DE102009017698A1

DE102009017698A1 - Fahrzeug-Folienbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102009017698A1
Application number: DE102009017698A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr.-Ing. Humpenöder; Jan Dipl.-Ing. Krüger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2009-10-29

Abstract

Fahrzeug-Bauteil aufweisend eine Lack- oder Dekorfolie, welche zumindest ein Loch mit vorgegebener Kontur aufweist, eine zumindest bereichsweise direkt an der Folie anhaftende transparente Kunststoffschicht, welche das Loch zumindest teilweise ausfüllt, sowie mindestens ein weiteres Element, welches im Bereich des Loches an die transparente Kunststoffschicht zumindest teilweise anschließt und welches zumindest teilweise eine Außenwand des Bauteils darstellt sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Folienbauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 sowie 6 und 7. Ein derartiges Bauteil und Verfahren sind bereits aus der DE 199 56 930 A1 und der DE 10 2004 012 467 A1 bekannt.
In jüngerer Zeit werden vermehrt auch Außenbauteile von Fahrzeugen, insbesondere von Personenkraftwagen, zumindest teilweise aus Kunststoff hergestellt, da diese u. a. Vorteile bezüglich Gewicht und Korrosionsbeständigkeit bieten. Derartige Bauteile benötigen eine optisch ansprechende Oberfläche, weswegen beispielsweise in der DE 199 56 930 A1 vorgeschlagen wird, sie durch Hinterspritzen von Lackfolien herzustellen.
Eine größere Zahl derartiger Außenbauteile benötigt transparente Bereiche, z. B. die C-Säule oder die Rückwand mit eingelassenen Fenstern oder die Kassette, in der das Kennzeichen befestigt wird. Solche Bauteile werden zunächst ohne die transparenten Bereiche hergestellt und dann mit diesen zusammengefügt. Beispielsweise wird ein Bauteil gegossen, daraus die Kontur des transparenten Bereichs ausgestanzt und dann ein vorgefertigtes, dieser Kontur angepasstes transparentes Bauteil in diese Ausstanzung eingefügt und dort geklemmt, geschraubt oder geklebt. Diese Vorgehensweise ist aufgrund ihrer Mehrstufigkeit prozesstechnisch aufwendig und daher teuer. Darüber hinaus sind Fugen kaum zu vermeiden, woraus Probleme hinsichtlich der Dichtigkeit und der Korrosion sowie hinsichtlich der Designfreiheit resultieren.
Aus diesem Grund wird in der DE 10 2004 012 467 A1 vorgeschlagen, bereits vor der Herstellung eines Kunststoff-Folienbauteils in die jeweilige Folie ein Koch mit definierter Kontur einzubringen und dieses Loch während der Hinterspritzung der Folie mit transparentem Kunststoff aufzufüllen. Dadurch werden Probleme hinsichtlich der Dichtigkeit und Korrosion beseitigt. Die Designfreiheit ist jedoch noch beschränkt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Bauteil anzugeben, welches prozesstechnisch einfach und fugenfrei herstellbar ist und eine höhere Designfreiheit besitzt, sowie ein entsprechendes Verfahren zu dessen Herstellung.
Die Erfindung ist in Bezug auf das zu schaffende Bauteil und das Verfahren durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 6 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und Bauteils.
Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Verfahrens zur Herstellung eines Fahrzeug-Bauteils erfindungsgemäß durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst:

– Bereitstellen einer Bauteil-Form,
– Anpassen einer Folie an die Form, wobei die Folie ein Loch mit vorgegebener Kontur aufweist,
– Einlegen der Folie in die Form,
– zumindest teilweises Hinterfüllen der Folie in der Form mit mindestens einer Kunststoffschicht, wobei das Hinterfüllen der Folie zumindest im Bereich des mindestens einen Loches mit einem transparenten Kunststoff erfolgt, derart dass das Loch mit dem transparentem Kunststoff zumindest teilweise gefüllt wird, sowie
– Einbringen mindestens eines weiteren Elementes in den Bereich des Loches in die Bauteilform vor deren Befüllen, an welches der transparente Kunststoff zumindest teilweise anschließt.

Dieses Verfahren erhöht die Designfreiheit, da nun auch Designelemente in den transparenten Bereich eingebracht werden können, ohne dadurch Probleme hinsichtlich der Dichtigkeit und Korrosion hervorzurufen.
Im Übrigen gewährleistet die erfindungsgemäß geschaffene Einstückigkeit die Stabilität des Bauteils gegenüber einem nachträglich geschaffenen Verbundbauteil.
Das Anpassen der Folie an die Form kann durch Beschneiden und Tiefziehen erfolgen. Je nach Elastizität der Folie – insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur des transparenten Kunststoffes während des Hinterfüllens – und den dreidimensionalen Abmessungen der Formtopologie kann aber auf das Tiefziehen auch verzichtet werden.
