DE102012021887A1

DE102012021887A1 - Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsbauteil mit integrierter Heizfunktion, Herstellungsverfahren dafür und dabei eingesetztes Flächenheizelement

Info

Publication number: DE102012021887A1
Application number: DE201210021887
Authority: DE
Inventors: Tobias Blumenstock; Ramona Spiegel; Benno Stamp
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2032-11-08
Also published as: DE102012021887B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Innenverkleidungsbauteil (1) mit Heizfunktion, ein Flächenheizelement und ein Herstellungsverfahren für das Innenverkleidungsbauteil (1) bereit. Das Verfahren umfasst das Konfektionieren des Flächenheizelements (2) durch Zuschneiden eines Trägersubstrats (3) mit einem thermisch aktivierbaren Bindemittel und Aufsticken zumindest eines Heizleiters (4) auf das Trägersubstrat (3), so dass sich der Heizleiter (4) über eine für das Innenverkleidungsbauteil (1) vorgesehene Heizfläche erstreckt, und das Erwärmen einer zugeschnittenen Bauteilträgerstruktur, die zumindest eine thermoplastische Fasermateriallage (5) aufweist, wodurch das thermisch aktivierbare Bindemittel aktiviert wird. Das Flächenheizelement (2) wird auf der thermoplastischen Fasermateriallage (5) der Bauteilträgerstruktur angeordnet und so ein unbeheiztes Formpresswerkzeug (10) überführt. In dessen Formhohlraum werden das Flächenheizelement (2) und der erwärmten Bauteilträgerstruktur derart angeordnet, dass das Flächenheizelement (2) an der ins Fahrzeuginnere weisenden Seite des Innenverkleidungsbauteils (1) angeordnet ist. Es folgt das Formpressen der erwärmten Bauteilträgerstruktur mit dem darauf angeordneten Flächenheizelement (2) zu dem Innenverkleidungsbauteil (1), dabei gleichzeitig Abkühlen und Verbinden der Bauteilträgerstruktur mit dem Flächenheizelement (2) zumindest anteilig durch das erwärmte thermoplastische Matrixmaterial und das thermisch aktivierte Bindemittel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Innenverkleidungsbauteils mit integrierter Heizfunktion für ein Kraftfahrzeug, ein dabei einsetzbares Flächenheizelement sowie das Innenverkleidungsbauteil selbst.
Bekanntermaßen werden Kraftfahrzeuge zur Komforterhöhung mit Innenraumheizsystemen ausgestattet. Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren wird dazu dessen Abwärme genutzt, die nach Starten des Motors allerdings erst nach einiger Zeit abhängig von den Außentemperaturen zur Verfügung steht, wobei eine zum Heizen des Innenraums ausreichende Abwärmemenge mit Ottomotoren aufgrund der höheren Abgastemperaturen schneller erreicht wird als bei Dieselmotoren. Schnellere Heizung kann durch elektrische Heizsysteme erreicht werden.
Vor allem sind jedoch die rein elektrisch betriebenen Fahrzeuge auf diese Heizsysteme angewiesen, um bei kalter Witterung eine angenehme Temperatur im Fahrzeuginneren zu erzeugen. Bekannte elektrische Heizsysteme im Fahrzeug sind Lenkrad- und Sitzheizung, allerdings werden damit nur die damit in Kontakt stehenden Körperpartien erwärmt, der Fahrzeuginnenraum bleibt weitgehend kalt.
Aus diesem Grund werden elektrische Flächenheizungen entwickelt, die in Innenraumverkleidungsbauteile integriert werden.
Die DE 101 59 814 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen eines beheizten Innenverkleidungsteils, das eine Sichtseite und eine davon abgewandte Rückseite aufweist. Dazu werden ein Trägerelement und ein Heizelement in einer Schaumvorrichtung platziert, so dass das Heizelement zwischen der Sichtseite des fertigen Innenverkleidungsteils und dem Trägerelement positioniert wird. Sodann wird das Trägerelement mit Schaummaterial hinterschäumt, wobei das Heizelement in das Schaummaterial eingebettet wird.
Ein anderes Verfahren, das aus DE 100 15 158 A1 bekannt ist und der Herstellung eines dreidimensional gestalteten Formträgerteils mit integriertem Heizelement dient, sieht vor, dass ein flächiges, dreidimensional verformbares Heizelement im Formhohlraum eines Formpresswerkzeugs an eine Wandung des Formhohlraums angrenzend positioniert wird, bevor eine Polyurethan-Bindematrix als Kunststoffmatrix in den Formhohlraum eingebracht wird, und die Kunststoffmatrix im Formpresswerkzeug zu einem Formträgerteil verpresst und ausgehärtet wird, wobei die Kunststoffmatrix dabei mit dem flächigen Heizelement eine Haftverbindung zwischen der Oberfläche des Formträgerteils und dem Heizelement herstellt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Innenverkleidungsbauteils mit integrierter Heizfunktion bereitzustellen, das mit wenigen Prozessschritten in hohen Stückzahlen in kurzen Zykluszeiten hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines Flächenheizelements für ein Innenverkleidungsbauteil, dessen Heizleistung nicht durch der Integration in das Innenverkleidungsbauteil folgende Prozessschritte beeinträchtigt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Flächenheizelement mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Die Aufgabe der Schaffung eines kostengünstig herzustellenden Innenverkleidungsbauteils mit integrierter Heizfunktion wird durch ein Innenverkleidungsbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Weiterbildungen des Verfahrens, des Flächenheizelements und des Innenverkleidungsbauteils sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.
Ferner wird mit den Merkmalen des Anspruchs 11 ein Kraftfahrzeug offenbart, das in Leichtbauweise mit einer Heizung ausgestattet ist, die in Innenverkleidungsbauteile integriert ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Innenverkleidungsbauteils mit integrierter Heizfunktion für ein Kraftfahrzeug umfasst zunächst das Konfektionieren eines Flächenheizelements, indem ein Trägersubstrat, das ein thermisch aktivierbares Bindemittel umfasst, entsprechend dem herzustellenden Innenverkleidungsbauteil zugeschnitten wird und ein oder mehrere Heizleiter auf das Trägersubstrat aufgestickt wird/werden, so dass sich der Heizleiter über eine für das Innenverkleidungsbauteil vorgesehene Heizfläche erstreckt. Beim Zuschneiden des Trägersubstrats entsprechend dem Innenverkleidungsbauteil kann ein gewisses Übermaß vorgesehen sein.
Unter thermisch aktivierbarem Bindemittel wird dabei ein polymeres Bindemittel verstanden, das durch Wärmeeinwirkung aktiviert wird, d. h. in einen fließfähigen Zustand überführt wird, in dem das Bindemittel die Bindungspartner benetzen kann, um nach Aushärtung eine dauerhafte kohäsive Bindung zwischen den Bindungspartnern zu ermöglichen. So kann ein thermisch aktivierbares Bindemittel sowohl ein Thermoplast sein, der durch Schmelzen aktiviert wird, als auch ein Duroplast, der durch Erwärmung verflüssigt wird und eine Vernetzungsreaktion beginnt.
Im nächsten Schritt wird eine Bauteilträgerstruktur entsprechend dem herzustellenden Innenverkleidungsbauteil zugeschnitten; auch hier kann gegebenenfalls ein entsprechendes Bearbeitungsübermaß berücksichtigt werden. Die verwendete Bauteilträgerstruktur weist zumindest eine thermoplastische Fasermateriallage auf, auf die das Flächenheizelement aufgelegt wird, so dass es später auf der ins Fahrzeuginnere weisenden Seite des Innenverkleidungsbauteils angeordnet ist.
