DE10059762A1 - Verbundteil und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Zur Herstellung eines Verbundteils (10) für ein Fahrzeug, insbesondere einer Instrumententafel, bei welchem eine ein- oder mehrschichtige flexible Dekorlage (12) rückseitig mit einem Trägerteil (14) verbunden wird, wird vorgeschlagen, daß in einem geöffneten Formwerkzeug (42) auf die darin befindliche Dekorlage (12) eine aus einem Reaktionsschaum-Kunststoff bestehende Formmasse (44) aufgebracht wird und sodann bei geschlossenem Formwerkzeug (42) das Trägerteil (14) als mit der Dekorlage (12) stoffschlüssig verbundenes formstabiles Schaumformteil (24) durch Aufschäumen der Formmasse (44) gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundteils für ein Fahrzeug, insbesondere einer Instrumententafel, bei welchem eine ein- oder mehr­ schichtige flexible Dekorlage rückseitig mit einem Trä­ gerteil verbunden wird. Die Erfindung betrifft weiter ein entsprechendes Verbundteil.

Bei der Herstellung von räumlich komplexen Innenausbau­ teilen von Kraftfahrzeugen wie Instrumententafeln ist es in der Praxis bekannt, eine durch Rotationsformen gebildete dekorative Kunststoff- bzw. Slushhaut mit ei­ nem als Spritzgußteil ausgebildeten rückseitigen Träger über eine geschäumte Zwischenschicht zu verbinden. Die Kunststoff-Formhaut läßt sich aufgrund ihrer elasti­ schen Verformbarkeit einstückig ohne besonderen Aufwand auch über Hinterschnitte stülpend entformen, während der Träger die erforderliche Formsteifigkeit verleiht. Die geschäumte Zwischenschicht als Verbindungselement vermittelt eine besondere Haptik und erfüllt zudem wei­ tere Anforderungen wie Verbesserung der akustischen Dämpfung und Verringerung der Verletzungsgefahr. Zur Herstellung der Zwischenschicht müssen die Slushhaut und der Träger als vorgefertigte Teile lagerichtig in eine Schäumform eingelegt werden. Für jede Schicht ist somit ein gesondertes Werkzeug vorgesehen, und es er­ gibt sich insgesamt ein erheblicher Fertigungsaufwand.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren und ein Erzeugnis der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß sich bei einfacher Herstellung ein breites Anforderungsprofil insbesondere im Kraftfahrzeugbereich abdecken läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 16 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, den Werkzeug­ aufwand durch Anschäumen des Trägerteils zu verringern, ohne dabei die Dekorlage durch hohe Schaumdrücke nach­ teilig zu beanspruchen. Dementsprechend wird erfin­ dungsgemäß vorgeschlagen, daß in einem geöffnetem Form­ werkzeug auf die darin befindliche Dekorlage eine aus einem Reaktionsschaum-Kunststoff bestehende Formmasse aufgebracht wird und sodann bei geschlossenem Formwerk­ zeug das Trägerteil als mit der Dekorlage stoffschlüs­ sig verbundenes formstabiles Schaumformteil durch Auf­ schäumen der Formmasse gebildet wird. Damit wird er­ reicht, daß das Trägerteil in einem Arbeitsschritt mit einem einzigen Werkzeug zugleich erzeugt und mit der Dekorlage fest verbunden werden kann. Das paßgenaue Einlegen eines vorgefertigten Trägerteils in eine Form entfällt somit. Durch das Formschäumen des Trägerteils läßt sich ein breites Eigenschaftsbild des fertigen Bauteils realisieren. Ein besonders wesentlicher Ge­ sichtspunkt liegt in der schonenden Behandlung der De­ korlage, indem die Formmasse bei geöffnetem Werkzeug eingetragen und somit ein hoher Einspritzdruck vermie­ den wird. Durch die Verwendung eines Reaktionsschaum- Kunststoffs kann der Schaumdruck und die Werkzeugtempe­ ratur niedrig gehalten werden, so daß die Dekorlage auch bei geringer Schichtdicke nicht beschädigt wird.

Vorteilhafterweise wird die Formmasse auf die in die Kavität des Formwerkzeugs eingelegte Dekorlage schicht­ förmig aufgetragen, wodurch sich insgesamt ein flächi­ ges Bauteil mit geringem Eigengewicht ergibt.

