生产空心体复合部件的方法以及此种方法中使用的弹丸与流程

1.本发明涉及一种使用注射模具生产空心体复合部件的方法，其中通过注射可流动材料，将注射模具的型腔至少部分填充可流动材料，并且弹丸被驱动通过可流动材料以形成空心体。本发明还涉及一种用于这种方法的弹丸。本文提出的方法是基于流体注射技术的原理。


背景技术：

[0002]“流体注射技术”是指生产工艺，该生产工艺在第一步用熔体(通常是塑料熔体)填充注射模具来生产空心体。然后，弹丸被驱动穿过静止的液态熔体。驱动力来自一种流体，该流体在压力下驱动弹丸前进，并在过程结束后从由此形成的中空的空间中再次排出。根据应用的不同，弹丸可以留在空心体中或重复使用。
[0003]
de 102014226500a1公开了使用特殊弹丸通过流体注射法来制造空心体的方法。在这种情况下，弹丸具有至少一个间隔装置，通过间隔装置以与模具壁基本均匀的距离引导弹丸。该方法首先将弹丸放置在多重部分模具型腔中的流体注射器上以产生空心体。然后关闭模具，并将可流动塑料注射到模具的型腔中。随后在塑料内形成充满流体的中空的空间，其中弹丸通过由流体喷射器引入的流体来驱动以穿过可流动塑料。通过可流动塑料的位移，在中空的空间充满了流体时，弹丸创造了中空的空间。然后塑料固化，流体从型腔中排出。最后，通过打开模具将空心体从型腔中取出。
[0004]
de 102011015522a1公开了一种塑料体，该塑料体包括与实心体相连的空心体。塑料体在中心区域形成管状空心体。管状空心体的两端分别由封闭的实心体封闭。在管状空心体的第一端设置有位移体，位移体设置在空心体到第一实心体的过渡处。在管状空心体的第二端，形成在管状空心体和第二实心体之间延伸的中空的空间。对于在注射成型工艺中生产相应管状塑料体的生产设备，预想的型腔是具有第一端和第二端的细长形状，并且在型腔的端部之间设置喷嘴。
[0005]
所有已知空心体的共同点是，它们基本上包括在注塑成型中使用的塑料。因此，空心体材料的机械性能基本上仅限于所用塑料的性能，并且通常不能承受特别高的载荷。


技术实现要素：

[0006]
因此，本发明的目的是提出一种低成本和简单的方法，用于生产机械性能比现有技术提高的空心体复合部件，以及为了生产这种空心体复合部件使用的弹丸。
[0007]
该目的通过具有权利要求1特征的方法和可用于该方法且具有权利要求12特征的弹丸来实现。
[0008]
应当注意，权利要求中单独列出的特征可以以任何技术上可行的方式(甚至跨越类别限制(例如在方法和设备之间))彼此组合，并且指示本发明的进一步实施例。说明书还特别结合附图对本发明进行了特征化和具体化地描述。
[0009]
还应指出，本文中使用的连接词“和/或”位于两个特征之间并将它们彼此连接，应
始终以这样的方式来解释，即在根据本发明的主题的第一实施例中只能存在第一特征，在第二实施例中只能存在第二特征，在第三实施例中，第一和第二特征都可以存在。
[0010]
本发明的要点是将一个或多个带状增强元件引入由流体注射法生产的空心体复合部件中。如果带状增强元件具有较高的机械稳定性，则这种带状增强元件可以对由流体注射法生产的空心体复合部件的机械性能产生积极的影响和改善。还可以提供增强元件的稳定性改善特性仅在复合部件的复合材料中起作用，而带状增强元件本身不一定具有高机械稳定性。
[0011]
