CN101267935A - 用于将薄材料层置于浮雕模上的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将至少一个材料层(1)置于浮雕模(2)上以生产复合材料的方法和装置。由此，将具有设计为与所述浮雕模(2)相对应的表面浮雕的可弹性可逆变形的本体(5)压在材料层(1)上，结果是所述本体(5)的表面(4)变形，可以提起材料层(1)。由于本体(5)的弹性可逆特性，所述本体(5)随后变形回其初始状态，以便可以容易地将材料层(1)置于浮雕模(2)上。

Description

用于将薄材料层置于浮雕模上的方法和装置
本申请要求在2005年9月20日提交的德国专利申请No.10 2005 044823.2和在2005年9月20日提交的美国临时专利申请No.60/718,652的优先权，其公开内容在此通过引用并入本文。
技术领域
本发明一般而言涉及制备层合材料的技术领域。具体地，本发明涉及用于将至少一个材料层置于浮雕模上以生产复合材料的两种不同的方法。此外，本发明涉及一种用于将至少一个材料层置于浮雕模上以生产复合材料的装置。最后，本发明涉及这种装置的用途，以便用所述装置将至少一个材料层置于浮雕模上。
背景技术
通常，从平坦表面(例如桌子)上移走在本发明的上下文中统称为“材料层”的可变形的薄材料层(例如织造材料、夹层稀松布、预浸料、纸、胶合板、金属板、箔、非织造织物、和毡、或其它片状柔性材料层)并在该模具中将一个材料层置于另一个材料层的顶部来生产复合材料，该模具包括在一个或两个方向上为曲面的基面。在这些已知的复合材料的制备方法中，到目前为止一直人工拾取单独的材料层并将其置于模具中。虽然做过将材料层自动置于模具中的试验，但是这些试验到目前为止专门形成了非常昂贵的机器人夹具运动学，其与非常可观的技术实施费用和巨大的成本相关联，但没有得到接近满意的结果。
在将材料层置于具有一维或二维曲面的成形工具步骤中的自动化中(所述成形工具在本发明的上下文中统称为浮雕模)存在如下问题：在展开状态下，待放置的材料层通常过大，因此以片状方式根本不能或不能令人满意地放置到工具模中，如图1所示。因此，用于生产层合材料的所述工具模通常包括侧向界限，这导致待放置入模的材料层在所述材料层的伸展状态无法适配于工具模。
此外，当将材料层置于工具模中时，还存在另一个问题：为了将待生产的复合材料生产为特定几何形状，将几个不同尺寸的材料层置于工具模中，例如为了在该复合材料的一个位置得到材料强化。然而，这意味着在已知的自动化尝试中，例如利用上述机器人夹具运动学，对于每个单独的材料层，需要新匹配的夹具几何形状，使得当将实际的材料层置于先前已经置于工具模中的材料层上时，不会出现不规则性，例如起皱等。
发明内容
从与已知的用于生产复合材料的实施尝试有关的上述问题出发，本发明的一个目的是提供一种方案，其可以以与适当的技术和财务支出相关联的方式将材料层置于浮雕模上。
通过用于将至少一个材料层置于浮雕模上以生产复合材料的两种不同设计的方法、通过一种用于将至少一个材料层置于浮雕模上以生产复合材料的装置、以及通过所述装置的用途实现该目的。下面详细地描述该两种不同设计的方法、装置以及用途，其中当然可以将该方法的所有特征适用于该装置以及该装置的用途，并且以类似的方式反之亦然。
根据本发明的用于将至少一个材料层置于浮雕模上以生产复合材料的方法的第一实施方案包括：将具有在非变形状态下对应于浮雕模的表面浮雕的可弹性可逆变形的表面压到材料层上，其中所述表面浮雕弹性变形，使得所述表面平坦地置于该材料层上。为了可以供应材料层，在表面上产生保持力，所述保持力至少暂时地将该材料层固定到表面上。虽然可以证明如果仅在表面已经压在材料层上后产生保持力是节能的，但是当然也可以在将表面压到材料层上的步骤之前或在该步骤期间产生保持力。为了可以整齐而不起皱的方式将材料层置于浮雕模上，必须首先将与浮雕模的形状相对应的形状赋予所述材料层，以便可以以简单的方式放置该材料层。为此效果，逐渐减小之前通过将表面压在材料层上累积的压力，例如这可以通过从在其上已经放置材料层的放置区域提升表面来实现。为此，表面弛豫回其非变形的状态，因此由于材料层通过保持力固定到表面上而将与浮雕模相对应的表面浮雕赋予材料层。为了可以简单地将具有以这种方式产生的表面浮雕的材料层置于浮雕模上，相对于浮雕模布置表面以及固定到其上的材料层，使得材料层的表面浮雕相对应地适配于浮雕模。最后，由于消除之前产生的保持力，而将材料层置于浮雕模上。以此方式，材料层与表面分离并以所希望的方式保持放置在浮雕模上。为了随后能够将与之前施加的材料层相比时尺寸可能不同的其它材料层置于浮雕模上，重新开始该方法，其中首先产生保持力或将可弹性可逆变形的表面压到新的材料层上。
