DE102009037183B4 - Method for producing a molded part, in particular a control panel for the passenger compartment of a motor vehicle - Google Patents

Method for producing a molded part, in particular a control panel for the passenger compartment of a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Bedienteils für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, wobei aus einem ersten keramischen Material ein Formteilgrundkörper hergestellt wird, wobei der Formteilgrundkörper mit einem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten keramischen Material beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Formteilgrundkörper aus naturfarbenem weißem Keramikmaterial hergestellt wird.Method for producing an operating part for the passenger compartment of a motor vehicle, wherein a molded part base body is produced from a first ceramic material, wherein the molded part base body is coated with a second ceramic material that differs from the first material, characterized in that the molded part base body is made from natural-colored white ceramic material becomes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bedienteils für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Bedienteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The present invention relates to a method for producing a control panel for the passenger compartment of a motor vehicle according to the preamble of claim 1 and a control panel according to the preamble of claim 9.

Aus der DE 10 2006 041 928 A1 ist ein aus einem Keramikwerkstoff hergestellter Druck-Drehknopf bekannt, der bei BMW Fahrzeugen zum Bedienen des sogenannten ”i-Drive-Systems” eingesetzt wird. Aus der DE 10 2006 011 849 A1 ist ferner ein Dekorelement für den Innenraum von Fahrzeugen bekannt, das teilweise aus Keramik und teilweise aus Kunststoff hergestellt ist.From the DE 10 2006 041 928 A1 is a pressure knob made of a ceramic material known, which is used in BMW vehicles for operating the so-called "i-drive system". From the DE 10 2006 011 849 A1 Furthermore, a decorative element for the interior of vehicles is known which is made partly of ceramic and partly of plastic.

Bedienelemente mit einer metallischen Beschichtung sind z. B. aus der DE 10 2005 032 717 B3 , DE 10 2006 055 971 A1 , DE 10 337 456 A1 bekannt. Zum technischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung zählen ferner die DE 103 41 623 B3 , DE 197 36 449 A1 , DE 197 56 588 A1 , DE 20 2006 019 921 U1 , DE 20 321 522 U1 , DE 38 53 545 T3 , DE 69 421 467 T2 , DE 69 527 236 T2 , EP 1 152 066 A1 , EP 0 377 654 B1 , EP 0 861 219 B1 , GB 2 273 718 A , US 2007/0110924 A1 , WO 88/043884 A1 , WO 2009/047096 A1 sowie die DE 100 15 614 B4 .Controls with a metallic coating are z. B. from the DE 10 2005 032 717 B3 . DE 10 2006 055 971 A1 . DE 10 337 456 A1 known. The technical background of the present invention also includes the DE 103 41 623 B3 . DE 197 36 449 A1 . DE 197 56 588 A1 . DE 20 2006 019 921 U1 . DE 20 321 522 U1 . DE 38 53 545 T3 . DE 69 421 467 T2 . DE 69 527 236 T2 . EP 1 152 066 A1 . EP 0 377 654 B1 . EP 0 861 219 B1 . GB 2 273 718 A . US 2007/0110924 A1 . WO 88/043884 A1 . WO 2009/047096 A1 as well as the DE 100 15 614 B4 ,

Aus der WO 2007/087 990 A1 ist ein Bedienelement für ein Kraftfahrzeug bekannt. Das Bedienelement besteht aus einem durchleuchtbaren Werkstoff, der mit mindestens einer opaken, mit einer Symbolik versehenen Beschichtung versehen ist und mit einer transparenten Lackschicht auf der Beschichtung, wobei in die Lackschicht Nanopartikel eingebracht sind, wobei die Beschichtung und die Lackschicht mittels eines Lasers entfernt sind.From the WO 2007/087 990 A1 is known a control for a motor vehicle. The operating element consists of a transilluminable material, which is provided with at least one opaque, provided with a symbolic coating and with a transparent lacquer layer on the coating, wherein in the lacquer layer nanoparticles are introduced, wherein the coating and the lacquer layer are removed by means of a laser.

