DE102012000573A1

DE102012000573A1 - Lenkrad und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102012000573A1
Application number: DE201210000573
Authority: DE
Inventors: Norbert Häßler; Armin Peschik
Original assignee: TRW Automotive Safety Systems GmbH
Current assignee: ZF Automotive Safety Systems Germany GmbH
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2013-07-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Lenkrads, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Lenkradskeletts (1); – Umschäumen des Lenkradskeletts (1) zur Bildung einer Umschäumung (2), die eine Lenkradkontur (4) vorgibt; und anschließend – Entfernen eines Grates (3) der Umschäumung (2) durch Schneiden entlang der Lenkradkontur (4) mit einer Klinge, die mit einer Ultraschallschwingung beaufschlagt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Entgraten eines Lenkrads sowie ein Lenkrad mit einem Lenkradskelett (1) und einer Umschäumung (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Lenkrades, eine Vorrichtung zum Entgraten eines Lenkrads sowie ein Lenkrad mit einem Lenkradskelett und einer Umschäumung.
Üblicherweise sind Lenkräder aus einem Lenkradskelett gebildet, das mit einer Umschäumung versehen wird. Nach dem Aufbringen der Umschäumung auf das Lenkradskelett weist das Lenkrad Grate auf, die in der Praxis von Hand mit scharfen Messern entfernt werden. Diese Art der Entgratung ist zeitaufwendig und daher kostenintensiv. Überdies besteht die Gefahr, dass das Lenkrad beschädigt wird, so dass insgesamt eine erhöhte Ausschussquote vorliegt.
Alternativ ist es bekannt, das Lenkrad mit Hilfe rotierender Fräser oder rotierender Stahldrähte zu entgraten. Üblicherweise werden derartiger rotierende Elemente druckgesteuert entlang der Lenkradkontur geführt, um den Grat zu entfernen. Das Entfernen durch rotierende Fräser oder Stahldrähte führt zu einer relativ groben Oberfläche entlang der Lenkradkontur, was im Hinblick auf Qualitätskriterien unerwünscht ist. Die mit einem Fräser oder einem rotierenden Stahldraht behandelten Stellen sind außerdem aufgrund der erhöhten Rauhigkeit der Oberfläche für UV-Strahlung empfindlich, wodurch es zu späteren Farbveränderungen des geschäumten Lenkrads kommen kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Lenkrads anzugeben, mit dem die Herstellungskosten für Lenkräder verringert und die Qualität der hergestellten Lenkräder erhöht wird. Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zum Entgraten eines Lenkrads sowie ein Lenkrad mit einem Lenkradskelett und einer Umschäumung anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1, im Hinblick auf die Vorrichtung zum Entgraten durch den Gegenstand des Patentanspruchs 8 und im Hinblick auf das Lenkrad durch den Gegenstand des Patentanspruchs 12 gelöst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Lenkrads anzugeben, das die folgenden Schritte aufweist:

– Bereitstellen eines Lenkradskeletts;
– Umschäumen des Lenkradskeletts, wobei die Umschäumung, die die Kontur des Lenkrads bildet, gebildet wird; und anschließend
– Entfernen eines Grates der Umschäumung durch Schneiden entlang der Lenkradkontur mit einer Klinge, die mit einer Ultraschallschwingung beaufschlagt wird.

Durch die auf die Klinge einwirkende Ultraschallschwingung wird erreicht, dass die Klinge während des Schneidvorgangs ozilliert. Somit entsteht beim Entfernen des Grates Reibungswärme entlang der Lenkradkontur bzw. der Schnittkante, so dass die Schnittkante gleichzeitig verschmolzen bzw. versiegelt wird. Auf diese Weise ist die Schnittkante wirksam gegen den Einfluss von UV-Strahlung geschützt. Spätere Farbveränderungen in der Umschäumung werden vermieden. Insgesamt wird somit die Qualität der hergestellten Lenkräder erhöht.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
So ist beispielsweise vorgesehen, dass die Klinge durch einen Roboterarm bahngesteuert entlang des Lenkradkranzes geführt wird. Im Allgemeinen kann das Verfahren automatisiert durchgeführt werden, so dass die Ausschussquote verringert und eine konstante Schnittqualität erreicht wird.
