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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine perforierte, hinterleuchtbare Dekorschicht für Fahrzeuginnenräume, ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Hinterleuchtete Knöpfe, Schalter und andere Bedienelemente sind bekannt. Solche Elemente werden unter anderem im Fahrzeugbau eingesetzt, um Funktionselemente in Bauteilen, wie beispielsweise der Mittelkonsole, der Türinnenverkleidung, dem Dachhimmel, der Sonnenblende, dem Sitz, der Armauflage oder der Instrumententafel, visuell hervorzuheben. Häufig bilden solche Funktionselemente separate Einheiten, die, auch wenn sie sich in einem nicht hinterleuchteten Zustand befinden, als separate Elemente erkennbar sind und somit die Unversehrtheit einer Oberfläche beeinträchtigen können.
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Gleichzeitig findet sich in modernen Fahrzeugen immer häufiger eine sogenannte Ambiente-Beleuchtung. Dabei wird über in oder angrenzend an Interieurbauteilen angeordneten Lichtquellen und mit eventuell zusätzlich einer gezielten indirekten Beleuchtung von Interieurbauteilen das Wohlbefinden der Insassen eines Fahrzeugs durch eine derart gestaltete Ambiente-Beleuchtung bei fehlendem Tageslicht gesteigert.
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Um Oberflächen, die in einem unbehandelten Zustand kein oder nur wenig Licht durchlassen, hinterleuchtbar zu machen, beschreibt die
US 2004/0017687 A1 eine perforierte hinterleuchtbare Oberfläche und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Hierbei werden in die Dekorschicht, beispielsweise aus Leder, Öffnungen eingebracht, und es wird eine Lichtquelle aus Sicht eines Fahrgastes so hinter dem Leder angeordnet, dass von der Lichtquelle ausgesandtes Licht durch die eingebrachten Öffnungen in den Fahrgastinnenraum scheint. Allerdings sind die eingebrachten Öffnungen auch im nicht hinterleuchteten Fall sichtbar, so dass sie den Eindruck einer homogenen oder unversehrten Dekoroberfläche stören können.
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Um dieses Problem zu lösen, beschreibt die
US 10 2007 054 348 A1 eine Interieurkomponente und ein Verfahren zur Herstellung derselben, deren sichtbare Dekoroberfläche im Falle der Nichthinterleuchtung für den Betrachter nahezu homogen und unversehrt erscheint. Dazu wird in die Dekoroberfläche eine Mikroperforation eingebracht, wodurch sehr kleine Öffnungen, die in einem normalen Abstand vom Betrachter nicht oder kaum wahrgenommen werden, in der Dekoroberfläche vorhanden sind.
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Ein Nachteil einer solchen Mikroperforation besteht darin, dass es in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel auf die Dekoroberfläche zu Lichtverzerrungen kommen kann. Hierbei ist die Ausstrahlungsintensität aus der Dekoroberfläche stark vom Betrachtungswinkel abhängig, da die schmalen, winzigen Öffnungen nur einen nahezu senkrechten Lichtdurchtritt zulassen. Zwar kann dieses Problem durch eine Ausdünnung der Dekorschicht vermindert werden, allerdings leiden bei einer solchen Ausdünnung nicht nur die Stabilität des Materials, sondern ggf. auch die optischen Eigenschaften, wenn durch die Ausdünnung das ursprünglich nicht transparente Material schwach lichtdurchlässig wird, so dass eine ungewollte flächige Hinterleuchtung stattfindet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine hinterleuchtbare Dekorschicht mit einer Mikroperforation zu schaffen, bei der vom Betrachtungswinkel abhängige Lichtverzerrungen vermindert werden.
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Diese Aufgabe wird mit einer Dekorschicht mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Vorrichtung zur Herstellung einer Dekorschicht mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und einem Verfahren zur Herstellung einer Dekorschicht mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der allgemeinen Beschreibung der Erfindung und der Beschreibung ausgewählter Ausführungsformen.
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Die hinterleuchtbare Dekorschicht besteht aus einem nicht transparenten Material, bevorzugt aus Leder, Lederimitat oder einem lederähnlichen Material. Daneben sind andere vorzugsweise biegeschlaffe Materialen denkbar, die transluzent oder teilweise transparent sein können. Auch Dekorschichten mit einem Mehrschichtaufbau aus verschiedenen Materialen sind denkbar. In die Dekorschicht ist eine Mikroperforation eingebracht, wodurch eine Vielzahl von Öffnungen in der Dekorschicht ausgebildet ist.
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Unter einer ”perforierten” Schicht soll eine Schicht mit mehreren Öffnungen bezeichnet sein, wobei ausdrücklich darauf hingewiesen wird, dass die Öffnungen die Schicht nicht vollständig durchlaufen müssen. Öffnungen, die nur bis zu einer gewissen Tiefe eingebracht sind, sollen auch unter den Begriff ”Perforation” fallen, sofern die Restwandstärke der Öffnungen so gewählt ist, dass dort zumindest eine Teiltransparenz vorhanden ist. Mit ”Mikroperforation” wird eine Perforation bezeichnet, die für einen Fahrgast im üblichen Abstand zu Dekorteilen von einem nicht perforierten Bereich derselben Oberfläche nicht oder kaum zu unterscheiden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Oberfläche durchaus sichtbare Öffnungen und/oder andere sichtbare Modifikationen enthalten darf, wenn dies gewünscht ist. Sichtbare Öffnungen dieser Art oder großflächigere Ausnehmungen sind allerdings nicht Teil der Mikroperforation. Die Öffnungsdurchmesser der Mikroperforation auf der Sichtseite der Dekorschicht sollen vorzugsweise so gewählt sein, dass die Dekoroberfläche für den Betrachter nahezu unversehrt erscheint.