Aus der DE 101 55 598 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen einer Beschriftung, eines Aufdruckes, eines Musters oder dergleichen auf ein Substrat bekannt, wobei in dem gewünschten Bereich eine erste Beschichtung aufgebracht wird, anschließend zumindest dieser Bereich mit einer zweiten Beschichtung versehen wird und anschließend die erste Beschichtung entfernt wird, so dass der gewünschte Bereich als Negativ in der zweiten Beschichtung sichtbar ist.From the DE 101 55 598 A1 a method for applying a lettering, an imprint, a pattern or the like to a substrate is known, wherein in the desired area a first coating is applied, then at least this area is provided with a second coating and then the first coating is removed, so that the desired area is visible as a negative in the second coating.

Bedienelemente, wie z. B. Drehsteller, die aus einem Keramikmaterial hergestellt sind, vermitteln im Vergleich zu Bedienelementen, die vollständig oder großteils aus Kunststoff hergestellt, beim Berühren einen sehr hochwertigen, kühlen Eindruck, ähnlich wie man es vom Berühren eines Natursteins her kennt.Controls, such. B. turntable, which are made of a ceramic material, in comparison to controls that made completely or largely made of plastic, when touched a very high quality, cool impression, similar to how it knows from touching a natural stone ago.

Bei Fahrzeugen des Hochpreissegments, wie z. B. der aktuellen BMW 7er Baureihe, gibt es als Sonderausstattung bereits aus Keramikmaterial hergestellte Bedienelemente. Bei diesen Bedienelementen handelt es sich um „durchgefärbte” Keramikbauteile. Diese Keramikvarianten werden in unterschiedlichen Farbtönen angeboten. Ein Problem bei der Herstellung verschiedenfarbiger Keramikbauteile besteht darin, dass der Schrumpfungsgrad des Keramikmaterials von den verwendeten Farbpartikeln abhängt. Um ein einheitliches Endmaß der Bedienelemente zu erhalten, muss für die einzelnen Farben mit unterschiedlichen Formgebungswerkzeugen gearbeitet werden, was mit hohen Kosten verbunden ist.For vehicles of the high-price segment, such. As the current BMW 7 Series, there are special features already made of ceramic material controls. These controls are "solid colored" ceramic components. These ceramic variants are available in different colors. A problem in the production of different colored ceramic components is that the degree of shrinkage of the ceramic material depends on the color particles used. In order to obtain a uniform final dimension of the operating elements, it is necessary to work with different shaping tools for the individual colors, which involves high costs.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Bedienteils aus keramischem Material anzugeben, das in kostengünstiger Weise die Darstellung verschiedener Farb- und/oder Oberflächenvarianten ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Bedienteil anzugeben, mit einem Formteilgrundkörper, der eine hohe Bruchfestigkeit aufweist und gleichzeitig opak, transparent oder transluzent ist.The object of the invention is to provide a method for producing a control panel made of ceramic material, which allows the representation of different color and / or surface variants in a cost effective manner. It is another object of the invention to provide a control panel, with a molding base body which has a high breaking strength and at the same time is opaque, transparent or translucent.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is solved by the features of claims 1 and 9. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be found in the dependent claims.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bedienteils für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, wobei zunächst aus einem keramischen Material ein Formteilgrundkörper hergestellt wird.The starting point of the invention is a method for producing an operating part for the passenger compartment of a motor vehicle, wherein initially a molded part base body is produced from a ceramic material.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Formteilgrundkörper mit einem keramischen Material, das sich von dem des Formteilgrundkörpers unterscheidet, beschichtet wird. Auf diese Weise können sehr kostengünstig keramische Formteile mit einer Beschichtung in einer Vielzahl von Farb-/Oberflächenvarianten dargestellt werden. Möglich ist eine vollständige, mehrstufige oder partielle Einfärbung des Formteilgrundkörpers mit einer verschieißbeständigen Deckschicht.The essence of the invention is that the molded part base body is coated with a ceramic material which is different from that of the molded part main body. In this way, very cost-effective ceramic moldings can be represented with a coating in a variety of color / surface variants. Possible is a complete, multi-stage or partial coloring of the molded part body with a wear-resistant cover layer.

