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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Herstellung eines wenigstens zwei Schichten aufweisenden Bauteils, insbesondere eines Innenraumverkleidungsteils eines Kraftfahrzeugs, mit einer sichtseitigen Dekorschicht, insbesondere einer Folienschicht und einer mit dieser verbundenen Trägerschicht. Die Erfindung betrifft auch ein unter Anwendung des Verfahrens hergestelltes Bauteil.
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Aus der
DE 43 00 943 C2 ist eine Vorrichtung zur Kaschierung von Formteilen bekannt. Diese Vorrichtung weist ein oberes Formwerkzeugteil und ein unteres Formwerkzeugteil auf, zwischen denen eine Trägerschicht und eine als Folie ausgebildete Dekorschicht unter Druck zusammengefügt werden. Für einen Toleranzausgleich bezüglich der Dicke ist vorgesehen, dass ein elastomerer Überzug in Form einer abnehmbaren Formschale an wenigstens einem Formwerkzeugteil vorgesehen ist.
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Aus der
EP 1 491 311 A1 ist eine weitere Kaschiervorrichtung bekannt, bei der ein elastisches Andrückmittel von einer mittels eines Fluids mit Druck beaufschlagbaren Membran gebildet wird.
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Die
DE 44 23 551 A1 offenbart ein Verfahren zum Kaschieren eines Trägerteils mit einer Dekorschicht. Zum Kaschieren wird das vorgeformte Trägerteil mit der darauf angeordneten vorgeformten Dekorschicht in ein erstes Werkzeugteil eingelegt, das eine elastische Schicht aufweist. Durch Zusammenfahren des ersten und einem zweitem Werkzeugteil bei gleichzeitigem Heizen der elastischen Schicht, wird unter Erwärmung der Trägerschicht die Dekorschicht gegen die Trägerschicht gepresst und dadurch mit dieser verbunden.
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Die
US 2008 / 0 211 145 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils. Eine vorgeformte Fasermatte wird zwischen eine steife Form und eine elastisch verformbare Form eingelegt, flüssiges Harz wird zwischen die steife und die elastisch verformbare Form eingebracht und die elastisch verformbare Form mit einem Druckfluid beaufschlagt. Die elastisch verformbare Form passt sich der Oberfläche der vorgeformten Fasermatte an, wodurch Quetschungen vermieden werden.
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Für Innenverkleidungsteile von Fahrzeugen bestehen hohe Anforderungen an deren Oberflächengüte. Aus Gründen des Umweltschutzes und der Ressourcenschonung werden heute vermehrt Trägerschichten verwendet, die zumindest einen Anteil natürlicher Fasern aufweisen, die bevorzugt in eine Kunststoffmatrix, beispielsweise aus Polypropylen, eingebettet sind. Naturfasern neigen zu einer ungleichen Verteilung bzw. einer Bildung lokaler Faseranhäufungen, die sich beim Pressen des Bauteils auf der Dekorschicht abbilden und das Bauteil dadurch häufig optisch unbrauchbar machen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils das eine Trägerschicht mit einer Kunststoffmatrix und darin eingebetteten Naturfasern und eine mit der Trägerschicht verbundene Dekorschicht mit einer optisch wie haptisch ansprechenden und einwandfreien Oberfläche an der Sichtseite des Bauteils aufweist, sowie ein solches Bauteil bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patenansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus wenigstens einer Trägerschicht und wenigstens einer mit der Trägerschicht verbundenen Dekorschicht mittels eines wenigstens zwei Formwerkzeugteile aufweisenden Formwerkzeugs vor. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- • Einbringen der Dekorschicht und der Trägerschicht in das Formwerkzeug, wobei wenigstens ein Formwerkzeugteil mit einer elastischen Auflage versehen ist und die Trägerschicht der elastischen Auflage zugewandt ist,
- • Zusammenpressen der Dekorschicht und der Trägerschicht durch eine aufeinander zu gerichtete Bewegung eines oberen Formwerkzeugteils und/oder eines unteren Formwerkzeugteils.
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In einem weiteren Schritt kann ein Öffnen des Formwerkzeugs durch eine voneinander weg gerichtete Bewegung des oberen Formwerkzeugteils und/oder des unteren Formwerkzeugteils erfolgen.
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Danach kann ein Entnehmen des fertigen Bauteils errfolgen.
