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Die Erfindung betrifft ein Gravurverfahren für inhomogene Dekormaterialien, die zur Anfertigung von Zierteilen für Kraftfahrzeuge geeignet sind, sowie eine Anlage, die dazu ausgebildet ist, das Verfahren auszuführen.
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Furnierelemente mit einer Furnierschicht aus Echtholz werden als Dekorelemente z. B. in der Automobil- und Möbelindustrie eingesetzt. Üblicherweise ist unter der Furnierschicht eine Innenkaschierung vorgesehen, die mit einer tragenden Kunststoffschicht hinterspritzt ist. Die Sichtseite des Furnierelements kann mit einer Lackschicht oder mit einer transparenten Kunststoffdeckschicht überzogen sein.
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Des Weiteren ist bekannt, zur dekorativen Gestaltung der Furnierelemente Beschriftungen oder Symbole in dem Furnier vorzusehen. Dazu wird beispielsweise mechanisch eine Gravur in die Furnierschicht eingebracht. In diesem Fall kann dann die tragende Kunststoffschicht nicht hinterspritzt werden, da das Kunststoffmaterial in den Gravurbereich eindringen könnte, so dass die gravierten Furnierschichten mit der tragenden Kunststoffschicht verklebt werden.
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Alternativ dazu kann eine solche Gravur per Laserschnitt erzeugt werden, wobei sich eine bestimmte Tiefe der Gravur einstellen lässt, so dass das Hinterspritzen der Kunststofftragstruktur dennoch möglich ist.
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Ein solches Furnierelement mit lasergeschnittener Gravur ist aus der
DE 20 2010 002 138 U1 bekannt. Die auf der Sichtseite aufgebrachte Lackschicht bzw. Kunststoffdeckschicht verleiht dem Furnierelement eine glatte Oberfläche.
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Werden als Dekormaterialien inhomogene Materialien mit stark schwankenden Struktureigenschaften verwendet, wie dies beispielsweise bei weichen oder gemaserten Holzarten der Fall ist (bei denen sich also die Inhomogenität flächig bzw. auf der Materialoberfläche und in die Tiefe des Materials erstreckt), wird beim Einbringen einer Gravur durch das Laserverfahren Material unterschiedlich stark abgetragen bzw. entfernt, was zu nicht tolerierbaren Schwankungen der Strichstärke und zu unsauberen Kantenformen zum Beispiel durch Verpuffungseffekte führt. Aus diesem Grund werden bislang solche inhomogenen Materialien mit stark schwankenden Struktureigenschaften nicht zur Schaffung von gravierten Zierteilen herangezogen. Damit entfallen z. B. etliche weiche oder gemaserte Holzarten aus dem umsetzbaren Portfolio bedienbarer Holzzierteile.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gravurverfahren zu schaffen, das diese Nachteile beseitigt, so dass auch inhomogene Materialien mit stark schwankenden Struktureigenschaften gleichmäßig graviert und damit als Dekormaterialien eingesetzt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Gravurverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine weitere Aufgabe liegt in der Schaffung einer zur Durchführung des Gravurverfahrens geeigneten Anlage, die durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst wird.
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Weiterbildungen des Verfahrens und der Anlage sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.
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Ferner ergibt sich die Aufgabe der Schaffung eines individuellen, gravierten Zierteils aus einem inhomogenen Dekormaterial.
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Ein solches Zierteil wird durch das Zierteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10 offenbart.