Die Oberflächenschicht kann deckend und daher unabhängig von der Farbe des Formteilgrundkörpers gewählt werden. In die Beschichtung können zusätzliche Komponenten bzw. Strukturen eingebettet werden, wodurch facettenreiche Oberflächen in unterschiedlichen Farben oder mit interferierenden Farben dargestellt werden können. Dargestellt werden können insbesondere Symbole, Logos etc. Insgesamt können mit der Erfindung äußerst dekorative, ästhetisch hochwertige Dekor- bzw. Bedien- oder Schalterelemente aus Keramik dargestellt werden.The surface layer can be selected opaque and therefore independent of the color of the molded part body. In the coating additional components or structures can be embedded, whereby multi-faceted surfaces can be displayed in different colors or with interfering colors. In particular, symbols, logos etc. can be represented. Overall, the invention can be used to display extremely decorative, aesthetically high-quality decorative or operating or switching elements made of ceramic.

Da das gesamte Formteil aus Keramik besteht, hat man aufgrund des hohen Wärmeübergangskoeffizienten zwischen der menschlichen Haut und dem Keramikmaterial beim Berühren ein kühles Empfinden und zwar auch unter Bedingungen, wie sie in Heißländern vorzufinden sind.Since the entire molded part is made of ceramic, it has a cool feeling due to the high heat transfer coefficient between the human skin and the ceramic material when touching, even under conditions that are found in hot countries.

Derart beschichtete Bauteile weisen gegenüber durchgefärbten Keramikbauteilen eine höhere Bruchfestigkeit auf. Dies liegt daran, dass die ”Farbträger” eine Partikelgröße von ca. 5 μm haben und somit grundsätzlich Störstellen innerhalb der Keramikmatrix darstellen. Gemäß der Erfindung kann als Formteilgrundkörper reiner Keramikwerkstoff, d. h. ohne Farbpartikel, verwendet werden, was im Ergebnis eine hohe Bruchfestigkeit ergibt. Unterschiedliche Farb- bzw. Oberflächenanmutungen können durch entsprechende Beschichtungsmaterialmischungen erzeugt werden. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber herkömmlichen, durchgefärbten Keramikbauteilen besteht darin, dass für sämtliche Farb- und Oberflächenvarianten mit ein- und demselben Grundkörperwerkzeug gearbeitet werden kann.Components coated in this way have a higher breaking strength compared with through-colored ceramic components. This is due to the fact that the "color carriers" have a particle size of about 5 μm and thus basically represent defects within the ceramic matrix. According to the invention can be used as molding base body pure ceramic material, d. H. without color particles, which results in a high breaking strength. Different color or surface appearances can be produced by appropriate coating material mixtures. A significant advantage over conventional, through-colored ceramic components is that it can be used for all color and surface variants with one and the same basic body tool.

Ein weiterer Vorteil gegenüber herkömmlichen durchgefärbten Keramikbauteilen besteht darin, dass die Farbgebung gemäß der Erfindung nicht im Hochtemperatursinterprozess erfolgt, sondern in einem nachgeschalteten Beschichtungsprozess, im Falle einer PVD Beschichtung beispielsweise bei moderaten Temperaturen von ca. 150°C. Demgegenüber können bei durchgefärbten Keramikteilen nur Farbträger, die für einen Hochtemperatursinterprozess von über 1600°C geeignet sind, eingesetzt werden. Dadurch ist das faktisch zur Verfügung stehende Farbspektrum stark eingeschränkt. So existiert beispielsweise bislang kein intensiver hochtemperaturbeständiger roter Farbträger.Another advantage over conventional through-colored ceramic components is that the coloring according to the invention does not take place in the high-temperature sintering process, but in a subsequent coating process, in the case of a PVD coating, for example, at moderate temperatures of about 150 ° C. In contrast, only color carriers which are suitable for a high-temperature sintering process of more than 1600 ° C. can be used in through-colored ceramic parts. As a result, the actual available color spectrum is severely limited. So far, for example, no intensive high-temperature resistant red color carrier exists.