Das Lenkrad kann außerdem beim Entfernen des Grates zumindest teilweise unter Vorspannung gehalten werden. Insbesondere im Bereich einer Airbagmodulaufnahme ist es vorteilhaft, eine Vorspannung auf das Lenkrad aufzubringen, da die Umschäumung in diesem Bereich üblicherweise relativ dünn ist. Durch die Vorspannung wird sichergestellt, dass die Umschäumung beim Entfernen des Grates nicht ausweicht.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn, wie bevorzugt vorgesehen ist, die Klinge mit einem Anpressdruck bzw. einer Anpresskraft entlang der Lenkradkontur geführt wird. Insbesondere kann die Klinge mit einer Anpresskraft von wenigstens 0,75 N, insbesondere wenigstens 0,8 N, insbesondere wenigstens 0,85 N, insbesondere wenigstens 0,9 N, insbesondere wenigstens 1,0 N, gegen die Lenkradkontur gedrückt werden. Die Anpresskraft, die die Klinge auf die Lenkradkontur ausübt, kann höchstens 1,3 N, insbesondere höchstens 1,2 N, insbesondere höchstens 1,1 N, insbesondere höchstens 1,05 N, betragen. Vorzugsweise entspricht der Anpressdruck umgerechnet etwa 90–110 g.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Klinge mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,03 m/s und 0,5 m/s, insbesondere zwischen 0,04 m/s und 0,4 m/s, insbesondere zwischen 0,05 m/s und 0,3 m/s, entlang der Lenkradkontur geführt wird. Es hat sich gezeigt, dass bei derartigen Geschwindigkeiten einerseits eine effiziente Versiegelung der Schnittkante und gleichzeitig eine signifikante Beschleunigung des Verfahrens erreicht werden.
Um eine ausreichende Reibwärme zu erzeugen, so dass die Schnittkante versiegelt wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Klinge mit einer Ultraschallfrequenz von wenigstens 15 KHz, insbesondere wenigstens 20 KHz, insbesondere wenigstens 25 KHz, insbesondere wenigstens 30 KHz, insbesondere wenigstens 35 KHz, insbesondere wenigstens 40 KHz, beaufschlagt wird. Insbesondere in Verbindung mit dem geeigneten Anpressdruck wird dadurch eine glatt versiegelte bzw. glatt verschmolzene Schnittkante erzeugt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Klinge den Grat zumindest abschnittsweise, insbesondere im Bereich einer inneren Ecke des Lenkrads, von unterschiedlichen Richtungen anfährt. So kann auch einen Grat in Bereichen des Lenkrads entfernt werden, die einen relativ engen Kurvenradius aufweisen, so dass sich die Klinge darin nicht vollständig drehen kann. Der Roboterarm, der die Klinge trägt, kann derart gesteuert bzw. programmiert sein, dass die Klinge eine Ecke der Lenkradkontur zunächst von einer ersten Seite anfährt, abgesetzt wird und anschließend dieselbe Ecke von einer zweiten Seite anfährt. Im Allgemeinen kann vorgesehen sein, dass der Anstellwinkel des Messers bezogen auf die Schneidkante bzw. die Lenkradkontur variabel ist bzw. variiert wird.
Gemäß einem nebengeordneten Aspekt beruht die Erfindung auf dem Gedanken, eine Vorrichtung zum Entgraten eines Lenkrads mit einer Lenkradaufnahme und einem Roboterarm anzugeben, der eine Sonotrode mit einer Klinge trägt. Die Lenkradaufnahme weist Mittel zum Aufbringen einer Vorspannung auf das Lenkrad auf. Der Roboterarm ist mit einer Steuerung signalverbunden, so dass die Klinge bahngesteuert entlang einer Lenkradkontur bewegbar ist.
Der Roboterarm kann eine Messeinrichtung zur Erfassung eines Anpressdrucks aufweisen, der von der Klinge auf die Lenkradkontur aufgebracht wird. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steuerung derart angepasst ist, dass die Klinge mit einem konstanten Anpressdruck beaufschlagbar ist. Insbesondere kann die Steuerung mit der Messeinrichtung zusammenwirken und den Anpressdruck der Klinge anhand der Messwerte, die über die Messeinrichtung erfasst werden, kontinuierlich einstellen. Ferner ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Sonotrode mit einem Frequenzgenerator verbunden oder verbindbar ist, so dass die Sonotrode mit einer Ultraschallfrequenz beaufschlagbar ist.
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile gelten entsprechend für die hier beanspruchte Vorrichtung.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Lenkrad mit einem Lenkradskelett und einer Umschäumung, die zumindest einen Lenkradkranz des Lenkradskeletts ummantelt. Die Umschäumung weist im Bereich eines abgeschnitten Grates eine Schnittkante auf, die versiegelt, insbesondere ultraschallversiegelt, ist. Durch die versiegelte Schnittkante wird die Qualität des Lenkrads erhöht und insbesondere ein schädlicher Einfluss von UV-Strahlung vermieden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine Rückansicht eines Lenkrads unmittelbar nach der Umschäumung des Lenkradskeletts; und
2 eine Rückansicht des Lenkrads gemäß 1, wobei ein Grat der Umschäumung entfernt ist.
