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Die
Erfindung betrifft eine thermoplastische Folie, insbesondere für
Airbag-Abdeckungen für die Innenverkleidung von Kraftfahrzeugen,
bestehend aus einer kompakten Deckschicht mit einer dreidimensional
strukturierten Oberfläche, hergestellt z. b. durch das
IMG-Verfahren, wie weiter unten beschrieben oder auch durch Prägeverfahren.
Die Folie besitzt eine geschäumte Schicht auf der Unterseite, wird
in einem formgebenden Verarbeitungsschritt auf einen der Bauteilform
entsprechenden Träger aufgebracht und erhält dadurch
ihre Bauteilform.
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Thermoplastische
Formteile, Formfolien oder – häute für
die Innenverkleidung von Kraftfahrzeugen sind weithin bekannt und
werden z. B. verwendet für die Innenverkleidung in Fahrzeugen,
also als Überzug von Armaturenbrettern, Türeinsätzen, Sonnenblenden
etc. eingesetzt. Solche Formteile bestehen üblicherweise
aus einer mehrschichtigen unterschäumten Kunststoff-Folie,
die auf ihrer Oberseite eine dreidimensional strukturierte, geprägte
Oberfläche aufweist, nämlich eine so genannte
Musterung oder Narbung in verschiedensten Formen und Ausführungen.
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Die
Formteile oder Formfolien bestehen aus einer kompakten Oberschicht,
nämlich der Deck- oder Dekorschicht mit einer Shore-Härte
von etwa Shore A 60 bis Shore D 50, die mit der geprägten oder
eingeformten Oberfläche versehen ist, und aus einer auf
der Unterseite auflaminierten/aufgeklebten Schaumschicht niedriger
Dichte als Unterschicht, die eine ansprechende Haptik, d. h. eine
angenehm „weiche" Griffigkeit des Bezuges bereitstellt.
Dabei ist die Oberschicht auch als „Kompaktfolie" bekannt.
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Sowohl
die Oberschicht als auch die Unterschicht der Formteile/Formfolien
können dabei aus unterschiedlichen Zusammensetzungen und
unterschiedlichen Basisrohstoffen bestehen, also etwa aus Kunststoffen
wie PVC (Polyvinylchlorid), PP (Polypropylen), TPO (Polyolefin)
etc. oder einer Kombination aus solchen oder ähnlichen
Materialien.
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Im
Stand der Technik sind zur Herstellung solcher Formhäute
verschiedene Verfahren bekannt, zum Beispiel Walzverfahren zur Herstellung
von „endlosen" Folienbahnen oder auch Verfahren zur Herstellung
von werkzeugfallenden einzelnen Formhäuten. Ein Beispiel
dafür ist das "Inmould-Graining-Verfahren (IMG-Verfahren)",
welches sich als Spezialverfahren aus dem Negativ-Tiefziehverfahren entwickelt
hat. Dieses Inmould-Graining-Verfahren, bisher im Wesentlichen mit
seinem englischsprachigen Begriff bekannt, lässt sich wohl
am besten mit dem Begriff " narbgebendes Negativtiefziehen" übersetzen.
Im Gegensatz zum Standardtiefziehverfahren, bei dem das Einformen
in die dreidimensionale, bauteil-geometrische Struktur durch das
Einfahren eines die spätere Bauteilkontur bildenden Tiefziehstempels
in die Folie erfolgt, wird beim Negativtiefziehen eine Folie in
eine Negativform hineingezogen, beispielsweise durch Vakuum. Das
narbgebende Negativtiefziehen ist dabei eine besondere Ausgestaltung
des Negativtiefziehens, in dem nicht nur die bauteil-geometrische
Struktur, sondern auch die spätere Narbstruktur als Negativ
in die Werkzeugoberfläche eingebracht wird.
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Die
erfindungsgegenständliche Folie ist besonders geeignet
für und ausgerichtet auf die Herstellung mit dem IMG Verfahren
oder auch mit Walzverfahren oder Prägeverfahren.
