DE102006049621A1

DE102006049621A1 - Transparentes, mehrlagiges Bauteil

Info

Publication number: DE102006049621A1
Application number: DE200610049621
Authority: DE
Inventors: Manfred Rudlof; Erich Pöhlmann; Peter Michel; Raimund Prinz
Original assignee: KRD COATINGS GmbH; Rehau AG and Co
Current assignee: Krd Coatings 21502 Geesthacht De GmbH
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-04-24
Also published as: EP2094485A1; WO2008046547A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein transparentes, mehrlagiges und flächiges Bauteil, vorzugsweise für den Einsatz als Scheibe in einem Fahrzeug, umfassend wenigstens eine obere Lage und eine untere Lage eines transparenten Materials, die miteinander verbunden sind, wobei jede der Lagen einen jeweiligen Randbereich mit einer Stirnfläche aufweist und zumindest der Randbereich der oberen Lage wenigstens abschnittsweise in Richtung der unteren Lage umgebogen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein transparentes, mehrlagiges und flächiges Bauteil, vorzugsweise für den Einsatz als Scheibe in einem Fahrzeug, umfassend wenigstens eine obere Lage und eine untere Lage eines transparenten Materials, die miteinander verbunden sind, wobei jede der Lagen einen jeweiligen Randbereich mit einer Stirnfläche aufweist.
Ein derartiges Bauteil in Form einer Kunststoffverbundscheibe für die Fahrzeugverscheibung ist beispielsweise aus der EP 1 577 084 A1 bekannt. Hierbei besteht die Kunststoffverbundscheibe aus einer inneren Lage oder Innenscheibe aus einem Polycarbonat (PC)-Kunststoff, einer äußeren Lage oder einer Außenscheibe aus Polymethylmethacrylat (PMMA)-Kunststoff und einer zwischen diesen Scheiben angeordneten Schicht aus thermoplastischem Polyurethan (TPU).
Nachteilig bei der Kunststoffverbundscheibe gemäß der EP 1 577 084 A1 ist die hierbei übliche seitlich offenliegende Kante, die der Witterung ausgesetzt ist, wodurch im Dauereinsatz von dieser Stelle aus, und insbesondere ausgehend von den Fugen zwischen den Lagen, eine Delamination der einzelnen Schichten erfolgen kann. Zudem ergeben sich durch die seitlich offenliegende Kante Nachteile hinsichtlich der optischen bzw. ästhetischen Erscheinung. Darüber hinaus kommt es durch die seitlich offenliegende Kante eher zu einer Beschädigung der Scheibe in diesem Bereich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein transparentes, mehrlagiges und flächiges Bauteil bereitzustellen, das die dargestellten Probleme des Standes der Technik überwindet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil der eingangs genannten Art, das gegenüber dem gattungsgemäßen Bauteil dadurch verbessert ist, dass zumindest der Randbereich der oberen Lage wenigstens abschnittsweise in Richtung der unteren Lage umgebogen ist. Hierdurch wird eine wesentlich verbesserte Optik im Randbereich des Bauteils erzielt, und gleichzeitig eine deutlich erhöhte Resistenz gegen Umwelteinflüsse erreicht. Die durch das Verbinden der Lagen entstehenden und optisch nachteiligen Fugen im Bereich ihrer Stirnfläche sind somit nicht mehr direkt für den Endverbraucher sichtbar. Durch das Umbiegen werden besagte Fugen weiterhin gegen Be schädigungen von außen und gegen grobe Umwelteinflüsse geschützt. Im Falle eines zusätzlichen Versiegelns der Fugen durch eine Versiegelungseinrichtung ist diese bei dem erfindungsgemäßen Bauteil ebenfalls von außen nicht mehr sichtbar.
Es kann von Vorteil sein, dass die der unteren Lage zugewandte Oberfläche der oberen Lage mit der Stirnfläche der unteren Lage zumindest abschnittsweise in Anlage ist. Hieraus resultiert eine günstige optische Erscheinung des Randbereichs und eine gute Schutzwirkung bezüglich der Fugen gegenüber Umwelteinflüssen.
Es kann ebenso von Vorteil sein, dass die Stirnfläche der oberen Lage im Wesentlichen in die entgegengesetzte Richtung weist wie die Stirnfläche der unteren Lage. Hierdurch lässt sich die optische Erscheinung abermals verbessern, und es ergibt sich ein hervorragender Schutz der Fugen gegenüber Umwelteinflüssen.
Zudem kann es von Vorteil sein, dass die Stirnfläche der oberen Lage im Wesentlichen in die gleiche Richtung weist wie die Stirnfläche der unteren Lage. Dies lässt sich fertigungstechnisch besonders einfach realisieren bei gleichzeitig guter optischer Erscheinung und gutem Fugenschutz.
Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, dass die Stirnflächen bündig miteinander abschließen. Auch dies lässt sich fertigungstechnisch besonders einfach realisieren.
Außerdem kann es von Vorteil sein, dass der umgebogene Randbereich, im Querschnitt betrachtet, die Form eines Schenkels hat. Diese Form lässt sich einfach herstellen und ist montagetechnisch einfach zu handhaben.
