本發(fā)明涉及一種用于制造具有沿拉擠方向不連續(xù)的橫截面輪廓的纖維增強(qiáng)的連續(xù)型材的拉擠成型設(shè)備以及一種該連續(xù)型材的制造方法。

背景技術(shù)：

拉擠成型法(也稱為擠拉法)能制造連續(xù)型材、尤其是由塑料材料制成的纖維增強(qiáng)連續(xù)型材，其具有通常預(yù)定義的型材橫截面。在此在第一步驟中，預(yù)先保持在筒管上的增強(qiáng)纖維、如玻璃纖維或碳纖維從筒管退繞并且在浸漬工具中被基質(zhì)、如樹脂浸漬。隨后經(jīng)浸漬的纖維被拉過壓力成型裝置并且在拉擠型材被增加的溫度作用硬化之前將其成型為具有預(yù)設(shè)橫截面的拉擠型材(下面也稱為連續(xù)型材)。借助牽拉裝置將如此制造的型材連續(xù)拉過各個(gè)加工站并且隨后供應(yīng)給切割工具以便分離出定義長度的分段。

借助這種已知的拉擠成型法制出的連續(xù)型材通常具有沿其長度連續(xù)的橫截面輪廓。這表示，橫截面輪廓構(gòu)造成連續(xù)的且不具有跳躍的延伸變化，因此連續(xù)型材的外部輪廓也具有連續(xù)的延伸、即沒有橫截面的突然變化、尤其是無“跳躍”。為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)型材的橫截面變化，在運(yùn)行期間在連續(xù)型材輸送速度的同時(shí)改變壓模幾何形狀，但由此只能制造連續(xù)型材的連續(xù)橫截面變化，其在連續(xù)型材的一定長度上連續(xù)延伸。

而不連續(xù)的、即在連續(xù)型材的定義區(qū)段中“突然”出現(xiàn)的、不連續(xù)橫截面變化目前只能在忍受顯著缺點(diǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)。例如已知在壓力成型和硬化之后才設(shè)置用于加工已硬化的連續(xù)型材的沖壓模具。

但在此在加工處于硬化狀態(tài)中的連續(xù)型材時(shí)尤其是存在損傷集成的纖維結(jié)構(gòu)以及包圍纖維的基質(zhì)的危險(xiǎn)，因?yàn)橐呀?jīng)硬化的塑料具有較低的斷裂伸長率和較低的塑性變形性。此外，高摩擦力和上游壓力成型裝置的高拉應(yīng)力作用于待加工的連續(xù)型材，因此開裂的危險(xiǎn)顯著提高。

作為替代方案使用的連續(xù)型材切削加工步驟也要求基質(zhì)的硬化狀并且特別復(fù)雜和昂貴。此外，切削加工步驟也具有損傷或切斷集成的增強(qiáng)纖維的危險(xiǎn)，從而造成連續(xù)型材的顯著的局部材料弱化，這通?？蓪?dǎo)致受損傷的連續(xù)型材無法使用。

而為了在硬化之前就已經(jīng)加工型材橫截面，例如由de69605645t2公開了一種拉擠成型設(shè)備，用于制造具有沿拉擠方向變化的橫截面輪廓的連續(xù)型材。該拉擠成型設(shè)備具有固定或可移動(dòng)的成形噴嘴，其可引起局部橫截面變化。但在此待成形的連續(xù)型材承受設(shè)置在下游的牽拉裝置的巨大拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力可導(dǎo)致連續(xù)型材容易開裂。

de69007648t2示出一種示例性的拉擠成型設(shè)備，在其中通過不同的噴嘴幾何形狀實(shí)現(xiàn)連續(xù)的橫截面變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的任務(wù)在于能夠制造具有沿拉擠方向不連續(xù)的橫截面輪廓的纖維增強(qiáng)連續(xù)型材并且同時(shí)減少或甚至避免損傷所制造的連續(xù)型材或集成的增強(qiáng)纖維。

所述任務(wù)借助具有權(quán)利要求1所述特征的拉擠成型設(shè)備以及根據(jù)權(quán)利要求8的方法來解決。有利的實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求給出。

