專利名稱：加熱壓床夾具的設(shè)備,具有這種設(shè)備的壓床,以及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加熱裝在壓床中的壓床夾具。特別是，涉及適于直接磁加熱壓床中的壓床夾具，隨后可迅速冷卻壓床中的夾具的設(shè)備。本發(fā)明還涉及用于制造全部或部分為塑料或合成物的產(chǎn)品的壓床與方法。
制造全部或部分塑料或合成物的產(chǎn)品時(shí)，使用壓床，其壓床夾具需加熱。通常如此進(jìn)行從壓床中取出壓床夾具，將其放在如爐之類的預(yù)熱設(shè)備中，加熱后，再將其裝入壓床中。如，US-A-5,023,419就公開(kāi)了一種預(yù)熱設(shè)備。處理壓床夾具非常耗時(shí)，這意味著每小時(shí)完成的產(chǎn)品數(shù)較低。
為了降低所需時(shí)間，已知提供具有熱板的壓床，利用熱板在壓床中現(xiàn)場(chǎng)加熱壓床夾具。利用壓床熱板傳導(dǎo)的熱量，加熱1kg夾具至溫度200℃需約10分鐘。對(duì)于大規(guī)模經(jīng)濟(jì)制造全部或部分由合成物形成的元件而言，這樣太慢。
加熱后，須冷卻夾具。這種冷卻通常用水，或在涉及燒結(jié)材料的夾具插件時(shí)使用為達(dá)到溫度約-60℃而氣化的二氧化碳，或用液態(tài)氮。如果冷卻操作慢或難以控制，且合成物中的化學(xué)過(guò)程不能精確控制，成品質(zhì)量就不能滿意。
在制造全部或部分為合成物的產(chǎn)品時(shí)，到目前為止，只在制造昂貴元件時(shí)可能經(jīng)濟(jì)，因?yàn)楝F(xiàn)在的技術(shù)每小時(shí)只允許制造幾個(gè)元件。
本發(fā)明的一個(gè)目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，即提供一種設(shè)備，它能迅速均勻地加熱裝在壓床中的壓床夾具，而不必從壓床中取出壓床夾具。這種加熱設(shè)備應(yīng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)量高且最終產(chǎn)品質(zhì)量高且穩(wěn)定。
該發(fā)明設(shè)備在上述加熱操作后，還能迅速，可重復(fù)且經(jīng)濟(jì)地冷卻裝在壓床中的壓床夾具。
本發(fā)明的另一目的是提供一種節(jié)能加熱設(shè)備，它能通過(guò)普通電路電壓工作。
還提供一種達(dá)到上述目的、用于制造全部或部分為塑料或合成物的產(chǎn)品的壓床，以及制造方法。
按照本發(fā)明，這些和其它目的通過(guò)下面的說(shuō)明可顯示出，它們通過(guò)權(quán)利要求1，10，11與12的設(shè)備，壓床與方法現(xiàn)已全部或部分達(dá)到。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例定義于從屬權(quán)利要求中。
結(jié)合附圖描述本發(fā)明以作為舉例，附圖示意地說(shuō)明目前的優(yōu)選實(shí)施例。附圖中，各實(shí)施例中的類似部件設(shè)有相同標(biāo)記。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的部分截面圖，其中芯的極在夾具的凹槽中。
圖2a是第二實(shí)施例的截面圖，其中夾具包括具有夾具插件的板。圖2b是沿圖2a中線B-B剖開(kāi)的截面。
圖3顯示第三實(shí)施例，其中夾具具有通氣材料的夾具插件。
圖4顯示第四實(shí)施例，其中磁芯由接觸兩個(gè)固定豎直板的兩個(gè)可動(dòng)水平板構(gòu)成。