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Für
das nachfolgende Aufbringen eines solchen Formteiles bzw. einer
solchen Formfolie auf einen Armaturenbrett-Träger oder
auf ein vorgefertigtes, z. B. aus faserverstärkter Pappe
hergestelltes Trägerteil für einen Seitentür-Einsatz,
kennt man neben dem Tiefziehen eine Reihe weiterer Umformverfahren,
wie etwa Drück- oder Pressverfahren, bei denen die Folie
gegen Formen bzw. gegen die genannten Träger gepresst wird
und ihre Bauteilform erhält.
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Eine
solche Folie, d. h. ein solcher Formkörper besteht, wie
oben bereits dargestellt, also aus einem Verbund von mehreren Schichten,
wobei die Oberfolie eine dem Verarbeitungsverfahren angepasste Schmelzeviskosität
hat und auch die geschäumte Unterfolie stabil ausgebildet
ist. Der Einsatz einer solchen Folie als Abdeckung eines Trägers im
Zusammenspiel mit den in heutigen Fahrzeugen serienmäßig
vorhandenen Airbag-Auslösegeräten nur dann möglich,
wenn die Folie, die z. B. das gesamte Armaturenbrett und damit auch
die Abdeckungen über den Auslösegeräten
des Airbags bedeckt, zum Aufreißen beim Entfalten des Airbags
entlang einer Naht/Aufreißnaht geschwächt wird.
Diese Schwächung erfolgt im Stand der Technik durch verschiedene
Arten nachträglicher Bearbeitung.
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Die
DE 100 55 546 C2 offenbart
hierzu ein Verfahren zur Erzeugung von entlang einer Sollbruchlinie
verlaufenden Schwächungsstrukturen, bei dem auf der Rückseite
der Airbag-Verkleidung/der thermoplastischen Folie mit einer Klinge
als Schneid- und Stanzwerkzeug Aufreißnähte dadurch
angeordnet werden, das die Klinge entlang einer Aufreißlinie verfahren
und mit einer bestimmten Taktrate in die Airbag-Verkleidung eingestoßen
und wieder herausgezogen wird.
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Bekannt
ist auch die Herstellung von Sollbruchlinien durch eine Laserstrahlbehandlung,
bei dem ein Laserstrahl einen Teil der Foliendicke verbrennt bzw.
schneidet. So offenbart die
DE 196 36 428 A1 eine Vorrichtung, welche
einen Laser zur Erzeugung von Schwächungsstrukturen in
Form von Perforationslinien aufweist. Dabei werden in vorgegebenen
Abständen Sacklöcher in die Airbagverkleidung
eingebrannt.
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Nachteilig
ist in beiden offenbarten Verfahrensweisen, dass im Allgemeinen
die rückseitig erzeugte Materialschwächung im
Lauf der Zeit auch auf der Außenseite durch einen Material-Rückfall
sichtbar wird.
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Die
EP 1 518 662 A1 zeigt
ein Verfahren zur Herstellung einer Schwächungslinie in
einer Airbag-Abdeckung, bei dem über eine auf die Abdeckung/Folie
aufgesetzte Sonotrode eine Wärmeerzeugung durch Ultraschall
erfolgt, die in einer textilen Außenschicht der Abdeckung
eine mechanische Schwächung erzeugt, die aber die an sich
vorhandene textile Oberflächenstruktur nur wenig stören
soll, vermutlich dadurch, dass das Muster der Sollbruchlinie im
Textilmuster nicht sonderlich auffällt. Bei z. B. Kunstlederoberflächen
wäre hier jedoch eine deutlich auffällige Schwächungslinie
zu erkennen.
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Da
im Bereich des Automobilinterieurs ein starker Trend zur Verbesserung
der Qualitätsanmutung zu beobachten ist, sind weder die
einen noch die anderen Unregelmäßigkeiten in den
sichtbaren Oberflächenbereichen akzeptabel.
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Der
Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine thermoplastische Folie
bereitzustellen, die ohne Qualitätsverlust für
Verformungsvorgänge, wie z. B. Tiefziehen geeignet ist,
die eine hochwertige Anmutung der Oberfläche besitzt und
auch ohne umfangreiche Zusatzbearbeitung im Bereich von Airbag-Auslösern
einsetzbar ist.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere
vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart. Ebenso
wird ein Innenverkleidungsteil mit einer solchen Folie offenbart.