Das Loch kann durch Ausstanzen in die Folie eingebracht werden. Möglich ist aber auch ein Schneiden mit Klingen, Wasser- oder Laserstrahl.
Das Hinterfüllen der Folie mit dem Kunststoff kann durch Eingießen, insbesondere eines Kunstharzes, oder Hinterspritzen, zum Beispiel mit Polycarbonat, erfolgen.
In einer speziellen Ausgestaltung wird die Folie lediglich im Bereich des Lochs mit einem transparenten Kunststoff hinter füllt und in anderen Bereichen mit einem oder mehreren anderen Kunststoffen, die andere mechanische, chemische oder optische Eigenschaften aufweisen.
In einer weiteren speziellen Ausgestaltung wird als das weitere Element eine zweite Folie mit vorgegebener Kontur verwendet und zwar vorzugsweise eine zur ersten Folie gleichartige zweite Folie. Eine Folie weist insbesondere bzgl. der dreidimensionalen Formbarkeit (auch noch während des Hinterspritzens) Vorteile auf. Wenn es sich dabei um eine zur ersten Folie gleichartige handelt, kann einerseits der Hinterspritzprozess besonders einfach ausgestaltet werden und ohne zusätzliche Vorkehrungen wegen evtl. unterschiedlicher Reaktionen auf das Hinterspritzen. Anderseits kann dies aus Designgründen vorteilhaft sein, z. B. um einen einheitlichen Gesamteindruck zu erzielen.
Es können allerdings auch andere Elemente eingebracht werden, insbesondere Bleche oder Gitter, die durch das Hinterspritzen dicht und korrosionsfrei mit der Folie zu einem Verbundbauteil verbunden werden.
Die Positionierung des weiteren Elementes innerhalb der Form erfolgt in einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens mittels eines Roboters. Eine geeignete Position kann z. B. berechnet oder geteacht werden.
Alternativ zu einer Roboterpositionierung kann das weitere Element in einem abgesetzten Bereich der Form eingebracht werden, an dessen Kontur seine eigene Kontur angepasst ist, so dass es formschlüssig und somit eindeutig positioniert wird.
In einer weiteren speziellen Ausgestaltung wird das weitere Element in der Form vor deren Befüllen fixiert und zwar vorzugsweise mittels mechanischer, pneumatischer oder spezifischer Adhäsion.
Die Fixierung gewährleistet die Beibehaltung der gewünschten Positionierung auch während des Hinterspritzens ohne dabei besondere Maßnahmen, insbesondere langsame Prozessabläufe in Kauf nehmen zu müssen.
Adhäsion oder auch Anhangskraft, ist ein Maß für den Zustand einer Grenzflächenschicht, die sich zwischen zwei in Kontakt tretenden kondensierten Phasen ausbildet. Die Haupteigenschaft dieses Zustandes ist der durch Wechselwirkungen in der Grenzflächenschicht hervorgerufene mechanische Zusammenhalt der beteiligten Phasen.
Unter mechanischer Adhäsion wird eine ausreichende Haftreibung verstanden, die z. B. durch aufeinander abgestimmte Oberflächenrauhigkeiten der Form und des weiteren Elementes gegeben sein kann oder auch durch sterische Wechselwirkungen.
Pneumatische Adhäsion bezeichnet einen mechanischen Zusammenhalt zwischen der Form und dem weiteren Element, welcher durch Ansaugen hervorgerufen wird. Hierzu weist die Form poröse oder mit Bohrungen versehene Bereiche auf, welche mit einer Einreichung zur Unterdruckerzeugung verbunden sind.
Spezifische Adhäsion bezeichnet die Adhäsion aufgrund elektrostatischer oder adsorptiver, insbesondere polarer Wechselwirkungen zwischen den Oberflächen der Form und des weiteren Elementes.
Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Bauteils erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass es eine Lack- oder Dekorfolie mit zumindest einem Loch mit vorgegebener Kontur und eine zumindest bereichsweise direkt an der Folie anhaftende (d. h. nicht geklemmt oder geschraubt oder mit zusätzlicher Klebstoffschicht befestigte) transparente Kunststoffschicht aufweist, wobei die Folie zumindest ein Loch mit vorgegebener Kontur aufweist, welche das Loch zumindest teilweise ausfüllt, sowie mindestens ein weiteres Element, welches im Bereich des Loches an die transparente Kunststoffschicht zumindest teilweise anschließt und welches zumindest teilweise eine Außenwand des Bauteils darstellt.
Ein derartiges Bauteil weist die bereits bezüglich des Verfahrens genannten Vorteile auf.
