DE10015158A1 - Formträgerteil mit integriertem Heizelement und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
Formträgerteil mit integriertem Heizelement und Verfahren zur Herstellung desselbenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines eine dreidimensionale Gestalt aufweisenden Formträgerteils mit integriertem Heizelement. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zumindest ein flächiges, dreidimensional verformbares Heizelemente (2) im Formhohlraum eines Formpresswerkzeugs an eine Wandung des Formhohlraums angrenzend positioniert. Dann wird eine Kunststoffmatrix in den Formhohlraum eingebracht und die Kunststoffmatrix im Formpresserkzeug zu einem Formträgerteil (1) verpresst und ausgehärtet. Die Kunststoffmatrix stellt dabei eine Haftverbindung zwischen der Oberfläche des Formträgerteils (1) und dem Heizelement (2) her. Die Erfindung betrifft ferner ein Formträgerteil (1) mit einem darauf befindlichen flächigen Heizelement (2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
eine dreidimensionale Gestalt aufweisenden Formträgerteils
mit integriertem Heizelement. Ferner betrifft die Erfindung
ein Formträgerteil für ein Fahrzeug wie beispielsweise ein
Kraft- oder Schienenfahrzeug, Flugzeug oder auch Schiff oder
allgemein ein Innenausstattungs- oder Verkleidungsteil, das
mit einem integrierten Heizelement versehen ist, um zum einen
ein angenehmes Berührgefühl zu schaffen und zum anderen, zu
vermeiden, dass im Umgebungsbereich eines solchen Teils ein
Kältegefühl aufkommt, das von Personen als unangenehm
empfunden werden kann und unter Umständen auch zu
unangenehmem Zug führen kann.
Formträgerteile im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind
beispielsweise Tür- oder Dachinnenverkleidungen für
Kraftfahrzeuge oder auch andere dreidimensional gestaltete
Bauteile oder flächige Trägerelemente, auf denen optional
zusätzlich ein Dekormaterial aufgebracht ist. Auch
Mittelkonsolen, Armlehnen oder Einzelteile hiervon sind
hierunter zu subsumieren. Dekormaterialien können hier Leder,
Lederersatzstoffe, Kunststoffbeschichtungen, Folien etc.
sein.
Es ist bekannt, Formträgerteile in einem Formpresswerkzeug
herzustellen. Dabei sind z. B. Verstärkungseinlagen bzw.
Verstärkungsfasern, etwa Naturfasern aus Flachs und Sisal, in
eine Kunststoffmatrix, z. B. Polyurethan, eingebunden. Ein
Zuschnitt aus dem Verstärkungsmaterial und die
Kunststoffmatrix werden in dem Formpresswerkzeug unter Druck
und Temperatur zum gewünschten Formträgerteil formgepresst
und ausgehärtet. Sodann werden die gewünschten Dekorschichten
hierauf aufkaschiert. Derartige, ein attraktives Äußeres
aufweisende Formträgerteile können unmittelbar als
Innenverkleidungsteile eingesetzt werden.
Es ist bereits hinlänglich bekannt, in Kraftfahrzeugen
Heizelemente vorzusehen, um, wie eingangs beschrieben, im
Bereich von Innenverkleidungsteilen ein unangenehmes
Kältegefühl zu vermeiden. So ist in der DE 30 03 154 C2 eine
Tür offenbart, in der ein Flächenheizkörper vorgesehen ist.
Ein spezieller Zweck dieses Flächenheizkörpers besteht darin,
im Inneren von Personenkraftwagen ein wesentlich
behaglicheres Klima zu erzeugen als mit zwangskonvektiver
Raumbeheizung. Bei der hier vorgeschlagenen Lösung zur
Beheizung der Tür ist der Flächenheizkörper allerdings als
hohles Element ausgebildet und als Wärmeträger Flüssigkeit
oder ein Gas vorgesehen. Damit ist bei dieser Lösung das
Problem vorhanden, dass ein großer Bauraum für das
Heizelement notwendig ist, zudem sind aufwendige
Verbindungsstellen zu den Peripheriegeräten erforderlich.