Das Flächenheizelement kann im Prinzip auch auf der Unterseite angebracht werden. Hierbei werden Abzeichnungen auf der Dekorseite vermieden. Allerdings ist hierbei die Wärmeleitung zum Innenraum schlechter als eine Positionierung auf der Fasermateriallage.
Die Bauteilträgerstruktur wird erwärmt, bis das thermoplastische Matrixmaterial der Fasermateriallage zumindest zu fließen beginnt, d. h. zumindest bis zur Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Matrixkunststoffs. Der Erwärmungsschritt erfolgt vor oder nach dem Anordnen des Flächenheizelements auf der Bauteilträgerstruktur. Mit der Erwärmung der Bauteilträgerstruktur wird auch das thermisch aktivierbare Bindemittel aktiviert. Die erwärmte Bauteilträgerstruktur wird mit dem darauf angeordneten Flächenheizelement in ein unbeheiztes oder nur schwach beheiztes Formpresswerkzeug überführt, dessen Formhohlraum dem Innenverkleidungsbauteil entspricht und so eine in ein Fahrzeuginneres weisende Seite bereitstellt.
Der Vorteil, ein schwach beheiztes Werkzeug zu verwenden ist, dass die Abkühlung nur retardiert voranschreitet. Hierbei sind Temperaturen im Bereich von ca. 50 bis 90° günstig. Die Temperatur muss dabei unterhalb der Rekristallisationstemperatur liegen um eine Bauteilentformung zu ermöglichen.
Die Anordnung des Flächenheizelements und der erwärmten Bauteilträgerstruktur in dem Formhohlraum erfolgt derart, dass das Flächenheizelement an der ins Fahrzeuginnere weisenden Seite des Innenverkleidungsbauteils angeordnet ist. Im Formpresswerkzeug wird die erwärmte Bauteilträgerstruktur mit dem darauf angeordneten Flächenheizelement zu dem Innenverkleidungsbauteil formgepresst, wobei gleichzeitig das Abkühlen und Verbinden der Bauteilträgerstruktur mit dem Flächenheizelement stattfinden. Die Verbindung zwischen der Bauteilträgerstruktur und dem Flächenheizelement wird dabei zumindest anteilig durch das fließfähig erwärmte thermoplastische Matrixmaterial und durch das thermisch aktivierte Bindemittel hergestellt.
Das Innenverkleidungsbauteil kann nach dem Formpressen sogleich entformt werden, da die Verbundherstellung und Konsolidierung im kalten Werkzeug sehr schnell erfolgen. So können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, das die Herstellung der Innenverkleidungsbauteile mit integrierter Heizung in einfacher Weise gestattet, sehr kurze Taktzeiten erreicht werden. Durch die Integration des Heizelementes in den Thermoforming-Prozess des Bauteils können Prozesskosten eingespart werden.
Das Aktivieren des Bindemittels des Trägersubstrats durch die Erwärmung der Bauteilträgerstruktur kann beim Erwärmen der Bauteilträgerstruktur erfolgt, wenn das Flächenheizelement vor dem Erwärmen auf der Bauteilträgerstruktur angeordnet wird, oder durch Wärmeübertragung von der erwärmten Bauteilträgerstruktur auf das Flächenheizelement erfolgen, wenn dieses nach dem Erwärmen auf der Bauteilträgerstruktur angeordnet wird.
Beim Einarbeiten des Heizleiters in das Trägersubstrat werden zumindest die Enden des Heizleiters aus dem Trägersubstrat herausragen gelassen, um einen elektrischen Anschluss zu ermöglichen. Entsprechend können die Enden des Heizleiters als elektrische Anschlüsse an eine Stromquelle des Kraftfahrzeugs ausgebildet werden Für ein konturgetreues Flächenheizelement kann beim Aufsticken des Heizleiters auf das Trägersubstrat entsprechend der für das Innenverkleidungsbauteil vorgesehenen Heizfläche eine Endzuschnittkontur des Innenverkleidungsbauteils berücksichtigt werden. Ebenso können für das Innenverkleidungsbauteil vorgesehenen Ausnehmungen berücksichtigt werden, sodass der Heizleiter sich bis auf die für den elektrischen Anschluss vorgesehenen Enden nicht über einen die Endkontur des Innenverkleidungsbauteils begrenzenden Rand oder durch die für die Ausnehmungen vorgesehenen Bereiche des Trägersubstrats erstreckt. So kann ein durch das Übermaß vorhandener Überstand des Trägersubstrats und/oder der Bauteilträgerstruktur am Rands des Innenverkleidungsbauteils abgetrennt und/oder die Ausnehmungen durch Abquetschkanten und/oder Stanzkanten im Formpresswerkzeug ohne Beschädigung des Heizleiters erzeugt werden.
Vorteilhaft kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Innenverkleidungsbauteil auch gleich mit einem Dekor auf der Sichtseite versehen werden, indem eine Dekorschicht auf dem Flächenheizelement angeordnet wird. Sollte das thermoplastische Matrixmaterial der Fasermateriallage der Bauteilträgerstruktur nicht für einen Verbund aller Schichten ausreichen, kann ferner eine thermoplastische Klebelage zwischen der Bauteilträgerstruktur und dem Flächenheizelement und/oder zwischen dem Flächenheizelement und der Dekorschicht vor dem Überführen in das unbeheizte Formpresswerkzeug angeordnet werden. Um ihre verbindende Wirkung entfalten zu können, kann oder können die thermoplastische Klebelagen vor oder nach dem Anordnen zwischen der Bauteilträgerstruktur und dem Flächenheizelement und/oder zwischen dem Flächenheizelement und der Dekorschicht erwärmt, bis das thermoplastische Material zumindest zu fließen beginnt. Beim Formpressen der Anordnung aus der erwärmten Bauteilträgerstruktur, dem Flächenheizelement, der Dekorschicht und/oder der erwärmten Klebelage zu dem Innenverkleidungsbauteil erfolgt gleichzeitig das Abkühlen und Verbinden der Anordnung, bei Verwendung thermoplastischer Klebelagen nicht nur durch das fließfähig erwärmte thermoplastische Matrixmaterial der Fasermateriallage der Bauteilträgerstruktur sondern auch durch das fließfähig erwärmte thermoplastische Material der Klebeschicht. Anstelle eines thermoplastischen Klebers kann auch ein duroplastischer Kleber, bzw. ein Harzkleber verwendet werden. Entsprechende duroplastische Kleber lassen sich ebenso als Folien verwenden.
Ferner kann als Bauteilträgerstruktur ein Sandwichhalbzeug eingesetzt werden, das eine zwischen zwei thermoplastischen Fasermateriallagen angeordnete Kernlage aufweist, wobei auf einer der thermoplastischen Fasermateriallagen das Flächenheizelement angeordnet wird. Die Kernlage kann eine Wabenkernlage aus einem Zellulose basierten Material, einem Kunststoff oder einem Metall oder eine Schaumkernlage aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschaum sein.
Ein erfindungsgemäßes Flächenheizelement, mit dem ein dreidimensional geformtes Innenverkleidungsbauteil für ein Kraftfahrzeug mit integrierter Heizung hergestellt werden kann, wird durch ein entsprechend dem herzustellenden Innenverkleidungsbauteil zugeschnittenes Trägersubstrat gebildet, das ein thermisch aktivierbares Bindemittel aufweist und auf das zumindest einen Heizleiter über eine für das Innenverkleidungsbauteil vorgesehene Heizfläche aufgestickt ist. Mit diesem Heizelement, das eine konturengetreue Heizfläche bereitstellt, ist eine Integration in den Herstellungsprozess eines Innenverkleidungsbauteils möglich, ohne in nachfolgenden Prozessschritten den Heizleiter zu beschädigen.
Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Heizleiter sich nicht über Bereiche des Trägersubstrats erstreckt, die einen zur Ausbildung der Bauteilränder abzutrennenden Überstand bilden oder zur Ausbildung von Ausnehmungen des Innenverkleidungsbauteils vorgesehen sind. Lediglich die Enden des Heizleiters ragen aus dem Trägersubstrat heraus und sind als Anschlüsse zur elektrischen Kopplung mit einer Stromquelle des Kraftfahrzeugs ausgebildet.
Ein erfindungsgemäßes Innenverkleidungsbauteil weist zumindest ein erfindungsgemäß ausgeführtes Flächenheizelement auf, das auf einer Bauteilträgerstruktur an einer in ein Fahrzeuginneres weisenden Seite des Innenverkleidungsbauteils angeordnet und mit dieser durch ein thermoplastisches Kunststoffmaterial verbunden ist. Die Bauteilträgerstruktur ist entsprechend dem herzustellenden Innenverkleidungsbauteil zugeschnitten und weist zumindest eine thermoplastische Fasermateriallage auf, die zumindest einen Teil des thermoplastischen Kunststoffmaterials bereitstellt, durch das das Flächenheizelement mit der Bauteilträgerstruktur verbunden ist.
Dieses Innenverkleidungsbauteil mit integrierter Heizung, das in erster Linie für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist, aber in gleicher Weise auch für ein Flugzeug oder andere elektrisch zu beheizende Räume ausgeführt sein kann, kann durch die Bauteilträgerstruktur, die eine thermoplastische Faserverbundlage aufweist, auch tragende Funktion übernehmen und genügt der Leichtbauweise mit verbesserten mechanischen Eigenschaften. Es weist eine hohe Heizeffizienz auf, und kann damit konventionelle Fahrzeugheizsysteme substituieren. Das Innenverkleidungsbauteil mit geringer Dicke und der Form der Bauteilkontur ist durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von thermoplastischem Kunststoff kostengünstig zu fertigen.
Das Innenverkleidungsbauteil kann auf der Sichtseite mit einer Dekorschicht abschließen, die entsprechend auf der von der Bauteilträgerstruktur abgewandten Seite des Flächenheizelements angeordnet ist. Die Dekorschicht kann ebenfalls durch ein thermoplastisches Kunststoffmaterial mit dem Flächenheizelement verbunden sein, das vorteilhaft das thermoplastische Kunststoffmaterial aus der Fasermateriallage der Bauteilträgerstruktur sein kann, die das grobmaschige Gittertextil des Flächenheizelements durchdringt.
Als weitere Schicht kann beispielsweise eine Unterware-Schicht vorgesehen sein, die zwischen der Dekorschicht und dem Flächenheizelement angeordnet ist. Eine solche Unterware kann Fehlstellen, die gegebenenfalls durch die Gitterstruktur des Flächenheizelements hervorgerufen werden können, kaschieren und/oder haptische Ansprüche an die Bauteiloberfläche erfüllen. Verwendbare Unterwarematerialien sind beispielsweise ein Schaummaterial, ein Vlies oder ein Abstandstextil. Um dann einen sicheren Verbund zwischen der Dekorschicht und der Unterware-Schicht herzustellen, kann dort eine Verbindungsschicht vorgesehen sein, die die Dekorschicht an die Unterware-Schicht anbindet. Die Verbindungsschicht könnte dann ebenfalls aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehen, aber auch alternative Bondingschichten sind denkbar.
Ein erfindungsgemäßes Innenverkleidungsbauteil kann also zwischen dem Flächenheizelement und der Dekorschicht eine thermoplastische Kunststofflage aufweisen, ferner kann zusätzlich oder alternativ zwischen der Bauteilträgerstruktur und dem Flächenheizelement eine thermoplastische Kunststofflage vorgesehen sein, die zumindest einen Teil des thermoplastischen Kunststoffmaterials bereitstellt, das den Verbund des Flächenheizelements mit der Bauteilträgerstruktur und in entsprechender Weise zwischen dem Flächenheizelement und der Dekorschicht bereitstellt.
Eine weitere Schicht im Innenverkleidungsbauteil kann als Wärmereflexionsschicht ausgeführt sein, die auf der Seite des Flächenheizelements angeordnet ist, die von der ins Fahrzeuginnere weisenden Seite abgewandt ist und damit die Wärmeabstrablung nur in Richtung der Dekorschicht und damit ins Fahrzeuginnere zulässt.
Zudem kann das Innenverkleidungsbauteil einen Temperatursensor aufweisen, der über eine Vorrichtung zur Temperaturregelung oder Temperatursteuerung operativ mit der elektrischen Kopplung des Flächenheizelements und einer Stromquelle des Fahrzeugs, in dem das Innenverkleidungsbauteil verbaut wird, verbindbar ist.
Der Heizleiter, der die Heizfläche des Innenverkleidungsbauteils durchzieht, kann ein Draht, eine Faser, ein Roving oder eine Litze aus einem elektrisch leitenden Material wie Carbon, Edelstahl oder Kupfer sein. Der Heizleiter kann blank, beschichtet oder ummantelt vorliegen.
Das Trägersubstrat, auf den der Heizleiter aufgestickt wird, kann eine Folie aus dem thermisch aktivierbaren Bindemittel oder ein Textil sein, das ein Vlies, eine Matte, ein Netz, ein Gewebe, ein Geflecht, ein Gestrick, ein Gelege oder ein Gewirk aus Fasern ist, die zumindest anteilig aus dem thermisch aktivierbaren Bindemittel bestehen. Das thermisch aktivierbaren Bindemittel kann ein thermoplastischer Kunststoff oder ein duroplastischer Hotmelt sein. Bevorzugte Ausführungsformen umfassen ein Textil mit Fasern aus Polyethersulfon (PES) oder Polypropylen (PP), das mit oder ohne Verstärkungsfasern ausgeführt sein kann, die aus Glasfasern, Naturfasern, Carbonfasern, Polymerfasern, bevorzugt Aramidfasern, Metallfasern, Basaltfasern, Keramikfasern oder einer Kombination davon bestehen können. Wird eine Folie als Trägersubstrat eingesetzt, so kann diese bevorzugt aus einem Thermoplasten wie Polypropylen (PP), aber auch aus anderen Thermoplasten, umfassend Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polyethylenterephthalat (PET), Polyacrylnitril (PAN), Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylalkohol (PVA), Polystyrol (PS), Polyimid (PI) und/oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), oder aus dem duroplastischen Hotmelt bestehen.
Die Verwendung von PES-Fasern in dem Trägersubstrat des Flächenheizelements ist vorteilhaft, da Polyethersulfon nicht nur beständig gegenüber Chemikalien ist sondern auch eine hohe Schlagzähigkeit und hohe thermische Belastbarkeit (die Glasübergangstemperatur liegt bei 225°C) aufweist.
Die thermoplastische Faserlage der Bauteilträgerstruktur kann ein Vlies wie ein Wasserstrahlvlies oder Nadelvlies oder eine Matte sowie ein Netz, ein Gewebe, ein Geflecht, ein Gestrick, ein Gelege, ein Gewirke oder eine Kombination davon umfassen, das/die aus Glasfasern, Naturfasern, Carbonfasern, Polymerfasern, darunter bevorzugt Aramidfasern, Metallfasern, Basaltfasern, Kermaikfasern oder eine Kombination davon beschaffen sind und in einer thermoplastischen Matrix aus PP, PC, PE, PA, PET, PAN, PVC, PVA, PS, PI, und/oder ABS vorliegt. Die thermoplastische Faserlage, auf die das Flächenheizelement zur Bildung der ins Fahrzeuginnere weisenden Seite des Innenverkleidungsbauteils aufgelegt wird, kann eine von zwei thermoplastischen Fasermateriallagen einer als Bauteilträgerstruktur eingesetzten Sandwichanordnung mit einer dazwischen angeordnete Kernlage sein. Diese kann eine Wabenkernlage aus Zellulose basiertem Material, Kunststoff oder Metall oder eine Schaumkernlage aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschaum sein.