Der transparente Kunststoff kann ein Duromer sein, insbesondere ein Kunstharz (z. B. Epoxid-Harz, Polyester-Harz, Phenol-Harz, Melamin-Harz), oder auch ein Thermoplast, insbesondere PMMA, PC, SAN, PET, PBT. Diese transparenten Kunststoffe weisen ein für nahezu beliebige Anwendungen ausreichendes Spektrum an mechanischen, chemischen, optischen und haptischen Eigenschaften auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Bauteils ist das weitere Element als eine zweite Folie mit vorgegebener Kontur ausgestaltet ist, vorzugsweise als eine zur ersten Folie gleichartige zweite Folie.
Die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung wurden bereits bzgl. des korrespondierenden Verfahrens erläutert.
Besonders vorteilhaft ist eine derartige Ausgestaltung, wenn die zweite Folie semitransparent ausgestaltet ist.
Diese kann dann vorteilhaft so in die Form eingebracht werden, dass sie in dem späteren Bauteil von außen betrachtet nicht transparent ist, sondern einen gewünschten Designeindruck vermittelt, während sie von innen transparent ist und z. B. im Inneren des Bauteils befindliche Beleuchtungsmittel durchleuchten lässt, sobald diese betätigt werden.
In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist das weitere Element als ein metallisches Einlegeteil ausgestaltet, vorzugsweise als ein Aluminiumblech. Das Einlegeteil kann zusätzlich mit einer Schutzbeschichtung oder Lackierung versehen sein. Ein solches weiteres Element erhöht die gewünschte Gestaltungsfreiheit des Bauteils ohne dessen Herstellung wesentlich zu erschweren.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das weitere Element eine Gitterstruktur auf. Dies ist sowohl bei Folien als auch Blechen möglich. Ein Gitter ist insbesondere bei eingebetteten Funktionsmitteln, insbesondere Beleuchtungsmitteln vorteilhaft, da es z. B. als Streu- oder Dämpfungsgitter fungieren kann. Es kann aber auch unabhängig von weiteren Funktionsmitteln als stabilisierendes Gestaltungselement eingesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils sind in das Bauteil, insbesondere in den transparenten Kunststoff, Funktionsmittel, insbesondere Beleuchtungsmittel (z. B. Dioden), eingebettet. Andere Funktionsmittel können z. B. Abstandssensoren sein, die auf IR-, Ultraschall- oder Radar-Basis arbeiten. Durch diese Einbettung sind die Funktionsmittel vor Umwelteinflüssen, insbesondere mechanischer und chemischer Art, weitestgehend geschützt.
Nachfolgend werden anhand eines Ausführungsbeispiels das erfindungsgemäße Verfahren und Bauteil näher erläutert:
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Heckleuchte hergestellt. Dazu wird zuerst eine geeignete Spritzgussform angefertigt und bereitgestellt.
Eine Lackfolie wird derart beschnitten, dass ihre Außenabmessungen den Abmessungen der Spritzgussform entsprechen. Dann wird in ihrem Inneren ein Loch ausgestanzt, so dass ein ringartiges Folienstück zurückbleibt, das in die Spritzgussform eingelegt wird.
Ein kleineres Stück derselben Folienart wird ebenfalls in geeignete Form geschnitten und mittels eines Roboters an eine gewünschte Position innerhalb des Loches der ersten Folie in die Spritzgussform eingelegt. Die Spritzgussform weist an dieser Position eine Vielzahl feiner Bohrungen auf, die mit einer Unterdruckkammer verbunden sind. Infolge des Unterdruckes wird das Folienstück in der Spritzgussform fixiert und kann während des Hinterspritzens nicht verrutschen.
Außerdem werden Funktionsmittel – hier mehrere Leuchtdioden mit ihren zugehörigen Anschlüssen – in die Spritzgussform eingebracht.
Danach wird die Lackfolie in der geschlossenen Spritzgussform mit heißem, flüssigem, transparentem Polycarbonat hinterspritzt, derart, dass das Loch mit dem transparentem Polycarbonat gefüllt wird und das kleine Folienstück fest angebunden wird.
Das Einbringen des heißen Polycarbonats hinter die Folie erwärmt diese und erhöht deren Elastizität, so dass sie sich vollständig der Kontur der Form anpassen kann. Der Rest des Formhohlraums, insbesondere das Loch in der Folie, wird von dem flüssigen Polycarbonat vollständig ausgefüllt, derart, dass das Polycarbonat nach seinem Erkalten im Bereich des Lochs eine stabile transparente Außenwand des Bauteils darstellt, die gleichmäßig mit der Folie abschließt. Infolge dessen treten keine Fugen und die damit verbundenen Probleme hinsichtlich Dichtigkeit und Design auf. Im Übrigen erhöht die erfindungsgemäß geschaffene Einstückigkeit die Stabilität des Bauteils gegenüber einem nachträglich geschaffenen Verbundbauteil.