Eine sehr ähnliche Lösung ist aus der DE 27 19 616 C2
bekannt. Hier sind Plattenwärmetauscher als Wärmestrahler in
der Seitentürverkleidung vorgesehen. Als Wärmeträger dient
eine Flüssigkeit, wodurch ebenfalls die zuvor genannten
Probleme auftreten.
Aus der EP 0 350 896 A1 bzw. dem korrespondierenden
Gebrauchsmuster DE 88 09 007 U1 ist bekannt, ein Heizelement
in einem Fahrzeuginnenraum vorzusehen, das als Wärmetauscher
in Form eines Flächenelementes ausgebildet ist. Der
Flächenheizkörper ist in der Seitenwandverkleidung eingebaut.
Auch hier ist der erforderliche Bauraum sehr groß und die
entsprechenden Einrichtungen sind sehr aufwendig, um diesen
Heizkörper zu betreiben. Das gleiche gilt für die Lösung
gemäß DE 35 16 444 A1, die mit dem Gebrauchsmuster DE 84 20 082 U1
übereinstimmt und Plattenwärmetauscher offenbart. Zu
diesen hierin offenbarten Lösungsprinzipien sind noch die DE 28 34 838 A1
wie auch die US 4,920,759 zu nennen. In letzter
Druckschrift ist ein Heizkörper in einer Dachverkleidung wie
auch in einer Türverkleidung vorgeschlagen. Zwar ist der
erforderliche Bauraum hier geringer und die erforderlichen
Peripheriegeräte bei der letzten Druckschrift weniger
aufwendig als bei den vorgenannten, da hier Keramikheizungen
vorgeschlagen werden, aber weiterhin ist der erforderliche
Bauraum nicht unbeträchtlich.
Schließlich ist in der JP 60-213519 ein Heiz- oder
Kühlelement in Form eines Peltier-Elementes offenbart, das in
eine Türarmauflage, Mittelkonsole oder eine Sitzarmlehne
einzubauen ist. Auch hier ist ein großer Bauraum erforderlich
und nur schwerlich eine gleichmäßige Beheizung möglich.
Ein der Erfindung zugrunde liegendes technisches Problem
besteht darin, ein Herstellungsverfahren für ein
kostengünstiges, beheizbares und trotzdem eine geringe Dicke
aufweisendes Formträgerteil bereitzustellen. Darüber hinaus
liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein
kostengünstiges, beheizbares und ohne weiteres auch
weiterbearbeitbares Formträgerteil zu schaffen.
Diese der Erfindung zugrunde liegenden technischen Probleme
werden durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 und ein
Formträgerteil mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zuerst zumindest ein
flächiges, dreidimensional verformbares Heizelement in den
Formhohlraum eines Formpresswerkzeuges an eine Wandung des
Formhohlraums angrenzend positioniert. Daraufhin wird eine
Kunststoffmatrix in den Formhohlraum eingebracht und die
Kunststoffmatrix wird im Formpresswerkzeug zu einem
Formträgerteil verpresst und ausgehärtet. Dabei wird durch
die Kunststoffmatrix mit dem flächigen Heizelement eine
Haftverbindung zwischen der Oberfläche des Formträgerteils
und dem Heizelement hergestellt. Dabei kann das Heizelement
auf einer der beiden Flachseiten, also der Vorder- oder der
Rückseite des Formträgerteils angeordnet werden.
Somit wird bereits bei der Herstellung des Formträgerteils
das Heizelement der Kontur des Formträgerteils folgend
angepasst und unmittelbar bei der Herstellung des
Formträgerteils integriert. Erfindungsgemäß wird also ein
Formträgerteil geschaffen, das durch Verpressen und Aushärten
einer Kunststoffmatrix geformt ist und in das zumindest in
einem Teilflächenbereich ein flächiges, dreidimensional
verformbares Heizelement in die ausgehärtete Kunststoffmatrix
integriert ist. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise hat den
Vorteil, dass die Herstellung von Formträgerteilen an sich
nur unwesentlich abgeändert werden muss und das Heizelement
bereits unmittelbar bei der Herstellung des Formträgerteils
integriert wird, wodurch sich das Handling eines solches
Teils bei der weiteren Bearbeitung gegenüber dem bisherigen
Formträgerteil nicht verändert.
