本發(fā)明涉及一種用于制造三明治式部件的方法和一種用于執(zhí)行該方法的裝置。

背景技術(shù)：

三明治式部件通常被理解為由相同或者不同材料的層組成的部件。在最簡單的情況中，三明治式部件由兩個蓋層、一個上部的蓋層和一個下部的蓋層，以及一個芯層組成，芯層布置在上部的蓋層和下部的蓋層之間。在單獨(dú)的層之間的連接大多通過借助合適的工具、例如壓力機(jī)的擠壓進(jìn)行。

這種三明治式部件被用于很多不同領(lǐng)域中。然而在過去數(shù)年間它尤其作為在汽車工業(yè)的輕型結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的結(jié)構(gòu)部件的重要性有了極大的提升。在此，“結(jié)構(gòu)部件”指的是三維式構(gòu)造的部件，該部件并非一定要是車輛的支承部件。例如可以是前蓋、后蓋或者車門。

現(xiàn)有技術(shù)公開了大量不同的用于制造結(jié)構(gòu)部件的方法。

專利文獻(xiàn)DE 10 2012 222 376 A1中例如公開了一種用于制造用作車輛的結(jié)構(gòu)部件的三明治式部件的方法。在此首先在工具中布置內(nèi)部的蓋層，在內(nèi)部的蓋層上布置至少局部區(qū)段多孔的芯層，并且在其上再布置外部的蓋層。按照單個層的所述布置方式形成抵抗兩個蓋層的過程壓力和在芯層中用于相對過程壓力的壓力平衡的芯壓力。以此使得芯層不被過高的過程壓力加載并且在其穩(wěn)定性方面尺寸不被設(shè)計(jì)得過大。

專利文獻(xiàn)DE 10 2013 013 419 A1公開了一種用于制造在可見側(cè)不同種類的三明治式部件的不間斷的制造方法、用于制造該三明治式部件的裝置和以此制造的三明治式部件。在該文獻(xiàn)中所述的用于制造三明治式部件的方法以蓋層-芯層-蓋層為基礎(chǔ)包括堆疊，其中，蓋層由熱塑性纖維材料層組成，該方法包括該三明治式裝置的加熱步驟，其中，該三明治式裝置被加熱至纖維材料層的熱塑性材料至少開始流動。所述加熱在加熱工具中進(jìn)行，例如熱壓機(jī)。在使用熱壓機(jī)時(shí)，產(chǎn)生的擠壓力使熱塑性纖維材料層附著在蜂窩芯(芯層)上。在下面的方法步驟中，具有泡沫層的裝飾層布置在被加熱的三明治式裝置上，使得泡沫層指向蓋層。蓋層的粘稠的熱塑性塑料保證泡沫層附著在三明治式裝置上。之后，裝飾層的表面借助樣板適配于制成的三明治式裝置應(yīng)具有的表面結(jié)構(gòu)。為此在模壓工具的一個或者兩個基礎(chǔ)模表面上布置一個或者多個樣板。該方法的最后步驟是借助模壓機(jī)的冷模壓。

專利文獻(xiàn)DEP 1 897 680 A1同樣公開一種用于制造具有蜂窩芯的纖維強(qiáng)化的三明治式部件的方法，其中，蜂窩芯僅單面借助蓋層封閉，但是蜂窩層的蜂窩在兩側(cè)都封閉。在此，該方法包括步驟：-制造包括蜂窩芯的稀松平紋織物，以及在蜂窩芯上至少單側(cè)地從內(nèi)向外布置有可硬化的粘接層、阻擋層和纖維層；-在該氣密空間內(nèi)制造真空；在蜂窩芯和阻擋層之間的粘接層在此真空下硬化或者硬結(jié)，以便蜂窩腔室在通過阻擋層封閉之前至少部分地排真空；-在粘接層硬化或者硬結(jié)之后，在真空下用基質(zhì)材料導(dǎo)入纖維層，-基質(zhì)材料在真空下硬化。

技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，建議一種備選的、用于制造三明治式部件的方法和用于執(zhí)行該方法的裝置，其中，三明治式部件對于不同使用目的的特性應(yīng)該是可以最優(yōu)化的。