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Erfindungsgemäß weist zumindest ein Teil der Öffnungen der Mikroperforation einen Abschnitt schmalen Querschnitts und einen Abschnitt aufgeweiteten Querschnitts auf. Durch die Aufweitung der Öffnungen vergrößert sich der Austrittswinkel des Lichts aus der Öffnung. Gleichzeitig verbleibt ein Abschnitt schmalen Querschnitts, der vorzugsweise auf der Sichtseite der Dekorschicht vorliegt, so dass die Öffnungen den homogenen Eindruck der Dekoroberfläche weiterhin nicht oder kaum stören. Darüber hinaus wird die Stabilität der Dekoroberfläche, wenn überhaupt nur wenig geschwächt, da die Aufweitung der Öffnungen im Wesentlichen individuell und nicht großflächig erfolgt. Ferner wird so eine ungewollte latente, flächige Hinterleuchtung vermieden. Indem der Austrittswinkel des Lichts vergrößert wird, wird die Betrachtungswinkelabhängigkeit der Austrittsintensität verringert, wodurch Lichtverzerrungen durch die Erfindung deutlich vermindert werden. Darüber hinaus lassen sich die Öffnungen aufgrund des aufgeweiteten Abschnitts verfahrentechnisch einfacher mit einem Füllmaterial, beispielsweise zur weiteren Stabilisierung der Dekorschicht, befüllen.
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Um die Lichtaustrittsintensität zu maximieren und ferner die Herstellung der Mikroperforation zu vereinfachen, sind vorzugsweise mehrere oder alle Öffnungen der Mikroperforation als Durchgangsöffnungen ausgebildet.
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Die Achse eines Abschnitts der Öffnung ist durch eine im Wesentlichen mittig und senkrecht durch den Querschnitt verlaufende Achse definiert. Unter der Höhe wiederum ist die entlang der Achse des Abschnitts verlaufende Höhe zu verstehen.
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Vorzugsweise sind bei zumindest einigen der Öffnungen der Abschnitt schmalen Querschnitts und der Abschnitt aufgeweiteten Querschnitts nicht koaxial zueinander, sondern versetzt, so dass die Achsen des Abschnitts aufgeweiteten Querschnitts und des Abschnitts des schmalen Querschnitts nicht übereinstimmen. Vorzugsweise sind dazu die Querschnitte der Öffnungen im Wesentlichen kreisrund ausgebildet. Allerdings ist eine kreisrunde Ausbildung insbesondere beim Abschnitt des aufgeweiteten Querschnitts nicht erforderlich, sondern kann irgendeine Form aufweisen, die in dieser bevorzugten Ausführungsform bezüglich des Abschnitts schmalen Querschnitts exzentrisch angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Abstrahlungswinkel des Lichtkegels von der Dekoroberfläche gezielt gesteuert werden. Des Weiteren ist es bevorzugt, die Höhe des Abschnitts schmalen Querschnitts derart zu optimieren, dass ein größtmöglicher Austrittswinkel des Lichts realisiert wird und trotzdem die Stabilität der Dekorschicht nicht gefährdet wird. Wenn ein mit der erfindungsgemäßen Dekoroberfläche ausgestattetes Interieurbauteil im Auto so angeordnet ist, dass dieses vom Fahrgast stets von schräg oben betrachtet wird, können die aufgeweiteten Abschnitte bezüglich der schmalen Abschnitte so versetzt sein bzw. exzentrische ausgebildet sein, dass der Lichtkegel des abgestrahlten Lichts nach schräg oben gerichtet ist. Eine solche maßgeschneiderte Abstrahlungskonfiguration kann durch ein schräges Einbringen der Öffnungen und/oder einer unterschiedlich stark ausgeprägten Versetzung bei verschiedenen Öffnungen weitergeführt werden. Es ist beispielsweise denkbar, dass bei einer eher großflächigen Mikroperforation die Öffnungen mit flacher werdendem Betrachtungswinkel entsprechend so angepasst sind, dass die Verschiebung der Achsen zwischen dem Abschnitt aufgeweiteten Querschnitts und dem Abschnitt schmalen Querschnitts zunimmt.
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Vorzugsweise sind der Abschnitt aufgeweiteten Querschnitts und der Abschnitt schmalen Querschnitts mittels einer Stufe voneinander getrennt. Wenn beispielsweise in einem ersten Verfahrensschritt eine schmale Öffnung eingebracht wird, die in einem zweiten Schritt entweder von der Rückseite oder von der Vorderseite aufgeweitet wird, kann auf einfache Weise die erfindungsgemäße Perforation mit Öffnungen gestuften Querschnitts hergestellt werden.
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Vorzugsweise ist der aufgeweitete Abschnitt auf der Rückseite, d. h. der dem Betrachter abgewandten Seite vorgesehen. Mit anderen Worten befindet sich der Abschnitt schmalen Querschnitts auf der Sichtseite der Dekorschicht, um den Eindruck der Unversehrtheit der Gutseite nicht oder nur wenig zu beeinträchtigen.