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Durch die der Trägerschicht zugewandte elastische Auflage ist es möglich, die aus Faseranhäufungen resultierenden Dickenunterschiede der Trägerschicht an deren Unterseite zu kompensieren, so dass sich diese nicht auf der Dekorschicht abbilden können.
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Optional können die Dekorschicht und/oder die Trägerschicht vor dem Einbringen in das Formwerkzeug entsprechend der Kontur des ihr zugewandten Formwerkzeugteils vorgeformt sein. Die Vorformung kann außerhalb des Formwerkzeugs oder durch eine Vorheizung der Dekorschicht oder der Trägerschicht in einen plastisch verformbaren Temperaturbereich und das anschließende formschlüssige Ansaugen an die Kontur des jeweiligen Formwerkzeugs mittels einer Vakuumeinrichtung und das Abkühlen an dieser Kontur erfolgen.
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Optional erfolgt vor dem Einbringen oder während des Einbringens der Dekorschicht bzw. der Trägerschicht in das Formwerkzeug das Einbringen eines Klebstoffs zwischen Dekorschicht und Trägerschicht. Dies kann beispielsweise durch das Aufsprühen eines flüssigen Klebstoffs auf die Unterseite der Dekorschicht und/oder auf die Oberseite der Trägerschicht erfolgen. Der Klebstoff kann jedoch auch bereits als Schicht an der Unterseite der Dekorschicht oder an der Oberseite der Trägerschicht ausgebildet sein und unter Druck- und/oder Temperatureinwirkung während des Pressvorgangs aktiviert werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die elastische Auflage während des Zusammenpressens der Dekorschicht und der Trägerschicht im Formwerkzeug mittels eines Fluids mit Druck beaufschlagbar ist.
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Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils aus wenigstens einer Trägerschicht und wenigstens einer mit der Trägerschicht verbundenen Dekorschicht zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:
- • ein oberes Formwerkzeugteil, das eine zur Oberfläche eines unteren Formwerkzeugteils komplementäre, diesem zugewandte Oberfläche aufweist,
- • ein unteres Formwerkzeugteil, das eine zur Oberfläche des oberen Formwerkzeugteils komplementäre, diesem zugewandte Oberfläche aufweist und
- • eine am unteren Formwerkzeugteil angeordneten elastischen Auflage, die der Trägerschicht des Bauteils zugewandt ist
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Eine Vorrichtung weist vorteilhaft zumindest in Teilbereichen der elastischen Auflage unterhalb der elastischen Auflage angeordnete Fluidkanäle auf, über die die beim Zusammenpressen der Dekorschicht und der Trägerschicht im Formwerkzeug mittels eines Fluids mit Druck beaufschlagbar ist. Die Fluidkanäle sind zu diesem Zweck über wenigstens einen Fluidanschluss mit einer Fluiddruckquelle verbunden.
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Das Auftragen eines Klebstoffs vor dem Zusammenpressen der Folie und des Substrats kann nach Bedarf wahlweise entweder auf der Unterseite der Folie oder auf der Oberseite des Substrats erfolgen.
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Ein unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes Bauteil ist insbesondere für eine Verwendung als Innenverkleidungsbauteil eines Fahrzeugs geeignet.
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Die Ausführungen zu einem der Aspekte der Erfindung, insbesondere zu einzelnen Merkmalen dieses Aspektes, gelten entsprechend auch analog für die anderen Aspekte der Erfindung. Wenn in dieser Anmeldung von „oberen“ und „unteren“ Formwerkzeugteilen gesprochen wird, bezieht sich dies auf die in den Figuren beispielhaft dargestellte Anordnung, bei der die einander zugewandten formgebenden Wirkflächen der Formwerkzeugteile im Wesentlichen horizontal angeordnet sind. Es ist ebenso möglich, die Formwerkzeugteile umgekehrt (d.h. das obere Formwerkzeugteil unten und das untere Formwerkzeugteil oben) anzuordnen oder diese Wirkflächen vertikal oder unter einem anderen Winkel zueinander anzuordnen, so dass man dann anstelle eines „oberen“ oder „unteren“ Werkzeugteils von einem „rechten“ und einem „linken“ Werkzeugteil sprechen würde. Diese Bezeichnungen sollen daher für den Fachmann erkennbar nicht den Schutzbereich des Patents beschränken.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen und/oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele verbunden werden. Die Einzelheiten in den Zeichnungen sind nur erläuternd, nicht aber beschränkend auszulegen. Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen sollen den Schutzbereich der Erfindung in keiner Weise beschränken, sondern verweisen lediglich auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen. Die Zeichnungen zeigen in:
- 1 einen Teilschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung bei geöffnetem unteren und oberen Formwerkzeugteil vor dem Einlegen der Dekorschicht und der Trägerschicht;
- 2 einen Teilschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung bei geöffnetem unteren und oberen Formwerkzeugteil vor dem Einlegen der Dekorschicht und der Trägerschicht; und
- 3 einen Teilschnitt durch die Schichten des Bauteils.
