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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachbearbeitung eines nach dem In-Mould-Decoration-Verfahren hergestellten Kunststoffteils mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10.
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Bei dem In-Mould-Decoration-Verfahren handelt es sich um ein Verfahren, bei dem zeitgleich ein Spritzgießen eines Kunststoffteils mit zeitgleicher Verbindung einer Dekorfolie zur Dekorierung der Oberfläche des Kunststoffteils erfolgt. Es erfolgt ein zeitgleiches Spritzgießen und Dekorieren des Kunststoffteils. Ob Zierblenden im Pkw oder elektronische Minibaugruppen, das Dekorieren mit der sogenannten IMD(In-Mould-Decoration)-Technologie hat sich bei einer Vielzahl von Anwendungen als vorteilhaft gezeigt und etabliert. Dieses Verfahren dient zur Produktveredelung, da es die Fertigung und Dekoration des Kunststoffformteils in einem Arbeitsgang zulässt.
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Beim Herstellen eines Kunststoffteils nach dem IMD-Verfahren wird eine IMD-Folie, die als Endlosfolie aufgerollt auf einer Rolle bzw. zu einer Rolle vorliegt und Träger des Dekors ist, von der Rolle vollautomatisch zwischen die Werkzeughälften zur Herstellung des Kunststoffteils geführt und dort positioniert und fixiert. Nach dem Schließen der Werkzeughälften wird der heiße Kunststoff in das Werkzeug eingespritzt, in der Weise, dass die IMD-Folie mit dem heißen Kunststoff hinterspritzt wird, wobei sich die auf der Folie angeordnete Dekorschicht löst und zu einem festen Verbund mit dem eingespritzten Kunststoff auf bzw. an der Oberfläche des Kunststoffteils verschweißt. Nach einer kurzen Abkühlzeit und dem Öffnen des Werkzeuges kann das fertige, dekorierte Kunststoffteil entnommen werden.
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Es hat sich aber im Rahmen dieses Herstellungsprozesses gezeigt, dass auf der Oberfläche des Kunststoffteils bzw. an den Rändern und Kanten Materialverunreinigungen, Materialüberstände und/oder Flitter verbleiben, so dass beispielsweise die Trägerfolie nach dem Öffnen des Werkzeuges nicht vollständig abziehbar ist, insbesondere an den Kanten des Kunststoffteils, und an dieser Stelle Flitter verbleibt. Im Weiteren kann auch Flitter in Form von Materialüberständen, der über die Kontur des Werkzeuges hinaus verläuft, verbleiben. Dies führt zu unschönen Verunreinigungen des Kunststoffteils, so dass dieses nicht weiterbearbeitet und/oder an den Kunden geliefert werden kann. Das Kunststoffteil muss gereinigt werden.
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Aus
DE 38 20 931 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrostatischen Oberflächenentladung und Entstaubung von Werkstücken bekannt. Hierzu ist wenigstens ein in einem Ionisierungsraum angeordneter Ionisierungsstab vorhanden, mittels dem positive und negative Ionen erzeugt werden. Diese negative und positive Ionen werden mittels einer Düse und einem über die Düse erzeugten Luftstrom über die Oberfläche eines Werkstückes geleitet, wonach sich die an der Oberfläche anhaftenden Staubteile, die statisch anhaften, ablösen. Zusätzlich wird ein Luftstrom erzeugt, der die anhaftenden und durch den Ionenstrom gelösten Staubbestandteile wegbläst.
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Aus
DE 39 42 422 A1 ist ein weiteres Verfahren zur elektrostatischen Oberflächenentladung und -entstaubung von Werkzeugen bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Ionenstrom in einen vordefinierten Neigungswinkel zur Oberfläche des Werkstückes zugeführt.
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Aus
DE 10 2010 023 306 A1 ist eine Vorrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen der Oberfläche eines Gegenstandes offenbart. Hierzu wird die Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes mit einem ionisierten Luftstrom beaufschlagt und anschließend wird die Oberfläche über ein Reinigungselement, insbesondere in Form von einer Bürste, gereinigt.
