专利名称：加热压床夹具的设备,具有这种设备的压床,以及制造方法
技术领域：
本发明涉及加热装在压床中的压床夹具。特别是，涉及适于直接磁加热压床中的压床夹具，随后可迅速冷却压床中的夹具的设备。本发明还涉及用于制造全部或部分为塑料或合成物的产品的压床与方法。
制造全部或部分塑料或合成物的产品时，使用压床，其压床夹具需加热。通常如此进行从压床中取出压床夹具，将其放在如炉之类的预热设备中，加热后，再将其装入压床中。如，US-A-5,023,419就公开了一种预热设备。处理压床夹具非常耗时，这意味着每小时完成的产品数较低。
为了降低所需时间，已知提供具有热板的压床，利用热板在压床中现场加热压床夹具。利用压床热板传导的热量，加热1kg夹具至温度200℃需约10分钟。对于大规模经济制造全部或部分由合成物形成的元件而言，这样太慢。
加热后，须冷却夹具。这种冷却通常用水，或在涉及烧结材料的夹具插件时使用为达到温度约-60℃而气化的二氧化碳，或用液态氮。如果冷却操作慢或难以控制，且合成物中的化学过程不能精确控制，成品质量就不能满意。
在制造全部或部分为合成物的产品时，到目前为止，只在制造昂贵元件时可能经济，因为现在的技术每小时只允许制造几个元件。
本发明的一个目的是克服上述现有技术的缺点，即提供一种设备，它能迅速均匀地加热装在压床中的压床夹具，而不必从压床中取出压床夹具。这种加热设备应设计简单，产量高且最终产品质量高且稳定。
该发明设备在上述加热操作后，还能迅速，可重复且经济地冷却装在压床中的压床夹具。
本发明的另一目的是提供一种节能加热设备，它能通过普通电路电压工作。
还提供一种达到上述目的、用于制造全部或部分为塑料或合成物的产品的压床，以及制造方法。
按照本发明，这些和其它目的通过下面的说明可显示出，它们通过权利要求1，10，11与12的设备，压床与方法现已全部或部分达到。本发明的优选实施例定义于从属权利要求中。
结合附图描述本发明以作为举例，附图示意地说明目前的优选实施例。附图中，各实施例中的类似部件设有相同标记。
图1是本发明第一实施例的部分截面图，其中芯的极在夹具的凹槽中。
图2a是第二实施例的截面图，其中夹具包括具有夹具插件的板。图2b是沿图2a中线B-B剖开的截面。
图3显示第三实施例，其中夹具具有通气材料的夹具插件。
图4显示第四实施例，其中磁芯由接触两个固定竖直板的两个可动水平板构成。
图5显示本发明的第五实施例，其中有两个极线圈，每个环绕一个设在夹具旁的极。
图1显示本发明的加热设备，包括某种适当磁材料的芯1，如变压器芯中所用的电铁板的层叠薄板。芯1装在压床3的两相互可动夹头2a，2b之间并紧靠它们。由两半构成的压床夹具4设在芯1周边内。每半个包括至少部分由金属构成的壳具部件5a，以及非导电陶瓷材料的外层5b。夹具4适于放置工件6，工件6由放置在夹具中与/或在压力下注入的材料构成。
芯1为有开口端的盒形并由两部件7a，7b构成，两部件连在一起并可相对移动。芯1内侧有两相对凸块8a，8b，它们凸入夹具中并在激励加热设备时形成磁极。第一线圈9绕芯1的一个细侧而设，而第二线圈10绕芯1的另一个、对面细侧而设。第三线圈11设在芯1内侧，围绕夹具4。线圈9-11串联并接至电压源12，电压源12利用输电线的一相和零线工作，如为200v 50Hz。或者，使用两相或三相，下面将详述。
压床夹具4在外层5b中有冷却管13，它们用于通过温度低于夹具4的液态或气态工作媒介。通过热传导，将热量从夹具4传出，于是夹具4冷却。最好，使用热交换器14，其原侧流通冷却剂，如温度-65℃的气态二氧化碳，而其次级侧流通工作媒介，如油。
本发明的压床3以下述方式操作。首先，将材料，如以聚合物材料，优选所谓聚酯胶片的热塑性材料预浸渍的玻璃纤维制品放入压床夹具4，然后将夹头2a，2b压在一起。然后给线圈9-11供电，启动加热设备，线圈产生磁场，磁场传入芯1和夹具4形成的回路中，并出现在芯1外的一定范围。由线圈9-11产生并通过芯1传导的磁场将传入夹具4并在此配合以加热。芯1外侧的磁场通过感应加热夹具4的外周边金属部分。由于高频会在芯1引起巨大损耗，使用所供电压的较低频率，优选范围16-500Hz，可获得令人满意的透入夹具深度以及由此均匀一致加热。频率应适应夹具厚度。如果期望透入深度为约2cm，使用约25Hz的频率。如下面结合图2a-b所述的，如果夹具有烧结材料的插件，以便工件处理期间形成的、或用于冷却的气体通过，适当调节频率使插件也能加热到均匀一致的温度。
