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Dokumentenidentifikation DE102005048295A1 12.04.2007
Titel Verfahren zur Erzeugung eines Durchbruchs, Vorrichtung dazu und Bauteil mit Durchbruch
Anmelder REHAU AG + Co., 95111 Rehau, DE
Erfinder Michel, Peter, 95028 Hof, DE;
Riepenhausen, Holm, 95111 Rehau, DE;
Steeg, Claus-Christian, 08606 Oelsnitz, DE
DE-Anmeldedatum 08.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048295
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse B29C 51/14(2006.01)A, F, I, 20051008, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B29C 51/32(2006.01)A, L, I, 20051008, B, H, DE   B26F 1/38(2006.01)A, L, I, 20051008, B, H, DE   
Zusammenfassung Das Verfahren zum Herstellen eines mit einer Randformung versehenen Durchbruches durch ein mindestens einseitig oberflächenbeschichtetes Bauteil aus Polymermaterial mit einer besonders hohen Qualität des den Durchbruch begrenzenden Bauteilabschnittes gliedert sich erfindungsgemäß
- in einem ersten Verfahrensschritt, wobei das Bauteil in eine Vorrichtung eingelegt wird,
- in einem zweiten Verfahrensschritt, wobei das Bauteil erwärmt wird,
- in einem dritten Verfahrensschritt, wobei das Bauteil mittels eines Stanz-/Umformwerkzeuges vorgestanzt wird,
- in einem vierten Verfahrensschritt, wobei das Bauteil mit einer dem Durchbruch zugeordneten Randformung versehen wird,
- in einem fünften Verfahrensschritt, wobei das Bauteil fertiggestanzt wird,
- in einem sechsten Verfahrensschritt, wobei das Bauteil abgekühlt wird,
- in einem siebten Verfahrensschritt, wobei das Bauteil aus der Vorrichtung entnommen wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Durchbruchs durch ein oberflächenbeschichtetes Bauteil aus Polymermaterial, wobei der den Durchbruch begrenzende Rand des Bauteils geformt wird und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, sowie das Bauteil mit dem Durchbruch.

Oberflächenbeschichtete Bauteile aus Polymermaterial werden vielfältig eingesetzt.

Neben Anwendungen im Consumer-Bereich, bei Weißware, bei elektronischen Geräten und im Möbelbau sind diese vor allem im Automobilbau als sogenannte Anbauteile weit verbreitet.

Ein Personenkraftfahrzeug besteht heute aus einer Vielzahl von oberflächenbeschichteten, insbesondere lackierten Außenanbauteilen aus Polymermaterial, wobei diese beispielsweise umfassen: Stoßfängerverkleidungen, Kühlergrills, Kotflügel, Schwellerverkleidungen, Spoiler, Abdeckungen, Tankdeckel, etc., in einigen Fällen sind bereits erste Türverkleidungen, Dachmodule und Heckdeckel im Einsatz.

Ebenso wird der Innenraum eines Fahrzeugs mit einer Vielzahl von oberflächenbeschichteten Anbauteilen ausgestattet.

Die Anzahl solcher Teile wird zukünftig weiter zunehmen.

Gemeinsam ist diesen Teilen die hohe an sie gestellte Anforderung hinsichtlich Qualität in Optik, Maßhaltigkeit, Mechanik und Resistenz und Haltbarkeit.

Viele dieser Bauteile aus Polymermaterial weisen Durchbrüche auf, die am Beispiel einer Stoßfängerverkleidung beispielsweise zur Anordnung einer Scheinwerferreinigungsanlage oder einer Parkdistanzkontrollanlage verwendet werden.

Lösungen dazu sind bekannt in Form von beispielsweise Spritzgusswerkzeugen, die den benötigten Durchbruch bereits bei der Herstellung des Bauteils aus Polymermaterial a priori erzeugen.

Andere Techniken zum nachträglichen Einbringen eines solchen Durchbruchs sind das Stanzen oder Fräsen.

Nachteilig bei diesen Verfahren ist, dass durch Stanzen bzw. Fräsen die lackierte Oberfläche durchbrochen wird und Substratmaterial, das keine Oberflächenbeschichtung aufweist, an den Rändern des Durchbruchs sichtbar wird. Dies ist oft nicht erwünscht bzw. akzeptiert. Weiterhin ist nachteilig, dass die Abschnitte der Bauteiloberfläche, die den solcherart erzeugten Durchbruch begrenzen, kein besonders hochwertiges Aussehen zeigen und oft Abzeichnungen aus der Bauteilbearbeitung aufweisen. Weiterhin kann von den gefrästen bzw. gestanzten Kanten her Lackkorrosion und Lackunterwanderung auftreten.

Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gestellt hat, ein Verfahren anzugeben, Durchbrüche an oberflächenbeschichteten, insbesondere lackierten Bauteilen zu erzeugen, die eine Randformung in besonders hoher Qualität aufweisen.

Es ist ebenso eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der Bauteile entsprechend des Verfahrens herstellbar sind und das Bauteil mit dem Durchbruch.

Die Aufgabe hinsichtlich der Angabe eines Verfahrens wird gelöst durch ein Verfahren entsprechend des Anspruchs 1.

Die Lösung der Aufgabe, eine Vorrichtung anzugeben, ist in Anspruch 15 offenbart.