Um den Schaumdruck und die Schaumdichte gezielt zu be­ einflussen, kann beim Einbringen der Formmasse in die Kavität des Formwerkzeugs ein Expansionsraum freigehal­ ten werden, wobei der Formfüllgrad zweckmäßig zwischen 50% und 80% beträgt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung erfolgt die Beschickung der Schäumform dadurch, daß ein Massestrahl aus fließfähiger Formmasse vorzugs­ weise mittels eines Handhabungsautomaten der Kontur der Dekorlage folgend aufgetragen wird. Um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, ist es von Vorteil, wenn die Formmasse mit vorzugsweise durch Glasfasern gebil­ deten Verstärkungsfasern oder Füllstoffen versetzt wird. Dies läßt sich auf besonders vorteilhafte Weise in den Fertigungsablauf integrieren, wenn ein Strom aus Formmasse vor dem Einbringen in das Formwerkzeug mit einem Strom aus Verstärkungsfasern zusammengeführt wird. Dabei kann das Mengenverhältnis zwischen Formma­ sse und Verstärkungsfasern beim Einbringen in das Form­ werkzeug zur bereichsweisen Beeinflussung der Steifig­ keit und Festigkeit des Schaumformteils lokal variiert werden.

Um günstige Herstellungsbedingungen und eine hohe Strukturstabilität zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn das Trägerteil als Hartschaumformteil oder gegebe­ nenfalls als Halbhart-Schaumformteil ausgebildet wird. Dabei sollte die mittlere Schaumdichte im Bereich von 0,3 bis 1,4 g/cm³, vorzugsweise 0,6 bis 0,9 g/cm³ lie­ gen.

Um auch bei komplexer Geometrie mit einfachem Werkzeug eine ästhetischen Ansprüchen genügende Sichtseite zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn die Dekorlage als Kunststoff-Formhaut durch Rotationsformen gebildet wird, wobei sich gegebenenfalls mehrere Schichten in aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen in ein und der­ selben Form herstellen lassen. Dabei ist es günstig, wenn in der Rotationsform in einem ersten Schmelzzyklus thermoplastische Kunststoffpartikel an einer beheizba­ ren Formwand angeliert werden und an die so gebildete sichtseitige Hautschicht der Dekorlage in derselben Form in mindestens einem weiteren Schmelzzyklus jeweils eine weitere Schicht angeformt wird.

Bei einer mehrschichtig gesinterten Dekorlage ist es von Vorteil, wenn eine Sinterschicht, vorzugsweise die Rückenschicht aufgeschäumt wird. Dadurch wird eine be­ rührungssympathische Griffigkeit erzielt, und es wird die sichtseitige Decklage beim Ausschäumen des Träger­ teils zusätzlich gegen Druckbeanspruchung geschont. Ei­ ne weitere verfahrenstechnische Verbesserung läßt sich dadurch erreichen, daß der Schäumprozess bei einer Werkzeugtemperatur aktiviert wird, die unter der Ge­ lier-Temperatur der zuvor geformten Schicht liegt.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Verbundteil ist dadurch gekennzeichnet, daß das Träger­ teil aus einem in einem Formwerkzeug an die Dekorlage angeschäumten, aus einem Reaktionsschaum-Kunststoff ge­ bildeten formsteifen Schaumformteil besteht. Vorteil­ hafterweise ist die Dekorlage aus Polyvinylchlorid oder einem thermoplastischen Polyurethan-Elastomer gebildet, während der Reaktionsschaum-Kunststoff aus Polyurethan- Ausgangskomponenten besteht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine als Verbundteil aus einer zweischichtigen Dekorlage und einem Schaumformteil als Träger bestehende Instrumententafel in schaubildlicher Darstellung;

Fig. 2 die Schichtstruktur der Instrumententafel nach Fig. 1 in einem ausschnittsweisen Schnitt;

Fig. 3 ein mit Kunststoff-Sinterpulver gefülltes Rota­ tionswerkzeug zur Herstellung der sichtseitigen Hautschicht der Dekorlage im Schnitt;

Fig. 4 das Rotationswerkzeug nach Fig. 3 in einer zwei­ ten Verfahrensstufe zur Herstellung einer ge­ schäumten Rückenschicht der Dekorlage;

Fig. 5 eine Handhabungseinheit zum rückseitigen Auftra­ gen einer reaktiven Formmasse auf die in einem geöffneten Schäumwerkzeug befindliche Dekorlage in geschnittener Darstellung; und

Fig. 6 das zum Schäumen des Trägers geschlossene Schäumwerkzeug nach Fig. 5.