Vorzugsweise ist der Schenkel im Wesentlichen senkrecht zur Fläche der oberen und/oder unteren Lage im Bereich angrenzend an den Randbereich angeordnet. Dies hat montage- und konstruktionstechnische Vorteile.
Es kann von Vorteil sein, dass die Länge des Schenkels dem 1,5 bis 2,5-fachen der Dicke des Bauteils im Bereich angrenzend an den Randbereich entspricht. Diese Länge ist einerseits ausreichend, um die gewünschte optische Erscheinung des Randbereichs des Bauteils zu erzielen. Andererseits ist die Länge nicht zu groß, um Probleme bezüglich der Montage hervorzurufen. Gleichzeitig ist bei dieser Länge die Gefahr des Abbrechens des Schenkels während der Montage oder des Transports deutlich reduziert.
Es kann günstig sein, dass die Dicke des Schenkels geringer ist als die Dicke des Bauteils im Bereich angrenzend an den Randbereich. Dies bietet Vorteile hinsichtlich der Montage des Bauteils.
Außerdem kann günstig sein, dass die obere Lage und/oder die untere Lage zumindest auf der der jeweils gegenüberliegenden Lage abgewandten Oberfläche mit einer Beschichtung versehen ist. Durch solch eine Beschichtung wird es möglich, dem transparenten Bauteil ganz spezifische (Oberflächen-) Eigenschaften zu verleihen.
Ebenso kann günstig sein, dass die Beschichtung in Form eines Lackes vorgesehen ist. Lacke lassen sich vergleichsweise einfach mit sehr geringen und gleichmäßigen Schichtdicken auftragen.
Darüber hinaus kann günstig sein, dass es sich bei dem Lack um einen Silikatlack oder einen Siloxanlack oder einen Nanolack handelt. Diese Lacke verleihen den jeweiligen Oberflächen z.B. eine hohe Kratzfestigkeit und sorgen für eine langlebige, qualitativ hochwertige und ästhetisch vorteilhafte Oberfläche.
Auch kann günstig sein, dass zwischen der oberen Lage und der unteren Lage wenigstens eine weitere Lage eines transparenten Materials angeordnet ist. Bei Verwendung unterschiedlicher Materialien für obere und untere Lage mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten kann die zwischen ihnen angeordnete Lage, die auf Grund der entsprechenden unterschiedlichen Wärmedehnungen entstehenden mechanischen Spannungen aufnehmen, um so eine Delamination zu verhindern. Weiterhin kann diese Lage optische Funktionen übernehmen, z.B. als UV-Filter und/oder als IR-Schutz.
Weiterhin kann es günstig sein, dass durch die zumindest eine weitere Lage die Verbindung zwischen der oberen Lage und der unteren Lage hergestellt wird. Dadurch können beispielsweise mechanische Verbindungselemente entfallen.
Zudem kann günstig sein, dass das Material für zumindest eine Lage aus einem polymeren Werkstoff, vorzugsweise aus Kunststoff, besteht. Diese Werkstoffe lassen sich einfach verarbeiten, haben günstige optische Eigenschaften und besitzen zudem eine geringe Dichte.
Es kann vorteilhaft sein, dass wenigstens eine der Lage in einem Injektions- und/oder Pressverfahren, vorzugsweise in einem Spritzprägeverfahren, hergestellt wurde. Diese Verfahren erlauben die schnelle und vergleichsweise günstige Fertigung, insbesondere bei großen Teilen.
Ebenso kann vorteilhaft sein, dass zumindest eine der Lagen aus einer Folie besteht. Material in dieser Form kann einfach und kostengünstig bereitgestellt werden und lässt sich vergleichsweise einfach verarbeiten.
Außerdem kann vorteilhaft sein, dass die Wärmeformbeständigkeit der im Spritzprägeverfahren hergestellten Lage höher ist als die der übrigen Lagen. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Lagen auf relativ einfache Weise miteinander zu kombinieren.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Bauteil einen dreilagigen Aufbau auf, mit einer oberen Lage aus einer Kunststofffolie, insbesondere PMMA, einer unteren Lage aus einem spritzgeprägten Kunststoff, insbesondere Polycarbonat (PC), und einer zwischen erster und zweiter Lage angeordneten Lage aus Kunststofffolie, insbesondere TPU. Hierbei dient die untere Lage, aus PC bestehend, als schlagzäher, nicht splitternder mechanischer Träger, die obere Lage aus PMMA bestehend, dient als Schutz vor Umwelteinflüssen bspw. Krafteinwirkungen und UV-Strahlung. Die Zwischenlage aus TPU dient als Verbindung für die PC/PMMA-Lage im Sinne einer dauerfesten Verklebung. Dadurch ist der dreiteilige Aufbau zur Realisierung des gewünschten Eigenschaftsprofils vergleichsweise einfach zu realisieren.
Vorzugsweise weist die im Spritzprägeverfahren hergestellte Lage eine Dicke zwischen 3 und 5 mm auf. Bei dieser Dicke ergibt sich eine ausreichende mechanische Stabilität der entsprechenden Lage bei gleichzeitig noch guten optischen Eigenschaften und geringem Gewicht.
