DE102006012245A1

DE102006012245A1 - Prägestanzen von Kunststoffen mit höchster Genauigkeit

Info

Publication number: DE102006012245A1
Application number: DE102006012245A
Authority: DE
Inventors: Bruno Albert
Original assignee: Plastal GmbH
Current assignee: Plastic Omnium Automotive Exteriors GmbH
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2006-10-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffteil (1) mit einer Außenfläche (2) und einer Innenfläche (3) und mit Durchbrüchen (4) höchster Genauigkeit zur Aufnahme von Anbauteilen (5), die über ein exaktes Spaltmaß (6) in die Durchbrüche (4) einsetzbar sein müssen, wobei der Übergang von der Durchbruchsinnenfläche (7) zur Außenfläche (2) des Kunststoffteils (1) als Radius (8) eingeprägt ist und der Übergang von der Durchbruchsinnenfläche (7) zur Innenfläche (3) des Kunststoffteils (1) als Konus (9) ausgebildet ist. DOLLAR A Es wird ein Werkzeug zum Einbringen der Durchbrüche (4) und ein zugehöriges Verfahren beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Werkzeug zum Prägestanzen und ein zugehöriges Verfahren.

Es ist bekannt, im vorderen und/oder hinteren Stoßfänger Durchbrüche z. B. für die Ultraschall-Parksensoren (PDC, Park-Distance-Control) einzubringen. Hierzu werden die Befestigungen der Sensoren an den Stoßfänger im Herstellungsverfahren angeformt. Auf Grund unterschiedlicher Varianten der Stoßfänger werden auch mehrere Spritzwerkzeuge benötigt, wobei Lagerung, Handling, Montage einen großen Kostenfaktor darstellen.

Ein weiteres Problem stellen die Durchbrüche für die Parksensoren dar, da die Parksensoren keinen Kontakt zum Stoßfänger haben sollten, jedoch auch kleinste unterschiedliche Beabstandungen des Außenumfangs der Parksensoren zum Stoßfänger sichtbar sind.

Beim Spritzgießen stellen die Kerne, die die Durchbruchskontur im Kunststoffteil erzeugen, ein Fließhindernis für die Kunststoffschmelze dar. Das Zusammenfließen der laminar fließenden Schmelzströme führt unweigerlich zu Bindenähten im Spritzteil bzw. den damit verbundenen Problemen wie Fehlstellen, geringe Festigkeiten, optische Beeinträchtigungen. Zum anderen sind die oben genannten Durchbrüche nur in bestimmten Ausstattungsvarianten der Fahrzeuge vorgesehen. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen sollte die Variantenbildung jedoch relativ spät im Gesamtprozess erfolgen, also ein späteres Erzeugen der Durchbrüche ist kostengünstiger als das Spritzgießen von unterschiedlichen Bauteilvarianten mittels verschiedener Spritzgießwerkzeuge oder Wechseleinsätze (Rüstzeiten, Werkzeugverschleiß) in einem Betriebsteil.

Es besteht also das Problem, die Durchbrüche einzubringen.

Hierzu eignen sich prinzipiell sämtliche Bearbeitungsverfahren wie Bohren, Fräsen, Schleifen oder Stanzen. Jedoch engen Wirtschaftlichkeitsüberlegungen und andere Randbedingungen diese Auswahl in der Praxis stark ein. Besonders problematisch ist hierbei der Prozess der Lackierung der mit den Durchbrüchen versehenen Spritzgussteile, da sich Partikel wie Späne, Grat oder Feinstaub äußerst störend im Lackierungsprozess verhalten bzw. zu teuren Nacharbeitungsprozessen führen können.

Hinzu kommt, dass der Übergang der Durchbruchsinnenfläche zur -außenfläche (Sichtbereich) nicht scharfkantig sein darf, um einerseits Verletzungen zu vermeiden. Andererseits führt ein scharfkantiger Übergang unweigerlich zu einem Lackwulst um den Durchbruch herum, der durch den Lackiervorgang optisch noch verstärkt werden würde.

