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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Trägers mit einem Bezugsmaterial zur Herstellung eines Bauteils. Die Erfindung betrifft ferner eine Interieurkomponente mit einem Träger und einem Bezugsmaterial.
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STAND DER TECHNIK
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Es sind Herstellungsverfahren für Bauteile, wie etwa Interieurkomponenten, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, bekannt, bei denen auf einem Träger eine Dekorschicht aufgebracht wird. Das Aufbringen der Dekoroberfläche auf das Trägermaterial kann beispielsweise mittels einer Hochdruckverformung (HPF-Verfahren) erfolgen, bei der ein flächiges Bezugsmaterial direkt mit einem Druckfluid beaufschlagt und durch die unmittelbare isostatische Einwirkung des Druckfluids dreidimensional auf ein Trägerteil aufgeformt wird. Ein solches Verfahren ist in der
DE 199 57 850 A1 offenbart. Eine Erweiterung des HPF-Verfahrens, bei dem eine zusätzliche Haptik gebende Schicht zwischen einem Bezugsmaterial und einem Träger eingebracht wird, ist in der
DE 10 2007 058 276 A1 offenbart.
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Als Bezugsmaterial kann ein Folienverbund aus einem thermo- oder duroplastischen Kunststoff mit einer Dekorschicht, beispielsweise einem Holzfurnier, dienen. Durch das dreidimensionale Aufbringen des Bezugsmaterials auf den Träger wird das Bezugsmaterial nach bzw. beim Umformen lokal unterschiedlich belastet. Solche räumlich variierenden Zug- und Druckbelastungen können das Bezugsmaterial und damit das Dekor verformen bzw. verzerren. Ferner können beim Aus- bzw. Umformen des Beschichtungsmaterials auf einen Träger Risse, Falten und ähnliche Schädigungen des Bezugsmaterials auftreten. Insbesondere in Bereichen starker Umformung, d. h. kleiner Krümmung, wird das Bezugsmaterial stark beansprucht, was die Wahrscheinlichkeit von Beschädigungen während des Umformens in diesen Bereichen erhöht.
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Eine weitere Ursache für Dekorfehler liegt darin, dass das Bezugsmaterial nicht ausreichend auf dem Träger fixiert wird. Insbesondere bei einer ausgeprägten dreidimensionalen Profilierung des Bezugsmaterials, ist eine Fixierung des Bezugsmaterials mittels eines Haftvermittlers unzureichend. Dekorfehler dieser und der obigen Art treten insbesondere an den Rändern des Bezugsmaterials auf, die tendenziell stark gekrümmt sind. Eine unzureichende Verbindung des Bezugsmaterials mit dem Träger sieht nicht nur unschön aus sondern ermöglicht das Eindringen von Fremdteilchen, wie beispielsweise Staub oder Feuchtigkeit, wie Reinigungsmittel, zwischen Bezugsmaterial und Träger.
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Die
DE 43 16 368 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Furnierelementen mit abgerundeten Längskanten, wobei eine am Furnierblatt befestigte Versteifungsrippe in eine Nut eines Nutzstücks eingreifen kann.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Interieurkomponente und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils anzugeben, wobei Dekorfehler bei und nach der Herstellung verringert werden können.
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Die Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und einem Bauteil nach Anspruch 22 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen folgen aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Bauteils wird ein Bezugsmaterial auf einem Träger dreidimensional ausgeformt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger wenigstens eine Aussparung aufweist und auf dem Bezugsmaterial wenigstens eine lokale Erhebung so vorgesehen ist, dass sie beim Ausformen des Bezugsmaterials mit der Aussparung in Eingriff gelangt. Durch das in Eingriff bringen eines Teils des Bezugsmaterials mit einer entsprechenden Aussparung auf dem Träger wird neben einer stofflichen Verbindung zwischen Träger und Bezugsmaterial, beispielsweise durch Verkleben, auch eine geometrische Verbindung erzielt.
