DE102017009239A1

DE102017009239A1 - Inkjetdrucker und Verfahren zum punktuellen Drucken von Polymerschmierstoffen und anderen chem. Tinten zur Unterstützung der mikrokratzerfreien Umformung von Edelstahlteilen, Alu- und C-Stahlteilen für Weiße Ware, Automotive Bereich u. metall. Maschinenelemente. Ziel ist es, bisherige Verfahren mit Schutzfolie und aufgebrachter Polymerschutzschicht, die nachgeschaltete Reinigungsprozesse der kompletten Teile erfordern, zu substituieren

Info

Publication number: DE102017009239A1
Application number: DE102017009239.7A
Authority: DE
Inventors: Hans Gebauer; Günter Gebauer
Original assignee: Pikolube Ug (haftungsbeschrankt); Pikolube Ug Haftungsbeschraenkt
Current assignee: GEBAUER, CHRISTIAN, CH
Priority date: 2017-10-04
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2019-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckprozess mittels Inkjet-Drucker und im Besonderen das partielle Aufdrucken von Polymerschmierstoff auf umzuformende Feinbleche aus z. B. Chrom-- oder Chrom-Nickel-Stählen. Diese werden ohne vorgeschalteten Schutzauftrag (Folie oder Polymerbeschichtung) bzw. ohne nachträgliches Entfernen des Schutzes nach dem Umformprozess, umgeformt ohne Schädigung durch Mikrokratzer (Größe: < 0,5µm).

Description

Titel: Inkjet-Drucker und Verfahren zum punktuellen Drucken von Polymerschmierstoffen und anderen „chemischen Tinten“ zur Unterstützung der mikrokratzerfreien Umformung von Edelstahlteilen, Alu- und C-StahlTeilen für Weiße Ware, im Automotive-Bereich und bei allen metallischen Maschinenelementen (Blenden, Designelemente, Interior-Blenden u. -Leisten usw.). Ziel ist es, das bisherige Verfahren mit Schutzfolie oder aufgebrachter Polymerschutzschicht, das einen nachgeschalteten Reinigungsprozess der kompletten Teile erfordert, zu substituieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft Inkjet-Drucker und ihre Anwendung als Schmierstoffapplikator, insbesondere bei der Umformung von Edelstahlteilen für die „Weiße Ware“ und „Automotive Teilen“.
Inkjet-Drucker sind dadurch gekennzeichnet, dass sie als Stand der Technik in der Lage sind, Tinten, die vielfach verifizierbar sind, in eine stehende Wassersäule zu pumpen, diese in einzelne Tropfen zu zerlegen, die dann beim Passieren der Tintenkammer den Tropfen durch Steuerung mittels Magnetfeld dorthin lenkt, wo er auf dem zu bedruckenden Teil auftreffen soll.
Inkjet-Drucker werden gemäß dem Stand der Technik mit diversen Tinten zur Kennzeichnung und Beschriftung eingesetzt.
Vor diesem Hintergrund der bestehenden Inkjet-Druckertechnologie besteht eine Aufgabe, mit dem Inkjet-Drucker Schmierstoffe gezielt partiell zu verdrucken, der dann zur Umformung im mittleren und leichten Umformgrad von Edelstahlfeinblechen (Cr- und CrNi-Stähle) in der Stärke von 0,1- 1,0 mm angewendet wird.
Demgemäß wird ein Inkjet-Drucker mit spezieller Druckerdüse, speziellen Arbeitsmodi und angepasster Software (wie es z.B. der modifizierte Drucker „Codelube XL der Fa. Inkdustry, Tauberbischoffsheim darstellen kann) angewendet.
Inkjet-Drucker können nur Tinten mit spezifischen Eigenschaften wie z.B. in bestimmten Viskositätsgrenzen verdrucken.
Demgemäß erfordert der angewendete Schmierstoff, als „Lubricationstinte“ bezeichnet, bestimmte Eigenschaften, damit die Lubricationstinte im Drucker aus der stehenden Flüssigkeitssäule sauber in geladene Einzeltropfen zerlegt werden kann, die dann durch das Magnetfeld der Tintenkammer gezielt auf die gewünschte Position des zu bedruckenden Teils geführt wird.
Dadurch, dass die Lubricationstinte sehr genau und variabel in der Größe ihrer Tropfen und ihrem gegenseitigen Abstand ist, kann man einen sehr genau begrenzten und volumenmäßig exakt festgelegten Schmierfilm bedrucken und zwar an der Stelle, wo es für einen Umformprozess notwendig ist. Demgemäß erfordert der Schmierstoff besondere Eigenschaften in der Oberflächenspannung beim Auftragen auf das umzuformende Objekt und auch nach einer gewissen Abtrocknungszeit nach dem erfolgtem Druck.
Somit haben sich für diese Art von Lubricationstinten Polymerschmierstoffe mit hohen Wasseranteil (35 - 70 %) als am vorteilhaftesten erwiesen.
Vorzugsweise sind solche Polymerschmierstoffe mit folgenden Eigenschaften für den Druckprozess mittels Inkjet-Drucker einzusetzen:
Die Polymerschmierstoffe sind gemäß CLP-Verordnung nicht als Gefahrenstoffe eingestuft.
Sie bestehen vorzugsweise aus:

