DE102008032730A1

DE102008032730A1 - Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Bauteils

Info

Publication number: DE102008032730A1
Application number: DE102008032730A
Authority: DE
Inventors: Peter Strasser; Karl Niebauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-07-12
Also published as: DE102008032730B4

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Bauteils mit den Schritten - Einlegen eines Trägerbauteils und einer Oberflächenschicht in ein Formwerkzeug; - Einbringen von EPP-Partikelschaumstoff in den Zwischenraum zwischen dem Trägerbauteil und der Oberflächenschicht und - Versintern des EPP-Partikelschaumstoffs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Bauteils.
Aufgrund der vielfältigen Anforderungen, die an Interieurbauteile von Kraftfahrzeugen gestellt werden, werden hierfür häufig mehrschichtige Bauteile eingesetzt. Neben einer hochwertigen Optik und Haptik müssen derartige Interieurbauteile häufig hohe Kräfte übertragen und – im Falle eines Unfalls – auch stark Energie absorbierend wirken. In der Regel weisen hochwertige Interieurbaueile daher eine dreischichtige Struktur auf, bestehend aus einem steifen Trägerbauteil, einer optisch und haptisch hochwertigen Oberflächenschicht sowie einer zwischen diesen Elementen angeordneten Schaumstoffschicht, die zum einen durch ein nachgiebiges Druckverhalten die Haptik des Bauteils weiter verbessern soll und zudem ein hohes Energieabsorptionsvermögen des Bauteils sichern soll.
Ein Beispiel für eine Komponente, die auch hohe Kräfte aufnehmen können muss ist die Rückwand der Rückenlehne der hinteren Sitzbank. Die Rückenlehne der hinteren Sitzbank stellt in der Regel die Trennung zwischen dem Fahrgast- und dem Gepäckraum dar und kann daher im Fall eines Unfalls extremen Belastungen durch im Gepäckraum transportierte Gepäckstücke ausgesetzt sein. Aufgrund dieser extremen Belastungen weist die Rückwand, d. h. die zum Gepäckraum gerichtete Wand der Rückenlehne der hinteren Sitzbank, häufig ein Trägerbauteil aus Stahlblech bzw. ein Trägerteil aus glasfaserverstärktem Duroplast (PUR mit einem tragenden Stahlrahmen) auf. Da die Rückwand der Rückenlehne jedoch vom Gepäckraum aus sichtbar ist, wird das Trägerbauteil zusätzlich mit einer Oberflächenschicht versehen, die in der Regel als Nadelvlies ausgebildet ist.
In einer neueren Ausführung ist die Rückenlehne mit einem thermoplastischen Trägerteil, z. B. aus glasfaserverstärktem Polypropylen ausgestattet. Zur weiteren Stabilisierung des Trägerteils sowie zum Zwecke der Energieaufnahme bei einem Unfall kann zwischen dem Trägerteil und einem als Oberflächenschicht verwendeten Nadelvlies eine Schaumstoofschicht vorgesehen sein. Es ist bekannt, für diese Schaumstoffschicht EPP (expandiertes Polypropylen) zu verwenden. Dieser Partikelschaumstoff auf Polypropylenbasis wird hierzu in ein Formwerkzeug eingebracht, in dem die Partikel mittels Dampf bei einer Temperatur von ca. 130–165°C versintert werden, wobei das Trägerteil vor dem Schäumen in die Schaumform eingelegt und beim Versintern mit dem EPP-Schaum verbunden werden kann. Nach dem Abkühlen des EPP wird das hieraus hergestellte Schaumstoffformteil aus dem Formwerkzeug entnommen. Dieses Verfahren zur Herstellung der Rückwand einer Rückenlehne für die hintere Sitzbank eines Kraftfahrzeugs ist mit einem erheblichen Aufwand verbunden, da mehrere Elemente des Sandwich-Bauteils zunächst separat hergestellt und nachträglich gefügt werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlicheres Verfahren zur Herstellung eines mehrteiligen Bauteils und insbesondere einer Rückwand einer Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik sieht der Kern der Erfindung vor, die Herstellung der Zwischenschicht aus EPP sowie das Verbinden dieser EPP-Schicht mit dem Trägerbauteil sowie der Oberflächenschicht in einem Prozessschritt durchzuführen. Hierzu ist ein Verfahren mit folgenden Schritten vorgesehen:

– Das vorgefertigte Trägerbauteil sowie die gegebenenfalls zurechtgeschnittene und vorgeformte Oberflächenschicht wird in ein Formwerkzeug eingelegt, wobei zwischen diesen Elementen ein Freiraum für die nachträglich einzubringende EPP-Schicht vorgesehen werden sollte;
– daraufhin wird ein EPP-Partikelschaumstoff in den Zwischenraum zwischen dem Trägerbauteil und der Oberflächenschicht eingebracht;
– abschließend wird der EPP-Partikelschaumstoff versintert, wobei, wie das aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist, die einzelnen Partikel des EPP-Partikelschaumstoffs durch das Einleiten von Dampf mit Temperaturen von ca. 130 bis 165°C versintert werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die Kosten für die Herstellung eines solchen mehrschichtigen Bauteils erheblich gesenkt, da das separate Herstellen der EPP-Schicht sowie das nachträgliche Verbinden dieser Schicht mit den zwei weiteren Elementen des Bauteils entfallen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Oberflächenschicht um eine textile Oberflächenschicht, die neben einer hochwertigen Optik und Haptik insbesondere durch ihre Dampfdurchlässigkeit ein Bedampfen der EPP-Partikelschaumstoffs ermöglicht.
Das Einbringen des EPP-Partikelschaumstoffs in den Zwischenraum zwischen dem Trägerbauteil und der Oberflächenschicht kann vorteilhafterweise über Öffnungen erfolgen, die in dem Trägerbauteil vorgesehen werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Trägerbauteil in das Formwerkzeug eingelegt und dort durch das sich schließende Werkzeug verformt undfixiert, wobei die Vorverformung einem Ausgleich der mit dem Sintern und dem nachträglichen Abkühlen des EPP-Partikelschaumstoffs verbundenen Schwindung dient. Die zu erwartende Schwindung kann hierbei entweder über eine Simulationsrechnung oder über Vorversuche ermittelt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann weiterhin vorsehen, mindestens zwei EPP-Partikelschaumstoffe mit unterschiedlichen Dichten in den Zwischenraum zwischen dem Trägerbauteil und der Oberflächenschicht einzubringen, um dadurch an definierten Stellen die Schwindung des EPP-Partikelschaumstoffs und den damit einhergehenden Verzug des Bauteils zu verringern. Diese Vorgehensweise macht sich zunutze, dass die Schwindungsneigung abhängig von der Dichte des verwendeten EPP-Partikelschaumstoffs ist, wobei die Schwindung mit der Dichte des EPP-Partikelschaumstoffs abnimmt. Da jedoch eine generelle Dichtereduzierung aufgrund der mechanischen Anforderungen in der Regel nicht möglich ist, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, einen EPP-Partikelschaumstoff mit geringer Dichte in Teilbereichen des Bauteils vorzusehen, die für die mechanische Festigkeit von untergeordneter Bedeutung sind, die jedoch einen großen Einfluss auf den Bauteilverzug haben. Die Lokalisierung derartiger Teilbereiche liegt hierbei im Können des Fachmanns.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Hierbei zeigen die 1 bis 5 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Rückwand einer Rückenlehne für die hintere Sitzbank eines Kraftfahrzeugs in verschiedenen Teilschritten.