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Die obige Verbindung zwischen Bezugsmaterial und Träger erlaubt eine sichere Fixierung des Bezugsmaterials auf dem Träger. Es können lokale Abweichungen der Zug- und Druckbelastung des Bezugsmaterials ausgeglichen werden, wodurch das Verfahren einer Verformung, Verzerrung oder einem Verrutschen des Bezugsmaterials auf dem Träger vorbeugt. Ferner wird der Übergang zwischen Bezugsmaterial und Träger in den Eingriffsbereichen versiegelt. Ferner beeinflusst eine Variation der Dicke der Bezugschicht das Umlenkverhalten beim Ausformen der Bezugschicht. Dieser Effekt kann zur Lösung der obigen Aufgabe beitragen, wie dies im Folgenden genauer dargelegt wird.
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Vorzugsweise sind mehrere solcher Erhebungen vorgesehen, die jeweils mit einer dafür vorgesehenen Aussparung beim Ausformen des Bezugsmaterials in Eingriff gelangen, um die Verbindung zwischen Bezugschicht und Träger zu verbessern.
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Wenigstens eine Erhebung ist eine Zusatzbeschichtung, die in einem Schritt vor dem Ausformen des Bezugsmaterials auf das Bezugsmaterial aufgebracht wird. Es kann beispielsweise bei der Herstellung sinnvoll sein, auf ein ansonsten glattes Bezugsmaterial eine oder mehrere Zusatzbeschichtung(en) aufzubringen, welche die Funktion der obigen Erhebungen übernehmen. Wenn diese Zusatzbeschichtungen ein anderes Zug- und Druckverhalten als das Bezugsmaterial aufweisen, kann vorteilhaft eine Umformverzögerung bzw. gezielte Beeinflussung des Dehn- und Zugverhaltens der Bezugsfolie bewirkt werden. Durch das Aufbringen einer oder mehrerer Zusatzschichten wird ein Umlenken des Bezugsmaterials in diesen Bereichen erschwert, was eine Verringerung der Zug- und Druckbelastungen auf das Bezugsmaterial in diesen Bereichen zur Folge hat. Somit können Beschädigungen und/oder Verformungen des Bezugsmaterials verringert werden. Wird ein Material für die Zusatzbeschichtung verwendet, dessen physikalische Eigenschaften sich von denen des Bezugsmaterials unterscheiden, kann die Zusatzbeschichtung das Umformverhalten aktiv beeinflussen.
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Bei Verwendung von Hinterschnitten, d. h. Nuten, Kanten usw. auf dem Träger und/oder im Werkzeug kann ein Materialauftrag so ausgeführt werden, dass das Zusatzmaterial, z. B. durch Aufschmelzen (z. B. Heißsiegelmaterial), Verkleben (z. B. Klebefilm) oder Verschweißen im Hinterschnittbereich fixiert wird und somit einen definierten Abschluss herstellt. Unter Einbeziehung von Materialien mit dekorativer Wirkung kann das Zusatzmaterial hierbei zusätzlich designtechnische Effekte bewirken, z. B. Pigmentierungen, eingefärbter Abschlussrand, Metalleffekt, Chromrandeffekt, Lichtleiter.
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Vorzugsweise ist die Zusatzbeschichtung teilweise in dem Bezugsmaterial eingebettet, um die Verbindung zwischen Träger und Bezugsmaterial zu verbessern.
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Vorzugsweise durchdringt die Zusatzbeschichtung das Bezugsmaterial, um die Verbindung zwischen Bezugsmaterial und Träger zu verbessern und/oder optische Effekte auf der dem Träger abgewandten Seite des Bezugsmaterials bereitzustellen.
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Vorzugsweise ist die Zusatzbeschichtung vorgeprägt, beispielsweise geriffelt, um die Verbindung der Zusatzbeschichtung mit dem Bezugsmaterial zu verbessern.
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Vorzugsweise sind mehrere Erhebungen geometrisch regelmäßig angeordnet.