Das Bauteil ist gemäß Lösung der Aufgabe in Anspruch 21 dargestellt.

Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen genannt.

Es wurde erkannt, dass die Erzeugung eines Durchbruches durch ein oberflächenbeschichtetes, insbesondere lackiertes Bauteil in Kombination mit einer Randformung, die eine besonders hohe Qualität aufweist, in einem Stanzverfahren, das mit einem Präge/Umformverfahren gekoppelt ist, durchgeführt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Durchbruchs in einem Bauteil aus Polymermaterial mit einer Randformung, die eine besonders hohe Qualität aufweist, gliedert sich in folgende Verfahrensschritte:

  • – in einem ersten Verfahrensschritt wird das Bauteil in eine Vorrichtung eingelegt,
  • – in einem zweiten Verfahrensschritt wird das Bauteil erwärmt,
  • – in einem dritten Verfahrensschritt wird das Bauteil mittels eines Stanz/Umformwerkzeuges vorgestanzt,
  • – in einem vierten Verfahrensschritt wird das Bauteil mit einer dem Durchbruch zugeordneten Randformung versehen,
  • – in einem fünften Verfahrensschritt wird das Bauteil fertiggestanzt,
  • – in einem sechsten Verfahrensschritt wird das Bauteil abgekühlt,
  • – in einem siebten Verfahrensschritt wird das Bauteil aus der Vorrichtung entnommen.

Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das oberflächenbeschichtete, insbesondere lackierte Bauteil auf der oberflächenbeschichteten/lackierten Seite erwärmt wird.

Die Erwärmung des Bauteils, die den Stanz-/Umformvorgang erleichtert und insbesondere die bei der Umformung notwendige Dehnung des Materials gestattet, wird durch Anwendung von Wärmestrahlung, Wärmekontakt oder Wärmekonvektion erreicht.

Eine Erwärmung kann aber auch durch die Einstrahlung von Mikrowellen in das Material des Bauteils bzw. der Oberflächenbeschichtung erreicht werden, wenn die Mikrowellenstrahlung und das Substrat des Bauteils bzw. die Oberflächenbeschichtung derart aufeinander angestimmt sind, dass sie unter Wärmebildung wechselwirken.

Bevorzugte Mittel zur Erwärmung sind eine Heißluftquelle oder eine IR-Strahlenquelle oder ein Heizelement oder eine Mikrowellen-Strahlenquelle.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Oberfläche des lackierten Bauteils auf der lackierten Seite eine Temperatur im Bereich von 50 bis 95°C aufweist.

In diesem Temperaturintervall ist eine besonders einfache und insbesondere sehr präzise Stanzung und Umformung am Bauteil durchzuführen.

Die Temperatur ist dabei auch so gewählt, dass es zu keiner Schädigung des Lackes, der auf die Bauteiloberfläche aufgebracht ist bzw. des Verbundaufbaues aus Lackschicht und Polymerbauteil kommt.

Der nächste Verfahrensschritt betrifft das Vorstanzen.

Hierbei ist erfindungsgemäß zu berücksichtigen, dass das Vorstanzen des Bauteils derart ausgeführt wird, dass der Durchbruch auf der lackierten Seite beginnend erzeugt wird.

Auf diese Weise wird erreicht, dass die lackierte Seite eine sehr hohe Qualität der Oberfläche aufweist.

Es kann in dem Fall, dass das Vorstanzen so ausgeführt wird, dass der Durchbruch auf der nicht lackierten Seite beginnt und in Richtung der lackierten Seite durch das Polymermaterial hindurch vorgenommen wird, insbesondere dazu kommen, dass die Lackschicht am Ende des Vorstanzvorgangs teilweise ab- und eingerissen wird, was zu einer Schwächung des Verbundes aus Lackschicht und Polymermaterial führt und beispielsweise Anlass zu Unterwanderungen der Lackschicht in diesem Bereich gibt, gefolgt von Lackkorrosion und ähnlichen höchst unerwünschten Erscheinungen.

Beim Vorstanzen dringt ein Stanzmittel durch das lackierte Bauteil und trennt Material ab. Es hat sich erfindungsgemäß als sehr günstig erwiesen, wenn beim Vorstanzen mehr als 80% der Fläche des fertigen Durchbruchs erzeugt werden.

Es hat sich insbesondere als sehr günstig erwiesen, wenn beim Vorstanzen Material des Bauteils derart entfernt wird, dass die Randformung mit höherer Genauigkeit durchführbar ist.

Dies kann beispielsweise derart geschehen, dass Aussparungen an Stellen vorgesehen bzw. durch deren geometrische Ausbildung vorgegeben sind, durch die hohe Spannungen durch mehrachsige Spannungszustände beim Randformen zu erwarten sind. Solche Stellen sind häufig Ecken, an denen die zulässigen Spannungen überschritten werden.

Vorteilhaft ist es, diese mehrachsigen Spannungszustände zu vermeiden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Vorstanzung in den Eckbereichen so ausgeführt wird, dass bereits beim Vorstanzen sehr nahe an die Zielkontur Material entfernt wird, um so den Anteil an Polymermaterial, der umzuformen ist, klein zu halten.

Es hat sich im Rahmen der Erfindung ergeben, dass es vorteilhaft sein kann, das Stanzmittel und den Gegenhalter zu erwärmen, da dadurch Stanzungen in besonders hoher Qualität möglich werden.

