DE102007009114A1

DE102007009114A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten einer Kante eines Kunststoffbauteils

Info

Publication number: DE102007009114A1
Application number: DE200710009114
Authority: DE
Inventors: Markus Reimann; Dieter Dr. Loibl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-02-24
Filing date: 2007-02-24
Publication date: 2008-08-28

Abstract

Eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Kante eines Kunststoffbauteils weist einen rotierbaren und dreidimensional verfahrbaren Werkzeugkörper auf, der entlang der zu bearbeitenden Kante verfahren wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Bearbeiten einer Kante eines Kunststoffbauteils.
Aus dem Bereich des Automobilbaus ist es bekannt, bei Kunststoffbauteilen (beispielsweise einem Stoßfänger der Autokarosserie) nachträglich Durchbrüche einzubringen, die der Aufnahme weiterer Bauteile dienen, die lediglich optional (beispielsweise als Sonderausstattung) vorgesehen sind (z. B. für Sensoren eines Abstandswarnsystems). Da diese Durchbrüche somit nur bei einem Teil der verwendeten Kunststoffbauteile erforderlich sind, können diese nicht bereits bei der Herstellung vorgesehen werden, sondern müssen nachträglich eingebracht werden.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Durchbrüche in Kunststoffbauteile mittels Stanzen einzubringen. Dabei wird der als Durchbruch vorgesehene Abschnitt des Bauteils von einem speziellen Schneidwerkzeug herausgestanzt, dessen Schneiden der Kontur des heraus zu stanzenden Elements entsprechen. Den dabei entstehenden scharfen Schnittkanten wird nach dem Stanzvorgang ein werkzeuggebundener Radius aufgeprägt, indem ein Prägewerkzeug, dessen Kontur der Kontur des Durchbruches entspricht, diesen jedoch in den Abmaßen übertrifft, auf die Kanten des Durchbruches gepresst wird, wobei diese plastisch verformt werden. Das Einbringen von Durchbrüchen in Kunststoffbauteile mittels Stanzen hat sich als wenig flexibel herausgestellt, da zum einen für jede Form eines Durchbruchs ein entsprechendes Stanz- sowie Prägewerkzeug bereitgehalten werden muss und zum anderen eine gegebenenfalls für die Bearbeitung verschiedener Durchbrüche erforderliche Umrüstung der Stanz-/Prägeanlage zu Produktionsverzögerungen führt.
Es wurde daher ein Verfahren entwickelt, bei dem Durchbrüche in Kunststoffbauteilen erzeugt werden, indem der entsprechende Abschnitt des Bauteils mittels eines Lasers herausgeschnitten wird. Das Computer-gesteuerte Verfahren des Lasers ermöglicht dabei die Erzeugung beliebiger Durchbruchformen, ohne dass ein Umrüsten der Anlage erforderlich wäre. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass das Erzeugen eines Radius in die Schnittkante hiermit nicht möglich ist. Ein nachträgliches Einprägen wie beim Stanzen erfordert jedoch wiederum ein auf die Kontur des Durchbruchs angepasstes Werkzeug.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit zu stellen, dass eine einfache und flexible Möglichkeit zur Beabreitung von Kanten von Kunststoffbauteilen bereitstellt und insbesondere das Formen von Radien an diesen Kanten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Bearbeiten der Kanten eines Kunststoffbauteils mittels eines rotierbaren und dreidimensional verfahrbaren, vorzugsweise rotationssymmetrischen Werkzeugkörpers, beispielsweise eines Rollierkopfs auszuführen, der entlang der Kante des Kunststoffbauteils gefahren wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bearbeitet die Kante somit punktuell und nicht gleichzeitig über die gesamte Länge, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Bearbeitung, d. h. die Ausformung der Kante kann dabei durch eine plastische Verformung des Kunststoffs durch den von dem Werkzeug aufgebrachten Druck oder auch spanend erfolgen. Die Beschaffenheit der Oberfläche des Werkzeugs (glatt, aufgeraut, etc) richtet sich dabei vorzugsweise nach der Art der Bearbeitung.
Der Werkzeugkörper kann rotierend angetrieben werden, so dass sich eine Relativgeschwindigkeit zwischen der Werkzeugoberfläche und der zu bearbeitenden Kante ergeben kann. Ein rotierend angetriebener Werkzeugkörper kann insbesondere dann eingesetzt werden, wenn die Bearbeitung der Kante insbesondere spanend, d. h. durch Materialabtrag erfolgen soll.
Alternativ kann der Werkzeugkörper auch lediglich rotierbar gelagert sein, so dass dieser beim Abfahren der zu bearbeitenden Kante auf dieser abrollt. In diesem Fall wird das Bearbeiten der Kante, d. h. insbesondere das Ausformen eines Radius oder einer Fase, in der Regel im wesentlichen durch eine plastische Verformung des Werkstoffs erfolgen.