Der Erfindung liegt hinsichtlich der Herstellung der Gedanke
zugrunde, ein an sich als Sitzheizung verwendetes
dreidimensionales verformbares Heizelement, wie es
beispielsweise aus der US 5,723,845 bekannt ist, erstmals
bereits bei der Herstellung eines Formträgerteils zu dessen
späterer Beheizung zu integrieren, wobei ausgenutzt wird,
dass sich das flächige Heizelement an die gewünschte
dreidimensionale Gestalt des Formträgerteils automatisch
anpasst. Als flächiges Heizelement kommt ein Stoff, ein
Gewebe oder ein Gewirke mit beheizbaren Heizwiderstände,
insbesondere in Form von Karbon-Fäden oder Karbon-Drähten,
die in gewünschter Weise beabstandet in dem Flächengebilde
eingebaut sind, zum Einsatz.
Ein solches Heizelement hat darüber hinaus den Vorteil, dass
spätere Nachbearbeitungen des Formträgerteils, z. B.
Ausstanzen von Ausnehmungen oder Bohren von Löchern, keinen
größeren Einfluss auf die Heizbarkeit des Formträgerteils
haben, da derartige Bearbeitungen auch ohne weiteres an dem
nunmehr integrierten verformbaren Heizelement vornehmbar
sind, ohne dass dessen Funktion darunter leidet. Bei dem hier
verwendeten Heizelement sind nämlich immer mehrere
elektrische Anschlüsse vorhanden, die zur Versorgung eines
bestimmten Abschnitts des Heizelements dienen. Sollte nun
eine Unterbrechung durch eine Ausstanzung vorhanden sein, so
wird dieser Abschnitt eben nicht mehr beheizbar sein, der
restliche Teil allerdings schon. Derartige Heizelemente
werden insbesondere unter dem Markennamen CARBOTEX® der
Firma W.E.T. in Deutschland angeboten.
Ein erfindungsgemäß hergestelltes Formträgerteil ist in
einfachster Weise, wie bereits zuvor angedeutet, weiter zu
verarbeiten. Es ist äußerst kostengünstig und für eine
Beheizung muss lediglich noch an die vorhandenen Anschlüsse
Strom angelegt werden. Es wird hierdurch ein angenehmes
Berührgefühl erzeugt, es kann auch durch entsprechende
Vorschaltung von Einstellgeräten die gewünschte Temperatur
eingestellt werden. Die in der vorhandenen Ausführungsform
vorhandenen Karbonfasern im Heizelement bieten auch eine
Verstärkung des Formträgerteils. Individuell können ohne
weiteres auch bestimmte Bereiche beheizt werden, entweder,
indem nur in diesen vorbestimmten Abschnitten des
Formträgerteils das Heizelement bei der Herstellung
vorgesehen wird, oder indem nur bestimmte Anschlüsse mit
Strom beaufschlagt werden. Eingangs wurde bereits erwähnt,
dass ohne weiteres auch Ausstanzungen etc. oder Bohrungen
einbringbar sind und die Funktion des bereits in der
Herstellung integrierten Heizelementes hierdurch nicht
beeinträchtigt wird. Durch die äußerst dünne Gestaltung des
Heizelementes wird das Formträgerteil gegenüber einer
Herstellung ohne Heizelement so gut wie nicht dicker. Auch
das zusätzliche Gewicht ist überhaupt kein Problem. Das
Gewicht des Heizelementes ist gegenüber dem Gesamtgewicht des
Formträgerteils absolut vernachlässigbar.
