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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formbauteil für den Innenraum eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Werkzeugvorrichtung für die Herstellung eines Formbauteils für den Innenraum eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 sowie ein Verfahren für die Herstellung eines Formbauteils für den Innenraum eines Fahrzeugs.
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Es ist bekannt, dass im Innenraum eines Fahrzeugs Formbauteile verwendet werden, um geometrische Strukturen darzustellen und tragende mechanische Strukturen zu verkleiden. Ein Beispiel für solche Formbauteile ist die Mittelkonsole eines solchen Fahrzeugs. Die Mittelkonsole deckt dabei z. B. das Getriebe, das Getriebegehäuse bzw. den Antriebsschacht eines Fahrzeugs ab. Die Abdeckung muss in einer Weise erfolgen, dass ausreichend mechanische Stabilität zur Verfügung gestellt wird, damit die Abdeckung auch ein Aufstützen bzw. Berühren durch den Insassen des Fahrzeugs aushält. Eine weitere Aufgabe ist es, möglicherweise zusätzlichen Nutzen zur Verfügung zu stellen. Dies kann z. B. unter Ausbildung eines erweiterten Handschuhfaches, einer Ablagefläche oder eines sogenannten Cupholders zur Aufnahme von Getränkedosen und Getränkeflaschen der Fall sein. Bekannte Formbauteile werden aus Spritzguss hergestellt und sind dementsprechend ein Kunststoffbauteil, welches die notwendige Stabilität mit sich bringt.
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Nachteilhaft bei bekannten Formbauteilen ist es, dass die Ausbildung aus Spritzgussteilen ein relativ hohes Gewicht mit sich bringt. Darüber hinaus muss für eine Herstellung aus Spritzguss eine relativ aufwendige Werkzeugvorrichtung zur Verfügung gestellt werden. Der Spritzguss selbst erfolgt mit Drücken von mehreren 100 bar, so dass eine ausreichend hohe Widerstandskraft im Material der Werkzeugvorrichtung vorhanden sein muss, um diesen Drücken zu widerstehen. Dieses Material ist häufig Stahl bzw. Edelstahl, so dass ein hoher Kostenaufwand hinsichtlich des Materials und hinsichtlich der spanenden Bearbeitung bei der Herstellung der Werkzeugvorrichtung vorhanden ist. Gleichzeitig werden durch das hohe Gewicht des Spritzgussbauteils das Gesamtgewicht des Fahrzeugs und damit der Kraftstoffverbrauch erhöht.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Formbauteil, eine Werkzeugvorrichtung und ein Verfahren für die Herstellung eines Formbauteils zur Verfügung zu stellen, welche in kostengünstiger und einfacher Weise eine Gewichtseinsparung der Trägerstruktur und gleichzeitig eine Reduktion des Aufwands bei der Herstellung der Werkzeugvorrichtung mit sich bringen.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Formbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Werkzeugvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Formbauteil beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Ein erfindungsgemäßes Formbauteil für den Innenraum eines Fahrzeugs weist eine Trägerstruktur auf. Ein solches Formbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass die Trägerstruktur aus einem Material hergestellt ist, welches expandiertes Polypropylen aufweist. Weiter ist die Trägerstruktur zumindest in einem Sichtabschnitt, der vom Innenraum des Fahrzeugs aus sichtbar ist, mit einer Folie kaschiert.
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Bei einem erfindungsgemäßen Formbauteil wird die Trägerstruktur dafür verwendet, die grundsätzliche geometrische Erstreckung des Formbauteils zur Verfügung zu stellen. Somit wird diese Trägerstruktur vorzugsweise den Hauptbestandteil des Formbauteils ausmachen und vorzugsweise den gesamten gewünschten Abdeckbereich abdecken. Auch wird das Formbauteil durch die Trägerstruktur bereits mit seiner Grundform versehen. Um die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, nämlich die Reduktion des Gewichts des Formbauteils, zu erfüllen, wurde bei einem erfindungsgemäßen Formbauteil für die Trägerstruktur expandiertes Polypropylen (EPP) verwendet. Das bedeutet, dass je nach tatsächlicher Größe des Formbauteils im Vergleich zu einem bekannten Spritzgussbauteil bis zu ca. einem Kilogramm an Gewicht eingespart werden kann. Diese Gewichtseinsparung wirkt sich auf das Gesamtgewicht des Fahrzeugs positiv aus, so dass durch die Reduktion des Gewichts des Fahrzeugs auch eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs erzielt werden kann.