上述技術(shù)問題通過具有按照權(quán)利要求1的特征的用于制造三明治式部件的方法，以及具有在權(quán)利要求17中所述特征的用于執(zhí)行這種方法的裝置解決。由從屬權(quán)利要求可知本發(fā)明的有利實(shí)施方案。

按照本發(fā)明的用于制造三明治式部件的方法包含下面的步驟：

-制備多個材料坯料，

-在至少一個材料坯料的頂側(cè)和/或底側(cè)上施加至少一個基質(zhì)材料，

-重疊和/或并列布置材料坯料，其中，重疊地布置至少兩個材料坯料，

-其中，至少兩個材料坯料構(gòu)造得不同或者以不同的方式沿其頂側(cè)和/或底側(cè)施加基質(zhì)材料；或者在至少一個材料坯料上沿其頂側(cè)和/或底側(cè)以不同的方式施加基質(zhì)材料；以便獲得三明治式部件的至少一個水平的和/或垂直的區(qū)域，該區(qū)域具有與三明治式部件的其他區(qū)域不同的機(jī)械性質(zhì)，

-將材料坯料擠壓成三明治式部件。

至少在擠壓前，材料坯料是具有定義的外邊緣的、基本平坦的部件。

在此，“水平的區(qū)域”按照本發(fā)明在三明治式部件的區(qū)域上沿縱向延伸，即在其由材料坯料構(gòu)成的層結(jié)構(gòu)上的法向上延伸?！按怪钡膮^(qū)域”沿三明治式部件的層結(jié)構(gòu)的方向延伸，即在其沿縱向延伸的法向上延伸。

“以不同的方式”指的是基質(zhì)材料的施加通過在材料坯料上施加不同量和/或不同種類的基質(zhì)材料。

以這種方式可以構(gòu)成一個或者多個特殊區(qū)域，其例如用于在撞到行人時(shí)避免受傷等等，其中，該特殊區(qū)域區(qū)別于部件的其他區(qū)域或者范圍。

至少兩個材料坯料可以構(gòu)造得不同，方法是使兩個材料坯料具有相互不同的面。

材料坯料的“不同的面”指的是材料坯料的不同的二維的幾何形狀和/或尺寸，或者就材料坯料的二維投影的不平整而言。

通過使用不同面的材料坯料和/或以不同方式涂覆基質(zhì)實(shí)現(xiàn)具有不同特性、尤其強(qiáng)度、剛度的區(qū)域，因?yàn)椴煌爻尚蔚牟牧吓髁鲜褂迷诓考囊恍﹨^(qū)域中，在另外的區(qū)域中卻沒有，和/或通過在部件的不同區(qū)域中的不同的基質(zhì)涂覆使得部件的單獨(dú)區(qū)域分別包含不同的特性、例如更容易的變形性。

優(yōu)選地，至少一個材料坯料、尤其優(yōu)選至少兩個材料坯料包括纖維材料。

通過按照本發(fā)明的方法制造的三明治式部件基本上由材料坯料的多個、至少兩個層構(gòu)成。優(yōu)選指定的芯層在此優(yōu)選布置在材料坯料的至少兩個之間。

材料坯料優(yōu)選由纖維材料制造并且相較于構(gòu)造為芯層的層優(yōu)選設(shè)計(jì)得較薄。在此所使用的纖維是天然纖維，例如大麻纖維、竹纖維、基于纖維素的纖維等等，和/或有機(jī)的以及無機(jī)的化纖，例如聚酰胺纖維、玻璃纖維、碳纖維等等。

因此，纖維材料優(yōu)選地由加工為織物、無紡布、針織物、網(wǎng)墊、網(wǎng)柵等等的纖維構(gòu)成，其中，這些物品優(yōu)選地在根據(jù)需求匹配的基質(zhì)中繼續(xù)加工成所謂的復(fù)合材料。

在按照本發(fā)明的方法的有利的變型設(shè)計(jì)方案中，預(yù)處理(由纖維材料制成的)材料坯料，其中，在此可以是所有為技術(shù)人員所知的預(yù)處理方式，例如涂底漆、浸漬、涂層等等。