Es kann von Vorteil sein, dass die Dicke der Kunststofffolie der oberen Lage zwischen 0,5 und 1,5 mm beträgt. Diese Dicke ist ausreichend für die gewünschte Funktion, wobei das Gewicht gleichzeitig niedrig gehalten werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Bauteil eine obere Lage aus einer Polymethylmethacrylatfolie (PMMA-Folie), einer unteren Lage aus Polycarbonat (PC) und einer zwischen oberer und unterer Lage angeordneten Lage aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) auf. Polycarbonat (PC) ist ein Werkstoff mit hoher Schlagfestigkeit, rückstellenden Eigenschaften nach mechanischer Einwirkung, hoher Temperaturbeständigkeit und hoher Transparenz. Da PC eine relativ schlechte Witterungsbeständigkeit aufweist, und bei dauerhafter UV-Einstrahlung farbstichig und spröde wird, eignet sich dieser Werkstoff nicht für die äußere Lage einer entsprechenden Scheibe. Hierfür eignet sich Polymethylmethacrylat (PMMA), das ebenfalls eine hohe Transparenz besitzt, eine hohe Kratzfestigkeit aufweist und sehr witterungsbeständig ist, wobei es praktisch unempfindlich gegen UV-Bestrahlung ist. Da sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von PC und PMMA unterscheiden, ist zwischen der oberen bzw. äußeren PMMA-Lage und der unteren bzw. inneren PC-Lage eine Lage aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) angeordnet. TPU ist ein transparenter, hochelastischer Werkstoff mit hohem Rückstellvermögen. Die TPU-Schicht sorgt einerseits für die Verbindung zwischen oberer und unterer Lage, und andererseits wirkt sie als Puffer zwischen den beiden Lagen, der mechanische Spannungen aufnimmt. Besagte TPU-Schicht kann durch eine Folie oder durch flüssigen oder pastösen Kleber realisiert werden.
Vorzugsweise ist im Bereich der Stirnflächen der Lagen eine Versiegelungseinrichtung vorgesehen. Diese Versiegelungseinrichtung erhöht nochmals den Schutz der Fugen zwischen den Lagen vor Umwelteinflüssen.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Karosserieteil, vorzugsweise eine Heckklappe, eines Fahrzeugs mit einem Bauteil gemäß zumindest einer der zuvor genannten vorteilhaften Ausgestaltungen.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Fahrzeug mit einem Bauteil gemäß zumindest einer der zuvor genannten vorteilhaften Ausgestaltungen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils nach zumindest einer der zuvor genannten vorteilhaften Ausgestaltungen, umfassend die Schritte: Herstellen der unteren Lage; Auflaminieren der oberen Lage auf die untere Lage, wobei während des Auflaminierens die Umbiegung des Randbereichs erfolgt; und Verpressen der Lagen. Hierbei wird zunächst die untere Lage, beispielsweise in einem Injektions- und/oder Pressverfahren, als mechanisch stabiler Grundkörper hergestellt. Danach wird die obere Lage, beispielsweise in Form einer Folie, auf die als Grundkörper oder Urmuster dienende untere Lage in einem Laminierverfahren aufgebracht, wobei innerhalb des Laminierprozesses durch geeignete Prozessführung der Randbereich der oberen Lage in Richtung der unteren Lage umgelegt bzw. umgebogen wird. Durch das anschließende Verpressen wird eine innige und langlebige Verbindung zwischen den Lagen realisiert.
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils nach zumindest einer der zuvor genannten vorteilhaften Ausgestaltungen, umfassend die Schritte: Herstellen der unteren Lage; Auflaminieren der oberen Lage auf die untere Lage; Verpressen der Lagen und Thermoformen des Randbereichs, wobei während des Thermoformens die Umbiegung des Randbereichs erfolgt.
Für zumindest eines der zuvor genannten Verfahren kann es vorteilhaft sein, dass die untere Lage in einem Spritzprägeverfahren hergestellt wird. Hierdurch lässt sich auf vergleichsweise einfache Weise ein großes flächiges Bauteil mit exzellenten optischen Eigenschaften herstellen.
Daneben kann es von Vorteil sein, dass vor dem Auflaminieren der oberen Lage auf die untere Lage ein getrenntes Aufheizen beider Lagen auf eine jeweils definierte Temperatur erfolgt. Hierdurch lässt sich einerseits eine sehr gute Verbindung zwischen den Lagen realisieren, andererseits ergibt sich daraus eine glasklare Optik mit hoher Transparenz. Zudem lässt sich der Fügeprozess beschleunigen.
Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass zumindest eines der zuvor beschriebenen Verfahren den weiteren Schritt des Auflaminierens zumindest einer weiteren Lage auf die untere Lage vor dem Schritt des Auflaminierens der oberen Lage umfasst. Durch das Einbringen einer weiteren Lage kann die Haftung zwischen oberer und unterer Lage ge steigert werden. Zudem kann die weitere Lage zusätzliche Funktionen übernehmen, z.B. den Abbau thermischer Spannungen auf Grund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten von oberer und unterer Lage, als UV-Filter oder IR-Schutz.
Es kann vorteilhaft sein, dass vor dem Auflaminieren der zumindest einen weiteren Lage diese auf eine definierte Temperatur erwärmt wird. Dies erhöht die Haftung zu den angrenzenden Schichten und verbessert die Transparenz.