Dazu können Stanzmittel und Gegenhalter gleiche Temperatur aufweisen oder unterschiedlich erwärmt sein. Es ist auch möglich, dass Stanzmittel und Gegenhalter auf Raumtemperaturniveau sind.

Dem Vorstanzen folgt als nächster Verfahrensschritt die Randformung.

Die Randformung erfolgt durch Inkontaktbringen der Oberfläche mit einer Prägevorrichtung.

Dabei wird vorzugsweise das auf der lackierten Seite erwärmte Bauteil am Rand des durch den Vorstanzungsprozess erzeugten Durchbruches mittels einer Prägevorrichtung, die vorteilhafterweise dem Stanzmittel zugeordnet ist und mit diesem in Wirkverbindung steht, umgeformt.

Es ist aber erfindungsgemäß auch möglich, wenn die Prägevorrichtung mit dem Stanzmittel, mit welchem die Fertigstanzung ausgeführt wird, in Wirkverbindung steht und diesem zugeordnet ist.

Günstig ist dabei im Sinne des Erfindungsgedankens, wenn die Prägevorrichtung erwärmt wird.

Dabei sollte die Prägevorrichtung auf eine Temperatur im Bereich von 20 bis 120 °C erwärmt sein, um ein qualitativ sehr gutes Umformergebnis zu erhalten.

Ganz besonders bevorzugt sollte die Prägevorrichtung insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 60 bis 90°C erwärmt sein.

Die Kombination aus Vorstanzen und Randumformen weist einen weiteren Vorteil bei dem erfindungemäßen Verfahren auf:

Durch die räumliche Fixierung des Bauteils, die in einfacher Weise durch das Stanzmittel, das beispielsweise ein Stanzstempel sein kann, bewerkstelligt wird, ist eine Randformung mit einer besonders hohen Qualität möglich, da das Bauteil in der fixierten Lage nicht den angelegten auf das Bauteil einwirkenden Kräften ausweichen kann.

Das lackierte Bauteil wird bei der Randformung im Bereich des Durchbruchs sehr stark gedehnt.

Diese zulässige Dehnung, mit der das lackierte Bauteil beaufschlagt werden kann, wird durch die Eigenschaften des Verbundaufbaues aus Lackschicht und Polymermaterialschicht bestimmt.

Limitierender Faktor ist hierbei die Grenze der Dehnbarkeit des Lackfilms, der ab Überschreitung der zulässigen Dehnung zu reißen beginnt. Diese Grenze der Dehnbarkeit kann nicht überschritten werden, wenn Bauteile mit einer besonders hohen Qualität erzeugt werden sollen.

Außerdem kann durch eine geeignete Vorstanzung die Randformung erleichtert werden, wenn Material gezielt an Stellen entfernt wird, die den Rand des Durchbruchs dem Umformungswerkzeug leichter zugänglich machen.

Damit kann vorteilhaft eine hohe Qualität der Randformung erzielt werden.

Weiterhin ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Vorteil, dass die Oberflächenbeschichtung durch das Zusammenwirken von Vorstanzen und Umformen derart geformt wird, dass diese insbesondere auch den in den Durchbruch hineinreichenden Rand des durchbrochenen Bauteils weitgehend bedeckt, also in den dabei gebildeten Durchbruch „hineingezogen" ist und so auch in diesem Bereich ein optisch sehr hochwertiges Bild bietet.

Als nächster Verfahrensschritt folgt auf das Randformen das Fertigstanzen.

Das Fertigstanzen erfolgt derart, dass das Material bis zum gewünschten Endmaß abgetragen wird, wobei sich sehr geringe Toleranzen äußerst vorteilhaft realisieren lassen.

Nach dem Abkühlen kann das Bauteil aus der Vorrichtung entnommen werden und ist ohne weitere Nacharbeit gebrauchsfertig.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht durch die Auswahl des Polymermaterials, aus dem das Bauteil hergestellt ist, limitiert. Bei den Polymermaterialien handelt es sich bevorzugt um Thermoplaste.

Bauteile im Automobilbau sind zwar bevorzugt aus Polypropylen bzw. aus modifiziertem Polypropylen und seinen Blends hergestellt, doch sind ebenso Bauteile aus Polyvinylchlorid, Polyurethan, Polyacrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und seinen Blends, Polycarbonat und seinen Blends, Polystyrol und seinen Blends, oder auch den in letzter Zeit häufiger eingesetzten Hochtemperatur-Polymermaterialien, wie Polyetherketone oder Polyesterketone oder Polyamide und deren Blends, nach dem Verfahren bearbeitbar.

Die Oberflächenbeschichtung des Bauteils kann dabei beispielsweise eine Lackschicht und/oder eine Folie und/oder eine Metallisierung umfassen.

Die Metallisierung kann eine Metallfolie sein und/oder eine Metallschicht, die in einem Vakuumverfahren auf das Bauteil aus Polymermaterial aufgebracht wurde.

Folien, die für die oben beschriebenen Anwendungen geeignet sind, sind aus Polymermaterial hergestellt, oftmals mit Farbmitteln, umfassend Farbstoffe, Pigmente, Effektmittel, eingefärbt und weisen mehrere Schichten auf. Diese Folien sind nach unterschiedlichen Techniken mit einem Bauteil aus Polymermaterial verbunden.