Mit einem Wabenkern aus einem auf Zellulose basierten Material, das zudem äußerst kostengünstig ist, kann eine große Gewichtsreduktion erreicht werden, wobei die Wabenstruktur dem Kern eine geringe Dichte bei gleichzeitig hoher spezifischer Steifigkeit verleiht. Die Deckschichten aus den thermoplastischen Fasermateriallagen enthalten mit einem thermoplastischen Kunststoff ein kostengünstiges Matrixmaterial und sogen für eine ausreichende Festigkeit des Innenverkleidungsbauteils. Durch die Thermoplastmatrix sind zusätzliche Binde- oder Klebmittel nicht erforderlich. Zur Bildung der Deckschichten können vorkonsolidierten Thermoplastplatten mit eingebetteten Verstärkungstextilien, auch Organoblech genannt, verwendet werden. Alternativ können als thermoplastische Fasermateriallagen Hybridfaseranordnungen eingesetzt werden, die Verstärkungsfasern und nicht-konsolidierte Thermoplastfasern umfassen.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand ist ein Kraftfahrzeug, das zumindest ein erfindungsgemäßes Innenverkleidungsbauteil, vorzugsweise jedoch mehrere aufweist. Die jeweils in deren Schichtanordnungen umfassten Flächenheiztextilien bilden ein Heizsystem für das Fahrzeug, das insbesondere ein elektrisch betriebenes Fahrzeug ist, und das somit über keine herkömmliche Lüfterheizung verfügt, die die Abwärme eines Verbrennungsmotors nutzt. Ferner umfasst das Kraftfahrzeug eine Stromquelle und eine Vorrichtung zur Temperatursteuerung und/oder Regelung, über die das/die Flächenheiztextilien mit der Stromquelle verbunden ist/sind.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Innenverkleidungsbauteil,
2 eine schematische Querschnittansicht durch den Lagenaufbau eines erfindungsgemäßen Innenverkleidungsbauteils mit thermoplastischer Faserlage, Flächenheizelement und Dekorschicht,
3 eine schematische Querschnittansicht durch den Lagenaufbau eines weiteren erfindungsgemäßen Innenverkleidungsbauteils, bei dem die thermoplastische Faserlage durch ein Sandwichhalbzeug mit Wabenkern bereitgestellt wird,
4 eine schematische Seitenansicht einer Herstellungsanlage für ein erfindungsgemäßes Innenverkleidungsbauteil.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Flächenheizelement als Halbzeug für die Fertigung eines Innenverkleidungsbauteils mit Heizfunktion. Weiter bezieht sich die Erfindung auf das Innenverkleidungsbauteil selbst und dessen Herstellungsverfahren. Durch den erfindungsgemäßen Herstellungsprozess für das Innenverkleidungsbauteil mit thermoplastischen faserverstärkten Kunststoffen wird die Integration des Flächenheizelementes während der Bauteilfertigung ermöglicht.
Das Flächenheizelement kann durch Formpressen über Thermoforming in die Herstellung eines dreidimensionalen Innenverkleidungsbauteils aus thermoplastischem Faserverbundkunststoff integriert werden, wobei das Heizelement der Form des Bauteils angepasst wird. Das Aufbringen des Heizelementes erfolgt in situ, d. h. während der Herstellung des Bauteils. Dies kann vor der dazu erforderlichen Erwärmung der thermoplastischen Bauteilträgerhalbzeuge oder danach erfolgen, jedoch vor dem Formpressen des erwärmten Bauteilträgerhalbzeugs zu dem Bauteil. Durch Druckeinwirkung im Formpresswerkzeug entsteht der Verbund aus Bauteilträger und Flächenheizelement zum Innenverkleidungsbauteil mit integrierter Heizfunktion. Dabei kann in demselben Werkzeug optional auch eine Kaschierung der Oberfläche mit einer Dekorschicht erfolgen.
Das Flächenheizelement weist ein Trägersubstrat für den Heizleiter auf, der die Heizfunktion bereitstellt, wobei das Trägersubstrat durch eine Folie oder ein textiles Trägermaterial wie z. B. Vlies (Nadel-, Wasserstrahlvlies, usw.) oder ein Gewebe, Gestrick oder Gelege realisiert wird. Das textile Trägermaterial kann mit oder ohne Verstärkungsmaterial wie Glasfaser, Naturfaser, usw. versehen sein, wobei als thermisch aktivierbares Bindemittel ein Thermoplast wie z. B. PES- oder PP-Fasern eingesetzt werden. Eine Folie als Trägersubstrat kann aus einem Thermoplasten (z. B. PP) oder einem Duroplasten z. B. in Form eines Hotmelts bestehen, die sich wie Thermoplasten verarbeiten lassen, wobei durch die Erwärmung nicht nur eine Verflüssigung sondern auch eine chemische Vernetzungsreaktion stattfindet.
Die Heizleiter sind Widerstandsheizdrähte oder Widerstandsheizfasern, -rovings, oder -litzen, die beispielsweise aus Carbon, Edelstahl oder Kupfer sind und durch Aufsticken auf das Trägersubstrat integriert werden.
Im Gegensatz zu der im Stand der Technik bekannten Verwendung eines duroplastischen Matrixsystems, die durch das zum Aushärten erforderliche Aufheizen des Werkzeugs lange Zykluszeiten bedingen, können mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren durch das Thermoformen hohe Stückzahlen in kurzen Zykluszeiten erreicht werden. Ferner kommt es bei thermoplastischen Matrixsystemen, die zudem kostengünstiger sind, nicht zu Emissionen, wie sie z. B. bei der Im Stand der Technik verwendeten Polyurethan-Bindern oder -Schäumen auftreten können.
Bei dem erfindungsgemäßen Flächenheizelement durchzieht der Heizleiter das Trägersubstrat konturgetreu entsprechend dem zu fertigenden Bauteil, so dass beim fertigen Bauteil keine Heizleistung durch Beschädigung des Heizleiters infolge von Stanzungen, Bohrungen oder Pinchvorgängen verloren geht.
1 zeigt ein Innenverkleidungsbauteil 1 mit einem erfindungsgemäßen Flächenheizelement 2. Das Flächenheizelement 2 wird durch ein Trägersubstrat 3 realisiert, das ein thermisch aktivierbares Bindemittel aufweist und entsprechend dem herzustellenden Innenverkleidungsbauteil 1 zugeschnitten und auf das ein Heizleiter 4 aufgestickt wird, der sich über eine für das Innenverkleidungsbauteil 1 vorgesehene Heizfläche erstreckt. Das Trägersubstrat 3 kann eine Folie aus dem thermisch aktivierbaren Bindemittel oder ein Textil aus Fasern sein, die zumindest anteilig aus dem thermisch aktivierbaren Bindemittel bestehen, das ein thermoplastischer Kunststoff oder ein duroplastischer Hotmelt sein kann. Die Funktion des Trägersubstrats 3 kann sich lediglich auf die Stütz- bzw. Trägerfunktion beschränken, um das Aufbringen des Heizleiters 4 in Form des Bauteils in-situ zu ermöglichen. Allerdings kann das Trägersubstrat 3 auch eine verstärkende Funktion des Bauteils besitzen, insbesondere wenn Verstärkungsfasern zur Bildung eines textilen Trägersubstrats 3 eingesetzt werden.