據(jù)此提出一種用于制造纖維增強(qiáng)連續(xù)型材的拉擠成型設(shè)備，該連續(xù)型材具有第二沿拉擠方向不連續(xù)的橫截面輪廓。所述拉擠成型設(shè)備為此包括用于成型連續(xù)型材的壓力成型裝置，其包括：

－用于制造具有連續(xù)橫截面輪廓的連續(xù)型材的第一成型裝置，和

－關(guān)于第一成型裝置沿拉擠方向設(shè)置在下游的、用于成型連續(xù)型材的第二不連續(xù)橫截面輪廓的第二成型裝置。

此外，拉擠成型設(shè)備包括沖壓模具，其設(shè)置在第一成型裝置和第二成型裝置之間并且構(gòu)造用于至少在連續(xù)型材的定義區(qū)段中引起連續(xù)橫截面輪廓的局部變形，以便產(chǎn)生連續(xù)型材的第一不連續(xù)橫截面輪廓。作為“第一不連續(xù)橫截面輪廓”可理解為連續(xù)型材的所有經(jīng)過沖壓模具的橫截面輪廓——與是否在沖壓模具中實(shí)際被加工無關(guān)。因此第一不連續(xù)橫截面輪廓既包括被沖壓模具加工的區(qū)段，也包括未被加工的、僅通過第一成型裝置成型的區(qū)段。

作為用于纖維增強(qiáng)連續(xù)型材的增強(qiáng)纖維原則上可使用所有已知并且適合的增強(qiáng)纖維、尤其是玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、金屬纖維或天然纖維以及這些纖維類型的任何混合物。

由于壓力成型裝置被分割為兩個(gè)成型裝置，因此該拉擠成型設(shè)備允許將沖壓模具設(shè)置在這兩個(gè)裝置之間并且因此可以特別簡(jiǎn)單且可靠的方式制造具有最終的第二不連續(xù)橫截面輪廓的連續(xù)型材。

該拉擠成型設(shè)備的一個(gè)特殊優(yōu)點(diǎn)在于，基于壓力成型裝置的兩級(jí)結(jié)構(gòu)，在這兩個(gè)成型裝置之間僅減小的拉應(yīng)力作用于連續(xù)型材。在第二成型裝置之后拉擠成型設(shè)備的所有拉應(yīng)力才出現(xiàn)在連續(xù)型材上。這表示，基于該設(shè)計(jì)，借助沖壓模具的加工可在減小的連續(xù)型材拉應(yīng)力負(fù)荷下進(jìn)行并且因此顯著降低開裂危險(xiǎn)。此外，減小的拉應(yīng)力的精確數(shù)值與第一和第二成型裝置的設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)以及沖壓模具在這兩個(gè)成型裝置之間的精確位置有關(guān)并且可相應(yīng)改變。

第一和第二成型裝置可完全相互分離或者說彼此間隔開地構(gòu)造，以便將沖壓模具設(shè)置在這兩個(gè)成型裝置之間。作為替代方案，代替兩個(gè)裝置的這種完全分離也可設(shè)置一體模具，使得兩個(gè)裝置雖然彼此連接，但卻在相應(yīng)的位置上借助用于沖壓模具的相應(yīng)凹口實(shí)現(xiàn)沖壓模具在這兩個(gè)裝置之間的設(shè)置。

“具有不連續(xù)橫截面輪廓的連續(xù)型材”尤其是可理解為這樣的連續(xù)型材，其任意型材橫截面——在垂直于拉擠方向的平面中看——沿連續(xù)型材的縱向方向不僅可連續(xù)地、即不斷地、而且也在可需要時(shí)不連續(xù)地、即突然或跳躍地改變。因此，通過橫截面輪廓定義連續(xù)型材的外部輪廓的不連續(xù)延伸。

例如連續(xù)型材首先在第一成型裝置中預(yù)成型并且首先在其長度的任何位置上獲得通過第一成型裝置定義的第一(初步)型材橫截面。該第一型材橫截面可沿連續(xù)型材的縱向方向保持恒定或變化地構(gòu)造。因此在恒定型材橫截面的情況下產(chǎn)生這樣的連續(xù)型材，該連續(xù)型材沿其縱向延伸始終具有相同的型材橫截面形狀和尺寸并且因此定義連續(xù)橫截面輪廓的第一種方案。

