或冷却，或用于加热和冷却插入第一和该第二工具之间的材料。尤其是，至少该温度改变单元的一部分被整合于该等工具的至少其中一个中。本发明包括具有对应于依照本发明的方法的特征的装置，而反的也然。本装置的优点基本上对应于相应方法的优点，以及反的也然。于本发明的一个态样中，一种用来制造零件的方法包括下列步骤将材料插入第一工具和第二工具之间，该第一工具包括至少一个组，而该组包括至少二个片段体，尤其是其中，片段体为可彼此分离，以及该第二工具包括至少一个第一组和至少一个第二组，而该第一组和第二组各包括至少一个片段体，尤其是其中，所述片段体为可彼此分离；压缩该材料的至少一部分，尤其是至少实质上所有的该材料，通过朝向该第一工具移动该第二工具的至少第一组；以及然后朝向该第一工具移动该第二工具的至少第二组。该第二工具的第一组和该第二工具的第二组的后续的移动(该移动典型实施至少5巴的施加压力)使得可以通过譬如预浸体材料的预先形成件形成环形或类似环形的成形部分。可以非常均勻地施加压力于该材料。在根据这个方面的一个实施例中，在第二工具的至少第二组朝向第一工具移动的期间，保持(也即，继续)或者再次(也即，重新)发生该第二工具的至少第一组朝向该第一工具的移动。只要大部分可兼容，这种方式可以与本文中揭示的任何其它的实施例和与本文中揭示的任何其它的实施例的任何特征相结合。其它的实施例和优点出现在附属的权利要求书和附图中。
上文中，通过范例和包含附图更详细说明本发明。该等图式以示意方式显示图1为具有插入的预先形成件的装置的的俯视图，同时第一工具(外部工具)和第二工具(内部工具)是在闭合位置；图2为具有插入的预先形成件和打开的工具的装置俯视图；图3为具有插入的预先形成件和闭合的外部工具的装置的俯视图；图4为具有插入的预先形成件以及用夹钳固定的闭合的外部工具的装置的俯视图；图5为具有插入的预先形成件的装置的示例的剖面侧视图，同时连接了第一组拉杆中的杆；图6为具有插入的预先形成件的装置的剖面侧视图，同时第一组拉杆中的杆被连接和运作施加力于该内部工具的该第一组的片段体上；图7为具有插入的预先形成件的装置的俯视图，同时第一组拉杆的杆被连接和运作施加力于该内部工具的该第一组的片段体上，并且显示了内部工具的该第二组的片段体；图8为具有插入的预先形成件和位移机构的装置的例示的剖面状侧视图，同时该内部工具的第二组的片段体正移动入该预先形成件中；图9为具有插入的预先形成件和位移机构的装置的细部的例示的剖面状侧视图，同时该内部工具的第二组的片段体已经移动入该预先形成件中，并且正在连接第二组拉杆的杆；图10为具有插入的预先形成件的装置的例示的剖面侧视图，同时该内部工具的该第二组的片段体已经移动入该预先形成件中，并且正在连接第二组拉杆中的杆；图11为具有插入的预先形成件的装置的例示的剖面状侧视图，同时该内部工具的该第二组的片段体已经移动入该预先形成件中，并且第二组拉杆的杆被连接和运作施加力于该内部工具的该第二组的片段体上；图12为具有插入的预先形成件的装置的上视图，同时第一组拉杆的杆被连接和运作施加力于该内部工具的该第一组的片段体上，并且第二组拉杆的杆被连接和运作施加力于该内部工具的该第二组的片段体上；图13为内部工具于闭合位置的俯视图；图14为内部工具的俯视图，其处于闭合位置，且具有施加力；图15为装置的俯视图，同时该内部工具的该第二组的片段体正被释放；图16为具有位移机构的装置的例示的剖面侧视图，同时该内部工具的第二组的片段体已经被释放，而第二组拉杆的拉杆正在被分离；图17为具有位移机构的装置的例示的剖面状侧视图，同时该第二组拉杆的拉杆已经分离，并且该外部工具的该第二组的片段体已经被移离；图18为装置的俯视图，同时该外部工具的该第二组的片段体已经被移离，且通过移动该第一组拉杆的杆释放该内部工具的该第二组的片段体；图19为装置的细部的俯视图，同时在释放夹钳后，该外部工具的该第一组的片段体已经被移离；图20为极其示意的、示出垂直于零件轴的各种剖面；即，左边是闭合的形状，中间是几乎闭合的形状，右边是打开的结构；图21为具有插入的预先形成件和动臂机构作为用来驱动该内部工具的该片段体的驱动器的装置的示例的部分剖面侧视图；图22为可使用第23图的装置制造的示例的弧形结构；图23为装置示例的剖面状侧视图，其包括外部工具和内部工具，外部工具具有构成一组的二个片段体，内部工具有构成第一组的一个片段体和构成第二组的二个片段体；图M为沿着第22图的结构的A-A'线的示范剖面图；图25为沿着第22图的结构的A-A'线的另一个示范剖面图；图沈为沿着用于制造具有被压缩的插入材料的环形(圆柱表面状)零件的装置的零件轴的剖面的示意的示例；以及图27为该第二工具的该第一组的片段体和该第二组的片段体的间界面的详细的视图。图中使用的附图标记及其含义在附图标记说明中进行总结。所说明的实施例仅作为范例而不用与限制本发明。