所使用的單獨(dú)材料坯料可以在其基本組成和設(shè)計(jì)上相互不同。

有利的是，材料坯料構(gòu)造得可以使基質(zhì)滲透。

在至少一個材料坯料的頂側(cè)和/或底側(cè)上施加至少一個基質(zhì)材料可以按如下方式進(jìn)行，使得在至少兩個材料坯料上以不同的方式施加基質(zhì)材料。

因此根據(jù)按照本發(fā)明的方法，將基質(zhì)材料有利地均勻地和/或不均勻地涂布在材料幅上。

在實(shí)施變型中，單個材料坯料層式地構(gòu)造，就是說，材料坯料由至少兩個單獨(dú)層結(jié)構(gòu)，其中，至少一個單獨(dú)層是纖維材料。

在此，由非纖維材料制成的單獨(dú)層有利地由塑料組成并且膜式地構(gòu)造。

至少兩個材料坯料可以僅在三明治式部件制成之前具有不同的面，因?yàn)樵谥圃爝^程中至少一個材料坯料可以被切割為與另外的材料坯料相同的面。按照本發(fā)明地，材料坯料當(dāng)然可以在制成之后也具有不同的面。優(yōu)選地，至少一個材料坯料、特別優(yōu)選多數(shù)或者所有材料坯料在施加基質(zhì)材料前就已經(jīng)具有預(yù)期的三明治式部件的形狀。

基質(zhì)材料優(yōu)選由熱塑性和/或熱固性塑料制成。

基質(zhì)材料優(yōu)選地是樹脂、特別優(yōu)選人造樹脂(例如聚氨酯)。

特別優(yōu)選的是，基質(zhì)材料粘接材料式地設(shè)計(jì)并且具有例如主要成分樹脂和硬化劑或者基質(zhì)(Basis)和硬化劑。

為了基于多樣的需求、例如強(qiáng)度或者彈性影響基質(zhì)材料的特性，有利地在基質(zhì)材料混合添加成分和/或添加材料、例如纖維。

在此，基質(zhì)材料可以均勻或者不均勻地混合短纖維和/或長纖維，以便如此以不同的方式、就是說均勻地和/或不均勻地將基質(zhì)材料涂布在材料坯料上。因此，以此同樣在材料坯料的面上產(chǎn)生不同的部件特性、例如不均勻的和/或均勻的區(qū)域剛性。尤其是，也可以通過纖維的不同混合構(gòu)成至少一個具有不同于該部件的其他區(qū)域的機(jī)械特性的區(qū)域。因此得到既在部件的面上也在層結(jié)構(gòu)的層上均勻和/或不均勻的層結(jié)構(gòu)的三明治式部件

材料坯料優(yōu)選安裝在扇形抓取器(也可以被稱為“防滑爪”)中并且優(yōu)選通過噴灑在單側(cè)地和/或雙側(cè)地施加基質(zhì)材料后與優(yōu)選同樣布置在抓取器的扇區(qū)上的芯或者多個芯運(yùn)移動到一起(垂直地重疊定位)并且以此得到三明治式部件的層結(jié)構(gòu)。

材料坯料可以在單獨(dú)的層中以不同的形狀存在，或者在尺寸上實(shí)現(xiàn)完全覆蓋待制造的部件或者實(shí)現(xiàn)僅部分地遮蓋待制造的部件的面，以便由此制造不同的層結(jié)構(gòu)，或者制造在不同區(qū)域中配備不同的功能特性或者部件特性的部件。在此同樣有利的是，纖維在至少兩個層、即材料坯料中的方式和/或狀態(tài)相互不同。額外地有利的是，至少兩個層的、包含在材料坯料中的纖維的(大部分的)纖維方向或者纖維走向或者纖維定向相互不同，優(yōu)選地在至少兩個單獨(dú)層中分別指向不同的方向，例如相互以大于0度和小于180度的角度偏轉(zhuǎn)，或者偏轉(zhuǎn)180度。

在此，材料坯料或者三明治式部件的輪廓可以相應(yīng)于預(yù)組合的單獨(dú)層在進(jìn)一步剪切之前或者在裝入不同扇區(qū)之前相應(yīng)地偏轉(zhuǎn)，或者，具有不同面的至少兩個材料坯料和/或其中至少兩個層的纖維方向、纖維走向或者纖維定向不同的材料坯料優(yōu)選地分別布置在扇形抓取器的扇區(qū)上。