Die in der Zeichnung dargestellte Instrumententafel 10 für ein Kraftfahrzeug besteht als räumlich komplex ge­ formtes Verbundteil aus einer zweischichtigen flexiblen Dekorlage 12 und einem damit verbundenen formsteifen Trägerteil 14.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, umfaßt die Dekor­ lage 12 eine die Sichtseite 16 des Verbundteils 10 bil­ dende äußere Hautschicht 18 und eine hinter die Haut­ schicht 18 geschäumte, an ihrer Rückseite 20 flächig mit dem Trägerteil 14 verbundene Rücken- bzw. Zwischen­ schicht 22. Sowohl die sichtseitige Hautschicht 18 als auch die Zwischenschicht 22 sind durch Rotationsformen, speziell im Rotationssinterverfahren (Powder-Slush- Molding) aus einem Kunststoff-Sinterpulver in nachste­ hend näher beschriebener Weise hergestellt. Die Haut­ schicht 18 kann dabei mit einer Dicke von wenigen Zehn­ tel Millimeter geformt werden, wobei sich die Sichtsei­ te 16 gegebenenfalls mit einer dekorativen Oberflächen­ struktur versehen läßt.

Das Trägerteil 14 ist als schichtförmiges formsteifes Schaumformteil 24 zur formstabilen Abstützung der De­ korlage 12 ausgebildet. Zur zusätzlichen Strukturver­ stärkung kann das Schaumformteil 24 Verstärkungsfasern 26 enthalten. Seine mittlere Dichte liegt im Bereich von 0,3 bis 1,4 g/cm³, vorzugsweise etwa 0,6 g/cm³. Es besteht aus einem Reaktionsschaum-Kunststoff aus Poly­ urethan-Ausgangskomponenten, die als fließfähige Form­ masse auf die Dekorlage 20 rückseitig aufgetragen und sodann reaktiv ausgeschäumt werden. Einzelheiten erge­ ben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Her­ stellungsablaufes.

Das in Fig. 3 gezeigte Rotationsformwerkzeug 28 besteht im wesentlichen aus einem drehbar gelagerten Pulverbe­ hälter 30, auf den eine erwärmbare Form 32 über einen umlaufenden Dichtungsflansch 34 aufgesetzt ist. Der Pulverbehälter 30 enthält PVC-Pulver 36, das bei Rota­ tion des Werkzeugs 28 an der erwärmten Innenwand 38 der Form 32 anhaftet und unter Bildung der sichtseitigen Hautschicht als sogenannte Slushhaut 18 geliert und beim Abkühlen aushärtet. Weitere Details dieses an sich bekannten Formgebungsverfahrens lassen sich beispiels­ weise aus der DE 34 17 727 C2 entnehmen.

Gemäß Fig. 4 wird in der nächsten Verfahrensstufe die Zwischenschicht 22 ebenfalls durch "Slushen" herge­ stellt, wobei die zuvor gebildete Slushhaut 18 in der Form 32 verbleiben kann, während diese auf einen zwei­ ten Behälter 30 umgesetzt wird. Das Kunststoffpulver 38 im zweiten Pulverbehälter 30 enthält zusätzlich ein chemisches Treibmittel, welches dafür sorgt, daß die Zwischenschicht 22 beim Gelieren zugleich leicht auf­ schäumt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Pulver 38 eine tiefere Geliertemperatur als der Werkstoff 36 der vorderen Hautschicht 18 aufweist, so daß die Wärmeabga­ be der Form 32 beim Umsetzen nicht ausgeglichen werden muß. Die auf diese Weise als Doppel-Slushhaut gebildete Dekorlage 12 kann als Zwischenprodukt der Form 32 ent­ nommen werden. Sofern die Entformung keine Schwierig­ keiten bereitet, ist es denkbar, daß die Dekorlage für den nachstehend beschriebenen Verfahrensschritt in der Urform verbleibt.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird zur Herstellung des Träger­ teils 14 die Dekorlage 12 in das Unterteil 40 eines ge­ öffneten Schäumwerkzeugs 42 eingelegt und an der nach oben weisenden Rückseite 20 der Zwischenschicht 22 mit einer reaktiv schäumbaren fließfähigen Formmasse 44 be­ aufschlagt.

Die Formmasse 44 besteht als an sich bekanntes PUR- System aus einer treibmittelhaltigen Hydroxyverbindung und einer Isocyanatkomponente sowie Zusatzstoffen wie Aktivatoren. Sie wird als Massestrahl 48 mittels eines Handhabungsautomaten (Roboterarm 46) in einer vorgege­ benen Bewegungsbahn 50 der Kontur der Dekorlage 12 fol­ gend schichtförmig aufgetragen.

Die Formmasse 44 wird vor dem Eintragen in die Form 40 in einer Mischkopf 52 mit den Verstärkungsfasern 26 versetzt. Zu diesem Zweck wird in dem Mischkopf 52 ein Formmassestrom 54 mit einem Verstärkungsfaserstrom 56 zusammengeführt, so daß die Verstärkungsfasern 26 von der Formmasse 44 ummantelt werden.