Eine weitere Problematik entsteht bei der Anformung eines Konus von der Innenseite des Stoßfängers. Beim Anformen des Konus von unten darf sich der verdrängte Kunststoff nicht nach oben in der Sichtfläche aufbauen, damit beim Lackieren keine Abzeichnungen im Sichtbereich erkennbar werden.

Der angebrachte Konus soll zentrisch zur Bohrung liegen, damit beim Einbau des Sensors kein Lageversatz mit dem Sensor entsteht.

Die Position der eingebauten Sensorachse zur Stanzachse sollte mit einer Toleranz von +/– 0,01 mm realisiert werden.

Oben genannte Anforderung und steigende optische Qualitätsanforderungen, sowie die Lage-Position der Sensoren in Verbindung mit den Designanforderungen nach möglichst großen, ungestörten Sichtflächen, erfordern die Suche nach einer kostengünstigen und qualitativen Lösung der dargstellten Probleme, um beliebige Durchbrüche wulstfrei mit ausreichend großem Übergangsradius und angeformtem Konus zu ermöglichen.

Entsprechend wurde diese Aufgabenstellung durch die Erfindung eines neuen selbstzentrierenden Präge-Stanz-Verfahrens und ein zugehöriges Werkzeug gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Kunststoffteil mit einer Außenfläche und einer Innenfläche und mit Durchbrüchen höchster Genauigkeit zur Aufnahme von Anbauteilen, die über ein exaktes Spaltmaß in die Durchbrüche einsetzbar sein müssen, wobei der Übergang von der Durchbruchsinnenfläche zur Außenfläche des Kunststoffteils als Radius eingeprägt ist dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der Durchbruchsinnenfläche zur Innenfläche des Kunststoffteils als Konus ausgebildet ist. Hierdurch ist die mögliche Anlagefläche für das Anbauteil minimiert.

Bevorzugt ist das Kunststoffteil ein Stoßfänger für Kraftfahrzeuge und das Anbauteil bevorzugt ein Parksensor.

Ein erfindungsgemäßes Werkzeug zum Prägestanzen des genannten Durchbruchs in einem Kunststoffteil ist dadurch gekennzeichnet,

– dass das Kunststoffteil mit einer anliegenden Schnittplatte auf dem Werkzeug verankerbar ist,
– dass das Werkzeug auf der Außenfläche des Kunststoffteils einen ersten Prägestempel zum Prägen eines Radius mit einem auf seiner Längsachse in Richtung zum Kunststoffteil hervorstehenden Vorlocher zum Einbringen einer Zentrierbohrung aufweist,
– dass der Vorlocher, bevor der erste Prägestempel in das Kunststoffteil eingreift, auf der zum Kunststoffteil gegenüberliegenden Seite in eine Lochführung in der Schnittplatte einfährt und dadurch der erste Prägestempel beim Prägen zentriert ist,
– dass der erste Prägestempel und damit der Vorlocher in seiner Endprägestellung für den Rest des Stanzprägens verankert bleibt,
– dass das Werkzeug auf der Innenfläche des Kunststoffteils einen zweiten Prägestempel zum Prägen des Konus aufweist, und der zweite Prägestempel auf seiner Längsachse eine an den Vorlocher angepasste Führungsbohrung aufweist,
– dass der zweite Prägestempel mit seiner Führungsbohrung auf den Vorlocher auffährt und danach erst prägend das Kunststoffteil formt, und
– dass ein Stanzstempel zum Ausstanzen des nach dem Prägen mit den beiden Prägestempeln verbleibenden Mittelteils vorhanden ist.