作為替代方案，第一成型裝置的幾何形狀可在前進(jìn)以便輸送連續(xù)型材的同時(shí)沿拉擠方向變化。在此情況下連續(xù)型材的第一型材橫截面的幾何形狀沿其縱向延伸變化，但在此基于同時(shí)前進(jìn)而產(chǎn)生不斷的、連續(xù)橫截面輪廓且無跳躍式變化。

因此，在兩種情況下，首先制出具有不斷的、連續(xù)的橫截面輪廓且無跳躍式延伸變化的連續(xù)型材。隨后可借助沖壓模具在連續(xù)型材的一個(gè)或多個(gè)選擇的區(qū)段中這樣加工型材橫截面的局部形狀，使得至少在所述區(qū)段中將上述連續(xù)的橫截面輪廓變形為(第一)不連續(xù)的橫截面輪廓。借助所描述的對(duì)所述橫截面和橫截面輪廓的加工和變形尤其是引起連續(xù)型材的外部輪廓變化。當(dāng)然，替代或附加地也可引起內(nèi)部輪廓的相應(yīng)變化。

接下來，連續(xù)型材被供應(yīng)至第二成型裝置，第二成型裝置制造連續(xù)型材的第二不連續(xù)橫截面輪廓。在此由沖壓模具預(yù)成型的第一不連續(xù)橫截面輪廓在通過第二成型裝置時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙贿B續(xù)橫截面輪廓。這表示，在第二成型裝置中連續(xù)型材再次變形。這可在連續(xù)型材的由沖壓模具加工的區(qū)段中或在連續(xù)型材的未由沖壓模具加工、僅由第一成型裝置成型的區(qū)段中進(jìn)行。第二成型裝置也可構(gòu)造用于加工所有區(qū)段?？蛇x地可為相應(yīng)區(qū)段設(shè)置不同的加工度。

換言之，可這樣構(gòu)造第二成型裝置，使得連續(xù)型材僅在僅由第一成型裝置且不由沖壓模具(預(yù))成型的區(qū)段中成型。當(dāng)然，也可這樣構(gòu)造第二成型裝置，使得替代或附加地(再)成形由沖壓模具成形的區(qū)段。

根據(jù)一種實(shí)施方式，沖壓模具沿拉擠方向至少在初始位置和最終位置之間構(gòu)造成可平行于拉擠方向移動(dòng)。沖壓模具因此可伴隨在拉擠成型設(shè)備中以特定前進(jìn)速度(也稱為牽拉速度)移動(dòng)的連續(xù)型材移動(dòng)。這允許沖壓模具在初始位置中關(guān)閉，以便由此局部變形連續(xù)型材并且保持在關(guān)閉狀態(tài)中直至到達(dá)最終位置，從而成型可在延長的定義時(shí)間段內(nèi)作用于連續(xù)型材。

在到達(dá)最終位置時(shí)沖壓模具再次打開并且釋放連續(xù)型材，在此沖壓模具返回其初始位置，以便在連續(xù)型材的另一區(qū)段中重復(fù)沖壓過程。通過這種方式可特別簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)不連續(xù)的橫截面變化并且同時(shí)基于延長的“作用時(shí)間”減小對(duì)連續(xù)型材造成的負(fù)荷。這可在拉擠成型設(shè)備的恒定前進(jìn)速度下進(jìn)行，且不必改變用于實(shí)施各加工步驟的速度，因此不影響整個(gè)拉擠成型設(shè)備的生產(chǎn)率。

此外，第一成型裝置和/或第二成型裝置可分別構(gòu)造用于連續(xù)型材的至少部分硬化。因此連續(xù)型材的基質(zhì)可首先借助第一成型裝置在第一部分上被硬化。優(yōu)選基質(zhì)在此首先在一定程度上不完全硬化，基質(zhì)尤其是可保持在凝膠狀狀態(tài)中。在該凝膠狀狀態(tài)中，基質(zhì)一方面可易于加工，并且另一方面具有足夠的粘性，以便為后續(xù)加工步驟提供足夠的連續(xù)型材的形狀穩(wěn)定性。例如在初次成型時(shí)正好這樣選擇硬化度，使得可實(shí)現(xiàn)局部變形并且該局部變形即使在拉擠成型設(shè)備中的進(jìn)一步拉力加載下仍保持不變。