Ebenso kann vorteilhaft sein, dass das Verpressen der Lagen bei einem Druck von mindestens 150 N/cm², vorzugsweise mit einem Druck von 200 N/cm² erfolgt. Hierbei werden sehr gute und verlässliche Verbindungs- bzw. Haftungsergebnisse erzielt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst zumindest eines der zuvor genannten Verfahren den zusätzlichen Schritt der Versiegelung der Laminierfuge. Durch die Versiegelung der Laminierfuge ergibt sich für das Bauteil eine erhöhte Sicherheit gegen Umwelteinflüsse.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden eingehender in der nachstehenden Beschreibung dargelegt, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, auf denen folgendes dargestellt ist:
1 obere Lage für ein erfindungsgemäßes Bauteil im Zustand vor dem Umbiegen des Randbereichs in Draufsicht;
2a Ausschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils im Querschnitt;
2b Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils im Querschnitt;
2c Ausschnitt einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils im Querschnitt;
3 Ablaufdiagramm für ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils;
4 Ablaufdiagramm für ein weiteres bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils.
1 zeigt exemplarisch für die obere Lage 2 eines erfindungsgemäßen Bauteils den Randbereich 4 vor dem Umbiegen. Die Lage besteht aus PMMA, jedoch sind auch andere transparente Werkstoffe denkbar. Zudem ist denkbar, dass die Lage eine Beschichtung aufweist, die beispielsweise eine hohe Kratzfestigkeit besitzt. Hierfür eignen sich etwa Silikat- oder Siloxanlacke bzw. so genannte Nanolacke. Weiterhin ist vorstellbar, dass auf die obere Lage Heizdrähte für eine Enteisungsfunktion aufgedruckt sind. Die Lage ist eben, jedoch ist es ebenso möglich, dass die Lage beispielsweise konvex gekrümmt ist.
2a zeigt einen Ausschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils im Querschnitt. Das Bauteil 1 ist hierbei dreilagig mit einer oberen Lage 2 aus PMMA, einer in einem Spritzprägeverfahren hergestellten unteren Lage 3 aus PC, und einer zwischen oberer und unterer Lage angeordneten Schicht 10 aus TPU in Form einer Folie. Selbstverständlich kann das Bauteil 1 noch weitere Lagen aufweisen, die ganz bestimmte Funktionen übernehmen. Beispielsweise können die äußeren Oberflächen der oberen Lage sowie der unteren Lage mit einem kratzfesten Lack beschichtet sein. Weiterhin kann eine weitere Folie zwischen oberer und unterer Lage angeordnet sein, die z.B. für einen IR-Schutz sorgt.
Die Dicke der PMMA-Lage beträgt 1 mm, während die Dicke der PC-Lage beispielsweise 4 mm beträgt. Die TPU-Folie ist wesentlich dünner als die beiden anderen Lagen. Obwohl aus 2a nicht ersichtlich, ist sowohl der komplette, umlaufende Randbereich 4 der oberen Lage 2, als auch der komplette, umlaufende Randbereich 5 der unteren Lage 3 in Richtung der unteren Lage umgebogen. Auch ist vorstellbar, dass nur ein Abschnitt der Randbereiche umgebogen ist.
Durch die Umbiegung ergibt sich ein Schenkel, der im Wesentlichen senkrecht zur Fläche des Bauteils im Bereich angrenzend an den Randbereich angeordnet ist. Andere Anordnungen, bei denen der Schenkel weiter zur unteren Lage hin gebogen ist, oder weiter von der unteren Lage beabstandet ist, sind denkbar. Die Stirnfläche 6 der oberen Lage 2 und die Stirnfläche 7 der unteren Lage 3 schließen bündig miteinander ab. Beide Stirnflächen weisen im Wesentlichen in die gleiche Richtung. Die Dicke des Schenkels ist geringer als die Dicke des Bauteils im Bereich angrenzend an den umgebogenen Randbereich. Im Bereich der Stirnflächen der Lagen ist eine Versiegelungseinrichtung 11 vorgesehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um im pastösen Zustand aufgetragenen und im einbaufertigen Bauteil ausgehärteten Klebstoff handeln.
Obwohl der Ausschnitt gemäß 2a ein Bauteil zeigt, dessen Oberfläche – ausgenommen den umgebogenen Randbereich – plan ist, kann das Bauteil im entsprechenden Bereich z.B. auch eine konvexe Oberfläche aufweisen. Hierbei sind viele unterschiedliche Geometrien denkbar, die sich nach dem Design bzw. der Form des Gegenstandes richten, in den das Bauteil eingesetzt wird.
2b zeigt einen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils im Querschnitt. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird nur auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsform gemäß 2a eingegangen.
Nur der Randbereich 4 der oberen Lage 2 ist in Richtung der unteren Lage 3 umgebogen, so dass der Randbereich 5 der unteren Lage seine ursprüngliche ebene Form beibehält. Die der unteren Lage 3 zugewandte Oberfläche 8 der oberen Lage 2 ist mit der Stirnfläche 7 der unteren Lage 3 in Anlage. Die Stirnfläche 6 der oberen Lage weist hierbei in eine andere Richtung als die Stirnfläche 7 der unteren Lage. Gleichzeitig schließt die Stirnfläche 6 der oberen Lage bündig mit der Oberfläche 9 der unteren Lage 3 ab. Eine Versiegelungseinrichtung wie in 2a fehlt, jedoch ist denkbar, im Bereich der Stirnfläche 6 der oberen Lage 2 eine solche Versiegelungseinrichtung anzuordnen.