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Vorzugsweise weist das Bezugsmaterial einen Sichtbereich des Bauteils und einen Abfallbereich, der nach der Fertigstellung des Bauteils kein Bestandteil derselben ist, auf, wobei sich die Erhebungen im Bauteilbereich und wenigstens teilweise am Rand zum Abfallbereich befinden. Der Randbereich zwischen Sichtbereich des Bauteils und Abfallbereich definiert die Kontur des Bezugsmaterials und des Trägers. Dementsprechend weist der Träger am Rand des Auflagebereichs des Bezugsmaterials Aussparungen auf, in die hinein das Bezugsmaterial eingeformt wird, um eine randseitige Versiegelung zu ermöglichen.
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Vorzugsweise erstreckt sich die Erhebung bzw. erstrecken sich die Erhebungen nach dem Umformen des Bezugsmaterials entlang der Kontur des Trägers.
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Vorzugsweise wird das Bezugsmaterial nach dem Ausformen über dem Träger zugeschnitten, wobei der Zuschnitt zumindest teilweise entlang der Erhebung erfolgt. Nach dem Umformen des Bezugsmaterials kann durch ein Heizmesser, das verhältnismäßig langsam geführt wird und unterschiedliche Formen (z. B. Umbug- oder Kantenform, konkav, stiftförmig) aufweisen kann, das Bezugsmaterial derart geschnitten werden, dass diese durch die Hitze vom Abfallbereich des Bezugsmaterials abgetrennt wird und gleichsam das entsprechende Bauteil versiegelt. Hierdurch können keine Verschmutzungen im Fertigungsprozess in das Bauteil eindringen. Ferner kann die Nacharbeit am Bauteil entfallen. Hierdurch wird der anfallende Verschnitt bei derartigen Bauteilen minimiert.
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Neben den oben genannten Vorteilen kann ein Schnitt entlang der Erhebungen besser geführt werden, wodurch der Schnitt vereinfacht wird und definierter erfolgen kann. Durch das Aufbringen einer Zusatzschicht im Randbereich und einem Umbug des Bezugsmaterials im Randbereich und/oder Befestigung des Bezugsmaterials (Versiegelung) im Randbereich mittels Aussparung und Erhebung genügt das Dekor der Bauteilkomponente auch im Randbereich den hohen optischen Anforderungen, die beispielsweise im Automobilbau gefordert werden.
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Vorzugsweise ist vor dem Ausformen des Bezugsmaterials auf den Träger eine Membranfolie auf der dem Träger abgewandten Seite des Bezugsmaterials vorgesehen. Das vorliegende Verfahren ermöglicht durch das Aufbringen einer solchen Membranfolie beispielsweise die Anwendung eines HPF-Verfahrens auch für ein Bezugsmaterial, das medienundurchlässig ist und/oder aus anderen Gründen vor einem direkten Kontakt mit dem Fluid, das mit dem Druck auf das Bezugsmaterial beaufschlagt wird, geschützt werden muss.
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Neben dem HPF-Verfahren ist der Erfindungsgedanke auch für andere auf diesem Gebiet gängige Verfahren wie Vakuum- und Membranpressen, Hydro- und Fluidforming, Kaschieren, Stempelmatrizen, oder eine manuelle Verarbeitung geeignet, wie auch für Kombinationen dieser Verfahren untereinander.
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Vorzugsweise ist die Membranfolie eine Opferfolie, die nach dem Ausformen von der Interieurkomponente wieder entfernt wird.
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Weiter bevorzugt ist eine Membranfolie oder -matte ein fester Bestandteil der Vorrichtung und dient zur gleichmäßigen isostatischen Einwirkung der druckbeaufschlagten Medien.
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Vorzugsweise wird in einem ersten Schritt der Träger auf einem Werkzeug aufgebracht und auf diesem vorübergehend befestigt, um die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Herstellungsergebnisses zu erhöhen.
