DE10003595A1 - Kunststoffbauteil - Google Patents

Abstract

Bei einem Kunststoffbauteil mit einem Grundkörper (7) aus einem steifen Schaumstoffmaterial ist vorgesehen, dass der Grundkörper (7) mit einer gitterartigen Netzstruktur (10) verbunden ist und dass die Netzstruktur (10) ein reißfestes Kernmaterial aufweist, das von einem Mantelmaterial umgeben ist, wobei das Mantelmaterial mit dem Schaumstoffmaterial des Grundkörpers (7) kraftschlüssig verbunden ist. Dadurch wird das Abplatzen von Bruchstücken verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffbauteil mit einem Grund­ körper aus einem steifen Schaumstoffmaterial.

Derartige Kunststoffbauteile sind beispielsweise aus dem Artikel "EPE und EPP: Eigenschaftsprofile und aktuelle Anwendungen in Europa" von E. Meier in Thermoplastische Partikelschaum­ stoffe - aktueller Stand und Perspektiven, VDI-Verlag, Düssel­ dorf, 1996, Seiten 27 bis 51, bekannt. Zwar lassen sich die vorbekannten Kunststoffbauteile mit einem Grundkörper aus einem steifen Schaumstoffmaterial als ein über die gesamte Masse verteilt offene oder geschlossene Zelle aufweisenden Werkstoff als verhältnismäßig leichte und dennoch steife, Energie absorbierende Körper herstellen, allerdings besteht bei Brüchen die Gefahr, dass Teile der Kunststoffbauteile ab­ brechen und beispielsweise bei einer Ausgestaltung der Kunst­ stoffbauteile als Instrumententafeln für Kraftfahrzeuge als Bruch­ stücke die Insassen gefährden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffbauteil der eingangs genannten Art anzugeben, welches sich bei einer verhältnismäßig leichten und dennoch steifen Bauweise durch eine besonders niedrige Bruchgefahr auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei einem Kunststoffbauteil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Grundkörper wenigstens auf einer Oberflächenseite mit einer gitterartigen Netzstruktur verbunden ist und dass die Netz­ struktur ein reißfestes Kernmaterial aufweist, das von einem Mantelmaterial umgeben ist, wobei das Mantelmaterial mit dem Schaumstoffmaterial des Grundkörpers kraftschlüssig ver­ bunden ist.

Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Kunststoffbauteil eine gitterartige Netzstruktur vorgesehen ist, die aus einem reißfesten Kernmaterial und einem das Kernmaterial umgeben­ den, mit dem Grundkörper kraftschlüssig verbindbaren Mantel­ material aufgebaut ist, ist durch die kraftschlüssige Verbindung des Mantelmaterials mit dem Grundkörper und die Stabilisierung der Netzstruktur durch das reißfeste Kernmaterial das Abplatzen von Bruchstücken unterbunden.

Vorzugsweise sind das Schaumstoffmaterial und das Mantel­ material aus einem Polypropylenmaterial mit im wesentlichen gleichen Schmelzpunkten.

Zweckmäßig ist weiterhin, dass das Kernmaterial ein gegenüber dem Schmelzpunkt des Schaumstoffmaterials und des Mantel­ materials höhere Schmelztemperatur aufweist. Dadurch wird eine besonders gute kraftschlüssige Verbindung erzielt.

Vorzugsweise besteht die Netzstruktur aus kreuzartig gewebten Einzelsträngen. Dabei ist es im Hinblick auf eine gewisse Eigenstabilität zweckmäßig, dass dabei das Mantelmaterial in Kreuzungsbereichen von Einzelsträngen beispielsweise durch Verschmelzen miteinander verbunden ist.

Im Hinblick auf eine besonders hohe Reißfestigkeit ist es weiter­ hin zweckmäßig, dass das Kernmaterial mit einer Vielzahl von Fasern ausgebildet ist.

Um die Netzstruktur vorzuformen, ist zweckmäßigerweise vor­ gesehen, dass das Mantelmaterial ein thermoplastischer Kunst­ stoff ist.

Für besonders bruchfeste Kunststoffbauteile ist zweckmäßiger­ weise vorgesehen, dass der Grundkörper an zwei gegenüberliegenden Oberflächenseiten mit jeweils einer Netzstruktur verbunden ist.