本发明的设备能用于加热和压制处理大量的混合材料。除了上述的聚酯胶片外，工件4可由，如纤维织品与聚酯材料或混合基础纤维的薄片的复合物，热塑材料与填充物而构成。或者，工件可含预制的纤维体，它放在夹具中，将液态塑料材料，如聚氨基甲酸酯或环氧树脂的热固性材料注入夹具中。这种情况下，一般并不在压床中处理后立刻冷却，而是在分离炉中二次硬化。
例如，已发现图1所示的实施例能约5分钟加热50kg压床夹具至200℃，与此相比，传统技术，即通过装在压床中的热板加热，相应的加热时间为约60分钟。利用本发明的设备，那么夹具可用约2分钟冷却至40℃。每个工件需约2分钟的处理时间，用本发明每小时能制造约8个工件。
相应地，对含壁厚约2cm的壳具部件的约1kg压床夹具进行试验。芯的极凹入非导电陶瓷外层中以接触壳具部件。外层包括冷却线圈。用聚丙烯预浸渍的薄玻璃纤维制品放在半个壳具中，然后闭合壳具。用本发明的设备，用约5s工件可在压床中直接加热至约200℃，使塑料材料熔化并紧靠夹具形成表面层，夹具具有合适的防粘剂表面涂层。在处理温度约20s后，通过使用二氧化碳的冷却线圈，夹具在约10s内冷却至约40℃。然后，取出制成品并将新材料放入夹具中。这样，每小时可处理120个工件。利用传统技术，同样夹具中每小时只能处理约6个工件。
按照图2a所示的第二实施例，夹具4具有两个板15a，15b，它们连接非导电陶瓷外层5b。芯1的极8a，8b延伸通过外层5b并接触板15a，15b。通过芯1传导的磁场也传导通过板15a，15b。由于每个板15a，15b形成每个一匝的次级线圈，所以板15a，15b也被磁场加热。来自线圈11的外磁场通过感应加热夹具4的周边部件和板15a，15b。
每个板15a，15b设有夹具插件16a，16b，它们的材料让来自工件的气体和用于冷却夹具插件16a，16b与工件6的气体通过。板15a，15b可设冷却管(未示出)以便迅速且可重复冷却板15a，15b，以及工件6。
如果外层5b由导电材料制成，可期望激励线圈9-11时只有板15a，15b加热而外层不加热。将每一外层5b设计成不形成次级线圈即可达到上述要求，如图2b所示。
图3显示第三实施例，它包括以凹进的方式安装在半个夹具内的通气夹具插件16a，16b。芯1的极8a，8b延伸通过半个夹具，接触夹具插件16a，16b。激励线圈9-11时，夹具插件16a，16b迅速并均匀地加热至处理温度。
图4显示第四实施例，其中芯1由四个板17a，17b，17c，17d构成，其中两个板17a，17b可动且设成紧靠压床3的夹头2a，2b，而另两个板17c，17d固定且设成垂直于可动板17a，17b。这样，在处理工件6期间用压床3可将两半个夹具压在一起，而磁场在芯1中传导，与工件6的厚度无关。
上述实施例中，极8a，8b突入夹具4中，大多数情况下优选此方案，因为这样的加热设备高度最小。图5显示第五实施例，其中极8a，8b靠夹具4的外侧而设。例如，在夹具4相当厚且包括无任何陶瓷外层的壳具部件5a时，可使用这种布置。
图5中的线圈装置还包括两极线圈11a，11b，每个绕一极8a，8b而设。该线圈装置使得可将极线圈11a，11b靠近夹具4安装以优化加热。线圈11a，11b的大小应适合夹具4的大小。已发现，线圈11a，11b应靠近压床夹具4安装，优选在几厘米或以下的距离处。如果线圈11a，11b接触压床夹具4而设将极大地降低损耗。
应强调指出，本发明通常具有附加优点，它还允许合理制造含有如钢筋管的金属插件的塑料或复合物构件。金属插件由所供磁场加热。这是传统技术几乎不能达到的。
本发明的再一优点是磁场在压床夹具中产生振动，引起热传递增加并减少工件中气泡的产生。
所有上述实施例中，芯1围绕压床夹具4。这是有益的，因为围绕的芯4形成罩，它捕获了大部分所产生的磁场，用极将磁场集中在压床夹具4附近，并加热压床夹具。当然可将芯1设计成只围绕部分压床夹具4。但是，此时，功率消耗更大且损耗变大。
用集中于其中的磁场加热压床夹具4。而且，极线圈11感应加热压床夹具4的周边部件。极8a，8b与夹具4之间接触表面附近的涡流也导致在一定程度上加热夹具。
所示实施例中，凸起或极8a，8b直接接触壳具5a，板15a，15b或夹具插件16a，16b。这可能引起芯的层叠铁板相互短路，可能产生损耗和高功率消耗。所以，优选夹具4含薄绝缘材料，它设在极8a，8b与壳具5a，板15a，15b或夹具插件16a，16b的外侧之间。
