DE102020121131B4

DE102020121131B4 - Verfahren zur Herstellung einer Sollbruchlinie in die gewölbte Airbag Abdeckung einer Lenkradkappe eines Bauteils eines Fahrzeugs mittels Laser

Info

Publication number: DE102020121131B4
Application number: DE102020121131.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Büchel; Sebastian Dienert
Original assignee: Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH
Current assignee: Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH
Priority date: 2020-08-11
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2040-08-12
Also published as: DE102020121131A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Sollbruchlinie in eine gewölbte Airbag Abdeckung (1) eines Bauteils eines Fahrzeugs, wobei die Airbag Abdeckung (1) eine Rückseite (9) und eine Vorderseite (10) aufweist und die Wölbung in Richtung der Rückseite (9) ausgebildet ist, mittels eines Lasers mit folgenden Schritten:a. Bereitstellen und Positionieren des Bauteils;b. Bereitstellen des Lasers zur Aussendung einer Laserstrahlung und eines Scanners (4) mit einem ersten Scanfeld (5) definiert in eine x-, y- und z-Richtung;c. Erstellen einer ersten Scanfigur entlang einer ersten Teilstrecke (2) der Sollbruchlinie mit ersten Koordinaten x1, y1, z1;d. Führen der Laserstrahlung auf einer Rückseite (9) des Bauteils entlang der ersten Teilstrecke (2) der Sollbruchlinie derart, dass ein Materialabtrag an den durch die ersten Koordinaten x1, y1, z1 definierten Positionen erfolgt;e. Bereitstellen einer der Vorderseite (10) des Bauteils zugewandten ersten optoelektronischen Sensoreinheit (6);f. Detektieren der durch das Bauteil transmittierenden Laserstrahlung mittels der ersten optoelektronischen Sensoreinheit (6);g. Vergleichen der detektierten Laserstrahlung mit einem vorgegebenen Referenzwert;h. Abschalten der Laserstrahlung mit Erreichen des vorgegebenen Referenzwertes;i. Bereitstellen eines Spiegelelements (7) und Ausrichten des Spiegelelementes (7) zu einer optischen Achse der Laserstrahlung (12) zwischen dem Laser und dem Bauteil, wobei das Spiegelelement (7) als ein konisch geformtes Spiegelelement oder als ein Polygonspiegel ausgeführt ist;j. Modifizieren des ersten Scanfeldes (5) in ein zweites Scanfeld (11) mittels des Spiegelelementes (7), definiert in eine x-, y- und z-Richtung;k. Erstellen einer zweiten Scanfigur entlang einer zweiten Teilstrecke (3) der Sollbruchlinie mit zweiten Koordinaten x2, y2, z2;I. Führen der Laserstrahlung auf der Rückseite (9) des Bauteils entlang der zweiten Teilstrecke (3) der Sollbruchlinie derart, dass ein Materialabtrag an den durch die zweiten Koordinaten x2, y2, z2 definierten Positionen erfolgt;m. Bereitstellen einer der Vorderseite (10) des Bauteils zugewandten zweiten optoelektronischen Sensoreinheit (8);n. Detektieren der durch das Bauteil transmittierenden Laserstrahlung mittels der zweiten optoelektronischen Sensoreinheit (8);o. Wiederholen der Schritte g. bis h.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sollbruchlinie in die gewölbte Airbag Abdeckung einer Lenkradkappe eines Fahrzeugs mittels Laser.
Airbag Vorrichtungen sind an vorbestimmten Positionen wie Instrumententafeln und Lenkrädern von Fahrzeugen eingebaut. Eine Airbag Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, in dem ein gefalteter Airbag und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Gas zum Aufblasen des Airbags untergebracht sind, sowie eine Abdeckung, die eine Öffnung an der Oberseite des Gehäuses abdeckt. Die Abdeckung umfasst einen Deckel als Gegenstück zum Airbag, der mit einem Schwächungsbereich zum Aufreißen einer Öffnung versehen ist. Bei einem Zusammenstoß oder Aufprall eines Fahrzeugs schiebt der Airbag, der durch das vom Gasgenerator erzeugte Gas aufgeblasen wird, die Öffnung, die den Airbag abdeckt, nach vorn, und der Schwächungsbereich teilt sich durch den aufgeblasenen Druck, so dass sich die Öffnung am Deckel öffnet und der Airbag durch die freigegebene Öffnung hindurchtreten kann.