Das Merkmal, dass das Kunststoffteil mit einer anliegenden Schnittplatte auf dem Werkzeug verankerbar ist, bedeutet auch, dass das Kunststoffteil auf dem Werkzeug verankert wird und anschließend eine Schnittplatte an die Stelle des Durchbruchs gefahren wird. Die Schnittplatte ist bevorzugt ein Stift mit einer zentrischen Lochführung.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Prägestanzen der genannten Durchbrüchen in Kunststoffteilen mit dem beschriebenen Werkzeug ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

– Unverrückbares Einspannen des Kunststoffteils mit einer anliegenden Schnittplatte an der Stelle des vorgesehenen Durchbruchs.
– Einbringen einer Zentrierbohrung durch einen Vorlocher, dessen Durchmesser kleiner als der kleinste Durchmesser des zu schaffenden Durchbruchs ist.
– Nach Einbringung der Zentrierbohrung Eintauchen des Vorlochers in eine Lochführung in der Schnittplatte.
– Prägen des Radius durch den ersten Prägestempel und Verbleiben des ersten Prägestempels und damit des Vorlochers in seiner Endprägestellung für den Rest des Stanzprägens.
– Auffahren des zweiten Prägestempels mit seiner Führungsbohrung auf den Vorlocher und anschließendes zentriertes Prägen des Konus auf der Innenfläche des Kunststoffteils.
– Ausstanzen des nach dem Prägen mit den beiden Prägestempeln verbleibenden Mittelteils.

In erfindungsgemäßer Ausgestaltung weist der Stanzstempel in Richtung zum Kunststoffteil einen hervorstehenden Sucherstift auf, der vor dem Stanzen in die Lochführung eingreift.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

1 zeigt einen Durchbruch 4 für einen Parksensor in einem Stoßfänger nach dem Stand der Technik und 2 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Beim erfindungsgemäßen Kunststoffteil ist der Parksensor durch den angeprägten Konus 9 im Stoßfänger freigeschnitten.

3 zeigt einen Ausschnitt aus einem Stoßfänger für Kraftfahrzeuge im Bereich eines Durchbruches 4 für einen Parksensor. Strichpunktiert ist der einzubringende Durchbruch 4 für den Parksensor gekennzeichnet. Von der Außenfläche 2 des Stoßfängers wird ein Radius 8 eingeprägt und von der Innenfläche 3 ein Konus 9.

4 zeigt den zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im ersten Schritt wird der Stoßfänger auf eine Prägestanz-Vorrichtung (Werkzeug) eingespannt bzw. unverrückbar befestigt. Dieses geschieht nach dem Stand der Technik auf unterschiedliche Weise, z. B. durch Halteplatten, die den Stoßfänger auf ein Widerlager pressen.

Im bedeutenden wesentlichen zweiten Schritt (siehe auch 9 bis 11) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird über einen Vorlocher 12, auch als Zentrierstift bezeichnet, eine Zentrierbohrung 19, deren Durchmesser kleiner ist als der Endradius 25 des Durchbruchs 4 ist, eingebracht. Der Vorlocher 12 taucht dabei nach Durchstoßen des Stoßfängers in eine Lochführung 14 in der Schnittplatte 13 ein, wodurch eine Zentrierung des Vorlochers 12 erreicht ist.

Während der gesamten weiteren Bearbeitung verbleibt der Zentrierstift, bzw. Vorlocher 12 im Bauteil und sorgt so für ein absolut zentriertes Stanzen und Prägen, wie nachfolgend beschrieben.

5 zeigt die Prägung mit einem ersten Prägestempel 10 mit einem Radius 8 auf der Außenfläche des Stoßfängers.

6 zeigt das Prägen des Konus 9 mit einem zweiten Prägestempel 15 auf der Innenfläche des Stoßfängers.

7 zeigt den Stoßfänger nach dem Ausstanzen des verbleibenden Mittelteils 18 (siehe auch 6).