在材料坯料安裝在扇形抓取器的扇區(qū)中的時(shí)間段中，進(jìn)行在至少一個材料坯料的頂側(cè)和/或底側(cè)上施加至少一個基質(zhì)材料的步驟，其中，可以在至少兩個材料坯料上以不同的方式施加基質(zhì)材料，并且可以在至少一個材料坯料上沿其面以不同的方式施加基質(zhì)材料，其中，材料坯料可以包括芯層，并且材料坯料和優(yōu)選存在的芯層在壓力機(jī)中的擠壓步驟基本上正好以這種順序進(jìn)行。

在部件擠壓時(shí)，芯優(yōu)選也局部地或者整面地被擠壓，使得這被用于制造部件的形狀。

因此，在所述方法的開始，至少一個基質(zhì)材料施加在至少一個材料坯料的頂側(cè)和/或底側(cè)上。

按照本發(fā)明地，基質(zhì)材料的施加優(yōu)選地在材料坯料的頂側(cè)或底側(cè)上進(jìn)行，然而也可以根據(jù)需求同時(shí)地在材料坯料的頂側(cè)和底側(cè)上進(jìn)行。后者在由多個材料坯料組成的結(jié)構(gòu)中節(jié)省時(shí)間。

在此，基質(zhì)材料在單獨(dú)的材料坯料上的施加優(yōu)選地借助噴涂和/或浸入過程和/或滾動式涂布(借助滾子的涂布)進(jìn)行。

施加單元尤其優(yōu)選的是噴灑單元，其中，噴灑單元優(yōu)選地具有至少兩個噴頭，由此可以以簡便的方式將具有不同特性、例如黏度、觸變性、成分等等的基質(zhì)材料施加在材料坯料上。

由此可以產(chǎn)生具有例如在區(qū)域剛性或者表面質(zhì)量方面局部不同的特性的三明治式部件。

此外，通過在單獨(dú)的材料坯料上個性化(以不同的方式)施加基質(zhì)材料，以及使基質(zhì)材料的特性(例如黏度、觸變性、量)調(diào)整適合于材料坯料的各個材料，比較而言總是只需要薄的基質(zhì)涂層，由此得到重量和功能的最優(yōu)化。

在按照本發(fā)明的方法的尤其優(yōu)選的實(shí)施方式中，在兩個其他的材料坯料之間設(shè)有至少一個構(gòu)造為芯層的材料坯料。在制成的部件中，該芯層起到例如對這種三明治式部件的有利的加固作用。

芯層有利地設(shè)計(jì)成蜂窩式的。但是也不排除芯層的其他結(jié)構(gòu)和形狀，例如波式構(gòu)造。

芯層優(yōu)選地由輕質(zhì)材料、例如聚合物(發(fā)泡材料、塑料、橡膠等等)、基于纖維素的材料(紙、木材、紙板等等)、復(fù)合材料或者甚至金屬構(gòu)造。

在其他可選的設(shè)計(jì)方案中，芯層例如通過多個重疊布置的單獨(dú)芯層分層式地構(gòu)造。在此，至少兩個單獨(dú)芯層可以相互不同地構(gòu)造。尤其地，具有不同的蜂窩形狀、蜂窩尺寸、蜂窩定向、不同的接片形狀和/或蜂窩材料和/或單獨(dú)芯層材料的蜂窩芯堆疊并且相互連接。因此，這主要是有利的，因?yàn)橛纱酥笾瞥傻牟考梢跃植康嘏鋫洳煌墓δ芴匦曰蛘卟考匦?，一方面部件?yīng)當(dāng)具有一個確定的需要的強(qiáng)度和剛性，另一方面應(yīng)當(dāng)在確定的位置上包含軟的、更容易變形的區(qū)域，這例如在汽車領(lǐng)域有利于在與行人碰撞時(shí)避免此行人受傷。