在根据本发明的用于生产空心体复合部件的方法中，使用注射模具，通过注射材料将注射模具的型腔至少部分地填充可流动材料，并且弹丸被驱动穿过可流动材料以形成空心体。方法的特征在于，利用弹丸，将至少一个带状增强元件引入空心体内部，并将其设置在面向空心体内部的空心体表面上。注射模具基本上代表了要生产的几何图形的负形状。除了空心体复合部件的阴模之外，注射模具通常还包括其他区域(例如，整体形成的部分，以及可流动材料的入口和出口区域)。注射模具的多重部分实施例是常规的，但不是绝对必要的。根据主体的复杂性，在对主体进行脱模时，多重部分注射模具可能是有利的。
[0012]
合适的可流动材料包括所有可首先转化为液态，然后硬化的材料。热塑性材料加热到其熔点以上以获得可流动材料通常适用于这里。随后的硬化通过材料的冷却进行。注射成型工艺也可以按照与金属相同的原理进行。通过化学反应固化的材料同样可以使用。
[0013]
在注入可流动材料期间，型腔不必完全填充材料，并且也可能需要部分的引入可流动材料，因为随后弹丸被驱动穿过可流动材料，排出一些可流动材料以形成中空的空间。在此过程中，被排出的可流动材料至少部分地被引入型腔先前未填充的部分中。
[0014]
然而，在弹丸被驱动穿过之前，用可流动材料完全填充型腔也可能是有利的。弹丸本身通过附加流体被驱动穿过可流动物质，其中流体填充由弹丸形成的空心体。当原来可流动的材料硬化后，流体被排出。然后，弹丸可以留在空心体复合部件中或从中取出。弹丸的再利用是可想到的。根据本发明，弹丸将至少一个带状增强元件引入空心体中，上述增强元件改善以这种方式生产的空心体复合部件的机械性能。为此，弹丸将带状增强元件设置在空心体的内部。在这种情况下，空心体的内部可以是由弹丸被驱动穿过而产生的空心体复合部件的表面。
[0015]
下面将详细描述从属权利要求中指示的有利的实施例和本发明提出的方法的进一步有利的(或可能)实施例。
[0016]
根据本发明提出的方法的第一实施例，可以提供带状增强元件包括纤维(例如单向排列的纤维)。纤维嵌入在塑料基体中(特别是热塑性塑料基体中)。包含纤维的带状增强元件会有助于所述空心体复合部件的机械性能达到预期的改善。为此天然纤维和/或矿物纤维和/或合成纤维是适用的。天然纤维具有良好的机械性能，价格低廉，并且对生物无害。这种天然纤维的使用增加了通过根据本发明的方法生产的空心体复合部件的可持续性，并促进了其废弃处理或再循环利用。典型的天然纤维可以是，例如，棉纤维、亚麻纤维、大麻纤维、黄麻纤维、红麻纤维、苎麻纤维、剑麻纤维或木纤维。从生物高聚物中获得的纤维在广义上也可称为天然纤维，并可用于本实施例。矿物纤维具有很好的机械性能，但往往更难加工。碳化纤维或聚芳酰胺纤维具有较高的机械强度，易于加工。
[0017]
当对复合材料部件的机械性能有特殊要求时，上述材料的组合是有用的。例如，碳
化纤维或聚芳酰胺纤维的组合通过碳纤维产生高强度，以及通过聚芳酰胺纤维产生高冲击强度。
[0018]
纤维的单向排列意味着纤维的基本平行排列，这导致纤维排列方向上的机械性能加强。将纤维嵌入塑料基体中简化了纤维的处理，改善了纤维在基体中的嵌入。纤维嵌入的改进反过来改善了空心体复合部件的机械性能。当使用热塑性可流动材料来形成空心体复合部件时，热塑性材料的纤维基体同样适用，因为这样增强了纤维基体和空心体复合部件材料之间的粘结质量，从而提高了材料的机械性能。
[0019]
根据本发明提出的方法的另一个实施例，可以提供两个带状增强元件以使带状增强元件彼此相对设置的方式设置在面向空心体内部的表面上。通过带状增强元件的相对设置，可以实现空心体部件的机械性能更均匀的加强，从而更均匀地改善空心体部件的机械性能。附加的带状增强元件可以促进这种效果。根据空心体复合部件的几何形状，使用相同或不同宽度的带状增强元件可能是有利的。也可以使用非恒定宽度的带状增强元件。例如，带状增强元件的宽度可以与空心体复合部件的轮廓相匹配。