8 zeigt einen Ausschnitt aus einem Stoßfänger mit einem Durchbruch 4, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Außerdem ist noch ein Parksensor als Anbauteil 5 gezeigt, der auf der Innenfläche des Stoßfängers über eine geeignete Halterung befestigt ist und den Stoßfänger im Bereich des Durchbruches 4 nicht berührt. Das Spaltmaß zwischen Parksensor und Stoßfänger lässt sich mit diesem Verfahren durch die Zentrierung der Prägestempel auf 1/₁₀₀ mm genau einstellen. Das Anbauteil 5, bevorzugt ein Sensor liegt über einen Entkopplungsring 20 am freigeschnittenen Konus 9 an.

Erfindungsgemäß bildet der Vorlocher 12 oder Zentrierstift mit dem ersten Prägestempel 10 ein einziges Werkzeug, d. h. am Prägestempel 10 ist zugleich auch der Vorlocher 12 befestigt, wobei zuerst der Vorlocher 12 die Zentrierbohrung 19 einbringt (siehe 4) und nach dem Durchstoßen des Stoßfängers in die Lochführung 14 eintaucht und anschließend der über dem Vorlocher 12 sich befindende erste Prägestempel 10 den Radius 8 bzw. Prägeradius auf der Außenfläche des Stoßfängers prägt. Die Lochführung 14 ist so tief, dass der Vorlocher 12 auch beim Einbringen des Radius 8 in der Lochführung 14 bleibt. Mit dem Bezugszeichen 26 ist der Zentrierradius bezeichnet.
Die Lochführung 14 ist ebenfalls mit dem zweiten Prägestempel 15 ein Werkzeug, so dass der zweite Prägestempel 15 den Konus 9 auf der Innenfläche 3 des Stoßfängers prägen kann, ohne dass der Vorlocher 12 oder Zentrierstift aus der Lochführung 14 ausbricht.
Bevorzugt wird der Radius 8 zeitlich vor der Prägung des Konus 9 eingebracht.

1) Der Zentrierstift bzw. der Vorlocher 12 der ersten Lochung muss über den gesamten Zeitbereich der Prägung von Oberfläche und Unterfläche im Bauteil verbleiben. Erklärung: Er positioniert Stanzstempel 10 (von oben) und Schnittplatte 13 (von unten) erst in der, für später als „optisch sichtbare Fläche" genutzten Bereich, in der benötigten Genauigkeit. Wenn er rausgezogen würde, federt das Material nach innen zurück und man könnte nur noch mit einem kleineren „Sucherstift" arbeiten, der aber nicht genau genug ist, um den Radius 8 und den Konus 9 exakt übereinander zu prägen. Würde man mit einem Stift gleichen Durchmessers arbeiten, würde es zur Abspaltung eines kleinen „Randstücks" kommen, was als Faden einen Dauereinsatz nicht mehr möglich macht. Man müsste nach allen paar gestanzten Durchbrüchen die Maschine reinigen.
2) Die Prägung der späteren Oberseite bzw. Außenfläche sollte zuerst erfolgen. Erklärung: Es kommt durch die Prägung auf einer Seite natürlich zu einem Druckaufbau auf der gegenüberliegenden Seite. Man muss das Bauteil ja gegen die aufgebrachte Kraft halten. Dies führt zu einer Verdichtung des Materials auf beiden Seiten. Die Seite mit dem Prägeprofil bringt man in Form, auf der Gegenseite jedoch entsteht eine Einfallstelle. Prägt man hingegen die Außenfläche zuerst, wird die Fläche dort definiert verdichtet und ist auch später gegen eine Druckbelastung von der Gegenseite her unempfindlich.
3) Nach der Prägung des Radius 8 auf der Außenfläche 2 muss der Prägestempel 10 bis nach der Prägung der Unterseite bzw. Innenfläche 3 im Eingriff bleiben, das heißt unter Druck gehalten werden. Erklärung: Würde man nicht das Prägeprofil des Radius 8 auf der Außenfläche 3 im Eingriff lassen, käme es zu einer A ufwölbung des Materials, wenn die Unterseite, d.h. Innenfläche 3 geprägt wird.

