用于构造并固结层压件的带铺设装置的制造方法

文档序号:10187232阅读:345来源:国知局
用于构造并固结层压件的带铺设装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于借助带铺设装置来构造并固结用于汽车部件的层压件的带铺设装置,该带铺设装置包含至少:
[0002]a)供应单元,供应单元用于向沉积单元供应待沉积的带,该带设有粘结剂和/或基体材料;
[0003]b)沉积单元,沉积单元用于沉积供应的带;其中彼此相邻沉积的带限定了带结构的带层;以及
[0004]c)控制单元,控制单元用于借助以下单元来控制固结的层压件的内含物:
[0005]aa)引导单元,引导单元用于将带引导到激励单元,或反之亦然;
[0006]bb)激励单元,激励单元用于在引导到激励单元的带的接合区域中使粘结剂和/或基体材料塑化;以及
[0007]cc)固结单元,固结单元用于在叠置于彼此之上的各带的毗连接合区域中将塑化的粘结剂和/或基体材料放在一起。
【背景技术】
[0008]纤维复合材料的应用近十年来不断出现,特别是如果它们可以认为是金属材料的有成本效益的替代选择,具有设计自由和专用制订可能性。尤其是材料CFRP (碳纤维增强塑料)具有极其高轻的结构潜力,其中其特征在于其高强度和其非常高的结构刚性。后者是汽车工程中特别重要的准则。
[0009]用于处理纤维复合材料的生产设施的当前开发活动因此从纯机械开发延伸直到一站式生产系统。
[0010]纯机械包含常规的预型件生产单元、挤压单元和可选地注射单元以及后处理单元,而一站式生产系统包含预型件处理、工具清洁、部件移除等的对应自动化。
[0011]预型件的可自动化生产无疑是实现具有可再现稳定的部件质量的有效大规模生产的环状纤维增强的纤维复合部件的生产过程中的关键技术。然而,同样在所谓的混合零件(即,压缩模塑的零件,其主要为用碳纤维压缩的半成品,)的情况下,为了额外地增强临界负荷区域,所有生产单元必须能够关于设施集成,并控制是否实现足够的生存率。
[0012]为了生产环状纤维增强的零件,织物纤维半成品(诸如纤维纱,其用粘结剂(热熔粘合剂)润湿和/或部分或完全地浸渍有基体和/或诸如纤维纺织的、编织的或棉麻布或垫子的平坦形成物(所谓的预浸料坯)是目前主要使用的。纤维增强塑料的基体具有嵌入高负载纤维(支撑功能)并完全填满其中间空间(堵塞功能)的目的。
[0013]基本上,来自热塑性塑料或热固性塑料以及可能附加的弹性化成分(诸如弹性体材料)的组的材料可以用作粘结剂和/或基体材料,其在强度、最大延伸量、使用温度、处理速度和耐化学性方面不同。热固性模塑化合物可以通过温度作用来塑化,可在此时模制,然后在压力和温度下不可逆地固化。相比于热塑性塑料,弹性体材料和热固性塑料(也称为热固性材料)在处理后(即,在准备使用的状态下)由或多或少强交联的既不可熔也不可溶的高分子组成。
[0014]在切割过程中从可用作标准形式的卷状或片状物的这些半成品形成坯料,该切割过程一般使再成形的部件在其整个表面上排成一行。取决于部件几何形状,在坯料的切割期间会产生大量不能处理且显著恶化此过程的效率的切割废料。
[0015]为了改善资源效率,经由称为纤维铺设或也称为带铺设的方法可以在显著更少废料或没有废料的情况下生产环状纤维增强的零件。尤其是热塑性环状纤维带的使用已经证明是非常吸引人的处理变体。在这种情况下,特别是为构造层压件而铺设一般提供为带的纤维复合材料代表了特定难题。
[0016]本实用新型含义下的〃带〃优选意指适合于通过带铺设装置沉积的任何类型的网状预浸渍材料,例如,30与150mm宽之间的预浸渍条材料。在此种情况下,〃预浸渍材料〃具体意指纤维纱(粗纱)、纤维棉麻和/或纤维纺织的织物,其用粘结剂润湿和/或部分或完全地浸渍有特别是预先浸渍的基体、例如是热固性塑料基体或热塑性塑料基体。
[0017]〃纤维〃特别是碳纤维,但玻璃纤维或其它纤维(特别是人造纤维)也可以相同的方式使用。
[0018]带可以布置在载体材料(具体为载体膜或载体纸)上,使得在沉积带以构造层压件的过程中,带从载体材料脱开,其中载体材料通过带铺设装置的合适单元移除,例如收卷。然而,也可以使用不再需要载体材料的带。