Der Formteilgrundkörper wird aus naturfarbenem weißem Keramikmaterial hergestellt, das im Vergleich zu farbigem, durchgefärbtem Keramikmaterial wesentlich preisgünstiger ist. Das für den Fromteilgrundkörper verwendete Material kann opak, transparent oder transluzent sein.The molded part body is made of natural white ceramic material, which is much cheaper compared to colored, through-colored ceramic material. The material used for the part body may be opaque, transparent or translucent.

Für Bedienelemente, die be- oder durchleuchtet werden sollen kommt ein transluzenter oder transparenter Grundkörper in Betracht. Bei Verwendung von transparenten bzw. transluzenten Grundkörpermaterialien ist also eine Illumination des Formteils möglich. Bei beschichteten, bedeckten Flächen kann eine nachträgliche Laserablation durchgeführt werden, wodurch z. B. Anzeigesymbole hergestellt werden können.For operating elements which are to be illuminated or transilluminated, a translucent or transparent basic body is considered. When using transparent or translucent basic body materials, therefore, an illumination of the molded part is possible. For coated, covered areas, a subsequent laser ablation can be performed, whereby z. B. display symbols can be made.

Bei der Herstellung eines Formteils gemäß der Erfindung werden insbesondere folgende Schritte durchlaufen:

  • – Aufbereitung der keramischen Masse, d. h. eines Keramikpulver-Bindemittel-Gemischs.
  • – Formgebung, d. h. Herstellung des Formteilgrundkörpers, der auch als ”Grünling” bezeichnet wird, durch Spritzgießen.
  • – Entbinderung, d. h. Herstellen eines sogenannten ”Braunlings”.
  • – Sintern, wodurch ein sogenannter ”Weißling” erhalten wird.
  • – Behandlung der Oberfläche des Weißlings, z. B. durch Polieren, Mattieren, o. ä.
  • – Anschließendes Beschichten mit dem zweiten keramischen Material.
  • – Nachbearbeitung/Behandlung der Oberfläche.
In the production of a molded part according to the invention, in particular the following steps are carried out:
  • - Preparation of the ceramic mass, ie a ceramic powder-binder mixture.
  • - Forming, ie production of the molding base body, which is also referred to as a "green body", by injection molding.
  • - Debinding, ie making a so-called "Braunlings".
  • - sintering, whereby a so-called "white" is obtained.
  • - Treatment of the surface of the white, z. B. by polishing, matting, o. Ä.
  • Subsequent coating with the second ceramic material.
  • - Post-processing / treatment of the surface.

Das Beschichten kann beispielweise in einem Tauchverfahren erfolgen, wobei der teil-/vorgebrannte Formteilgrundkörper in flüssiges, keramisches Material eingetaucht wird. Daran anschließen kann sich eine thermische Konsolidierung und Verdichtung im Sinterprozess sowie gegebenenfalls ein Zuschnitt, eine Nachbearbeitung bzw. ein Oberflächen-Finishing.The coating can be carried out, for example, in a dipping process, wherein the partially / prefired molded part body is immersed in liquid, ceramic material. This can be followed by thermal consolidation and compaction in the sintering process and, if necessary, cutting, finishing or surface finishing.