根据本发明的用于将至少一个材料层置于浮雕模上以生产复合材料的方法的第二实施方案包括：将可弹性可逆变形的表面布置在材料层上，使得表面平坦地放置在材料层上。由此，不需要表面具有与浮雕模相对应的表面浮雕。再次为了能够从材料层已经置于其上的支承物拾取该材料层，产生至少暂时将材料层固定到表面上的保持力。还是该方法的该实施方案中，能够在将表面布置到材料层上之前已经产生保持力。此后，可以面对浮雕模布置表面以及固定到其上的材料层，随后通过该表面可以以此方式将材料层压到浮雕模上，使得材料层得到与浮雕模相对应的表面浮雕。通过所述借助可弹性可逆变形表面的材料层的适应，还能够确保将材料层无褶皱地置于浮雕模上。在已经以这种方式将与浮雕形状相对应的表面浮雕压到材料层上之后，最后可以消除保持力，以便以这种方式将材料层放置并附着到浮雕模上。
虽然乍看起来这两种不同设计的方法似乎彼此仅略有不同，但是这两个实施方案确实是可选择的，这是因为在本方法的第一实施方案中，由于可弹性可逆变形表面恢复到其非变形初始状态产生材料层的表面浮雕，其中材料层的表面浮雕对应于浮雕模。与此相对，在根据本发明方法的第二实施方案中，由于通过可弹性可逆变形表面将材料层压到浮雕模上来产生材料层的表面浮雕，结果与浮雕模相对应的表面浮雕被施加到材料层和表面两者上。
利用之前描述的两种方法，由此非常容易地以自动化的方式从平坦表面上移走材料层，并将其以没有任何褶皱并具有限定表面结构的方式置于浮雕模上。所述方法能够将不同尺寸的材料层置于不同或至少相似的几何浮雕形状上。采用根据本发明的方法，能够不使用昂贵的机器人夹具运动学，结果可以降低所引起的成本并可以提高工艺可靠性。
在本方法的两个实施方案中，为了在表面上产生保持力，例如可以使所述表面经受抽吸流。例如，可以在表面中提供多个吸孔，使所述吸孔经受抽吸流。产生保持力的一个可替代方案例如可以包括给表面静电充电。产生保持力的另一个可替代方案例如可以包括通过粘附力或磁力产生保持力。当然，本领域技术人员会知道其它产生保持力的选择方案，因此在这点上不需要提供进一步的细节。
根据本发明的其它方面，通过用于将至少一个可变形的薄材料层置于浮雕模上以生产复合材料的装置实现本发明的目的，所述模包括可弹性可逆变形本体，所述本体形成设计用来产生用于固定材料层的保持力的表面。
因此，可以由几乎任何所希望的材料制成本体，这是因为所述材料的特性能够自动地将本体从其变形状态恢复到其非变形状态。需要这种弹性可逆的材料特性，使得本体的表面可由于施加到所述本体上的压力而适合于任何所需表面几何形状，以能够在压力减小后恢复到其非变形的初始状态。例如，可以由合适的弹性橡胶材料或泡沫材料例如泡沫海绵或泡沫塑料(例如可以选自包括聚苯乙烯、苯乙烯共聚物、PVC、聚碳酸酯、聚烯烃、聚氨酯、聚异氰尿酸酯、聚碳化二亚胺、聚甲基丙烯酰亚胺、聚酰胺、ABS、酚醛树脂和脲醛树脂的组)制成所述本体。除了这些合成材料之外，本体当然也可以包含天然弹性可逆材料，例如天然橡胶、天然海绵等。当然，可以将任何确保上述弹性可逆特性的其它材料用于可变形的本体。
虽然表面在其非变形状态可以是完全平坦的，使得能够以这种方式提供置于平坦支承物上的材料层，以便随后将所述材料层压到浮雕模上，结果材料层和本体的表面与本体的表面一致。作为替代方案，在本体的非变形状态下，表面还可以包括与浮雕模相对应的表面浮雕。在这种情况下，因为表面压在材料层上，所以能够利用本体拾取已经放在适当位置的平坦材料层，结果表面的表面浮雕弹性变形，使得表面平坦地置于材料层上。在随后已经减小压力后，表面由此恢复到其非变形状态，因此赋予材料层与浮雕模相对应的表面浮雕，可以将材料层置于浮雕模上，使得材料层的表面浮雕相对应地匹配浮雕模。