可以理解，线圈装置9-11可在本发明的范围内变化。例如，芯线圈9，10可以某些其它方式绕芯1而设。也可使用大量芯线圈。可进一步使用大量极线圈11a，11b，如围绕芯1的每一极8a，8b有一个线圈。也可仅使用极线圈或只使用芯线圈。
极8a，8b的相对移动可用一些其它方式达到。例如，形成极的凸起可相对芯1的其余部分移动并接触压床3的夹头2a，2b。夹头2a，2b发出的压力通过极8a，8b直接传递到压床夹具4。
按照优选实施例(未示出)，压床具有3个加热设备，它们接至同一电压源并每个使用一相。也可在一个相同的压床中设置任意个独立控制的加热设备，每个加热一个或多个压床夹具的一部分，压床夹具延伸通过加热设备。
也可将芯设在加热设备中，几个凸起或极成对设置，绕每对极设置一个或多个极线圈。例如，芯可具有联结极线圈的3对极，每个使用公共电压源的一相。
权利要求
1.一种用于加热压床夹具(4)的设备，压床夹具安装在用于制造部分或全部为塑料或合成物的产品的压床(3)中，其特征在于设备由优选电铁板的芯(1)、绕芯(1)设置的线圈装置(9，10，11)、以及电压源(12)构成，电压源(12)连接线圈装置(9，10，11)以便在芯(1)中及其周围产生磁场，芯(1)有两极(8a，8b)，其间至少部分容纳压床夹具(4)，两极相互之间可移动以便向压床夹具(4)施加压力且将所产生的磁场传导入压床夹具(4)，使磁场加热压床夹具(4)。
2.如权利要求1的加热设备，其特征在于芯(1)围绕压床夹具(4)。
3.如权利要求1或2的加热设备，包括两个芯线圈(9，10)，它们围绕芯(1)的相应部分设置，使芯线圈(9，10)产生的磁场在压床夹具(4)的区域中配合。
4.如上述任一权利要求的加热设备，其特征在于所述极(8a，8b)凹在压床夹具(4)中。
5.如上述任一权利要求的加热设备，包括绕所述极(8a，8b)设置的至少一个极线圈(11)。
6.如上述任一权利要求的加热设备，其特征在于所述压床夹具(4)包括至少一个透气材料的夹具插件(16a，16b)。
7.如权利要求6的加热设备，其特征在于夹具插件(16a，16b)接触所述极(8a，8b)中的至少一个。
8.如上述任一权利要求的加热设备，其特征在于冷却管(13)形成在压床夹具(4)中以通过冷却剂。
9.如上述任一权利要求的加热设备，其特征在于所述芯(1)包括成对形成的四个附加极(8a，8b)，连接电压源(12)对应相的至少一个极线圈用于每对极(8a，8b)。
10.用于制造全部或部分为塑料或合成物的产品的压床，含有如权利要求1-9中任一个的加热设备。
11.用于制造部分或全部为塑料或合成物的产品的压床，含有三个如权利要求1-9中任一个的加热设备，所述加热设备每个使用公共电压源(12)的一相。
12.用于制造部分或全部为塑料或合成物的产品的方法，包括下述步骤将原始材料放到设置在压床(3)内的压床夹具(4)中；利用压床(3)向压床夹具(4)加压；加热压床夹具(4)；以及处理一段时间后冷却压床夹具(4)，其特征在于由传导入压床夹具(4)中的磁场进行加热。
13.如权利要求12的方法，其特征在于通过给线圈装置(9，10，11)加电压而产生磁场，线圈装置绕磁性材料的芯(1)而设，芯(1)围绕压床夹具(4)。
14.如权利要求12或13的方法，其特征在于原始材料包括放在压床夹具(4)中的预制纤维体，以及注入压床夹具(4))内的塑料材料。
全文摘要
一种用于加热压床夹具(4)的设备,压床夹具安装在用于制造部分或全部为塑料或合成物的产品的压床(3)中,设备由电铁板芯(1)、绕芯(1)的线圈装置(9,10,11)、以及电压源(12)构成。电压源(12)连接线圈装置(9,10,11)以便在芯(1)中及其周围产生磁场。芯(1)有两极(8a,8b),其间容纳压床夹具(4),两极相互之间可移动以便向压床夹具(4)施加压力且两极将所产生的磁场导入压床夹具(4)。压床(3)具有这种加热设备且用在通过所供给的磁场加热压床夹具(4)的制造方法中。
文档编号B30B15/34GK1208542SQ97191740
公开日1999年2月17日 申请日期1997年1月16日 优先权日1996年1月16日
发明者戈兰·兰斯特德 申请人:林蓝感应技术公司