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Bisher wurde expandiertes Polypropylen im Fahrzeuginnenraum für Sichtteile nicht eingesetzt, da die Oberfläche dieses Materials den optischen Anforderungen an Sichtbauteile im Innenraum eines Fahrzeugs nicht genügte. Um diesen Nachteil zu beheben, wird in erfindungsgemäßer Weise das expandierte Polypropylen mit einer Folie kaschiert, zumindest in dem Sichtabschnitt, der vom Innenraum des Fahrzeugs aus sichtbar ist. Auf diese Weise kann der Gewichtsvorteil des Materials des expandierten Polypropylens trotz der nicht den Ansprüchen an die Optik genügenden Oberfläche eingesetzt werden. Die Kaschierung durch die Folie kann dabei in unterschiedlichster Weise und durch unterschiedlichste Materialien erfolgen. So ist es z. B. denkbar, dass die Folie eine ein- oder mehrschichtige Folienanordnung aufweist, die als Kaschierfolie aufgesetzt wird. Selbstverständlich sind auch andere flexible Materialien, insbesondere Naturmaterialien, im Sinne der vorliegenden Erfindung als Folie zu verstehen. Darunter fallen z. B. auch Stoff- oder Lederbespannungen, die den Sichtabschnitt als Folie kaschieren können. Folien im Sinne der vorliegenden Erfindung können insbesondere mehrschichtige bzw. dicke Folien sein, die sich für das Einprägen einer Oberflächenstruktur eignen.
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Die Trägerstruktur, die aus einem Material mit expandiertem Polypropylen hergestellt ist, wird vorzugsweise durch das folgende Verfahren hergestellt. So wird Polypropylen, welches zur Herstellung von expandiertem Polypropylen ausgelegt ist, z. B. in Kugelformen in eine Kavität einer Werkzeugvorrichtung eingebracht, insbesondere eingeblasen. Über das Beaufschlagen mit Dampf, insbesondere Wasserdampf und einem geringen Druck, erfolgt ein Verkleben bzw. Versintern durch Aufschmelzen und nachfolgendes Erkalten der einzelnen Polypropylenkugeln bzw. -partikel. Dadurch bildet sich eine schwammartige Sinterstruktur aus, die Hohlräume umschließt. Diese Hohlräume sind entscheidender Punkt dafür, dass mit dem Material eines expandierten Polypropylens die erfindungsgemäße Gewichtsreduzierung erreicht werden kann.
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Ein Sichtabschnitt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Abschnitt des Formbauteils, welcher aus dem Innenraum des Fahrzeugs sichtbar ist. Dies bezieht sich nicht nur auf die Sichtbarkeit aus der jeweiligen Sitzposition des Fahrers, sondern ist eine grundsätzliche Sichtbarkeit aus unterschiedlichsten Perspektiven im Innenraum des Fahrzeugs. Handelt es sich bei dem Formbauteil z. B. um die Abdeckung der Mittelkonsole eines Fahrzeugs, so sind diese Sichtabschnitte z. B. die Seiten- und die Oberfläche, welche aus dem Fahrzeuginnenraum aus beliebigen Sichtrichtungen wahrgenommen werden können.
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Durch die Reduktion des Gewichts wird neben einer Reduktion des Treibstoffverbrauchs des Fahrzeugs auch die Montage eines erfindungsgemäßen Formbauteils erleichtert. So kann auf diese Weise mit weniger Kraftaufwand und dementsprechend in schonenderer Weise die Montage im Inneren des Fahrzeugs durch den zuständigen Monteur erfolgen.
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Die Folie kann im Sinne der vorliegenden Erfindung auch eine einzelne Folie z. B. aus TPO (thermoplastisches Olefin) sein. Durch das Verwenden von expandiertem Polypropylen und einer entsprechenden Folie kann auch die Werkzeugvorrichtung kostengünstiger und einfacher ausgestaltet sein, wie dies später noch näher erläutert wird. So werden mit Wasserdampfbeaufschlagung geringe Drücke im Bereich von ca. 3 bis 4 bar verwendet. Diese unterscheiden sich signifikant von den Spritzgussdrücken von mehreren 100 bar. Durch diesen deutlich geringeren Druck kann bei einem erfindungsgemäßen Formbauteil die Werkzeugvorrichtung aus einem besonders kostengünstigen Material hergestellt sein, welches eine geringere mechanische Stabilität aufweist. Hier kann z. B. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung zum Einsatz kommen.