具体实施例方式因为通过将预先形成件(通常由预浸体材料制成)的各层进行重叠而制造的强化塑料在涉及挤压和加热的生产处理期间融合(merge)，因此能够制造由强化塑料制成的例如环形结构的零件，如此使得数层的间不再有关的交叉(intersection)存在于如此制造的(无缝)零件中。施加于如此获得的零件的力通过基质中的剪切力从重叠区域中的一个纤维束转移至次一个纤维束，因此，所导致的结构损伤相较于焊接缝或者黏合的表面为非常的小。各种的半成品能够作为以后处理的预先形成件。举例而言不同的纤维基质结合、 或者预先浸渍(预浸体)非固结的纤维半成品、或者结合未强化的聚合物膜薄的非浸渍的半成品。在所提出的方法中甚至能够处理热固材料(thermoset)或弹性体基质。举例而言，能够使用下列的纤维材料碳纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维 (aramide fiber)、玄武岩纤维(basalt fiber)、聚亚苯基苯并二恶唑(PBO)纤维、硼纤维、 聚酰胺纤维、亚麻纤维、大麻纤维、棉、或他们的结合。一般而言，只要处理压力、时间和温度使制造零件中纤维的性能劣化，则可以使用任何类型的纤维。根据最重要的考虑能够达成哪些制造零件的纤维所希望的性能而选择。有各种的方法制造预先形成件，尤其是形成类似环形的预先形成件。此处有一些范例i)提供成条带(stripe)的譬如诸预浸体的带形半成品，例如，通过将其切割成条带。该条带以如此方式定位，获得所希望的预先形成件，尤其是环形预先形成件。该等条带能够是彼此齐平的、重叠、或者多层。ii)通过将譬如预浸体的半成品卷绕成螺线而形成预先形成件，尤其是环形预先形成件。iii)提供成条带的譬如预浸体的带形半成品，例如，通过将其切割成条带。通过逐渐将该等条带插入挤压工具中(对照下文中工具的范例和图式，尤其是外部工具)而形成预先形成件，尤其是类似环形形状的预先形成件。切割和/或插入可以手动或自动完成。iv)切口(incision)被切成譬如预浸体的半成品，而使得该等切口不会将该半成品分割成完全分离的部分。这些切口的目的是要切穿该半成品层内部的强化纤维。该切口较佳是以在半成品的邻接层中的切口之间有偏移(offset)的此种方式插入。如此制备的预先形成件被插入工具中(对照下文中工具的范例和图式，尤其是外部工具)，例如，如ii) 中所提议者。该切口于形成预先形成件形状的处理期间促进强化纤维的滑动移动，并且因此减少所导致的预先形成件中内部的应力，于是促进将预先形成件填送入工具。ν)同样情况，在被切成条带的前和/或的后切成条带的半成品(对照i或iii)设有如iv)中说明的切口。然后，该预先形成件被成形如i)中说明的情况，或者该条带被插入于如iii)中说明的工具中。为了具有完善的定义和稳定的处理，在将预先形成件暴露于具有工具的装置中的压力之前和/或期间，提议至少为热塑性塑料监视和/或控制预先形成件的温度。处理温度的容差(tolerance)可以是10°C至20°C，或者甚至大约50°C，或者甚至更高，依于待处理的材料而定，并且所选择的处理温度分别充分高于TM和TG之上。在强化的热塑性塑料作为在其中埋置(embed)有纤维的基质材料的情况下，即是热塑性材料基本上定义了相关的处理温度。对于半结晶热塑性材料，结晶熔化温度TM(例如，对于聚丙烯是162°C )和结晶化温度TC为相关的。依于特定的热塑性材料，TC可以高过40°C低于TM。必须加热预先形成件至少达其结晶熔化温度TM0这能够通过直接加热(例如，使用通过辐射的带状加热器，例如，使用通过热空气对流的红外线辐射器)，或者通过间接加热，采用预先形成件在其中被挤压的工具而达成。二个或更多个这些加热方法的结合也为可以。最好选择加热装置的配置而使得预先形成件被均勻和快速地加热至高于TM的温度，尤其是到达清楚地高于TM的处理温度，在多数情况下，将选择为至少比TM高20°C、至少 50°C、或至少 75"C。在非结晶形(amorphous)的热塑性材料的情况中，除了所谓的玻璃转变温度TG之外没有不同的温度限制。处理温度必须高于TG，尤其是清楚地高于TG，于多数情况中，其将选择为至少比TG高20°C、至少50°C、至少100°C、或至少150°C。类似地，没有结晶化温度 TC用于非结晶形的热塑性材料(因为他们保持非结晶形)。对于材料的固化作用，固化作用温度TS (其通常稍微高于TG，典型在10°C至40°C的间)是很重要的。对于非结晶形的和对于半结晶的热塑性材料处理方法的原理都一样；但是温度限制的定义和意义为多样化。下列表显示一些可使用于建议的处理的示范热塑聚合物材料。温度范围仅仅是参考用于对应的块体聚合物。依于聚合物的特定的修改，这些数值可以与表中的值大大地偏尚。