为了能够使表面产生用于固定材料层的保持力，可以在表面上提供多个吸孔，对所述吸孔施加抽吸流，使得将与表面接触的材料层吸到所述表面上。
为了产生抽吸流，装置可以包括抽吸室，通过所述抽吸室使多个吸孔经受上述抽吸流。在该布置中，通过真空单元将负压施加到抽吸室自身，并且处于上述抽吸流形式的负压传递到吸孔。
为了将抽吸流从抽吸室引导到所述多个吸孔，本体可以包括将用于产生抽吸流的抽吸室(存在至少一个该抽吸室)连接到多个吸孔的多个吸管。
由于根据本发明装置的弹性可逆的表面，可以通过所述装置拾取不同尺寸的材料层，意图是根据材料层的尺寸，将抽吸流仅施加到那些被材料层覆盖的吸孔。如果完全可能，由于会引起不必要的能量损失，所以剩余的暴露吸孔不应该施加抽吸流。为了确保将抽吸流有目标地施加到指定吸孔，装置包括多个抽吸室，其中所述多个抽吸室中的每一个与所述多个吸管中的多个相连。因此，通过单独开启各个抽吸室，可以确保以具有目标的方式将抽吸流施加到吸孔。
最后，根据本发明另一个方面，通过根据本发明的装置的用途实现本发明的目的，以利用所述装置将至少一个材料层置于浮雕模上。
附图说明
下面将参照附图通过举例解释本发明。该图纯粹用于举例说明本发明，尤其是不解释为以任何方式限制本发明的范围。如下所示：
图1具体地说明了在将材料层置于浮雕模中时的问题；
图2具体地解释根据本发明方法的第一实施方案；以及
图3显示根据本发明的装置。
在所有图中，相同或相似的元件具有相同或相应的附图标记。
具体实施方式
下面，参照图1，解释在将材料层置于浮雕模中时可能遇到的问题。图1显示由两个侧壁3侧向定界的浮雕模2。由于浮雕模2的表面包括高度间隙，所以待放置到浮雕模2中的材料层1必须具有相当于浮雕模2展开的长度。这使得材料层1的长度必须大于两个侧壁3之间的距离，这就是为什么如图1的区域“A”所示的材料层1与左侧壁3重叠，使得以这种方式不能将材料层1平坦地放置到浮雕模2上。
为了解决这个问题以及解决如上所述在将材料层1置于浮雕模2中遇到的其它问题，本发明因此提出两种不同设计的方法，其中的第一方法如图2具体所示。因此，首先，布置可弹性可逆变形的本体5，所述本体5具有在本体的非变形初始状态下包括对应于浮雕模2的表面浮雕的表面，使得表面4面对材料层1(图1中的图注I)。在该布置中，将材料层1放置在例如桌子(未详细地示出)上，使得具有可弹性可逆变形表面4的本体5可以压在材料层1上，其中表面4的表面浮雕弹性变形，使得表面4平坦地放置在材料层1上，如图2中的图注II具体所示的。在图注II所示的状态中，随后例如能够在表面4上产生保持力，通过所述保持力将材料层1固定到表面4上。当然，也能够在较早阶段已经产生保持力。
在图2的图注III所示的状态中，因为本体5已经从桌子(未示出)上升起，所以在图注II中产生的压力已经减小。由此，本体5的表面4由于其弹性可逆的特性已经恢复到其非变形的初始状态，结果材料层1呈现对应于浮雕模的原始表面浮雕。由于该材料层1的外形一致性，所述材料层1现在不再如参照图1所说明的突出到侧壁3之外，并因此可以如图IV中所示的那样与表面4一起相对于浮雕模2布置，使得材料层1的表面浮雕相应地与浮雕模2相适合。在朝浮雕模2的方向上略微降低本体5之后，最后可以消除之前产生的保持力，结果材料层1可以置于表面浮雕2上。
参照图3，描述了根据本发明的用于将材料层1置于浮雕模2上以产生复合材料的装置。根据本发明的装置包括本体5，在所述本体5的下侧形成与浮雕模2相匹配的表面浮雕，通过所述装置将材料层1放置于所述表面浮雕上。由此，本体5包含如上所述的可弹性可逆变形的材料。由装置的夹持器10容纳本体5，在夹持器10中并排设置多个抽吸室7。在抽吸室之上存在所谓的分配室9，其与真空抽吸装置11连接并通向真空单元(未示出)。通过该抽吸装置11，在分配室9中产生负压，通过将多个抽吸室连接到分配室的孔使负压传递到单独的抽吸室7。
本体5的顶部平坦地靠着抽吸室7的下面放置，以便通过在抽吸室7下侧的多个小孔将在抽吸室7中产生的负压传递到散置于本体5中的多个吸管8中。虽然图3仅显示了几个吸管8，但是本体5沿其整个长度散置有这些吸管8。因此，吸管8通向表面4中的吸孔6，所述吸孔6没有详细地示出。以这种方式，通过真空抽吸装置11、分配室9、抽吸室7和吸管8，可以借助抽吸流在表面4上产生保持力，结果是可以将与表面4接触的材料层2固定到表面4上。