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Eine besondere Ausführungsform sieht zusätzlich neben der Vergrößerung des Austrittswinkels des Lichts durch die Gestaltung der Öffnungen eine weitere Funktion des Abschnitts des aufgeweiteten Querschnitts vor. Im Gegensatz zu der bevorzugten Unsichtbarkeit der Mikroperforation kann es auch erwünscht sein, die Öffnungen der Mikroperforationen zumindest teilweise wahrnehmbar zu gestalten. Dafür könnten einzelne Abschnitte des aufgeweiteten Querschnitts derart ausgebildet sein, dass ein Eindrücken bzw. Einfall der Dekorschicht ermöglicht wird. Insbesondere eine hinterschnittene Form lässt dies zu. Die eingedrückten Bereiche der Mikroperforation sind auch ohne Beleuchtung sichtbar und können auf diese Weise beispielsweise die Position eines Tasters markieren und als sogenannte Fingerführung dienen oder eine Verzierung auf der Sichtseite der Dekorschicht erzeugen.
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Eine geeignete Vorrichtung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Dekorschicht weist eine formstabile Formschale, eine Lasereinrichtung und eine Ansaug- und/oder Gebläsevorrichtung auf. Die Formschale ist ausgelegt, um darin die zu bearbeitende Dekorschicht aufzunehmen, wobei die Formschale mit einer Vielzahl von Öffnungen vorgesehen ist, durch die die Laserung bzw. Perforation stattfindet. Dazu sind die Öffnungen der Formschale vorzugsweise deutlich größer vorgesehen als die Öffnungen der Mikroperforation. Wenn die Mikroperforation mit Öffnungsquerschnitten von etwa 120 μm ausgeführt wird, können die Durchmesser der Öffnungen in der Formschale beispielsweise etwa 0,5 mm betragen. Die Formschale bietet eine stabile Unterlage für das Dekormaterial, wodurch eine ungewollte Verformung, beispielsweise die Entstehung von Wellen und Verwerfungen, aufgrund des Hitzeeintrags bei der Laserung vermieden wird. Um diesbezüglich für die Dekorschicht eine möglichst große Auflagefläche bereitzustellen, können die Öffnungen der Formschale konisch oder anderweitig aufgeweitet ausgebildet sein, wobei der schmale Abschnitt der Öffnungen an der Auflagefläche der Dekorschicht vorliegt. Auf diese Weise tritt auch bei Schrägstellung des Lasers kein Kontakt des Laserstrahls mit dem Material der Formschale auf. Die Formschale ist bevorzugt dünnwandig gestaltet. Auf diese Weise wird nicht nur der Materialverbrauch für die Formschale gemindert, sondern trotz Schrägstellung des Lasers ein ungestörter Durchgang der Laserstrahlen realisiert, da die Höhe der Öffnungen in der Formschale entsprechend gering ausfällt. Die Formschale ist vorzugsweise aus einem temperaturbeständigen Material, insbesondere aus Metall, Keramik oder einer Kombination dieser Materialen ausgebildet. Erfindungsgemäß weist die Formschale eine Ansaug- und/oder Gebläsevorrichtung auf, wodurch die Dekorschicht auf der Formschale fixiert wird. Hierbei ist die Gebläsevorrichtung vorzuziehen, da diese bei Einbringen der Perforation, d. h. mit zunehmender Durchlöcherung energetisch und prozesstechnisch effektiver ist als eine Ansaugvorrichtung. Mit der Lasereinrichtung wird die Mikroperforation in die eingelegte Dekorschicht eingebracht. Die Dekorschicht wird vorzugsweise mit der Gutseite, d. h. der Dekorseite auf die Formschale gelegt, wobei die Laserung dann von oben, durch die Rückseite der Dekorschicht stattfindet.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner ein Miederhaltesystem auf, das die Dekorschicht punktuell mechanisch, d. h. mittels Kontakt gegen die Formschale drückt. Beispielsweise kann eine Art Stempel vorgesehen sein, welcher die Dekorschicht lokal nach unten drückt.
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Die Formschale kann eine dreidimensionale Kontur aufweisen, die der bevorzugt biegeschlaffen Dekorschicht eine dreidimensionale Form vermittelt, die mit der endgültigen Form am Interieurteil übereinstimmt oder diese annähert. Auf diese Weise werden Verzerrungen bei der Perforation vermieden, die andernfalls bei einer dreidimensionalen Umformung der Dekorschicht im Anschluss an eine Perforation an einer flachen Dekorschicht auftreten könnten. Somit wird eine hohe Perforationsqualität erzielt.
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Bei der Herstellung der hinterleuchtbaren Dekorschicht wird vorzugsweise zunächst eine Mikroperforation hergestellt und anschließend findet eine individuelle Aufweitung einiger oder aller Öffnungen statt. Selbstverständlich ist der umgekehrte Fall ebenso denkbar, bei dem zunächst eine sacklochartige Vertiefung in die Dekorschicht eingebracht wird und anschließend in die Vertiefung eine Öffnung geringeren Durchmessers, geschlossen oder als Durchgangsöffnung eingebracht wird.
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Vorzugsweise werden einige oder alle Öffnungen der Mikroperforation in einem weiteren Arbeitsschritt zur Erhöhung der Stabilität, Verstärkung des Verschleißschutzes, und/oder zur Verbesserung der optischen Eigenschaften mit einem Füllmaterial befüllt. Vorzugsweise ist dieses Füllmaterial ein transparentes und aushärtbares Polymer.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Querschnitt durch eine Dekorschicht mit Beispielöffnungen einer Mikroperforation.