Bei einer Weiterbildung ist eine Dekorlage vorgesehen, die direkt oder über einen Haftvermittler mit einer Netzstruktur verbunden ist.

Bei einer weiteren Weiterbildung ist ein elastischer Körper vorgesehen, wobei eine Netzstruktur mit dem elastischen Körper kraftschlüssig verbunden ist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figuren der Zeich­ nung. Es zeigen:

Fig. 1 in einer teilgeschnittenen, perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt einer Partikel-Schäumeinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Kunststoffbauteil gemäß einer ersten Ausgestaltung,

Fig. 2 das Kunststoffbauteil gemäß der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausgestaltung im Schnitt und

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Kunststoffbauteil gemäß einer zweiten Ausgestaltung im Schnitt.

Fig. 1 zeigt in einer teilgeschnittenen, perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt einer Partikel-Schäumeinrichtung 1, die über ein Werkzeugmatrize 2 und ein der Werkzeugmatrize 2 gegen­ überliegende Werkzeugpatrize 3 verfügt. Die Werkzeugmatrize 2 und die Werkzeugpatrize 3 schließen einen Hohlraum 4 ein, in dem ein bei diesem Ausführungsbeispiel als Instrumententafel 5 für Kraftfahrzeuge ausgestaltetes erfindungsgemäßes Kunst­ stoffbauteil gefertigt wird.

Die Werkzeugpatrize 3 verfügt über eine Anzahl von Partikel­ eintrittsöffnungen 6, durch die zur Ausbildung eines Grund­ körpers 7 aus einem festen, über die gesamte Masse verteilte, offene und/oder geschlossene Zellen aufweisenden Schaumstoffmaterial über eine in Fig. 1 nicht dargestellte Partikelzuführeinrichtung kugelartige oder zylinderartige, ge­ schlossene oder offene Partikel in den Hohlraum 4 einführbar sind. Weiterhin ist die Werkzeugpatrize 3 mit einer Vielzahl von weitgehend regelmäßig beabstandet angeordneten Dampfdüsen 8 ausgestattet, über die zur Verfestigung der einzelnen Partikel zu einem festen Schaumstoffmaterial heißer Dampf mit einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Partikelmaterials in den Hohlraum 4 einleitbar ist.

Die Instrumententafel 5 in der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 verfügt weiterhin über eine Dekorlage 9, die direkt oder über einen Haftvermittler vollflächig mit dem Grundkörper 7 ver­ bunden ist. Weiterhin ist die Instrumententafel 5 an ihrer der Dekorlage 9 gegenüberliegenden Seite bereichsweise mit einer Netzstruktur 10 ausgestattet, die aus einem reißfesten Kern­ material und einem das Kernmaterial umgebenden Mantel­ material aufgebaut und kraftschlüssig mit dem Grundkörper 7 verbunden ist. Vorzugsweise besteht die Netzstruktur 10 aus kreuzartig gewebten Einzelsträngen, wobei das Kernmaterial aus einer Vielzahl von einzelnen Fasern gebildet ist, die eine höhere Zugfestigkeit als das Mantelmaterial sowie der Grund­ körper 7 aufweisen.

Fig. 2 zeigt die Instrumententafel 5 als Kunststoffbauteil gemäß der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausgestaltung im Schnitt. Die Instrumententafel 5 ist an Trägern 11 befestigt und mit einer Netzstruktur 10 ausgestattet, die in Befestigungsbereichen 12 zur Aufnahme der Träger 11 freistehend vorgeformt und bei­ spielsweise im Bereich eines Airbag-Schußkanals 13 angeord­ net ist. In die Randseiten des Airbag-Schußkanals 13 ist beispielsweise durch Laserschneiden in den Grundkörper 7 und falls erforderlich auch in die Dekorlage 9 eine Sollbruchlinie 14 eingebracht. An einer Randseite ist die Netzstruktur 10 durch­ trennt, während sie an der anderen Randseite vorzugsweise ausgestülpt ist und als Scharnier wirkt.

