DE10239453B4

DE10239453B4 - Werkzeug zum Prägestanzen von Durchbrüchen in Kunststoffteilen, Verfahren zum Prägestanzen und Bauteil

Info

Publication number: DE10239453B4
Application number: DE2002139453
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: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: DE10239453A1

Abstract

Werkzeug zum Prägestanzen von Durchbrüchen in Kunststoffteilen (1) mit einem Stanzstempel (2), der unter Druck scherend in das Kunststoffteil (1) eindringt und den Durchbruch ausstanzt und ein Prägestempel (3) den Durchbruch an der Stanzkante prägend zu einem Radius (4) kaltverformt, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägestempel (3) konzentrisch den Stanzstempel (2) umgreift und beide Stempel (2, 3) unabhängig voneinander in Axialrichtung (5) verschiebbar sind, wobei die Stanzkante des Stanzstempels (2) und die Prägekante des Prägestempels (3) aneinander gleitend ausgeführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Prägestanzen von Durchbrüchen in Kunststoffteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Prägestanzen und das so hergestellte 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 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, siehe CH 639 295 A5 , 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 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.
DE 94 20 115 U1 zeigt ein Werkzeug mit einem Prägestempel, welcher konzentrisch einen zweiten Stempel umgreift. Nach dem Prägen mit dem Prägestempel wird der zweite Stempel separat vom ersten Stempel in x-Richtung verfahren und dadurch das Rohrwandungsteil umlaufend von der Rohrwandung getrennt. Das Ergebnis ist ein Loch mit einer umlaufenden schrägen Fläche, wodurch bei einem Kunststoffteil beim Lackieren ein Lackaufbau erfolgt, der bei einem Sichtteil nicht zu akzeptieren ist. Dieses soll mit dem Anmeldegegenstand verhindert werden.
DE 94 20 115 U1 zeigt nur einen Prägestempel, der das Bauteil nahezu vollständig (bis auf wenige zehntel Millimeter) durchprägt und der zweite Stempel (kein Stanzstempel!) das Rohrwandungsteil nur von der Rohrwandung trennt.
Steigende optische Qualitätsanforderungen sowie Designforderungen nach möglichst großen ungestörten Flächen erfordern die Suche nach einer kostengünstigen Lösung des dargestellten Problems, beliebige Durchbrüche gratfrei und wulstfrei mit ausreichend großen Übergangsradius nachträglich in Kunststoffteile einzubringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beliebige Durchbrüche gratfrei und wulstfrei mit ausreichend großen Übergangsradius nachträglich in Kunststoffteile einzubringen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bezüglich des Werkzeuges dadurch gelöst, dass der Prägestempel konzentrisch den Stanzstempel umgreift und beide Stempel unabhängig voneinander in Axialrichtung verschiebbar sind, wobei die Stanzkante des Stanzstempels und die Prägekante des Prägestempels aneinander gleitend ausgeführt sind.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Prägestanzen von Durchbrüchen in Kunststoffteilen mit einem erfindungsgemäßen Werkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Arbeitsschritt beide Stempel bündig auf selber Höhe liegend in das Kunststoffteil eingefahren werden, den Durchbruch anstanzen und die Stanzkante zu einem Radius prägend kaltverformen und in einem zweiten Arbeitsschritt der Stanzstempel die verbleibende Restwandstärke des Durchbruchs ausstanzt, während der Prägestempel unter Druck in seiner Position gehalten wird.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil ist mit einem erfindungsgemäßen Verfahren und Werkzeug hergestellt.
Bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße Prägestanzen für weiche Kunststoffe, wie z. B. PP (Polypropylen) oder PP/EPDM (Polypropylen gemischt mit einem Kautschuk wie Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk).
Im wesentlichen besteht die Lösung der Aufgabe darin, zum einen die Reihenfolge Stanzen–Prägen zu Prägen–Stanzen umzukehren.
Zum anderen ist der Stanzstempel innerhalb des hohlen Prägestempels verschiebbar angeordnet. Das Verfahren läuft wie folgt ab:
In der ersten Abwärtsbewegung (Hub) des Stempels fahren die bündig auf selber Höhe liegenden Präge- und Stanzstempel zusammen in das Kunststoffmaterial hinein und formen den Radius.
Im zweiten Schritt bewegt sich der Stanzstempel alleine nach unten und stanzt dabei den Durchbruch in das Kunststoffteil. Der Prägestempel verbleibt dabei unter Druck an seiner Position. Dadurch wird verhindert, dass der Prägestempel sich durch verdrängten Kunststoff anhebt und sich ein Prägewulst bildet. Charakteristisch für dieses Verfahren ist ein umlaufender Absatz in der Innenfläche des Durchbruchs. Dieser entsteht durch die Restwandstärke des Prägestempels am Radiusauslauf („Messerkante") und liegt je nach Ausführung im Bereich von 0,1 .. 0,2 mm. Diese „Messerkante" bedingt auch die Grenzen dieses Verfahrens, da bei härteren oder verstärkten Kunststoffen diese Kante stark verschleißanfällig ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend beschrieben sind.
1 zeigt schematisch ein Werkzeug zum Prägestanzen von Durchbrüchen in Kunststoffteilen 1 mit einem Stanzstempel 2, der konzentrisch von einem Prägestempel 3 umgriffen ist. Beide Stempel 2, 3 sind unabhängig voneinander in Axialrichtung 5 verschiebbar. Die Stanzkante des Stanzstempels 2 und die Prägekante des Prägestempels sind aneinander gleitend ausgeführt.
1 zeigt einen ersten Arbeitsschnitt, in dem beide Stempel 2, 3 bündig auf derselben axialen Höhe liegend in das Kunststoffteil 1 eingefahren wurden. Der Stanzstempel 2 stanzt dabei den Durchbruch an, während der Prägestempel 3 den Radius 4 prägend kaltverformt.
Beide Stempel 2, 3 werden demnach so weit in das Kunststoffteil 1 eingefahren, bis der Radius 4 geprägt ist. Der Stanzstempel 2 hat hierbei das Kunststoffteil 1 angestanzt, jedoch noch nicht durchstanzt.
2 zeigt schematisch den zweiten Arbeitsschnitt. Der Prägestempel 3 wird unter Druck in seiner Position (siehe 1) gehalten, während der Stanzstempel 2 die verbleibende Restwandstärke des Durchbruchs ausstanzt.
Anschließend werden der Stanzstempel 2 und der Prägestempel 3 angehoben und das Kunststoffteil 1 mit dem fertigen Durchbruch dem Werkzeug entnommen.

