DE102008032658B4

DE102008032658B4 - Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Bauteils

Info

Publication number: DE102008032658B4
Application number: DE102008032658.5A
Authority: DE
Inventors: Tom Marquardt; Sven Stein; Reinhold Schreff; Sebastian Krull
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: DE102008032658A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Bauteils (8) umfassend zumindest ein Trägerbauteil (5) sowie eine mit dem Trägerbauteil (5) verbundene Kunststoffschaumschicht, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein reaktiver Kunststoffwerkstoff (6) zur Ausbildung der Kunststoffschaumschicht in ein nach oben offenes Formwerkzeug (1) eingebracht und daraufhin das Trägerbauteil (5) mittels einer Haltevorrichtung in einem definierten Abstand zu dem Kunststoffwerkstoff (6) in dem Formwerkzeug (1) angeordnet wird, wobei der Kunststoffwerkstoff (6) derart eingestellt wird, dass erst nach dem Anordnen des Trägerbauteils (5) in dem Formwerkzeug (1) der Kunststoffwerkstoff (6) vollständig aufschäumt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Bauteils und insbesondere eines Innenausstattungsteils für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
An Bauteile der Innenraumverkleidung (Interieurbauteile) von Kraftfahrzeugen werden heutzutage vielfältige Anforderungen gestellt. Eine Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs beispielsweise muss zum einen so stabil ausgeführt sein, dass ein Zerstören der Instrumententafel in extremen Situationen, wie beispielsweise bei einem Unfall, mit dem damit einhergehendem Verletzungsrisiko für die Fahrzeuginsassen, ausgeschlossen ist. Gleichzeitig muss die Instrumententafel bei einem Aufprall eines Gegenstandes und insbesondere eines Körperteils eines Fahrzeuginsassen Energie absorbierend wirken, um das Verletzungsrisiko durch den Aufprall zu minimieren. Weiterhin werden an Interieurbauteile von Kraftfahrzeugen hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Optik und Haptik gestellt.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, werden Interieurbauteile wie Instrumententafeln heutzutage regelmäßig als mehrschichtige Bauteile (Sandwich-Bauteile) hergestellt, wobei diese häufig im sogenannten Hinterschäumverfahren produziert werden. Hierbei wird eine in optischer und haptischer Hinsicht hochwertige Oberflächenschicht zusammen mit einem Trägerbauteil, das die Stabilität des Bauteils sicherstellt und der Anbindung der Instrumententafel an den Innenraum des Kraftfahrzeugs dient, in ein Formwerkzeug eingebracht und der Zwischenraum zwischen diesen beiden Elementen mit einem Kunststoff (häufig einem Polyurethan-Schaum) ausgeschäumt. Die Oberflächenschicht wird hierbei regelmäßig als Formhaut bereit gestellt, d.h. diese weist bereits die Oberflächengeometrie des herzustellenden Bauteils auf.
Aus der DE 103 20 341 A1 ist bekannt, eine Formhaut für ein Interieur-Bauteil eines Kraftfahrzeugs durch das Aufsprühen eines Polyurethan-Systems in eine offene Sprühform zu erzeugen. Dazu werden zwei Komponenten des Polyurethan-Systems getrennt einer Sprühvorrichtung zugeführt und auf die Formoberfläche ausgetragen, wo diese zu einer kompakten, geschlossenen Polyurethan-Haut reagieren. Mittels des aus der DE 103 20 341 A1 bekannten Verfahrens können auf einfache Weise auch Formhäute mit komplexen Geometrien gefertigt werden, wie sie insbesondere auch zur Herstellung von Instrumententafeln durch das Hinterschäumverfahren benötigt werden.
Aus dem Stand der Technik ist weiterhin bekannt, bei der Herstellung von Formhäuten aus Polyurethan das Polyurethan-System mit einem chemischen oder physikalischen Treibmittel zu versetzen, so dass der Polyurethan-Werkstoff der Formhaut nach dem Ausreagieren nicht kompakt, sondern zumindest teilweise als offenzelliger Schaum vorliegt. Durch die hohe Elastizität des aufgeschäumten Bereichs der Formhaut kann ein für Interieurbauteile von Kraftfahrzeugen nachgiebiges Druckverhalten auch ohne ein zusätzliches Hinterschäumen der Formhaut erzielt werden, so dass bei der Herstellung des Interieur-Bauteils die Formhaut direkt auf ein Trägerbauteil aufkaschiert werden kann.