圖5顯示本發(fā)明的第五實(shí)施例，其中有兩個(gè)極線圈，每個(gè)環(huán)繞一個(gè)設(shè)在夾具旁的極。
圖1顯示本發(fā)明的加熱設(shè)備，包括某種適當(dāng)磁材料的芯1，如變壓器芯中所用的電鐵板的層疊薄板。芯1裝在壓床3的兩相互可動(dòng)夾頭2a，2b之間并緊靠它們。由兩半構(gòu)成的壓床夾具4設(shè)在芯1周邊內(nèi)。每半個(gè)包括至少部分由金屬構(gòu)成的殼具部件5a，以及非導(dǎo)電陶瓷材料的外層5b。夾具4適于放置工件6，工件6由放置在夾具中與/或在壓力下注入的材料構(gòu)成。
芯1為有開(kāi)口端的盒形并由兩部件7a，7b構(gòu)成，兩部件連在一起并可相對(duì)移動(dòng)。芯1內(nèi)側(cè)有兩相對(duì)凸塊8a，8b，它們凸入夾具中并在激勵(lì)加熱設(shè)備時(shí)形成磁極。第一線圈9繞芯1的一個(gè)細(xì)側(cè)而設(shè)，而第二線圈10繞芯1的另一個(gè)、對(duì)面細(xì)側(cè)而設(shè)。第三線圈11設(shè)在芯1內(nèi)側(cè)，圍繞夾具4。線圈9-11串聯(lián)并接至電壓源12，電壓源12利用輸電線的一相和零線工作，如為200v 50Hz?；蛘?，使用兩相或三相，下面將詳述。
壓床夾具4在外層5b中有冷卻管13，它們用于通過(guò)溫度低于夾具4的液態(tài)或氣態(tài)工作媒介。通過(guò)熱傳導(dǎo)，將熱量從夾具4傳出，于是夾具4冷卻。最好，使用熱交換器14，其原側(cè)流通冷卻劑，如溫度-65℃的氣態(tài)二氧化碳，而其次級(jí)側(cè)流通工作媒介，如油。
本發(fā)明的壓床3以下述方式操作。首先，將材料，如以聚合物材料，優(yōu)選所謂聚酯膠片的熱塑性材料預(yù)浸漬的玻璃纖維制品放入壓床夾具4，然后將夾頭2a，2b壓在一起。然后給線圈9-11供電，啟動(dòng)加熱設(shè)備，線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)傳入芯1和夾具4形成的回路中，并出現(xiàn)在芯1外的一定范圍。由線圈9-11產(chǎn)生并通過(guò)芯1傳導(dǎo)的磁場(chǎng)將傳入夾具4并在此配合以加熱。芯1外側(cè)的磁場(chǎng)通過(guò)感應(yīng)加熱夾具4的外周邊金屬部分。由于高頻會(huì)在芯1引起巨大損耗，使用所供電壓的較低頻率，優(yōu)選范圍16-500Hz，可獲得令人滿意的透入夾具深度以及由此均勻一致加熱。頻率應(yīng)適應(yīng)夾具厚度。如果期望透入深度為約2cm，使用約25Hz的頻率。如下面結(jié)合圖2a-b所述的，如果夾具有燒結(jié)材料的插件，以便工件處理期間形成的、或用于冷卻的氣體通過(guò)，適當(dāng)調(diào)節(jié)頻率使插件也能加熱到均勻一致的溫度。
本發(fā)明的設(shè)備能用于加熱和壓制處理大量的混合材料。除了上述的聚酯膠片外，工件4可由，如纖維織品與聚酯材料或混合基礎(chǔ)纖維的薄片的復(fù)合物，熱塑材料與填充物而構(gòu)成?；蛘?，工件可含預(yù)制的纖維體，它放在夾具中，將液態(tài)塑料材料，如聚氨基甲酸酯或環(huán)氧樹(shù)脂的熱固性材料注入夾具中。這種情況下，一般并不在壓床中處理后立刻冷卻，而是在分離爐中二次硬化。
例如，已發(fā)現(xiàn)圖1所示的實(shí)施例能約5分鐘加熱50kg壓床夾具至200℃，與此相比，傳統(tǒng)技術(shù)，即通過(guò)裝在壓床中的熱板加熱，相應(yīng)的加熱時(shí)間為約60分鐘。利用本發(fā)明的設(shè)備，那么夾具可用約2分鐘冷卻至40℃。每個(gè)工件需約2分鐘的處理時(shí)間，用本發(fā)明每小時(shí)能制造約8個(gè)工件。
