DE10003595C5

DE10003595C5 - Kunststoffbauteil

Info

Publication number: DE10003595C5
Application number: DE10003595A
Authority: DE
Inventors: Gerald Popp
Original assignee: Peguform GmbH
Current assignee: SMP Deutschland GmbH
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2020-01-29
Also published as: US20010029137A1; DE10003595A1; DE10003595C2; FR2804363A1; US20030082967A1; FR2804363B1

Abstract

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

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffbauteil mit einem Grundkörper aus einem steifen Schaumstoffmaterial und mit einer gitterartigen Netzstruktur, wobei der Grundkörper wenigstens auf einer Oberflächenseite mit der gitterartigen Netzstruktur verbunden ist.
Eine derartiges Kunststoffbauteil ist aus DE 44 42 014 A1 bekannt. Das vorbekannte gattungsgemäße Kunststoffbauteil verfügt über einen Grundkörper aus einem steifen Schaumstoffmaterial und über wenigstens eine auf einer Oberflächenseite des Grundkörpers aufgebrachte Kunststoffschicht, in die eine gitterartige Netzstruktur eingebettet ist. Bei dem vorbekannten Kunststoffbauteil besteht die gitterartige Netzstruktur aus reißfesten Fäden beispielsweise aus Glas, Metall, Kevlar oder Graphit. Zwar wird durch das Einbetten der gitterartigen Netzstruktur in die Kunststoffschicht eine Stabilisierung des Schaumstoffmaterial erzielt, allerdings muß das Kunststoffbauteil in separaten Arbeitsschritten gefertigt werden, wobei der Grundkörper zunächst geschäumt und dann nach Entnahme aus der Schaumform mit der in die Kunststoffschicht einzubettenden Netzstruktur in einer Formpresse verbunden wird.
Ein weiteres Kunststoffbauteil ist aus DE 198 19 750 A1 bekannt. Bei diesen Kunststoffbauteil sind ein Grundkörper aus expandiertem Polypropylen und eine als Gewebe, Gewirke oder Gelege ausgebildete Mischfaserschicht mit einem Anteil von Fasern aus Polypropylen und mit einem weiteren Anteil von reißfesten Verstärkungsfasern beispielsweise aus Glas, Karbon, Aramid oder Metall vorhanden. Durch Verschmelzen der Fasern aus dem zu dem Material des Grundkörpers gleichartigen Material ergibt sich eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper und der Mischfaserschicht. In bestimmten Anwendungen ist bei diesen Kunststoffbauteil jedoch die nicht ganz optimale Reißfestigkeit aufgrund der den Zusammenhalt der Verbindungsfasern schwächenden Anteil von mit dem Grundkörper verschmolzenen Fasern nachteilig.
Ein weiteres Kunststoffbauteil ist aus DE 196 52 690 A1 bekannt. Bei dem letztgenannten Kunststoffbauteil ist ein Überzug aus beschichtetem Gewebe auf ein Polsterkissen aus expandiertem Polypropylen-Partikelschaum aufgebracht. Eine Verstärkungsfunktion des zu dekorativen Zwecken aufgebrachten Überzugs ist jedoch primär nicht beabsichtigt und daher in vielen Anwendungsbereichen naturgemäß unzureichend.
Weitere Kunststoffbauteile sind beispielsweise aus dem Artikel „EPE und EPP: Eigenschaftsprofile und aktuelle Anwendungen in Europa” von E. Meier in Thermoplastische Partikelschaumstoffe – aktueller Stand und Perspektiven, VDI-Verlag, Düsseldorf, 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 abbrechen und beispielsweise bei einer Ausgestaltung der Kunststoffbauteile als Instrumententafeln für Kraftfahrzeuge als Bruchstücke 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 einfache Herstellbarkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird bei einem Kunststoffbauteil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die gitterartige Netzstruktur ein reißfestes Kernmaterial aufweist, das von einem Mantelmaterial umgeben ist, wobei das Mantelmaterial mit dem Schaumstoffmaterial des Grundkörpers kraftschlüssig verbunden ist.
Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Kunststoffbauteil eine gitterartige Netzstruktur vorgesehen ist, die aus einem reißfesten Kernmaterial und einem das Kernmaterial umgebenden, mit dem Grundkörper kraftschlüssig verbindbaren Mantelmaterial aufgebaut ist, läßt sich in einem Arbeitsschritt der Grundkörper aufschäumen und die Netzstruktur anformen, da eine ausreichende Anzahl von Dampfdüsen einer Partikel-Schäumeinrichtung offenbleibt.
Vorzugsweise sind das Schaumstoffmaterial und das Mantelmaterial aus einem Polypropylenmaterial mit im wesentlichen gleichen Schmelzpunkten.
Zweckmäßig ist weiterhin, dass das Kernmaterial ein gegenüber dem Schmelzpunkt des Schaumstoffmaterials und des Mantelmaterials 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 weiterhin zweckmäßig, dass das Kernmaterial mit einer Vielzahl von Fasern ausgebildet ist.
Um die Netzstruktur vorzuformen, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass das Mantelmaterial ein thermoplastischer Kunststoff ist.
Für besonders bruchfeste Kunststoffbauteile ist zweckmäßigerweise 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 Zeichnung. Es zeigen:
1 in einer teilgeschnittenen, perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt einer Partikel-Schäumeinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Kunststoffbauteil gemäß einer ersten Ausgestaltung,
2 das Kunststoffbauteil gemäß der in 1 gezeigten ersten Ausgestaltung im Schnitt und
3 ein erfindungsgemäßes Kunststoffbauteil gemäß einer zweiten Ausgestaltung im Schnitt.
1 zeigt in einer teilgeschnittenen, perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt einer Partikel-Schäumeinrichtung 1, die über ein Werkzeugmatrize 2 und ein der Werkzeugmatrize 2 gegenüberliegende 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 Kunststoffbauteil gefertigt wird.
Die Werkzeugpatrize 3 verfügt über eine Anzahl von Partikeleintrittsöffnungen 6, durch die zur Ausbildung eines Grundkörpers 7 aus einem festen, über die gesamte Masse verteilte, offene und/oder geschlossene Zellen aufweisenden Schaumstoffmaterial über eine in 1 nicht dargestellte Partikelzuführeinrichtung kugelartige oder zylinderartige, geschlossene 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 1 verfügt weiterhin über eine Dekorlage 9, die direkt oder über einen Haftvermittler vollflächig mit dem Grundkörper 7 verbunden ist. Weiterhin ist die Instrumententafel 5 an ihrer der Dekorlage 9 gegenüberliegenden Seite bereichsweise mit einer Netzstruktur 10 ausgestattet, die aus einem reißfesten Kernmaterial und einem das Kernmaterial umgebenden Mantelmaterial 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 Grundkörper 7 aufweisen.
2 zeigt die Instrumententafel 5 als Kunststoffbauteil gemäß der in 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 beispielsweise im Bereich eines Airbag-Schußkanals 13 angeordnet 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 durchtrennt, während sie an der anderen Randseite vorzugsweise ausgestülpt ist und als Scharnier wirkt.
3 zeigt eine Instrumententafel 15 als ein erfindungsgemäßes Kunststoffbauteil gemäß einer zweiten Ausgestaltung im Schnitt. Die Instrumententafel 15 gemäß 3 verfügt wie die Instrumententafel 5 gemäß 1 und 2 über einen Grundkörper 16, der an einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten 17, 18 mit einer ersten Netzstruktur 19 beziehungsweise einer zweiten Netzstruktur 20 kraftschlüssig verbunden ist. Die Netzstrukturen 19, 20 bei der zweiten Ausgestaltung sind entsprechend der Netzstruktur 10 gemäß der ersten Ausgestaltung aufgebaut. Die erste Netzstruktur 19 ist in Befestigungsbereichen 21 zur Aufnahme von Trägern 22 freistehend vorgeformt, während die zweite Netzstruktur 20 vollständig an dem Grundkörper 16 anliegt. An der dem Grundkörper 16 gegenüberliegenden Seite ist die zweite Netzstruktur 20 kraftschlüssig über das Mantelmaterial als Haftvermittler mit einem elastischen Körper 23 verbunden, der wiederum außenseitig über einen Haftvermittler mit einer Dekorlage 24 in Verbindung 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 Netzstrukturen 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 durchgängig und vorstehend als Scharnier ausgebildet ist.
Die Grundkörper 7, 16 der vorgenannten Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Kunststoffbauteile sind beispielsweise aus einem expandierbaren Polypropylenmaterial, einem sogenannten PP-E-Schaum, oder einem expandierbaren Polystyrolmaterial 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 Extrusionsschäumen. Die Dampftemperatur entsteht in dem Hohlraum 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 aufgebaut 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 Polyurethanen (TPU) gebildet, die einschichtig oder auch zweischichtig aufgebaut sein kann. Bei einem zweischichtigen Aufbau ist die dem Grundkörper 7, 16 zugewandte Schicht als ein Schaum ausgebildet, der Haftungseigenschaften zu dem Material 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 Verbindung 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 beispielsweise 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 Netzstrukturen 10, 19, 20 erfolgt durch Verschmelzung mit dem jeweiligen Grundkörper 7, 16 durch Verschmelzung des Mantelmaterials im Sinterprozeß beziehungsweise nach Herstellung des Grundkörpers 7, 16 durch Reibschweißen oder Ultraschallschweißen außerhalb einer Schäumform.
Neben der Ausgestaltung von erfindungsgemäßen Kunststoffbauteilen als Instrumententafeln 5, 15 gemäß der ersten Ausgestaltung beziehungsweise der zweiten Ausgestaltung ist für Anwendungen im Kraftfahrzeugbau erfindungsgemäß vorgesehen, Kunststoffbauteile weiterhin beispielsweise als Türverkleidungen, Holmverkleidungen, als Knieschutz, Werkzeugablage, Kofferraumfüllstücke, Rückenlehnen, Kopfstützen, Armlehnen und dergleichen auszubilden.
Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen von Kunststoffbauteilen sind beispielsweise gegeben durch Verpackungs- und Transportbehälter für technische Teile, Fahrradschutzhelme oder Kühlboxen und dergleichen.