Fig. 3 zeigt eine Instrumententafel 15 als ein erfindungs­ gemäßes Kunststoffbauteil gemäß einer zweiten Ausgestaltung im Schnitt. Die Instrumententafel 15 gemäß Fig. 3 verfügt wie die Instrumententafel 5 gemäß Fig. 1 und Fig. 2 über einen Grundkörper 16, der an einander gegenüberliegenden Ober­ flächenseiten 17, 18 mit einer ersten Netzstruktur 19 be­ ziehungsweise einer zweiten Netzstruktur 20 kraftschlüssig verbunden ist. Die Netzstrukturen 19, 20 bei der zweiten Aus­ gestaltung sind entsprechend der Netzstruktur 10 gemäß der ersten Ausgestaltung aufgebaut. Die erste Netzstruktur 19 ist in Befestigungsbereichen 21 zur Aufnahme von Trägern 22 frei­ stehend vorgeformt, während die zweite Netzstruktur 20 voll­ ständig an dem Grundkörper 16 anliegt. An der dem Grund­ körper 16 gegenüberliegenden Seite ist die zweite Netzstruktur 20 kraftschlüssig über das Mantelmaterial als Haftvermittler mit einem elastischen Körper 23 verbunden, der wiederum außen­ seitig über einen Haftvermittler mit einer Dekorlage 24 in Ver­ bindung steht.

Im Bereich eines Airbag-Schußkanals 25 der Instrumententafel 15 ist an einer Randseite eine erste Sollbruchlinie 26 durch eine Materialverjüngung ausgebildet, entlang der beide Netzstruk­ turen 19, 20 durchtrennt sind. An der anderen Randseite ist durch eine Materialverjüngung eine zweite Sollbruchlinie 27 vorgesehen, entlang der die zwischen dem Grundkörper 16 und der Dekorlage 24 angeordnete zweite Netzstruktur durchtrennt ist, während die erste Netzstruktur 19 in diesem Bereich durch­ gängig und vorstehend als Scharnier ausgebildet ist.

Die Grundkörper 7, 16 der vorgenannten Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Kunststoffbauteile sind beispielsweise aus einem expandierbaren Polypropylenmaterial, einem sogenann­ ten PP-E-Schaum, oder einem expandierbaren Polystyrol­ material mit Polyphenylenoxiden, einem sogenannten EPS/PPO-Schaum, als Schaumstoffmaterialen hergestellt. Der Werkzeugdampfdruck für das Verschweißen liegt zwischen etwa 200 Kilopascal und etwa 500 Kilopascal bei sogenannten Autoklav-Schäumen beziehungsweise zwischen etwa 200 Kilopascal und etwa 700 Kilopascal bei sogenannten Extru­ sionsschäumen. Die Dampftemperatur entsteht in dem Hohl­ raum 4 über den Dampfdruck. Die Schaumdichten liegen zwischen etwa 15 Gramm pro Liter und etwa 200 Gramm pro Liter, zur Erzielung von höheren Temperaturbeständigkeiten und Steifigkeiten zum Teil auch darüber.

Die Dekorlagen 9, 24 können einschichtig oder mehrschichtig aufgebaut sein.

Bei einem mehrschichtigen Aufbau ist in einer Ausgestaltung die von dem Grundkörper 7, 16 wegweisende, oberste Schicht als zweischichtiges Dekor, beispielsweise mit einer Folie aus einem thermoplastischen Polyolefin, einer sogenannten TPO-Folie, sowie einem teilvernetzten PP-Schaum ausgebildet. Bei einem mehrschichtigen Aufbau ist in einer weiteren Ausgestaltung die oberste Schicht als dreischichtiges Dekor, beispielsweise auf­ gebaut aus einer TPO-Folie, einem teilvernetzten PP-Schaum sowie einer PP-Folie, ausgestaltet. Bei einem mehrschichtigen Aufbau ist die dem Grundkörper 7, 16 zugewandte, unterste Schicht vorzugsweise als Haftvermittler ausgestaltet.