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2A ist eine Draufsicht auf eine Dekorschicht mit einer Mikroperforation.
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2B zeigt einen Querschnitt durch die Dekorschicht der 2A.
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3 zeigt einen Querschnitt durch eine Dekorschicht mit einer Mikroperforation.
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4A ist eine Draufsicht auf eine Dekorschicht mit einer zeilenartigen Mikroperforation.
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4B zeigt einen Querschnitt durch die Dekorschicht der 4A.
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5 zeigt einen Querschnitt durch eine Dekorschicht mit Öffnungen verschiedener Geometrien.
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6 zeigt einen Querschnitt durch eine dreidimensional umgeformte Dekorschicht mit Mikroperforation.
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7a zeigt einen Querschnitt durch eine Mikroperforation in einer Dekorschicht.
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7b zeigt einen Querschnitt durch eine verformte Mikroperforation in einer Dekorschicht.
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8 zeigt eine Vorrichtung zur Laserung einer Mikroperforation in eine Dekorschicht.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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1 zeigt einen Querschnitt durch eine Dekorschicht 1, in die Öffnungen 10, 10' und 10'' eingebracht sind. Neben Leder, Kunstleder und lederähnlichen Materialien kommen auch Folien aus Kunststoff, Holz, Metall, Textil, Vlies, Papier oder andere Naturfasern in Frage, aus denen üblicherweise nicht transparente oder transluzente Dekorschichten für Fahrzeuginnenräume hergestellt werden. Das Material der hier beschriebenen Dekorschichten 1 soll gegebenenfalls eine dreidimensionale Umformung zulassen, um die gewünschte Form eines Interieurteils entweder durch eine geeignete Eigenstabilisierung oder durch Unterstützung von einem mehr oder minder formstabilen Träger anzunehmen. Um eine teilweise oder vollständige Eigenstabilität gegen Verformung zu erzielen, kann die Dekorschicht 1 partiell oder flächig mit einem entsprechenden Material versteift werden. Zu diesem Zweck bieten die noch zu beschreibenden Aufweitungen der Öffnungen 10, 10', 10'' der Mikroperforation und auch verbindende Hohlräume, wie der Hohlraum 13 der 3, Räume zum Einbringen eines solchen Materials. Hohlräume, welche die Öffnungen der Mikroperforation überlagern, können auch auf der Sichtseite der Dekorschicht 1 vorgesehen sein, um selbst als Designelement oder zur Aufnahme von Inlays oder anderen Elementen oder Materialien zu dienen.
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Anhand der drei beispielhaften Öffnungen 10, 10' und 10'' soll dargestellt werden, wie sich die Geometrie der Öffnungen auf den abgestrahlten Lichtkegel auswirken, wenn die Dekorschicht 1 hinterleuchtet wird.
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Die Durchgangsöffnung 10'' entspricht einer Öffnung aus einer üblichen Mikroperforation, die einen konstanten, schmalen Querschnitt aufweist, der einen bestimmten Abstrahlwinkel α'' bei Hinterleuchtung der Dekorschicht 1 zulässt. Außerhalb des Kegels α'' wird nur noch Licht durchgelassen, das aufgrund von Reflektionen in der Öffnung stark abgeschwächt nach außen tritt. Dadurch entstehen bei Betrachtung einer aus vielen Öffnungen 10'' bestehenden Mikroperforation Lichtverzerrungen, wenn einige Öffnungen 10'' in einem Winkel außerhalb des Kegels α'' und andere Öffnungen 10'' in einem Winkel innerhalb des Kegels α'' betrachtet werden.
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Demgegenüber sind die Ausstrahlungswinkel α und α' der Öffnungen 10 und 10' deutlich vergrößert, aufgrund von aufgeweiteten Bereichen 11 und 11' (im Folgenden auch „aufgeweiteter Abschnitt” genannt). Durch die aufgeweiteten Abschnitte 11 und 11' findet eine Verkürzung der Öffnungsabschnitte schmalen Querschnitts 12 und 12' (im Folgenden auch „schmaler Abschnitt” genannte) statt. Durch Vorsehen einer solchen Aufweitung hängt der Lichtaustrittswinkel nicht mehr von der Schichtdicke und der Öffnungsweite ab, sondern in erster Linie von dem Durchmesser und der Höhe des schmalen Abschnitts 12, 12', auch wenn der Abstrahlkegel von dem aufgeweiteten Abschnitt 11, 11' mitbestimmt sein kann, wie es bei der Öffnung 10' der Fall ist. Hierbei ist zu beachten, dass von der Ausgestaltung des schmalen Abschnitts 12, 12' und des ausgeweiteten Abschnitts 11, 11' die Stabilität der Dekorschicht 1 abhängt. Beispielsweise kann die Höhe des schmalen Abschnitts 12, 12' zur Steigerung der Ausstrahlwinkel α und α' nicht beliebig klein gewählt werden, da dies zu einer Destabilisierung der Dekorschicht 1 führt.