2c zeigt einen Ausschnitt einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils im Querschnitt. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird nur auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsform 2a eingegangen.
Wie in 2b ist nur der Randbereich 4 der oberen Lage 2 in Richtung der unteren Lage 3 umgebogen, so dass der Randbereich 5 der unteren Lage 3 seine ursprüngliche ebene Form beibehält. Die der unteren Lage 3 zugewandte Oberfläche 8 der oberen Lage 2 ist in der Stirnfläche 7 der unteren Lage 3 in Anlage. Die Stirnfläche 6 der oberen Lage weist hierbei in die entgegengesetzte Richtung wie die Stirnfläche 7 der unteren Lage. Gleichzeitig berührt die Oberfläche 8 der oberen Lage 2 abschnittsweise die der oberen Lage abgewandte Oberfläche 9 der unteren Lage. Eine Versiegelungseinrichtung wie in 2a fehlt auch hier, jedoch ist denkbar, im Bereich der Stirnfläche 6 der oberen Lage 2 eine solche Versiegelungseinrichtung anzuordnen.
3 zeigt das Ablaufdiagramm für ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils. Hierbei wird zunächst die untere Lage, beispielsweise in einem Spritzprägeverfahren, mit einer Dicke von z.B. 4 mm hergestellt. Die so erhaltene, mechanisch belastbare untere Lage weist bereits die gewünschte Geometrie des Bauteils, etwa einer konvex geformten Heckscheibe, auf. Sie wird anschließend auf eine definierte Temperatur erwärmt. Gleichzeitig werden hiervon unabhängig auch die obere Lage, die in Form einer Folie oder eines Bleches vorliegt, und die zwischen oberer und unterer Lage anzuordnende Zwischenlage, die ebenfalls in Form einer Folie oder eines Bleches vorliegt, auf eine jeweils definierte Temperatur aufgeheizt. Daran anschließend werden die unabhängig voneinander aufgewärmten Lagen in einem Laminierprozess miteinander kombiniert, wobei während des Laminierprozesses eine Umbiegung des Randbereichs, zumindest der oberen Lage in Richtung der unteren Lage, stattfindet. Sodann werden die kombinierten Lagen mit einer definierten Flächenpressung, z.B. 200 N/cm², verpresst, so dass eine innige Verbindung zwischen ihnen entsteht. Schließlich werden in einem letzten Verfahrensschritt die durch das Laminieren entstandenen Laminierfugen zwischen den einzelnen Lagen versiegelt, beispielsweise durch Aufbringen einer Versiegelungsmasse. Es ist denkbar, den letzten Verfahrensschritt des Versiegelns wegzulassen, weil bereits ausreichender Schutz der Laminierfugen durch eine geeignete Umbiegegeometrie erreicht ist. Außerdem ist vorstellbar, das Verfahren auch nur auf zwei Lagen oder mehr als drei Lagen anzuwenden.
4 zeigt das Ablaufdiagramm für ein weiteres bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils. Hierbei wird zunächst die untere Lage, beispielsweise in einem Spritzprägeverfahren, mit einer Dicke von z.B. 4 mm hergestellt. Die so erhaltene, mechanisch belastbare untere Lage weist bereits die gewünschte Geometrie des Bauteils, etwa einer konvexen geformten Heckscheibe, auf. Sie wird anschließend auf eine definierte Temperatur erwärmt. Gleichzeitig werden hiervon unabhängig auf die obere Lage, die in Form einer Folie oder eines Bleches vorliegt, und die zwischen oberer und unterer Lage anzuordnende Zwischenlage, die ebenfalls in Form einer Folie oder eines Bleches vorliegt, auf eine jeweils definierte Temperatur aufgeheizt. Daran anschließend werden die unabhängig voneinander aufgewärmten Lagen in einem Laminierprozess miteinander kombiniert. Dann werden die kombinierten Lagen mit einer definierten Flächenpressung, beispielsweise mit 200 N/cm², verpresst, so dass eine innige Verbindung zwischen ihnen entsteht. Daraufhin erfolgt in einem Thermoformprozess die Umbiegung des Randbereiches zumindest der oberen Lage in Richtung der unteren Lage. Schließlich werden in einem letzten Verfahrensschritt die durch das Laminieren entstandenen Laminierfugen zwischen den einzelnen Lagen versiegelt, beispielsweise durch Aufbringen einer Versiegelungsmasse. Es ist denkbar, den letzten Verfahrensschritt des Versiegelns wegzulassen bei bereits ausreichendem Schutz der Laminierfugen durch eine geeignete Umbiegegeometrie. Außerdem ist vorstellbar, das Verfahren auch nur auf zwei Lagen oder auf mehr als drei Lagen anzuwenden. Weiterhin ist es möglich, nicht bereits während des Herstellens der unteren Lage dieser die für den Einsatz gewünschte Geometrie aufzuformen, sondern dies erst innerhalb des Thermoformprozess zu tun.
Nachfolgend wird die Wirkungs- und Funktionsweise der Erfindung näher erläutert.
