DE102010061991A1

DE102010061991A1 - Verfahren zum Stanzen einer aus Fasermaterial bestehenden Fasermatte

Info

Publication number: DE102010061991A1
Application number: DE102010061991A
Authority: DE
Inventors: Joerg Theinert; Falko Schmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: DE102010061991B4

Abstract

Verfahren zum Stanzen einer aus Fasermaterial bestehenden Fasermatte, mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines Stanzmessers, das zu einer Stanzkante zusammenlaufende Stanzmesserflanken aufweist, • Bereitstellen einer Stanzunterlage, • Einbringen der Fasermatte zwischen die Stanzunterlage und das Stanzmesser, • Heranfahren des Stanzmessers in einer Verschieberichtung an die Fasermatte, so dass die Stanzkante gegen die Fasermatte drückt, • Durchtrennen der Fasermatte mit der Stanzkante. Es wird ausschließlich die Stanzkante, nicht aber die Stanzmesserflanken in Berührung mit der Stanzunterlage gebracht. Nach dem Dmpf gegen die Stanzunterlage gedrückt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stanzen einer aus Fasermaterial bestehenden Fasermatte gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffteile können Fasermatten verwendet werden. Für die Herstellung komplexer, dreidimensional gestalteter Teile werden derartige Fasermatten zunächst in eine dreidimensionale Form umgeformt, die im Wesentlichen der Form des herzustellenden Kunststoffteils entspricht. Das umgeformte, aus Fasermaterial bestehende Gebilde nennt man ”Vorformling” oder ”Preform”. Als Ausgangsmaterial für die Herstellung derartiger Vorformlinge werden Fasermatten verwendet, z. B. in der Form von Geweben, Gelegen, Gestricken, Gewirken o. ä. Strukturen vorliegen können. Die Fasermatten können ein- oder mehrlagig aufgebaut sein. Üblicherweise werden sie in Rollen angeliefert. Für die Herstellung von Vorformlingen müssen die Fasermatten in kleinere Einheiten getrennt werden. Ferner besteht der Bedarf, Ausnehmungen darzustellen, d. h. Teilbereiche aus Fasermatten herauszutrennen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein geeignetes ”Trennverfahren” anzugeben, das dazu geeignet ist, Fasermatten in kleinere Stücke zu trennen bzw. Teilbereiche aus Fasermatten herauszutrennen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, Fasermatten durch Stanzen in kleinere Stücke zu zerlegen bzw. kleinere Stücke aus Fasermatten durch Stanzen herauszutrennen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit einem Stanzmesser gearbeitet, das zwei zu einer Stanzkante zusammenlaufende Stanzmesserflanken aufweist. Zum Stanzen wird ferner eine Stanzunterlage verwendet. Die Fasermatte wird zwischen die Stanzunterlage und das Stanzmesser eingebracht. Anschließend wird das Stanzmesser in einer Stanzmesserverschieberichtung an das Fasermaterial herangeführt, wobei die Stanzkante gegen das Fasermaterial drückt. Ist der Stanzdruck hinreichend hoch, so wird das Fasermaterial von der Stanzkante durchtrennt.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass ausschließlich die Stanzkante in Berührung mit der Stanzunterlage gebracht wird, nicht aber die Stanzmesserflanken, und dass die Stanzkante nach dem Durchtrennen des Fasermaterials „stumpf” gegen die Stanzunterlage drückt. Das erfindungsgemäße Prinzip ist somit vergleichbar mit dem Ausstechen von Plätzchen aus einem Plätzchenteig.
Dieses auf den ersten Blick sehr einfach erscheinende Verfahren unterscheidet sich ganz wesentlich von den aus den anderen technischen Gebieten bekannten Stanzverfahren, da es speziell auf die Eigenschaften und Besonderheiten einer als Halbzeug verwendeten Fasermatte abgestimmt ist. Blechstanzeinrichtungen weisen immer eine gewisse „Schnittluft” auf, d. h. ein Spiel zwischen dem Stanzstempel und der Stanzmatrize. Beim Stanzen eines Blechs taucht der Stanzstempel nach dem Durchstanzen des Blechs zumindest ein Stück weit in eine hinsichtlich ihres Durchmessers etwas größer als der Stanzstempel gestaltete Stanzmatrize ein. Ein derartiges Stanzverfahren mit „Schnittluft” wäre für das Stanzen von Fasermatten nicht geeignet.
Fasermatten bestehen nämlich aus einer Vielzahl einzelner Kohlefasern und/oder Glasfasern und/oder Stofffäden und/oder Metalldrähten etc., die allesamt einen sehr geringen Durchmesser aufweisen. Speziell bei Kohlefasern und Glasfasern tritt das Problem auf, dass diese im Unterschied zu einem Blech nahezu keine Fließeigenschaften aufweisen, sondern sehr spröde sind und brechen. Würde man mit einer Blechstanzvorrichtung arbeiten, so würde die Fasermatte zumindest ein Stück weit zwischen den Stanzstempel und die Innenwand der in der Stanzmatrize vorgesehenen Ausnehmung hineingezogen werden, was dann nicht zu einem sauberen Schnitt, sondern zu einem Abquetschen der einzelnen Fasern der Fasermatte führen würde.
