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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mindestens
einen Nahtverlauf aufweisenden Flächenbauteils und insbesondere
einer Formhaut für
ein Innenausstattungsteil eines Kraftfahrzeugs.
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Bei
der Herstellung von Innenausstattungsteilen für Kraftfahrzeuge werden vielfach
Flächenbauteile
verwendet, die als Oberflächenschicht
für beispielsweise
eine Instrumententafel dienen und als Sichtbauteil besonderen optischen
und haptischen Anforderungen genügen
müssen.
Derartige Flächenbauteile
gibt es in einer Vielzahl von unterschiedlichen Qualitäten, die
sich insbesondere durch ihre optischen und haptischen Eigenschaften
und durch die Art des verwendeten Werkstoffs unterscheiden. Qualitativ
am unteren Ende rangieren solche Flächenbauteile, die als Kunststoffspritzgießbauteile
ausgeführt
sind. Diese werden jedoch heutzutage aufgrund ihrer minderwertigen
Qualitätsanmutung
von den Kunden kaum noch akzeptiert. Am qualitativ oberen Ende rangieren
dagegen solche Flächenbauteile,
die mit einer Oberflächenschicht
aus Leder versehen sind. Diese Lederschicht verleiht den Bauteilen
neben einer von den Kunden bevorzugten Optik auch eine angenehme
Haptik, die auf die Nachgiebigkeit der Lederschicht an sich bzw.
einer darunter liegenden Kompressionsschicht zurückzuführen ist. Als optisch besonders
ansprechend empfinden viele Kunden, wenn die Lederschicht aus einzelnen
Segmenten besteht, die an ihren Stoßkanten miteinander vernäht sind.
Während
spritzgegossene Flächenbauteile
für den Kraftfahrzeuginnenraum
sehr kostengünstig
herstellbar sind, ist die Herstellung von mit Leder bezogenen Flächenbauteilen
mit einem erheblichen Aufwand und folglich sehr hohen Kosten verbunden. Aus
diesem Grund kommen mit Leder bezogene Innenausstattungsteile lediglich
in der automobilen Ober- und Luxusklasse zum Einsatz.
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Es
ist weiterhin bekannt, sogenannte Kunststoff-Formhäute herzustellen,
die eine dem Leder nachempfundene Narbstruktur (Optik) und Haptik aufweisen.
Die Herstellung einer solchen Formhaut kann beispielsweise durch
Sprühen
eines fließfähigen Kunststoffs,
in der Regel ein Polyol-Isocyanat-Gemisch (Polyurethan) in ein offenes
Formwerkzeug erfolgen, dessen Kavität als Gegenkontur ausgebildet
ist und folglich die Form des zu fertigenden Innenausstattungsteils
abbildet. Der Kunststoffwerkstoff reagiert in dem Formwerkzeug aus
und bildet so eine dünne
formstabile Schicht, die als Oberflächenschicht für das zu
fertigende Innenausstattungsteil dessen dreidimensionale Form abbildet.
Eine solche Formhaut kann mit einer hochwertig anmutenden Narbstruktur
versehen werden, indem diese Narbstruktur wiederum als Gegenkontur
in der Kavität
des Formwerkzeugs ausgebildet ist. Diese bildet sich beim Aushärten des
Kunststoffwerkstoffs der Formhaut entsprechend in dieser ab. Zur
Herstellung des Innenausstattungsbauteils kann die Formhaut daraufhin
in ein Hinterschäumwerkzeug
eingelegt und mit einem offenzelligen Kunststoffschaum hinterschäumt werden,
um dem Bauteil die benötigte Wandstärke und
insbesondere auch ein nachgiebiges Verhalten bei Druck- und Schubbelastungen
zu geben. Im gleichen Verfahrensschritt kann die Formhaut bzw. die
Kunststoffschaumschicht auch mit einem ebenfalls in dem Hinterschäumwerkzeug
angeordneten Trägerbauteil
verbunden werden, das der Anbindung des Innenausstattungsteils an
die Karosserie des Kraftfahrzeugs dient und in der Regel als steifes
Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgebildet ist, so dass die durch
die Anbindung an die Karosserie auftretenden Kräfte aufgenommen werden können. Ein
solches dreischichtiges Innenausstattungsbauteil für ein Kraftfahrzeug
zeichnet sich durch eine nach heutigem Maßstab hochwertig anmutende
Optik und Haptik aus. Nicht darstellbar ist mit diesem Verfahren jedoch
die von vielen Kunden bevorzugte Sichtbarkeit von Nähten, wie
sie häufig
bei mit Leder bezogenen Innenausstattungsteilen vorgesehen sind.