Bei der Herstellung geschäumter Formhäute ist es weiterhin bekannt, die Aufschäumreaktion des Werkstoffs gezielt lokal zu unterdrücken, um in diesen Bereichen weiterhin einen kompakten Werkstoff zu erhalten. Auf diese Weise kann beispielsweise die Oberflächenschicht kompakt ausgebildet und lediglich die von der Sichtseite abgewandte Seite der Formhaut aufgeschäumt werden.
Gesprühte Formhäute für Interieurbauteile von Kraftfahrzeugen können derzeit wegen prozessbedingt schwankender Wandstärke in der Regel nur für solche Bauteile verwendet werden, bei denen die Formhaut mit dem Trägerbauteil durch Hinterschäumen verbunden wird. Durch das Hinterschäumen wird die Wandstärkenschwankung der Formhaut ausgeglichen. Das Hinterschäumen stellt jedoch einen zusätzlichen Verfahrensschritt dar, wodurch die Kosten für die Herstellung des Bauteils erhöht werden.
Aus der EP 1 127 670 A2 ist eine Vorrichtung mit einem Formwerkzeug bekannt, das aus einem unteren Formwerkzeug und einem oberen Formwerkzeug besteht, wobei ein Formhohlraum von dem unteren Formwerkzeug und dem oberen Formwerkzeug begrenzt wird. Zum Herstellen eines Fahrzeuginnenteils mithilfe der Vorrichtung aus der EP 1 127 670 A2 wird der Träger an dem oberen Formwerkzeug befestigt. In das untere Formwerkzeug wird eine Dekorfolie eingelegt und mit Hilfe eines Spannrahmens, der von oben auf das untere Formwerkzeug bewegt wird, fixiert und gehalten. Wenn sämtliche Teile positioniert sind, wird ein Mehrkomponentenkunststoff mit Hilfe eines Manipulators in den Formhohlraum eingebracht. Dann wird das obere Formwerkzeug nach unten bewegt und die Form geschlossen. Der Mehrkomponentenkunststoff schäumt dann auf. Damit fließt ein Zeitaufwand zum Bestücken des Formwerkzeugs in einen Zeitaufwand zur Herstellung der Fahrzeuginnenteile mit ein. Die Herstellung der Fahrzeuginnenteile muss zeitlich an einen Reaktionsablauf beim Aufschäumen des Mehrkomponentenkunststoffs angepasst werden.
Aus der DE 10 2007 033 374 A1 ist ein Verfahren bekannt zum Herstellen eines mehrschichtigen Bauteils, wobei zur Erzeugung einer elastischen Kunststoff-Formhaut ein aufschäumender Kunststoff mittels einer Sprühvorrichtung auf eine Form aufgesprüht wird, die Kunststoff-Formhaut nach dem Aushärten in eine Schaumform positioniert wird, ein Einleger in einem definierten Abstand zu der Formhaut in der Schäumform positioniert wird und ein aufschäumender Kunststoff in den Zwischenraum zwischen der Kunststoff-Formhaut und dem Einleger eingebracht wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlicheres Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Bauteils und insbesondere eines Interieurbauteils für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Bauteils, das zumindest ein Trägerbauteil sowie eine mit diesem Trägerbauteil verbundene Kunststoffschaumschicht aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein reaktiver Kunststoffwerkstoff zur Ausbildung der Kunststoffschaumschicht in ein nach oben offenes Formwerkzeug eingebracht und daraufhin das Trägerbauteil mittels einer Haltevorrichtung in einem definierten Abstand zu dem Kunststoffwerkstoff in dem Formwerkzeug angeordnet wird. Erfindungsgemäß wird der Kunststoffwerkstoff derart eingestellt, dass erst nach dem Anordnen des Trägerbauteils in dem Formwerkzeug der Kunststoffwerkstoff vollständig aufschäumt, wobei dieser eine Verbindung mit dem Trägerbauteil eingeht.
