DE10239452B4

DE10239452B4 - Prägestanzen von harten Kunststoffen

Info

Publication number: DE10239452B4
Application number: DE2002139452
Authority: DE
Inventors: Bruno Albert
Original assignee: Plastal GmbH
Current assignee: Plastic Omnium Automotive Exteriors GmbH
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: DE10239452A1

Abstract

Verfahren zum Prägestanzen von Durchbrüchen in Kunststoffteilen mit einem Stanzstempel (2), der unter Druck scherend in das Kunststoffteil eindringt und den Durchbruch ausstanzt und ein Prägestempel (1) den Durchbruch an der Stanzkante prägend zu einem Radius (3) kaltverformt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Arbeitsschritt der Prägestempel (1) an der vorgesehenen Stanzkante einen umlaufenden Radius (3) in voller Materialstärke prägt und in einem zweiten Arbeitsschritt der Stanzstempel (2) die verbleibende Restwandstärke des Durchbruchs an der Stanzkante ausstanzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prägestanzen von Durchbrüchen in Kunststoffteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens und ein so hergestelltes Bauteil.
Ein technisches Problem bei der Herstellung von großflächigen lackierten Außenteilen im Automobilbereich besteht in dem Einbringen der Durchbrüche für Funktionselemente wie SRA (Scheinwerferreinigungsanlage), PDC-Sensoren (Park-Distance-Control), Blinkleuchten seitlich, Sidemarker und andere.
Zum einen stellen die Kerne, welche die Durchbruchkontur im Kunststoffteil erzeugen, ein Fließhindernis für die Kunststoffschmelze im Spritzgießwerkzeug dar. Das Zusammenfließen der laminar fließenden Schmelzeströme führt unweigerlich zu Bindenähten im Spritzteil und den damit verbundenen Problemen (Fehlstellen, geringere Festigkeiten, optische Beeinträchtigungen).
Zum anderen sind o. g. Durchbrüche nur in bestimmten Ausstattungsvarianten der Fahrzeuge vorgesehen. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen sollte die Variantenbildung jedoch relativ spät im Gesamtprozess erfolgen, d. h. ein späteres Erzeugen der Durchbrüche ist kostengünstiger als das Spritzgießen von unterschiedlichen Bauteilvarianten mittels verschiedenen Spritzgießwerkzeugen oder Wechseleinsätzen (Rüstzeiten, Werkzeugverschleiß) in einem Betriebsteil.
Wie sollen nun aber die Löcher bzw. allgemeiner die Durchbrüche in das Bauteil kommen? Hierzu eignen sich prinzipiell sämtliche Bearbeitungsverfahren (Bohren, Schneiden, Sägen, Fräsen, Stanzen, Schleifen), jedoch engen Wirtschaftlichkeitsüberlegungen und andere Randbedingungen diese Auswahl in der Praxis stark ein. Besonders problematisch ist hierbei der Prozess der Lackierung der mit Durchbrüchen versehenen Spritzgussteile, da sich Partikel wie Späne, Grate, Feinstaub äußerst störend im Lackierprozess verhalten und zu teuren Nacharbeitungsfolgeprozessen führen.
Dazu kommt, dass der Übergang der Durchbruchsinnenfläche zur Außenfläche (Sichtbereich) nicht scharfkantig sein darf, da dieses zum einen zu Verletzungen führen kann, zum anderen aber unweigerlich zu einem Lackwulst um den Durchbruch herum führt.
Eine praktizierte Methode ist das Ein-Hub-Stanzprägen, bei dem der untere Teil des Stempels (sogenannte „Lochpfeife") mit der Kontur des Durchbruchs, unter Druck scherend in das Kunststoffteil eindringt und den gewünschten Durchbruch herausstanzt. Unmittelbar vor Erreichen der unteren Endposition des Stempels verprägt ein Prägeradius kaltverformend die entstehende scharfe Kante zu einem umlaufenden Radius, welcher durch das „Rückfedern" etwas kleiner ausfällt als der Prägeradius.
Nachteilig hierbei ist, dass der beim Prägen verdrängte Kunststoff, welcher als nahezu inkompressibel anzunehmen ist, nicht nach innen oder unten „fließen" kann, da ihm dort der Stahl der Lochpfeife im Wege steht. Die Folge ist, dass nach dem Stanzprägevorgang bereits ein Prägewulst auf der Sichtfläche um den Durchbruch herum entsteht, welcher durch den Lackiervorgang optisch noch verstärkt wird.
Versuche, dieses Problem in den Griff zu bekommen, z. B. mittels beheizter Stempel zeigten keine Besserung, da entweder kaum nennenswert Wärmeenergie in den Kunststoff eingebracht werden kann (schlechte Wärmeleitfähigkeit von Kunststoff, sehr kurze Zykluszeiten), oder bei sehr langsamen Stanzhüben (Durchschmelzen) sich ebenfalls sogar noch größere Wülste bilden und zusätzlich der Stempel beim Zurückfahren dazu neigt, Fäden aus thermoplastischen Kunststoff zu ziehen, welches wiederum einem störungsfreien Lackierprozess abträglich ist. Auch beschichtete Stempel (PTFE u. a.) zeigten diese Problematik.
Grundsätzlich wird oben erläuterte Problematik (Prägewulst) umso schlimmer, je größer der anzuprägende Radius ausgeführt werden soll, weil mit steigendem s Radius, die verdrängte Kunststoffmenge ansteigt und die Prägekräfte größer werden. So lassen sich Radien bis R = 0,8..1,0 mm noch mit ausreichender Qualität einbringen.
Für eine optisch einwandfreie Lackierung (Lackwulstproblematik) sind aber Radien von R = 2,0..2,5 notwendig. Gewölbte Flächen führen weiterhin dazu, daß ein konstanter Radius am Stempel am gekrümmten Bauteil je nach Position unterschiedlich (also auch kleiner) ausfällt.
Steigende optische Qualitätsanforderungen sowie Designforderungen nach möglichst großen ungestörten Flächen erfordern die Suche nach einer kostengünstigen Lösung des dargestellten Problems, beliebige Durchbrüche gratfrei und 5 wulstfrei mit ausreichend großen Übergangsradius nachträglich in harte Kunststoffteile einzubringen.
Als harte Kunststoffe sind hier Kunststoffe mit einer Kugeldruckhärte (DIN 53456, ISO 2039) größer als 55 N/mm² zu verstehen.