[0020]
根据本发明提出的方法的另一个实施例，可以提供使用两部分注射模具，其中带状增强元件设置在面向空心体内部的表面上的点上，该点在注射成型时设置在注射模具的分割面中。带状增强元件的这种设置是有利的，因为在注射模具的分割面处经常出现毛刺，导致空心体复合部件的表面或材料厚度不均匀。这反过来又可以表示空心体复合部件的机械薄弱点。这些点通过在这些点处设置带状增强元件来加强。同样的原理也可用于具有两个以上部件的注射模具的情况，即相应地在相应的薄弱点处插入并放置两个以上的带状增强元件。
[0021]
根据本发明提出的方法的另一个实施例，可以提供在注射可流动材料之前，将带状增强元件设置在注射模具的型腔中。为了使用弹丸将带状增强元件引入空心体复合部件内，带状增强元件被放置在注射模具的型腔中，然后在随后的流体注射过程中被弹丸带到空心体复合部件中的最终位置。这样一方面简化了使用弹丸进行的放置，另一方面简化了放置过程。
[0022]
根据本发明提出的方法的另一个实施例，可以提供带状增强元件通过带状增强元件的至少一端固定在注射模具的型腔中或型腔外部，其中优选地使用保持装置来固定。由于在弹丸放置带状增强元件期间，增强元件和弹丸之间可能发生摩擦，因此增强元件可沿弹丸的移动方向移动或移位。为了避免这种情况，增强元件的至少一端可以固定在注射模具上。优选地，带状增强元件的端部是固定的，该端部在流体注射过程中在运动方向上基本上位于弹丸的后面。在这种情况下，可以在型腔的区域中实施固定，从而确保型腔例如被空心体复合部件的可流动材料完全封闭，并且在完成的空心体复合部件中不再可见。然而，也可以将带状增强元件固定在型腔外部，这会增加用于固定的可用安装空间。保持装置本身可以以多种方式实现，例如基于夹紧机构、基于形状配合的保持装置、通过材料连接等。
[0023]
根据本发明提出的方法的另一个实施例，可以提供分层排列在注射模具的型腔中的多个带状增强元件，这些带状增强元件在注射成型过程中，通过弹丸彼此分离，并且设置在面向空心体内部的空心体表面上。如果要在空心体复合部件横向于流体注射过程中弹丸的运动方向的横截面上尽可能均匀地改善机械性能，则多个带状增强元件是有利的。为此，带状增强元件可以分层在注射模具的型腔中，并在流体注射过程中通过弹丸将其彼此分离
并带到最终位置。
[0024]
根据本发明提出的方法的另一个实施例，可以提供，将管状增强元件代替带状增强元件引入空心体内部，其中管状增强元件通过弹丸扩大到空心体的直径。管状增强元件的优点是空心体大体上在其整个横截面上得到相对均匀的加强。原则上，所有的可以采用弹丸直径的管状结构都适合作为管状增强元件。特别地，这可以是编织软管、网状软管、具有格子结构的软管、由可拉伸材料制成的软管等。在流体注射过程中，弹丸被驱动通过软管，从而使软管均匀地向上靠在空心体的内部。
[0025]
根据本发明提出的方法的另一个实施例，可以提供带状增强元件被引导到弹丸上形成的通道中。为了更好和更准确地放置带状增强元件，弹丸可包括连续通道，该通道在流体注射过程中引导带状增强元件并把它带到最终位置。这可以是单个独立通道或弹丸前部区域的单个入口通道，该通道将带状增强元件引入弹丸内部区域，并在通过弹丸后部区域的单个出口通道后再次将其引出。
[0026]