如果材料层1没有覆盖整个表面4，则可以单独地开启单独的抽吸室7，其例如可以通过以下方式实现：可以通过阀关闭将单个抽吸室7连接到分配室9的孔。
另外，应该指出，“包括”不排除其它部件或步骤，“一种/一个”不排除复数。此外，应该指出，参照上述示例性实施方案中的一个描述的特征或步骤也可以与上述其它示例性实施方案的其它特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不解释为限制。
附图标记列表
1材料层
2浮雕模
3侧壁
4表面
5本体
6吸孔
7抽吸室
8吸管
9分配室
10夹持器
11抽吸装置

Claims (14)

1.一种用于将至少一个材料层(1)放置于浮雕模(2)上以生产复合材料的方法，所述方法包括如下步骤：
-将可弹性可逆变形的本体(5)压到所述材料层(1)上，所述本体(5)的表面(4)在非变形状态下包括与所述浮雕模(2)相对应的表面浮雕，其中所述表面浮雕弹性变形，使得所述本体(5)的所述表面(4)平坦地放置在所述材料层(1)上；
-产生保持力，其将所述材料层(1)暂时固定到所述表面(4)上；
-减小所述压力，结果所述表面(4)恢复到其非变形状态，并且在这种情况下将对应于所述浮雕模(2)的表面浮雕赋予所述材料层(1)；
-相对于所述浮雕模(2)布置所述本体(5)与已经固定到其表面(4)上的所述材料层(1)，使得所述材料层(1)的所述表面浮雕相应地匹配于所述浮雕模(2)；和
-通过消除所述保持力将所述材料层(1)放置于所述浮雕模(2)上。
2.一种用于将至少一个材料层(1)放置于浮雕模(2)上以生产复合材料的方法，所述方法包括如下步骤：
-将具有表面(4)的可弹性可逆变形的本体(5)布置到所述材料层(1)，使得所述表面(4)平坦地放置在所述材料层(1)上；
-产生保持力，其将所述材料层(1)暂时固定到所述表面(4)上；
-相对于所述浮雕模(2)布置所述本体(5)与已经固定到其表面(4)上的所述材料层(1)；
-借助于所述本体(5)将所述材料层(1)压到所述浮雕模(2)上，使得将对应于所述浮雕模(2)的表面浮雕赋予所述材料层(1)和所述本体(5)的表面(4)；和
-通过消除所述保持力(1)将所述材料层(1)放置于所述浮雕模(2)上。
3.根据权利要求1或2的方法，其中由于在所述表面(4)上产生抽吸流，所以产生所述保持力。
4.根据权利要求1或2的方法，其中由于给所述表面(4)静电充电，所以产生所述保持力。
5.根据权利要求1或2的方法，其中通过粘附力产生所述保持力。
6.根据权利要求1或2的方法，其中通过磁力产生所述保持力。
7.一种根据权利要求1或2之一的用于将至少一个材料层(1)放置到浮雕模(2)上以生产复合材料的装置，所述装置包括可弹性可逆变形的本体(5)，所述本体(5)包括设计为产生用于固定所述材料层(1)的保持力的表面(4)。
8.根据权利要求7的装置，其中所述本体(5)的处于非变形状态的所述表面(4)包括对应于所述浮雕模(2)的表面浮雕。
9.根据权利要求7或8的装置，其中所述表面(4)包括多个对其施加抽吸流的吸孔(6)。
10.根据权利要求9的装置，其还包括：
-至少一个抽吸室(7)，通过所述抽吸室(7)将所述抽吸流施加到所述多个吸孔(6)。
11.根据权利要求10的装置，其中所述本体(5)包括m个多个吸管(8)，所述吸管(8)将用于产生所述抽吸流的所述抽吸室(7)连接到所述多个吸孔(6)，存在至少一个所述抽吸室(7)。
12.根据权利要求11的装置，其中所述装置包括多个抽吸室(7)，其中所述多个抽吸室(7)中的单独的每一个连接到所述m个多个吸管(8)中的n个多个吸管(8)，其中n＜m。
13.根据权利要求11或12的装置，其中可以单独地开启所述多个抽吸室(7)中的单独的每一个。
14.权利要求7～13中任一项的装置的用途，利用所述装置将至少一个材料层(1)放置于浮雕模(2)上。
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