Durch die Einbettung sind die Dioden als Beleuchtungsmittel vor Umwelteinflüssen, insbesondere mechanischer und chemischer Art, weitestgehend geschützt.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Bereich des Loches vor dem Hinterspritzen mit einer Klarlackschicht versehen. Dies kann z. B. durch Spritzen, Sprühen, Drucken oder Stempeln erfolgen oder auch durch Auslegen mit einer Klarlackfolie. Der Klarlack schützt den transparenten Kunststoff vor Umwelteinflüssen und verlangsamt Alterungseffekte. Im Übrigen entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten.
Das erfindungsgemäße Verfahren und Bauteil erweisen sich in der Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Beispiels als besonders geeignet für die Herstellung von Fahrzeug-Folienbauteilen, die transparente Bereiche enthalten, insbesondere für solche Bauteile, die in der Automobilindustrie benötigt werden.
Einerseits können so erhebliche Vorteile bezüglich der Prozesszeit erzielt werden. Aber auch der Korrosionsschutz und die Designfreiheit können durch die Einstückigkeit verbessert werden.
Die Erfindung ist nicht nur auf das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.
So ist zum Beispiel denkbar, dass die erste Folie selbst transparent ist, aber beispielsweise einen anderen Farbton oder auch andere mechanische oder chemische Eigenschaften aufweist als der hinterspritzte transparente Kunststoff.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19956930 A1 [0001, 0002]
- DE 102004012467 A1 [0001, 0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeug-Bauteils mit den Schritten – Bereitstellen einer Bauteil-Form, – Bereitstellen eines Folien-Elementes mit vorgegebener Kontur, – Einlegen des Folien-Elementes in die Form, – Befüllen der Form mit einem transparenten Kunststoff, derart, dass das Folien-Element hinterfüllt wird und zumindest teilweise eine Außenwand des Bauteils darstellt, wobei die transparente Kunststoffschicht gleichmäßig mit dem Rand des Folien-Elementes abschließt.
Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeug-Bauteils mit den Schritten – Bereitstellen einer Bauteil-Form, – Anpassen einer Folie an die Form, wobei die Folie ein Loch mit vorgegebener Kontur aufweist, – Einlegen der Folie in die Form, – zumindest teilweises Hinterfüllen der Folie in der Form mit mindestens einer Kunststoffschicht, wobei das Hinterfüllen der Folie zumindest im Bereich des mindestens einen Loches mit einem transparenten Kunststoff erfolgt, derart dass das Loch mit dem transparentem Kunststoff zumindest teilweise gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass mindestens ein weiteres Element im Bereich des Loches in die Bauteilform vor deren Befüllen eingebracht wird, an welches der transparente Kunststoff zumindest teilweise anschließt.
Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass als das weitere Element eine zweite Folie, vorzugsweise zur ersten Folie gleichartige zweite Folie, mit vorgegebener Kontur verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Element mittels eines Roboters an einer vorgegebenen Position innerhalb der Form positioniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Element in einem abgesetzten Bereich der Form eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Element in der Form vor deren Befüllen fixiert wird, vorzugsweise mittels mechanischer, pneumatischer oder spezifischer Adhäsion.
Fahrzeug-Bauteil aufweisend – ein Folien-Element aus Lack- oder Dekorfolie mit vorgegebener Kontur, – eine zumindest bereichsweise direkt an dem Folien-Element anhaftende transparente Kunststoffschicht, welche das Folien-Element hinterfüllt und zumindest teilweise eine Außenwand des Bauteils darstellt, wobei die transparente Kunststoffschicht gleichmäßig mit dem Rand des Folien-Elementes abschließt.
Fahrzeug-Bauteil aufweisend – eine Lack- oder Dekorfolie, welche zumindest ein Loch mit vorgegebener Kontur aufweist, – eine zumindest bereichsweise direkt an der Folie anhaftende transparente Kunststoffschicht, welche das Loch zumindest teilweise ausfüllt, gekennzeichnet durch – mindestens ein weiteres Element, welches im Bereich des Loches an die transparente Kunststoffschicht zumindest teilweise anschließt und welches zumindest teilweise eine Außenwand des Bauteils darstellt.
Bauteil nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Element als eine zweite Folie mit vorgegebener Kontur ausgestaltet ist, vorzugsweise als eine zur ersten Folie gleichartige zweite Folie.
Bauteil nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Folie semitransparent ausgestaltet ist.
Bauteil nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Element als ein metallisches Einlegeteil ausgestaltet ist, vorzugsweise als ein Aluminiumblech.
Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Element eine Gitterstruktur aufweist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass in es Funktionsmittel, insbesondere Beleuchtungsmittel, eingebettet sind.