芯層優(yōu)選對于基質(zhì)材料可滲透、但是至少半滲透地構(gòu)造。

通過按照本發(fā)明的方法，材料坯料被擠壓成三明治式部件。擠壓借助壓力機(jī)優(yōu)選通過濕壓方法進(jìn)行。

按照本發(fā)明的用于執(zhí)行前述用于制造三明治式部件的方法的裝置基本上包括多層固持單元和至少一個施加單元和至少一個壓力機(jī)，其中，在多層固持單元中可以垂直重疊地保持多個材料坯料，施加單元用于在至少一個材料坯料的頂側(cè)和/或底側(cè)上施加至少一個基質(zhì)材料，壓力機(jī)用于將材料坯料擠壓成三明治式部件。

多層固持單元優(yōu)選地可以是扇形抓取器，其中，在扇形抓取器中可以垂直重疊地保持多個材料坯料并且可以水平分開地移動，即扇形地展開，使得展開的材料坯料很好地供施加基質(zhì)使用。為了向壓力機(jī)進(jìn)給材料坯料，可以讓材料坯料從多層固持單元、尤其扇形抓取器落入壓力機(jī)或者也在材料坯料保持在多層固持單元、尤其扇形抓取器期間被壓力機(jī)擠壓。

多層固持單元、尤其扇形抓取器優(yōu)選包括機(jī)械手臂或者由直線式處理系統(tǒng)導(dǎo)引。

用于擠壓材料坯料的壓力機(jī)也可以在上部的壓板的區(qū)域中和/或在下部的壓板的區(qū)域中具有剪切裝置。通過在上部的壓板和/或在下部的壓板的區(qū)域中布置剪切裝置，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)將材料坯料(包括芯層)擠壓成三明治式部件和另外的、尤其最終的剪切材料坯料。由此將兩個步驟結(jié)合在一個步驟中。

壓力機(jī)或者擠壓工具也可以設(shè)計(jì)成可加熱的。

借助至少一個施加單元，將至少一個基質(zhì)材料施加在至少一個材料坯料的頂側(cè)和/或底側(cè)上。

在此，施加單元優(yōu)選地是噴灑單元和/或浸入單元和/或滾動單元。

尤其優(yōu)選的是，施加單元是具有至少一個第二噴頭的噴灑單元，其中，第二噴頭以不同的方式通過施加不同量和或不同種類的基質(zhì)材料施加優(yōu)選基質(zhì)材料。

尤其有利的是，當(dāng)基質(zhì)材料混合額外的纖維材料、例如短纖維材料時(shí)借助噴灑單元通過噴涂進(jìn)行施加。

附圖說明

下面示例性地參照附圖說明本發(fā)明。

在附圖中：

圖1示出按照本發(fā)明的用于執(zhí)行按照本發(fā)明的用于制造三明治式部件的方法的裝置的扇形抓取器和施加單元的俯視的示意圖；

圖2示出按照本發(fā)明的用于制造三明治式部件的裝置的扇形抓取器的側(cè)視的示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出扇形抓取器7，該扇形抓取器7設(shè)計(jì)成機(jī)器人并且用作用于四個材料坯料1、2、3和4(側(cè)被稱為層)的機(jī)械手。扇形抓取器7將包括也由材料坯料2構(gòu)造的芯5的層、即材料坯料1、2、3和4帶至相對噴灑單元6的噴頭的各個位置中用于噴涂。

在噴涂之后，層1、2、3、4借助扇形抓取器7重疊地(垂直)移動并且插入壓力機(jī)。然后，在扇形抓取器7上各個層、即材料坯料1、2、3和4的固定點(diǎn)或者固持點(diǎn)單獨(dú)相繼或者同時(shí)打開，以便可以在加熱的擠壓工具中逐層插入。壓力機(jī)關(guān)閉并壓出三明治式部件?？蛇x的是，一旦各層重疊地移動(垂直重疊地定位)并且各層還固定在扇形抓取器7的各個扇區(qū)中就也可以擠壓。

在圖2中示出扇形抓取器7的側(cè)視圖，其中，單個的層、即材料坯料1、2、3、4和其他材料坯料垂直錯位布置地固持并且準(zhǔn)備用于進(jìn)一步處理。

附圖標(biāo)識列表

1 第一材料坯料

2 第二材料坯料

3 第三材料坯料

4 第四材料坯料

5 芯層

6 噴頭

7 扇形抓取器