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Die 1 vermittelt den Eindruck einer koaxialen Anordnung des aufgeweiteten Abschnitts 11, 11' und des schmalen Abschnitts 12, 12'. Allerdings ist eine solche koaxiale Ausprägung nicht erforderlich. Vielmehr kann es wünschenswert sein, dass der aufgeweitete Abschnitt 11, 11' nicht nur einen von einer kreisrunden Form abweichenden Querschnitt aufweist, sondern alternativ oder zusätzlich zur Achse des schmalen Abschnitts 12, 12' versetzt ist, wie es beispielsweise aus der 3 hervorgeht.
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Die 2A ist eine Draufsicht auf eine Dekorschicht 1 mit Mikroperforation, durch die dem Betrachter bei Hinterleuchtung der Dekorschicht 1 ein Symbol vermittelt wird. Dazu sind winzige Durchgangsöffnungen 10 in die Dekorschicht 1 eingebracht. Die Öffnungsdurchmesser liegen beispielsweise im Bereich von 0,02 mm bis 0,3 mm. Die Öffnungen 10 sind funktionalisiert, d. h. aufgeweitete Bereiche 11 in Form von Kanälen, Gräben, Sacklöchern, usw. sind vorgesehen, an die sich in Tiefenrichtung der Dekorschicht 1 schmale Abschnitte 12 anschließen. Ein breiter Bereich 11 kann auch entlang mehrerer schmaler Abschnitte 12 verlaufen. Die aufgeweiteten Abschnitte 11 weisen nicht notwendigerweise eine kreisrunde Gestalt auf, sondern sind zum Teil länglich, elliptisch oder als Überlagerungen von verschiedenen Geometrien ausgebildet, wodurch der Abstrahlkegel der einzelnen Öffnungen 10 gesteuert wird. Wichtig ist, dass sich zwischen zumindest einzelnen Öffnungen 10 Lederstege 20 befinden, damit keine vollständig flächige Ausdünnung über der gesamten Mikroperforation vorhanden ist, die nicht nur die strukturellen, sondern auch die optischen Eigenschaften der Dekorschicht 1 zu stark beeinträchtigen könnte. Die Ausprägung solcher die Öffnungen 10 trennenden Lederstege geht deutlicher aus der 2B hervor, die einen Querschnitt durch die Lederschicht 1 entlang der Achse A-A' zeigt, in der im Unterschied zur 1 die Abstufung zwischen dem schmalen Abschnitt 12 und dem aufgeweiteten Abschnitt 11 sanfter ausgeführt ist. Es sei bemerkt, dass in der 1 die Lichteinstrahlung von unten erfolgt, während in der 2B die Lichteinstrahlung von oben erfolgt, so dass in beiden Fällen die schmalen Abschnitte 12 auf der Gutseite der Dekorschicht vorgesehen sind.
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Eine alternative Ausführungsform ist in der 3 gezeigt, in der in der Lederschicht 1 Öffnungen 10 vorgesehen sind, die jeweils einen schmalen Abschnitt 12 und einen aufgeweiteten Abschnitt 11 aufweisen. Der Lichteintritt erfolgt von oben. Zusätzlich dazu ist in 3 ein verbindender Hohlraum 13 vorgesehen, der mehrere Öffnungen 10 miteinander verbindet. Dieser Hohlraum 13 kann zur Stabilisierung der Dekorschicht 1 vollständig oder teilweise mit einem Füllmaterial befüllt werden, das dann bevorzugt in die aufgeweiteten Abschnitte 11 und ggf. auch in die schmalen Abschnitte 12 eindringt. Ein solches Füllmaterial kann ein Polymer sein. Der Hohlraum 13 kann auch mit einer Folie, mit Keramik oder anderen Inlays gefüllt werden. Metalle, Leuchtmittel, Sensoren, Taster, Schalter, Tongeber, Lichtleiter, lichttransparente Materialien, Wärme leitende und/oder Strom leitende Schichten können eingebracht werden, um sowohl die Stabilität als auch die optischen Eigenschaften der Dekorschicht 1 zu beeinflussen. Die Herstellung des verbindenden Hohlraums 13 führt in dieser Hinsicht somit zu einer weiteren Funktionalisierung, über die Funktion des aufgeweiteten Lichtkegels durch die aufgeweiteten Abschnitte 11 hinaus.
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Die 4A und 4B vermitteln einen Eindruck von den Größenordnungen und Abständen der Öffnungen 10 der Mikroperforation. Die Dekorschicht 1 der 4A und 4B weist analog zu den 2A und 2B Öffnungen 10 auf, die hier zeilenartig angeordnet sind. Die Öffnungen 10 weisen jeweils einen schmalen Abschnitt 12 und einen aufgeweiteten Abschnitt 11 auf. Die Abstände der Öffnungen 10, die Öffnungsdurchmesser, die Einbringtiefen und Querschnitte der schmalen Abschnitte 12 und aufgeweiteten Abschnitte 11 gehen aus den Bemaßungen der 4A und 4B in Millimetern hervor. 4B zeigt den Querschnitt durch die Dekorschicht 1 aus 4A entlang der A-A'-Achse.