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Grundsätzlich ist
es bekannt, das oben erläuterte
Verfahren zur Herstellung von mit einer Lederschicht versehenen
Flächenbauteilen,
bei dem zurechtgeschnittene Ledersegmente zur Ausbildung der erforderlichen
dreidimensionale Form miteinander vernäht und diese Lederschicht nachträglich auf ein
entsprechendes Trägerbauteil
aufkaschiert wird, auch mit entsprechenden Segmenten aus Kunststoff durchzuführen. In
der Regel wird hierfür
ein Werkstoffverbund verwendet, der aus einer Kunststofffolie, die
als Oberflächenschicht
fungiert sowie einem Abstandsgewirke, das für eine entsprechende Schichtdicke
und eine auf Druck reagierenden Nachgiebigkeit sorgt, besteht. Dieser
Werkstoffverbund, der als Bahnenware erhältlich ist, ist zum einen sehr
teuer. In Abhängigkeit
von der Bauteilgeometrie fällt
zudem ein hoher Materialverschnitt an. Weiterhin lassen sich bei
diesem Verfahren mehrfarbige Ausführungen für das Innenausstattungsteil
bzw. sich ändernde
Oberflächenstrukturen
nur über
das Annähen
andersartiger Segmente erreichen. Zudem ist ein sehr großer Aufwand
nötig,
um einen optimalen Beschnitt zu finden, der ein faltenfreies Bauteil
sicherstellt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Flächenbauteil, das
insbesondere als Oberflächenschicht
für ein
Innenausstattungsteil eines Kraftfahrzeugs dienen kann und sich
durch eine hochwertige Optik und Haptik auszeichnen soll, wirtschaftlich
hergestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
dieses Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung eines solchen, mindestens einen Nahtverlauf aufweisenden
Flächenbauteils,
das zudem mindestens eine mit einer Sichtseite versehene Oberflächenschicht
aufweist, umfasst die Schritte
- – Bereitstellen
eines Formwerkzeugs mit einer Formfläche, die zumindest abschnittsweise
als Gegenkontur zur Sichtseite der Oberflächenschicht ausgebildet ist,
wobei das Formwerkzeug entsprechend dem Nahtverlauf der zu fertigenden Oberflächenschicht
eine Erhebung aufweist,
- – Einbringen
eines Kunststoffwerkstoffs in das Formwerkzeug zur Ausbildung der
Oberflächenschicht
und
- – Vernähen der
durch die Erhebung gebildeten Falte der Oberflächenschicht zur Ausbildung
des Nahtverlaufs.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
eine schnelle und kostengünstige
und folglich großserientaugliche
Herstellung derartiger einen Nahtverlauf aufweisender Flächenbauteile.
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Unter
Nahtverlauf wird erfindungsgemäß der eindimensionale
Verlauf der Stoßkanten
zweier Abschnitte des Flächenbauteils
verstanden, die zur Ausbildung der Naht miteinander verbunden, d.
h. vernäht
werden.
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Unter
Vernähen
soll erfindungsgemäß nicht ausschließlich ein
Vernähen
im herkömmlichen
Sinne verstanden werden, bei dem mittels eines oder mehrerer Fäden aus
beliebigem Werkstoff die zwei Stoßkanten der Abschnitte formschlüssig miteinander
verbunden werden. Vielmehr soll darunter jegliches Verbinden dieser
Stoßkanten
verstanden werden, wobei vorzugsweise ein Nahtmuster, wie es durch
das Vernähen
im herkömmlichen
Sinne entsteht, erzeugt oder simuliert (beispielsweise durch Aufbringen
von einzelnen, dem Nahtmuster entsprechenden Kunststoffbahnen) wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, den Kunststoffwerkstoff
zur Ausbildung der Oberflächenschicht in
das Formwerkzeug zu sprühen.