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In 1 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zum Herstellen eines in 3 schematisch dargestellten Bauteils 50 schematisch dargestellt, wobei das Bauteil 50 aus einer Trägerschicht 54 und einer damit verbundenen Dekorschicht 52 besteht. Die Dekorschicht 52 ist beispielsweise als Folienteil ausgebildet. Sie wird beispielsweise von einer Dekorfolie aus TPO gebildet, wobei „TPO“ als Abkürzung für „thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis“ steht. Es ist jedoch auch die Verwendung einer PVC-Folie oder anderer Folien möglich. Besonders vorteilhaft ist die Dekorschicht 52 durchsichtig oder durchscheinend, so dass die in der Trägerschicht 54 enthaltenen Fasern 56 an der Oberseite der Dekorschicht 52 erkennbar sind.
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Die Trägerschicht 54 wird beispielsweise durch eine Trägermatrix aus Kunststoff, insbesondere aus Polypropylen (PP), mit darin eingebetteten, vorzugsweise natürlichen Fasern 56 gebildet. Die Kombination von Naturfasern mit einer Polypropylen-Matrix ist unter der Abkürzung „NFPP“ bekannt. Naturfasern 56 neigen dabei zu lokalen Faseranhäufungen 58, durch die sich beim Pressen in Teilbereichen unterschiedliche Dicken herausbilden können.
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Die Vorrichtung bzw. das Formwerkzeug 10 weist ein erstes, oberes Formwerkzeugteil 12 und ein zweites, unteres Formwerkzeugteil 16 auf. Die Unterseite 14 des oberen Formwerkzeugteils 12 und die Oberseite 18 des unteren Formwerkzeugteils 16 sind einander zugewandt und in ihrer Kontur aneinander angepasst, so dass sie bei geschlossenem Formwerkzeug 10 einen Zwischenraum zur Formung des Bauteils 50 bilden. Dabei ist das untere Formwerkzeugteil 16, das der Unterseite der Trägerschicht 54 zugewendet ist, erfindungsgemäß mit einer elastischen Auflage 20 versehen, die sich vorzugsweise über die gesamte Kontur der dreidimensional geformten Oberseite 18 des unteren Formwerkzeugteil 16 erstreckt, zumindest jedoch wesentliche Teilbereiche derselben abdeckt.
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Das untere Formwerkzeug 16 ist an seiner dem oberen Formwerkzeug 12 zugewandten Oberseite 18 mit einer elastischen Auflage 20 versehen, die an die Kontur der Oberseite 18 und damit des zu formenden Bauteils 50 angepasst ist und die bevorzugt aus einem Silikonwerkstoff besteht.
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Das Bauteil 50 wird erzeugt entweder aus den bereits vorgeformten Schichten 52 und 54, optional mit einer dazwischen angeordneten Schicht aus Klebstoff 53, die in das geöffnete Formwerkzeug 10 eingelegt werden oder die Schichten 52 und 54 werden ungeformt in das geöffnete Formwerkzeug 10 eingelegt und erhalten ihre Kontur erst beim Zusammenfahren und Zusammenpressen des oberen Formwerkzeugteil 12 und des unteren Formwerkzeugteils 16.
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Dabei sorgt die elastische Auflage 20 dafür, dass etwaige Faseranhäufungen 58, die sich beim Pressen ansonsten auf der Sichtseite der Dekorschicht 52 als Erhebungen abbilden könnten, sich gegen die elastische Auflage 20 nach unten ausdehnen können, so dass die Sichtseite eine erstklassige glatte Oberfläche erhält.
