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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenschicht.
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Qualitativ
hochwertige Instrumententafeln für Kraftfahrzeuge weisen
heutzutage in der Regel eine mehrschichtige Struktur auf. Ein steifes
Trägerbauteil, das aus einem thermoplastischen Kunststoff und/oder
einem metallischen Blech bestehen kann, sorgt für die mechanische
Stabilität der Instrumententafel und dient zu deren Anbindung
an die Karosserie des Kraftfahrzeugs. Für die Oberflächenschicht,
die besonderen optischen und haptischen Qualitätsanforderungen
entsprechen muss, kommen häufig sogenannte Formhäute
zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um flächige Bauteile
mit geringen Wandstärken, die häufig bereits im
Wesentlichen die dreidimensionale äußere Form
und die Oberflächenstruktur der herzustellenden Instrumententafel
abbilden. Die Formhaut, die als optisch und haptisch hochwertiges
Bauteil die sichtbaren Bereiche der Instrumententafel großflächig
abdecken sollte, kann bei einer entsprechenden Ausgestaltung des
Trägerbauteils direkt auf dieses aufkaschiert werden. Häufig
wird jedoch zusätzlich ein nachgiebiges Druckverhalten
der Oberfläche der Instrumententafel gewünscht.
Da in der Regel aufgrund der geringen Wandstärke der Formhaut
die gewünschte Nachgiebigkeit nicht ausschließlich
durch eine entsprechende Elastizität der Formhaut erreicht
werden kann, ist regelmäßig vorgesehen, zwischen
der Formhaut sowie dem Trägerbauteil noch eine Zwischenschicht aus
einem Kunststoffschaum vorzusehen. Neben dem Vorteil der verbesserten
Nach giebigkeit ermöglicht diese dreischichtige Struktur,
insbesondere bei einer Anwendung eines Hinterschäumverfahrens,
die Ausbildung einer komplex dreidimensional geformten Instrumententafeloberfläche
ohne dass hierfür ein entsprechend komplex geformtes Trägerbauteil
notwendig wäre.
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In
einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung
von Formhäuten ist vorgesehen, einen fließfähigen
Kunststoffwerkstoff mittels einer Sprühvorrichtung in die
offene Kavität eines Formwerkzeugs zu sprühen.
Bei diesem Verfahren können sowohl kompakte als auch aufschäumende
Kunststoffe verwendet werden, wobei insbesondere Polyurethan zum
Einsatz kommen kann. Nachteilig an diesem Verfahren ist die Schwierigkeit,
ein Verlaufen des aufgesprühten Kunststoffs an geneigten
Flächen zu verhindern, was ansonsten zu einer ungleichmäßigen
Schichtdicke der Formhaut führen würde. Um dies
zu vermeiden kann vorgesehen werden, das offene Formwerkzeug nach
dem Einbringen des Kunststoffwerkstoffs mit einem entsprechenden Gegenwerkzeug
zu verschließen.
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Die
mittels dieses Verfahrens hergestellten Formhäute zeichnen
sich dadurch aus, dass die Struktur ihrer Oberfläche der
Struktur der Oberfläche in der Kavität des Formwerkzeugs
entspricht. Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass eine gewünschte Narbung
für die Formhaut in die Oberfläche der Werkzeugkavität
eingebracht werden kann und sich diese Narbung als Abdruck auf der
Oberfläche der Formhaut abzeichnet. Nachteilig hieran ist
jedoch, dass das Einbringen einer solchen in der Regel sehr filigranen
Narbung in die Oberfläche der Werkzeugkavität,
das regelmäßig mittels Erodierens oder Ätzens
erfolgt, mit hohen Kosten verbunden ist. Weiterhin sind der Art
und Größe der Narbstruktur und folglich der Haptik
der Formhaut verfahrensbedingt Grenzen gesetzt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenschicht (z.
B. einer Formhaut) anzugeben, durch das zumindest einer der Nachteile,
die mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verbunden
sind, vermindert wird. Insbesondere soll ein Verfahren angegeben
werden, mit dem sich eine Oberflächenschicht mit einer
strukturierten Oberfläche kostengünstig fertigen
lässt. Weiterhin soll sich die Oberflächenschicht
durch eine optisch und haptisch hochwertig wirkende Oberflächenstruktur
auszeichnen.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs
gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Der
Kern der Erfindung sieht vor, bei einem Verfahren zur Herstellung
einer Oberflächenschicht, bei dem ein fließfähiger
Kunststoffwerkstoff in ein die Geometrie der Oberflächenschicht
abbildendes Formwerkzeug eingebracht und dort zumindest teilweise
ausgehärtet wird, die Oberflächenschicht nach dem
zumindest teilweisen Aushärten zumindest abschnittsweise
flächig zu trennen.