In der nächsten Verfahrensstufe (Fig. 6) wird das Ober­ teil 58 des Schäumwerkzeugs 42 abgesenkt und die Form­ masse 44 unter Bildung des Schaumformteils 24 aufge­ schäumt und ausgehärtet. Das Schaumformteil 24 bildet dabei als Hartschaumkörper eine in sich steife, mit der Dekorlage 12 klebend verbundene Tragschicht. Zur Ver­ besserung der Klebeverbindung kann vor dem Auftragen der Formmasse ein Haftvermittler (Primer) rückseitig auf die Dekorlage 12 aufgebracht werden. Um den Schäum­ druck möglichst gering zu halten, läßt sich die Schichtdicke der Formmasse 44 so bemessen, daß in der Kavität 60 des Formwerkzeugs 42 ein Expansionsraum freigehalten wird (nicht gezeigt). Nach der Härtung der Tragschicht 24 wird das Schäumwerkzeug 42 geöffnet und das fertige Verbundteil 10 entformt.

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundteils (10) für ein Fahrzeug, insbesondere einer Instrumenten­ tafel, bei welchem eine ein- oder mehrschichtige flexible Dekorlage (12) rückseitig mit einem Trä­ gerteil (14) verbunden wird, dadurch gekennzeich­ net, daß in einem geöffnetem Formwerkzeug (42) auf die darin befindliche Dekorlage (12) eine aus einem Reaktionsschaum-Kunststoff bestehende Formmasse (44) aufgebracht wird und sodann bei geschlossenem Formwerkzeug (42) das Trägerteil (14) als mit der Dekorlage (12) stoffschlüssig verbundenes formsta­ biles Schaumformteil (24) durch Aufschäumen der Formmasse (44) gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formmasse (44) auf die in die Kavität (60) des Formwerkzeugs (42) eingelegte Dekorlage (12) schichtförmig aufgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Einbringen der Formmasse (44) in die Kavität (60) des Formwerkzeugs (42) ein Expan­ sionsraum freigehalten wird, wobei der Formfüllgrad zwischen 50% und 80% beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Massestrahl (48) aus fließ­ fähiger Formmasse (44) vorzugsweise mittels eines Handhabungsautomaten (46) der Kontur der Dekorlage (12) folgend aufgetragen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formmasse (44) mit vorzugs­ weise durch Glasfasern gebildeten Verstärkungsfa­ sern (26) oder Füllstoffen versetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom (54) aus Formmasse (44) vor dem Einbringen in das Formwerkzeug (42) mit einem Strom (56) aus Verstärkungsfasern (26) zusammengeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mengenverhältnis zwischen Formma­ sse (44) und Verstärkungsfasern (26) beim Einbrin­ gen in das Formwerkzeug (42) lokal variiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerteil (14) als Hart­ schaumformteil (24) ausgebildet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumformteil (24) auf ei­ ne mittlere Dichte von 0,3 bis 1,4 g/cm³, vorzugs­ weise 0,6 bis 0,9 g/cm³ ausgeschäumt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dekorlage (12) als Kunst­ stoff-Formhaut durch Rotationsformen gebildet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß eine aus mehreren Schich­ ten (18, 22) zusammengesetzte Dekorlage (12) in ei­ nem mehrstufigen Rotationsformverfahren erzeugt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß in einer Rotationsform (32) in einem ersten Schmelzzyklus thermoplastische Kunststoffpartikel (36) an einer beheizbaren Form­ wand angeliert werden, und daß an die so gebildete sichtseitige Hautschicht (18) der Dekorlage (12) in derselben Rotationsform (32) in mindestens einem weiteren Schmelzzyklus jeweils eine weitere Schicht (22) angeformt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Schicht der Dekorlage (12), vor­ zugsweise die Rückenschicht (22) aufgeschäumt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schäumprozess bei einer Werkzeugtemperatur aktiviert wird, die unter der Gelier-Temperatur der zuvor geformten Schicht (18) liegt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß auf die Rückseite (20) der Dekorlage (12) ein Haftvermittler aufgetragen wird.

16. Verbundteil für ein Fahrzeug, insbesondere Instru­ mententafel, mit einer ein- oder mehrschichtigen flexiblen Dekorlage (12) und einem mit der Dekorla­ ge (12) verbundenen rückseitigen Trägerteil (14), dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerteil (14) aus einem in einem Formwerkzeug (42) an die Dekorlage (12) angeschäumten, aus einem Reaktionsschaum- Kunststoff gebildeten formsteifen Schaumformteil (24) besteht.

17. Verbundteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dekorlage (12) aus Polyvinylchlorid oder einem thermoplastischen Polyurethan-Elastomer besteht.

18. Verbundteil nach Anspruch 16 oder 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Reaktionsschaum-Kunststoff aus Polyurethan-Ausgangskomponenten besteht.