Der Schwächungsbereich ist meist als eine Sollbruchlinie ausgebildet. Die meisten Verfahren zur Herstellung einer Sollbruchlinie in einer Airbag-Abdeckung betreffen abtragende Verfahren mit denen Material in einer Reihe von Perforationen bzw. Schlitzen, abgetragen wird. Bei der Herstellung einer solchen Sollbruchlinie, auch Schwächelinie oder Aufreißlinie genannt, kommt es darauf an, dass die Sollbruchlinie entlang ihrer Längsausdehnung einen über ihre gesamte Länge definierten Aufreißwiderstand aufweist.
Um der Forderung nach einer Verbesserung im Design solcher Airbag Vorrichtungen insbesondere in Lenkrädern nachzukommen, soll die Aufreißlinie im Fahrzeugraum möglichst unsichtbar sein.
Die Herstellung dieser Sollbruchlinien, welche im Fahrzeuginnenraum unsichtbar und gleichzeitig den hohen Anforderungen an einen definierten Aufreißwiderstand gerecht werden müssen, gestaltet sich insbesondere in der gewölbten Airbag Abdeckung einer Lenkradkappe als schwierig. Abtragende Verfahren sind aufgrund der notwendigen Hinterschnitte im Innenumfang in ihrem Einsatz beschränkt. Im Stand der Technik wird deshalb die zumeist sichtbare Sollbruchlinie mit unterschiedlichen Belägen im Design ansprechend gestaltet.
In der DE 10 2009 041 711 A1 wird das Aufbringen eines Belags auf dem Airbag Modul beschrieben. Der Randbereich des Belags ist gleichgerichtet und/oder gleichverlaufend zum Verlauf der Sollbruchlinie angeordnet. Damit werden funktionelle und gestalterische Element vereint. Durch den Belag kann die Sichtoberfläche zum Fahrzeugraum ansprechend gestaltet werden, gleichzeitig wird die Funktion der Sollbruchlinie nicht beeinträchtigt. Das Herstellen und Aufbringen eines solchen Belags stellt einen zusätzlichen Aufwand im Produktionsprozess dar, welcher mit der nachfolgend beschriebenen Erfindung vermieden werden soll.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Sollbruchlinie sind beispielhaft in der DE 10 2007 024 510 B3 offenbart. Die WO 2007/079 760 A1 beschreibt eine Bearbeitungsmaschinen mit einem Scannerkopf, vorgesehen ist hier eine adaptive Strahlumlenkungseinheit. In der DE 11 2015 004 118 T5 wird ein Laserabtrags- und Bearbeitungsverfahren offenbart, welches die Einstellung eines Versatzwinkels vorsieht. Die DE 10 2018 122 272 A1 offenbart ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil mit gelaserter Reißnaht. Kameras und bildverarbeitende Methoden zur Überwachung der Positionierung von zu bearbeitenden Werkstücken sind aus Offenbarungen der EP 1 582 423 A2 , der DE 10 2018 129 329 A1 und der DE 10 2017 112 072 A1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Sollbruchlinie in eine gewölbte Airbag Abdeckung eines Bauteils eines Fahrzeugs mittels Lasers mit den folgenden Schritten beschrieben:

a. Bereitstellen und Positionieren des Bauteils;
b. Bereitstellen eines Lasers zur Aussendung einer Laserstrahlung und eines Scanners mit einem ersten Scanfeld, definiert in eine x-, y- und z-Richtung;
c. Erstellen einer ersten Scanfigur entlang einer ersten Teilstrecke der Sollbruchlinie mit ersten Koordinaten x1, y1, z1;
d. Führen der Laserstrahlung auf einer Rückseite des Bauteils entlang der ersten Teilstrecke der Sollbruchlinie derart, dass ein Materialabtrag an den durch die ersten Koordinaten x1, y1, z1 definierten Positionen erfolgt;
e. Bereitstellen einer der Vorderseite des Bauteils zugewandten ersten optoelektronischen Sensoreinheit;
f. Detektieren der durch das Bauteil transmittierenden Laserstrahlung mittels der ersten optoelektronischen Sensoreinheit;
g. Vergleichen der detektierten Laserstrahlung mit einem vorgegebenen Referenzwert;
h. Abschalten der Laserstrahlung mit Erreichen des vorgegebenen Referenzwertes;
i. Bereitstellen eines Spiegelelements und Ausrichten des Spiegelelementes zu einer optischen Achse der Laserstrahlung zwischen dem Laser und dem Bauteil;