Der Werkzeugkörper kann auch nach Bedarf angetrieben werden. Beispielsweise kann ein Antreiben des Werkzeugskörpers nur dann erforderlich sein, wenn z. B. die Gesamtreibungsverhältnisse, die insbesondere von der Reibung zwischen dem Werkzeugkörper und dem Bauteil, der Reibung in der Lagerung und dem Abrollradius beeinflusst werden, so ungünstig sind, dass ein nicht angetriebener Werkzeugkörper abgleiten würde und damit gegebenenfalls die Oberfläche des Bauteils, insbesondere wenn diese lackiert ist, beschädigen könnte. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise eine Steuerung aufweisen, die den Antrieb bedarfsweise zuschaltet. Dies kann beispielsweise durch eine Auswertung der momentanen Werte für die Rotationsgeschwindigkeit und der Verfahrgeschwindigkeit des Werkzeugskörpers erfolgen, aus der auf eine (zu große) Relativgeschwindigkeit zwischen den kontaktierenden Oberflächen des Werkzeugskörpers und des Bauteils geschlossen werden kann. Alternativ oder ergänzend kann für bestimmte zu bearbeitende Bauteile bereits vorgegeben sein, ob und mit welchen Werten (z. B. Rotationsgeschwindigkeit) der Werkzeugkörper angetrieben werden sollte oder nicht. Durch eine automatisierte Erkennung des zu bearbeitenden Bauteils kann die Ansteuerung des Antriebs dann automatisch erfolgen.
Die erfindungsgemäße Steuerung kann ebenfalls dazu verwendet werden, weitere Prozessparameter (z. B. die Anpresskraft) bedarfsgerecht einzustellen. Insbesondere kann auf diese Weise die Anpresskraft, mit der der Werkzeugkörper auf die die Kante gedrückt wird, beeinflusst werden.
Eine dreidimensionale Verfahrbarkeit des Werkzeugkörpers kann vorteilhafterweise mittels eines Roboterarms, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, oder einer ähnlichen Vorrichtung erzielt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung einen kegel- oder kegelstumpfförmigen Werkzeugkörper auf. Die Mantellinie des kegel- oder kegelstumpfförmigen Werkzeugkörpers kann dabei beliebig verlaufen. Eine gerade Mantellinie beispielsweise kann sich durch eine einfache Herstellbarkeit des Werkzeugkopfs auszeichnen. Auf einfache Weise können damit die Kanten des Kunststoffbauteils angefast werden. Mittels einer zusätzlichen Schwenkbewegung des Werkzeugkopfs beim Abfahren der Kante kann zudem ein beliebiger Radius an der Kante geformt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der kegel- oder kegelstumpfförmige Werkzeugkörper eine teilkreisförmige oder sonstige bogenförmige Mantellinie auf, deren Radius vorzugsweise dem gewünschten Radius der zu bearbeitenden Kanten entspricht. Dadurch kann die Komplexität der Bewegung des Werkzeugkörpers beim Abfahren der Kanten gering gehalten werden, da ein zusätzliches Verschwenken des Werkzeugkörpers vermieden werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt
1: in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt aus einem Kunststoffbauteil, das mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeitet wird und
2: verschiedene Werkzeugkörper zur Verwendung mit der in 1 dargestellten Vorrichtung.
In 1 ist ein Ausschnitt aus einem Kunststoffbauteil 1 dargestellt, in dem sich zentral ein kreisförmiger Durchbruch befindet. Dieser Durchbruch kann mittels eines beliebigen Verfahrens, beispielsweise durch Stanzen oder auch durch Herausschneiden mittels Lasers eingebracht worden sein.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 zum Bearbeiten einer Kante eines Kunststoffbauteils ist vorgesehen, um einen Radius in die Kante des Durchbruchs einzubringen, die – je nach Art des Verfahren, mittels dessen der Durchbruch eingebracht wurde – mehr oder weniger scharfkantig ausgebildet ist.
Hierzu weist die Vorrichtung einen an einem Roboterarm 3 befestigten und mittels eines Rotationsantriebs 4 rotierend angetriebenen Werkzeugkörper 5 auf. Der Werkzeugkörper 5 ist kegelförmig mit einer gekrümmt verlaufenden Mantelfläche ausgebildet.
Um einen Radius in die Kante des Durchbruchs einzubringen, wird der rotierend angetriebenen Werkzeugkörper 5 mittels des Roboterarms 3, der wiederum durch Pneumatik- oder Hydraulikzylinder 6 bewegt werden kann und eine geeignete Steuerung 7 für ein automatisches Abfahren der Durchbruchkante aufweist, entlang der Kante des Durchbruchs gefahren, wodurch ein durch die Krümmung der Mantelfläche des Werkzeugkörpers definierter Radius in die Kante eingebracht wird.
Die Ausbildung des Radius erfolgt im vorliegenden Fall durch spanendes Abtragen des Werkstoffs. Eine alternative Ausführungsform kann jedoch auch das Einbringen eines Radius oder auch einer Fase durch plastische Verformung des Werkstoffs bewirken.
In 2 sind neben dem auch in 1 dargestellten Werkzeugkörper 5 zwei alternative Ausführungsformen von Werkzeugkörpern 5', 5'' dargestellt, die sich in dem Verlauf ihrer Mantelflächen unterscheiden. Während der eine alternative Werkzeugkörper 5' eine geradlinig verlaufende Mantelfläche aufweist, verläuft diejenige der zweiten alternativen Ausführungsform (5'') nach außen gekrümmt. Der Werkzeugkörper 5' mit der geradlinig verlaufender Mantelfläche eignet sich insbesondere zum Anfasen der Kante des Durchbruchs.
Die verschiedenen Werkzeugkörper (5, 5', 5'') können auf einfache Weise mit einem Adapterstück 8 der Vorrichtung 2 verbunden werden. Eine nicht dargestellte Sicherung verhindert ein ungewolltes Lösen des Werkzeugkörpers 5 von dem Adapterstück 8.