Der Heizleiter 4, der durch Widerstandsheizdrähte (oder -fasern, -rovings, -litzen) z. B. aus Carbon, Edelstahl oder Kupfer gebildet wird, wird auf das Trägersubstrat 3 aufgestickt. Diese Widerstandsmaterialen können blank oder aber auch beschichtet oder ummantelt sein.
Erfindungsgemäß erstreckt sich der Heizleiter 4, wie in 1 zu sehen ist, ununterbrochen in mäandrierender Weise über den Gittertextilzuschnitt 3, ohne über Bauteilränder oder durch die Ausnehmung 8 zu verlaufen. Lediglich die Enden 4' des Heizleiters 4 ragen aus dem Trägersubstrat 3 und über die Bauteilträgerstruktur 5 aus thermoplastischem Faserverbundkunststoff heraus, um als Anschlüsse die elektrische Kopplung mit einer Stromquelle des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
In 2 und 3 ist jeweils schematisch der Schichtaufbau eines Innenverkleidungsbauteils 1 mit unterschiedlichen Bauteilträgerstrukturen dargestellt. In 2 besteht die Bauteilträgerstruktur aus einer thermoplastischen Fasermateriallage 5, bei der es sich beispielsweise um ein Naturfaser- oder Glasfaservlies in einer PP-Matrix handeln kann. Als Vliese kommen z. B. Wasserstrahlvliese oder Nadelvliese usw. in Frage. 3 zeigt ein Sandwichhalbzeug als Bauteilträgerstruktur, das aus thermoplastischen faserverstärkten Deckschichten 5 und einer Kernlage 7 besteht. Auch hier kann es sich bei den thermoplastischen faserverstärkten Deckschichten 5 beispielsweise um PP/NF- oder PP/GF-Vliese handeln. Als Kern 7 können beispielsweise Papierwaben oder eine thermoplastische oder duroplastische Schaumlage verwendet werden. Der Einsatz des Waben- oder Schaumkerns 7 ermöglicht neben der Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes auch eine verbesserte Isolierung des Flächenheizelementes 2 zur Bauteilrückseite. Das Flächenheizelement 2, das auf der ins Fahrzeuginnere weisenden Seite des Innenverkleidungsbauteils 1 vorgesehen wird, wird durch eine Dekorschicht 6 bedeckt. Die Dekorschicht 6 kann auf ihrer dem Heizelement 2 zugewandten Nichtsichtseite ferner eine Abstands- oder Schaumlage umfassen, die ein Abzeichnen des Heizelements 2 an der Sichtoberfläche der Dekorschicht verhindert. Die Aufbringung der Dekorschicht 6 kann direkt nach der Anordnung des Flächenheizelements 2 auf dem Bauteilträger 5 erfolgen, noch bevor die Materialien in das kalte Formpresswerkzeug eingebracht werden. Besonders bei Verwendung temperaturempfindlicher Dekorwaren empfiehlt es sich zur Schonung dieser, diese erst nach der Heizstation auf den auf dem Bauteilträger 5 angeordneten Heizelement 2 aufzulegen. Mögliche Dekorschichten können aus Leder, Stoff, Folien oder Vliesen sein.
Das Herstellungsverfahren kann in einer automatisierten Anlage erfolgen, wie sie beispielhaft in 4 skizziert ist. Dort ist die Konfektionierung eines thermoplastischen Faserhalbzeugs für die Bauteilträgerstruktur in der Prozesskette integriert. Von einer Rolle/Walze 12 wird das thermoplastische Faserlagenhalbzeug 5 abgewickelt und entsprechend den Maßen des zu fertigenden Innenverkleidungsbauteils 1 mittels einer Schneidvorrichtung 14 abgelängt und zugeschnitten. Wird als Bauteilträgerstruktur eine Sandwichanordnung eingesetzt, die nicht als Coil zur Verfügung gestellt werden kann, kann die Zufuhr und der Zuschnitt der Sandwichplatten automatisiert mittels Förderband und/oder durch Überführungsvorrichtungen wie Roboterarmen erfolgen. Nach erfolgtem Zuschnitt wird die thermoplastische Faserlage 5 per Förderband 15 in eine Heizstation 11, die eine Heißpresse sein kann, verbracht, in der der thermoplastische Anteil des Halbzeugs 5 durch die Wärmeeinwirkung aufgeschmolzen wird. Gegebenenfalls kann auch eine Erwärmung bis zur Erweichungstemperatur des Matrixthermoplasten ausreichend sein.
Das erfindungsgemäß konfektionierte Flächenheizelement 2 kann vor der Heizstation 11 durch die Positionier- und Greifereinheit 13a auf den kalten Zuschnitt 5 oder nach der Heizstation 11 durch die Positionier- und Greifereinheit 13b auf der erwärmten thermoplastischen Faserlage 5 abgelegt werden. Im dargestellten Beispiel wird das Flächenheizelement 2 nach der Heizstation 11 durch die Positionier- und Greifereinheit 13b auf die erwärmte Bauteilträgerstruktur 5 gelegt. Der in dem Trägersubstrat 3 enthaltene thermisch aktivierbare Binder wird dabei durch die erwärmte Bauteilträgerstruktur aktiviert, ehe mit einer weiteren Positionier- und Greifereinheit 13c eine Dekorschicht 6 auf dem Flächenheizelement 2 angeordnet wird. Das auf die Bauteilträgerstruktur 5 aufgelegte Flächenheizelement 2 haftet einerseits durch das thermoplastische Material der Faserlage 5 und andererseits durch das thermisch aktivierte Bindemittel des Trägersubstrats. Die Haftverbindung zur Dekorschicht 6 kann durch das erwärmte thermoplastische Material der Bauteilträgerstruktur erfolgen, die das Trägersubstrat 3 durchdringt, falls dieses als Textil ausgeführt ist, andernfalls kann die Dekorschicht 6 durch das thermisch aktivierte Bindemittel des Trägersubstrats 3 mit dem Flächenheizelement 2 verbunden werden. Auf die Aufbringung einer Dekorschicht vor dem Formpressen kann gegebenenfalls verzichtet werden; eine Dekorschicht kann, anders als in 4 dargestellt, auch erst auf das geformte und konsolidierte Innenverkleidungsbauteil aufkaschiert werden. Allerdings ist die komplette Bauteilfertigung in einem Schritt vorteilhaft Zeit und Kosten sparend.
Mittels einer Übergabevorrichtung 13d, die die Anordnung aus Bauteilträgerstruktur 5, Flächenheizelement 2 und gegebenenfalls Dekorschicht 6 aufnimmt, wird diese in das kalte Formpresswerkzeug 10 eingelegt, und zwar in einer Weise, dass das Flächenheizelement 2 bzw. die darauf angeordnete Dekorschicht 6 eine ins Fahrzeuginnere weisende Seite des Innenverkleidungsbauteils 1 ausbildet.
Im kalten Formpresswerkzeug 10 finden die Umformung, die Abkühlung und die Verbindungsherstellung zwischen der Bauteilträgerstruktur 5, dem Flächenheizelement 2 und der Dekorschicht 6 statt. Das Heizelement 2 nimmt dabei die Kontur des 1 Bauteils an und wird in das Bauteil 1 integriert. Gegebenenfalls kann ein Endzuschnitt über Pinch- oder Stanzkanten ebenfalls im Formpresswerkzeug 10 stattfinden. Durch die Pinchkanten können die Bauteilränder abgequetscht und damit randseitig geschlossen werden, so dass das Bauteil fertig für die Endmontage ist. Die Haftverbindung zwischen Bauteilträgermatrix und Heizelement sowie gegebenenfalls der Dekorschicht erfolgt nach Temperatur- und Druckeinwirkung durch die anschließende Abkühlung der thermoplastischen Matrix. Ein zusätzlicher Kunststoffeintrag ins Werkzeug ist nicht erforderlich, um die Anbindung der Materialen zu ermöglichen.