j. Modifizieren des ersten Scanfeldes in ein zweites Scanfeld mittels des Spiegelelementes, definiert in eine x-, y- und z-Richtung;
k. Erstellen einer zweiten Scanfigur entlang einer zweiten Teilstrecke der Sollbruchlinie mit zweiten Koordinaten x2, y2, z2;
l. Führen der Laserstrahlung auf der Rückseite des Bauteils entlang der zweiten Teilstrecke der Sollbruchlinie derart, dass ein Materialabtrag an den durch die zweiten Koordinaten x2, y2, z2 definierten Positionen erfolgt;
m. Bereitstellen einer der Vorderseite des Bauteils zugewandten zweiten optoelektronischen Sensoreinheit;
n. Detektieren der durch das Bauteil transmittierenden Laserstrahlung mittels der zweiten optoelektronischen Sensoreinheit;
o. Wiederholen der Schritte g. bis h.

Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird eine Sollbruchlinie in die gewölbte Airbag Abdeckung einer Lenkradkappe mittels Laser hergestellt. Die Erfindung ermöglicht es, auch Hinterschnittbereiche mit dem Laser sensorgesteuert zu bearbeiten und damit sowohl die Anforderungen an einen definierten Aufreißwiderstand als auch an die Unsichtbarkeit der Sollbruchlinie im Fahrzeuginnenraum zu erfüllen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Bauteil in einer Fixiervorrichtung positioniert sein. Die Fixiervorrichtung kann beispielsweise mit Markierungen ausgebildet sein, so dass das Bauteil positionsgenau in der Fixiervorrichtung und in definierter Relativlage zur Laserstrahlung positioniert sein kann. Die Kontrolle und Justierung der definierten Relativlage des Bauteils zur Laserstrahlung kann mittels einer Kamera und bildverarbeitenden Methoden erfolgen.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das in die Laserstrahlung einzubringende Spiegelelement ein konisch geformtes Spiegelelement oder ein Polygonspiegel.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die reflektierenden Flächen des Spiegelelements eben geformt, beispielhaft als ein konisch geformtes Spiegelelement mit einer eben polierten Oberfläche.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die reflektierenden Flächen des Spiegelelements konkav geformt, beispielhaft als ein konisch geformtes Spiegelelement mit einer konkav polierten Oberfläche.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Spiegelelement in x-y- und z-Richtung justierbar angeordnet. Mit dieser Ausführungsform können Sollbruchlinien in Airbag Abdeckungen unterschiedlicher Größe und Geometrie eingebracht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das Spiegelelement und die zweite optoelektronische Sensoreinheit zueinander fixiert angeordnet. Damit entfällt die mit einer erneuten Justierung des Spiegelelements notwendige Nachjustierung der zweiten optoelektronischen Sensoreinheit.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die erste und / oder zweite optoelektronische Sensoreinheit als ein Array aus Einzelsensoren und/ oder als eine Kamera mit adaptierter Optik ausgebildet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird mit beschriebenen Verfahren eine Airbag Abdeckung, insbesondere eine Lenkradkappe hergestellt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 einer Airbag Abdeckung in Draufsicht auf die perforierte Rückseite
2 eine Vorrichtung zur Herstellung der ersten Teilstrecke der Sollbruchlinie ohne Spiegelelement
3 eine Vorrichtung zur Herstellung der zweiten Teilstrecke der Sollbruchlinie mit ebenem Spiegelelement
4 eine Vorrichtung zur Herstellung der zweiten Teilstrecke der Sollbruchlinie mit konkavem Spiegelelement

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine Airbag Abdeckung 1 in Draufsicht auf die perforierte Rückseite 9. Als Rückseite 9 wird hier die dem Insassen des Fahrzeugs abgewandte Seite bezeichnet.