In weiteren Ausgestaltungen sind die Dekorlagen 9, 24 durch eine sogenannte Slushhaut aus thermoplastischen Polyolefinen (TPO), Polyvenylchlorid (PVC) oder thermoplastischen Poly­ urethanen (TPU) gebildet, die einschichtig oder auch zweischichtig aufgebaut sein kann. Bei einem zweischichtigen Auf­ bau ist die dem Grundkörper 7, 16 zugewandte Schicht als ein Schaum ausgebildet, der Haftungseigenschaften zu dem Mate­ rial des Grundkörpers 7, 16, beispielsweise einem PP-E- Schaum, aufweist

Das Mantelmaterial der Netzstrukturen 10, 19, 20 ist ein PP-E- Schaum oder Polypropylen für die Verbindung mit PP-E- Schäumen oder ein EPS/PPO-Schaum oder EPS für die Ver­ bindung mit EPS/PPO-Schäumen. Die Mantelmaterialien weisen jeweils einen ähnlichen Schmelzpunkt wie das Material der Grundkörper 7, 16 auf.

Das Kernmaterial der Netzstrukturen 10, 19, 20 ist vorzugsweise aus Fasern von beispielsweise Polyesther, Aramid (Kevlar), Polyamid, Polyacrylnitril, Polyurethan, Polyolefinen wie beispiels­ weise Polypropylen, aus Kohlefasern, EVA-Fasern oder PES- Fasern gebildet. Zweckmäßigerweise liegt der Schmelzpunkt der jeweiligen Materialien deutlich höher als der Schmelzpunkt des Mantelmaterials, um eine Schwächung der Netzstruktur während der Verbindung mit dem jeweiligen Grundkörper 7, 16 zu vermeiden. Die kraftschlüssige Verbindung der Netzstruktu­ ren 10, 19, 20 erfolgt durch Verschmelzung mit dem jeweiligen Grundkörper 7, 16 durch Verschmelzung des Mantelmaterials im Sinterprozeß beziehungsweise nach Herstellung des Grund­ körpers 7, 16 durch Reibschweißen oder Ultraschallschweißen außerhalb einer Schäumform.

Neben der Ausgestaltung von erfindungsgemäßen Kunststoff­ bauteilen als Instrumententafeln 5, 15 gemäß der ersten Aus­ gestaltung beziehungsweise der zweiten Ausgestaltung ist für Anwendungen im Kraftfahrzeugbau erfindungsgemäß vor­ gesehen, Kunststoffbauteile weiterhin beispielsweise als Türver­ kleidungen, Holmverkleidungen, als Knieschutz, Werkzeugablage, Kofferraumfüllstücke, Rückenlehnen, Kopfstützen, Armlehnen und dergleichen auszubilden.

Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen von Kunststoffbau­ teilen sind beispielsweise gegeben durch Verpackungs- und Transportbehälter für technische Teile, Fahrradschutzhelme oder Kühlboxen und dergleichen.

Claims (10)

1. Kunststoffbauteil mit einem Grundkörper aus einem steifen Schaumstoffmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (7, 16) wenigstens auf einer Ober­ flächenseite (17, 18) mit einer gitterartigen Netzstruktur (10, 19, 20) verbunden ist und dass die Netzstruktur (10, 19, 20) ein reißfestes Kernmaterial aufweist, das von einem Mantelmaterial umgeben ist, wobei das Mantel­ material mit dem Schaumstoffmaterial des Grundkörpers (7, 16) kraftschlüssig verbunden ist.

2. Kunststoffbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Schaumstoffmaterial und das Mantel­ material aus einem Polypropylenmaterial mit im wesent­ lichen gleichen Schmelzpunkten sind.

3. Kunststoffbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial ein gegenüber dem Schmelzpunkt des Schaumstoffmate­ rials und des Mantelmaterials höhere Schmelztemperatur aufweist.

4. Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzstruktur (10, 19, 20) aus kreuzartig gewebten Einzelsträngen besteht.

5. Kunststoffbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Mantelmaterial in Kreuzungs­ bereichen von Einzelsträngen miteinander verbunden ist.

6. Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial mit einer Vielzahl von Fasern ausgebildet ist.

7. Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelmaterial ein thermoplastischer Kunststoff ist.

8. Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (16) an zwei gegenüberliegenden Oberflächenseiten (17, 18) mit jeweils einer Netzstruktur (19, 20) verbunden ist.

9. Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dekorlage (24) vorgesehen ist, die direkt oder über einen Haftvermitt­ ler mit einer Netzstruktur (20) verbunden ist.

10. Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastischer Körper (23) vorgesehen ist, wobei eine Netzstruktur (20) mit dem elastischen Körper (23) kraftschlüssig verbunden ist.