Alternativ dazu kann die Beschichtung auch im sogenannten PVD-Verfahren (physical vapor deposition) erfolgen. PVD-Verfahren an sich sind Stand der Technik und brauchen daher im einzelnen nicht näher erläutert werden. Im PVD-Verfahren wird eine Metalldampf-Sauerstoffatmosphäre erzeugt. Der zu beschichtende Formteilgrundkörper wird in die Metalldampf-Sauerstoffatmosphäre eingebracht, was dazu führt, dass sich eine Metalloxidschicht auf dem Formteilgrundkörper niederschlägt.Alternatively, the coating can also take place in the so-called PVD process (physical vapor deposition). PVD methods themselves are state of the art and therefore need not be explained in detail. In the PVD process, a metal vapor-oxygen atmosphere is generated. The molded part body to be coated is introduced into the metal vapor oxygen atmosphere, which causes a metal oxide layer to deposit on the molded part body.

Analog zum Tauchverfahren kann anschließend eine Nachbearbeitung erfolgen. Optional kann auch eine Laserablation durchgeführt werden, d. h. die Beschichtung kann in einzelnen Bereichen gezielt abgetragen werden, wodurch Beschriftungen oder sonstige Symbole erzeugt werden können.Analogous to the dipping process, subsequent processing can then take place. Optionally, a laser ablation can be performed, d. H. The coating can be selectively removed in individual areas, whereby labels or other symbols can be generated.

Die Formgebung des Formteilgrundkörpers kann beispielsweise auch durch Trockenpressen, durch Schlickerguss, ”Tape-Casting”, Extrudieren, etc. erfolgen. Diese Formgebungsverfahren eignen sich insbesondere zur Darstellung von flachen Formkörpern wie z. B. Dekorleisten.The molding of the molded part body can for example also be done by dry pressing, by slip casting, "tape casting", extrusion, etc. These molding methods are particularly suitable for the preparation of flat moldings such. B. decorative strips.

Als Beschichtung kann eine partiell einfarbige oder mehrfach eingefärbte Beschichtung verwendet werden. Hinsichtlich des Schichtaufbaus können mehrere unterschiedlich gefärbte Schichten verwendet werden, die gegebenenfalls miteinander interferieren.As a coating, a partially monochrome or multi-colored coating can be used. With regard to the layer structure, it is possible to use a plurality of differently colored layers which optionally interfere with one another.

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung eines Bedienteils für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, wobei aus einem ersten keramischen Material ein Formteilgrundkörper hergestellt wird, wobei der Formteilgrundkörper mit einem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten keramischen Material beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Formteilgrundkörper aus naturfarbenem weißem Keramikmaterial hergestellt wird.A method of manufacturing a control panel for the passenger compartment of a motor vehicle, wherein a first ceramic material Molded article is made, wherein the molded part base body is coated with a second ceramic material different from the first material, characterized in that the molded part body is made of natural white ceramic material. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das zweite Material eine andere Farbe verwendet wird als für das erste Material.A method according to claim 1, characterized in that a different color is used for the second material than for the first material. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Beschichtung in einem Tauchverfahren erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the application of the coating takes place in a dipping process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Beschichtung in einem PVD-Beschichtungsverfahren erfolgt.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the application of the coating takes place in a PVD coating process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste Material ein transparentes Material verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a transparent material is used for the first material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste Material ein transluzentes Material verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that a translucent material is used for the first material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste Material ein opakes Material verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that an opaque material is used for the first material. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zumindest stellenweise durch Laserablation entfernt wird, insbesondere zur Erzeugung eines Symbols oder einer Markierung.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the coating is removed at least in places by laser ablation, in particular for generating a symbol or a mark. Bedienteil, für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, mit einem Formteilgrundkörper, aus einem ersten keramischen Material, wobei der Formteilgrundkörper mit einem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten keramischen Material beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Formteilgrundkörper aus weißem, naturfarbenem Keramikmaterial hergestellt ist.Operating part, for the passenger compartment of a motor vehicle, with a molding base body, of a first ceramic material, wherein the molding base body is coated with a second ceramic material different from the first material, characterized in that the molding body is made of white, natural-colored ceramic material.
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