[0019]为了处理带,将它们从圈状物或卷状物抽出、将它们切成一定长度、并将它们沉积在铺设台或已经位于铺设台上的铺设带结构上是已知的。由于带条的沉积,带经由多个超声焊头以点的形式连接到位于底下的带层。在这种情况下,点焊始终将仅在一个铺设在另一上面的两个带层之间的分开的结合点保持在一起。以此方式沉积的复杂的纤维带结构因此仅以在各点处相互连接。粘合力是足够的,以从台上移除带结构,并使用例如吸夹系统来运送带结构。然而,由于不牢固的粘合力,例如在红外(IR)加热面板中均匀地加热带结构并将其再成形为部件是不可能的。在这种情况下,各个带相互分开,并不能在可靠的过程中再成形。
[0020]在各点处固定的铺设的带结构的处理中的已知现有技术是在压机中固结。如果带包括热塑性塑料基体,那么在这种情况下整个结构必须首先加热到熔化或流动温度,并且随后在平面压缩压力下再次冷却下来。为此目的的能量花费是非常高的,并且因此使整个方法没有成本效益。此外,由于整个结构的完全熔化,不期望的流动操作可能会发生,在此期间在压缩平面中向外挤压材料。这然后导致纤维取向的剧烈移位,这会导致更低的部件强度。
[0021]因此,能够以结构化方式沉积带的自动装置目前也频繁地用于处理带或执行带铺设方法。具体地,所谓的带铺设装置是已知的,在此种情况下,所谓的带铺设装置也理解为包括例如所谓的纤维放置装置。
[0022]在自动沉积过程中,待沉积的带通过铺设头(取决于所使用的带铺设装置的类型,例如经由滑瓦或接触压力辊)使用比较轻微、仅局部且非常短期的压力来压在已经沉积的带结构上,以使得待沉积的带与已经沉积的带结构连续地(即,仅逐步地或顺序地)稍微胶粘或焊接。然而,为此目的,在待沉积的带或已经沉积的带结构中需要粘结剂和/或基体系统的合适的粘性或焊接能力。
[0023]在具有热固性粘结剂和/或基体系统的带的处理过程中,粘性可以通过适度的加热来增加。因此,例如,引导热气流经过待沉积的带是已知的,这会通过热对流来引起待沉积的带的加热。然而,已经表明,通过热气流的上述加热仅具有轻微的传热特性,并导致待沉积的带的低加热速度,因此使得期望的沉积速度不能得以实现。此外,热空气的使用不适于具有热塑性塑料粘结剂和/或基体系统的带的近表面熔合。
[0024]此技术例如在W02009/130087A1中得以改进,由此优选地也能够沉积热塑性带。在这种情况下,激励单元附接到铺设头,激励单元使用超声、感应和/或红外线,并且当待沉积的带在沉积时间之前不久从例如卷或卷状物抽出时,激励单元在待沉积的带的厚度上局部地加热该带,并且经由柔性铺设辊将局部地加热的该带连续地压在已经沉积的带结构上,并且因此使它们彼此连续地结合。
[0025]然而,由于其仅以局部有限的方式起作用的实施例,该铺设过程在铺设速度方面也受到限制,并且因此特别不适合于能大规模生产的大面积应用。
[0026]此外,在大面积应用的固结期间,不期望的流动操作和纤维改变既发生在待沉积的带中,也发生在最上面的带层或作为由于处理而加热遍及其厚度的带的结构的已经沉积的带结构中。这会导致整个带结构中的内在张力,这可能会导致部件翘曲和部件物理性质的显著恶化。
[0027]最后,参照EP1315613B1,该文献公开了用于生产高级复合结构的方法和设备,其包含以下步骤:
[0028]-以第一角度使用装配线来施加并结合第一组纤维,其中基体材料结合到第一组纤维;
[0029]-以第二角度使用装配线来施加并结合第二组纤维,其中基体材料结合到第二组纤维;
[0030]-其中第一角度不同于第二角度,并且
[0031]-其中间歇地施加第一组纤维,并且
[0032]-其中间歇地施加第二组纤维,以便能够在复合材料零件中提供切口。
【实用新型内容】
[0033]由此继续,本实用新型基于提供一种用于例如借助带铺设装置来构造并固结用于汽车部件的层压件的改善的带铺设装置的目的,该带铺设装置避免了上述缺点。
[0034]根据本实用新型,此目的通过具有权利要求1的特征的用于构造层压件的带铺设装置来满足。
[0035]—种用于通过带铺设装置构造并固结例如汽车部件的层压件的可能方法,其特征在于:
[0036]a)向沉积单元供应待沉积的带,待沉积的带提供有粘结剂和/或基体材料;
[0037]b)通过沉积单元沉积供应的带,直至获得对应于层压件的、彼此相邻沉积或者沉积于彼此之上的带构成的带结构;其中彼此相邻沉积的带限定了带结构的带层;以及
[0038]c)通过如下方式来控制固结的层压件的内含物:
[0039]-将由彼此相邻沉积或者沉积于彼此之上的带层和/或带构成的带结构的横截面Q引导到超声激励单元,或反之亦然;
[0040]-在带结构的彼此相邻沉积或者沉积于
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