Solche Folien weisen ähnliche Eigenschaften auf, wie Lackschichten, sie sind auch in vergleichbaren Anwendungsgebieten zu finden.

Es gibt auch Folien, die an der Oberfläche lackiert sind, also eine oder mehrere auf dem Polymermaterial aufgebrachte Lackschichten aufweisen.

Durch geeignete Auswahl der dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegenden Parameter, welche umfassen die Temperatur des aufgeheizten Bauteils, die Temperatur des Stanz-/Umformmittels, die Stanz-/Umformgeschwindigkeit, des Abformdrucks, der Nachhaltezeit (Zeit, in der der Druck beim Umformen auf das Bauteil ausgeübt wird), der Abkühlgeschwindigkeit, etc. kann eine auf den jeweiligen Einzelfall zugeschnittene Lösung zur optimierten Durchführung des Stanz-/Umformprozesses leicht ermittelt werden.

Die Lackschicht wird beim Stanzen/Randformen zusammen mit dem Polymermaterial stark gedehnt.

Es wird der Anspruch an die Lackschicht gestellt, dass sie nach dem Stanzen/Randformen die gültigen Spezifikationen hins. Haftung und verschiedener anderer Tests erfüllt, wobei im Prozess in Serie eine hohe Qualität („Class-A") zu erreichen ist, das heißt, es werden keine prozessbedingten Abzeichnungen, die beim Stanzen/Randformen durch das mit dem Bauteil in Anlage gebrachte Werkzeug und durch den Stanz-/Randformungsvorgang akzeptiert.

Dazu werden die Lacke für das lackierte Bauteil aus Polymermaterial derart ausgewählt, dass sie eine hohe Dehnung, der sie bei der Herstellung des Durchbruchs und der anschließenden Randformung ausgesetzt sind, ohne Beschädigung der Oberfläche oder des Verbundaufbaus, aufweisen.

Im allgemeinen sind auf den Bauteilen aus Polymermaterial Lackaufbauten aufgebracht, die vorzugsweise aus mehreren Schichten bestehen.

Lackaufbauten, die aus drei Schichten bestehen, umfassend eine Grundierung, einen farb- und effektgebenden Basislack und einen Klarlack, der die darunter liegenden Lackschichten schützt und der der Lackschicht Glanz und Witterungsstabilität verleiht.

Neuere Entwicklungen zielen auch auf den Einsatz von zweischichtigen Lacksystemen ab, bei denen auf die Oberfläche des Polymermaterials unmittelbar die Basislackschicht, gefolgt von der Klarlackschicht aufgetragen wird.

Dadurch kann mit einfacheren Herstellungskonzepten ein solches Bauteil erzeugt werden, diese sind billiger zu fabrizieren.

Viele Bauteilen sind aber auch mit einer einschichtige Lackierung in Form eines Kontrastlacks beschichtet.

Prozessbedingt ist immer ein gewisser kleiner Anteil an mehrfachlackierten Teilen zu bearbeiten, die aus sogenannten Rücklauflackierungen stammen, d. h. aus der erneuten Lackierung bereits lackierter, aber fehlerbehafteter Teile, die nach einer Reparatur nochmals die Lackierung durchlaufen.

Das lackierte Bauteil wird im Bereich der Randformung, unmittelbar am erzeugten Durchbruch durch den Stanz- und Umformprozess erheblich gedehnt.

Die Dehnung ist abhängig von der Bauteilgeometrie und der jeweiligen baulichen Situation des herzustellenden Durchbruchs durch das Bauteil.

Durch die Dehnung wird das Polymermaterial sowie die oberflächlich aufgebrachte Lackschicht mechanisch belastet, die Folge kann sein, dass der Verbundaufbau aus Polymermaterial und Lackmaterial derart geschädigt wird, dass die Lackhaftung und andere an den Verbundaufbau aus Polymerschicht und Lackschicht gestellten Anforderungen nicht mehr erfüllt werden.

Dies betrifft Anforderungen nach in Normen niedergelegten Prüfungen an lackierten Bauteilen, welche umfassen

  • – Lackhaftungstest
  • – Schwitzwassertest
  • – Steinschlagtest
  • – Medienbeständigkeitstest
  • – Mechanischer Belastungstest.

Es kann auch geschehen, dass zwar der Verbund, d. h. die Haftung zwischen Polymermaterial und Lackschicht erhalten bleibt, diese aber doch soweit vorgeschädigt ist, dass andere Tests, die zur Kontrolle der Qualität eines lackierten Bauteiles herangezogen werden, negative Resultate zeigen.

So kann beispielsweise durch Mikrorisse in der Lackschicht als Vorschädigung dann ein Versagen im Schwitzwassertest oder auch im Steinschlagtest eintreten, obwohl die Lackschicht nach der Umformung zunächst makroskopisch keine Fehlstellen aufwies.

In anderen Fällen kann es zu Ausfällen im sogenannten Medientest kommen, wo das lackierte Bauteil Medien, die in der Automobiltechnik gebräuchlich sind, ausgesetzt wird. Diese umfassen beispielsweise Kraftstoff, Bremsflüssigkeit, verdünnte Schwefelsäure, Reinigungsmittel und Alkohol.