Claims

Kunststoffbauteil mit einem Grundkörper aus einem steifen Schaumstoffmaterial und mit einer gitterartigen Netzstruktur, wobei der Grundkörper wenigstens auf einer Oberflächenseite (17, 18) mit der gitterartigen Netzstruktur verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die gitterartige Netzstruktur (10, 19, 20) ein reißfestes Kernmaterial aufweist, das von einem Mantelmaterial umgeben ist, wobei das Mantelmaterial mit dem Schaumstoffmaterial des Grundkörpers (7, 16) kraftschlüssig verbunden ist.
Kunststoffbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaumstoffmaterial und das Mantelmaterial aus einem Polypropylenmaterial mit im wesentlichen gleichen Schmelzpunkten sind.
Kunststoffbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial ein gegenüber dem Schmelzpunkt des Schaumstoffmaterials und des Mantelmaterials höhere Schmelztemperatur aufweist.
Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzstruktur (10, 19, 20) aus kreuzartig gewebten Einzelsträngen besteht.
Kunststoffbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelmaterial in Kreuzungsbereichen von Einzelsträngen miteinander verbunden ist.
Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial mit einer Vielzahl von Fasern ausgebildet ist.
Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelmaterial ein thermoplastischer Kunststoff ist.
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.
Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dekorlage (24) vorgesehen ist, die direkt oder über einen Haftvermittler mit einer Netzstruktur (20) verbunden ist.
Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastischer Körper (23) vorgesehen ist, wobei eine Netzstruktur (20) mit dem elastischen Körper (23) kraftschlüssig verbunden ist.