Um dies zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung die Stanzkante „stumpf” gegen die Stanzunterlage gedrückt. Im Unterschied zu anderen Stanztechnologien gleitet die Stanzkante während des Stanzvorgangs nicht an einer Stanzkante eines „Gegenlagers” (Matrize) seitlich vorbei, sondern drückt stumpf gegen die Stanzunterlage. Dadurch wird ein definierter, sauberer Schnitt der Fasermatte erreicht.
Das Stanzmesser sollte mindestens eine Rockwellhärte von 60 HRC aufweisen.
Vorzugsweise wird die Fasermatte auf einer vorgegebenen Stanzlänge durchtrennt, wobei die Stanzkante entlang der gesamten Stanzlänge stumpf gegen die Stanzunterlage gedrückt werden kann.
Wesentlich für die Erzielung sauberer Schnittkanten ist auch, dass eine harte Stanzunterlage verwendet wird. Unter dem Begriff ”hart” wird verstanden, dass sich die Stanzunterlage im Wesentlichen nicht verformt, wenn das Stanzmesser mit der Stanzkante dagegen gedrückt wird. Als Stanzunterlage kann eine ebene bzw. plattenförmige Unterlage verwendet werden. Geeignet hierfür sind insbesondere Stahlplatten oder sonstige Unterlagen aus gehärtetem Stahl.
Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich nicht nur für die Herstellung länglicher Ausstanzungen. Mit länglichen Stanzmessern können linienförmige Schnitte in der Fasermatte hergestellt werden. Selbstverständlich kann das Stanzmesser bzw. dessen Stanzkante auch eine von einer Geraden abweichende Form, z. B. entsprechend der Form eines geschlossenen „Rings”, aufweisen. Prinzipiell können beliebige Stanzkonturen erzeugt werden, z. B. mehreckige, gewellte, kreisrunde, ovale Stanzkonturen, etc.
Während des Stanzvorgangs wird das Stanzmesser in einer Verschieberichtung verschoben. Die Verschieberichtung kann im Wesentlichen senkrecht zur Stanzunterlage sein.
Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass das Stanzmesser im Wesentlichen schräg zur Stanzunterlage verschoben wird. In diesem Fall sollte der Flankenbereich des Stanzmessers so „angestellt” sein, dass er im Wesentlichen senkrecht auf die schräg angestellte Stanzunterlagen auftrifft. Anders ausgedrückt sollte ein Stanzmesser verwendet werden, dessen Schneidflanken so angeordnet sind, dass, über die gesamte Länge der Stanzkante betrachtet, in jedem Schneidflankenquerschnitt die in dem betreffenden Schneidflankenquerschnitt durch die beiden Schneidflanken definierte Winkelhalbierende schräg zur Verschieberichtung des Stanzmessers und somit im Wesentlichen senkrecht zu der schrägen Oberfläche der Schneidunterlage ist.
Je nach Art der herzustellenden Stanzung können entsprechend gestaltete Stanzmesser verwendet werden, z. B. längliche Stanzmesser, vergleichbar einem Küchenmesser. Zur Herstellung von Lochstanzungen können entsprechende ringförmige Stanzmesser verwendet werden, wobei die geschlossene ”Ringkontur” auch mehreckig, elliptisch, kreisförmig o. ä. sein kann.
Für die Herstellung von Ausstanzungen ist es von Vorteil, wenn das Stanzmesser hohl ist und sich der Innenquerschnitt des Stanzmesser zur Stanzkante hin erweitert, so dass die Ausstanzung (Abfall) leicht aus dem Inneren des Stanzmessers entfernt werden kann.
Um Schnittabfälle vom Stanzmesser zu entfernen, gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Schnittabfälle können beispielsweise mechanisch vom Stanzmesser entfernt werden. Arbeitet man mit einem hohlen Stanzmesser, so kann im Inneren des Stanzmessers z. B. ein verschieblicher „Ausdrückstempel” angeordnet sein, der Schnittabfälle aus dem Inneren des Stanzmessers herausdrückt, so dass der Stanzabfall dann einfach entsorgt werden kann. Alternativ dazu kann auch eine Absaugeinrichtung vorgesehen sein, über die Stanzabfälle abgesaugt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass Stanzabfälle über das Innere eines hohlen Stanzmesses abgesaugt werden. Alternativ dazu können Stanzabfälle auch mittels einer Blasvorrichtung weggeblasen werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Fasermatte in ein aus mindestens zwei relativ zueinander verfahrbaren Werkzeughälften bestehendes Umformwerkzeug (Preform-Werkzeug) eingebracht und durch Schließen des Umformwerkzeugs in einen Vorformling (Preform) umgeformt, der im Wesentlichen der Form eines herzustellenden Kunststoffteils entspricht. Der Vorformling bildet einen integralen Bestandteil des herzustellenden Kunststoffteils und dient zu dessen Versteifung.