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Aus
DE 20 2008 002 669 U1 ist eine Bearbeitungseinrichtung zum Abtrennen von Teilen von Werkstücken bekannt. Die Bearbeitungseinrichtung besitzt ein Trenngerät mit mindestens einem Trennkamm mit mehreren nebeneinander angeordneten Trennelementen. Es ist eine Handhabungsvorrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Trenngerät und dem Werkstück vorgesehen, wobei die Relativbewegung derart ausgebildet ist, dass mehrere Trennelemente nacheinander an der gleichen Stelle des Werkstücks einwirken.
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Aus
DE 36 03 041 A1 ist ein tragbares und industrielles Flächenreinigungsgerät zur Entstaubung von festen Gegenständen offenbart. Das Gerät umfasst eine eingebaute Blasluftdüse mit einem Blasschlitz, der einen flachen laminaren Lüftungsstrahl mit entsprechender Geschwindigkeit, Druck und kurzer Reichweite abgibt. Eine zur Blasdüse in Wirkverbindung stehende Ionisierungsvorrichtung dient zum Neutralisieren von elektrostatisch geladenen Staubpartikeln und es ist eine Saugdüse mit einem Saugschlitz in entsprechendem Abstand vom Blasschlitz angeordnet, um den Luftstrahl nach bestreichen der zu reinigenden Fläche abzusaugen. Es ist außerdem eine flache Bürste, die neben dem Saugschlitz angeordnet ist, vorhanden, welche als Schikane dient.
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Aus
DE 10 2011 001 760 A1 ist eine Vorrichtung zum Reinigen einer Oberfläche einer relativ zur Vorrichtung beweglichen Materialbahn offenbart. Die Materialbahn besteht aus Papier, Metall und/oder Kunststoff. Es ist ein Plasma-Aktuator mit entgegensetzt gepolten Elektroden zum Erzeugen eines Plasmas vorhanden. Der Plasma-Aktuator ist derart angeordnet und ausgebildet, dass das erzeugte Plasma eine laminare Luftgrenzschicht auf der Oberfläche der Materialbahn in eine turbulente Luftgrenzschicht umwandelt. Die Elektroden des Plasma-Aktuators sind auf der Gegenseite der Materialbahn angeordnet.
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Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren ist, dass anhaftender Flitter und/oder Materialüberstände nicht in einem Verfahrensarbeitsschritt entfernbar sind, insbesondere eine Nachbearbeitung der Konturen eines Kunststoffteils ist bisher nicht erfolgt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kunststoffteil, das nach dem IMD-Verfahren hergestellt ist, so nachzubearbeiten, dass sowohl anhaftender Flitter, als auch Flitter in Form von Materialüberständen an der Kontur des Kunststoffteils entfernt wird.
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Diese Aufgabe wird anhand der Merkmale des Verfahrens des Patentanspruches 1 und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 10 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand der abhängigen Patentansprüche, der weiteren Beschreibung und insbesondere der Beschreibung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Nachbearbeitung eines nach dem In-Mould-Decoration-Verfahren hergestellten Kunststoffteils weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf:
- – lit a) definiertes Anordnen des Kunststoffteils an oder auf oder mittels eines Trägers für das Kunststoffteil;
- – lit b) Verbringen des Kunststoffteils über eine Anordnung zur Luftabsaugung in der Umgebung des Kunststoffteils;
- – lit c) Zuführung eines ionisierten Luftstromes auf eine Seite des Kunststoffteils;
- – lit d) Abfahren der Konturen des Kunststoffteils mit einem Werkzeug zum konturscharfen Nachbearbeiten des Kunststoffteils, während der ionisierte Luftstrom nach lit c) und während der Luftstrom von der Anordnung zur Luftabsaugung über das Kunststoffteil geführt werden.