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Unter
flächigem Trennen wird erfindungsgemäß verstanden,
die Oberflächenschicht, die ein flächiges Bauteil
mit einer im Verhältnis zu ihrer Breiten- und Längenausdehnung
geringen Wandstärke darstellt, derart von einem Teil ihrer
Oberfläche zu befreien, dass ein Abschnitt ihres Querschnitts,
der ursprünglich im Kernbereich der Oberflächenschicht gelegen
war, als neue Oberfläche hervortritt.
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Ein
solches flächiges Trennen kann vorzugsweise dadurch erfolgen,
dass die Oberflächenschicht flächig auseinander
gerissen wird, ein Trennen folglich durch ein Versagen der Bindungen
in dem Werkstoff erfolgt. Auf diese Weise kann eine äußerst
feinporige und unregelmäßige Oberflächenstruktur
erzeugt werden, die einen optisch und haptisch qualitativ hochwertigen
Eindruck hinterlässt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich weiterhin
dadurch aus, dass auf prozesstechnisch einfache Weise eine optisch
und haptisch hochwertige Oberflächenstruktur erzeugt werden kann.
Die Herstellung einer solchen Oberflächenschicht ist mit
deutlich geringeren Zusatzkosten verbunden, als das Einbringen einer
entsprechenden Narbung in die Kavitätsoberfläche
eines Formwerkzeugs.
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Vorzugsweise
wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein schäumbarer
Kunststoffwerkstoff verwendet. Ein solcher Kunststoffwerkstoff zeichnet sich
unter anderem dadurch aus, dass dieser nach dem Aufschäumen
eine Vielzahl von sehr kleinen Hohlräumen aufweist. Durch
das erfindungsgemäße flächige Trennen
einer Oberflächenschicht aus einem solchen Kunststoffwerkstoff
kann erreicht werden, dass die in der Trennebene liegenden Hohlräume
als Oberflächenstruktur sichtbar werden.
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Ein
weiterer mit der Verwendung eines schaumbaren Kunststoffwerkstoffs
erzielbarer Vorteil kann darin liegen, dass das Aufschäumen
des Kunststoffwerkstoffs mittels unterschiedlicher physikalischer
und chemischer Maßnahmen gezielt gesteuert werden kann,
wodurch wiederum die Optik und Haptik der Oberfläche der
erfindungsgemäß hergestellten Oberflächenschicht
gezielt beeinflusst werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil bei der Verwendung eines schäumbaren Kunststoffwerkstoffs
kann darin liegen, dass dieser verfahrens- und werkzeugtechnisch
auf einfache Weise flächig getrennt werden kann. Hierbei
kann der Kunststoffwerkstoff in ein geschlossenes Formwerkzeug,
dessen Kavitätsvolumen veränderbar ist, eingebracht
werden, so dass ein Aufschäumen des Kunststoffwerkstoffs
durch ein Vergrößern des Kavitätsvolumens
hervorgerufen werden kann. Vorzugsweise kann das Vergrößern des
Kavitätsvolumens durch einen Werkzeughub, d. h. ein Verfahren
von zwei oder mehreren Teilen des Formwerkzeugs gegeneinander bei
weiterhin geschlossener Kavität erzielt werden. Ein solches
Verfahren zum Aufschäumen einer Oberflächenschicht sowie
die entsprechende Werkszeugtechnik ist in der
DE 100 62 557 A1 beschrieben,
deren diesbezüglicher Inhalt durch Bezugnahme zum Gegenstand
dieser Anmeldung gemacht wird.
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Ein
erfindungsgemäßes flächiges Trennen einer
aus einem schaumbaren Kunststoffwerkstoff bestehenden Oberflächenschicht
mittels eines durch einen Werkzeughub veränderbaren Kavitätsvolumens
kann vorzugsweise dadurch erfolgen, dass ein Werkzeughub durchgeführt
wird, der das Aufschäumvermögen des Kunststoffwerkstoffs übersteigt.
Wird ein solcher Werkzeughub durchgeführt, so führt
dies bei einer entsprechenden Einstellung der Prozessparameter dazu,
dass die zwei Randschichten der bereits zumindest teilweise ausgehärteten
Oberflächenschicht an den jeweiligen Oberflächen
der Werkzeugteile haften bleiben und diese durch ein flächiges
Auseinanderreißen voneinander getrennt werden. Um diese
Verfahren prozesssicher durchzuführen, kann ein Haften
der Randschichten der Oberflächenschicht an dem Formwerkzeug
durch die Verwendung eines Haftmittels verstärkt werden, das
beispielsweise auf die entsprechenden Oberflächen des Formwerkzeugs
aufgebracht wird.