Claims

Vorrichtung zum Bearbeiten einer Kante eines Kunststoffbauteils (1), gekennzeichnet durch einen rotierbaren und dreidimensional verfahrbaren Werkzeugkörper (5, 5', 5''), der entlang der zu bearbeitenden Kante verfahrbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkörper (5, 5', 5'') rotierend angetrieben ist
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Steuerung zum automatisierten Zu- und Abschalten eines Rotationsantriebs und/oder zur Beeinflussung der Anpresskraft zwischen dem Werkzeugkörper (5, 5', 5'') und der Kante des Kunststoffbauteils (1).
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkörper (5, 5', 5'') an einem Roboterarm (3) befestigt ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen kegel- oder kegelstumpfförmigen Werkzeugkörper (5, 5', 5'').
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine teilkreisförmige Mantellinie des kegel- oder kegelstumpfförmigen Werkzeugkörpers (5, 5', 5'').
Verfahren zum Bearbeiten einer Kante eines Kunststoffbauteils (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein rotierbarer Werkzeugkörper (5, 5', 5'') entlang der Kante verfahren wird.
Verwendung eines rotierend gelagerten und/oder angetriebenen und dreidimensional verfahrbaren Werkzeugkörpers (5, 5', 5'') zum Formen von Radien an Kunststoffbauteilen.