Auch die Resistenz gegenüber Streusalz wird geprüft.

Anhand von mechanischen Belastungstests, die beispielsweise umfassen: Zugfestigkeit, Reißdehnung, Schlagzähigkeit und Kerbschlagzähigkeit, Durchstoßtest, und weiterer Prüfungen kann gezeigt werden, dass die gedehnten Bereiche, die den Durchbruch begrenzen, keine mechanische Schädigungen aufweisen.

Schließlich ist auch die Farbe des den Durchbruch begrenzenden Bereichs des Bauteils nicht geändert.

Dieser Aspekt ist besonders wichtig, da Farbübereinstimmungen im Automobilbau eine primäre Rolle spielen, wenn Bauteile – die im allgemeinen immer aus einer Produktion stammen, die unabhängig und in einer anderen Technik als die Lackierung der Karosse verläuft – mit dieser verbaut werden.

Jede Art von Farbabweichungen wird im Automobilbau unter den herrschenden strengen Qualitätsanforderungen nicht akzeptiert.

Dieser Anforderung genügt das erfindungsgemäße Verfahren.

Vorteilhaft kann mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren eine optisch sehr hochwertige Oberfläche im Bereich der Randformung ein stetiger und ohne Absätze, Abzeichnungen, Unruhen oder anderen Störungen gekrümmten Flächenverlauf der ungeformten Oberfläche hin zum Durchbruch leicht erzeugt werden.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Bauteile in hoher Qualität kostengünstig fertigen.

Diese hohe Qualität wird definiert als:

  • – Optik der Bauteiloberfläche, die ohne Abzeichnungen und ohne Oberflächenbeeinträchtigungen resultiert,
  • – Maße, die bei der Herstellung des Durchbruchs reproduzierbar einhaltbar sind (damit ist die Möglichkeit eröffnet, Durchbrüche, die für eine Rastfunktion und/oder Zentrierfunktion genutzt werden sollen, durch Stanzung herzustellen),
  • – Eigenschaft des oberflächenbeschichteten, insbesondere lackierten Bauteils, wobei alle Anforderungen, die an ein derartiges Bauteil gestellt werden, in vollem Umfang erfüllt sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, mit der das Verfahren zur Herstellung eines mit einer Randformung versehenen Durchbruches durch ein mindestens einseitig oberflächenbeschichtetes, insbesondere lackiertes Bauteil aus Polymermaterial mit einer besonders hohen Qualität des den Durchbruch begrenzenden Bauteilabschnittes durchführbar ist, umfasst

  • – eine Einrichtung zum Einlegen und Fixieren eines Bauteils
  • – eine Einrichtung zum Erwärmen des Bauteils
  • – eine Einrichtung zum Stanzen und Umformen
  • – eine Einrichtung zum Fertigstanzen
  • – eine Einrichtung zum Abkühlen.

Als Einrichtung zum Erwärmen des Bauteils ist eine IR-Strahlenquelle vorgesehen, alternativ kann auch ein Heizelement vorgesehen sein. Weitere Alternativen stellen Einrichtungen dar, heiße Luft auf den Abschnitt des Bauteils zu leiten, der erwärmt werden soll, wobei dies durch Blenden, Düsen, Schablonen, etc. unterstützt werden kann. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, das Bauteil mittels Anwendung von Mikrowellenstrahlung aufzuheizen, wobei hier zu beachten ist, dass eine Wechselwirkung zwischen Polymermaterial des Bauteils bzw. Oberflächenbeschichtung und Mikrowellenstrahlung erfolgt, die eine Erhitzung des Bauteils bewirkt.

Die Temperatur der Oberfläche des Bauteils ist – wie bereits vorstehend ausgeführt – wesentlich für die zu erzielende Qualität von Stanzung und Randformung.

Dazu kann vorgesehen sein, dass ein Temperatursensor der Vorrichtung zugeordnet ist, um diese Temperatur zu bestimmen und dann ein Signal zu geben, wenn die Temperatur innerhalb einer Soll-Vorgabe liegt und der Stanz-/Umformprozess starten kann.

Es ist auch denkbar, dass in einem automatisierten Prozess das Signal des Sensors genutzt wird, um den Prozessschritt des Stanzens/Umformens zu starten.

Die Einrichtung zum Stanzen und Umformen zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass sie über ein Mittel verfügt, einen Durchbruch in einem Bauteil zu erzeugen, wobei diese Mittel bevorzugt ein Stanzstempel ist, aber beispielsweise auch eine Fräse sein kann oder ein Laser.

Zur Durchführung des Umformens werden geeignete Prozessparameter gewählt und es wird Vorsorge getroffen, dass insbesondere keine hohe Reibung zwischen Werkzeug und Bäuteil auftritt, was durch eine Werkzeugbeschichtung, die eine hohe Gleitfähigkeit aufweist, erreicht wird.

Die Oberfläche des Prägestempels kann dabei zur Erzielung einer besonders hohen Oberflächenqualität eines damit bearbeiteten Bauteils besonders vergütet sein.