权利要求
1.一种用于制造零件(16 ； 19)的方法，包括下列步骤a)提供材料(3)；b)提供第一工具，所述第一工具包括至少一个组，所述组包括至少一个片段体(1；22)；c)提供第二工具，所述第二工具包括至少一个第一组和至少一个第二组，所述第一组和第二组中的每一个具有至少一个片段体Oa ；2b ；20 ；21)，当所述片段体Oa ；2b ；20 ；21) 以预定的方式彼此相邻配置时，即处于闭合位置，则形成第二工具表面，所述第二工具表面体现了被制造的所述零件的部分表面形状；d)移动所述第二工具的所述第一组的所述至少一个片段体进入所述闭合位置；e)移动所述第二工具的所述第二组的所述至少一个片段体Ob；21)朝向并且进入所述闭合位置；f)通过向所述第一工具和第二工具中的至少一个施加压力，在至少所述第一工具和第二工具之间压缩所述材料(3)的至少一部分，特别是至少实质上为所述材料(3)的全部；其中，移动所述第二工具的所述片段体Oa;2b;20 ；21)，使得在所述第二工具的所述第二组的至少一个片段体Ob ；21)朝向所述闭合位置移动的期间，所述第二工具的所述第二组的至少一个片段体Ob ；21)到达所述闭合位置的瞬时行进距离总是超过所述第二工具的所述第一组的至少一个片段体Oa;20)到达所述闭合位置的瞬时行进距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一工具为外部工具而所述第二组为内部工具，反之亦然。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中至少一个所述组，尤其是所述成组的片段体 (1 ；22 ；2a ；20 ；2b ；21)中的每一组，包括至少二个所述片段体、尤其是包括至少三个所述片段体、更尤其是包括至少四个所述片段体。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述材料C3)实质上以箔、片或条带的形式提供。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述材料(3)以及所述零件(16； 19)包括强化塑料或者至少实质上由强化塑料制成，所述强化塑料尤其是纤维强化塑料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述材料C3)实质上为预先形成件或预浸材料。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述零件包括具有实质上为环形或类似环形结构的部分，或者其中，所述零件实质上具有环形或类似环形的结构。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，在对所述材料C3)压缩期间，与所述第二工具的所述第一组接触的所述材料(3)的面积大于与所述第二工具的所述第二组接触的所述材料(3)的面积，尤其是其至少二倍，更尤其是其至少三倍。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述第一工具和所述第二工具是其形状决定所述零件的形状的工具。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，对于所述第二工具的所述第一组和/或对于所述第二工具的所述第二组来说，移动所述各个组的片段体Oa ；2b ；20 ；21)， 使得由各个所述组中的一个片段体Oa ；2b ；20 ；21)所施加至被压缩的所述材料C3)上的压力对于各个所述片段体Oa ；2b ；20 ；21)来说，至少大致相同。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，使所述第二工具的所述第二组中的至少一个所述片段体Ob ；21)成形为使得当压缩所述材料时，通过所述片段体Ob ；21) 向所述第二工具的所述第一组中的至少一个片段体Oa;20)施加力。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，通过所述压缩，将至少5巴，尤其是至多50巴的压力施加于所述材料上。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，在所述压缩之前和/或期间和/ 或之后，包括加热所述材料(3)的步骤。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，所述方法用于制造实质上由定向的连续纤维强化后的塑料所制成的无缝零件，尤其其中，所述塑料为热塑塑料。