Das im Formpresswerkzeug 10 geformte und durch Abkühlen konsolidierte Innenverkleidungsbauteil 1 kann dann durch eine weitere automatisierte Übergabevorrichtung 13e aus dem Werkzeug 10 entnommen und gelagert oder weiterverarbeitet werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich ein Bauteil im Fahrzeuginterieur mit integriertem Widerstandsheizelement kostengünstig und mit geringer Dicke und in Form der Bauteilkontur herzustellen. Das Bauteil kann somit auch Ausstanzungen oder Bohrungen aufweisen, wie in 1 dargestellt, ohne die Heizfunktion zu beeinträchtigen. Durch die Flächenheizfunktion wird dem Insassen eine angenehmere Heizfunktion ermöglicht als mit der üblich eingesetzten Konvektionsheizung. Vor allem Fahrzeuginsassen nahe Bauteile wie Türverkleidungen, Armlehnen, Verkleidung einer Mittelkonsolen, einer Mittelarmlehne, einer Rückwand, einer Seitenwand sowie Dachverkleidungen und sonstige Bauteile mit körpernahen, möglichst großen Flächen können als erfindungsgemäße Innenverkleidungsbauteile mit Heizfunktion ausgeführt sein.
Das erfindungsgemäße Innenverkleidungsbauteil kann neben der Bauteilträgerstruktur und dem Flächenheizelement eine Dekorschicht aufweisen, die die Sichtseite des Innenverkleidungsbauteils bildet. Die Dekorschicht kann durch ein thermoplastisches Kunststoffmaterial mit dem Flächenheizelement und der Bauteilträgerstruktur verbunden sein. Das verbindende thermoplastische Kunststoffmaterial kann das Matrixmaterial aus der Bauteilträgerstruktur sein, das im erwärmten fließfähigen Zustand das textile Trägersubstrat des Flächenheizelements durchdringt und so mit der Dekorschicht in Kontakt kommt. Die Verbindung mit der Dekorschicht kann aber auch durch das aktivierbare Bindemittel des Trägersubstrats bereitgestellt werden, das ein Thermoplast oder ein duroplastischer Hotmelt sein kann.
Ferner kann zusätzlich eine thermoplastische Kunststofflage eingesetzt werden, die zwischen der Bauteilträgerstruktur und dem Flächenheizelement und/oder zwischen dem Flächenheizelement und der Dekorschicht angeordnet wird. Durch Erwärmen der thermoplastischen Kunststofflage wird auch diese in fließfähigen Zustand versetzt und sorgt für die Verbindung der Schichten. Vorteilhaft kann die thermoplastische Kunststofflage etwa eine Folie aus demselben Kunststoff wie die thermoplastische Matrix der Bauteilträgerstruktur sein. Es können aber auch unterschiedliche Thermoplasten eingesetzt werden.
Die Dekorschicht kann Perforationen aufweisen, die auch in einem Muster über die Oberfläche verteilt sein können, durch die die von dem Flächenheizelement erzeugte Wärme besser in den Fahrzeuginnenraum abgegeben werden kann. Ferner kann die Dekorschicht eine Unterware auf der Nichtsichtseite aufweisen, die etwa aus einem Schaumstoff gebildet sein kann, der ein Abzeichnen des Flächenheizelements an der Oberfläche der Dekorschicht verhindert und vorteilhaft als Wärmespeicher fungieren kann, so dass das Innenverkleidungsbauteil auch dann noch Wärme abgeben kann, wenn die Heizung bereits ausgeschaltet ist. Diese Unterware aus Schaumstoff zwischen Flächenheizelement und Dekorschicht kann z. B. ein geschäumter thermoplastischer Kunststoff wie ein Polyolefin sein. Diese Unterware kann mit dem Flächenheizelement durch das thermoplastische Material der Kunststoffmatrix des Bauteilträgers verbunden sein. Alternativ kann eine zusätzliche Thermoplastlage, die ebenfalls vor dem Formpressen erwärmt wurde, für den Verbund sorgen. Die Verbindung der Unterlage mit der Dekorschicht kann ebenfalls durch eine Thermoplastlage erfolgen oder die Unterlage kann einfach an die Dekorschicht geklebt sein.
Ferner kann eine Wärmereflexionsschicht in das Innenverkleidungsbauteil integriert werden, die auf der Seite des Flächenheizelements angeordnet ist, die von der ins Fahrzeuginnere weisenden Seite abgewandt ist und so den Wärmeverlust nach außen verringert.
Je nach vorgesehener Heizleistung können auch zwei oder noch mehr Flächenheizelemente in einem Innenverkleidungsbauteil integriert sein, die dann direkt übereinander angeordnet sein können, oder auch durch eine Faserverbund- oder Schaumlage voneinander beabstandet sein können. Bei einem Sandwichbauteilträger kann generell auch auf jeder Seite der Kernlage ein Flächenheizelement angeordnet sein.
Ferner kann das Innenverkleidungsbauteil einen Temperatursensor aufweisen, der im Bereich des Flächenheizelements angeordnet sein kann und über eine Vorrichtung zur Temperaturregelung oder Temperatursteuerung operativ mit der elektrischen Kopplung des Flächenheizelements und der Stromquelle des Fahrzeugs verbunden werden kann.
Im Zusammenhang mit den Figuren wurden einige Beispiele für das Trägersubstrat und die thermoplastische Faserlage genannt. Generell kann das Trägersubstrat aber aus einer beliebigen Folie aus dem thermisch aktivierbaren Bindemittel oder einem Textil bestehen, das ein Vlies, eine Matte, ein Netz, ein Gewebe, ein Geflecht, ein Gestrick, ein Gelege oder ein Gewirk aus Fasern sein kann, die zumindest anteilig aus dem thermisch aktivierbaren Bindemittel bestehen. Das thermisch aktivierbare Bindemittel kann ein thermoplastischer Kunststoff oder ein duroplastischer Hotmelt sein. Bevorzugte Ausführungsformen sind textile Trägersubstrate aus Polyethersulfon- und/oder Polypropylen-Fasern mit oder ohne Verstärkungsfasern, bei denen es sich um Glasfasern, Naturfasern, Carbonfasern, Polymerfasern, darunter bevorzugt Aramidfasern, Metallfasern, Basaltfasern, Keramikfasern oder eine Kombination davon handeln kann. Werden Folien als Trägersubstrat eingesetzt so können diese bevorzugt aus einem Thermoplasten, wie PA, PP, PC, PE, PET, PAN, PVC, PVA, PS, PI, und/oder ABS, oder aber auch aus dem duroplastischen Hotmelt bestehen. Andere Kombinationen, wie etwa Trägertextilien mit duroplastischen Hotmelt-Fasern sind allerdings ebenfalls denkbar.
Ebenso kann die thermoplastische Faserlage der Bauteilträgerstruktur nicht nur durch ein Vlies sondern auch durch eine Matte, ein Netz, ein Gewebe, ein Geflecht, ein Gestrick, ein Gelege, ein Gewirke oder eine Kombination davon bereitgestellt werden. Diese Faserlage kann Glasfasern, Naturfasern, Carbonfasern, Polymerfasern, bevorzugt Aramidfasern, Metallfasern, Basaltfasern, Keramikfasern oder eine Kombination davon umfassen. Als thermoplastische Matrix können ebenfalls PP, PC, PE, PA, PET, PAN, PVC, PVA, PS, PI und/oder ABS eingesetzt werden.