Dies kann eine Politur und/oder eine Beschichtung umfassen, wobei die Beschichtung bevorzugt aus einem Material besteht, dass einerseits eine hohe Gleitfähigkeit aufweist, andererseits aber auch in hohem Ausmaß stabil gegenüber Abrieb und mechanischem Abtrag ist. Dies kann beispielsweise Teflon sein oder auch andere bevorzugt fluorhalogenierte polymere Verbindungen, auch Polyamid ist in diesem Zusammenhang denkbar. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine Beschichtung, zu der Lacke bzw. Polymermaterialien keine Adhäsionsneigung zeigen, an der also kein Lack oder Polymermaterial haften bleibt.

Hierdurch kann eine besonders hohe Qualität beim Umformen erreicht werden.

Der Einrichtung zum Fertigstanzen liegt – wie bereits bei der Einrichtung zum Stanzen geschildert – ein Mittel zugrunde, mit dem ein Durchbruch in einem Bauteil erzeugt werden kann. Dies ist bevorzugt ein Stanzstempel.

Es hat sich als vorteilhaft im Rahmen der vorliegenden Erfindung herausgestellt, dass das Erwärmen des Stanzstempels und des Gegenhalters Stanzungen einer besonders hohen Qualität ermöglichen kann.

Die Einrichtung zum Abkühlen des Bauteils kann beispielsweise einen Ventilator oder eine Kaltluftquelle umfassen, die die Wärme des Bauteils durch Luftströme abführen. Es sind aber auch andere Einrichtungen denkbar, die eine Abkühlung des Bauteils bewirken.

Die Vorrichtung kann so ausgelegt sein, dass die einzelnen Verfahrensschritte im wesentlichen händisch ausgeführt bzw. bedient werden, sie kann aber auch so aufgebaut sein, dass die Verfahrensschritte mittels einer Steuerung automatisch ausgelöst und abgearbeitet werden.

Auch ist eine Kombination dieser beiden Vorrichtungsauslegungen denkbar, bei der manche Verfahrensschritte händisch, andere wiederum automatisch ablaufen.

Eine bevorzugte Auslegung – insbesondere im Sinne der erforderlichen hohen Teilequalität – ist die mittels einer Steuerung automatisch ablaufende Bearbeitung der lackierten Bauteile zur Herstellung eines mit einer Randformung versehenen Durchbruches durch ein mindestens einseitig oberflächenbeschichtetes Bauteil aus Polymermaterial mit einer besonders hohen Qualität des den Durchbruch begrenzenden Bauteilabschnittes.

Diese Auslegung kann im Rahmen eines Netzwerkes auch mit weiteren Komponenten verschaltet sein, um auf elektronischem Wege eine Produktionsplanung, Qualitätssicherung, und weitere Daten zu generieren.

Sehr vorteilhaft gelingt es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels der oben genannten Vorrichtung, Durchbrüche in lackierten Bauteilen aus Polymermaterial zu erzeugen, die eine Rastfunktion aufweisen und an die demzufolge besonders hohe Anforderungen hinsichtlich des Einhaltens bestimmter Maße zu stellen sind, damit deren Funktion gewährleistet ist.

Durch die besonders hohe Qualität und Genauigkeit, mit der sich Durchbrüche, die eine definierte Randformung aufweisen, die mit einem Gegenstück eines anderen damit zu verrastenden Bauteils interagieren sollen, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellen lassen, können solche Durchbrüche, die bisher mittels aufwendiger Gestaltung des das Bauteil formenden Spritzgießwerkzeuges erzeugt wurden, nun in einem einfachen Stanz/Randformungsverfahren schnell, preisgünstig und in hoher Reproduziergenauigkeit hergestellt werden.

Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, Zentrierfunktionen mittels des Verfahrens in einfacher Weise herzustellen.

Solche Zentrierfunktionen werden dort benötigt, wo beispielsweise Klappen oder Abdeckungen Durchbrüche von Bauteilen verschließen oder überdecken, wobei diese permanent oder auch zeitweise verschlossen sind.

Im Falle einer häufigen Inbetriebnahme wird dabei eine einfache und sichere Lösung gewünscht, die Positionierung der Klappe/Abdeckung am Bauteil genau vorzugeben.

Ein Beispiel hierfür sind die Abdeckungen der Öffnungen von Scheinwerferreinigungsanlagen, die bei Inbetriebsetzung die Öffnungen freigeben, aus diesen fahren dann die Düsen zur Reinigung der Scheinwerferstreuscheibe aus. Nach dem Reinigungsvorgang und dem Einfahren der Düsen verschließen die Abdeckungen die Öffnungen wieder, wobei die Zentrierungen den definierten Sitz der Abdeckungen auf dem Stoßfängerüberzug gewährleisten.

Diese Zentriervorrichtungen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne großen Aufwand mit hoher Reproduziergenauigkeit herstellbar.

Insbesondere für die Anbringung von Zier- und Funktionselementen, von Abdeckungen und Klappen, etc. sind die vorgenannten Möglichkeiten der Ausgestaltung der Erfindung ein großer Vorteil.

Ebenso ist auch der Abstimmaufwand beim Einfahren des Werkzeugs gemäß des Vorschlages der Erfindung deutlich verringert, was die Fertigung derart komplexer Automobilanbauteile, wie es heutige Stoßfängerverkleidungen darstellen, erheblich verbessert.

Gemäß des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens können auch Bauteile aus Polymermaterial bearbeitet werden, die nicht lackiert sind.