PP: = Polypropylen
PP/EPDM: = Polypropylen mit Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk
PP/EPDM-T20: = Polypropylen gemischt mit Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk mit 20 % Talkum verstärkt
ABS: = Acryl-Butadien-Styrol
PBT: = Polybutadienterephthalat
PC mod.: = Polycarbonat modifiziert
PC/PBT: = Polycarbonat gemischt mit PBT

EP 1170 099 A2 beschreibt allgemein ein Stanzwerkzeug.
DE 94 20 115 U1 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung einer Öffnung in der Wandung eines rohrartigen Tells mit einem Innenwerkzeug und einem Außenwerkzeug, wobei das Außenwerkzeug einen Stempel aufweist. Dieser Stempel ist ein Prägestempel. Bei der Herstellung der linienhaften Prägung wird die Rohrwandung durch eine keilförmige Formprägung bis auf wenige zehntel Millimeter Wandstärke durchprägt. Ein zweiter Stempel ist kein Stanzstempel, sondern dient lediglich dazu, dass das von der linienhaften Prägung umgebende Rohrwandungsteil von der Rohrwandung getrennt wird.
Es wird lediglich eine keilförmige Formprägung durchprägt und es findet daher keine Verformung im vollen Material statt, wodurch das verformte Material schlechte Fließeigenschaften hat und die Materialhaut reißen kann, da das verdrängte Material nach „unten" fließen kann.
DE 197 30 859 A1 beschreibt ein Schneidwerkzeug und ein Verfahren zum Lochen von aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Werkstücken, insbesondere flächigen Kraftfahrzeug-Anbauteilen. Ein Lochstempel ist in einem Säu lengestell mit einer Schneidelatte in einem Arbeitshub in Eingriff bringbar, wobei ein Wanddurchbruch in dem Werkstück erzeugt wird. Um im selben Arbeitsgang eine glatte, abrissfreie Schnittkante herzustellen, weist der Lochstempel eine entgegen der Schneid- bzw. Arbeitshubrichtung im Abstand von seiner Schneide angeordnete und über diese quer zur Schneidrichtung hinausragende Warmformfläche auf, die mittels einer Heizvorrichtung erwärmbar und am Ende des Arbeitshubs gegen die ihr zugewandte Schnittkante des Wanddurchbruchs anpressbar ist.
Dabei wirkt die Warmformfläche im Anschluss an die Einwirkung der Schneide auf das Werkstück. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Prägestanzen von Durchbrüchen in Kunststoffteilen mit einem Stanzstempel, der unter Druck scherend in das Kunststoffteil eindringt und den Durchbruch ausstanzt und ein Prägestempel den Durchbruch an der Stanzkante prägend zu einem Radius kaltverformt, so zu verbessern, dass beliebige Durchbrüche gratfrei und wulstfrei mit ausreichend großen Übergangsradius nachträglich in harte Kunststoffteile eingebracht werden können. Ferner soll ein Werkzeug zur Durchführung dieses Verfahrens und ein Bauteil hergestellt nach diesem Verfahren oder dem Werkzeug angegeben werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bezüglich des Verfahrens dadurch gelöst, dass in einem ersten Arbeitsschritt der Prägestempel an der vorgesehenen Stanzkante einen umlaufenden Radius in voller Materialstärke prägt und in einem zweiten Arbeitsschritt der Stanzstempel die verbleibende Restwandstärke des Durchbruchs an der Stanzkante ausstanzt.
Ein erfindungsgemäßes Werkzeug zur Durchführung des eben beschriebenen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Kunststoffteil im Werkzeug von einem Niederhalter einspannbar ist, dass auf einer Führungsplatte ein Prägestempel und ein Stanzstempel in ihre jeweilige Arbeitsposition verschiebbar an geordnet sind und dass beide Stempel in ihrer Arbeitsposition über einen Druckstempel kraftbeaufschlagbar sind.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil ist mit einem oben beschriebenen Verfahren und Werkzeug hergestellt.
Im Einzelnen geschieht das Verfahren zum Prägestanzen von Durchbrüchen in harten Kunststoffteilen folgendermaßen:

• Das Bauteil mit dem einzubringenden Durchbruch wird in die Vorrichtung bzw. das Werkzeug eingelegt.
• Der Niederhalter fährt abwärts und verbleibt druckbeaufschlagt in Prägeposition.
• Der Prägestempel bewegt sich abwärts und prägt einen umlaufenden Radius in voller Materialstärke.
• Der Prägestempel fährt zurück in die Grundstellung.
• Die Führungsplatte wird entriegelt.
• Durch Verfahren der Führungsplatte wird von Prägeposition in Stanzposition gewechselt, ohne das Bauteil zu bewegen.
• Die Führungsplatte wird verriegelt.
• Der Stanzstempel fährt abwärts und stanzt den Durchbruch.
• Stanzstempel zurück in Grundstellung.
• Führungsplatte wird entriegelt und wechselt in Prägeposition.
• Die Niederhalter geben das Bauteil frei.

Das neue Verfahren ermöglicht das Prägen von Radien im Bereich von 0.1 bis 3.0 mm, wobei durch eine solide Bauweise mit entsprechender Standfestigkeit der Stanz- und Prägestempelspitzen eine qualitative Stanzung und Prägung bei härteren Werkstoffen ermöglicht wird.
Der Prägeradius und die Stanzstempelspitzen sind jeweils nach Härte und Dicke des Materials zu definieren und anzufertigen. Dabei sind für ein verbessertes Fliessverhalten des Materials beim Prägen die Prägestempelspitzen je nach Härte bzw. Dicke des zu stanzenden Materials anzufertigen. Für ein verbessertes Stanzergebnis sind die Stanzstempelspitzen je nach Dicke und Härte mit einem entsprechendem Winkel im Bereich von 1° bis 90° auszuführen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend beschrieben sind.
1 zeigt im Querschnitt einen Prägestempel 1 zur Herstellung eines Lochs in einem Kunststoffteil. Am äußeren Rand des Prägestempels ist ein Radius 3 eingeformt, der die Stanzkante zu diesem Radius kaltverformt. Das Bezugszeichen d kennzeichnet den Durchmesser des Prägestempels 1 und damit den Durchmesser des zu schaffenden Lochs im Kunststoffteil.
2 zeigt im Querschnitt einen Ausschnitt aus einem Stanzstempel 2. Die Stanzstempelspitze ist mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichnet. Mit diesem Stanzstempel 2 wird in einem zweiten Arbeitsschritt nach dem Prägen mit dem Prägestempel 1 (siehe 1) die verbleibende Restwandstärke des Durchbruchs bzw. des Lochs an der Stanzkante ausgestanzt.

Claims

Verfahren zum Prägestanzen von Durchbrüchen in Kunststoffteilen mit einem Stanzstempel (2), der unter Druck scherend in das Kunststoffteil eindringt und den Durchbruch ausstanzt und ein Prägestempel (1) den Durchbruch an der Stanzkante prägend zu einem Radius (3) kaltverformt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Arbeitsschritt der Prägestempel (1) an der vorgesehenen Stanzkante einen umlaufenden Radius (3) in voller Materialstärke prägt und in einem zweiten Arbeitsschritt der Stanzstempel (2) die verbleibende Restwandstärke des Durchbruchs an der Stanzkante ausstanzt.
Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil im Werkzeug von einem Niederhalter einspannbar ist, dass auf einer Führungsplatte ein Prägestempel (1) und ein Stanzstempel (2) in ihre jeweilige Arbeitsposition verschiebbar angeordnet sind und dass beide Stempel (1, 2) in ihrer Arbeitsposition über einen Druckstempel kraftbeaufschlagbar sind.
Bauteil hergestellt mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und einem Werkzeug nach Anspruch 2.