這允許在不損傷已經(jīng)硬化的基質(zhì)或纖維的情況下通過沖壓模具引起局部變形。在第二成型裝置中連續(xù)型材可隨后在另一部分上被硬化。

優(yōu)選沖壓模具也構(gòu)造用于局部去除、局部擠壓和/或局部成形連續(xù)型材的材料，和/或用于局部加入附加材料到連續(xù)型材中和/或局部加入填料、尤其是插入物或鑲嵌物到連續(xù)型材中，和/或用于在連續(xù)型材的定義區(qū)段中局部產(chǎn)生局部凹口。因此例如可在不損傷纖維并且實(shí)現(xiàn)連續(xù)型材最佳強(qiáng)度的情況下實(shí)現(xiàn)局部凹口、在連續(xù)型材的輪廓中的跳躍、貫通部或孔以及橫截面輪廓的其它突然變形。

也可加入附加的材料、如帶或所謂的預(yù)浸帶、金屬元件、如桁條或附加的塑料元件、如塑料帶。在連續(xù)型材僅部分硬化的狀態(tài)中在此可實(shí)現(xiàn)無膠粘劑的材料鎖合接合。在附加成形的情況下，所加入的附加材料、尤其是所述附加元件可與連續(xù)型材(所謂的拉擠物)的基質(zhì)在規(guī)定位置上力鎖合連接。

此外，沖壓模具可具有可更換的加工附件，其構(gòu)造用于引起局部變形。通過更換不同的加工附件可在沖壓模具上設(shè)置用于局部變形的不同幾何形狀并且因此可在同一連續(xù)型材中依次任意使用不同的加工附件，或也可以簡(jiǎn)單的方式快速為制造連續(xù)型材的不同幾何形狀改裝拉擠成型設(shè)備。

此外，沖壓模具和/或至少加工附件可構(gòu)造成可加熱的，以便至少在定義區(qū)段中引起連續(xù)型材的局部預(yù)硬化。這具有以下優(yōu)點(diǎn)，即連續(xù)型材的基質(zhì)至少在局部變形的局部區(qū)段中(進(jìn)一步)硬化并且因此避免因普遍存在的拉力負(fù)荷加載引起不希望的(晚些時(shí)候的)變形。在此情況下借助沖壓模具施加的局部變形即使在拉力負(fù)荷持續(xù)加載連續(xù)型材的情況下仍能盡可能好地保持，否則該拉力負(fù)荷可導(dǎo)致恢復(fù)原狀，由此特別是確保了變形的高精度。

如上所述，拉擠成型設(shè)備可包括用于以施加的拉力連續(xù)加載連續(xù)型材的牽拉裝置。連續(xù)型材由此持續(xù)被加載拉力并被輸送通過各加工站。

根據(jù)另一種實(shí)施方式，可在加工出的凹口內(nèi)將泡沫材料填充到連續(xù)型材中、優(yōu)選填充到構(gòu)造為空心型材的連續(xù)型材內(nèi)，該泡沫材料隨后例如通過第二成型裝置中的溫度發(fā)泡并且硬化，以便填充空腔并且必要時(shí)進(jìn)行支撐。

此外，提出一種用于制造纖維增強(qiáng)連續(xù)型材的方法，該連續(xù)型材具有第二沿拉擠方向不連續(xù)的橫截面輪廓，所述方法至少包括下述步驟：

－制造具有連續(xù)橫截面輪廓的連續(xù)型材；

－局部沖壓連續(xù)型材，以便在連續(xù)型材的定義區(qū)段中引起連續(xù)橫截面輪廓的局部變形，從而產(chǎn)生連續(xù)型材的第一不連續(xù)橫截面輪廓；