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Ein entscheidender Unterschied zwischen den Materialien der bekannten Trägerstrukturen aus Spritzguss und dem erfindungsgemäßen EPP ist die Dichte. So wird z. B. für Spritzgussbauteile eine Dichte von ca. 1000 g/l eingesetzt, während expandiertes Polypropylen im Sinne der vorliegenden Erfindung z. B. eine Dichte im Bereich von ca. 60 bis 120 g/l aufweist.
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Ein erfindungsgemäßes Formbauteil kann dahingehend weitergebildet sein, dass die Oberfläche der Folie eine Oberflächenstruktur aufweist, welche haptisch und/oder optisch wahrnehmbar ist. Eine solche Oberflächenstruktur kann z. B. eine Narbstruktur sein. Insbesondere setzt die Oberflächenstruktur eine Struktur fort, welche auch an anderen Positionen des Innenraums vorhanden ist. Diese Oberflächenstruktur kann sowohl haptisch als auch optisch wahrnehmbar sein. Eine haptische Wahrnehmbarkeit wird z. B. durch eine dreidimensionale Oberflächenstruktur erzielt. Die optische Wahrnehmbarkeit kann neben einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur auch durch eine Bedruckung der Oberfläche erfolgen. Dabei kann diese Oberflächenstruktur sowohl künstlichen als auch natürlichen Ursprungs sein. Selbstverständlich ist es daher auch möglich, die Folie mit einer entsprechenden Oberflächenstruktur in Form eines Stoffes oder eines Naturleders als kaschierende Folie auszubilden.
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Erfindungsgemäß ist bei einem erfindungsgemäßen Formbauteil innerhalb der Trägerstruktur wenigstens ein Unterstützungsbauteil angeordnet, welches die mechanische Stabilität der Trägerstruktur unterstützt und/oder erhöht. Je nach Einsatzsituation und geometrischer Konstellation des Formbauteils kann es sein, dass relativ hohe mechanische Belastungen bei der Benutzung des Formbauteils im Innenraum des Fahrzeugs einwirken. Bei einer Mittelkonsole muss eine ausreichende Widerstandskraft vom Formbauteil gegeben sein. Dies ist notwendig, um z. B. das Aufstützen des Fahrers oder des Beifahrers auf der Mittelkonsole zu gewährleisten. Dementsprechend wird die reduzierte Dichte eines expandierten Polypropylens im Vergleich zu einem bekannten Spritzgussbauteil möglicherweise je nach geometrischer Korrelation und Ausbildung nicht eine geforderte Prüfkraft erreichen. Daher können Unterstützungsbauteile eingesetzt werden, welche die Trägerstruktur insbesondere in sensiblen Bereichen unterstützen. Damit kann sichergestellt werden, dass trotz der kostengünstigen und vor allem leichten Ausbildung der Trägerstruktur aus EPP und dem damit erzielten Gewichtsvorteil eine ausreichende mechanische Stabilität für das gesamte Formbauteil zur Verfügung gestellt wird. Solche Unterstützungsbauteile können z. B. Spritzgussteile sein, die jedoch deutlich kleiner ausfallen, als bekannte Spritzgussteile für die gesamte Trägerstruktur. Solche Unterstützungsbauteile können einzeln oder mehrfach eingesetzt werden und während der Herstellung des Formbauteils gemeinsam mit dem expandierten Polypropylen erzeugt werden. Diese Zusammensetzung zwischen Trägerstruktur und Unterstützungsbauteilen kann auch als „Knochen-Fleisch-Prinzip“ bezeichnet werden. Die Unterstützungsbauteile bilden die Knochen, welche die mechanische Stabilität unterstützen bzw. erhöhen und zur Verfügung stellen, während die Trägerstruktur das Fleisch bildet, um die gewünschte Abdeckung der darunterliegenden Bauteile zu gewährleisten. Selbstverständlich sind für die Unterstützungsbauteile unterschiedlichste Materialien denkbar. Neben klassischem Kunststoff sind hier auch Metallunterstützungsbauteile möglich.
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Erfindungsgemäß weist bei einem erfindungsgemäßen Formbauteil das wenigstens eine Unterstützungsbauteil zumindest einen Formschlussabschnitt auf, über welchen eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Unterstützungsbauteil und der Trägerstruktur ausgebildet ist. Dies ermöglicht die formschlüssige Verbindung zwischen Unterstützungsbauteil und Trägerstruktur während der Ausbildung der Trägerstruktur. Z. B. kann ein solcher Formschlussabschnitt ein Ausschnitt oder sogar ein Durchbruch bzw. eine Öffnung im Unterstützungsbauteil sein. Die Unterstützungsbauteile werden während der Herstellung in die Kavität eingesetzt bevor das kugelförmige Polypropylen vor dem Expandieren eingeblasen wird. Auf diese Weise können die Polypropylenkugeln bzw. -partikel auch den Formschlussabschnitt durchsetzen und beim Einblasen von Wasserdampf durch diesen Formschlussabschnitt hindurch versintern. Somit entsteht sozusagen während des Versinterns beim Expandieren des Polypropylens zu expandiertem Polypropylen der beschriebene Formschluss. Damit kann die gewünschte mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Unterstützungsbauteil und der Trägerstruktur sozusagen automatisch und ohne zusätzlichen Herstellungsschritt erfolgen. Haftvermittler in Form von Klebstoff können auf diese Weise vermieden werden.