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Eine
alternative Möglichkeit zum flächigen Trennen
der Oberflächenschicht kann darin liegen, die Oberflächenschicht
mittels eines beheizten Drahts zu trennen, der entlang der Oberflächenschicht
verfahren wird. Anstelle eines beheizten Drahts können
selbstverständlich auch andere Schneidmittel entlang der
Oberflächenschicht verfahren werden, um diese flächig
zu trennen. Ein solches Vorgehen kann insbesondere bei einer bereits
weitgehenden Aushärtung des Kunststoffwerkstoffs der Oberflächenschicht
zur Anwendung kommen.
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Eine
weitere Alternative zum flächigen Trennen der Oberflächenschicht
kann vorsehen, diese durch zwei randseitig angreifende Trennwerkzeuge auseinander
zu reißen.
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Um
ein Angreifen der Trennwerkzeuge oder auch des beheizten Drahts
an der dünnwandigen Oberflächenschicht zu vereinfachen,
kann vorgesehen sein, an den entsprechenden Abschnitten der Oberflächenschicht
randseitig eine oder mehrere Werkstoffanhäufungen vorzusehen.
Um eine ungleichförmige Schichtdicke der Oberflächenschicht zu
vermeiden, kann hierbei vorgesehen sein, die Werkstoffanhäufungen
in Randbereichen vorzusehen, die in einem nachfolgenden Verfahrensschritt entfernt
werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das flächige
Trennen zu einem Zeitpunkt durchgeführt, zu dem der Kunststoffwerkstoff
der Oberflächenschicht in ihrem Kernbereich, d. h. in dem
Bereich, der zwischen den zwei Randschichten gelegen ist, noch nicht
vollständig ausgehärtet ist. Dadurch kann eine
einfache Trennung der zwei Randschichten erfolgen, ohne dass diese
bei dem Trennvorgang beschädigt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter
Weise nicht nur bei einer isolierten Herstellung einer Oberflächenschicht
angewendet werden. Beispielsweise bei der Herstellung einer Instrumententafel
für ein Kraftfahrzeug kann auch vorgesehen sein, den Kunststoffwerkstoff
und folglich die Oberflächenschicht direkt auf ein sich
im Formwerkzeug befindliches Trägerbauteil aufzubringen
und eine flächige Trennung der Oberflächenschicht
derart durchzuführen, dass diese mit der gewünschten Schichtdicke
auf dem Trägerbauteil verbleibt.
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Das
Aufbringen der Oberflächenschicht auf ein Trägerbauteil
kann auch dadurch erfolgen, dass die zumindest bereits teilweise
hergestellte Oberflächenschicht mit einem Kunststoffwerkstoff
zur Ausbildung des Trägerbauteils hinterspritzt wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher
erläutert.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist vorgesehen, einen zweikomponentigen Kunststoffwerkstoff, vorliegend
ein thermoplastisches Elastomer (TPE), das mit einem Treibmittel versehen
ist (vorliegend Stickstoff oder ein Salz, das bei der im Spritzgießwerkzeug
herrschenden Temperatur nicht stabil ist, sondern gasförmig
umgewandelt wird) in ein Spritzgießwerkzeug mit Werkzeughubtechnologie,
wie es bereits weiter oben beschrieben wurde, einzubringen. Die
Materialtemperatur in dem Spritzgießwerkzeug liegt im Bereich
von 180° bis 250°C. Für eine gleichmäßige
Verteilung des Kunststoffwerkstoffs in der Kavität des
Spritzgusswerkzeugs wird eine Werkzeugfüllzeit von < 0,5 Sekunden angestrebt.
Der Schäumhub, der so groß gewählt ist, dass
er das Aufschäumvermögen des Kunststoffwerkstoffs übersteigt,
soll innerhalb eines Zeitraums von einer Sekunde ablaufen. In Verbindung
mit einer Werkzeugtemperatur, die bei 20 bis 70°C liegen kann,
kann mit diesen Parametern ein prozesssicheres, flächiges
Trennen der Oberflächenschicht erreicht werden, wobei die
Randschichten der Oberflächenschicht an den Werkzeugteilen
haften und durch ein Auseinanderfahren der Werkzeugteile voneinander
getrennt werden. Die verbleibende Schichtdicke der Oberflächenschicht
soll in diesem Fall 1 mm nicht übersteigen und vorzugsweise
bei 0,5 bis 0,6 mm liegen. Die abgetrennte Schicht der Formhaut
kann einem Recyclingprozess zugeführt und wiederverwendet
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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