In der 1 ist ein zweiteiliges Formwerkzeug dargestellt, dessen zwei Formhälften in horizontaler Richtung zueinander verfahren werden können. Im geschlossenen Zustand bilden die beiden Formhälften des Formwerkzeugs eine Kavität aus, die als Negativform die äußere Form der herzustellenden Rückwand abbildet. Die erste Formwerkzeughälfte 1, in den Figuren links dargestellt, ist zur Aufnahme des vorgefertigten Trägerbauteils 2, das als faserverstärktes Kunststoffbauteil ausgeführt ist, vorgesehen und weist zudem insgesamt mindestens eine, hier drei Füllöffnungen 3 auf, die mit entsprechenden Öffnungen in dem Trägerbauteil 2 überdecken und durch die der EPP-Partikelschaumstoff im späteren Prozessverlauf eingebracht werden kann. Zum Ausgleich der mit dem Versintern des EPP-Partikelschaumstoffs verbundenen Schwindung ist vorgesehen, das Trägerbauteil 2 mit einer (elastischen) Vorverformung in die erste Formwerkzeughälfte 1 einzubringen und dort zu fixieren, wobei die Vorverformung derart ist, dass ohne eine entsprechende Fixierung in der Formwerkzeughälfte das Trägerbauteil 2 aufgrund der elastischen Rückstellkräfte randseitig aufspringen und sich dort von der Kavitätsoberfläche der ersten Formwerkzeughälfte 1 abheben würde. Die zweite Formwerkzeughälfte 4, in den Figuren rechts dargestellt, dient der Aufnahme einer bereits zurechtgeschnittenen und vorgeformten Oberflächenschicht 5, die als Nadelvlies ausgebildet ist. In der zweiten Formwerkzeughälfte 4 sind zudem eine Vielzahl von Öffnungen 6 vorgesehen, durch die Wasserdampf, das in dem weiteren Prozessverlauf zum Versintern des EPP-Partikelschaumstoffs vorgesehen ist, in die Kavität eingeleitet werden kann, wobei dieser durch die dampfdurchlässige Oberflächenschicht hindurch tritt.
In der 2 ist dargestellt, wie die zwei Formwerkzeughälften 1, 4, nachdem das Trägerbauteil 2 sowie die Oberflächenschicht 5 in diese eingebracht wurden, zusammengefahren werden und das Rohmaterial des EPP-Partikelschaumstoffs durch die drei Füllöffnungen 3 in den Zwischenraum zwischen dem Trägerbauteil 2 sowie der Oberflächenschicht 5 eingebracht wird.
Nach dem vollständigen Befüllen des Zwischenraums mit dem EPP-Partikelschaumstoff 7 werden die Füllöffnungen in der ersten Formwerkzeughälfte mittels nicht dargestellter Verschlussschieber verschlossen und Wasserdampf 8 durch die hierfür vorgesehenen Öffnungen 6 in der zweiten Formwerkzeughälfte 4 in die Kavität des Formwerkzeugs eingeleitet, um die Partikel des EPP-Partikelschaumstoffs 7 anzuschmelzen, mit dem Ziel, diese zu versintern (3).
Nach dem Versintern und einem ausreichenden Abkühlen des EPP-Partikelschaumstoffs 7 können die Formwerkzeughälften 1, 4 wieder auseinander gefahren (vgl. 4) und die nunmehr fertige Rückwand 9 aus dem Formwerkzeug entnommen werden (vgl. 5).

Claims

Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Bauteils mit den Schritten – Einlegen eines Trägerbauteils (2) und einer Oberflächenschicht (5) in ein Formwerkzeug; – Einbringen von EPP-Partikelschaumstoff (7) in den Zwischenraum zwischen dem Trägerbauteil (2) und der Oberflächenschicht (5); und – Versintern des EPP-Partikelschaumstoffs (7).
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine textile Oberflächenschicht (5).
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der EPP-Partikelschaumstoff (7) über Öffnungen in dem Trägerbauteil eingebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil (2) zum Ausgleich der mit dem Sintern des EPP-Partikelschaumstoffs (7) verbundenen Schwindung mit einer Vorverformung in das Formwerkzeug eingelegt und dort gegebenenfalls fixiert wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei EPP-Partikelschaumstoffe mit unterschiedlichen Dichten eingebracht werden.