5 - 35 % Polyglykol, 2-7% Glycerin und Verschleiß- und Korrisionschutzinhibitoren wie z. B. :
- a) EP-Additive, die die Kaltverschweißung zwischen Werkzeugoberfläche und dem umzuformenden Cr- oder CrNi-Stahlfeinblech verhindern sollen. Als EP-Additive werden Dialkyldithiophosphate und Dimercaptothiadiazol-Derivate eingesetzt und Spuren von Chlorparaffinen (<0,001%).
- b) Als Korrosionsinhibitoren werden Spuren von Benzotriazol und Benzimidazol eingesetzt. Die kinetische Viskosität solle zwischen 3,5 mm²/s - 5mm²/s liegen, der ph-Wert zwischen 8,9 - 9,5.

Die Leitfähigkeit sollte vorzugsweise zwischen 400 - 800 µ S/cm liegen, um gute Verdruckeigenschaften zu erhalten, d.h. guter Abriß und gute Steuerbarkeit der Tropfen in der Tintenkammer des Druckkopfs..
Der Wasseranteil des Polymerschmierstoffes sollte vorzugsweise niedrige Kalium-, Natrium- und Calciumwerte aufweisen.
Diese sollten bei Kalium bei 0,7 - 1,2 mg/l, bei Natrium bei 5,0 - 8,0 mg/l und bei Calcium 60 - 90 mg/l betragen.
Um hochwertige Teile für z.B. „Weiße Ware“ aus Cr-Stahl-Feinblech (z. B. 1.4016, 1,4029) mit einer Wandstärke von 0,2 - 1,0 mm durch Umformung zu fertigen, ohne dass z. B. am Biegeradiusbereich feine Mikrokratzer nachweisbar sind, ist es Stand der Technik, Ziehfolien oder aufgesprühte Polymerfilme als Oberflächenschutz einzusetzen. Das Gleiche gilt für Cr-Ni-Feinbleche (1.4301 1.4310). Beide Verfahren erfordern erhöhten Mehraufwand sowohl zum Aufbringen des Schutzes (z. B. Aufwalzen der Folie, Aufsprühen des Polymerfilms), als auch zum Entfernen (z.B.: Abwaschprozess bei Polymerfilm) nach erfolgtem Umformschritt.
Hier greift das neue Verfahren mit dem aufgedruckten Polymerschmiermittel in Kombination von zusätzlichen Oberflächenbehandlungen der Feinbleche wie CVD-PVD-basierte Titanoxid-, Chromcarbid- oder Nickelschichten als optische Aufwertung der Feinblechoberflächen. Diese Beschichtungen sind Stand der Technik
Auch AFP (Antifingerprint) -Beschichtungen wirken unterstützend in einer Schichtstärke von 0,3 -1.0 µm.
Der Einsatz von solchen Ormocer-basierten Nanoschichten ist Stand der Technik.
Das Gleiche gilt für AI- u. Buntmetallfeinbleche, die z.B. im Kfz für Designteile im Interior eingesetzt werden.
Auch C-Stahlfeinbleche mit speziellen Lacken u. Beschichtungen , die als Dekorationsschichten angewandt werden, können als Hilfe beim Umformen eingesetzt werden.
Das neue Verfahren mit dem Einsatz von Feinblechen, mit nur partiell aufgedruckten Schmiermitteln, mit oder ohne o.g. Beschichtungen (CVD/PVD-Beschichtung, Nano-Beschichtung usw.) ermöglicht es, Teile absolut mikrokratzfrei umzuformen, ohne dass Schutzfolien, Schutzschichten und Schmiermittel mittels z.B. eines nachgeschalteten Waschprozesses entfernt werden müssen.
Der Kostenvorteil liegt also im Wegfall dieser Prozessschritte (Schutz aufbringen/Schutz entfernen).
Die 1 zeigt schematisch den Umformprozeß mit den notwendigen Parametern (Grenzflächen) z. B. Schmierung, Blechbeschichtung, Werkzeugbeschichtung:

A = Stempel Umformwerkzeug
B = Umzuformendes Feinblech
C = Antifingerprint- oder CVD/PVD-Beschichtung auf Feinblechseite, die der Matrize zugewandt ist
D = partielle Polymerschmierung
E = „Cerid“-Beschichtung (Nanodisperse Chrom-Multilayerbeschichtung)
F = Matrize aus z.B. 1.2379 Stahl

Ferner ist zum Erreichen einer kratzerfreien Oberfläche z.B. bei einer Edelstahlblende eines Lautsprechersystems für sehr hochwertige Soundsysteme im Kfz der Einsatz von besonderen Umformwerkzeugen erforderlich.
Der Einsatz von hochlegiertem Werkzeugstahl wie der 1.2379 mit Grundhärten von 58-62HRC bilden das Fundament der speziellen Werkzeugtechnik.
Im Besonderen ist aber eine hochwertige Beschichtung mittels CVD/PVD-Technologie erforderlich. Mit dieser Technik werden 2-6µ starke nanodisperse Chrom-Multilager-Schichten auf die Stahloberfläche gebracht, um jeglicher Art von Kaltverschweißung zwischen Matrizenoberfläche und der z.B. AFPbeschichteten Feinblechoberfläche zu verhindern. Diese nanodispersen Multilayer-Beschichtungen werden z. B. von der Fa. Impreglon in Lübeck als sogenannte „ Cerid- Beschichtungen“ hergestellt.
Die optimale tribologische Abstimmung zwischen Beschichtung der Matrize, dem partiell aufgebrachten Polymerschmierstoff (z.B. nur auf die Biegekante eines Teiles), und der beschichteten Oberfläche des umzuformenden Teils, ermöglicht es im Besonderen sehr hohe Stückzahlen (100.000.-.500.000) ohne Nacharbeit am Werkzeug und mit garantierter Freiheit von Mikrokratzern (bis < 0,5µ) zu erzielen.
Daraus ergeben sich für das Verfahren weitere Kosteneinsparpotenziale: Geringe Werkzeugkosten durch hohe Standzeiten und minimierte Kosten für Schmiermittel.
Das partielle Aufdrucke der Schmiermittel nur auf die Teilbereiche, die wirklich Umformung bis zu mittleren Graden erfahren (z. B. 90° Abwinkelung oder Durchzug von bis zu 2mm Tiefe usw.), reduziert gegenüber herkömmlicher Schmierung das notwendige Schmiervolumen auf 1- 5 % des bisherigen Schmierstoffeinsatzes.
Das Verfahren (2) der partiellen Schmierstoffbedruckung beim Umformen von Teilen aus Cr-, CrNi- und beschichteten C-Stahlfeinblechen bzw. AI- und Buntmetallfeinblechen in Kombination mit einseitiger AFP oder z.B. CVD/PVD-Beschichtungen, aus Designgründen aufgebracht an den umzuformenden Teilen, und den Einsatz von nanodispersen Multilayerbeschichtungen auf der Matrize des Umformwerkzeugs ergeben sich in Summe folgende Vorteile bei Einzelteil wie auch Massenfertigung:
Das Aufbringen und Entfernen von Folien oder Polymerbeschichtungen, um eine Mikrokratzerfreiheit bei den umzuformenden Teilen zu erzielen, entfällt; (zwei Prozessschritte weniger).
Der Schmiermittelverbrauch wird auf 1- 5% der ursprünglichen Menge reduziert!
Die Werkzeugstandzeiten sind sehr hoch (bis zu 1.000.000 Teile).
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.