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Durch das definierte Anordnen des Kunststoffteils an oder auf oder mittels eines Trägers für das Kunststoffteil wird dieses zum Einen fixiert und zum Anderen ist definiert die Lage des Kunststoffteils gegeben. Somit kann das Kunststoffteil mittels dem Träger über eine Luftabsaugung verbracht werden, ohne dass sich das Kunststoffteil gegenüber dem Träger verschiebt oder aber im Absaugluftstrom seine Lage gegenüber dem Träger verändert. Durch den Absaugluftstrom werden Schmutz und Verunreinigungspartikel, die am Kunststoffteil anhaften, entfernt. Durch die Zuführung eines zusätzlichen ionisierten Luftstromes auf die Oberfläche des Kunststoffteils, wobei es sich hierbei vorzugsweise um die Oberseite des Kunststoffteils handelt, werden auf der entsprechenden Oberfläche des Kunststoffteils anhaftende, insbesondere statisch anhaftende Schmutzpartikel entionisiert und können von der Luftabsaugung entfernt werden. Zusätzlich werden durch das Abfahren der Konturen des Kunststoffteils mit einem Werkzeug überstehende Lackreste oder Kunststoffreste entfernt, so dass nach Beendigung des Abfahrens und Nachfahrens der Konturen ein gereinigtes Kunststoffteil verbleibt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Abfahren der Kontur des Kunststoffteils mit einem Werkzeug mittels eines Roboters. Der Roboter kann vorprogrammiert sein, da das Kunststoffteil definiert auf dem Träger und der Träger definiert gegenüber dem Roboter anordenbar ist. Alternativ besteht mittels eines optischen Sensorsystems aber auch die Möglichkeit, den Roboter und den Arm des Roboters, an dem das Werkzeug zum Konturschattennachbearbeiten angeordnet ist, optisch geführt zu leiten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 2 ist vorgesehen, dass das Kunststoffteil im Verfahrensschritt lit a) mittels eines Greifroboters angeordnet wird oder mittels eines Greifroboters auf oder am oder im Träger positioniert wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 3 ist vorgesehen, dass der Träger Bestandteil einer Transporteinrichtung ist, mittels derer das Kunststoffteil während dem Verfahren zur Nachbearbeitung transportiert wird. Die Ausführung, dass der Träger Bestandteil einer Transporteinrichtung ist, ermöglicht es, das Verfahren in eine Produktionsstraße zu integrieren. Durch die Produktionsstraße kann das erfindungsgemäß hergestellte Kunststoffteil auf der Transportstraße angeordnet werden und ist über die Transportstraße zur weiteren Nachbearbeitung verbringbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 4 ist vorgesehen, dass das Kunststoffteil mittels der Transporteinrichtung zu einer Bearbeitungsstation verbracht wird, bei welcher die Verfahrensschritte lit b) bis lit d) durchgeführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 5 ist vorgesehen, dass die Anordnung des Kunststoffteils an oder auf dem Träger nach Durchführung des Verfahrensschrittes lit a) von einer optischen Überwachung überprüft wird und nur korrekt angeordnete Kunststoffteile der Bearbeitungsstation zugeführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 6 ist vorgesehen, dass die Bearbeitungsstation mittels einer Schleuse, insbesondere einer Luftschleuse, von der Umgebung abgetrennt wird und das Kunststoffteil in der Bearbeitungsstation nach lit b) über der Anordnung zur Luftabsaugung einem von oben nach unten, nahezu senkrecht auf die obere Seite des Kunststoffteils auftreffenden Luftstrom zur Absaugung und Entfernung von auf oder am Kunststoffteil anhaftenden Verschmutzungen geführt wird. Die Bearbeitungsstation, in welcher die Verfahrensschritte lit b), lit c) und lit d) vorgenommen werden, ist vorzugsweise ein räumlich abgetrennter Bereich. Dies ist notwendig, da es andernfalls sehr aufwendig ist, einen Absaugluftstrom unterhalb des zu bearbeitenden Kunststoffteils einzurichten. Im Weiteren wird zugleich eine hermetische Abschirmung der weiteren Produktionsstraße ermöglicht und entfernte Restbestandteile gelangen nicht außerhalb der abgetrennten Bearbeitungsstation. Im Weiteren ist zu berücksichtigen, dass auch ionisierte Luftströmung zugeführt wird und somit wird durch die räumliche Abgrenzung der Ionenstrom nicht nach außen geleitet wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 7 ist vorgesehen, dass der ionisierte Luftstrom nach lit c) in einem Winkel von 60 Grad bis 30 Grad zur Oberfläche des Kunststoffteils mit einer vordefinierten Strömungsgeschwindigkeit zugeführt wird und damit anhaftende und statisch aufgeladene Verschmutzungen auf der Oberfläche des Kunststoffteils entladen und durch den ionisierten Luftstrom und/oder den Luftstrom zur Absaugung und Entfernung von auf oder am Kunststoffteil anhaftenden Verschmutzungen entfernt werden.