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In der 5 sind verschiedene Geometrien der funktionalisierten Öffnungen 10 gezeigt. Daraus geht hervor, dass die aufgeweiteten Abschnitte 11 und die schmalen Abschnitte 12 keine bestimmte geometrische Form aufweisen müssen, sondern geometrisch unbestimmt sein können oder sich bei der Herstellung bis zu einem gewissen Grad zufällig ergeben können. Aus der 5 geht ebenfalls hervor, dass die Öffnungen 10 nicht zwangsläufig Durchgangsöffnungen sein müssen, sondern wie in der zweiten Öffnung 10 von rechts dargestellt, bis zu einer gewissen Restwandstärke eingebracht sein können. Die Restwandstärke muss allerdings so vorgesehen sein, dass die Dekorschicht 1 an dieser Stelle zumindest teilweise transparent ist. Ferner ist nicht erforderlich, dass die Öffnungen 10 jeweils genau zwei Abschnitte 11 und 12 aufweisen müssen. Wie es in der Öffnung 10 ganz rechts gezeigt ist, kann der schmale Abschnitt 12 auch zwischen zwei aufgeweiteten Abschnitten 11 und 11' vorgesehen sein. Ferner können die verschiedenen Abschnitte der Öffnungen 10 welch ineinander übergehen oder unter Ausprägung von Stufen klar voneinander getrennt sein.
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Durch die den einzelnen Öffnungen 10 zugeordneten Aufweitungen 11 wird ein gezielter minimaler Materialabtrag definiert. Um ggf. nach einem großflächigen Ausdünnen, beispielsweise einem Schärfspalten oder Schleifen des Leders, die Dekorschicht 1 nicht weiter großartig zu schwächen, wird mit einem filigranen Abtrag, der vorzugsweise mit einem Laser vorgenommen wird, die optische Eigenschaft der Dekorschicht 1 unter einer nur unwesentlichen weiteren Schwächung deutlich verbessert.
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Die funktionalisierten Öffnungen 10 sollten so hergestellt werden, dass ein Hervorstehen von Fasern vermieden wird. Zum einen können dafür die Parameter der Lasersvorrichtung geeignet gewählt werden. Zum anderen kann das die optischen und/oder strukturellen Eigenschaften beeinträchtigende Hervorstehen von Fasern durch Einbringen oder Aufbringen einer Beschichtung vermieden werden. Poröse Materialien, wie beispielsweise bestimmte Leder oder Schaumstoffe, müssen bei Bedarf vor dem Eindringen von Flüssigkeiten und/oder Gasen geschützt werden, etwa durch eine Versiegelung mittels eines Kunststoffes oder des Einbettens in einen Kunststoff. Diesbezüglich kann die Dekorschicht 1 mit einer Versiegelungsschicht, die zumindest transluzent sein muss, wie eine Folie oder eine Lackschicht, auf der Sichtseite versehen werden, Optional kann die Dekorschicht 1, insbesondere im Fall von biegeschlaffen Materialien, partiell oder vollständig verfestigt werden, wozu die Öffnungen 10, insbesondere die aufgeweiteten Abschnitte 11, zum Befüllen geeignet sind. Vor dem Befüllen kann optional eine weitere Beschichtung in Form einer Schutzversiegelung vorgesehen sein, um empfindliche Dekorschichten 1, beispielsweise aus Leder, bei aggressiven Befüllmaterialen vor Schädigungen zu schützen, wie das Herauslösen von Gerbstoffen oder Verfärbungen.
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Die Dekorschicht 1 der 6 ist mit der der 3 vergleichbar, wobei die Dekorschicht 1 der 6 in einem dreidimensional umgeformten Zustand gezeigt ist. Der Übersichtlichkeit halber sind nur vier Öffnungen 10 der Mikroperforation gezeigt, die jedoch meist aus deutlich mehr Öffnungen 10 besteht, beispielsweise einigen Hunderten oder sogar Tausenden. Die aufgeweiteten Abschnitte 11 zweier Öffnungen sind mit einer verbindenden Ausnehmung 13 vorgesehen. Die Einbringung der Öffnungen 10 erfolgt in einer dreidimensional vorgeformten Dekorschicht 1, um eine Verzerrung der Perforation bei einer nach der Perforation getätigten Umformung zu vermeiden. In der vorliegenden Form sind die Öffnungen 10 parallel zueinander ausgerichtet. Es hat sich gezeigt, dass bei einer parallelen Achsenausrichtung der Öffnungen 10, die Lichtwahrnehmung insgesamt für den Betrachter auch bei Schrägbetrachtung im Raum einen guten Kompromiss darstellt. Zur Erzielung von speziellen Lichteffekten kann auch eine Achsausrichtung der Öffnungen 10 in unterschiedlichen Winkeln erwünscht sein. In diesem Fall ist es möglich, dass ein hinterleuchteter Bereich nur unter bestimmten Blickwinkeln sichtbar ist. Ein Fahrer nimmt beispielsweise auf diese Weise den hinterleuchteten Bereich andersartig wahr als der Beifahrer.
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Der aufgeweitete Abschnitt 12 kann neben der Beeinflussung des Abstrahlwinkels auch eine Gestaltung der Dekorschicht 1 ermöglichen. Ein Beispiel dafür bietet 7a. Der aufgeweitete Abschnitt 11 der Öffnung 10 ist mit einer hinterschnittenen Geometrie ausgebildet. Diese Geometrie erlaubt es, den Bereich der Öffnung 10 zumindest teilweise einzudrücken und an der Rückseite zu fixieren, vorzugweise durch eine Verklebung, siehe 7b. In Folge dessen ist der Bereich der Öffnung 10 auch im unbeleuchteten Zustand sichtbar. Dies kann als Verzierung der Dekorschicht in Form von Logos oder Ornamenten genutzt werden oder beispielsweise für Bereiche der Dekorschicht 1 über Schaltern oder Tastern erwünscht sein, deren Position auf diese Weise markiert wird. Um einen solchen stark benutzten Bereich der Dekorschicht 1 vor äußeren Beschädigungen zu schützen, ist eine Beschichtung 14 vorgesehen. Bei dieser Beschichtung kann es sich einen transparenten Lack oder eine Kunststofffolie handeln. Die Sichtbarkeit der Öffnungen 10 kann durch eine gegenüber der Dekorschicht 1 weichere Haptikschicht verstärkt werden.