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Vorzugsweise umfasst das Bezugsmaterial eine Folie. Das vorliegende Verfahren ist im Besonderen für die Verwendung einer Folie und/oder eines Folienverbundes als Bezugsmaterial geeignet. Die Folien weisen zum einen eine notwendige Festigkeit für die Verwendung als obere Schicht der Bauteilkomponente auf, zum anderen lassen sie sich in gewissen. Grenzen ohne Beschädigung dreidimensional umformen. Diese Grenzen können erfindungsgemäß durch Erhebungen und/oder Zusatzbeschichtungen erweitert werden.
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Vorzugsweise umfasst das Bezugsmaterial einen Folienverbund mit wenigstens einer Folie und einem Dekormaterial. Als Dekormaterial können beispielsweise zellulosehaltiges Material, wie beispielsweise Holzfurniere, Gewebe, Gewirke, Vlies, Metall, Stein, Leder und/oder lederähnliche Materialien verwendet werden. Diese weisen unterschiedliche Umformungseigenschaften und Umformungstoleranzen auf. Die Folie bietet in dem Verbund für das Dekormaterial einen stabilisierenden Schutz. Folglich kann die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Dekormaterials während einer weiterführenden Bearbeitung aufgrund des Folienverbunds verringert werden. Ferner kann durch das Träger-unabhängige Ausbilden eines solchen Verbunds eine fehlerhafte Dekoroberfläche in einem frühen Produktionsstadium erkannt werden. Ferner können Veredelungsschritte bereits am Vorprodukt durchgeführt werden.
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Zwischen Dekormaterial und Folie und/oder zwischen Träger und Dekormaterial kann ein Kleber vorgesehen sein. Vorzugsweise besteht der Träger aus einem Kunststoff. Vorzugsweise umfasst der Folienverbund thermoplastische Kunststoffe. Vorzugsweise ist die Folie bedruckt.
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Vorzugsweise ist wenigstens eine Erhebung eine Zusatzbeschichtung, die sowohl das Dekormaterial als auch die Folie bedeckt. Hierbei besteht ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Zusatzschicht beispielsweise in den Randbereichen bzw. Hinterschnitten darin, dass Zuschnittunterschiede beispielsweise eines Holzfurniers oder eines Naturmaterials durch ein Aufschmelzen bzw. Ausgleichen der Zusatzschicht ausgeglichen und somit z. B. exakte Bauteilränder hergestellt werden können. Insbesondere bei sehr geringen Toleranzen, wie beispielsweise bei direkt angebrachten Chrom-Akzentleisten, ist ein Kantenbefräsen nicht mehr notwendig.
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Vorzugsweise ist das Bezugsmaterial unter Normalbedingung im Wesentlichen steif und somit unter Raumklima-Bedingungen im Wesentlichen formstabil. Ein steifes Bezugsmaterial vereinfacht das Einbringen des Bezugsmaterials und ein vorübergehendes Befestigen des Bezugsmaterials in dem zur Umformung vorgesehenen Werkzeug. Durch das Aufbringen einer Zusatzbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können an anderer Stelle die Umlenkungsradien verkleinert und die Möglichkeiten zur dreidimensionalen Umformung selbst bei einem solchen verhältnismäßig steifen Bezugsmaterial vergrößert werden.
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Vorzugsweise steht das Bezugsmaterial beim Ausformen auf der dem Träger abgewandten Seite mit einem druckbeaufschlagten Fluid direkt in Kontakt und wird durch dessen Einwirkung dreidimensional über dem Träger ausgeformt. Wie es oben angedeutet ist, kann die Kraft, die zum Ausformen des Bezugsmaterials benötigt wird, aufgrund der Zusatzbeschichtung lokal eingestellt werden. Wenn eine Membranfolie und/oder eine Opferfolie verwendet wird, steht diese mit dem druckbeaufschlagten Fluid direkt in Kontakt und die von dem druckbeaufschlagten Fluid aufgebrachte Kraft wird über die Membranfolie und/oder Opferfolie auf das Bezugsmaterial übertragen. Durch das definierte Verstärken des Bezugsmaterials in definierten Bereichen kann das Bezugsmaterial ansonsten dünner ausfallen, ohne dass die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung wesentlich zunimmt. Als Folge davon kann bei der Anwendung zum Beispiel eines HPF-Verfahrens der Druck des druckbeaufschlagten Fluids verringert werden, was zur Senkung von Energiekosten und zur Verringerung einer allgemeinen Belastung auf das Bezugsmaterial führen kann, da die Kraft, die zum Ausformen des Bezugsmaterials benötigt wird, aufgrund der einfacheren Umlenkung verringert werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ferner von einer Bauteilkomponente mit einem Träger und einem darauf dreidimensional aufgebrachten Bezugsmaterial gelöst. Das Bauteil ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger wenigstens eine Aussparung aufweist, und auf dem Bezugsmaterial wenigstens eine Erhebung vorgesehen ist, die mit der Aussparung im Eingriff steht. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird darauf hingewiesen, dass die obigen, das Verfahren betreffenden Vorteile und technischen Wirkungen auch für das Produkt gelten.