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Dabei
ist die Deckschicht mindestens zweilagig ausgebildet und besteht
daher mindestens aus einer äußeren Lage und einer
inneren, der geschäumten Schicht benachbarten Lage. Die
innere Lage der Deckschicht und die geschäumte Schicht
weisen eine Reißdehnung auf, die erheblich unterhalb der Reißdehnung
der äußeren Lage der Deckschicht liegt. Dieser
Aufbau führt dazu, dass bei ausgelöstem Airbag-Generator
die Folie ohne Probleme aufreißt und ein Aufblasen des
Airbags ermöglicht.
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Im
Stand der Technik war das bisher bei Folien ohne zusätzlich
eingebrachte Schwächungslinien nicht gegeben. Spannt man
nämlich eine normale Folie ohne geschwächte Querschnitt über
eine Airbag-Öffnung und löst dann den Airbag aus,
so wird die Airbag-Klappe vom Luftsack gegen den Schaum geschlagen,
der dabei bricht. Beim herkömmlichen Schichtaufbau trifft
im weiteren Verlauf die Klappe auf die kompakte und in der Regel
einlagige Deckschicht, die aufgrund ihrer signifikant höheren
Reißfestigkeit und Dehnfähigkeit nicht sofort
bricht sondern zunächst verstreckt wird. Hierbei kommt
es zu einer Abtrennung der oberen Schichten des Schaums von der
Folie, was zur Folge hat, dass weiteres dehnfähiges Folienmaterial
zur Verfügung steht. Damit wird die Strecke, die insgesamt
gedehnt werden muss, bevor es zum Bruch kommt, und damit der zur Öffnung
des Airbags benötigte Zeitraum deutlich länger.
Bei Versuchen mit solchen Konstruktionen konnte bei Zug-Dehnungsuntersuchungen
analog der DIN 527-3 beobachtet werden, dass nach dem Schaumbruch
noch die Dehnung der Deckschicht auf Werte von bis zu 1200% der
Ursprungsabmessungen stattfindet, bis dass die Folie reißt. Dies
ist ungewünscht ist und hat im Fachbereich dazu geführt,
Schwächungslinien einzubringen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Ausbildung der Folie in
einer Weise, dass die innere Lage der kompakten Deckschicht eine
Reißfestigkeit und -dehnung aufweist, die deutlich unterhalb
der Werte der äußeren Lage der kompakten Deckschicht
liegt, kann man nun auf das Einbringen von Schwächungslinien verzichten,
da es gelungen ist, das Reißen der Gesamtkonstruktion in
dem Moment stattfinden zu lassen, in dem auch die geschäumte
Schicht reißt.
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Mit
der beschriebenen dreilagigen Folie, einem so genannten Trilaminat,
konnte in Zug-Dehnungsversuchen gemäß DIN 527-3
ein Verhalten beobachtet werden, welches den Anforderungen an die Ausbildung
von Airbag-Deckfolien entspricht und eine signifikant geringe Reißdehnung
der Gesamtkonstruktion aufweist. Durch eine solcherart gezielte Ausbildung
der Schichten ergibt sich also insgesamt eine ebenso strukturstabile
wie gleichmäßig nachgiebige Folie guter Anmutung
und ohne sichtbaren Nahtrückfall im Material, die aufgrund
ihres konstruktions- und materialbedingten Festigkeitsniveaus und Dehnungsverhaltens
besonders geeignet für den Einsatz im Bereich von Airbag-Auslösegeräten
ist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen bestehen darin, dass die Reißdehnung der
inneren Lage bei Bruch in Längsrichtung kleiner oder gleich
600% und in Querrichtung kleiner oder gleich 500% der jeweiligen
Ursprungsabmessung beträgt. Besonders geeignete Bereiche
dieser Weiterbildung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Reißdehnung
der inneren Lage bei Bruch in Längsrichtung kleiner oder
gleich 500%, vorzugsweise kleiner oder gleich 400% und in Querrichtung
kleiner oder gleich 400%, vorzugsweise kleiner oder gleich 300%
der jeweiligen Ursprungsabmessung beträgt. Insbesondere
zusammen mit der vorteilhaften Ausbildung dergestalt, dass die Reißfestigkeit
der inneren Lage in Längsrichtung und in Querrichtung 8
bis 25 MPa beträgt, vorzugsweise 10 bis 15 MPa, erreicht
man bei den üblichen Foliendicken und Abmessungen ein ausgewogenes
Reißverhalten bei gleichzeitig guter Einstellung der Folie
auf eine für die genutzten Verformungsverfahren/Tiefziehverfahren
ausreichende Strukturfestigkeit.
