CN101247935A - 用于节能地硬化飞机的夹层构件的挤压设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于节能地硬化飞机的夹层构件(6)的挤压设备，所述夹层构件包括能承受足够机械载荷的开式芯结构(7)，所述芯结构具有涂在一侧或两侧的覆盖层(8、9)。本发明的夹层构件(6)夹在所述挤压设备的压模(1)、支座(2)和侧壁(3、4)之间，因而形成基本封闭的内部空间(5)，并且至少一层覆盖层(8、9)和/或芯结构(7)包括可硬化的热固性塑料。通过传输装置(20)，热空气(16)经夹层构件(6)的芯结构(7)流入闭合的热空气回路中或优选地流入开式热空气回路中以确保从内向外节能地硬化夹层构件。热空气(16)由加热器(22)进行温度控制。在开式热空气回路的情况中，通过热交换器(28)进行热回收。通过本发明的挤压设备，能够在夹层构件(6)的芯结构(7)之内设置规定的硬化参数，特别是根据用于制造夹层构件(6)的树脂***来设置硬化压力P硬化和硬化温度T硬化。

Description

用于节能地硬化飞机的夹层构件的挤压设备
技术领域
本发明涉及一种用于节能地硬化飞机的夹层构件的挤压设备，所述夹层构件包括能承受足够机械载荷的开式芯结构，所述芯结构具有涂在一侧或两侧的覆盖层，其中夹层构件夹在挤压设备的压模、支座和侧壁之间，因此形成基本封闭的内部空间，并且至少一层覆盖层和/或芯结构由可硬化的热固性塑料构成。
背景技术
近来，用于飞机客舱的夹层构件通常由酚醛树脂制成。与其它硬化树脂***相比，酚醛树脂的显著优点是它们具有良好的耐火性能并能满足飞机客舱的严格防火标准。酚醛树脂在高压釜中在大约3.5巴的压力和100℃至180℃的温度下硬化。
板形、平坦的或球形曲面夹层构件，例如用于飞机客舱的内部衬板组件，由芳香族聚酰胺纸(“Nomex”纸)和酚醛树脂制成的蜂窝芯结构形成，所述芯结构包括在两侧上的覆盖层，由所谓的由酚醛树脂构成的预浸渍材料制成。这种预浸渍材料包括加强纤维、加强网或预浸酚醛树脂的加强织物。夹层构件在在高压釜中在过压及高温条件下硬化。由于覆盖层主要受到拉力及压力，而芯结构基本是作为覆盖层之间的隔离器，这个过程中产生覆盖层对芯结构的强粘性使得成品夹层构件形成相当大的机械强度值。
在高压釜中的硬化需要相对大的能量输入来硬化夹层构件。此外，高压釜沉重并且是大件设备，其在大件夹层构件的情况中尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于硬化夹层构件的挤压设备，其与在高压釜中的硬化相比需要更低的能量输入。
该目的通过一种挤压设备实现，所述挤压设备包括以下如权利要求1所述的特有特征：
传输装置，通过所述传输装置热空气经所述挤压设备的第一侧壁中的至少一个入口在规定的硬化压力P硬化下经所述夹层构件的芯结构输送至所述挤压设备的第二侧壁中的至少一个出口；
设置在所述挤压设备外面的加热器，所述加热器对热空气进行温度控制使得在所述芯结构的区域产生规定的硬化温度T硬化；
两层隔热层，其至少局部地布置在所述压模和所述支座上；以及
两块压板，其至少局部地布置在所述隔热层上。
由于热空气流经所述芯结构，根据本发明的挤压设备的设计可从内部直接加热所述夹层构件使得所述挤压设备，尤其在硬化大表面夹层构件时，例如当与在高压釜中常规硬化相比时，可在相对低的能量输入下工作。
根据本发明的挤压设备的一个实施方式提出，所述挤压设备包括闭合回路，使得所述至少一个入口和所述至少一个出口通过管道***互连，所述管道***包括传输装置和加热器。由于热空气在闭合回路中几乎完全再循环，这种设计使得所述挤压设备可以以节能方式工作。
