-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks aus Polycarbonat. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks aus Polycarbonat. Zudem betrifft die Erfindung ein optisches Element aus Polycarbonat für eine Beleuchtungseinrichtung eines Fahrzeugs.
-
STAND DER TECHNIK
-
Aus dem Dokument
DE 10 2014 005 543 B3 ist ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung einer gewölbten und eisenhaltigen Negativfläche eines Formeinsatzes bekannt, wobei der Formeinsatz in einem Spritzguss- oder Spritzprägewerkzeug eingesetzt werden kann. Dieser aus Metall ausgebildete Formeinsatz wird zur spanenden Bearbeitung in einer Werkstückaufnahme einer Bearbeitungsmaschine fixiert. Die spanende Bearbeitung des Formeinsatzes erfolgt mittels einer aus einem monokristallinen Diamanten ausgebildeten Werkzeugschneidkante, wobei die Werkzeugschneidkante mittels Ultraschall in Schwingungen versetzt wird und abhängig vom Ort des Diamanten auf der Negativfläche des Formeinsatzes die Zustellbewegung des Diamanten mit einer Frequenz von mehr als 0,3 Hz gesteuert wird.
-
Eine spanende Bearbeitung eines Werkstücks aus Polycarbonat erfolgt üblicherweise mittels eines Werkzeugs, welches eine aus Stahl ausgebildete Schneidkante aufweist. Hierbei ist jedoch nur eine geringwertige Oberflächengüte erreichbar, die eine mechanische Nachbearbeitung des spanend bearbeiteten Werkstücks erfordert.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welchen ein aus Polycarbonat ausgebildetes Werkstück mit einer verbesserten Oberflächengüte herstellbar ist.
-
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Werkstück aus Polycarbonat in einer Aufnahmeeinrichtung angeordnet und das in der Aufnahmeeinrichtung angeordnete Werkstück aus Polycarbonat wird mittels eines Werkzeugs spanend bearbeitet, wobei das Werkzeug einen aus einem Diamantwerkstoff ausgebildeten Bearbeitungseinsatz aufweist, mit dem das Werkstück aus Polycarbonat spanend bearbeitet wird und wobei zur spanenden Bearbeitung das Werkzeug mittels eines Schwingungserzeugers in eine Schwingungsbewegung versetzt wird.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks aus Polycarbonat weist eine Aufnahmeeinrichtung, in welcher das Werkstück aus Polycarbonat einsetzbar ist, ein Werkzeug, welches einen aus einem Diamantwerkstoff ausgebildeten Bearbeitungseinsatz aufweist, mit dem die spanende Bearbeitung des Werkstücks erfolgt, und einen Schwingungserzeuger, mit welchem zur spanenden Bearbeitung des Werkstücks aus Polycarbonat das Werkzeug in eine Schwingungsbewegung versetzbar ist, auf.
-
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei einer spanenden Bearbeitung eines Werkstücks aus Polycarbonat mit einem Werkzeug, das einen Bearbeitungseinsatz aus einem Diamantwerkstoff aufweist und das für die spanende Bearbeitung in eine Schwingungsbewegung versetzt wird, eine besonders gute Oberflächengüte des spanend bearbeiteten Werkstücks aus Polycarbonat erreichbar ist. Durch die Kombination eines einen Bearbeitungseinsatz aus Diamantwerkstoff aufweisenden Werkzeugs mit einer spanenden Bearbeitung des Werkstücks durch eine Schwingungsbewegung des Werkzeugs kann das Werkstück aus Polycarbonat bei der spanenden Bearbeitung in einer Güte hergestellt werden, bei welcher eine lichttechnische Beurteilung der Qualität der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks aus Polycarbonat ohne weiteres möglich ist. Eine mechanische Nachbearbeitung des Werkstücks nach der spanenden Bearbeitung ist nicht mehr erforderlich, um eine entsprechende Güte der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks zu erreichen. Durch die spanende Bearbeitung des Werkstücks aus Polycarbonat bei einer Schwingungsbewegung des Werkzeugs kann verhindert werden, dass sich das Werkstück aus Polycarbonat zu stark erwärmt, was zur Folge hätte, dass sich die Kohlenstoff-Atome des Polycarbonats aus dem Werkstück herauslösen und an dem Werkzeug absetzen, wodurch das Werkzeug und insbesondere der Bearbeitungseinsatz des Werkzeugs stumpf werden würde. Es würde gegebenenfalls zu einer sogenannten Aufbauschneidenbildung kommen. Durch die Schwingungsbewegung des Werkzeugs wird eine Erwärmung des Werkstücks jedoch vermieden, so dass es auch nicht zu einem Herauslösen der Kohlenstoff-Atome aus dem Polycarbonat kommt. Eine sehr schnell eintretende Verschleißerscheinung der diamantbesetzen Werkzeugschneidkante wird vermieden.