In die Rückseite 9 soll mittels Laser durch Materialabtrag eine Sollbruchlinie eingebracht werden. Die Sollbruchlinie wird in eine erste Teilstrecke 2 und eine zweite Teilstrecke 3 unterschieden. Die erste Teilstrecke 2 liegt innerhalb des Scanfeldes eines handelsüblichen Laserscanners, beispielhaft sei hier ein 3-Achs-Galvanometerscanner genannt.
Die zweite Teilstrecke 3 verläuft innerhalb der Wölbung der Airbag Abdeckung, wie sie insbesondere im Design von Lenkradkappen vorkommen.
2 zeigt in Seitenansicht eine Vorrichtung zur Herstellung der ersten Teilstrecke 2 der Sollbruchlinie. Dargestellt ist der Laser in Kombination mit dem Scanner 4 und der Bereich der bearbeitenden Laserstrahlung für das erste Scanfeld 5. Eine erste optoelektronische Sensoreinheit 6 ist gegenüber der Vorderseite 10 der Airbag Abdeckung 1 angeordnet und steuert den Laserprozess.
Für den Einsatz in der ersten optoelektronischen Sensoreinheit 6 sind Arrays aus Einzelsensoren und/ oder Kameras mit adaptierter Optik geeignet.
Mit Erreichen eines vorab eingestellten Referenzwertes in der ersten optoelektronischen Sensoreinheit 6 wird die Laserstrahlung des ersten Scanfeldes 5 abgeschaltet.
Die Airbag Abdeckung 1 ist gewölbt in Richtung ihrer Rückseite 9. Die Innenseite dieser Wölbung kann mit der Laserstrahlung des ersten Scanfeldes 5 nicht bearbeitet werden und wird hier als Hinterschnitt 13 definiert.
3 zeigt in Seitenansicht eine Vorrichtung zur Herstellung der zweiten Teilstrecke 3 der Sollbruchlinie. In Erweiterung der Vorrichtung in 2 wird hier ein Spiegelelement 7 in die Laserstrahlung des ersten Scanfeldes 5 eingebracht. Das Spiegelelement 7 reflektiert die Laserstrahlung des zweiten Scanfeldes 11 in die Wölbung der Airbag Abdeckung und ermöglicht so die Bearbeitung des Hinterschnitts 13.
Das Spiegelelement 7 in 3 ist konisch geformt, die Oberfläche 14 ist eben poliert. Weitere Formen von Spiegelelementen können zum Einsatz kommen, beispielsweise sei hier ein Polygonspiegel benannt.
Es ist vorteilhaft, das Spiegelelement 7 in x-y- und z-Richtung justierbar anzuordnen. Damit wird die Varianz der möglichen Geometrien von Sollbruchlinien sowie Airbag Abdeckungen erhöht.
Der Vorderseite des Hinterschnitts 13 gegenüber ist eine zweite optoelektronische Sensoreinheit 8 angeordnet. Für den Einsatz in dieser zweiten optoelektronischen Sensoreinheit 8 sind Einzelsensoren und/ oder Kameras mit adaptierter Optik geeignet.
Mit Erreichen eines vorab eingestellten Referenzwertes in der zweiten optoelektronischen Sensoreinheit 8 wird die Laserstrahlung des zweiten Scanfeldes 11 abgeschaltet.
Die zweite optoelektronische Sensoreinheit 8 ist zur Lage des jeweiligen Spiegelelements 7 zu justieren. Um den Justieraufwand bei der Verschiebung des Spiegelelements 7 gering zu halten können Spiegelelement 7 und zweite optoelektronische Sensoreinheit 8 zueinander fixiert angeordnet werden. Damit wird bei einer Verschiebung des Spiegelelements 7 die zweite optoelektronische Sensoreinheit 8 in gleicher Weise mitbewegt und ist sofort nach der Verschiebung wieder einsatzfähig.