Das erfindungsgemäße Bauteil besitzt gegenüber dem gattungsgemäßen Bauteil nach dem Stand der Technik den Vorteil, dass die hierbei übliche seitlich offenliegende Kante für den Endverbraucher nicht mehr sichtbar ist, was zu einer erheblich verbesserten Optik bzw. Ästhetik in diesem Bereich führt. Zudem ergibt sich ein weiterer signifikanter Vorteil hinsichtlich einer deutlich gesteigerten Witterungsbeständigkeit bzw. Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen, da bei dem erfindungsgemäßen Bauteil die durch das Verbinden von Lagen notwendigerweise entstehenden Verbindungsfugen nun wesentlich besser geschützt sind. Außerdem wird bei dem erfindungsgemäßen Bauteil die Gefahr einer Beschädigung der Kante weitestgehend vermieden.
Um die zuvor genannten Vorteile der Erfindung zu erreichen, ist bei dem erfindungsgemäßen transparenten, mehrlagigen und flächigen Bauteil zumindest der Randbereich der oberen Lage in Richtung der unteren Lage umgebogen. Somit wird auch die äußere Kante des Bauteils in die gleiche Richtung umgebogen, so dass sie für den Endverbraucher im eingebauten Zustand des Bauteils nicht mehr zu sehen ist. Die Umbiegung erfolgt hierbei so, dass ein Schenkel entsteht, der im Wesentlichen senkrecht zur Fläche des Bauteils im Bereich angrenzend an den Randbereich angeordnet ist. Dadurch weist zumindest die Stirnfläche der oberen Lage im Falle einer Kraftfahrzeugscheibe zum Fahrzeug hin. Die Fugen zwischen den Lagen sind hierbei nicht mehr seitlich freiliegend, was die Beständigkeit gegenüber der Einflüsse erhöht. Darüber hinaus ist die Kante des Bauteils, die gleichsam in Richtung des Fahrzeugs weist, gegen Beschädigungen geschützt.
Eine weitere Erhöhung der Beständigkeit besagter Fugen ist dadurch erreichbar, dass im Bereich der Stirnflächen der Lagen eine Versiegelungseinrichtung vorgesehen ist, die für eine entsprechende Versiegelung dieses Bereiches sorgt.
Das Bauteil besteht vorzugsweise aus drei Lagen, d.h. einer unteren Lage, die in erster Linie für die notwendige mechanische Stabilität sorgt, einer oberen Lage, und einer zwischen oberer und unterer Lage angeordneten Zwischenlage. Im Falle des Einsatzes des Bauteils als Fahrzeugscheibe besteht die untere Lage vorzugsweise aus PC, das eine hohe Schlagfestigkeit und hohe Transparenz aufweist, während die obere Lage vorzugsweise aus PMMA besteht, das ebenfalls eine hohe Transparenz und darüber hinaus eine wesentlich höhere Witterungsbeständigkeit, insbesondere gegenüber UV-Strahlung, aufweist. Neben PMMA ist des Weiteren Polymethylmethacrylimid (PMMI) für die obere Lage vorstellbar. Im genannten Einsatzfall weist die freie Oberfläche der unteren PC-Lage in das Fahrzeuginnere, während die freie Oberfläche der oberen PMMA-Lage vom Fahrzeug weg weist. Da der Werkstoff PC empfindlich gegenüber UV-Strahlung reagiert, werden der PMMA-Lage vorzugsweise farblose UV-Schutzadditive, wie z.B. Benzophenon oder Benzotriazol beigemischt. Um die Kratzfestigkeit sowohl der PC- als auch der PMMA-Lagen zu erhöhen, können deren freie Oberflächen mit einer kratzfesten Beschichtung versehen sein.
Die Zwischenlage, die vorzugsweise aus TPU besteht, übernimmt einerseits die Aufgabe des Verbindens bzw. Verklebens der PC-Lage mit der PMMA-Lage, andererseits ermöglicht die TPU-Zwischenlage mit ihrem extrem hohen Dehn- bzw. Rückstellvermögen eine sichere und langlebige Verbindung der PC- und der PMMA-Lage, da die beiden Werkstoffe PC und PMMA voneinander abweichende Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Die TPU-Zwischenlage wirkt hier als Puffer und nimmt Spannungen auf Grund der unterschiedlichen Wärmedehnungen auf, so dass die Delamination von oberer und unterer Lage wirksam vermieden werden kann. In die TPU-Zwischenlage können elektrisch leitende Drähte eingebettet sein, die z.B. die Funktion einer Scheibenheizung oder einer Funkantenne übernehmen.
Neben dem bevorzugten dreilagigen Aufbau ist darüber hinaus denkbar, weitere Lagen vorzusehen. So ist beispielsweise vorstellbar, zwischen der PC- und PMMA-Lage zwei TPU-Lagen anzuordnen, und zwischen die beiden TPU-Lagen weiterhin eine nichtmetallische IR-Schutzfolie anzuordnen.