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Durch den Druck beim Pressvorgang, der optional durch einen zusätzlichen Energieeintrag in Form von Wärme oder Strahlung unterstützt wird, findet eine innige Verbindung zwischen der Dekorschicht 52 und der Trägerschicht 54 statt.
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Bei der in 2 gezeigten Variante weist die Vorrichtung bzw. das Formwerkzeug 30 ein erstes, oberes Formwerkzeugteil 32 und ein zweites, unteres Formwerkzeugteil 36 auf. Die Unterseite 34 des oberen Formwerkzeugteils 32 und die Oberseite 38 des unteren Formwerkzeugteils 36 sind einander zugewandt und in ihrer Kontur aneinander angepasst, so dass sie bei geschlossenem Formwerkzeug 30 einen Zwischenraum zur Formung des Bauteils 50 bilden. Dabei ist das untere Formwerkzeugteil 36, das der Unterseite der Trägerschicht 54 zugewendet ist, erfindungsgemäß mit einer elastischen Auflage 40 versehen, die sich vorzugsweise über die gesamte Kontur der dreidimensional geformten Oberseite 38 des unteren Formwerkzeugteil 36 erstreckt, zumindest jedoch wesentliche Teilbereiche derselben abdeckt.
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Das untere Formwerkzeugteil 36 ist an seiner dem oberen Formwerkzeugteil 32 zugewandten Oberseite 38 mit einer elastischen Auflage 40 versehen, die an die Kontur der Oberseite 38 und damit des zu formenden Bauteils 50 angepasst ist und die bevorzugt aus einem Silikonwerkstoff besteht.
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Abweichend von der in 1 gezeigten Variante, ist in 2 unterhalb der elastischen Auflage 40 zumindest in Teilbereichen des unteren Formwerkzeugteils 36 eine Vertiefung 42 vorgesehen, die über sich im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 38 erstreckende Verbindungskanäle 44 und einen mit diesen kommunizierenden, im We- sentlichen horizontal im unteren Formwerkzeugteil 36 verlaufenden Fluidkanal 46 mit einem Fluidanschluss 48 in Verbindung steht, der seinerseits mit einer in 2 schematisch angedeuteten Fluiddruckquelle 49 in Verbindung steht.
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Über die Fluiddruckquelle 49, den Fluidanschluss 48, den Fluidkanal 46 und die Verbindungskanäle 44 wird die Vertiefung 42 bei geschlossenem Formwerkzeug 30 mit einem Fluiddruck beaufschlagt, so dass die elastische Auflage 40 mit einem gleichmäßigen Druck gegen die Unterseite der Trägerschicht 54 gedrückt wird. Dieser gleichmäßige Druck ermöglicht in Verbindung mit der elastischen Auflage 40 eine besonders glattflächige Ausbildung der Dekorschicht 52 im Formwerkzeug 30.
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Der Schicht-Aufbau und die Verbindung der Schichten 52, 53 und 54 des Bauteils 50 entsprechen bei einer Formung und Verbindung mittels der in 2 gezeigten Vorrichtung im Übrigen dem in Zusammenhang mit 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.
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Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Bauteil 50 ist besonders vorteilhaft als Innenverkleidungsteil eines Fahrzeugs verwendbar, wobei dieser Begriff breit auszulegen ist und beispielsweise auch eine Armstütze an einem Fahrzeugsitz umfasst.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Formwerkzeug
- 12
- (oberes) Formwerkzeugteil (von 10)
- 14
- Unterseite (von 12)
- 16
- (unteres) Formwerkzeugteil (von 10)
- 18
- Oberseite (von 16)
- 20
- (elastische) Auflage (an 18)
- 30
- Formwerkzeug
- 32
- (oberes) Formwerkzeugteil (von 30)
- 34
- Unterseite (von 32)
- 36
- (unteres) Formwerkzeugteil (von 30)
- 38
- Oberseite (von 36)
- 40
- (elastische) Auflage (an 38)
- 42
- Vertiefung
- 44
- Verbindungskanal
- 46
- Fluidkanal
- 48
- Fluidanschluss
- 49
- Fluiddruckquelle
- 50
- Innenverkleidungsteil, Bauteil
- 52
- Dekorschicht (von 50)
- 54
- Trägerschicht (von 50)
- 53
- Klebstoff
- 56
- Fasern
- 58
- Faserverdichtung