Gemäß der Erfindung kann das oben beschriebene Stanzen unmittelbar in dem Umformwerkzeug erfolgen. Das Stanzmesser kann hierzu verschieblich in einer der Werkzeughälften angeordnet sein. Mittels eines Aktuators kann das Stanzmesser relativ zu der betreffenden Werkzeughälfte verschoben und gegen eine Oberfläche der anderen Werkzeughälfte gedrückt werden, wobei sich die Fasermatte des herzustellenden Preformlings zwischen dem Stanzmesser und der die Schneidunterlage bildenden Oberfläche der anderen Werkzeughälfte befindet.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1–7 verschiedene Ausführungsbeispiele von Stanzmessern, die stumpf gegen eine Schneidunterlage gedrückt werden; und
8 ein in ein Preform-Werkzeug integriertes Stanzmesser.
1 zeigt ein Stanzmesser 1, das eine linke und eine rechte Stanzmesserflanke 2, 3 aufweist, die in einem spitzen Winkel und symmetrisch bezüglich einer Mittelachse 4 zu einer Stanzkante 5 zusammenlaufen. In der in 1 gezeigten Position ist das Stanzmesser 1 an eine zu stanzende Fasermatte 6 herangefahren. Die Fasermatte 6 liegt auf einer ebenen Stahlplatte 7 auf, die als Stanzunterlage fungiert. Durch nach unten Pressen des Stanzmessers 1 wird die Fasermatte entlang der Stanzkante 5 durchtrennt. Nach dem Durchtrennen der Fasermatte 6 kommt die Stanzkante 5 des Stanzmessers 1 ”stumpf” zur Anlage mit einer Oberseite 8 der Stanzunterlage 7. Die Stanzmesserflanken 2, 3 werden dabei jedoch nicht in Berührung mit der Oberseite 8 der Stanzunterlage 7 gebracht, sondern ausschließlich die Stanzkante 5.
2 zeigt ein Stanzmesser 1, bei dem die beiden Stanzmesserflanken asymmetrisch bezüglich der Mittelachse 4 angeordnet sind. Derartige asymmetrische Stanzmesser haben den Vorteil, dass die zum Durchtrennen der Fasermatte 6 erforderliche Stanzkraft geringer ist, als bei einem symmetrischen Messer.
Um Löcher aus einer Fasermatte 6 ausstanzen zu können, werden z. B. kreisförmige Stanzmesser verwendet, d. h. Stanzmesser, deren Stanzkante eine geschlossene Kontur bilden, z. B. einen Kreis, eine Ellipse, ein Mehreck o. ä. Beispielsweise kann ein hohles bzw. rohrförmiges Stanzmesser verwendet werden, wie es in den 3, 4 dargestellt ist. 3 zeigt eine Seitenansicht eines derartigen Stanzmessers, 4 einen Querschnitt des in 3 gezeigten Stanzmessers. Wie aus 4 ersichtlich ist, ist das kreisförmige Stanzmesser entsprechend dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ”asymmetrisch” gestaltet.
Mit dem in den 3, 4 gezeigten Stanzmesser können Löcher aus einer Fasermatte ausgestanzt werden, wenn die Schneidunterlage und die Fasermatte senkrecht zur Verschieberichtung 9 des Stanzmessers 1 sind.
Ist die Verschieberichtung 9 des Stanzmessers 1 hingegen schräg zur Schneidunterlage bzw. zu der darauf aufliegenden Fasermatte 6, so sollte ein Stanzmesser verwendet werden, dessen Schneidflanken entsprechend angestellt sind, was in den 5–7 dargestellt ist. Die Schneidflanken eines derartigen Stanzmessers 1 sind so angeordnet, dass über die gesamte Länge der Stanzkante, d. h. über den gesamten Umfang des Stanzmessers betrachtet, in jedem Querschnitt durch das Stanzmesser 1 die in dem betreffenden Querschnitt durch die beiden Schneidflanken 2, 3 definierte Winkelhalbierende 10 schräg zur Verschieberichtung 9 ist. Dadurch wird erreicht, dass auch im Falle einer schräg zur Verschieberichtung des Stanzmessers angeordneten Stanzunterlage bzw. einer darauf aufliegenden Fasermatte ein sauberer Schnitt erzeugt wird.
8 zeigt in schematischer Darstellung ein Umformwerkzeug 11 mit einem Unterwerkzeug 12 und einem relativ dazu verschieblich angeordneten Oberwerkzeug 13, die zwischen sich eine Formkavität 14 ausbilden, in die eine umzuformende Fasermatte eingelegt wird. Durch Umformen der Fasermatte wird ein Vorformling (Preform) hergestellt, dessen Form im Wesentlichen der Form eines daraus herzustellenden Kunststoffteils entspricht.
Im Unterwerkzeug 12 ist eine Ausnehmung 15 vorgesehen, in der verschieblich ein Stanzmesser 16 angeordnet ist. In der in 8 gezeigten Stellung ist das Stanzmesser 16 nach oben ausgefahren und hat bereits die Fasermatte 6 durchtrennt. Die Schneidkante 5 des Stanzmessers 16 liegt dabei stumpf an der Unterseite 17 des Oberwerkzeugs 13 an, welches die ”Schneidunterlage” für das Stanzmesser 16 bildet.