Unter reaktivem Kunststoffwerkstoff wird ein solcher Kunststoffwerkstoff verstanden, der innerhalb einer definierten Zeitspanne von einem fließfähigen Zustand in einen zumindest teilweise aufgeschäumten und ausgehärteten Zustand reagiert. Die Reaktion kann selbsttätig an- und ablaufen oder auch durch äußere Maßnahmen, wie beispielsweise ein Erwärmen über eine Reaktionstemperatur initiiert werden.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene derartige Kunststoffwerkstoffe bekannt, wobei insbesondere die Verwendung eines Polyurethan-Systems hervorzuheben ist. Für den Fachmann liegt es im Rahmen seines Fachwissens, beispielsweise ein Polyurethan-System so einzustellen, dass dieses erfindungsgemäß erst nach dem Anordnen des Trägerbauteils in dem Formwerkzeug vollständig aufschäumt.
Eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zum Einbringen des Kunststoffwerkstoffs in das Formwerkzeug liegt darin, diesen auf eine Formfläche des Formwerkzeugs aufzusprühen.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, vor dem Einbringen des Kunststoffwerkstoffs eine Deckschicht in das Formwerkzeug einzubringen. Diese Deckschicht kann insbesondere dazu dienen, besonderen optischen und haptischen Anforderungen zu genügen. Bei der Deckschicht kann es sich beispielsweise um eine Folie handeln. Alternativ hierzu kann auch eine Lackschicht als Deckschicht verwendet werden, wie dies grundsätzlich aus dem Stand der Technik bei den In-Mould-Coating-(IMC-)Verfahren bekannt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den 1 bis 5 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Interieur-Bauteils für ein Kraftfahrzeug in verschiedenen Teilschritten dargestellt.
In der 1 ist ein nach oben offenes Sprühformwerkzeug 1 dargestellt, das eine Kavität ausbildet, die als Negativform die Außengeometrie des herzustellenden Interieur-Bauteils abbildet. Mittels einer Lacksprühpistole 2 wird ein Lack auf Polyurethan-Basis auf die Oberfläche der Kavität des Spr,ühwerkzeugs aufgebracht.
In einem darauffolgenden Prozessschritt (2) wird mittels eines Polyurethan-Sprühkopfs 3 ein reaktives Polyurethan-System 6 auf die sich in der Kavität befindende Lackschicht 4 aufgebracht, wobei das Polyurethan-System so eingestellt ist, dass das Aufschäumen und Aushärten so langsam abläuft, dass bevor dieses abgeschlossen ist, noch ein Trägerbauteil 5 in die Kavität des Sprühformwerkzeugs eingebracht werden kann (3). Hierbei wird das Trägerbauteil mittels einer nicht dargestellten Haltevorrichtung in einem definierten Abstand zu der Schicht des noch nicht vollständig aufgeschäumten und ausreagierten Polyurethans angeordnet.
Der Luftspalt 7 zwischen der Polyurethanschicht 6 sowie dem Trägerbauteil 5 wird dann durch das vollständige Aufschäumen und Ausreagieren des Polyurethan-Systems ausgefüllt, wobei das Trägerbauteil stoffschlüssig mit dem Polyurethan verbunden wird. Die zuvor zwischen diesen beiden Schichten angeordnete Luft wird hierbei über entsprechende Lüftungsöffnungen verdrängt. Nach einem ausreichenden Aushärten des Polyurethan-Systems kann das fertige mehrschichtige Bauteil 8 aus dem Formwerkzeug 1 entnommen werden (5).
Selbstverständlich ist es auch möglich, einen Kunststoffwerkstoff vorzusehen, dessen Aufschäume- und Aushärtereaktion gezielt initiiert werden kann, beispielsweise durch das gezielte Einbringen von Wärmeenergie.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Bauteils (8) umfassend zumindest ein Trägerbauteil (5) sowie eine mit dem Trägerbauteil (5) verbundene Kunststoffschaumschicht, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein reaktiver Kunststoffwerkstoff (6) zur Ausbildung der Kunststoffschaumschicht in ein nach oben offenes Formwerkzeug (1) eingebracht und daraufhin das Trägerbauteil (5) mittels einer Haltevorrichtung in einem definierten Abstand zu dem Kunststoffwerkstoff (6) in dem Formwerkzeug (1) angeordnet wird, wobei der Kunststoffwerkstoff (6) derart eingestellt wird, dass erst nach dem Anordnen des Trägerbauteils (5) in dem Formwerkzeug (1) der Kunststoffwerkstoff (6) vollständig aufschäumt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Polyurethan-Systems als Kunststoffwerkstoff (6).
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffwerkstoff (6) in das Formwerkzeug (1) gesprüht wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen des Kunststoffwerkstoffs (6) eine Deckschicht (4) in das Formwerkzeug (1) eingebracht wird.