Auch hierbei resultieren die oben beschriebenen Vorteile, was die Qualität der umgeformten Oberfläche am Durchbruch angeht.

Die Erfindung ist aber auch an lackierten und unlackierten Bauteilen anwendbar, wobei auf das Stanzen verzichtet wird, also nur ein hochgenaues Prägen/Umformen der Oberfläche stattfindet.

In einer anderen Abwandlung der Erfindung kann aber auch auf das Vorstanzen verzichtet werden und ein Durchbruch allein durch Stanzen und Umformen erzeugt werden.

Es liegt schließlich auch im Rahmen des Erfindungsgedankens, dass auf einzelne Verfahrensschritte des beschriebenen Verfahrens verzichtet werden kann und/oder dass Verfahrensschritte insbesondere auch in ihrer Reihenfolge ausgetauscht oder geändert werden können.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bauteil kann ein Stoßfängerüberzug mit einem Durchbruch für eine Scheibenreinigungsanlage und/oder eine Parkdistanzkontnollvorrichtung und/oder eine Anhängekupplung und/oder eine Sensoranordnung und/oder eine Antennenanordnung und/oder eine lichtaussendende Anordnung und/oder ein Zierelement und/oder eine Funktionselement und/oder ein Fußgängerschutzelement und/oder eine Abdeckung und/oder eine Klappe und/oder ein Kotflügel und/oder ein Spoiler und/oder eine Schwellerverkleidung und/oder eine Tür und/oder ein Heckdeckel und/oder ein Dachmodul und/oder eine Ornamentation sein.

Die erfindungsgemäßen Bauteile können auch in anderen Bereichen, außerhalb der Automobilindustrie, eingesetzt werden.

Dies kann Bauteile umfassen, die in der Möbelindustrie, der Medizintechnik und Pharmatechnik, der Landwirtschaft, der Lebensmitteltechnik, der Spielzeugindustrie, der Konsumgüterindustrie, der Elektrotechnik, im Fensterbau, in der Gebäudetechnik, bei Verpackungsmitteln, etc. eingesetzt werden.

Anhand der 1 wird die Erfindung mit Bezug auf ein Anbauteil 1 für ein Automobil näher erläutert.

Das Anbauteil 1 weist einen Umfonmbereich 2 auf, in dem ein Durchbruch durch das Anbauteil 1 erzeugt wurde.

1 zeigt mehrere Aussparungen, von denen eine mit 3 bezeichnet ist, die es vorteilhaft ermöglichen, das Vorstanzen/Randformen präzise und in leichterer Weise auszuführen, hierbei wird vorteilhaft vermieden, dass bei Randformung Spannungen auftreten, die zu einer Lack- und/oder Materialschädigung führen könnten.

Die Aussparungen 3 sind dabei in Eckbereichen angeordnet, um die dort erwarteten besonders starken Spannungen zu vermeiden.

1. zeigt weiterhin am Bauteil 1 Auflageflächen, von denen eine mit 4 bezeichnet ist, die es vorteilhaft ermöglichen, die Randformung mit hoher Genauigkeit herzustellen.

Die Auflageflächen 4 sind auch geeignet, dass sich beispielsweise eine Klappe/ein Deckel zum Verschließen des Durchbruchs darauf präzise abstützt.

Eine mit 5 bezeichnete Zentrierung/Verrastung kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einfacher Weise bei der Herstellung eines derartigen Durchbruchs mit angeformt werden.

Ausführungsbeispiel:

Eine Platte aus Polymermaterial, im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Polymerblend, bestehend aus Polypropylen und EPDM, die auf einer Seite mit einem Lacksystem, bestehend aus einer Grundierung (2-komponentige Polyurethan-Grundierung, Hydrolack-System, flexible Einstellung), einem metallic-silber-farbenen Basislack (1-komponentig, Hydrolack-System) und einem Klarlack (2-komponentiger Polyurethan-Klarlack, Lösemittel-System, hochflexibel und hochglänzend) beschichtet ist, wird in die Stanz-/Umform-Vorrichtung eingelegt und auf der lackierten Seite mittels IR-Strahler auf eine Temperatur von 70 °C aufgeheizt.

Anschließend wird der Stanz-/Umform-Vorgang gestartet, dabei durchdringt zunächst das Stanzwerkzeug, das eine Temperatur von 65 °C aufweist, von der lackierten Seite her die Platte, die sich an einem Unterteil der Stanzvorrichtung, das auf eine Temperatur von 65 °C aufgeheizt ist, abstützt. Anschließend prägt das Stanzwerkzeug mit der entsprechenden Werkzeuggestaltung das erwärmte lackierte Polymermaterial am Rand des Durchbruchs. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt die Fertigstanzung des Durchbruchs.

Es resultiert ein lackiertes Bauteil mit einem Durchbruch, dessen Rand in hoher Qualität umgeformt ist, wobei die Oberfläche des Bauteils in dem Abschnitt, der den Durchbruch begrenzt, abzeichnungsfrei hergestellt ist.

Alle Anforderungen an das lackierte Bauteil werden nach dem Stanz-/Umform-Vorgang erfüllt.

Der Abschnitt des Bauteils, der den Durchbruch begrenzt, zeigt keine Farbveränderung, alle Prüfungen, welche umfassen: Lackhaftungstest, Schwitzwassertest, Steinschlagtest, Medienbeständigkeitstest, Mechanischer Belastungstest werden mit positivem Ergebnis bestanden.