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Das erfindungsgemäße Bauteil findet sich vorzugsweise als Komponente in Verkehrsmitteln, wie auch in der Oberflächenverarbeitenden Industrie, wie beispielsweise der Möbelherstellung. Besonders bevorzugt wird das Bauteil als Interieurkomponente, insbesondere in Kraftfahrzeugen verwendet.
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Figurenliste
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- 1 zeigt den Aufbau eines Schichtverbunds mit einem auf einem Werkzeug aufgebrachten Träger und illustriert die Druckbeaufschlagung des Bezugsmaterials auf den Träger.
- 2 zeigt das Umformverfahren des Bezugsmaterials aus einer seitlichen Ansicht und das Versiegeln des Bezugsmaterials mit Zusatzbeschichtung an der Kontur des Trägers.
- 3 zeigt das Umformverfahren des Bezugsmaterials mit Dekorschicht oder Zusatzbeschichtung aus einer seitlichen Ansicht, und die Versiegelung im Konturbereich des Trägers.
- 4 zeigt verschiedene Prägeformen.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist eine dreidimensionale Darstellung, bei welcher der Schichtaufbau einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
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Hierbei wird zunächst auf einem Werkzeug 60 ein Träger 50 für das Bauteil befestigt. Dieser Träger 50 besteht vorzugsweise aus Kunststoff und weist eine dreidimensionale Gestalt, beispielsweise mit mehr oder weniger stark gewölbten Flächenbereichen, auf. Auf den Träger 50 kann gegebenenfalls eine Klebstoffschicht 40 aufgebracht werden, mit der ein Dekormaterial 30 und/oder eine Folie 10 fixiert wird. In Abhängigkeit von dem angestrebten Design der Interieurkomponente kann auf das Dekormaterial 30 oder auf die Folie 10 verzichtet werden. Zwischen dem Dekormaterial 30 und einer Folie 10 kann wiederum eine Klebstoffschicht 20 vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Folie 10 bedruckt, wie es durch das Referenzzeichen 11 in 1 angedeutet ist. Die Schichten 10, 20 und 30 bilden in der vorliegenden Ausführungsform das Bezugsmaterial 1.
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Ein gasförmiges oder flüssiges Medium, das durch entsprechende Düsen in einer Vorrichtung zur Ausbildung der Interieurkomponente bereitgestellt werden kann, wird mit einem materialabhängigen Druck P, in einem Bereich zwischen 0,1 - 170 bar, auf die oberste Schicht 10 des Bezugsmaterials 1 druckbeaufschlagt. Das Bezugsmaterial 1 aus Folie 10, Dekormaterial 30 und möglichen Klebstoffschichten 40, 20 wird auf diese Weise auf den Träger 50 aufgebracht. Der Druck P verformt das Bezugsmaterial 1 so, dass es zumindest teilweise die dreidimensionale Gestalt des Trägers 50 annimmt.
