DE102005052350A1

DE102005052350A1 - Verfahren und System zum Herstellen eines Fahrzeuginnenauskleidungs-Paneels mit einer gesprühten Haut

Info

Publication number: DE102005052350A1
Application number: DE102005052350A
Authority: DE
Inventors: Jerome J. St. Clair Shores Sroka; Randy S. Fair Haven Reed; John G. Smith; Glenn A. Chesterfield Cowelchuk
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: International Automotive Components Group North America Inc
Priority date: 2004-11-03
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2006-05-11
Also published as: GB0521815D0; US20060091575A1; GB2419841A

Abstract

In zumindest bestimmten Ausführungsformen schlägt die voeliegende Erfindung ein Verfahren und ein System zum Herstellen eines Fahrzeuginnenauskleidungs-Paneels vor. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Sprühform, das Aufheizen der Sprühform auf eine erste Temperatur, das Aufsprühen pulverigen Polymermaterials auf die Oberfläche des Werkzeugs zum Ausbilden einer polymeren Hautschicht, und das Abkühlen der Sprühform auf eine zweite Temperatur. Das Verfahren umfasst ferner das Entfernen der Hautschicht aus dem Werkzeug und das Positionieren der Hautschicht in einem Formwerkzeug in beabstandeter Relation von einem Substrat, und das Einführen eines Schaummaterials zwischen das Substrat und die Hautschicht zum Ausbilden einer Schaumlage zwischen dem Substrat und der Hautschicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf sprühgeformte Häute für Fahrzeuginnenauskleidungs-Paneele sowie auf ein Verfahren und auf Systeme zu deren Herstellung.

Bekannte Fahrzeugteile und Herstellverfahren sind zu entnehmen aus US 5 662 996 A , US 6 210 614 A und US 6 544 449 A , sowie aus US 2002/0185784 A1, US 2004/0113322 A1, US 2004/0065981 A1 und US 2004/0134588 A1, beispielsweise.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren vorgeschlagen zum Herstellen eines Fahrzeuginnenauskleidungs-Paneels. In zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren eine Sprühform, das Aufheizen der Sprühform bis auf eine erste Temperatur, und das Aufsprühen pulverisierten Polymermaterials nahe zu der Oberfläche des Werkzeugs zum Formen einer polymerischen Hautschicht. Das Verfahren umfasst weiterhin das Abkühlen der Sprühform auf eine zweite Temperatur, das Entfernen der Hautschicht von dem Werkzeug, und das Positionieren der Hautschicht in einem Formwerkzeug in beabstandeter Relation zu einem Substrat, und schließlich das Einführen eines Schaummaterials zwischen das Substrat und die Hautschicht, um zwischen dem Substrat und der Hautschicht eine Schaumlage auszubilden.

Erfindungsgemäß wird auch ein System vorgeschlagen zum Herstellen eines Fahrzeuginstrumenten-Paneels. Das System umfasst eine Sprühform, die derart ausgebildet ist, dass sie wahlweise auf eine erste Temperatur aufgeheizt und auf eine zweite Temperatur abgekühlt werden kann, eine Sprühvorrichtung zum Versprühen pulverisierten Polymermaterials auf der Oberfläche des Werkzeugs zum Ausbilden einer Polymerhautschicht, und ein Schaumwerkzeug zum Einführen eines Schaummaterials zwischen das Substrat und die Hautschicht zum Ausbilden einer Schaumlage zwischen dem Substrat und der Hautschicht.

In zumindest einer Ausführungsform ist die erste Temperatur höher als die zweite Temperatur. In wenigstens einer weiteren Ausführungsform liegt die erste Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Polymermaterials. In zumindest einer anderen Ausführungsform beträgt die erste Temperatur zumindest 235°C.