Claims

Verfahren zum Stanzen einer aus Fasermaterial bestehenden Fasermatte (7), mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines Stanzmessers (1), das zu einer Stanzkante (5) zusammenlaufende Stanzmesserflanken (2, 3) aufweist, • Bereitstellen einer Stanzunterlage (7), • Einbringen der Fasermatte (6) zwischen die Stanzunterlage (7) und das Stanzmesser (1), • Heranfahren des Stanzmessers (1) in einer Verschieberichtung (9) an die Fasermatte (6), so dass die Stanzkante (5) gegen die Fasermatte (6) drückt, • Durchtrennen der Fasermatte (6) mit der Stanzkante (5), dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Stanzkante (5) in Berührung mit der Stanzunterlage (7) gebracht wird, nicht aber die Stanzmesserflanken (2, 3), und dass die Stanzkante (5) nach dem Durchtrennen der Fasermatte (6) stumpf gegen die Stanzunterlage (7) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (6) auf einer vorgegebenen Stanzlänge durchtrennt wird und die Stanzkante (5) nach dem Durchtrennen der Fasermatte entlang der gesamten Stanzlänge stumpf gegen die Stanzunterlage (7) gedrückt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 der 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine beim Andrücken der Stanzkante (5) gegen die Stanzunterlage (7) sich im Wesentlichen nicht verformende Stanzunterlage (7) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Wesentlichen ebene oder plattenförmige Stanzunterlage (7) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stanzunterlage (7) aus Stahl verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Stanzmessers (1), das eine im Wesentlichen linienförmige Schneidkante, welche ein erstes und ein zweites Schneidkantenende aufweist, gestanzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Stanzmessers (1), das eine Schneidkante in der Form eines geschlossenen Rings aufweist, ein Loch gestanzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Stanzmessers, das eine Schneidkante in der Form eines Kreises aufweist, ein kreisförmiges Loch gestanzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzmesser (1) in einer Verschieberichtung (9), die im Wesentlichen senkrecht zur Stanzunterlage (7) ist, verschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzmesser (1) in einer Verschieberichtung (9), die im Wesentlichen schräg zur Stanzunterlage ist, verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stanzmesser (1) verwendet wird, dessen Schneidflanken (2, 3) so angeordnet sind, dass, über die gesamte Länge der Stanzkante betrachtet, in jedem Querschnitt durch das Stanzmesser (1) die in dem betreffenden Querschnitt durch die beiden Schneidflanken (2, 3) definierte Winkelhalbierende (10) schräg zur Verschieberichtung (9) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzmesser (1) hohl und die Stanzkante in der Form eines geschlossenen Rings ausgebildet ist, wobei sich ein Innenquerschnitt des Stanzmessers zur Stanzkante (5) hin erweitert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Stanzabfälle mittels einer Blaseinrichtung von der Stanzstelle weggeblasen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem hohlen Stanzmesser gearbeitet wird und Stanzabfälle durch das Innere des Stanzmessers abgesaugt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem hohlen Stanzmesser gearbeitet wird und im Inneren des Stanzmessers ein Ausdrückkolben verschieblich angeordnet ist, mittels dem Stanzabfälle aus dem Inneren des Stanzmessers herausgedrückt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (6) in ein aus mindestens zwei relativ zueinander verfahrenden Werkzeughälften (12) bestehendes Umformwerkzeug (11) eingebracht und durch Schließen des Umformwerkzeugs (11) umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzen bei geschlossenem Umformwerkzeug (11) in dem Umformwerkzeug (11) durchgeführt wird, wobei das Stanzmesser (16) verschieblich in einer der Werkzeughälften (12) angeordnet ist und gegen eine die Schneidunterlage bildende Oberfläche (17) der anderen Werkzeughälfte (13) gedrückt wird.