Anspruch[de]
Verfahren zum Herstellen eines mit einer Randformung versehenen Durchbruches durch ein mindestens einseitig oberflächenbeschichtetes Bauteil aus Polymermaterial mit einer besonders hohen Qualität des den Durchbruch begrenzenden Bauteilabschnittes, dadurch gekennzeichnet, dass

– in einem ersten Verfahrensschritt das Bauteil in eine Vorrichtung eingelegt wird,

– in einem zweiten Verfahrensschritt das Bauteil erwärmt wird,

– in einem dritten Verfahrensschritt das Bauteil mittels eines Stanz/Umformwerkzeuges vorgestanzt wird,

– in einem vierten Verfahrensschritt das Bauteil mit einer dem Durchbruch zugeordneten Randformung versehen wird,

– in einem fünften Verfahrensschritt das Bauteil fertiggestanzt wird,

– in einem sechsten Verfahrensschritt das Bauteil abgekühlt wird,

– in einem siebten Verfahrensschritt das Bauteil aus der Vorrichtung entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oberflächenbeschichtete Bauteil auf der Seite erwärmt wird, auf der die Oberfläche beschichtet ist. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil durch Anwendung von Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung und/oder Wärmekonvektion und/oder Reibung und/oder Einstrahlung von elektromagnetischer Strahlung erwärmt wird. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bevorzugt zur Erwärmung eine Heißluftquelle und/oder eine IR-Strahlenquelle und/oder ein Heizelement und/oder einer Mikrowellen-Strahlenquelle eingesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorstanzen des Bauteils derart ausgeführt wird, dass der Durchbruch auf der oberflächenbeschichteten Seite beginnend erzeugt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorstanzen mehr als 80 % der Fläche des fertigen Durchbruchs erzeugt werden. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorstanzen Material des Bauteils derart entfernt wird, dass die Randformung mit höherer Genauigkeit durchführbar ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Randformung durch in Kontaktbringen der Oberfläche mit einer Prägevorrichtung erzielt wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägevorrichtung erwärmt wird. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägevorrichtung auf eine Temperatur im Bereich von 20 bis 120 °C erwärmt wird. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägevorrichtung insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 60 bis 90 °C erwärmt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil für die Randformung räumlich fixiert wird. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Fixierung durch das Vorstanzen erzielt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil im Bereich der Randformung mit Aussparungen versehen wird. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14. Vorrichtung nach Anspruch 15, umfassend

– eine Einrichtung zum Einlegen und Fixieren eines Bauteils

– eine Einrichtung zum Erwärmen des Bauteils

– eine Einrichtung zum Stanzen und Umformen

– eine Einrichtung zum Fertigstanzen

– eine Einrichtung zum Abkühlen.
Vorrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zum Erwärmen des Bauteils eine Heißluftquelle vorgesehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zum Erwärmen des Bauteils eine IR-Strahlenquelle vorgesehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zum Erwärmen des Bauteils ein Heizspiegel vorgesehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zum Erwärmen des Bauteils eine Mikrowellen-Strahlenquelle vorgesehen ist. Bauteil aus Polymermaterial, auf mindestens einer Seite oberflächenbeschichtet, mit einem Durchbruch, der eine Randformung aufweist, wobei der den Durchbruch begrenzende Bauteilabschnitt eine besonders hohe Qualität aufweist, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14. Bauteil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualität des den Durchbruch begrenzende oberflächenbeschichtete Bauteilabschnitts durch folgende Eigenschaften charakterisiert ist:

– Haftung der Oberflächenbeschichtung

– Steinschlagbeständigkeit der Oberflächenbeschichtung

– Schwitzwasserbeständigkeit

– Medienbeständigkeit

– Mechanik

– Optik

– Maßhaltigkeit.
Bauteil nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung eine Lackierung und/oder eine auf die Oberfläche des Bauteils aufgebrachte Folie und/oder eine Metallisierung ist. Bauteil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung eine Metallfolie und/oder eine in einem Vakuumverfahren aufgebrachte Metallschicht ist. Verwendung eines Bauteils gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24 als Stoßfängerüberzug mit einem Durchbruch für eine Scheibenreinigungsanlage und/oder eine Parkdistanzkontrollvorrichtung und/oder eine Anhängekupplung und/oder eine Sensoranordnung und/oder eine Antennenanordnung und/oder eine lichtaussendende Anordnung und/oder ein Zierelement und/oder eine Funktionselement und/oder ein Fußgängerschutzelement und/oder eine Abdeckung und/oder eine Klappe und/oder ein Kotflügel und/oder ein Spoiler und/oder eine Schwellerverkleidung und/oder eine Tür und/oder ein Heckdeckel und/oder ein Dachmodul und/oder eine Ornamentation sein. Verwendung eines Bauteils gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24 als Bauteil in der Möbelindustrie, der Medizintechnik und Pharmatechnik, der Landwirtschaft, der Lebensmitteltechnik, der Spielzeugindustrie, der Konsumgüterindustrie, der Elektrotechnik, im Fensterbau, in der Gebäudetechnik, bei Verpackungsmitteln, etc..






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