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2 zeigt das Verfahren aus einer Seitenansicht. Im Konturbereich des Trägers 50 ist eine Aussparung 70 vorgesehen, die mit dem Werkzeug 60 eine Nut ausbildet, wenn der Träger 50 auf dem Werkzeug 60 befestigt ist. Mithilfe dieser Nut wird das Bezugsmaterial 1 geometrisch fixiert und versiegelt. Genauer gesagt ist die Aussparung 70 für den Umbug und/oder zur Fixierung des Bezugsmaterials 1 oder eines Teils des Bezugsmaterials 1, beispielsweise der Folie 10, vorgesehen. Durch die Beaufschlagung eines Fluids mit dem Druck P auf das Bezugsmaterial 1 wird dieses unter hydrostatischen Druckbedingungen dreidimensional auf den Träger 50 ausgeformt, wobei eine Zusatzbeschichtung 2 auf der dem Träger 50 zugewandten Seite des Bezugsmaterials 1 in die Nut eingebracht wird und die Verbindung aus Träger 50 und Bezugsmaterial 1 randseitig stabilisiert und versiegelt. Anstelle der Zusatzbeschichtung 2 kann das Bezugsmaterial 1 Erhebungen aufweisen.
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Die in 2 gezeigte Zusatzbeschichtung 2 entspricht der Kontur des Bauteils, indem sich die Zusatzbeschichtung 2 entlang der Kontur erstreckt.
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3a bis 3c zeigen eine Modifikation des Verfahrens, bei dem das Bezugsmaterial 1 ein Dekormaterial 30 und eine Folie 10 aufweist. Neben der oben beschriebenen Funktion der Zusatzbeschichtung 2 weist diese einen weiteren Vorteil darin auf, dass Zuschnittunterschiede des Furniers bzw. des Dekormaterials 30 im Randbereich ausgeglichen werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden sowohl ein Umbug des Bezugsmaterials 1 als auch eine Versiegelung desselben erreicht. Nach dem Zuschnitt entlang des Pfeils S kann in der vorliegenden Ausführungsform auf eine Nachbearbeitung des Randbereichs, z.B. auf eine Kantenbefräsung, verzichtet werden. In 3c ist die seitliche Schnittansicht eines möglichen Bauteils mit Chrom-Akzentleiste 80 dargestellt.
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Mögliche Varianten der Zusatzbeschichtung 2 sind in 4 gezeigt. Dabei zeigen die 4a bis 4f das Bezugsmaterial 1 mit verschiedenen Zusatzbeschichtungen 2 in einer Seitenansicht, während die Zusatzbeschichtungen 2 4g bis 4m als Draufsicht gezeigt sind. Die folgenden exemplarischen Beschichtungsvarianten für das Bezugsmaterial seien ausdrücklich genannt:
- a) Auftragsformen (über Zuschnitt oder Nassauftrag, z.B. Bedruckung, rund, kantig);
- b) einseitig, beidseitig; einfach, mehrfach, versetzt zueinander, deckungsgleich;
- c) teilweise eingebettet in das Bezugsmaterial (z. B. Prägen und Auftrag der Zusatzbeschichtung);
- d) einfach oder mehrfach oder beidseitig, teilweise eingebettet in das Bezugsmaterial;
- e) durchdringend durch das Bezugsmaterial;
- f) geriffeltes Vorprägen, geriffelte Zusatzbeschichtung;
- g) Einfachauftrag;
- h) Mehrfachauftrag;
- i) gestrichelter Auftrag;
- j) Strich-Punkt-Auftrag, gepunkteter Auftrag;
- k) wellenförmiger Auftrag, gegebenenfalls mit weiteren zusätzlichen Aufträgen (hier gepunktet);
- l) kreisförmiger Aufträge;
- m) Auftrag mit geriffelter Oberfläche.
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Für das Bezugsmaterial 1 können beispielsweise folgende Materialen alleine oder als Verbund verwendet werden: alle thermo- und duroplastischen Kunststoffe, inklusive Materialmischungen bzw. -Kombinationen, Holzfurnier-Folien-Verbunde, Gewebe/Gewirke/Vlies-Folien-Verbunde und Ledersowie lederähnliche Oberflächen (Kunstleder, Kunststoffhaut) und Metallfolien/Metallblech-Folien-Kombinationen.