15.一种用于制造零件的装置，尤其是制造实质上由强化塑料制成的零件的装置，其包括第一工具和第二工具，所述第一工具包括至少一个组，所述组包含至少一个片段体(1 ； 22)，而所述第二工具包括至少一个第一组和至少一个第二组，每个所述组包括至少一个片段体 Qa ； 2b ；20 ；21)；驱动单元，用于至少驱动所述第二工具的所述第一组和所述第二组。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，将所述第一工具的所述片段体(1；22)成形为，当按照称为闭合位置的预定方式进行配置时，使得其形成对应于将被制造的零件(16 ；19)的第一部分表面的至少实质上连续的表面；并且其中，将所述第二工具的所述片段体 (2a ；2b ；20 ；21)成形为，当按照称为闭合位置的预定方式进行配置时，使其形成对应于将被制造的所述零件(16;19)的第二部分表面的至少实质上连续的表面，尤其其中，所述二个部分表面彼此互补，使得两者实质上形成将被制造的所述零件的整个表面。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述第二工具的所述第一组的所述至少一个片段体Qa ；20)包括至少一个配合表面(13a)，当所述第二工具在所述闭合位置时，每个所述配合表面与所述第二工具的所述第二组的所述至少一个片段体Ob ；21)的至少一个配合表面(13b)相配合，其中，各个所述第二工具的所述第一组的所述配合表面(13a)在所述闭合位置与所述第二部分表面形成锐角。
18.根据权利要求16或17所述的装置，包括控制单元，所述控制单元构成为通过以下方式控制所述第二工具的所述第一组及所述第二组的移动，移动所述第二工具的所述片段体Qa ；2b ；20 ；21)，使得在所述第二工具的所述第二组的至少一个片段体Ob ；21)朝向所述闭合位置移动期间，所述第二工具的所述第二组的至少一个片段体到达所述闭合位置的瞬时行进距离总是超过所述第二工具的所述第一组的至少一个片段体Oa ；20)到达所述闭合位置的瞬进距离。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的装置，包括温度改变单元，所述温度改变单元构造及配置用于加热或冷却，或者用于加热和冷却插入所述第一工具和所述第二工具之间的材料。
全文摘要
本方法为用于制造零件，包括下列步骤a)提供材料(3)；b)提供第一工具，所述第一工具包括至少一个组，所述组包括至少一个片段体(1)；c)提供第二工具，所述第二工具包括至少一个第一组和至少一个第二组，所述第一组和第二组中的每一个具有至少一个片段体(2a；2b)，当各所述片段体(2a；2b)以预定的方式彼此相邻配置时，即处于闭合位置，则形成第二工具表面，所述第二工具表面体现了被制造的所述零件的部分表面形状；d)动所述第二工具的所述第一组的所述至少一个片段体(2a)进入所述闭合位置；e)移动所述第二工具的所述第二组的所述至少一个片段体(2b)朝向并且进入所述闭合位置；f)通过向所述第一工具和第二工具中的至少一个施加压力，压缩至少位于所述第一工具和第二工具之间的所述材料(3)的至少一部分，特别是至少实质上为所述材料(3)的全部。其中，移动所述第二工具的所述片段体(2a；2b)，使得在所述第二工具的第二组的至少一个片段体(2b；21)朝向所述闭合位置移动的期间，所述第二工具的第二组的至少一个片段体(2b；21)到达其闭合位置的瞬时行进距离总是大于所述第二工具的第一组的至少一个片段体(2a；20)到达其闭合位置的瞬时行进距离。这将允许制造纤维强化塑料的零件，尤其譬如轮子和轮缘的类似环形形状的零件。
文档编号B29C70/46GK102317056SQ201080007698
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月10日 优先权日2009年2月12日
发明者克里斯蒂安·布劳恩, 塞巴斯蒂安·贝克, 尼克洛·皮尼, 布鲁诺·埃尔勒 申请人:科林伦合成物股份公司