Obwohl in Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise Ausführungsformen illustriert und offenbart werden, ist diese Offenbarung nicht so auszulegen, dass sie die Ansprüche beschränkt. Es wird vorausgesetzt, dass unterschiedliche Modifikationen und alternative Ausbildungen ebenfalls möglich sind, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht eines Instrumentenpaneels gemäß der Erfindung und zur Verwendung in einem Motorfahrzeug;
2 ist eine Querschnittsansicht des Paneels in der Schnittlinie 2-2 in 1;
3 ist eine schematische Ansicht einer Sprühform und einer Sprüheinrichtung zur Verwendung bei der Ausbildung des Paneels, wobei die Sprüheinrichtung beim Aufbringen von Material auf das Werkzeug gezeigt ist, um eine Hautschicht zu formen; und
4 ist eine schematische Ansicht der Hautschicht, die von einem Substrat beabstandet ist zwischen ersten und zweiten Formwerkzeugabschnitten einer Form, wobei das Einbringen eines Schaummaterials zwischen die Hautschicht und das Substrat angedeutet ist.
Wie erforderlich, werden nachstehend detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart. Es ist jedoch anzumerken, dass die offenbarten Ausführungsformen nur für die Erfindung beispielhaft sind, die in verschiedenen alternativen Formen praktiziert werden kann. Die Figuren sind im Hinblick auf den Maßstab korrekt, sondern es können manchen Merkmale übertrieben oder minimiert dargestellt sein, um Details spezieller Komponenten hervorzuheben. Deshalb sind spezifische strukturelle und funktionelle Details, die offenbart werden, nicht als beschränkend aufzufassen, sondern nur als eine repräsentative Basis für die Patentansprüche und/oder als eine repräsentative Basis dafür, was einem Durchschnittsfachmann als Lehre vermittelt wird, um die vorliegende Erfindung unterschiedlich einzusetzen.
Darüber hinaus und falls nicht anders nachdrücklich angezeigt, sind alle numerischen Mengen in dieser Beschreibung und in den Patentansprüchen, die Mengen von Materialien oder Konditionen von Reaktionen und/oder einer Verwendung anzeigen, und die durch das Wort "etwa" modifiziert sind, so zu verstehen, dass sie den breiteren Schutzbereich dieser Erfindung beschreiben. Die Ausführung der Erfindung innerhalb der angegebenen numerischen Grenzen wird allgemein bevorzugt. Ferner und falls nicht anders nachdrücklich festgestellt, sind prozentuelle Teile von und Verhältniswerte auf Gewicht bezogen und ist die Beschreibung einer Gruppe oder einer Klasse an Materialien wie zweckmäßig nur für einen gegebenen Zweck bevorzugt in Verbindung mit der Erfindung, um auszudrücken, dass Mischungen von jeweils zwei oder mehreren Gliedern der Gruppe oder Klasse in gleicher Weise zweckmäßig oder bevorzugt sein können.
1 und 2 zeigen eine Komponente einer Fahrzeuginnenauskleidung, wie ein Instrumentenpaneel 10, das erfindungsgemäß zum Gebrauch in einem Motorfahrzeug 12 bestimmt ist. In zumindest einer Ausführungsform inkludiert das Instrumentenpaneel 10 ein starres Substrat 20, eine an dem Substrat 20 festgelegte Schaumlage 28, und eine an der Schaumlage 28 festgelegte Hautschicht 32.
Das Substrat 20 ist ein strukturelles Glied, das für den Rest des Paneels 10 eine Abstützung darstellt. Das Substrat 20 kann jedes zweckmäßige Material sein. Zum Beispiel besteht das Substrat 20 aus Kunststoff oder aus verstärktem Kunststoff, wie glasfaserverstärktem Polyurethan. Zusätzliche Beispiele zweckmäßiger Kunststoffe neben Polyurethan umfassen Polypropylen, Polyethylen, Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS), Polycarbonat (PC) und ABS/PC-Verschnitte. In zumindest einer Ausführungsform kann das Substrat 20 eine allgemeine Stärke zwischen 0,1 bis 5 mm haben, in einer anderen Ausführungsform 1,0 bis 3,5 mm, und in nur einer noch weiteren Ausführungsform 2,0 bis 3,0 mm.