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Dies
wird durch eine weitere vorteilhafte Ausbildung unterstützt,
bei der die einzelnen Lagen der kompakten Deckschicht eine Dicke
von jeweils 0.2 bis 0.6 mm aufweisen, vorzugsweise eine Dicke von 0,2
bis 0,4 mm. Damit sind diese Folien auf der einen Seite noch nicht
zu dünn, um beim [MG-Verfahren oder auch beim Positiv-Tiefziehen
eine qualitativ gute Narbe zu erreichen und weisen auf der anderen
Seite eine Dicke auf, die noch keine zu großen Auswirkungen
auf die Materialkosten beinhaltet. Diese Foliendicken/Ausbildungen
können natürlich mit den unterschiedlichsten Werkstoffen
angepasst und hergestellt werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Reißdehnung
der geschäumten Schicht bei Bruch in Längsrichtung
kleiner oder gleich 400% und in Querrichtung kleiner oder gleich 300%
der jeweiligen Ursprungsabmessung beträgt. Besonders geeignete
Bereiche dieser Weiterbildung sind dadurch gekennzeichnet, dass
die Reißdehnung der geschäumten Schicht bei Bruch
in Längsrichtung kleiner oder gleich 300%, vorzugsweise
kleiner oder gleich 200%, und in Querrichtung kleiner oder gleich 200%,
vorzugsweise kleiner oder gleich 150% der jeweiligen Ursprungsabmessung
beträgt.
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Insbesondere
im Zusammenspiel mit einer vorteilhaften Ausbildung der Dicke der
geschäumten Schicht von 0,5 bis 4 mm ergibt sich eine präzise
angepasste Auslegung des Reißverhaltens auf die üblichen
Schichtdicken und Deckschichtmaterialien im Automobilbau. Unterstützt
wird dies noch durch eine weitere vorteilhafte Ausbildung, die darin
besteht, dass die geschäumte Schicht eine Dichte von 40
bis 300 kg/m3 aufweist, vorzugsweise eine
Dichte von 40 bis 200 kg/m3. Eine solche
Ausbildung erleichtert die Verarbeitung und die Herstellung der
Folien wodurch sich ein ausgewogenes Verhältnis zwischen
Flexibilität des Materials und erforderlicher Struktur-Festigkeit
für das Tiefziehen und dem gewünschten Reißverhalten
ergibt.
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Besonders
geeignet ist eine solche Folie zur Beschichtung eines Innenverkleidungsteil
für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise Armaturenbrett, wobei die
Deckfolie mindestens im Bereich der Airbag-Abdeckungen bzw. im Bereich
der Aufreißnähte der Airbag-Abdeckungen in erfindungsgemäßer
Weise mehrlagig ausgebildet ist Anhand eines Ausführungsbeispieles
soll die Erfindung näher erläutert werden. Es
zeigen:
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1 den
Aufbau einer erfindungsgemäßen thermoplastischen
Folie
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2 das
Reiß- und Dehnungsverhalten von erfindungsgemäßen
Folien in Längsrichtung im Vergleich zu einer Folie aus
dem Stand der Technik
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3 das
Reiß- und Dehnungsverhalten von erfindungsgemäßen
Folien in Querrichtung im Vergleich zu einer Folie aus dem Stand
der Technik
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Die 1 zeigt
den Aufbau einer thermoplastischen Folie 1 mit einer mehrschichtigen
Deckschicht 2, die hier zweilagig ausgebildet ist, nämlich mit
einer äußeren Lage 3 und einer inneren
Lage 4, die der geschäumten Schicht 5 benachbart
ist. Die Folie dient zur Verkleidung eines Kfz-Armaturenbrettes
im Bereich des Beifahrer-AirBags.