相應(yīng)地，對(duì)含壁厚約2cm的殼具部件的約1kg壓床夾具進(jìn)行試驗(yàn)。芯的極凹入非導(dǎo)電陶瓷外層中以接觸殼具部件。外層包括冷卻線圈。用聚丙烯預(yù)浸漬的薄玻璃纖維制品放在半個(gè)殼具中，然后閉合殼具。用本發(fā)明的設(shè)備，用約5s工件可在壓床中直接加熱至約200℃，使塑料材料熔化并緊靠夾具形成表面層，夾具具有合適的防粘劑表面涂層。在處理溫度約20s后，通過(guò)使用二氧化碳的冷卻線圈，夾具在約10s內(nèi)冷卻至約40℃。然后，取出制成品并將新材料放入夾具中。這樣，每小時(shí)可處理120個(gè)工件。利用傳統(tǒng)技術(shù)，同樣夾具中每小時(shí)只能處理約6個(gè)工件。
按照?qǐng)D2a所示的第二實(shí)施例，夾具4具有兩個(gè)板15a，15b，它們連接非導(dǎo)電陶瓷外層5b。芯1的極8a，8b延伸通過(guò)外層5b并接觸板15a，15b。通過(guò)芯1傳導(dǎo)的磁場(chǎng)也傳導(dǎo)通過(guò)板15a，15b。由于每個(gè)板15a，15b形成每個(gè)一匝的次級(jí)線圈，所以板15a，15b也被磁場(chǎng)加熱。來(lái)自線圈11的外磁場(chǎng)通過(guò)感應(yīng)加熱夾具4的周邊部件和板15a，15b。
每個(gè)板15a，15b設(shè)有夾具插件16a，16b，它們的材料讓來(lái)自工件的氣體和用于冷卻夾具插件16a，16b與工件6的氣體通過(guò)。板15a，15b可設(shè)冷卻管(未示出)以便迅速且可重復(fù)冷卻板15a，15b，以及工件6。
如果外層5b由導(dǎo)電材料制成，可期望激勵(lì)線圈9-11時(shí)只有板15a，15b加熱而外層不加熱。將每一外層5b設(shè)計(jì)成不形成次級(jí)線圈即可達(dá)到上述要求，如圖2b所示。
圖3顯示第三實(shí)施例，它包括以凹進(jìn)的方式安裝在半個(gè)夾具內(nèi)的通氣夾具插件16a，16b。芯1的極8a，8b延伸通過(guò)半個(gè)夾具，接觸夾具插件16a，16b。激勵(lì)線圈9-11時(shí)，夾具插件16a，16b迅速并均勻地加熱至處理溫度。
圖4顯示第四實(shí)施例，其中芯1由四個(gè)板17a，17b，17c，17d構(gòu)成，其中兩個(gè)板17a，17b可動(dòng)且設(shè)成緊靠壓床3的夾頭2a，2b，而另兩個(gè)板17c，17d固定且設(shè)成垂直于可動(dòng)板17a，17b。這樣，在處理工件6期間用壓床3可將兩半個(gè)夾具壓在一起，而磁場(chǎng)在芯1中傳導(dǎo)，與工件6的厚度無(wú)關(guān)。
上述實(shí)施例中，極8a，8b突入夾具4中，大多數(shù)情況下優(yōu)選此方案，因?yàn)檫@樣的加熱設(shè)備高度最小。圖5顯示第五實(shí)施例，其中極8a，8b靠夾具4的外側(cè)而設(shè)。例如，在夾具4相當(dāng)厚且包括無(wú)任何陶瓷外層的殼具部件5a時(shí)，可使用這種布置。
圖5中的線圈裝置還包括兩極線圈11a，11b，每個(gè)繞一極8a，8b而設(shè)。該線圈裝置使得可將極線圈11a，11b靠近夾具4安裝以優(yōu)化加熱。線圈11a，11b的大小應(yīng)適合夾具4的大小。已發(fā)現(xiàn)，線圈11a，11b應(yīng)靠近壓床夾具4安裝，優(yōu)選在幾厘米或以下的距離處。如果線圈11a，11b接觸壓床夾具4而設(shè)將極大地降低損耗。