-
Aufgrund der langen Molekülketten des Polycarbonats ist zudem eine genauere und feinere spanende Bearbeitung des Werkstücks mittels eines aus einem Diamantwerkstoff ausgebildeten Bearbeitungseinsatzes möglich als mit einem Bearbeitungseinsatz aus einem Stahlwerkstoff. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist damit nunmehr durch die Kombination eines Bearbeitungseinsatzes eines Werkzeugs aus einem Diamantwerkstoff und der Versetzung des Werkzeugs in eine Schwingungsbewegung während der spanenden Bearbeitung eine ultrapräzise mechanische Bearbeitung eines Werkstücks aus Polycarbonat möglich.
-
Bevorzugt wird zur spanenden Bearbeitung des Werkstücks aus Polycarbonat das Werkzeug mittels des Schwingungserzeugers in eine Schwingungsbewegung im Ultraschallbereich versetzt. Durch die Schwingung im Ultraschallbereich wird ein kontinuierlicher Eingriff der diamantbesetzten Werkzeugschneidkante in das Werkstückmaterial Polycarbonat vermieden. Durch eine Schwingungsbewegung im Ultraschallbereich kann die Erwärmung des Werkstücks während der spanenden Bearbeitung besonders gering gehalten werden, wodurch ein Herauslösen von Kohlenstoff-Atomen aus dem Polycarbonat besonders sicher vermieden werden kann.
-
Die Schwingungsbewegung des Werkzeugs erfolgt vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen 90 und 110 kHz. Das Werkzeug wird dadurch in besonders hohe Schwingungen versetzt, wodurch eine Erwärmung des Werkstücks während der spanenden Bearbeitung noch geringer gehalten werden kann. Durch diese besonders hohen Schwingungen erzeugt das Werkzeug zudem keinen kontinuierlichen Materialabtrag, insbesondere Schnitt, an dem Werkstück. So kann verhindert werden, dass ein Übergang der Kohlenstoff-Atome aus dem Polycarbonatmaterial des Werkstücks an den Bearbeitungseinsatz aus Diamantwerkstoff erfolgt.
-
Der Schwingungserzeuger wird vorzugsweise mittels einer Magnetspule oder beispielsweise mittels eines Piezoelements betrieben. Durch die Magnetspule oder das Piezoelement wird eine Sonotrode als schneidwerkzeugtragendes Element durch Einleitung von mechanischen Schwingungen (Ultraschall) in Resonanzschwingung versetzt.
-
Die Schwingungsbewegung des Werkzeugs erfolgt vorzugsweise mit einer Schwingungsamplitude, welche senkrecht zu einer Zustellrichtung des Werkzeugs gerichtet ist. Die Schwingungsamplitude ist dadurch vorzugsweise in Bearbeitungsrichtung des Werkstücks mittels des Werkzeugs gerichtet. Hierdurch ist eine besonders hohe Oberflächengüte bei der spanenden Bearbeitung des Werkstücks aus Polycarbonat erreichbar. Des Weiteren sind elliptische Schwingungsbewegungen möglich.