Bei der Herstellung wird mit anderen Worten das flächige
Heizelement in Form eines mit Heizwiderständen aus
Karbonfasern oder dergleichen vorgesehenen Geflechts,
Gewirkes, Stoffs oder Gewebes an eine Wandung des
Formpresswerkzeuges angelegt, z. B. auf den Pressstempel bzw.
die Pressmatrize, oder das Heizelement kann so in den
Formhohlraum eingebracht werden, dass es nach dem Schließen
bzw. Zusammenfahren des Formpresswerkzeuges an einer Wandung
des Werkzeuges anliegt. Es wird eine Kunststoffmatrix in den
Formhohlraum eingebracht und die Kunststoffmatrix wird im
Formpresswerkzeug zum Formträgerteil gepresst und
ausgehärtet. Dabei stellt die Kunststoffmatrix eine
Haftverbindung zwischen Formträgerteil und Heizelement her.
Erfindungsgemäß erfüllt damit die Kunststoffmatrix also eine
Doppelfunktion. Zum einen bildet sie die Form des
Formträgerteils aus, zum anderen dient sie als
Haftverbindungsmittel zwischen der Formträgerteiloberfläche
und dem Heizelement. Mit anderen Worten wird der
Herstellungsprozess des Formträgerteils gleichzeitig als
Verbindungsprozess zum Integrieren und Anbringen eines
flächigen Heizelementes auf dem Formträgerteil ausgenutzt.
Überraschenderweise hat sich nämlich herausgestellt, dass die
in das Formpresswerkzeug eingelegten dreidimensionalen
verformbaren Heizelemente durch den anschließenden Verpress-
und Aushärtvorgang nicht beschädigt werden. Weiterhin hat
sich gezeigt, dass ein guter Haftverbund zwischen
Formträgerteil und Oberfläche und den entsprechenden
Heizelementen erreicht wird. Ein Heizelement lässt sich glatt
und blasenfrei an der dreidimensional geformten
Formträgerteiloberfläche fixieren. Schließlich ist noch
herauszustellen, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zuerst das Heizelement im Formhohlraum positioniert werden
und die Kunststoffmatrix eingebracht werden kann oder
umgekehrt.
Alternativ zu dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es aber
auch möglich, dass das flächige Heizelement nach dem
Aushärten der Kunststoffmatrix auf das bereits geformte
Formträgerteil aufkaschiert wird, beispielsweise durch
Kleben.
Im Folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren
Verständnis ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematisierte Draufsicht auf ein
Formträgerteil gemäß der Erfindung für eine
Türinnenverkleidung eines Kraftfahrzeuges mit
innenseitig aufgebrachtem Heizelement, und
Fig. 2 eine schematisierte Schnittansicht eines
erfindungsgemäßen Formträgerteils mit an der
Vorderseite durch eine Kunststoffmatrix anhaftendem
Heizelement und darauf befindlicher Dekorschicht.
Anhand der Fig. 1 und 2 wird nachfolgend ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Formträgerteils 1
beschrieben. Das Formträgerteil 1, hier eine
Türinnenverkleidung für ein Kraftfahrzeug, besteht aus einem
in Polyurethan-Bindematrix getränkten Naturfaserzuschnitt,
der in einem Formpresswerkzeug verpresst in im Wesentlichen
der dreidimensionalen Gestalt des zu formenden
Innenverkleidungsteils vorliegt. Die Polyurethan-Bindematrix
ist ausgehärtet. Durch die ausgehärtete Bindematrix haftet
nach dem Herstellungsprozesss des Formträgerteils 1 (an sich
bekanntes Verfahren) das auch an sich bekannte flächige,
dreidimensional verformbare Heizelement 2 an der Vorderseite
an. In dem Heizelement, dessen Trägerteil z. B. aus einem
Stoff, einem Gewebe, einem Schaumstoff, einem Textilgewebe,
Hostafan, Teflon, Silikon, Capton, Misanit, Prepreg besteht,
sind in Form von Drähten oder Fäden Heizwiderstände 3
eingeflochten oder angenäht. Sie werden über Anschlüsse 6 mit
elektrischem Strom versorgt und können entsprechend dem
zugeführten Strom erwärmt werden. In dem in Fig. 1 gezeigten
Innenverkleidungsteil sind Ausnehmungen 4 und Löcher 5
eingebracht, die auch nach Aufbringen des Heizelementes 2 in
dem Formträgerteil 1 eingebracht werden können
(beispielsweise durch Stanzen oder Bohren). Aus der in Fig. 2
gezeigten schematisierten Schnittansicht ist ersichtlich,
dass auf diesem Formträgerteil mit integriertem Heizelement
2, je nach Bedarf, optional eine Dekorschicht 10, wie
beispielweise Leder, eine Dekorfolie, eine Kunststofffolie
oder dergleichen, aufkaschiert ist.