根据本发明提出的方法的另一个实施例，可以提供将带状增强元件存储在弹丸的内部，优选地通过设置在弹丸内部并且将所述带状增强元件卷起的分配装置来存储。通过以这种方式存储带状增强元件，避免了在注射模具中预先放置增强元件的步骤。另一个优点是，带状增强元件不会无意中与可流动材料接触，因为型腔被可流动材料填充发生在带状增强元件被带到空心体复合部件中的正确的、预期的点之前。这里，带状增强元件的分配装置位于弹丸内部。在这种情况下，带状元件被卷起并安装在可旋转的轴上。但是，不必进行常规意义上的退绕。不排除以其他方式存储。带状增强元件储存在弹丸内部，并通过弹丸带到空心体复合部件中的预定点就足够了。
[0027]
根据本发明提出的方法的另一个实施例，可以提供当弹丸被驱动穿过可流动材料并被引导穿过弹丸的出口时，带状增强元件从分配装置展开。为了更精确地放置和更好地粘合到空心体复合部件的可流动材料，通过弹丸上的出口将带状增强元件带到其预定位置是有利的。例如，该出口可以是弹丸中的通道或开口，通过该通道或开口引导带状增强元件。弹丸表面的结构用于引导带状增强元件也是可想得到的。
[0028]
如前所述，本发明所基于的目的也通过在根据本发明的方法中使用的弹丸来实现。所述弹丸具有用于带状增强元件的接收和/或定位装置，通过该接收和/或定位装置，所述带状增强元件可以被引入所述空心体内部并且可以被放置在面向空心体内部的空心体的表面上。
附图说明
[0029]
本发明的进一步特征和优点将在以下对本发明的示例性实施例的描述中找到，这些示例性实施例不应以限制性的方式被理解，并且将在下面参考附图作出更详细地解释。在这些附图中：
[0030]
图1：示意性地示出了根据本发明生产的空心体复合部件的一个实施例变型，该空心体复合部件具有由弹丸引入的带状增强元件；
[0031]
图2：示意性地示出了根据本发明的一个变型的与将两个层状的带状增强元件插入空心体复合部件中有关的图示；
[0032]
图3：示意性地示出了根据本发明的另一变型的与在弹丸内部存储两个带状增强
元件有关的图示。
具体实施方式
[0033]
图1示出了可通过根据本发明的方法生产的类型的空心体复合部件的一个实施例变型。为此，在将可流动材料3注射到注射模具的型腔中之后，通过流体2驱动弹丸1穿过可流动材料3。在此过程中，弹丸1带着带状增强元件4并引导其穿过弹丸1表面的引导通道5，到达带状增强元件4在要生产的空心体复合部件中将要停留的位置。在这种情况下，带状增强元件4在空间中的方向可由弹丸1自由改变。这里，平面7例如可以对应于多部分注射模具的分割面，因此，在所示的情况下，带状增强元件4加强了成品空心体复合部件中的分割面。
[0034]
图2示出了本发明的变型，根据该变型将两层带状增强元件4引入空心体复合部件中。为此，在流体2的帮助下，弹丸1被驱动穿过可流动材料3(未示出)，在此过程中，分离分层的带状增强元件4，以便将它们带到带状增强元件4在要生产的空心体复合部件中要设置的位置。这些位置可以是相反的，如图2所示，或者也可以不对称地设置的。
[0035]
图3示出了根据本发明的弹丸1的实施例变型，该弹丸1具有用于在弹丸1的内部存储两个带状增强元件4的装置。存储装置包括两个可旋转安装的滚轴6，在每个滚轴上存储并卷起带状增强元件4。在这里，带状增强元件4在其自由端必须固定，这样可以克服滚柱6的滚动阻力，并且在可流动材料3(未示出)中向前驱动弹丸1时，带状增强元件4展开。例如，保持装置可以接管此任务。这样，带状增强元件4被放置在空心体的内部并被引入可流动材料3中。
[0036]
附图标记清单
[0037]
1弹丸
[0038]
2流体
[0039]
3可流动材料
[0040]
4带状增强元件
[0041]
5通道
[0042]
6滚轴
[0043]
7平面