In 1 ist ein Lenkrad mit einem Lenkradskelett 1 und einer Umschäumung 2 dargestellt, wobei das Lenkradskelett 1 durch ein einstückig gegossenes Magnesiumbauteil gebildet ist. Die Umschäumung 2 weist ein Kunststoffmaterial, insbesondere Polyurethan, auf. Wie in 1 gut erkennbar ist, bildet die Umschäumung 2 unmittelbar nach dem Umschäumvorgang mehrere Grate 3, die sich entlang einer Lenkradteilung 4 erstrecken und über die Lenkradkontur vorstehen.
Zum Umschäumen des Lenkradskeletts 1 wird das Lenkradskelett 1 in eine Form aus zwei Formhälften eingelegt. Anschließend wird ein Kunststoff innerhalb der Form auf das Lenkradskelett 1 aufgeschäumt, wodurch die Umschäumung 2 gebildet wird. Ein Teil des Kunststoffs dringt in den Spalt zwischen den Formhälften der Umschäumungsform ein und bildet den Grat 3. Der Bereich, an dem die Formhälften aneinanderliegen, entspricht am Lenkrad der Lenkradteilung. Dabei bildet sich nicht nur auf der Außenseite der Lenkradteilung, d. h. auf dem Außenumfangs des Lenkradkranzes 5, ein Grat 3, sondern auch entlang des Innenumfangs des Lenkradkranzes 5, entlang der Speichen 6 und um die Airbagmodulaufnahme 7 herum ist nach dem Umschäumen des Lenkradskeletts 1 ein Grat 3 erkennbar.
Die Umschäumung 2 gibt bereits unmittelbar nach ihrem Aufschäumen entweder bereits die endgültige Lenkradform wieder oder wird anschließend mit Leder und/oder Holz zumindest teilweise überzogen. Zuvor ist jedoch der Grat 3 zu entfernen.
Dazu ist vorgesehen, eine ultraschallerregte Klinge entlang der Lenkradkontur 4 zu führen, so dass der Grat 3 durch die Klinge abgeschnitten wird und gleichzeitig eine Versiegelung der Schnittkante erfolgt. In 2 ist gut erkennbar, dass der äußere, den Lenkradkranz 5 umgebende Grat gemäß 1 entfernt ist.
Das Verfahren zum Entgraten des Lenkrads wird wie folgt durchgeführt:
Zunächst wird das Lenkrad mit dem umschäumten Lenkradskelett 1 auf einer Lenkradaufnahme angeordnet. Die Lenkradaufnahme greift vorzugsweise in die Airbagmodulaufnahme 7 des Lenkrads ein und stützt die Innenkontur des Lenkrads derart ab, dass die Lenkradkontur 4, insbesondere im Bereich der Airbagmodulaufnahme 7, unter Vorspannung gehalten wird.
Die ultraschallerregte Klinge bzw. die Ultraschallsonotrode mit der Klinge ist an einem bahngesteuerten Roboterarm befestigt und wird durch den Roboterarm entlang der Lenkradkontur geführt. Die Bahngeschwindigkeit des Roboterarms beträgt dabei vorzugsweise 0,05 bis 0,3 m/s. Gleichzeitig wird die Klinge durch den Roboterarm mit einem Anpressdruck von 90 g bis 110 g, insbesondere von 80 g bis 100 g, beaufschlagt. Der Roboterarm weist ein Ausgleichssystem mit einem Federweg von höchstens 1,0 mm auf. Das Ausgleichssystem gleicht Toleranzen unterschiedlicher Lenkradformen aus. Vorzugsweise beträgt der Toleranzausgleichsbereich etwa +/–0,5 mm. Der Anpressdruck wird kontinuierlich über eine Messeinrichtung erfasst und über eine Analogausgabe an die Steuerung übermittelt.
Während des Entgratens wird auf die Sonotrode bzw. die Klinge eine Ultraschallfrequenz von wenigstens 20 KHz aufgebracht, wodurch die vorteilhafte Versiegelung der Schnittkante erreicht wird. Es hat sich außerdem gezeigt, dass die Schnittqualität erhöht wird, wenn die Temperatur der Umschäumung 2 während des Entgratevorgangs wenigstens 30°C, insbesondere im Bereich von 38°C bis 42°C, beträgt. Die Shore-Härte der Umschäumung beträgt unmittelbar nach dem Umschäumen vorzugsweise zwischen 70 und 75 Shore-L-Einheiten.