Claims

Das Verfahren 1 der mikrokratzerfeien Umformung von Cr-CrNi- usw. Feinblechen ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff partiell mittels Inkjet-Drucker sehr exakt (Lagetoleranz: 0,1mm) auf die umzuformenden Bereiche der Feinbleche aufgedruckt wird.
Das Verfahren 1 nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Inkjet-Drucker besondere Düsenmodifikationen aufweist (Durchmesser 35µm u. im Besonderen 75 µ m, Dadurch wird ein besonderes Druckbild der einzelnen Schmierstofftropfen erreicht. (s. 3)
Das Verfahren 1 nach Anspruch 1-2 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff ein Polymerschmierstoff mit einem bestimmten Wasseranteil (35-70%) ist.
Das Verfahren 1 nach Anspruch 1-3 ist dadurch gekennzeichnet, dass Polymerschmierstoff 5 - 35% Polyglykol, 2 - 7 % Glycerin und EP-Additive, insbesondere Dialkyldithiophosphate und Dimercaptothiadiazol-Derivate enthalten.
Das Verfahren 1 nach Anspruch 1-4 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel auch „Lubricationstinte“genannt, eine Viskosität von 3,5 - 5mm²/s besitzen
Das Verfahren nach Anspruch 1-5 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel eine Leitfähigkeit von 400 - 800 µs/cm besitzt.
Das Verfahren 1 nach Anspruch 1-6 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel nur dort per Inkjet-Drucker aufgetragen wird, wo das umformende Teil leichte bis mittlere Umformgrade erfährt (z.B. 90°-Biegekante mit Radius von >1mm und z. B. Durchzug von bis zu 2mm.
Das Verfahren 1 nach Anspruch 1-7 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für Feinbleche aus Cr-Stahl (z.B. 1.4016, 1.4025), CrNi-Stahl (1.4301, 1.4310) aus AL-Legierungen und aus Buntmetallwerkstoffen angewendet werden kann.
Das Verfahren 1 nach Anspruch 1-8 ist dadurch gekennzeichnet, das die umzuformenden Blechstärken 0,2 -1,5 mm betragen.
Das Verfahren 1 nach Anspruch 1-9 ist dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Cr- und CrNi-Stahlfeinbleche vorzugsweise eine AFP oder CVD/PVD-Beschichtung in der Stärke 0,2 -1,0 µ aufweisen, welche auf der Matrize zugewandten Oberfläche ist.
Das Verfahren 1 nach Anspruch 1-10 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize aus hochlegiertem Werkzeugstahl eine nanodisperse Multilayer-Beschichtung besitzt, um Kaltverschweißung, insbesondere Mikrokaltverschweißungen in der Kombination mit dem Polymerschmierstoff und der z.B. AFP-beschichtetem Cr-Ni-Stahlfeinblechen absolut zu unterbinden.
Das Verfahren 1 nach Anspruch 1-11 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren durch die besondere Kombination von neuer Technik (Partielles Bedrucken von Polymerschmierstoff) mit der Anwendung von bekannter Technik (z.B. AFP-Beschichtung, Cerid-Beschichtung am Werkzeug) die Kostenvorteile der neuen Prozesskette erarbeitet.