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Erfindungsgemäß ist bei einem erfindungsgemäßen Formbauteil in dem Unterstützungsbauteil zumindest ein Dampfkanal ausgebildet, welcher direkt und/oder indirekt während der Herstellung des expandierten Polypropylens Dampf in den Bereich um das Unterstützungsbauteil führt. Ein Dampfkanal kann ebenfalls eine Aussparung bzw. eine Öffnung oder ein Durchbruch des Unterstützungsbauteils sein. Selbstverständlich kann ein Dampfkanal auch eine vollständige Führung des Dampfes in kanalartiger Weise mit Kanalseitenwänden darstellen. Vorzugsweise korreliert ein solcher Dampfkanal mit entsprechenden Auslassöffnungen oder Dampfinjektoren des Werkzeugbauteils. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass trotz der Einbauten der Unterstützungsbauteile in der Kavität ein möglichst ungehinderter Dampffluss für das ungehinderte Erzeugen der Versinterung und damit des expandierten Polypropylens erfolgen kann. Es wird auf diese Weise verhindert, dass die Unterstützungsbauteile Bereiche der Kavität vom Dampf bzw. von Dampföffnungen oder Dampfinjektoren abdecken. Dies würde ansonsten möglicherweise zu schlecht oder nicht versinterten Abschnitten führen, so dass keine definierte Situation hinsichtlich der Versinterung und der Expansion des Polypropylens erzielt werden könnte. Der Dampf wird in der Werkzeugvorrichtung vorzugsweise erst von links nach rechts, dann von rechts nach links eingebracht. Abschließend erfolgt ein Aufpumpen auf einen Dampfdruck von ca. 3,5 bar, welcher über eine kurze Zeitdauer von z.B. ca. 60 Sekunden gehalten wird. Abschließend kann der Dampf wieder ausströmen und der Druck abgesenkt werden. In dieser kurzen Zeit muss sichergestellt sein, dass z. B. mithilfe der beschriebenen Dampfkanäle sämtliche Bereiche der Kavität, welche mit Polypropylenkugeln gefüllt sind, auch mit Dampf erreicht werden. Auf diese Weise können mit hoher Wahrscheinlichkeit eine möglichst komplette Versinterung und damit eine möglichst komplette Expansion der Polypropylenkugeln erfolgen.
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Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Formbauteil auf der Trägerstruktur zumindest ein Abdeckbauteil angebracht ist, welches mit der Folie abschnittsweise überlappt. Ein solches Abdeckteil kann z. B. ein mechanisch stabiles Bauteil sein, wie dies ein Cupholder darstellt. Die Überlappung zwischen Trägerstruktur und Abdeckbauteil erzeugt einen sauberen Übergang, welcher insbesondere eine besonders kleine Folienerstreckung möglich macht. Das Überlappen zwischen dem Abdeckbauteil und der Folie kann z. B. bis zu ca. 5 mm betragen, so dass auch Montageungenauigkeiten bzw. Fertigungstoleranzen auf diese Weise optisch nicht sichtbar sind. Das Abdeckbauteil kann z. B. ein Spritzgussbauteil sein.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Werkzeugvorrichtung für die Herstellung eines Formbauteils für den Innenraum eines Fahrzeugs. Dieses Formbauteil weist eine Trägerstruktur aus einem Material, welches expandiertes Polypropylen aufweist, auf. Weiter weist die Werkzeugvorrichtung zumindest ein erstes Werkzeugbauteil und wenigstens ein zweites Werkzeugbauteil auf, welche gemeinsam eine Kavität für die Herstellung des Formbauteils ausbilden. Die erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass auf einem der Werkzeugbauteile ein Folienabschnitt angeordnet ist, welcher mit einem vom Innenraum des Fahrzeugs aus sichtbaren Sichtabschnitt korreliert. Dabei wird eine Folienspannvorrichtung vorgesehen, über welche eine Folie über den Folienabschnitt spannbar ist, um den Sichtabschnitt zu kaschieren.