Die Bauteilträgerstruktur kann eine Sandwichanordnung aus zwei thermoplastischen Fasermateriallagen mit einer dazwischen angeordnete Kernlage sein, wobei das Flächenheiztextil auf einer der thermoplastischen Fasermateriallagen angeordnet wird, die die ins Fahrzeuginnere weisende Seite des Innenverkleidungsbauteils ausbildet. Die Kernlage der Sandwichanordnung kann eine Wabenkernlage aus einem Zellulose basierten Material, insbesondere aus Papier oder Karton, aus einem Kunststoff, wie etwa Aramid, oder aus einem Metall, insbesondere einem Leichtmetall wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, sein. Alternativ dazu ist auch eine Kernlage aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschaum denkbar. Die Bezeichnung „Wabe” soll die Struktur des Wabenkerns nicht beschränken, sondern eine aus Stegen aufgebaute Struktur mit geringer Dichte und hoher Steifigkeit bezeichnen. Geeignete Wabenkernstrukturen umfassen hexagonale respektive Bienenwabenstrukturen, aber auch wellenförmige, kreisförmige, rauten- oder rechteckförmige Faltstrukturen sowie unregelmäßig gestaltete organisch anmutende Strukturen sind denkbar.
Durch die gut wärmeisolierend wirkende Kernlage auf der vom Fahrzeuginneren weg weisenden Seite des Heizelements wird eine sehr effektive Innenraumbeheizung erreicht, deren Wirkungsgrad die durch Kombination mit einer Wärmereflexionsschicht noch verbessert werden kann.
Bei der Verwendung eines Sandwichhalbzeugs als Bauteilträgerstruktur kann die Herstellung von Bauteilen mit einem relativ ebenen bis leicht gekrümmten Formverlauf durch das oben beschriebene Verfahren erfolgen. Um ein stärker gekrümmtes Bauteil darzustellen, ist in einer Ausführungsform vorgesehen, den Wabenkern vorzuformen. Das Vorformen des Wabenkerns kann in dem auch später zur Herstellung des Innenverkleidungsbauteils verwendeten Presswerkzeug oder in einem anderen Presswerkzeug und durch Druckausübung erfolgen. Dazu kann der Wabenkern erwärmt werden. Wird als Kernlage ein Wabenkern aus Zellulosematerial eingesetzt, kann dieser befeuchtet werden, um eine bessere Verformbarkeit zu erzielen. Dazu kann einfach Wasser oder ein anderes geeignetes wässriges Medium beziehungsweise eine geeignete Flüssigkeit verwendet werden, mit der der Wabenkern besprüht oder bedampft wird. Ein geformter Wabenkern, der vor der Umformung befeuchtet wurde, behält nach dem Trocken spannungsfrei seine Form bei. Danach kann entsprechend die vorgesehene Anordnung der thermoplastischen Fasermateriallagen und des Flächenheizelements sowie der gegebenenfalls weiteren Schichten wie z. B. der Dekorschicht auf der entsprechenden Seite des Wabenkerns, die ins Fahrzeuginnere weisende Bauteilseite bildet, erfolgen. Wabenkerne aus anderen Materialien wie Metall oder Kunststoff und Schaumkerne können bereits entsprechend gekrümmt vorgefertigt sein oder ebenfalls nach Erwärmen mittels eines Presswerkzeugs vorgeformt werden.
Wie oben beschrieben kann der Endzuschnitt über Pinch- oder Stanzkanten im Formpresswerkzeug stattfinden. Ferner kann ein auf einem Sandwichhalbzeug basierende Innenverkleidungsbauteil während der Herstellung mit einer Kantenversiegelung versehen werden, indem etwa eine der thermoplastischen Fasermateriallagen nicht nur die Fläche des Wabenkerns sondern auch dessen Randflächen überdeckt. Im Presswerkzeug können dann die überstehenden Ränder der Fasermateriallage um den Rand des Wabenkerns umgebogen werden, so dass durch die fließfähig erwärmte Thermoplastmatrix und die Fasermateriallage mit dem Wabenkernrand und/oder der zweiten Fasermateriallage verbunden wird und so die Versiegelung des Wabenkernrands bewirkt.
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 10159814 A1 [0005]
DE 10015158 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Innenverkleidungsbauteils (1) mit integrierter Heizfunktion für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte – Konfektionieren eines Flächenheizelements (2) durch Zuschneiden eines Trägersubstrats (3) mit einem thermisch aktivierbaren Bindemittel entsprechend dem herzustellenden Innenverkleidungsbauteil und Aufsticken zumindest eines Heizleiters (4) auf das Trägersubstrat (3), so dass sich der Heizleiter (4) über eine für das Innenverkleidungsbauteil (1) vorgesehene Heizfläche erstreckt, – Zuschneiden einer Bauteilträgerstruktur, die zumindest eine thermoplastische Fasermateriallage (5) aufweist, entsprechend dem herzustellenden Innenverkleidungsbauteil (1), – Anordnen des Flächenheizelements (2) auf oder unter der thermoplastischen Fasermateriallage (5) der Bauteilträgerstruktur, – Erwärmen der Bauteilträgerstruktur, bis das thermoplastische Matrixmaterial der Fasermateriallage (5) zumindest zu fließen beginnt, vor oder nach dem Anordnen des Flächenheizelements (2) auf der Bauteilträgerstruktur, dabei Aktivieren des thermisch aktivierbaren Bindemittels, – Überführen der erwärmten Bauteilträgerstruktur mit dem darauf angeordneten Flächenheizelement (2) in ein unbeheiztes oder gering beheiztes Formpresswerkzeug (10) mit einem Formhohlraum entsprechend dem Innenverkleidungsbauteil (1), das eine in ein Fahrzeuginneres weisende Seite bereitstellt, – Anordnen des Flächenheizelements (2) und der erwärmten Bauteilträgerstruktur in dem Formhohlraum derart, dass das Flächenheizelement (2) an der ins Fahrzeuginnere weisenden Seite des Innenverkleidungsbauteils (1) angeordnet ist, – Formpressen der erwärmten Bauteilträgerstruktur mit dem darauf angeordneten Flächenheizelement (2) zu dem Innenverkleidungsbauteil (1), dabei gleichzeitig Abkühlen und Verbinden der Bauteilträgerstruktur mit dem Flächenheizelement (2) zumindest anteilig durch das fließfähig erwärmte thermoplastische Matrixmaterial und das thermisch aktivierte Bindemittel, – Entformen des Innenverkleidungsbauteils (1).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aktivieren des Bindemittels des Trägersubstrats (3) – beim Erwärmen der Bauteilträgerstruktur erfolgt, wenn das Flächenheizelement (2) vor dem Erwärmen auf der Bauteilträgerstruktur angeordnet wird, oder – durch Wärmeübertragung von der erwärmten Bauteilträgerstruktur auf das Flächenheizelement (2) erfolgt, wenn dieses nach dem Erwärmen auf der Bauteilträgerstruktur angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend die Schritte – Ausbilden der aus dem Trägersubstrat (3) herausragenden Enden (4') des Heizleiters (4) als elektrische Anschlüsse an eine Stromquelle des Kraftfahrzeugs – beim Aufsticken des Heizleiters (4) Berücksichtigen einer Endzuschnittkontur des Innenverkleidungsbauteils (1) und/oder einer für das Innenverkleidungsbauteil (1) vorgesehenen Ausnehmung (8), so dass der Heizleiter (4) sich bis auf die für den elektrischen Anschluss vorgesehenen Enden (4') nicht über einen die Endkontur des Innenverkleidungsbauteils (1) begrenzenden Rand oder durch die für die Ausnehmungen (8) vorgesehenen Bereiche des Trägersubstrats (3) erstreckt, – Abtrennen eines Überstands des Trägersubstrats (3) und/oder der Bauteilträgerstruktur am Rands des Innenverkleidungsbauteils (1) und/oder Erzeugen des Ausnehmungen (8) durch Abquetschkanten und/oder Stanzkanten im Formpresswerkzeug (10) ohne Beschädigung des Heizleiters (4).