應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，本發(fā)明通常具有附加優(yōu)點(diǎn)，它還允許合理制造含有如鋼筋管的金屬插件的塑料或復(fù)合物構(gòu)件。金屬插件由所供磁場(chǎng)加熱。這是傳統(tǒng)技術(shù)幾乎不能達(dá)到的。
本發(fā)明的再一優(yōu)點(diǎn)是磁場(chǎng)在壓床夾具中產(chǎn)生振動(dòng)，引起熱傳遞增加并減少工件中氣泡的產(chǎn)生。
所有上述實(shí)施例中，芯1圍繞壓床夾具4。這是有益的，因?yàn)閲@的芯4形成罩，它捕獲了大部分所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，用極將磁場(chǎng)集中在壓床夾具4附近，并加熱壓床夾具。當(dāng)然可將芯1設(shè)計(jì)成只圍繞部分壓床夾具4。但是，此時(shí)，功率消耗更大且損耗變大。
用集中于其中的磁場(chǎng)加熱壓床夾具4。而且，極線圈11感應(yīng)加熱壓床夾具4的周邊部件。極8a，8b與夾具4之間接觸表面附近的渦流也導(dǎo)致在一定程度上加熱夾具。
所示實(shí)施例中，凸起或極8a，8b直接接觸殼具5a，板15a，15b或夾具插件16a，16b。這可能引起芯的層疊鐵板相互短路，可能產(chǎn)生損耗和高功率消耗。所以，優(yōu)選夾具4含薄絕緣材料，它設(shè)在極8a，8b與殼具5a，板15a，15b或夾具插件16a，16b的外側(cè)之間。
可以理解，線圈裝置9-11可在本發(fā)明的范圍內(nèi)變化。例如，芯線圈9，10可以某些其它方式繞芯1而設(shè)。也可使用大量芯線圈?？蛇M(jìn)一步使用大量極線圈11a，11b，如圍繞芯1的每一極8a，8b有一個(gè)線圈。也可僅使用極線圈或只使用芯線圈。
極8a，8b的相對(duì)移動(dòng)可用一些其它方式達(dá)到。例如，形成極的凸起可相對(duì)芯1的其余部分移動(dòng)并接觸壓床3的夾頭2a，2b。夾頭2a，2b發(fā)出的壓力通過(guò)極8a，8b直接傳遞到壓床夾具4。
按照優(yōu)選實(shí)施例(未示出)，壓床具有3個(gè)加熱設(shè)備，它們接至同一電壓源并每個(gè)使用一相。也可在一個(gè)相同的壓床中設(shè)置任意個(gè)獨(dú)立控制的加熱設(shè)備，每個(gè)加熱一個(gè)或多個(gè)壓床夾具的一部分，壓床夾具延伸通過(guò)加熱設(shè)備。
也可將芯設(shè)在加熱設(shè)備中，幾個(gè)凸起或極成對(duì)設(shè)置，繞每對(duì)極設(shè)置一個(gè)或多個(gè)極線圈。例如，芯可具有聯(lián)結(jié)極線圈的3對(duì)極，每個(gè)使用公共電壓源的一相。
權(quán)利要求
1.一種用于加熱壓床夾具(4)的設(shè)備，壓床夾具安裝在用于制造部分或全部為塑料或合成物的產(chǎn)品的壓床(3)中，其特征在于設(shè)備由優(yōu)選電鐵板的芯(1)、繞芯(1)設(shè)置的線圈裝置(9，10，11)、以及電壓源(12)構(gòu)成，電壓源(12)連接線圈裝置(9，10，11)以便在芯(1)中及其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，芯(1)有兩極(8a，8b)，其間至少部分容納壓床夾具(4)，兩極相互之間可移動(dòng)以便向壓床夾具(4)施加壓力且將所產(chǎn)生的磁場(chǎng)傳導(dǎo)入壓床夾具(4)，使磁場(chǎng)加熱壓床夾具(4)。
2.如權(quán)利要求1的加熱設(shè)備，其特征在于芯(1)圍繞壓床夾具(4)。