Diese Vorgehensweise ist grundsätzlich
von der Herstellung von Formhäuten,
wie sie beispielsweise als Oberflächenschichten für Instrumententafeln
von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, bekannt. Vorzugsweise kann es
sich hierbei um ein Gemisch aus Polyol und Isocyanat (folglich um
Polyurethan) handeln. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass es sich
bei diesem Kunststoffwerkstoff um einen mehr oder weniger aufschäumenden
Kunststoffwerkstoff handelt, so dass sich dieser durch eine gewisse
Nachgiebigkeit bei Druckbelastungen auszeichnet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Kunststoffwerkstoff mit einer Schichtdicke von 0,2 mm bis
0,6 mm in das Formwerkzeug eingebracht. Eine solche Schichtdicke
der Oberflächenschicht
des Flächenbauteils
stellt einen vorteilhaften Kompromiss zwischen einer ausreichenden
Reißfestigkeit
und Formstabilität
der Oberflächenschicht
einerseits sowie geringen Herstellungskosten andererseits dar.
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In
einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform
kann auf der Oberflächenschicht
auf der der Sichtseite gegenüberliegenden
Seite zumindest bereichsweise eine Textilschicht aufgebracht werden. Eine
solche Textilschicht, die insbesondere als Abstandsgewirke dienen
soll, kann für
eine gewünschte Nachgiebigkeit
des Flächenbauteils
in Druck- und Schubrichtung sorgen, beispielsweise nachdem dieses
auf ein Trägerbauteil
aufgebracht wurde.
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Eine
alternative Möglichkeit
hierzu kann darin bestehen, auf der der Sichtseite gegenüberliegenden
Seite der Oberflächenschicht
zumindest bereichsweise einen Kunststoffschaum aufzubringen; diese
Vorgehensweise ist grundsätzlich
beispielsweise aus dem Hinterschäumen
von Formhäuten
bekannt. Gegenüber
dem Aufbringen einer Textilschicht zeichnet sich ein solches Hinterschäumen durch
einen geringeren Arbeitsaufwand und eine höhere Flexibilität hinsichtlich
der erzeugbaren Geometrien aus.
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Selbstverständlich können bei
der Herstellung eines Flächenbauteils
auch beide dieser Verfahren zur Anwendung kommen, wobei vorzugsweise vorgesehen
sein kann, den Kunststoffschaum nicht auf den durch die Textilschicht
bedeckten Bereich der Oberflächenschicht
aufzubringen. Vorzugsweise kann weiterhin der den Nahtverlauf bildende
Bereich der Oberflächenschicht
von dem Aufbringen des Kunststoffschaums ausgenommen werden; dadurch kann
in diesem Bereich eine hohe Flexibilität der Oberflächenschicht
beibehalten werden, die ein einfaches und schnelles Vernähen ermöglicht.
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Weiterhin
bevorzugt kann die Dicke der durch den Kunststoffschaum gebildeten
Schicht variiert werden. Dadurch kann diese den Anforderungen an
das Design oder auch an Sicherheitsaspekte des Bauteils angepasst
werden. Demnach können
Bereiche, die relativ hart auszuführen sind, lediglich mit einer
relativ dünnen
Kunststoffschaumschicht versehen werden, so dass nach dem Aufbringen
des Flächenbauteils
auf ein steifes Trägerbauteil
eine entsprechende Härte
der Schicht in diesem Bereich erreicht werden kann.
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In
einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, die Erhebung des
Formwerkzeugs mittels eines Schieberelements auszubilden. Auf diese
Weise wird werkzeugtechnisch ermöglicht,
in einem einzigen Formwerkzeug sowohl solche Flächenbauteile herzustellen,
die einen Nahtverlauf aufweisen, als auch solche, die diesen nicht
aufweisen. Demnach können mit
einem einzigen Formwerkzeugs Flächenbauteile hergestellt
werden, die in ihrer Geometrie im Wesentlichen identisch sind, die
aufgrund des Fehlens bzw. Vorhandenseins eines Nahtverlaufs jedoch
unterschiedlichen Qualitätsanmutungen
unterliegen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigen die:
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1 und 2:
in stark vereinfachten Darstellungen den Ablauf eines erfindungsgemäßes Verfahrens
zur Herstellung eines einen Nahtverlauf aufweisenden Flächenbauteils
in zwei Teilschritten; und
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3 und 4:
die Herstellung von entsprechenden Flächenbauteilen, wobei diese
durch den Einsatz eines Schiebeelements des Formwerkzeugs bedarfsweise
mit einem Nahtverlauf versehen werden können.