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Ein erfindungsgemäßes Gravurverfahren zum Gravieren eines inhomogenen Dekormaterials, das etwa zum Ausbilden eines Zierteils für ein Kraftfahrzeug geeignet ist, ermöglicht die Herstellung von gleichmäßigen Gravuren. Dies ist erfindungsgemäß selbst möglich, wenn das Dekormaterial mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Material- und/oder Struktureigenschaften aufweist, durch die sich die Gravuren zumindest teilweise erstrecken. Dazu werden Bearbeitungsparameter einer Materialabtragsvorrichtung zur Anfertigung einer Gravur bestimmt. Die Bereiche mit den unterschiedlichen Material- und/oder Struktureigenschaften werden mit einer Erfassungsvorrichtung bestimmt und die Lage der Gravur in Bezug zu den Bereichen festgelegt. Beim folgenden Materialabtrag des inhomogenen Dekormaterials zur Anfertigung der Gravur werden die Bearbeitungsparameter in Abhängigkeit der erfassten Bereiche angepasst, so dass die unterschiedlichen Material- und/oder Struktureigenschaften bei der Anfertigung einer Gravur, die sich durch die Bereiche erstreckt, kompensiert werden.
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Dadurch wird vermieden, dass das Material unterschiedlich stark abgetragen bzw. entfernt wird, so dass eine gleichmäßige Strichstärke und saubere Kantenformen ohne Verpuffungseffekte erreicht werden. Der Material- und Struktureinfluss bei der Gravur von Dekoren wird reduziert, so dass nun auch die inhomogenen und gewachsenen Dekormaterialien verwendet werden können. Die Darstellung von mit Symbolen oder Schriftzügen gravierten Zierteilen aus inhomogenen Dekormaterialien wie Holz und anderen Naturwerkstoffen kann nun äußerst gleichmäßig ausgeführt werden.
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Ein geeignetes Materialabtragsverfahren ist beispielsweise das Laserverfahren. Dann handelt es sich bei der Materialabtragsvorrichtung um einen Laser, wobei der anzupassende Bearbeitungsparameter die Laserleistung ist. Das Laserverfahren gestattet weiterhin die komfortable Einstellung der Gravurtiefe.
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Die unterschiedlichen Material- und/oder Struktureigenschaften der Bereiche, die erfindungsgemäß erfasst werden, können z. B. eine Helligkeit, eine Farbe, einen Reflexionsgrad, eine Dichte und/oder thermische Eigenschaften umfassen.
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Ein weiterer Verfahrensschritt kann das Konditionieren des Dekormaterials, beispielsweise ein thermisches und/oder chemisches Konditionieren, sein, wodurch der Kontrast zwischen den zumindest zwei Bereichen erhöht wird, so dass das Erfassen der Bereiche mit den unterschiedlichen Material- und/oder Struktureigenschaften erleichtert und/oder verbessert wird.
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Das inhomogene Dekormaterial kann ein Holzmaterial sein, wobei nun auch Weichholz- und/oder Maserholzarten umfasst sind, da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Einfluss der Jahresringe beim Gravieren der Dekore z. B. mittels Laser reduziert werden kann.
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Derartige Materialien sind eben auch geeignet, um Kraftfahrzeugzierteile zu fertigen.
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Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Gravurverfahrens geeignete Anlage kann daher inhomogene Dekormaterialien mit einer gleichmäßigen Gravur versehen, obwohl das Dekormaterial zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlichen Material- und/oder Struktureigenschaften aufweist. Die Anlage umfasst dazu eine Erfassungseinheit zum Erfassen der Bereiche und eine Materialabtragsvorrichtung zur Anfertigung der Gravur in dem inhomogenen Dekormaterial. Weiter umfasst die Anlage eine mit der Erfassungseinheit und der Materialabtragsvorrichtung verbundene Signalverarbeitungseinheit zum Festlegen einer Lage der Gravur in Bezug zu den Bereichen und zum Bestimmen von Bearbeitungsparametern der Materialabtragsvorrichtung zur Anfertigung der Gravur. Dabei sind die zur Ansteuerung der Materialabtragungsvorrichtung von der Signalverarbeitungsvorrichtung bereitgestellten Bearbeitungsparameter in Abhängigkeit der erfassten Bereiche angepasst, um deren unterschiedlichen Material- und/oder Struktureigenschaften bei der Anfertigung der Gravur zu kompensieren.