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8 zeigt den Querschnitt durch eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Laserbearbeitung eines Zuschnitts, wobei die Perforierung an einer verformten Dekorschicht 1 ausgeführt wird.
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Die Vorrichtung weist eine perforierte Formschale 102 auf, die gegebenenfalls austauschbar sein kann, um dadurch eine Mikroperforation an einer Vielzahl verschiedener Dekorschichten 1 ausführen zu können. Die Öffnungen 103 in der Formschale 102 können je nach Bedarf schräg oder senkrecht (bezüglich der Tangente an ihrer Einbringposition) vorgesehen sein. Durch eine Aufweitung der Öffnungen 103 nach unten kann eine schräge Laserstellung bei der Perforation kompensiert werden, ohne die Öffnungen 103 mit einem insgesamt großen Durchmesser versehen zu müssen. Auf diese Weise wird eine maximale Auflagefläche für die zu perforierende Dekorschicht 1 geschaffen. Bei einem zu erzielenden Öffnungsquerschnitt von etwa 120 μm in der Dekorschicht 1 ist beispielsweise ein Öffnungsdurchmesser von 0,5 mm in der Formschale 102 geeignet. Zumindest müssen die Öffnungen 103 in der Formschale größer sein als die Öffnungsdurchmesser der herzustellenden Perforation. Obwohl die Öffnungen 103 in der Formschale 102 als Durchgangsöffnungen ausgebildet sind, können die Öffnungen 103 oder kann ein Teil der Öffnungen 103 auch als Sacklöcher, Ausnehmungen oder Nuten ausgebildet sein, wenn das Material der Formschale 102 bei der Laserung nicht zu stark beschädigt oder erhitzt wird. Die Formschale 102 kann aus Metall oder Keramik gefertigt sein. Indem die Dekorschicht 1 bis auf die Bereiche der Öffnungen 103 vollständig von der Formschale 102 getragen wird, kann eine sehr hohe Perforationsqualität aufgrund der dreidimensionalen Auflagefläche erzielt werden. Je biegschlaffer die Dekorschicht 1 ist, desto größer sollte die aufliegende Fläche der Dekorschicht auf der Formschale sein. Optional kann das unerwünschte Durchhängen der Dekorschicht 1 auch durch eine aufgetragene Stabilisierungsschicht, wie eine Folie oder ein Kleber, vermieden werden. Auf diese Art ist ebenfalls das Vorformen der Dekorschicht denkbar. Obwohl es in der 8 nicht dargestellt ist, erfolgt die Laserung von oben, d. h. vorzugsweise wird die Dekorschicht 1 mit der Gutseite nach unten in die Formschale 102 eingelegt.
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Es sind Luftdüsen 107 für einen gerichteten Luftstrom vorgesehen, der die Dekorschicht 1 auf der Formschale 102 fixiert. Die abströmenden Gase sind in der Figur mit Pfeilen dargestellt.
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Bei Herstellung einer Mikroperforation mit Durchgangsöffnungen werden die heißen Verbrennungsgase vorzugsweise nach unten durch die Formschale aus dem Formschalenunterbau 106 durch den von den Düsen 107 erzeugten Luftstrom und einer Absaugung abgeführt. Anderenfalls könnten die heißen Gase zu einer sichtbaren Veränderung der Oberfläche am Dekormaterial 1 führen. Somit ist der Formschalenunterbau 106 luftdurchlässig, wobei das ausströmende Luft-, Gasvolumen optional regelbar ist.
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Es ist denkbar, dass die Fixierung der Dekorschicht 1 auch über ein in dem Formschalenunterbau 106 erzeugtes Vakuum erfolgt. Allerdings wird eine solche Fixierung insbesondere mit zunehmender Öffnungsanzahl energetisch immer ineffizienter, im Vergleich mit einem durch die Düsen 107 erzeugten Luftstrom. Der Gasdruck der Luftdüsen 107 ist vorzugsweise regulierbar, so dass die Dekorschicht 1 während der Laserbearbeitung an der Kontur der Formschale sicher und flächig aufliegt. Dazu sind die Gasdüsen 107 an einem beweglichen Gasdüsenhalter 108 angebracht. Es sind Einhängevorrichtungen 110, Anlageflächen 114 oder Haltvorrichtungen 115 (Klemmen, Klammern oder Spangen) für eine zusätzliche Fixierung und/oder für einen Zuschnitt der Dekorschicht 1 vorgesehen.