又一个有利的实施方式提出，挤压设备包括开式回路，使得在所述至少一个出口的区域中设置有压力控制器，其控制热空气排入环境中或排入热交换器并同时保持基本恒定的硬化压力P硬化，并且传输装置从环境吸入热空气。该实施方式可以在技术上以较低成本实现热空气的温度控制，然而其中在没有热回收时会显著增加能量输入。
根据又一个实施方式，通过热交换器在所述至少一个出口的区域中回收热空气的余热，并且该余热可供给通过所述传输装置从环境吸入的热空气。该实施方式与不具备通过热交换器进行热回收的开式***相比可以更节能地工作。
又一个实施方式提出，在所有情况下在至少一块压板和隔热层之间至少在部分区域中设置有至少一个片式加热元件。以这种方式在需要时所述覆盖层可例外从外侧加热，例如为了加快硬化过程或使硬化过程更均匀。
又一个有利的实施方式提出，压模和/或支座具有不同于平面形状的表面形状。
这样可以制造夹层构件，其包括最多在两个空间尺寸中弯曲的表面形状。在这种情况中，不同于附图所示的垂直设置，可设置所述挤压设备的附加侧壁相对垂直倾斜并/或可包括与平面形状不同的表面形状。在这种变型中，所述侧壁可视为所述挤压设备的压模或支座的“一部分”(两部分形式)。在这种情况中，所述压模构成上半型，而所述支座构成下半型。为了防止底切，在这些布局中可以在压模和/或支座的区域另外进行划分。
然而，在以上以示例方式示出的每种布局中，两个相对的侧壁应该尽可能至少保持其平面形状且垂直对齐以使热空气可由所述至少一个入口及出口经所述夹层的芯结构输送而不会出任何问题。
本发明更多有利的实施方式在其余从属权利要求中阐述。
附图说明
附图所示如下：
图1示出挤压设备的第一实施方式的截面图；
图2示出挤压设备的第二实施方式的截面图。
附图中相同的结构件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1图示了布置有夹层构件的挤压设备的带闭合回路的第一实施方式。其中该挤压设备包括压模1、支座2和第一侧壁及第二侧壁3、4。在该挤压设备的前侧及后侧设置有其他两个侧表面(图中未示出)。可沿垂直方向上下移动的压模1从全部四个侧壁密封，并与支座2一起形成了基本上封闭的并且几乎气密的内部空间5。
在挤压设备的内部空间5中有夹层构件6，其在所示的示例性实施方式中是板形的。
压模1和支座2可具有弯曲的横截面形状以便制造带相应弯曲的表面形状的夹层构件6。表面曲率可在多达两个空间方向中构成。这种情况中，第一侧壁和第二侧壁3、4与压模1或支座2一起在封闭状态下(所述挤压设备的收回状态)构成带上下半型的模具。在该实施方式中，与图1和2的示意图中的位置不同，经过未在图1中示出的侧壁以垂直于附图平面的方式输送热空气16经过芯结构7。为了防止底切，带弯曲表面形状的压模1和/或支座2可能需要进行另外的划分。
夹层构件6包括芯结构7，其顶部及底部由覆盖层8、9覆盖。至少覆盖层8、9由可硬化且需要时可纤维加强的热固性塑料特别是酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酯树脂、环氧树脂等形成。芯结构7例如可由“Nomex”纸或其它热固性材料和/或热塑性材料构成，所述热固性材料和/或热塑性材料在需要时可包括纤维加强。或者芯结构7还可由金属箔、金属泡沫、塑料泡沫、圆块结构、多孔蜂窝等构成。重要的是，芯结构7一方面从机械的角度来说承受足够的载荷使得其在所述挤压设备的硬化过程中不会进行任何变形，并且芯结构7另一方面是开式的即可***的使得热空气在硬化过程中以尽可能无阻碍的方式流动。芯结构7例如可设计成公知的开式折叠蜂窝芯结构或者由有槽的蜂窝结构构成。芯结构7的可替代实施方式、例如多孔蜂窝结构、由丝状构件制成的三维编织物等都是可以的，只要它们能提供充分的机械受载能力。