In den 9-11 ist eine Prägestanzvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 23 ist das Oberteil und mit dem Bezugszeichen 24 das Unterteil bezeichnet.
Folgende Arbeitsabläufe führt diese Prägestanzvorrichtung aus:
Im Arbeitsschritt (Arbeitsablauf) 1 erfolgt zuerst eine senkrechte Bewegung aufwärts des Unterteils L der Stanzeinheit bis zum Anschlag der Lochführung (hier als Schnittplatte Vorlocher bezeichnet) an den Stoßfänger. Der Stoßfänger ist hier zur besseren Erklärung nicht gezeigt, befindet sich jedoch eingespannt zwischen dem Oberteil und dem Unterteil der Prägestanz-Vorrichtung.
Anschließend erfolgt im Schritt 2 eine Verriegelung des Drehbockes I. Auf diesem Drehbock I ist ein zweiter Prägestempel mit einer inneren Bohrung als Lochführung angeordnet.
Im Schritt 3 erfolgt eine senkrechte Bewegung abwärts des Oberteils der Prägestanzvorrichtung und im Schritt 4 eine Verriegelung des Drehbockes B, an dem ein erster Prägestempel E mit einem Zentrierstift bzw. Vorlocher F angeordnet ist.
Im Schritt 5 stanzt der Zentrierstift bzw. Vorlocher ein Loch in den Stoßfänger und fährt nach dem Durchstoßen in die innere Bohrung, d.h. die Lochführung im zweiten Prägestempel ein.
Hierbei prägt der erste Prägestempel E den Prägeradius (Schritt 6) Anschließend erfolgt im Schritt 7 eine senkrechte Abwärtsbewegung des Unterteils L der Prägestanzvorrichtung und eine Entriegelung des Drehbockes I (Schritt 8) und ein Schwenken des Drehbockes J in eine zweite Arbeitsstellung (Schritt 9), bei der ein Werkzeug zur Konusprägung positioniert wird.
Im Schritt 10 erfolgt eine senkrechte Bewegung aufwärts bis zum Anschlag an den Stoßfänger des Unterteils der Prägestanzvorrichtung.
Im Schritt 11 erfolgt eine Verriegelung des Drehbockes I. Dabei fährt die Lochführung bzw. die innere Bohrung im zweiten Prägestempel in den Zentrierstift am ersten Prägestempel ein, d.h. im Schritt 12 erfolgt eine Zentrierung der Lochführung über den Zentrierstift.
Im Schritt 13 prägt anschließend der zweite Prägestempel den Konus. Während dieses Prägens des Konus bleibt der Zentrierstift in seiner Position. Er darf dabei nicht von seiner Sollstellung abweichen, um eine Zentrierung des zweiten Prägestempels zu erreichen.
Im Schritt 14 erfolgt eine Aufwärtsbewegung des Oberteils der Prägestanzvorrichtung. Anschließend im Schritt 15 eine Entriegelung des Drehbockes B und ein Schwenken des Drehbockes im Schritt 16 zur Positionierung des Stanzstempels O. (siehe 11).
Im Schritt 17 erfolgt anschließend eine senkrechte Abwärtsbewegung des Oberteils A der Prägestanzvorrichtung und im Schritt 18 wieder eine Verriegelung des Drehbockes.
Im Schritt 19 erfolgt vor dem Ausstanzvorgang erst eine Zentrierung eines Sucherstiftes P am Stanzstempel O durch Einführen dieses Sucherstiftes in die Lochführung M.
Im Schritt 20 erfolgt schließlich die Ausstanzung des noch verbliebenen Steges zwischen Prägeradius und Konus.
Auch bei diesem Stanzvorgang erfolgt eine genaue Zentrierung über den Sucherstift, der unterhalb des Stanzstempels angeordnet ist und der in die Lochführung eingreift, bevor der Stanzstempel mit dem Ausstanzen beginnt.
In den Schritten 21 bis 28 erfolgt ein Zurückfahren der Prägestanzvorrichtung in die Ausgangslager (Grundstellung), so dass anschließend mit der Bearbeitung eines anderen Stoßfängers begonnen werden kann.