Die Schaumlage 28 ist zwischen das Substrat 20 und die Hautschicht 32 eingehaftet. Die Schaumlage 28 schließt sich allgemein an die Kontur des Substrats 20 an. Die Schaum lage 28 trägt dazu bei, dem Instrumentenpaneel 10 einen weichen Griff zu vermitteln. Die Schaumlage 28 kann jedes zweckmäßige Schaummaterial umfassen. Beispielsweise kann die Schaumlage 28 einen direkt an dieser Stelle aufgeschäumten Polyurethanschaum umfassen. In zumindest einer Ausführungsform liegt die Dichte der Schaumlage 28 in dem Bereich von 0,05 bis 0,20 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³). In zumindest einer Ausführungsform hat die Schaumlage 28 eine Dicke von 3,0 bis 25 mm, und in zumindest einer weiteren Ausführungsform 5,0 bis 15,0 mm, und in einer noch weiteren Ausführungsform 8,0 bis 12,0 mm. Die Schaumlage 28 kann variierende Dicken aufweisen, abhängig von der Konfiguration des Paneels 10.
Die Hautschicht 32 ist an der Schaumlage 28 angehaftet. Weiterhin ist die Hautschicht 32 so konfiguriert, dass sie die Schaumlage 28 zur Gänze abdeckt und sich allgemein an deren Kontur anschmiegt. Die Hautschicht 32 ist gebildet durch Aufsprühen eines pulvrigen Polymermaterials. Das Polymermaterial kann sein PVC, TPU, TPO, TPE, oder irgendeine Kombination dieser Stoffe. Die Hautschicht 32 kann jede zweckmäßige Dicke und Dichte haben. Beispielsweise kann die Hautschicht 32 eine Dicke in dem Bereich von 0,4 bis 2,0 mm haben, bei einer Dichte in dem Bereich von 0,85 bis 1,20 g/cm³. In zumindest einer Ausführungsform hat die Hautschicht 32 eine Dicke in dem Bereich von 0,5 bis 1,2 mm, und eine Dichte in dem Bereich von 0,95 bis 1,1 g/cm³. Die Hautschicht 32 kann so konfiguriert sein, dass sie eine ausreichend haltbare und attraktive Oberfläche bereitstellt, so dass eine äußere Auflage nicht benötigt wird.
Nun wird bezugnehmend auf die 3–4 ein Verfahren zum Herstellen des Instrumentenpaneels 10 beschrieben. Das Verfahren kann beginnen durch Aufsprühen eines optionalen Formtrennmittels und danach eines die Hautschicht bildenden Materials 44 auf ein Sprühformwerkzeug 50 unter Verwendung irgendeiner zweckmäßigen Sprühvorrichtung, wie einer Roboter-Sprüheinrichtung 42 für ein großes Volumen bei niedrigem Druck (wie bei 1 bis 40 psi; 0,07–2,8 kg/cm²), die eine oder mehrere bewegliche Sprühdüsen aufweist. In zumindest einer Ausführungsform wird die Sprüheinrichtung 42 bei Umgebungstemperatur betrieben. In zumindest einer Ausführungsform umfasst die Sprüheinrichtung 42 eine HVLP- (großes Volumen, niedriger Druck) Sprühpistole, wie sie erhältlich ist von der Firma Devilbiss aus Glendale Heights, Illinois, USA. Eine Versorgungsquelle 46 für das die Hautschicht bildende Material 44 steht mit der Sprüheinrich tung 42 in fluidischer Kommunikation. Das Werkzeug 50 ist auf einer Basis 52 abgestützt und besitzt eine Sprühaufnahmefläche 54, die allgemein mit der Oberfläche des Paneels 10 korrespondiert.
Das Werkzeug 50 steht mit Temperatursteuerungen, bei 56 schematisch gezeigt, in Verbindung, um es zu ermöglichen, dass das Werkzeug 50 wahlweise auf jede zweckmäßige und gewünschte Temperatur aufgeheizt oder abgekühlt werden kann. Jedes zweckmäßige Temperatursteuersystem kann zum Beheizen der Formoberfläche benutzt werden. Passende Beispiele für Temperatursteuerungen 56 umfassen das Anbringen von Heiz/Kühl-Leitungen in dem Werkzeug 50, das Aussetzen des Werkzeugs 50 zu heißem Dampf, und zu kühlen Dämpfen, sowie der Einsatz von IR (Infrarothitze), heißem Öl, heißer Luft und heißem Wasser, sowie flüssigem Kühlmittel, kalter Luft, flüssigem Stickstoff, und einer Mischung von Ethylenglykol.
Das Werkzeug 50 kann aus jedem passenden Material hergestellt sein. In zumindest einer Ausführungsform ist es überwiegend aus Nickel gebildet. In zumindest einer Ausführungsform hat das Werkzeug 50 eine wärmeleitende äußere Oberflächenschicht 58, die dazu beiträgt, dass das Werkzeug 50 auf die Temperatursteuerung gut anspricht. Ein zweckmäßiges Material für die leitende Schicht 58 kann Kupfer umfassen, ohne darauf notwendigerweise beschränkt zu sein.