此外，在压模1上设置有隔热层10，优选地覆盖其全部表面。相应地支座2也包括隔热层11，其优选地覆盖其全部表面。隔热层10、11用于使得从内部空间5朝支座2的方向以及朝压模1的方向的热损失最小化。在隔热层10、11上设置有片式加热元件12、13，其同样优选地覆盖其全部表面。片式加热元件12、13例如可由电加热的加热箔、电阻箔等等。最后，在片式加热元件12、13上以本来就公知的方式设置有优选地覆盖全部表面的压板14、15，以得到挤压设备良好的压力效果。或者也可以将片式加热元件12、13不设置在压板14、15和隔热层10、11之间或仅设置在所述压板14、15和隔热层10、11的部分表面上。需要时片式加热元件12、13用于增加加热性能，例如在芯结构7仅由热空气16加热是不够的情况下。
第一侧壁3中设置有出口17，并且第二侧壁4中设置有入口18。除了单个出口17和单个入口18外还可在侧壁3、4中设置多个通孔、喷嘴、分配器、弯管等等以便实现在很小流阻的情况下尽可能平稳流过芯结构7。出口17通过管道19连接于传输装置20。传输装置20例如可以是压缩机、鼓风机、风扇等等。热空气16从传输装置20发出经另一管道21到达加热器22。为了加热流过的热空气16，用于控制热空气16温度的加热器22例如可包括电加热螺旋丝等等。此外加热器22还可包括用于限定冷却热空气16的冷却装置。从加热器22发出的经过温度控制的热空气16通过另一条管道23传回到入口18。管道19、21和23一起形成挤压设备的管道***24。在这种布置中，热空气16通过传输装置20总是沿黑色方向箭头的方向在闭合回路中循环，为了清晰起见所述方向箭头只有一个方向箭头25有附图标记。
在如图1所示的挤压设备中，热空气16经过芯结构7连续循环，从而节能地工作。压模1在规定的力F作用下压向支座2并压在夹层构件6上以产生规定的工作压力P工作。例如可以公知的方式由控制和调节装置(未详细示出)依次控制的电液传动***(液压冲模)或机电传动***(主轴传动)产生力F以及因而在内部空间5中产生工作压力P工作。优选地，由几个液压缸产生力F，所述液压缸由控制和调节装置(未详细示出)控制。
在挤压设备的内部空间5中存在硬化压力P硬化，其尤其在同样确定的硬化温度T硬化下与工作压力P工作匹配。工作压力P工作可由力F改变，而硬化压力P硬化基本可由传输装置20控制，而硬化温度T硬化基本可由加热器22控制。传输装置20和加热器22都由控制和调节装置控制。在对传输装置20和加热器22的控制中，特别考虑到热空气16的压力和温度的相互依赖性以便确保硬化温度T硬化在预选的硬化压力P硬化下尽可能精确地确定。
在带有完全闭合的热空气回路的挤压设备的所示的第一实施方式中，还可以定时将热空气16的方向颠倒以便得到内部空间5的更均匀的温度控制以及因此得到夹层构件6的芯结构7的更均匀的温度控制。
图2图示了在包括开式热空气回路的第二实施方式中的挤压设备的基本设计。根据第二实施方式的挤压设备又包括压模1、支座2和两个侧壁3、4以形成气密密封的内部空间5。在所述挤压设备的内部空间5中布置有夹层构件6，其由覆盖层8、9和芯结构7形成。类似于所述挤压设备的第一实施方式，压模1和支座2也包括隔热层10、11、片式加热元件12、13以及压板14、15，其优选地按照覆盖全部表面设计。
在第一侧壁和第二侧壁3、4中再次设置有用于经夹层构件6输送热空气16的入口和出口17、18。所述挤压设备的外面具有例如21℃的正常的环境温度T环境，以及例如1013hPa的环境气压P环境。压模1由液压***(未详细图示)在力F作用下压在夹层构件6上并因此压在支座2上以在夹层构件6的外面产生所需的工作压力P工作。