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Die
innere Lage 4 der Deckschicht und die geschäumte
Schicht 5 weisen eine Reißdehnung auf, die wesentlich
unterhalb der Reißdehnung der äußeren
Lage 3 der Deckschicht 2 liegt. Die thermoplastische
Folie 1 ist mit einer geprägten dreidimensional strukturierten
Oberfläche 5 auf ihrer äußeren
Deckschicht versehen, also mit einer durch Walzprägung außen
aufgeprägten Narbe.
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Dabei
besitzt die Deckschicht eine Gesamtdicke von 0,8 mm, die sich zusammensetzt
aus der Dicke der unteren Lage 4 von 0,4 mm und der Dicke der
oberen Lage 3 von ebenfalls 0,4 mm.
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Die
geschäumte Schicht 2 weist eine Schichtdicke von
2 mm auf.
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2 zeigt
das bei einem Versuch ermittelte Reiß- und Dehnungsverhalten
der erfindungsgemäßen Folie in Längsrichtung
im Vergleich zu einer Folie aus dem Stand der Technik.
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3 zeigt
die entsprechenden Ergebnisse des Reiß- und Dehnungsverhalten
der erfindungsgemäßen Folie in Querrichtung.
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Längs-
und Querrichtung stehen dabei senkrecht aufeinander, wobei als Längsrichtung
die Produktionsrichtung (Walzrichtung, Extrusionsrichtung) der Folie
und als Querrichtung: die Richtung senkrecht zur Produktionsrichtung
definiert ist. Das hier gezeigte jeweilige Reiß- und Dehnungsverhalten beim
Auslösen des Airbags bezieht sich im Übrigen auf
die gesamte Folie, also auf das gesamte Folienlaminat aus zweilagiger
Deckschicht und geschäumter Schicht, nicht etwa auf einzelne
Lagen der Folie.
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Die
Kurve 6 zeigt hierbei das Reiß-Dehnungsverhalten
einer Folie aus dem Stand der Technik in Längsrichtung
anhand der Zug-Dehnungswerte, wobei die Zugkraft über der
Dehnung aufgetragen ist. Die Kurve 6' zeigt die entsprechenden
Werte für die Querrichtung. Deutlich erkennt man hier,
dass nach dem Schaumbruch an der Stelle 7 (Längsrichtung)
und 7' (Querrichtung) nach etwas über 400% Dehnung
noch die Dehnung der Deckschicht auf Werte von bis zu 1200% steigt,
bevor die Folie reißt.
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Die
Kurven 8 und 9 für die Längsrichtung
sowie 8' und 9' für die Querrichtung
zeigen jeweils das Reiß-Dehnungsverhalten zweier erfindungsgemäßer Folien,
bei denen zum einen kein merkbarer Sprung beim Schaumbruch sichtbar
ist und zum anderen das Reißen der Gesamtkonstruktion in
dem Moment stattfindet, in dem der auch der Schaum reißt,
nämlich bei Dehnungen in der Größenordnung
von 300 bis 600%.
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- 1
- Thermoplastische
Folie
- 2
- Deckschicht
- 3
- Äußere
Lage der Deckschicht
- 4
- Innere
Lage der Deckschicht
- 5
- Geschäumte
Schicht
- 6
- Reiß-Dehnungskurve
einer Folie aus dem Stand der Technik, Längsrichtung
- 6'
- Reiß-Dehnungskurve
einer Folie aus dem Stand der Technik, Querrichtung
- 7
- Kurvenbereich
beim Schaumbruch, Längsrichtung
- 7'
- Kurvenbereich
beim Schaumbruch, Querrichtung
- 8
- Reiß-Dehnungskurve,
ersten erfindungsgemäße Folie, Längsrichtung
- 8'
- Reiß-Dehnungskurve,
ersten erfindungsgemäße Folie, Querrichtung
- 9
- Reiß-Dehnungskurve,
zweite erfindungsgemäße Folie, Längsrichtung
- 9'
- Reiß-Dehnungskurve,
ersten erfindungsgemäße Folie, Querrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10055546
C2 [0009]
- - DE 19636428 A1 [0010]
- - EP 1518662 A1 [0012]