Das Aufsprühen des die Hautschicht bildenden Materials 44 auf das Werkzeug 50 formt die Hautschicht 32. Die Hautschicht 32 bildet sich in Form einer im Wesentlichen gleichförmigen Lage aus, wenn das die Hautschicht bildende Material 44 geschmolzen wird. Das die Hautschicht bildende Material 44 kann jede zweckmäßige, versprühbare Polymerpulver-Substanz sein, und kann aufgebracht werden, wie oben erwähnt, unter Verwendung irgendeiner zweckmäßigen Sprüheinrichtung 42. Bei zumindest einer Ausführungsform umfasst das die Hautschicht bildende Material 44 ein cryogenisch gemahlenes Polymerpulver. In zumindest einer Ausführungsform kann das Pulver eine durchschnittliche Partikelgröße kleiner als 500 Mikron haben, in einer weiteren Ausführungsform kleiner als 305 Mikron, und in einer noch anderen Ausführungsform zwischen etwa 100 bis 300 Mikron, und in einer noch weiteren Ausführungsform von etwa 150 bis 250 Mikron. In zumindest einer Ausführungsform kann das Polymermaterial thermoplastische Materialien aufweisen, wie PVC, TPU, TPO, TPE, und Mischungen davon. In zumindest einer speziellen Ausführungsform weist das Polymerpulver ein PVC-Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgrößer kleiner als 250 Mikron auf, wie es unter dem Handelsnamen SVBX3574 von der Firma PolyOne Co. von New Baltimore, Ohio, USA, erhältlich ist.
Vor dem Aufsprühen und während zumindest eines substantiellen Zeitabschnitts des Aufsprühens des die Hautschicht bildenden Materials 44 auf die Form 50, wird die Oberfläche der Form 50 auf zumindest den Schmelzpunkt des Materials 44 aufgeheizt. In zumindest einer Ausführungsform wird die Form 50 auf eine Temperatur von mindestens 235°C aufgeheizt, in anderen Ausführungsformen auf 250°C bis 400°C, und in noch weiteren Ausführungsformen auf etwa zwischen 260°C bis 315°C.
Wie oben diskutiert, wird die Form 50 unter Verwendung einer Temperatursteuerung 56 aufgeheizt, beispielsweise, in dem die Form 50 Hitze ausgesetzt wird, beispielsweise in Form von Dampf, infraroter Wärme, heißer Luft, oder heißem Öl, um einige Möglichkeiten aufzuzählen. In einigen Fällen kann das Werkzeug direkt ausgesetzt werden, in anderen hingegen indirekt, wie über Temperatursteuerrohre/Kanäle (nicht gezeigt), oder dergleichen, die in dem Formwerkzeug 50 verlaufen können. Nachdem auf der Form 50 genügend von dem die Hautschicht bildenden Material 44 deponiert worden ist, um die Hautschicht 32 zu bilden, wird die Form 50 abgekühlt, um das Material 44 zu verfestigen und zusammenzuschmelzen, um die Hautschicht 32 zu bilden, und es zu ermöglichen, dass für eine weitere Bearbeitung die Hautschicht 32 entfernt wird. Zum Entfernen der Hautschicht 32 muss die Hautschicht abgekühlt sein, und zwar in zumindest einer Ausführungsform auf 50°C, in einer anderen Ausführungsform auf etwa 20°C bis 45°C, und in einer noch weiteren Ausführungsform auf etwa 25°C bis 43°C. Wie oben diskutiert, wird die Form 50 durch die Temperatursteuerung 56 abgekühlt, beispielsweise in dem die Form 50 Kälte ausgesetzt wird, beispielsweise einem flüssigen Kühlmittel, kalter Luft, flüssigem Stickstoff, oder einer Mischung von Ethylenglykol. In einigen Fällen kann die Form 50 dem Kühlmedium direkt oder indirekt ausgesetzt werden.
Als Nächstes und unter Bezugnahme auf 4 involviert das Verfahren das Entfernen der Hautschicht 32 von dem Formwerkzeug 50 und das Positionieren der Hautschicht 32 in einer Aufschäumform 80, die einen ersten Formbereich 82 und einen zweiten Formbereich 84 besitzt. Zumindest einer der Formbereiche 82 und 84 ist relativ zu den anderen beweglich. Speziell wird in zumindest einer Ausführungsform die Hautschicht 32 auf den zweiten Formbereich 84 aufgebracht.
Auf dem ersten Formbereich 82 kann in zweckmäßiger Weise ein Substrat 20 angeordnet sein, und zwar in beabstandeter Relation zur Außenhaut 86 des späteren Verbundmaterials. Die Formbereiche 82 und 84 können dann zusammengefügt werden, und dann kann Schaummaterial mit relativ niedrigem Druck (wie z.B. zwischen etwa 15 bis 30 psi; 1,05–2,1 kg/cm²), injiziert werden aus einer Schaumquelle 88, und zwar durch eine oder mehrere Einspritzpassagen (nicht gezeigt) in das Formwerkzeug, um die Schaumlage 28 zu bilden, welche an dem Substrat 20 und der nachgiebigen Hautschicht-Lage 32 anhaftet. Dann kann das Instrumentenpaneel 10 aus dem Formwerkzeug 80 entnommen werden.
In zumindest einer Ausführungsform kann die Außenoberfläche (d.h., die "A"-Oberfläche) der Haut 32 nachträglich bemalt werden, d.h. nach dem Entfernen aus dem Formwerkzeug 50, und mit einer zweckmäßigen, den Glanz steuernden Beschichtung, wie einer auf Wasser basierenden Farbe für Innenanwendung mit der Spezifikation a1-K von der Firma Red Spot aus Evansville, Indiana, USA, um ein Paneel 10 zu schaffen, das ein Glanzniveau von 1,5 bis 5 hat, gemessen unter 60 Grad, und in anderen Ausführungsformen von 2 bis 3, gemessen unter 60 Grad.