Claims

Werkzeug zum Prägestanzen von Durchbrüchen in Kunststoffteilen (1) mit einem Stanzstempel (2), der unter Druck scherend in das Kunststoffteil (1) eindringt und den Durchbruch ausstanzt und ein Prägestempel (3) den Durchbruch an der Stanzkante prägend zu einem Radius (4) kaltverformt, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägestempel (3) konzentrisch den Stanzstempel (2) umgreift und beide Stempel (2, 3) unabhängig voneinander in Axialrichtung (5) verschiebbar sind, wobei die Stanzkante des Stanzstempels (2) und die Prägekante des Prägestempels (3) aneinander gleitend ausgeführt sind.
Verfahren zum Prägestanzen von Durchbrüchen in Kunststoffteilen mit einem Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Arbeitsschritt beide Stempel (2, 3) bündig auf selber Höhe liegend in das Kunststoffteil (1) eingefahren werden, den Durchbruch anstanzen und die Stanzkante zu einem Radius prägend kaltverformen und in einem zweiten Arbeitsschritt der Stanzstempel (2) die verbleibende Restwandstärke des Durchbruchs ausstanzt, während der Prägestempel (3) unter Druck in seiner Position gehalten wird.
Bauteil hergestellt mit einem Verfahren nach Anspruch 2 und einem Werkzeug nach Anspruch 1.