－將連續(xù)型材的第一不連續(xù)橫截面輪廓成形為連續(xù)型材的第二不連續(xù)橫截面輪廓。

可選地，制造具有連續(xù)橫截面輪廓的連續(xù)型材的步驟包括至少部分初次硬化所制造的連續(xù)型材。

此外，所述方法還可包括加熱連續(xù)型材以便局部硬化的步驟，該步驟在沖壓步驟期間或接著沖壓步驟進(jìn)行。

附圖說明

下面參考實(shí)施例借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖如下：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的拉擠成型設(shè)備的一種實(shí)施例；

圖2為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的拉擠成型設(shè)備的應(yīng)力曲線；

圖3為根據(jù)圖1的拉擠成型設(shè)備的應(yīng)力曲線。

具體實(shí)施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的拉擠成型設(shè)備10，用于制造具有沿拉擠方向p不連續(xù)的橫截面輪廓16c(下面稱為“第二不連續(xù)橫截面輪廓16c”)的、纖維增強(qiáng)的連續(xù)型材16。首先在第一步驟中，預(yù)先保持在筒管12上的增強(qiáng)纖維13(如玻璃纖維或碳纖維)從筒管12上退繞并且借助浸漬工具14被基質(zhì)(如樹脂)浸漬。隨后，經(jīng)浸漬的纖維13被拉過壓力成型裝置15并且成型為拉擠型材16(下面也稱為連續(xù)型材)。壓力成型裝置15為了成型連續(xù)型材16而包括：第一成型裝置15a，用于產(chǎn)生具有連續(xù)橫截面輪廓16a的連續(xù)型材16(作為具有第二不連續(xù)橫截面輪廓16c的最終連續(xù)型材16的第一前身)；和關(guān)于第一壓力成型裝置15a沿拉擠方向p設(shè)置在下游的第二成型裝置15b，用于成型連續(xù)型材16的最終的第二不連續(xù)橫截面輪廓16c。此外，沖壓模具15c設(shè)置在第一成型裝置15a和第二成型裝置15b之間并且構(gòu)造用于至少在具有連續(xù)橫截面輪廓16a的連續(xù)型材16的定義區(qū)段中引起連續(xù)橫截面輪廓16a的局部變形，以便產(chǎn)生連續(xù)型材16的第一不連續(xù)橫截面輪廓16b(即，具有第二不連續(xù)橫截面輪廓16c的最終連續(xù)型材16的第二前身)。

沖壓模具15c例如可構(gòu)造成多件式的，以便從多個(gè)方向作用于連續(xù)型材16從而有針對(duì)性地改變形狀，其方式是，沖壓模具15c可關(guān)閉并且隨后再次打開(參見移動(dòng)箭頭s)。此外，優(yōu)選沖壓模具15c沿拉擠方向p至少在初始位置a和最終位置b之間構(gòu)造成可平行于拉擠方向p移動(dòng)，使得沖壓模具15c可在關(guān)閉狀態(tài)中包圍連續(xù)型材16并且平行于連續(xù)型材16地被帶動(dòng)，以便在到達(dá)最終位置b時(shí)再次打開沖壓模具15c。

例如，沖壓模具15c可構(gòu)造用于局部去除、局部擠壓和/或局部成形連續(xù)型材16的材料，和/或用于局部加入附加材料到連續(xù)型材16中和/或局部加入填料、尤其是插入物或鑲嵌物到連續(xù)型材中，和/或用于在連續(xù)型材16的定義區(qū)段中局部產(chǎn)生局部凹口，以便引起連續(xù)型材的相應(yīng)局部變形。沖壓模具的相應(yīng)幾何實(shí)施方式并未示出。

可選地，沖壓模具15c具有可更換的加工附件15d，其構(gòu)造用于引起局部變形?？筛鼡Q的加工附件15d因此可簡(jiǎn)單地被另一加工附件更換，以便例如設(shè)置其它幾何形狀。

為了將連續(xù)型材16輸送通過各個(gè)所描述的加工站，拉擠成型設(shè)備10還包括牽拉裝置17，用于以拉力沿拉擠方向p連續(xù)加載連續(xù)型材16。

圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的拉擠成型設(shè)備1沿連續(xù)型材6的長度的應(yīng)力曲線σ，其中，為了更好的說明以及清楚起見僅局部高度簡(jiǎn)化地示出該拉擠成型設(shè)備。首先在第一步驟中，預(yù)先保持在筒管2上的增強(qiáng)纖維3從筒管2退繞并且被基質(zhì)(未示出)浸漬。隨后經(jīng)浸漬的纖維3被拉過壓力成型裝置5并且成形為具有定義橫截面的連續(xù)型材6，該連續(xù)型材6具有不斷連續(xù)的橫截面輪廓且沒有跳躍。連續(xù)型材6借助牽拉裝置7輸送通過拉擠成型設(shè)備1。

所示應(yīng)力曲線σ顯示在連續(xù)型材6在壓力成型裝置5中成形和硬化期間在連續(xù)型材6內(nèi)應(yīng)力上升至最大值σmax，該值一直保持至牽拉裝置7。

現(xiàn)在為了由連續(xù)型材6的連續(xù)橫截面輪廓獲得不連續(xù)的橫截面輪廓，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在壓力成型裝置5下游(如位置x處)加工連續(xù)型材6，在那里連續(xù)型材6被加載最大應(yīng)力σmax并且連續(xù)型材6開裂的危險(xiǎn)極高?；|(zhì)也已經(jīng)在很大程度上硬化，因此基質(zhì)和固定在基質(zhì)中的纖維也極有可能受損傷。

而圖3示出根據(jù)圖1的拉擠成型設(shè)備的應(yīng)力曲線σ。為清楚起見僅示出筒管12、第一成型裝置15a、沖壓模具15c和第二成型裝置15b以及牽拉裝置17。當(dāng)然，所有關(guān)于圖1所描述的特征也適用于圖3。

在此情況下同樣在壓力成型裝置15的最后在連續(xù)型材16內(nèi)才達(dá)到最大應(yīng)力值σmax。但基于壓力成型裝置15的分割，連續(xù)型材16在第一成型裝置15a中初次成形后可以特別簡(jiǎn)單的方式被加工。在該階段中，連續(xù)型材16尚具有減小的應(yīng)力負(fù)荷σ1，該應(yīng)力負(fù)荷在所示實(shí)施方式中是最大應(yīng)力值σmax的一部分。連續(xù)型材16因借助沖壓模具15c加工而開裂的危險(xiǎn)大大降低。在此之后連續(xù)型材16才經(jīng)過設(shè)置在下游的第二成型裝置15b，以便將連續(xù)型材16成形為具有最終的第二不連續(xù)橫截面輪廓16c的最終形狀。

可選地，第一成型裝置15a和/或第二成型裝置15b可分別構(gòu)造用于至少部分硬化連續(xù)型材16。因此可在每個(gè)裝置中單獨(dú)確定相應(yīng)的硬化度并且使其符合最佳加工性的要求。

此外，沖壓模具15c和/或至少加工附件15d可構(gòu)造成可加熱的，以便至少在局部變形的定義區(qū)段中引起連續(xù)型材16的局部預(yù)硬化，從而避免已進(jìn)行的成型不希望地恢復(fù)原狀。

因此，借助圖1和3所示的拉擠成型設(shè)備10可制造這樣的纖維增強(qiáng)的連續(xù)型材16，其具有第二沿拉擠方向p不連續(xù)的橫截面輪廓16c。為此首先制造具有連續(xù)橫截面輪廓16a的連續(xù)型材16。隨后局部沖壓連續(xù)型材16以便在連續(xù)型材16的一個(gè)或多個(gè)定義區(qū)段中引起連續(xù)橫截面輪廓16a的局部變形，從而產(chǎn)生連續(xù)型材16的第一不連續(xù)橫截面輪廓16b。之后將連續(xù)型材16的第一不連續(xù)橫截面輪廓16b成形為連續(xù)型材16的第二不連續(xù)且最終的橫截面輪廓16c。

如上所述，制造具有連續(xù)橫截面輪廓16a的連續(xù)型材16的步驟附加地包括至少部分初次硬化所制造的連續(xù)型材16。此外，可設(shè)置加熱連續(xù)型材16以便局部硬化的步驟，該步驟可在沖壓步驟期間或之后進(jìn)行。