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den ionisierten Luftstrom in einem vordefinierten Winkel zwischen 60 Grad und 30 Grad zur Oberfläche des Kunststoffteils zuzuführen. Dies erzeugt einen Luftstrom, der vorzugsweise flach, in einem spitzen Winkel zur Oberfläche zugeführt wird, wodurch die anhaftenden Partikel/Flitter/Verunreinigungen abgelöst werden. Im Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der ionisierte Luftstrom stärker und schärfer ist, als der Absaugluftstrom, da sodann mittels dem ionisierten Luftstrom, der in einem schrägen, spitzen Winkel auf die Oberfläche auftrifft, die Flitter weggelöst werden, nachdem durch den ionisierten Luftstrom die statische Aufladung entfernt ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 8 ist vorgesehen, dass das Abfahren der Konturen des Kunststoffteils mit dem Werkzeug zum konturscharfen Nachbearbeiten des Kunststoffteils nach lit d) vorgenommen wird, während der ionisierte Luftstrom nach lit c) und während der Luftstrom von der Anordnung zur Luftabsaugung über das Kunststoffteil geführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 8 ist vorgesehen, dass das Werkzeug zum konturscharfen Nachbearbeiten des Kunststoffteils von einem Roboter gesteuert wird, wobei der Roboter sowohl über eine optische Überwachung der Führung des Werkzeuges entlang der Konturen des Kunststoffteils als auch einer sensorischen Überwachung der Führung des Werkzeuges entlang der Konturen überwacht wird, damit das Werkzeug nur entlang der Konturen des Kunststoffteils und nur mit einer vordefinierten geringen Krafteinwirkung auf das Kunststoffteil gemäß lit d) geführt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 9 ist vorgesehen, dass bei der Durchführung des Verfahrensschrittes nach lit d) vorhandene Materialreste oder Materialüberstände an der Kontur des Kunststoffteils konturscharf gebrochen und/oder entfernt werden und durch die Verfahrensschritte nach lit b) und lit c) verhindert wird, dass sich die konturscharf gebrochenen und/oder entfernten Materialreste oder Materialüberstände an das Kunststoffteil anhaften.
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Patentanspruch 10 umfasst eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche und weist zumindest eine Einheit zur definierten Aufnahme und zum Transport des Kunststoffteils zu einem abgeschlossenen Raum, in den das Kunststoffteil verbringbar ist, auf. Es ist mindestens eine Luftstromerzeugungseinheit zur Erzeugung eines Absaugluftstromes, mindestens eine Ionisierungseinheit zur Erzeugung positiver und negativer Ionen und eine weitere Luftstromerzeugungseinheit zur Erzeugung des ionisierten Luftstromes vorhanden. Außerdem ist mindestens eine Robotereinheit zur Führung des Werkzeuges, insbesondere eines Rundstiftes oder einer Rundfeile oder eines Fräsers, entlang der Kontur des Kunststoffteils vorgesehen.
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Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Bei diesem konkreten Ausführungsbeispiel handelt es sich um keine Limitierung der Erfindung auf dieses konkrete Ausführungsbeispiel, das Ausführungsbeispiel dient lediglich zur besseren Erläuterung der Erfindung.
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Die Beschreibung anhand des konkreten Ausführungsbeispiels erfolgt anhand einer nach dem IMD-Verfahren hergestellten Blende für einen Kraftfahrzeuginnenraum. Insbesondere handelt es sich um eine Blende im Bereich der Betätigungselemente zur Steuerung der Wärme und der Zuluft in einem Kraftfahrzeug. Die Blende ist mit einer piktografischen Darstellung der möglichen Innenraumtemperatur versehen, die einstellbar ist, beispielsweise eingeteilt in Grad Celsius.
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Um eine solche Blende herzustellen, wird das IMD-Verfahren angewendet. Beim IMD-Verfahren wird das Dekor bzw. das Piktogramm, das auf der Oberfläche des Kunststoffteils (der Blende) anzuordnen ist, auf eine IMD-Folie aufgetragen. Die IMD-Folie wird dem Spritzgießwerkzeug zugeführt und im Werkzeug entsprechend angeordnet und positioniert. Das Werkzeug wird dann geschlossen und nach dem Schließen des Werkzeuges wird der heiße Kunststoff hinter der Folie eingespritzt, so dass der Kunststoff die Form ausfüllt. Durch das Einspritzen des heißen Kunststoffes verbindet sich das Dekor auf der IMD-Folie mit dem Kunststoff und geht eine feste Verbindung ein und der Kunststoff bildet mit dem Dekor eine Oberfläche aus.