4 zeigt in Seitenansicht eine weitere Vorrichtung zur Herstellung der zweiten Teilstrecke der Sollbruchlinie 3. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche 14 des Spiegelelements 7 konkav geformt. Die Möglichkeiten der Bearbeitung im Hinterschnitt 13 können damit nochmals erweitert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit geeignet, Sollbruchlinien in Airbag Abdeckungen für ein Bauteil, insbesondere für eine Lenkradkappe, herzustellen.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Airbag Abdeckung
2: Erste Teilstrecke der Sollbruchlinie
3: Zweite Teilstrecke der Sollbruchlinie
4: Laser mit Scanner
5: Laserstrahlung erstes Scanfeld
6: Erste Optoelektronische Sensoreinheit
7: Spiegelelement
8: Zweite optoelektronische Sensoreinheit
9: Rückseite
10: Vorderseite
11: Laserstrahlung zweites Scanfeld
12: Optische Achse Laserstrahlung
13: Hinterschnitt
14: Oberfläche Spiegelelement

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Sollbruchlinie in eine gewölbte Airbag Abdeckung (1) eines Bauteils eines Fahrzeugs, wobei die Airbag Abdeckung (1) eine Rückseite (9) und eine Vorderseite (10) aufweist und die Wölbung in Richtung der Rückseite (9) ausgebildet ist, mittels eines Lasers mit folgenden Schritten: a. Bereitstellen und Positionieren des Bauteils; b. Bereitstellen des Lasers zur Aussendung einer Laserstrahlung und eines Scanners (4) mit einem ersten Scanfeld (5) definiert in eine x-, y- und z-Richtung; c. Erstellen einer ersten Scanfigur entlang einer ersten Teilstrecke (2) der Sollbruchlinie mit ersten Koordinaten x1, y1, z1; d. Führen der Laserstrahlung auf einer Rückseite (9) des Bauteils entlang der ersten Teilstrecke (2) der Sollbruchlinie derart, dass ein Materialabtrag an den durch die ersten Koordinaten x1, y1, z1 definierten Positionen erfolgt; e. Bereitstellen einer der Vorderseite (10) des Bauteils zugewandten ersten optoelektronischen Sensoreinheit (6); f. Detektieren der durch das Bauteil transmittierenden Laserstrahlung mittels der ersten optoelektronischen Sensoreinheit (6); g. Vergleichen der detektierten Laserstrahlung mit einem vorgegebenen Referenzwert; h. Abschalten der Laserstrahlung mit Erreichen des vorgegebenen Referenzwertes; i. Bereitstellen eines Spiegelelements (7) und Ausrichten des Spiegelelementes (7) zu einer optischen Achse der Laserstrahlung (12) zwischen dem Laser und dem Bauteil, wobei das Spiegelelement (7) als ein konisch geformtes Spiegelelement oder als ein Polygonspiegel ausgeführt ist; j. Modifizieren des ersten Scanfeldes (5) in ein zweites Scanfeld (11) mittels des Spiegelelementes (7), definiert in eine x-, y- und z-Richtung; k. Erstellen einer zweiten Scanfigur entlang einer zweiten Teilstrecke (3) der Sollbruchlinie mit zweiten Koordinaten x2, y2, z2; I. Führen der Laserstrahlung auf der Rückseite (9) des Bauteils entlang der zweiten Teilstrecke (3) der Sollbruchlinie derart, dass ein Materialabtrag an den durch die zweiten Koordinaten x2, y2, z2 definierten Positionen erfolgt; m. Bereitstellen einer der Vorderseite (10) des Bauteils zugewandten zweiten optoelektronischen Sensoreinheit (8); n. Detektieren der durch das Bauteil transmittierenden Laserstrahlung mittels der zweiten optoelektronischen Sensoreinheit (8); o. Wiederholen der Schritte g. bis h.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Positionierens des Bauteils mittels einer Kamera und bildverarbeitenden Methoden erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Oberflächen (14) des Spiegelelements (7) eben geformt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Oberflächen (14) des Spiegelelements (7) konkav geformt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelelement (7) in x-y und z-Richtung justierbar angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelelement (7) und die zweite optoelektronische Sensoreinheit (8) zueinander fixiert angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optoelektronische Sensoreinheit (6) und/ oder zweite optoelektronische Sensoreinheit (8) als ein Array aus Einzelsensoren und/ oder als eine Kamera mit adaptierter Optik ausgebildet ist.