-
Die Erfindung stellt ferner ein optisches Element aus Polycarbonat für eine Beleuchtungseinrichtung eines Fahrzeugs zur Verfügung, welches mittels eines wie vorstehend beschriebenen, aus- und weitergebildeten Verfahrens hergestellt ist. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nunmehr ein optisches Element herstellbar, welches sich durch eine besonders hohe Oberflächengüte auszeichnet. Ein mit einem derartigen Verfahren hergestelltes optisches Element kann beispielsweise ein Linsenkörper für eine Beleuchtungseinrichtung eines Fahrzeugs sein. Ein derartig hergestellter Linsenkörper kann eine derart hohe Oberflächengüte aufweisen, dass eine statistische Streuung auf der Oberfläche des Linsenkörpers, welche zu einem undefinierten Rauschen und zu einer erhöhten, nicht kontrollierbaren Blendung führen würde, vollständig vermieden werden kann.
-
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
-
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand einer einzigen Figur näher dargestellt.
-
Die einzige Figur zeigt schematisch eine Vorrichtung 100 zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks 10 aus Polycarbonat. Das Werkstück 10 ist in einer Aufnahmeeinrichtung 11 angeordnet und in dieser fixiert. Die Aufnahmeeinrichtung 11 kann beispielsweise um eine Drehachse 12 drehbar gelagert sein, so dass das Werkstück 10 bei der spanenden Bearbeitung in eine Drehbewegung um die Drehachse 12 versetzbar ist.
-
Weiter weist die Vorrichtung 100 ein Werkzeug 13 auf. Das Werkzeug 13 weist einen Bearbeitungseinsatz 14 auf, welcher aus einem Diamantwerkstoff ausgebildet ist. Bei der hier gezeigten Ausgestaltung ist der Bearbeitungseinsatz 14 in Form einer Schneide bzw. einer Schneidkante ausgebildet. Das Werkzeug 13 ist in einer Halteeinrichtung 19 gehalten und fixiert.
-
Bei der spanenden Bearbeitung des Werkstücks 10 wird das Werkzeug 13 mittels eines Schwingungserzeugers 15 in eine Schwingungsbewegung versetzt. Die Bewegungsrichtung des Schwingungserzeugers 15 ist mit dem Pfeil 16 gekennzeichnet. Die Bewegungsrichtung des Schwingungserzeugers 15 verläuft senkrecht zur Zustellrichtung 17 des Werkzeugs 13 in Richtung des zu bearbeitenden Werkstücks 10. Die Ansteuerung des Schwingungserzeugers 15 kann eine Magnetspule oder ein Piezoelement aufweisen.
-
Mittels des Schwingungserzeugers 15 kann das Werkzeug 13 in eine Schwingungsbewegung im Ultraschallbereich versetzt werden. Die Schwingungsbewegung kann dabei in einem Frequenzbereich zwischen 90 und 110 kHz erfolgen.
-
In dem Werkzeug 13 ist gestrichelt eingezeichnet eine Sinuswelle 17 angedeutet, über welche die Schwingungsbewegung des Werkzeugs 13 erfolgt. Die Schwingungsbewegung kann mit einer Schwingungsamplitude der Sinuswelle 20 erfolgen, welche in Bearbeitungsrichtung 18 des Werkstücks 10 mittels des Werkzeugs 13 und damit quer zur Zustellrichtung 17 des Werkzeugs 13 gerichtet ist.
-
Die spanende Bearbeitung kann beispielsweise in Form von Fräsen, Drehen, Hobeln und/oder Stoßen des Werkstücks 10 mittels des Werkzeugs 13 erfolgen.
-
Das Werkstück 10 aus Polycarbonat kann beispielsweise ein optisches Element, beispielsweise eine Linse, für eine Beleuchtungseinrichtung eines Fahrzeugs sein.
-
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Vorrichtung
- 10
- Werkstück
- 11
- Aufnahmeeinrichtung
- 12
- Drehachse
- 13
- Werkzeug
- 14
- Bearbeitungseinsatz
- 15
- Schwingungserzeuger
- 16
- Bewegungsrichtung des Schwingungserzeugers
- 17
- Zustellrichtung des Werkzeugs
- 18
- Bearbeitungsrichtung des Werkstücks
- 19
- Halteeinrichtung
- 20
- Sinuswelle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014005543 B3 [0002]