入口17通过管道19连接于压力控制器26，管道27从压力控制器26通向至热交换器28。压力控制器26确保热空气16在规定的容积流量下朝热交换器28的方向离开出口17，从而避免所述挤压设备的内部空间5中的硬化压力P硬化的较大压力波动。在理想的情况中，通过压力控制器26，硬化压力P硬化在硬化夹层构件6的整个过程中几乎保持恒定。压力控制器26优选地设计为由所述控制和调节装置控制，以便例如取得发出的热空气16的可变容积流量。例如可采用连续可控电磁阀(电子选择比例阀或伺服阀)或常规减压器作为压力控制器26。
流经热交换器28后，在热交换器28中冷却了的热空气16通过另一管道29流到外面。最初较冷的外面空气经由管道30到达热交换器28，在此外面空气至少由从内部空间5的流出空气获得的热量预热，经由另一管道31由传输装置20吸入，并在加热器22中达到硬化温度T硬化，该温度是用在给定的夹层构件6中的树脂***在相应的硬化压力P硬化下的最佳硬化温度。
尽管挤压设备的第二实施方式中的热空气***是开式的，但是由于从经由压力控制器26从出口17流出到环境的热空气获得最大的热能，所述热能供给从环境吸入的最初较冷的热空气16以预热所述热空气，所以热交换器28可以节能地工作。在温度可控的热空气16通过加热器22后，其经由管道23到达入口18，此后达到夹层构件6的芯结构7。
为了硬化夹层构件6，压模1伸出，直到其在力F作用下推到夹层构件6上并且在内部空间5中存在工作压力P工作。在此过程中工作压力P工作最高为15巴以避免对夹层构件6造成机械损伤，特别是对芯结构7的机械损伤。
例如在夹层构件6由缩聚树脂构成的情况下，内部空间5中的硬化温度T硬化优选是135℃，所述硬化温度通过加热器22保持基本恒定。在硬化过程的整个时间内，由于硬化压力P硬化由传输装置20调整，所以以有利的方式确保夹层构件6的芯结构7的区域中的硬化压力P硬化的值不变使得在缩聚树脂的硬化期间，在任何存在的温度T硬化下，内部空间5中的蒸汽状态不产生水分变化。在大约135℃的硬化温度T硬化下，该温度是所述挤压设备在这种应用情况下的最佳温度，必须维持例如超过3.128巴的硬化压力P硬化。硬化夹层构件6的持续时间通常在超过3.128巴的硬化压力P硬化和大约135℃的硬化温度的情况下超过2小时。
上述挤压设备的过程控制全部由所述控制和调节装置全自动控制，在所有带可***的芯结构的夹层构件中都是有利的，其中至少一层覆盖层和/或至少所述芯结构由例如以酚醛树脂、三聚氰胺树脂等形式的缩聚树脂***构成，以抑制蒸汽形成以及相关的负面衍生现象，特别抑制在树脂体中出现水泡或形成气泡。
覆盖层和/或芯结构由其它可硬化的热固性塑料构成的夹层构件，特别是由环氧树脂、聚酯树脂、双马来酰亚胺树脂等构成的夹层构件，在相应的树脂***所需要的硬化参数(T硬化，P硬化)匹配的情况下，也能以特别节能的方式在所述挤压设备内全自动硬化。
原则上利用所述挤压设备可制造至少一层覆盖层由热塑性塑料构成的夹层构件。这种情况中热塑性覆盖层至少局部地被相应的温度控制的热空气熔化以与所述芯结构机械连接。在这种布置中所述内部空间中的硬化温度T硬化处于用于形成所述覆盖层的热塑性塑料的熔化温度的区域内。
除了使用常规空气外，根据第一实施方式的具有闭合热空气回路的挤压设备也可用其它气体工作，优选惰性气体作为加热气体，例如用氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气等等。
附图标记表
1压模
2支座
3第一侧壁
4第二侧壁
5内部空间
6夹层构件
7芯结构
8覆盖层
9覆盖层
10隔热层
11隔热层
12片式加热元件
13片式加热元件
14压板
15压板
16热空气
17出口
18入口
19管道
20传输装置
21管道
22加热器
23管道
24管道***
25方向箭头