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Zusätzlich zu der Luftdruckfixierung kann ein Niederhaltesystem 113 vorgesehen sein, das als stempelartiges Instrument die Dekorschicht 1 lokal an geeigneten Stellen niederdrückt. Vorzugsweise wird das Niederhaltesystem 113 eingesetzt, wenn die Luftströmung bereits in Betrieb ist. Nachdem die Dekorschicht 1 mittels Luftdruck, der Anlegeleisten bzw. Einhängevorrichtungen 110 und 114 und gegebenenfalls mittels dem Niederhaltesystem 113 in Form gebracht und fixiert ist, erfolgt die Laserung von oben, vorzugsweise in einem zweistufigen Verfahren, wobei in einer ersten Stufe die Durchgangsöffnungen 10 der Mikroperforation eingebracht werden und in einer zweiten Stufe eine individuelle Aufweitung der Öffnungen 10 auf der Rückseite der Dekorschicht 1 erfolgt. Für die Aufweitung der Öffnungen 10 kann beispielsweise ein zweites Lasersystem vorgesehen sein. Alternativ können zwei computergestützte Steuerungsprogramme den Laser geeignet steuern. Dazu wird die Laserleistung während des zweiten Programms verringert, so dass nur ein teilweiser Materialabtrag auf der Rückseite der Dekoroberfläche 1, bis in eine gewisse Tiefe zur Herstellung der aufgeweiteten Abschnitte 11 erfolgt.
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Ein Herstellungsverfahren für eine Dekorschicht 1 aus Leder kann wie folgt aussehen. Zunächst wird das Leder ausgedünnt, beispielsweise schärfgespalten und optional für eine bessere Laserbeständigkeit imprägniert, um ein Aufquellen oder Einfalten der Leders zu vermeiden. Anschließend wird die Lederschicht in die Vorrichtung zum Vorformen der Lederschicht und zum Perforieren eingelegt, so dass die Gutseite der Lederschicht auf der Formschale 102 flächig aufliegt. In die dreidimensional vorgeformte Lederschicht wird anschließend die Mikroperforation eingebracht, wodurch die Öffnungen 10 entstehen, durch die das Leder hinterleuchtbar gemacht wird. Anschließend erfolgt eine weitere Laserung, wodurch die aufgeweiteten Abschnitte 11 erzeugt werden. Gegebenenfalls kann das Leder anschließend gegen Ausreißen oder gegen Eindringung von Feuchtigkeit und dergleichen mit einer transparenten Sperrfolie auf der Sichtseite und/oder Rückseite beschichtet werden. Zudem können Maßnahmen zur Stabilisierung der dreidimensionalen Form der Lederschicht vorgenommen werden, beispielsweise durch Beschichten der Lederschicht und/oder Einbringen von Stabilisierungsmaterial in die Öffnungen 10 und Trocknen bzw. Erhärten des Materials. Die Aushärtung der Beschichtung oder des Füllmaterials kann mit Hilfe einer externen Strahlungsquelle oder mit der Laservorrichtung realisiert werden. Eine Maßnahme dieser Art kann im Übrigen alternativ oder zusätzlich vor der Perforierung durchgeführt werden. Gegebenenfalls können die funktionalen Öffnungen 10 mit einem Füllmaterial zur optischen Beeinflussung oder, wie angesprochen, zur Stabilisierung gezielt befüllt werden. Die funktionalen Füllmaterialien können Gele, kompaktes, geschäumtes TPU, PU, PU-Vergussmassen, Keramik, Metalle, aushärtbare Polymere oder dergleichen sein.
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Optional kann eine Nachlaserung für zusätzliche Lichtöffnungen erfolgen. Anschließend kann die Schicht zur zusätzlichen Stabilisierung auf einen Träger aufkaschiert werden. Optional kann zwischen Träger und präparierter Schicht ein Haptikmaterial, wie beispielsweise ein Abstandsgewirke, ein Vlies oder ein anderes Textil, eingebracht werden, wobei das das Haptikmaterial im Bereich der Öffnungen 10 der Mikroperforation ausgedünnt werden kann. Neben diesen Haptikmaterialen sind auch zusätzliche Schichten zu Dekorzwecken denkbar, die ebenfalls durch Spalten, Schleifen, Lasern, Fräsen, Schneiden oder Stanzen im Bereich der Mikroperforation bearbeitet werden können. Die Bearbeitung kann zusammen mit der erfindungsgemäßen Dekorschicht 1 oder separat zu der Dekorschicht 1 erfolgen, wobei die Schichten anschließend verbunden werden.
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Im Übrigen können die aufgeweiteten Abschnitte 11 der funktionalen Öffnungen 10 durch einen punktuellen, linearen, flächigen oder gezielt spiralförmigen Laserabtrag erzeugt werden. Vorzugsweise findet der Materialabtrag flächig stufenweise unter mehreren Wiederholungen statt. Dabei können die Laserparameter je Wiederholung variieren und so die abgetragenen Flächen entsprechend der gewünschten Gestaltung der Öffnungen 10 in der Dekorschicht 1 angepasst werden. Die Öffnungen 10 können dazu zunächst bis in eine erste Tiefe eingebracht werden und später, nach einer Abkühlung, in einer weiteren Tiefe. Dieser Vorgang wird bis zur Fertigstellung der Mikroperforation in der Dekorschicht 1 wiederholt. Durch eine Unterbrechung des Perforationsvorgangs wird die Temperatureinbringung in das Schichtmaterial verringert. Je höher die Anzahl der Wiederholungen ist, desto schonender wird die Dekorschicht 1 bearbeitet und eine thermische Schädigung vermieden. Optional kann wahlweise bei Wiederholung ein Imprägniermaterial aufgetragen werden, um das Schichtmaterial gegen Wärme resistenter zu machen bzw. auch den Geruch verbrannten Leders zu vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2004/0017687 A1 [0004]
- US 102007054348 A1 [0005]