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Die Erfassungseinheit kann einfach eine Kamera sein, mit der die sich optisch, beispielsweise hinsichtlich Helligkeit, Farbe und/oder Reflexionsgrad unterscheidenden Bereiche erfasst werden können. Es sind aber auch andere Erfassungseinheiten denkbar. So können etwa thermisch unterschiedliche Eigenschaften nach thermischer Konditionierung des Dekormaterials mit einer Infrarotkamera erfasst werden.
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Die Materialabtragungsvorrichtung kann ein Laser sein, wobei ein anzupassender Bearbeitungsparameter dessen Laserleistung ist.
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Ferner kann die Anlage eine Transportvorrichtung zum Führen des Dekormaterials entlang der Erfassungseinheit und der Materialabtragsvorrichtung umfassen, wobei der Signalverarbeitungseinheit zumindest eine Information über eine Transportgeschwindigkeit des Dekormaterials zur Berücksichtigung bei der Ansteuerung der Materialabtragsvorrichtung mit den angepassten Bearbeitungsparametern bereitgestellt wird. Beispielsweise kann die Signalverarbeitungseinheit mit der Transportvorrichtung gekoppelt sein, so dass die Ansteuerung der Materialabtragsvorrichtung mit den angepassten Bearbeitungsparametern in Abhängigkeit der Transportgeschwindigkeit gesteuert erfolgen kann.
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Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines inhomogenen Dekormaterials mit eine herkömmlich eingebrachten Lasergravur und einer erfindungsgemäß eingebrachten Lasergravur,
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gravuranlage beim Erfassen der Inhomogenitäten des Dekormaterials,
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3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gravuranlage beim Einbringen einer Lasergravur in einem Bereich des Dekormaterials mit geringerer Dichte,
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4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gravuranlage beim Einbringen einer Lasergravur in einem Bereich des Dekormaterials mit höherer Dichte.
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Beim erfindungsgemäßen Gravurverfahren wird zum Herstellen eines Zierteils, das insbesondere ein Zierteil für ein Kraftfahrzeug sein kann, die Laserleistung eines zum Gravieren eingesetzten Lasers zum Abtragen bzw. Entfernen eines Materials eines Substrats diskonkontinuierlich bzw. sprunghaft geändert. Die Änderung der Laserleistung erfolgt in Abhängigkeit der unterschiedlichen Struktureigenschaften des Substrats, die durch eine dem Laser vorgeschaltete Erfassungseinheit, beispielsweise eine Kamera, festgestellt wird. Die Erfassungseinheit ist mit dem Laser zur Steuerung dessen Leistung gekoppelt. Je nach Art der eingesetzten Erfassungseinheit wird die Laserleistung abhängig von erfasster Helligkeit, Farbe, Reflexionsgrad, Dichte und/oder thermischen Eigenschaften des Substrats angepasst.
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Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Substrat zusätzlich vorab konditioniert werden muss, um die unterschiedlichen Struktureigenschaften bzw.
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Materialeigenschaften für die Erfassungseinheit z. B. erfassbar zu machen. Das Substrat kann thermisch und/oder chemisch konditioniert werden. Die Abstimmung muss je nach eingesetztem Werkstoff und dessen Eigenschaften erfolgen.
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1 zeigt die Sichtseite eines inhomogenen Dekormaterials 1, das Bereiche 2, 3 mit unterschiedlichen Struktur- bzw. Materialeigenschaften aufweist. So können z. B. die hellen Bereiche 2 eine geringere Dichte aufweisen als die dunkleren Bereiche 3.
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Eine erfindungsgemäß angefertigte Gravur 10 weist eine gleichmäßige Strichstärke sowohl in den Bereichen 2 geringerer Dichte als auch den Bereichen 3 höherer Dichte auf. Hingegen schwankt die Strichstärke einer herkömmlich angefertigten Gravur 10' in Abhängigkeit der unterschiedlichen Bereiche 2, 3. So sind die Abschnitte 11 der Gravur 10' in den Bereichen 2 geringerer Dichte starker als der Abschnitt 12 der Gravur 10' im Bereich 3 höherer Dichte.