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Beispielsweise kann auf diese Weise die Oberfläche eines entsprechenden Kunststoffteils mit einer Lackfarbschicht versehen werden, so dass ein Nachlackieren des Kunststoffteils nicht mehr notwendig ist. Alternativ können damit auch entsprechende Piktogramme oder Farbgebungen oder sonstige optische Oberflächen erzeugt werden. Nach einer kurzen Abkühlzeit wird das Werkzeug geöffnet und das Kunststoffteil entnommen, wobei vor bzw. bei der Entnahme die Trägerfolie abgezogen wird.
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Die Folie kann aber manchmal teilweise nicht vollständig, auf Grund von Materialungleichheit oder sonstigen Umständen, entfernt werden, so dass auf der Oberfläche des Kunststoffteils Teile der Folie statisch anhaften oder aber auch Überstände an den Konturen des Kunststoffteils verbleiben. Diese Konturenüberstände sind z. B. Teile der noch anhaftenden IMD-Folie oder aber z. B. bei einem etwas älteren Werkzeug Kunststoffreste.
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Dies führt zu unschönem Flitter, der zu entfernen ist. Hierzu wird nunmehr die hergestellte Blende in einen Träger oder auf einen Träger verbracht, so dass sie fest und definiert angeordnet ist. Sodann wird die Blende mit dem Träger in einen Luftstrom eingeführt, wobei der Luftstrom derart gewählt ist, dass anhaftender Flitter abgeblasen wird. Der statisch anhaftende Flitter kann aber hierdurch nicht entfernt werden. Daher wird zusätzlich ein ionisierter Luftstrom zugeführt, der in vorteilhafter Weise in einem schrägen Winkel zur Oberfläche der Blende geführt wird. Durch den ionisierten Luftstrom wird der anhaftende Flitter und dessen elektrostatische Aufladung ausgeglichen und somit der Flitter entfernt. Der Absaugluftstrom reißt gemeinsam mit dem ionisierten Luftstrom den Flitter von den Blenden weg.
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Es kann aber dennoch Flitter an der Kontur der Blende verbleiben. Die Blende weist eine Außenkontur auf, es kann aber auch im Inneren eine Kontur vorhanden sein, beispielsweise Durchbrüche. Um Flitter aus der Kontur zu entfernen, wird die Kontur der Blende, die sich noch im ionisierten Luftstrom und in dem Absaugluftstrom befindet, von einem Werkzeug, das beispielsweise eine Rundfeile, ein Fräskopf oder ein Rundstift ist, abgefahren. Bei dem Abfahren der Kontur der Blende, sowohl der Innen- als auch der Außenkontur, wird noch vorhandener Flitter gebrochen. Der Flitter befindet sich noch immer im ionisierten Luftstrom und im Absaugluftstrom, ist daher statisch nicht aufgeladen und wird sofortig abgesaugt.
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Die Blende ist nach der vorherig beschriebenen Bearbeitung frei von Flitter und kann der Vorrichtung entnommen werden.
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Um zu verhindern, dass durch den ionisierten Luftstrom und/oder durch den Absaugluftstrom weitere Schmutzbestandteile auf die Oberfläche der Blende gelangen, ist vorgesehen, dass der Luftstrom gereinigt wird. Gleiches gilt für den ionisierten Luftstrom. Hierzu wird der Absaugluftstrom über eine Filtereinrichtung geführt, die den enthaltenen Flitter bindet.
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Die Ionen werden durch die Ionisierungseinheit, die beispielsweise aus zwei Ionisierungsstäben besteht, erzeugt.
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Um zu verhindern, dass die Blende bei dem Abfahren der Innen- und Außenkontur mittels des Werkzeuges, das vorzugsweise an einem Roboter angeordnet ist und von diesem gesteuert und geführt wird, beschädigt wird, wird der Bearbeitungsvorgang optisch überwacht. Somit wird verhindert, dass das Werkzeug die Kontur der Blende verändert oder beschädigt. Zugleich ist die Robotereinheit, die das Werkzeug trägt, mit einem Kraftsensor ausgestattet, so dass der Anpressdruck, mit dem die Kontur abgefahren wird, einstellbar und vorgebbar ist.