Die Lenkradaufnahme ist derart geformt, dass sie formschlüssig in die Airbagmodulaufnahme des aufzunehmenden Lenkrads eingreift. Dabei ist die Lenkradaufnahme um etwa 2–3 mm größer als die Airbagmodulaufnahme des Lenkrads, so dass auf das Lenkrad eine Vorspannung aufgebracht wird. Damit wird verhindert, dass die Lenkradkontur 4 dem Anpressdruck der Klinge nachgibt und beim Entfernen des Grates 3 ausweicht.
Zum Entfernen des Grates 3 kommt vorzugsweise eine Sonotrode bzw. eine Klinge zum Einsatz, die aus Titan gebildet ist. Die Sonotrode kann vorzugsweise für eine Ultraschallschwingung von 30 kHz ausgelegt sein. Die Gesamtlänge der Sonotrode beträgt 170 mm und die Schneidkante weist eine Länge von 80 mm auf. Die Breite der Schneidkante beträgt an der Basis 4 mm und läuft zur Spitze hin auf eine Breite von 1,3 mm aus. Die Basis der Sonotrode selbst weist eine Breite von 5,3 mm auf. Ebenfalls geeignet für das Ultraschall-Entgraten ist eine Sonotrode in Titanausführung für eine Ultraschallfrequenz von 30 kHz sowie eine Sonotrode in Titanausführung mit 127 mm Gesamtlänge für eine Ultraschallfrequenz von 40 kHz.
Im Rahmen der Erfindung wird ebenfalls die Verwendung einer Ultraschallsonotrode mit einer Schneidklinge zum Entgraten von umschäumten Lenkrädern offenbart.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Lenkrads, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Lenkradskeletts (1); – Umschäumen des Lenkradskeletts (1), wobei die Umschäumung (2), die die Kontur des Lenkrads (4) bildet, gebildet wird; und anschließend – Entfernen eines Grates (3) der Umschäumung (2) durch Schneiden entlang der Lenkradkontur (4) mit einer Klinge, die mit einer Ultraschallschwingung beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge durch einen Roboterarm bahngesteuert entlang der Lenkradkontur (4) geführt wird; und/oder dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrad beim Entfernen des Grates (3) zumindest teilweise unter Vorspannung gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge mit einer Anpresskraft von wenigstens 0,75 N, insbesondere wenigstens 0,8 N, insbesondere wenigstens 0,85 N, insbesondere 0,9 N, insbesondere wenigstens 1,0 N, gegen die Umschäumung (2) gedrückt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,03 m/s und 0,5 m/s, insbesondere zwischen 0,04 m/s und 0,4 m/s, insbesondere zwischen 0,05 m/s und 0,3 m/s, entlang der Lenkradkontur (4) geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge mit einer Ultraschallfrequenz von wenigstens 15 kHz, insbesondere wenigstens 20 kHz, insbesondere wenigstens 25 kHz, insbesondere wenigstens 30 kHz, insbesondere wenigstens 35 kHz, insbesondere wenigstens 40 kHz, beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge den Grat (3) zumindest abschnittsweise, insbesondere im Bereich einer inneren Ecke des Lenkrads, von unterschiedlichen Richtungen anfährt.
Vorrichtung zum Entgraten eines Lenkrads mit einer Lenkradaufnahme und einem Roboterarm, der eine Sonotrode mit einer Klinge trägt, wobei die Lenkradaufnahme Mittel zur Aufbringung einer Vorspannung auf das Lenkrad aufweist und der Roboterarm mit einer Steuerung signalverbunden ist derart, dass die Klinge bahngesteuert entlang einer Lenkradkontur (4) bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboterarm eine Messeinrichtung zur Erfassung eines Anpressdrucks aufweist, der von der Klinge auf das Lenkrad aufgebracht wird; und/oder dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung angepasst ist derart, dass die Klinge mit einem konstanten Anpressdruck beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode mit einem Frequenzgenerator verbunden oder verbindbar ist derart, dass die Sonotrode mit einer Ultraschallfrequenz beaufschlagbar ist.
Lenkrad mit einem Lenkradskelett (1) und einer Umschäumung (2), die das Lenkradskelett (1) zumindest teilweise ummantelt, wobei die Umschäumung (2) im Bereich eines abgeschnittenen Grates (3) eine Schnittkante aufweist, die versiegelt, insbesondere ultraschallversiegelt, ist.