Zudem ist denkbar, daß das Bauteil, insbesondere bei der Verwendung als Fahrzeugscheibe, auf seiner Innenseite und/oder seiner Außenseite eine lichtundurchlässige Scheibenrandbedruckung aufweist. Diese Bedruckung schützt einerseits Verklebungen im Randbereich der Scheiben, die oftmals lichtempfindlich sind. Andererseits schützt die Bedruckung im Randbereich der Scheibe angeordnete Bauteile, wie z.B. Sicherungselektronik, vor dem Einblick durch Dritte. Der zum Innenbereich der Scheibe gerichtete Rand der Bedruckung weist bevorzugt eine aufgelöste Struktur auf, z.B. ein Punktmuster. Hierdurch wird der Wärmegradient zwischen dem Bereich der Scheibenrandbedruckung, wo auf Grund der schwarzen Farbe eine starke Aufheizung stattfindet, und dem Innenbereich der Scheibe, geglättet, und so thermische Spannungen in der Scheibe vermindert.
In einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils wird zunächst die untere Lage, beispielsweise in einem Spritzprägeverfahren, hergestellt. Das Spritzprägeverfahren eignet sich besonders zur Herstellung von großen, flächigen Bauteilen aus transparentem Kunststoff, da hier im Vergleich zum üblicherweise eingesetzten Spritzgießverfahren wesentlich geringere Zuhaltekräfte der Werkzeugplatten notwendig sind, die den Einsatz kleinerer und billigerer Maschinen erlauben. Zudem kommt es durch das spezielle Verfahren beim Spritzprägen nur zu sehr geringen Scherungen und damit Orientierungen der Schmelze, was einerseits der Maßhaltigkeit, andererseits dem optischen Verhalten zugute kommt.
Die durch das Spritzprägeverfahren erhaltene, mechanisch belastbare untere Lage weist hierbei bereits die gewünschte Geometrie des Bauteils, etwa einer konvex geformten Fahrzeugheckscheibe, auf und stellt somit quasi ein Urmuster für den nachfolgenden Laminierprozess dar. Die untere Lage wird anschließend auf eine definierte Temperatur erwärmt. Gleichzeitig werden hiervon unabhängig auch die obere Lage, die in Form einer Folie oder eines Bleches vorliegt, und die zwischen oberer und unterer Lage anzuordnende Zwischenlage, die ebenfalls in Form einer Folie oder eines Bleches vorliegt, auf eine jeweils definierte Temperatur aufgeheizt. Das Aufheizen und Verpressen der einzelnen Lagen sorgt in erster Linie für eine hohe Transparenz des laminierten Bauteils.
Daran anschließend werden die unabhängig voneinander aufgewärmten Lagen in einem Laminierprozess miteinander kombiniert. Es ist notwendig, dass das Material für die untere, als Urmuster dienende Lage, eine höhere Wärmeformbeständigkeit aufweist als die aufzulaminierenden Lagen, da es sonst zu einer Formveränderung der unteren Lage während des Laminierens kommen kann. Während des Laminierens erfolgt eine Umbiegung des Randbereichs zumindest der oberen Lage in Richtung der unteren Lage. Sodann werden die kombinierten Lagen mit einer definierten Flächenpressung von beispielsweise 200 N/cm² verpresst, so dass eine innige Verbindung zwischen ihnen entsteht. Vorzugsweise werden in einem letzten Verfahrensschritt die durch das Laminieren entstandenen Laminierfugen zwischen den einzelnen Lagen versiegelt, beispielsweise durch Aufbringen einer Versiegelungsmasse.
Die Kombination, vorzugsweise des Spritzprägeverfahrens mit einem Laminierverfahren, ist vorteilhaft, da durch das Spritzprägeverfahren ein optisch hervorragendes, maßhaltiges und mechanisch belastbares Urmuster zur Verfügung gestellt werden kann, auf das die weiteren Schichten vergleichsweise einfach und technisch beherrschbar aufbringbar sind, wobei es keine Abstimmungs- oder Toleranzprobleme von Halbfertigprodukten gibt.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils wird zunächst die untere Lage, beispielsweise mit einem Spritzprägeverfahren, hergestellt. Die durch das Spritzprägeverfahren erhaltene, mechanisch belastbare Unterlage weist hierbei vorzugsweise bereits die gewünschte Geometrie des Bauteils auf. Die untere Lage wird anschließend auf eine definierte Temperatur erwärmt. Gleichzeitig werden hiervon unabhängig auch die obere Lage, die in Form einer Folie oder eines Bleches vorliegt, und die zwischen oberer und unterer Lage zu anzuordnende Zwischenlage, die ebenfalls in Form einer Folie oder eines Bleches vorliegt, auf eine jeweils definierte Temperatur aufgeheizt. Daran anschließend werden die unabhängig voneinander aufgewärmten Lagen in einem Laminierprozess miteinander kombiniert. Dann werden die kombinierten Lagen mit einer definierten Flächenpressung, beispielsweise mit 200 N/cm², verpresst, so dass eine innige Verbindung zwischen ihnen entsteht. Daraufhin erfolgt in einem Tiefziehverfahren die Umbiegung des Randbereichs, zumindest der oberen Lage in Richtung der unteren Lage.
Es ist möglich, das Thermoformverfahren nur auf den Randbereich des laminierten Bauteils anzuwenden. Dies ist beispielsweise in den Fällen vorteilhaft, in denen bereits während des Herstellens der unteren Lage etwa eine für eine Heckscheibe übliche konvex gewölbte Oberfläche realisiert wurde. Ebenso ist vorstellbar, besagte konvex gewölbte Oberfläche innerhalb des Thermoformprozesses zu formen.