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In
der 1 ist ein offenes Sprühformwerkzeug 1 dargestellt,
in dem durch Aufsprühen
eines Polyurethan-Werkstoffs in einer Schichtdicke von 0,2 mm bis
0,6 mm eine Oberflächenschicht 2 für das herzustellende
Flächenbauteil
erzeugt wird. Vor dem Aufsprühen
des Polyurethan-Werkstoffs wird in das temperierte Sprühformwerkzeug 1 zunächst ein Trennmittel
(nicht dargestellt) und daraufhin noch ein Lack (nicht dargestellt)
eingebracht, der als Schutzschicht für die Oberflächenschicht 2 aus
Polyurethan-Werkstoff und weiterhin zur Farbgebung für das Flächenbauteil
dient. Das Sprühformwerkzeug 1 weist
eine Erhebung 3 auf, die in ihrem Verlauf einem gewünschten
Nahtverlauf des herzustellenden Flächenbauteils entspricht. Durch
diese Erhebung 3 wird in der Oberflächenschicht eine Falte ausgebildet.
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Nach
dem Ausreagieren des Polyurethan-Werkstoffs wird die Oberflächenschicht 2 aus dem
Sprühformwerkzeug 1 entnommen
und in ein Hinterschäumwerkzeug 4 überführt. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
das Sprühformwerkzeug 1 als
Teil (Werkzeugunterteil) des Hinterschäumwerkzeugs 4 auszubilden,
so dass ein entsprechendes Überführen der
Oberflächenschicht 2 entfallen
kann.
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In
der 2 ist dargestellt, wie die Oberflächenschicht 2 mit
einem aufschäumenden
Polyurethan-Werkstoff hinterschäumt
wird, so dass sich eine Halbhartschaumschicht 5 ausbildet.
Diese Halbhartschaumschicht 5 dient dazu, dem Flächenbauteil
die oftmals geforderte Nachgiebigkeit hinsichtlich Druck- und Schubbelastungen
zu verleihen.
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In
der 2 ist weiterhin erkennbar, dass das Hinterschäumwerkzeug 4 derart
ausgebildet ist, dass die durch die Erhebung 3 (das Werkzeugunterteil
des Hinterschäumwerkzeugs
weist eine entsprechende Erhebung 3' auf) ausgebildete Falte der Oberflächenschicht 2,
die im späteren
den Nahtverlauf des Flächenbauteils
darstellen wird, von dem Hinterschäumen ausgenommen ist. Dies
dient dazu, die Flexibilität
der Oberflächenschicht 2 in
diesem Bereich nicht durch die Halbhartschaumschicht 5 einzuschränken, so
dass der darauffolgende Prozess des Vernähens der durch die Erhebung
gebildeten zwei Stoßkanten 6 der
Oberflächenschicht 2 nicht
negativ beeinflusst wird.
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Der
letzte Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den 1 und 2 nicht dargestellt.
Dieser umfasst das Vernähen
der durch die Erhebung gebildeten Stoßkanten 6 der Oberflächenschicht 1 mittels
Nadel und Faden, wobei dieses Vernähen sowohl manuell als auch
automatisiert erfolgen kann. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, das
Vernähen
beispielsweise dadurch durchzuführen,
dass zunächst
die durch die Erhebung 3 gebildeten Innenflächen der
Falte der Oberflächenschicht 2 miteinander
verklebt und daraufhin ein dem Nahtmuster, wie es beim Vernähen im herkömmlichen Sinne
entsteht, nachgebildetes Nahtmuster aufgebracht wird. Dies kann
auf beliebige Art und Weise und beispielsweise durch Auftragen von
parallelen und/oder gekreuzten, die Stoßkanten 6 überspannender
Linien aus Kunststoffwerkstoff erfolgen.
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In
den 3 und 4 ist dargestellt, wie mit einem
einzigen Formwerkzeug 7 Flächenbauteile hergestellt werden
können,
die im Wesentlichen eine identische Geometrie aufweisen, sich jedoch
darin unterscheiden, dass eine durch eine Erhebung des Werkzeugs
ausgebildete Falte der Oberflächenschicht
fehlt (3) bzw. vorliegt (4). Diese
Variabilität
des Formwerkzeugs 7 wird durch ein Schieberelement 8 erreicht,
das im deaktivierten Zustand in einer Vertiefung des Formwerkzeugunterteils
verborgen ist, wodurch sich eine ebene Ausbildung der Oberfläche des
Formwerkzeugunterteils in diesem Bereich ergibt (vgl. 3).
Wird das Schieberelement 8 dagegen in die Kavität des Formwerkzeugs 7 verfahren
(vgl. 4), ergibt sich eine erfindungsgemäße Erhebung
des Formwerkzeugs 7, durch die – wie in den 1 und 2 beschrieben – ein Nahtverlauf
des Flächenbauteils
ausgebildet werden kann.