Die Herstellung dieses Formträgerteils erfolgt
folgendermaßen. In einem Formpresswerkzeug mit einem Stempel
und einer Matrix (Gesenk) wird der mit Polyurethan-
Bindematrix getränkte Naturfaserzuschnitt eingelegt. Zwischen
dem Stempel und dem so ausgestalteten Formträgerteil 1 wird
das Heizelement 2 eingelegt. Dann wird das Formpresswerkzeug
geschlossen und unter Wärmeeinbringung verpresst und
ausgehärtet. Durch diesen Aushärtvorgang haftet nun das
Heizelement 2 an der Vorderseite, aber auch wenn gewünscht,
an der Rückseite des Formträgerteils 1 das Heizelement 2 an.
Nach der weiteren Bearbeitung, wie beispielweise Einbringen
der Ausschnitte 4 und 5 kann dann noch eine weitere
Dekorschicht 10 aufkaschiert, d. h. aufgeklebt werden. Nach
randseitiger Bearbeitung des Formträgerteils ist dieses dann
für die Endmontage fertig.
Claims (11)
1. Verfahren zum Herstellen eines eine dreidimensionale
Gestalt aufweisenden Formträgerteils mit integriertem
Heizelement, bei dem
- - zumindest ein flächiges, dreidimensional verformbares Heizelement (2) im Formhohlraum eines Formpresswerkzeugs an eine Wandung des Formhohlraums angrenzend positioniert wird,
- - eine Kunststoffmatrix in den Formhohlraum eingebracht wird, und
- - die Kunststoffmatrix im Formpresswerkzeug zu einem Formträgerteil (1) verpresst und ausgehärtet wird, wobei die Kunststoffmatrix dabei mit dem flächigen Heizelement (2) eine Haftverbindung zwischen der Oberfläche des Formträgerteils (1) und dem Heizelement (2) herstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
zusätzlich ein Schichtstoff in den Formhohlraum eingelegt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
als Schichtstoff ein Naturfaserzuschnitt eingelegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Schichtstoff mit der Kunststoffmatrix getränkt
ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kunststoffmatrix nach dem Einlegen des
Schichtstoffs eingebracht wird.
6. Formträgerteil, insbesondere Türverkleidung für ein
Kraftfahrzeug, das durch Verpressen und Aushärten einer
Kunststoffmatrix geformt ist und auf dem zumindest in
einem Teilflächenbereich ein flächiges, dreidimensional
verformbares Heizelement (2) angebracht ist.
7. Formträgerteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass das flächige, dreidimensional verformbare
Heizelement (2) aus einem Trägerstoff oder -gewebe
besteht, in dem Heizdrähte (3) integriert sind.
8. Formträgerteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass das Formträgerteil (1) einen Schichtstoff als
Verstärkungseinlage enthält.
9. Formträgerteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass der Schichtstoff als Zuschnitt aus Papier, Gewebe,
Furnier, Vlies oder einer Matte aus Natur- und/oder
Synthese- oder Glasfasern gebildet ist.
10. Formträgerteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass das flächige, dreidimensional verformbare
Heizelement (2) durch die ausgehärtete Kunststoffmatrix
auf der Vorder- oder Rückseite des Formträgerteils (1)
integriert ist.
11. Formträgerteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass das flächige, dreidimensional verformbare
Heizelement (2) auf der Vorder- oder Rückseite des
Formträgerteils (1) aufgeklebt ist.
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