Claims

Kunststoffteil (1) mit einer Außenfläche (2) und einer Innenfläche (3) und mit Durchbrüchen (4) höchster Genauigkeit zur Aufnahme von Anbauteilen (5), die über ein exaktes Spaltmaß (6) in die Durchbrüche (4) einsetzbar sein müssen, wobei der Übergang von der Durchbruchsinnenfläche (7) zur Außenfläche (2) des Kunststoffteils (1) als Radius (8) eingeprägt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der Durchbruchsinnenfläche (7) zur Innenfläche (3) des Kunststoffteils (1) als Konus (9) ausgebildet ist.
Kunststoffteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (1) ein Stoßfänger für Kraftfahrzeuge und das Anbauteil (5) bevorzugt ein Parksensor ist.
Werkzeug zum Prägestanzen eines Durchbruchs (4) in einem Kunststoffteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass das Kunststoffteil mit einer anliegenden Schnittplatte (13) auf dem Werkzeug verankerbar ist, – dass das Werkzeug auf der Außenfläche (2) des Kunststoffteils einen ersten Prägestempel (10) zum Prägen eines Radius (8) mit einem auf seiner Längsachse (11) in Richtung zum Kunststoffteil hervorstehenden Vorlocher (12) zum Einbringen einer Zentrierbohrung (19) aufweist, – dass der Vorlocher (12), bevor der erste Prägestempel (10) in das Kunststoffteil eingreift, auf der zum Kunststoffteil gegenüberliegenden Seite in eine Lochführung (14) in der Schnittplatte (13) einfährt und dadurch der erste Prägestempel (10) beim Prägen zentriert ist, – dass der erste Prägestempel (10) und damit der Vorlocher (12) in seiner Endprägestellung für den Rest des Stanzprägens verankert bleibt, – dass das Werkzeug auf der Innenfläche (3) des Kunststoffteils einen zweiten Prägestempel (15) zum Prägen des Konus (9) aufweist, und der zweite Prägestempel (12) auf seiner Längsachse eine an den Vorlocher (12) angepasste Führungsbohrung (16) aufweist, – dass der zweite Prägestempel (15) mit seiner Führungsbohrung (16) auf den Vorlocher (12) auffährt und danach erst prägend das Kunststoffteil formt, und – dass ein Stanzstempel (17) zum Ausstanzen des nach dem Prägen mit den beiden Prägestempeln (10, 15) verbleibenden Mittelteils (18) vorhanden ist.
Verfahren zum Prägestanzen von Durchbrüchen in Kunststoffteilen nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Werkzeug nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Unverrückbares Einspannen des Kunststoffteils mit einer anliegenden Schnittplatte (13) an der Stelle des vorgesehenen Durchbruchs (4). b) Einbringen einer Zentrierbohrung (19) durch einen Vorlocher (12), des sen Durchmesser kleiner als der kleinste Durchmesser des zu schaffenden Durchbruchs (4) ist. c) Nach Einbringung der Zentrierbohrung (19) Eintauchen des Vorlochers (12) in eine Lochführung (14) in der Schnittplatte (13). d) Prägen des Radius (8) durch den ersten Prägestempel (10) und Verbleiben des ersten Prägestempels (10) und damit des Vorlochers (12) in seiner Endprägestellung. e) Auffahren des zweiten Prägestempels (15) mit seiner Führungsbohrung (16) auf den Vorlocher (12) und anschließendes zentriertes Prägen des Konus (9) auf der Innenseite des Kunststoffteils. f) Ausstanzen des nach dem Prägen mit den beiden Prägestempeln (10, 15) verbleibenden Mittelteils (18).