3.如權(quán)利要求1或2的加熱設(shè)備，包括兩個(gè)芯線圈(9，10)，它們圍繞芯(1)的相應(yīng)部分設(shè)置，使芯線圈(9，10)產(chǎn)生的磁場(chǎng)在壓床夾具(4)的區(qū)域中配合。
4.如上述任一權(quán)利要求的加熱設(shè)備，其特征在于所述極(8a，8b)凹在壓床夾具(4)中。
5.如上述任一權(quán)利要求的加熱設(shè)備，包括繞所述極(8a，8b)設(shè)置的至少一個(gè)極線圈(11)。
6.如上述任一權(quán)利要求的加熱設(shè)備，其特征在于所述壓床夾具(4)包括至少一個(gè)透氣材料的夾具插件(16a，16b)。
7.如權(quán)利要求6的加熱設(shè)備，其特征在于夾具插件(16a，16b)接觸所述極(8a，8b)中的至少一個(gè)。
8.如上述任一權(quán)利要求的加熱設(shè)備，其特征在于冷卻管(13)形成在壓床夾具(4)中以通過(guò)冷卻劑。
9.如上述任一權(quán)利要求的加熱設(shè)備，其特征在于所述芯(1)包括成對(duì)形成的四個(gè)附加極(8a，8b)，連接電壓源(12)對(duì)應(yīng)相的至少一個(gè)極線圈用于每對(duì)極(8a，8b)。
10.用于制造全部或部分為塑料或合成物的產(chǎn)品的壓床，含有如權(quán)利要求1-9中任一個(gè)的加熱設(shè)備。
11.用于制造部分或全部為塑料或合成物的產(chǎn)品的壓床，含有三個(gè)如權(quán)利要求1-9中任一個(gè)的加熱設(shè)備，所述加熱設(shè)備每個(gè)使用公共電壓源(12)的一相。
12.用于制造部分或全部為塑料或合成物的產(chǎn)品的方法，包括下述步驟將原始材料放到設(shè)置在壓床(3)內(nèi)的壓床夾具(4)中；利用壓床(3)向壓床夾具(4)加壓；加熱壓床夾具(4)；以及處理一段時(shí)間后冷卻壓床夾具(4)，其特征在于由傳導(dǎo)入壓床夾具(4)中的磁場(chǎng)進(jìn)行加熱。
13.如權(quán)利要求12的方法，其特征在于通過(guò)給線圈裝置(9，10，11)加電壓而產(chǎn)生磁場(chǎng)，線圈裝置繞磁性材料的芯(1)而設(shè)，芯(1)圍繞壓床夾具(4)。
14.如權(quán)利要求12或13的方法，其特征在于原始材料包括放在壓床夾具(4)中的預(yù)制纖維體，以及注入壓床夾具(4))內(nèi)的塑料材料。
全文摘要
一種用于加熱壓床夾具(4)的設(shè)備,壓床夾具安裝在用于制造部分或全部為塑料或合成物的產(chǎn)品的壓床(3)中,設(shè)備由電鐵板芯(1)、繞芯(1)的線圈裝置(9,10,11)、以及電壓源(12)構(gòu)成。電壓源(12)連接線圈裝置(9,10,11)以便在芯(1)中及其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。芯(1)有兩極(8a,8b),其間容納壓床夾具(4),兩極相互之間可移動(dòng)以便向壓床夾具(4)施加壓力且兩極將所產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)入壓床夾具(4)。壓床(3)具有這種加熱設(shè)備且用在通過(guò)所供給的磁場(chǎng)加熱壓床夾具(4)的制造方法中。
文檔編號(hào)B30B15/34GK1208542SQ97191740
公開(kāi)日1999年2月17日 申請(qǐng)日期1997年1月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月16日
發(fā)明者戈蘭·蘭斯特德 申請(qǐng)人:林藍(lán)感應(yīng)技術(shù)公司