Beispiele von anderen Fahrzeugteilen, die gemäß den oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden können, umfassen unter anderem Türverkleidungen, Aufbewahrungsfächer, Karosseriesäulen, Verkleidungspaneele, Verkleidungsprodukte, Türabdeckungen, Konsolenabdeckungen, Fächer, und Verkleidungsabdeckungen.
Obwohl Ausführungsformen der Erfindung illustriert und beschrieben worden sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung illustrieren und beschreiben sollen. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke nur beschreibender und nicht beschränkender Natur, und ist anzumerken, dass verschiedene Abänderungen durchgeführt werden können, ohne den Sinngehalt und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeuginnenauskleidungs-Paneels (10), wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Sprühform (50); Aufheizen der Sprühform auf eine erste Temperatur; Aufsprühen pulverförmigen Polymermaterials (44) benachbart zu der Oberfläche des Formwerkzeuges zum Ausbilden einer Polymerhautschicht (32); Abkühlen der Sprühform (50) auf eine zweite Temperatur; Entfernen der Hautschicht (32) aus dem Formwerkzeug und Positionieren der Hautschicht (32) in einer Aufschäumform (80) in beabstandeter Relation von einem Substrat (20); und Einführen eines Schaummaterials (28) zwischen das Substrat (20) und die Hautschicht (32) zum Ausbilden einer Schaumlage zwischen dem Substrat und der Hautschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur höher ist als die zweite Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur höher ist als der Schmelzpunkt des Polymermaterials (44).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur zumindest etwa 235°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Polymermaterial (44) eine durchschnittliche Partikelgröße kleiner als etwa 500 Mikron hat.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial (44) ausgewählt ist aus einer Gruppe, die umfasst PVC, TPU, TPO, TPE, sowie Mischungen davon.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial (44) PVC ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hautschicht (32) eine Dicke von etwa 0,4–2,0 mm hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufheizens der Form (50) umfasst, die Form Dampf auszusetzen.
Fahrzeuginnenauskleidungs-Komponente zur Verwendung in einem Motorfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidungskomponente das Paneel (10) umfasst, das nach dem Verfahren von Anspruch 1 hergestellt ist.
System zum Herstellen eines Fahrzeuginnenauskleidungs-Paneels (10), wobei das System umfasst: eine Sprühform (50), die so ausgebildet ist, dass sie wahlweise aufheizbar ist auf eine erste Temperatur und abkühlbar ist auf eine zweite Temperatur; eine Sprüheinrichtung (42) zum Aufsprühen pulverigen Polymermaterials nahe zur Oberfläche des Formwerkzeugs zum Ausbilden einer Polymerhautschicht (32); und ein Schäumwerkzeug (80) zum Einführen eines Schaummaterials zwischen ein Substrat (20) und die Hautschicht (32) zum Ausbilden einer Schaumlage (28) zwischen dem Substrat und der Hautschicht.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur höher ist als die zweite Temperatur.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur höher ist als der Schmelzpunkt des Polymermaterials (44).
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur zumindest etwa 235°C beträgt.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Polymermaterial (44) eine durchschnittliche Partikelgröße kleiner als etwa 350 Mikron hat.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial (44) ausgewählt ist aus einer Gruppe, die umfasst: PVC, TPU, TPO, TPE, und Mischungen davon.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial (44) PVC ist.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hautschicht (32) eine Dicke von etwa 0,4–2,0 mm hat.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufheizens der Form (50) es umfasst, die Form Dampf auszusetzen.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprüheinrichtung (42) eine Sprühpistole für Sprühdrücke von etwa 1–10 psi (0,07–0,7 kg/cm²) aufweist.