26压力控制器
27管道
28热交换器
29管道
30管道
31管道

Claims (12)

1.一种用于节能地硬化飞机的夹层构件(6)的挤压设备，所述夹层构件包括能承受足够机械载荷的开式芯结构(7)，所述芯结构具有涂在一侧或两侧的覆盖层(8、9)，其中所述夹层构件(6)夹在所述挤压设备的压模(1)、支座(2)和侧壁(3、4)之间，因而形成基本封闭的内部空间(5)，并且至少一层覆盖层(8、9)和/或芯结构(7)由可硬化的热固性塑料构成，其特征在于：
传输装置(20)，通过所述传输装置热空气(16)经所述挤压设备的第一侧壁(3)中的至少一个入口(18)在规定的硬化压力P硬化下经所述夹层构件(6)的芯结构(7)输送至所述挤压设备的第二侧壁(4)中的至少一个出口(17)；
设置在所述挤压设备外面的加热器(22)，所述加热器(22)对热空气(16)进行温度控制使得在所述芯结构(7)的区域产生规定的硬化温度T硬化；
两层隔热层(10、11)，其至少局部地布置在所述压模(1)和所述支座(2)上；以及
两块压板(14、15)，其至少局部地布置在所述隔热层(10、11)上。
2.如权利要求1所述的挤压设备，其特征在于，所述挤压设备包括闭合的热空气回路，使得所述至少一个入口(18)和所述至少一个出口(17)通过管道***(24)互连，所述管道***包括所述传输装置(20)和所述加热器(22)。
3.如权利要求1所述的挤压设备，其特征在于，所述挤压设备包括开式的热空气回路，使得在所述至少一个出口(17)的区域中设置有压力控制器(26)，其控制热空气(16)排入环境中或排入热交换器(28)并同时保持基本恒定的硬化压力P硬化，并且所述传输装置(20)从环境吸入热空气(16)。
4.如权利要求3所述的挤压设备，其特征在于，通过所述热交换器(28)在所述至少一个出口(17)的区域中回收热空气(16)的余热，并且所述余热能供给通过传输装置(20)从环境吸入的热空气(16)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的挤压设备，其特征在于，在所有情况下在至少一块压板(14、15)和隔热层(10、11)之间至少在部分区域中设置有至少一个片式加热元件。
6.如权利要求1至5中任一项所述的挤压设备，其特征在于，所述压模(1)和/或所述支座(2)具有不同于平面表面形状的表面形状。
7.如权利要求1至6中任一项所述的挤压设备，其特征在于，所述压模(1)在规定的力F作用下压向所述支座(2)以产生规定的工作压力P工作以便补偿芯结构(7)中存在的硬化压力P硬化。
8.如权利要求1至7中任一项所述的挤压设备，其特征在于，所述硬化压力P硬化和所述硬化温度T硬化能够由控制和调节装置根据所述夹层构件(6)的至少一层覆盖层(8、9)和/或芯结构(7)所采用的热固性塑料来设置。
9.如权利要求1至8中任一项所述的挤压设备，其特征在于，具有至少一层由缩聚树脂特别是酚醛树脂、三聚氰胺树脂等构成的覆盖层(8、9)的夹层构件(6)在位于环境气压P环境和所述挤压设备的工作压力P工作之间的硬化压力P硬化下进行硬化，以便在硬化过程中至少部分地抑制水蒸汽形成。
10.如权利要求9所述的挤压设备，其特征在于，所述夹层构件(6)的硬化在100℃到180℃之间的硬化温度T硬化下进行。
11.如权利要求9或10所述的挤压设备，其特征在于，为了硬化，所述夹层构件(6)要经受大约135℃的硬化温度T硬化和超过3.128巴的硬化压力P硬化。
12.如权利要求9至11中任一项所述的挤压设备，其特征在于，所述挤压设备产生最大15巴的工作压力P工作。
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