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend die Schritte – Anordnen einer Dekorschicht (6) auf dem Flächenheizelement (2) und/oder Anordnen einer thermoplastischen oder duroplastischen Klebelage zwischen der Bauteilträgerstruktur und dem Flächenheizelement (2) und/oder zwischen dem Flächenheizelement (2) und der Dekorschicht (6) vor dem Überführen in das unbeheizte Formpresswerkzeug (10), wobei die thermoplastische Klebelage vor oder nach dem Anordnen zwischen der Bauteilträgerstruktur und dem Flächenheizelement (2) und/oder zwischen dem Flächenheizelement (2) und der Dekorschicht (6) erwärmt wird, bis das thermoplastische Material zumindest zu fließen beginnt, – Formpressen der Anordnung aus der erwärmten Bauteilträgerstruktur, dem Flächenheizelement (2), der Dekorschicht (6) und/oder der erwärmten Klebelage zu dem Innenverkleidungsbauteil (1), dabei gleichzeitig Abkühlen und Verbinden der Anordnung durch das fließfähig erwärmte thermoplastische Material der Klebeschicht und/oder durch das fließfähig erwärmte thermoplastische Matrixmaterial der Fasermateriallage (5) der Bauteilträgerstruktur.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als Bauteilträgerstruktur ein Sandwichhalbzeug eingesetzt wird, das eine zwischen zwei thermoplastischen Fasermateriallagen (5) angeordnete Kernlage (7) aufweist, die eine Wabenkernlage (7) aus einem Zellulose basierten Material, einem Kunststoff oder einem Metall oder eine Schaumkernlage aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschaum ist.
Flächenheizelement (2) zur Herstellung eines dreidimensional geformten Innenverkleidungsbauteils (1) für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenheizelement (2) durch ein entsprechend dem herzustellenden Innenverkleidungsbauteil (1) zugeschnittenes Trägersubstrat (3) bereitgestellt wird, das ein thermisch aktivierbares Bindemittel aufweist und auf das zumindest ein Heizleiter (4) über eine für das Innenverkleidungsbauteil (1) vorgesehene Heizfläche aufgestickt ist.
Flächenheizelement (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (4) sich nicht über Bereiche des Trägersubstrats (3) erstreckt, die einen zur Ausbildung der Bauteilränder abzutrennenden Überstand bilden und/oder zur Ausbildung von Ausnehmungen (8) des Innenverkleidungsbauteils (1) vorgesehen sind, und die Enden (4') des Heizleiters (4) aus dem Trägersubstrat (3) herausragen und als Anschlüsse zur elektrischen Kopplung mit einer Stromquelle des Kraftfahrzeugs ausgebildet sind.
Innenverkleidungsbauteil (1) mit integriertem Heizelement für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenverkleidungsbauteil (1) zumindest ein Flächenheizelement (2) nach Anspruch 6 oder 7 aufweist, das auf einer Bauteilträgerstruktur an einer in ein Fahrzeuginneres weisenden Seite des Innenverkleidungsbauteils (1) angeordnet und mit dieser durch ein thermoplastisches Kunststoffmaterial verbunden ist, wobei die Bauteilträgerstruktur entsprechend dem herzustellenden Innenverkleidungsbauteil (1) zugeschnitten ist und zumindest eine thermoplastische Fasermateriallage (5) aufweist, die zumindest einen Teil des thermoplastischen Kunststoffmaterials bereitstellt, das den Verbund des Flächenheizelements (2) mit der Bauteilträgerstruktur bereitstellt.
Innenverkleidungsbauteil (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenverkleidungsbauteil (1) – eine Dekorschicht (6) aufweist, die auf der von der Bauteilträgerstruktur abgewandten Seite des Flächenheizelements (2) angeordnet ist und durch das thermoplastische Kunststoffmaterial damit verbunden ist, und/oder – eine thermoplastische Kunststofflage zwischen der Bauteilträgerstruktur und dem Flächenheizelement (2) und/oder zwischen dem Flächenheizelement (2) und der Dekorschicht (6) aufweist, die zumindest einen Teil des thermoplastischen Kunststoffmaterials bereitstellt, das den Verbund des Flächenheizelements (2) mit der Bauteilträgerstruktur und/oder mit der Dekorschicht (6) bereitstellt.
Innenverkleidungsbauteil (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass – der Heizleiter (4) ein Draht, eine Faser, ein Roving oder eine Litze aus einem elektrisch leitenden Material aus einer Gruppe, umfassend Carbon, Edelstahl und Kupfer ist, wobei der Heizleiter (4) blank, beschichtet oder ummantelt vorliegt, – das Trägersubstrat (3) eine Folie aus dem thermisch aktivierbaren Bindemittel oder ein Textil ist, das ein Vlies, eine Matte, ein Netz, ein Gewebe, ein Geflecht, ein Gestrick, ein Gelege oder ein Gewirk aus Fasern ist, die zumindest anteilig aus dem thermisch aktivierbaren Bindemittel bestehen, wobei das thermisch aktivierbaren Bindemittel ein thermoplastischer Kunststoff oder ein duroplastischer Hotmelt ist, und wobei das Textil bevorzugt Fasern aus Polyethersulfon oder Polypropylen mit oder ohne Verstärkungsfasern, umfassend Glasfasern, Naturfasern, Carbonfasern, Polymerfasern, bevorzugt Aramidfasern, Metallfasern, Basaltfasern oder eine Kombination davon aufweist, und die Folie bevorzugt aus einem Thermoplasten, umfassend PA, PP, PC, PE, PET, PAN, PVC, PVA, PS, PI, und/oder ABS, oder aus dem duroplastischen Hotmelt besteht, – die thermoplastische Faserlage (5) der Bauteilträgerstruktur ein Vlies oder eine Matte, ein Netz, ein Gewebe, ein Geflecht, ein Gestrick, ein Gelege, ein Gewirke oder eine Kombination davon aus einem Glasfasern, Naturfasern, Carbonfasern, Polymerfasern, bevorzugt Aramidfasern, Metallfasern, Basaltfasern oder eine Kombination davon in einer thermoplastischen Matrix aus PP, PC, PE, PA, PET, PAN, PVC, PVA, PS, PI und/oder ABS ist, wobei die thermoplastische Faserlage (5) bevorzugt eine von zwei thermoplastischen Fasermateriallagen (5) einer Sandwichanordnung mit einer dazwischen angeordnete Kernlage (7) ist, die eine Wabenkernlage (7) aus einem Zellulose basierten Material, einem Kunststoff oder einem Metall oder eine Schaumkernlage aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschaum ist.
Kraftfahrzeug mit einer Stromquelle und einer Vorrichtung zur Temperatursteuerung und/oder Regelung, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest ein Innenverkleidungsbauteil (1) nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10 aufweist, wobei das Flächenheizelement (2) des Innenverkleidungsbauteils (1) über die Vorrichtung zur Temperatursteuerung und/oder Regelung mit der Stromquelle verbunden ist.