Vorzugsweise werden in einem letzten Verfahrensschritt die durch das Laminieren entstandenen Laminierfugen zwischen den einzelnen Lagen versiegelt, beispielsweise durch Aufbringen einer Versiegelungsmasse.
Es ist selbstverständlich denkbar, die zuvor beschriebenen bevorzugten Verfahren auch nur auf zwei Lagen oder mehr als drei Lagen anzuwenden.

Claims

Transparentes, mehrlagiges und flächiges Bauteil (1), vorzugsweise für den Einsatz als Scheibe in einem Fahrzeug, umfassend wenigstens eine obere Lage (2) und eine untere Lage (3) eines transparenten Materials, die miteinander verbunden sind, wobei jede der Lagen (2, 3) einen jeweiligen Randbereich (4, 5) mit einer Stirnfläche (6, 7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Randbereich (4) der oberen Lage (2) wenigstens abschnittsweise in Richtung der unteren Lage (3) umgebogen ist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der unteren Lage zugewandte Oberfläche (8) der oberen Lage (2) mit der Stirnfläche (7) der unteren Lage (3) zumindest abschnittsweise in Anlage ist.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (6) der oberen Lage (2) im Wesentlichen in die entgegengesetzte Richtung weist wie die Stirnfläche (7) der unteren Lage (3).
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (6) der oberen Lage (2) im Wesentlichen in die gleiche Richtung weist wie die Stirnfläche (7) der unteren Lage (3).
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (6, 7) bündig miteinander abschließen.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der umgebogene Randbereich, im Querschnitt betrachtet, die Form eines Schenkels hat.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schenkel im Wesentlichen senkrecht zur Fläche der oberen und/oder unteren Lage im Bereich angrenzend an den Randbereich angeordnet ist.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Schenkels dem 1,5 bis 2,5-fachen der Dicke des Bauteils im Bereich angrenzend an den Randbereich entspricht.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Schenkels geringer ist als die Dicke des Bauteils im Bereich angrenzend an den Randbereich.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Lage (2) und/oder die untere Lage (3) zumindest auf der der jeweils gegenüberliegenden Lage abgewandten Oberfläche mit einer Beschichtung versehen ist.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in Form eines Lackes vorgesehen ist.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Lack um einen Silikatlack oder einen Siloxanlack oder einen Nanolack handelt.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der oberen Lage (2) und der unteren Lage (3) wenigstens eine weitere Lage (10) eines transparenten Materials angeordnet ist.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zumindest eine weitere Lage die Verbindung zwischen der oberen Lage (2) und der unteren Lage (3) hergestellt wird.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für zumindest eine Lage aus einem polymeren Werkstoff, vorzugsweise aus Kunststoff, besteht.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Lagen in einem Injektions- und/oder Pressverfahren, vorzugsweise in einem Spritzprägeverfahren, hergestellt wurde.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Lagen aus einer Folie besteht.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeformbeständigkeit der im Spritzprägeprozess hergestellten Lage höher ist als die der übrigen Lagen.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen dreilagigen Aufbau mit einer oberen Lage aus einer Kunststofffolie, einer unteren Lage aus einem spritzgeprägten Kunststoff, und einer zwischen erster und zweiter Lage angeordneten Lage aus Kunststofffolie.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Spritzprägeverfahren hergestellte Lage eine Dicke zwischen 3 und 5 mm aufweist.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Kunststofffolie der oberen Lage zwischen 0,5 und 1,5 mm beträgt.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine obere Lage aus einer Polymethylmethacrylatfolie, einer unteren Lage aus Polycarbonat und einer zwischen oberer und unterer Lage geordneten Lage aus thermoplastischem Polyurethan.
Bauteil nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stirnflächen der Lagen eine Versiegelungseinrichtung (11) vorgesehen ist.
Karosserieteil, vorzugsweise Heckklappe, eines Fahrzeugs mit einem Bauteil gemäß zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche.
Fahrzeug mit einem Bauteil gemäß zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 20.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 20, umfassend die Schritte: – Herstellen der unteren Lage, – Auflaminieren der oberen Lage auf die untere Lage, wobei während des Auflaminierens die Umbiegung des Randbereichs erfolgt, – Verpressen der Lagen.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 20, umfassend die Schritte: – Herstellen der unteren Lage, – Auflaminieren der oberen Lage auf die untere Lage, – Verpressen der Lagen, – Thermoformen des Randbereichs, wobei während des Thermoformens die Umbiegung des Randbereichs erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Lage in einem Spritzprägeverfahren hergestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auflaminieren der oberen Lage auf die untere Lage ein getrenntes Aufheizen beider Lagen auf eine jeweils definierte Temperatur erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche 23 bis 26, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt: – Auflaminieren zumindest einer weiteren Lage auf die untere Lage vor dem Schritt des Auflaminierens der oberen Lage.
Verfahren nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auflaminieren der zumindest einen weiteren Lage diese auf eine definierte Temperatur erwärmt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpressen der Lagen unter Druck von mindestens 150 N/cm², vorzugsweise mit einem Druck von 200 N/cm², erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 23 bis 29, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt: – Versiegelung der Laminierfuge.