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Um die gleichmäßige Strichstärke beim Gravieren zu erreichen, wird erfindungsgemäß die Laserleistung in Bereichen geringer Dichte reduziert und in Bereichen höherer Dichte erhöht. So werden die schwankenden Struktureigenschaften kompensiert und eine gleichmäßige Gravur erhalten. Weitere Faktoren, die auf die Laserleistung Einfluss nehmen können, sind Helligkeit, Farbton und Reflexionsgrad der jeweiligen Bereiche.
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2 bis 4 verdeutlichen das erfindungsgemäße Verfahren, durchgeführt mit einer erfindungsgemäßen Gravuranlage.
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2 zeigt, wie die Struktur-/Materialeigenschaften der unterschiedlichen Bereiche 2, 3 des Dekormaterials 1 durch den Erfassungsbereich E der Erfassungseinheit 15 aufgenommen werden, indem das Dekormaterial 1 entsprechend dem Blockpfeil W unter dem Erfassungsbereich E entlang geführt wird. Die Erfassungseinheit 15 kann eine Kamera sein, es können aber auch andere Sensor- und Scannersysteme eingesetzt werden.
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Die von der Erfassungseinheit 15 aufgenommenen Signale oder Daten S werden der Signalverarbeitung 16 zugeführt, die in Abhängigkeit der erfassten unterschiedlichen Bereiche 2, 3 Ansteuerungssignale A für den Gravurlaser 17 ausgibt. Dabei berücksichtigt die Signalverarbeitung 16 den Abstand zwischen Erfassungsbereich E und dem Laser, sowie die Vorschubgeschwindigkeit W des Dekormaterials 1 und gegebenenfalls auch einen gewissen zeitlichen Verzug, so dass die Ansteuerungssignale A für den Laser 17 eine jeweils an die unterschiedlichen Bereiche 2, 3 angepasste Laserleistung 11, 12 bereitstellen, wie in 3 und 4 zu sehen ist.
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In 3 ist zu sehen, wie die Gravur 10 im Bereich 2 geringerer Dichte mit einer Laserleistung L1 erzeugt wird. Endet der Bereich 2 geringer Dichte, steigt die Laserleistung sprunghaft an, angedeutet durch die größere Dicke des Laserstrahls 12 (4), so dass die Gravur 10 bei gleich bleibender Stärke fortgeführt wird.
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Entsprechend fällt die Laserleistung bei Eintritt in den Bereich 2 erneut auf L. Selbstverständlich können in Abhängigkeit der Struktur- und Materialeigenschaften auch mehr als zwei verschiedene Laserleistungen benötigt werden, um ein gleichmäßiges Gravurbild zu erhalten, wenn mehr als zwei unterschiedliche Bereiche vorliegen.
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Vorliegend wurde das Verfahren mit einem bewegten zu gravierenden Werkstück und einer feststehenden Anlage beschrieben. Generell ist es natürlich auch denkbar, dass das Werkstück unbewegt ist, während Erfassungsvorrichtung und/oder Laser über die Oberfläche geführt werden.
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Es ist möglich, erfindungsgemäß ein von dem Laser abweichendes Gravursystem einzusetzen. So kommen zum Beispiel auch Wasser- und/oder Drahtschneide- bzw. Drahterodiersysteme in Frage, bei denen der Ansteuerungsparameter zur Anpassung an die unterschiedlichen Materialbereiche der Wasserdruck bzw. Anpressdruck sein kann.
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Es ist weiterhin möglich, erfindungsgemäß ein von der Kamera abweichendes Erfassungssystem einzusetzen. So kommen zum Beispiel induktive und/oder kapazitive Systeme in Frage.
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Schließlich ist es möglich, als inhomogenes Material neben Holz Leder, Häute, allgemeine Naturprodukte, Stein, Textilien, Fasern usw. oder beliebige Kombinationen von diesen zu verwenden.
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Obgleich die vorliegende Erfindung vorhergehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen und Ausgestaltungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen beschrieben ist.
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Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der Zeichnung verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010002138 U1 [0005]