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Eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung ist vorzugsweise dahingehend weitergebildet, dass die Werkzeugbauteile für eine Herstellung eines erfindungsgemäßen Formbauteils ausgebildet sind. Dementsprechend bringt eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Formbauteil erläutert worden sind. Insbesondere können auch hier wieder die möglicherweise unansehnlichen Oberflächen des expandierten Polypropylens durch die Folie kaschiert werden. Die erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung muss nur für den geringen Druck beim Versintern bzw. Expandieren des Polypropylens von ca. 3,5 bar mit Wasserdampf ausgelegt sein. Im Vergleich zu klassischen Spritzgusswerkzeugen können die einzelnen Werkzeugbauteile dementsprechend deutlich kostengünstiger und mit geringerer mechanischer Stabilität ausgebildet sein. Die Folienspannvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie eine abdichtende Wirkung auf den Folienabschnitt relativ zum zugehörigen Werkzeugbauteil ausübt. Somit kann sichergestellt werden, dass kein Wasserdampf zwischen den Folienabschnitt und die Folie gelangt. Eine Wasserdampfbeaufschlagung der Oberseite der Folie, welche also die Sichtseite der Folie darstellt, würde möglicherweise zu Beeinträchtigungen der Oberflächenqualität, insbesondere durch Glanzstellen, führen. Dies wird durch die abdichtende Folienspannvorrichtung vermieden, so dass auch dieser möglicherweise bestehende Nachteil behoben werden kann.
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Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung die Folienspannvorrichtung als Spannrahmen ausgebildet ist, welcher insbesondere einen Ausschnitt für die Folie aufweist, welcher größer oder gleich dem Sichtabschnitt ist. Die Folie kann somit auf den Sichtabschnitt hinsichtlich ihrer geometrischen Erstreckung begrenzt werden. Es kann also ein besonders exakter Zuschnitt der Folie verwendet werden, um die Folienkosten zu reduzieren. Dies reduziert neben dem Materialaufwand auch den Verschnitt und damit den Abfall bei der Herstellung durch eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung. Der Spannrahmen ist vorzugsweise für eine flächige Vorspannung der Folie ausgelegt und schafft damit definierte Ausgangsbedingungen für jeden Herstellungsschritt mittels der Werkzeugvorrichtung.
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Weiterhin vorteilhaft kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung der Folienabschnitt zumindest abschnittsweise mit einer Negativstruktur auf der Oberfläche ausgebildet ist, welcher bei der Herstellung des Formbauteils eine Oberflächenstruktur in der Oberfläche erzeugt. Diese Oberflächenstruktur kann z. B. eine Narbstruktur sein. Die Negativstruktur bildet also in negativer Weise die Oberfläche der gewünschten Oberflächenstruktur der Folie aus. Insbesondere erfolgt das Eindrücken in die Oberseite der Folie entweder durch den Folienrahmen und/oder durch die Kraftbeaufschlagung mittels des Wasserdampfes und damit durch den Innendruck in der Kavität. Die Folie weist dementsprechend eine ausreichende Dicke auf, um diese Negativstruktur auch aufzunehmen. Vorzugsweise erfolgt das Einbringen dieser Oberflächenstruktur in die Oberfläche der Folie ausschließlich auf deren Oberseite, so dass kein Durchdrücken auf die Unterseite, insbesondere nicht auf die Trägerstruktur aus expandiertem Polypropylen erfolgt.
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Erfindungsgemäß ist bei einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung zumindest eine Haltevorrichtung für ein Unterstützungsbauteil vorgesehen ist welche für das Herstellen des Formbauteils das Unterstützungsbauteil in einer definierten Position und einer definierten Ausrichtung hält. Diese Haltevorrichtung ist vorzugsweise in mechanischer Weise ausgebildet, so dass ein einfaches Bestücken bzw. Verrasten des Unterstützungsbauteils in der Haltevorrichtung erfolgen kann. Bei geöffneter Werkzeugvorrichtung können auf diese Weise einfach die Unterstützungsbauteile eingesetzt und in der definierten Position und Ausrichtung gehalten werden. Nach Schließen der Werkzeugvorrichtung stellt die Haltevorrichtung jeweils sicher, dass das zugehörige Unterstützungsbauteil auch beim Einblasen der Polypropylenkugeln und beim nachfolgenden Sinterprozess in der gewünschten Position verbleibt. Damit kann eine Definition der Ausrichtung und damit auch eine Definition der Kraftwirkung dieser Unterstützungsbauteile gewährleistet werden. Auch kann auf diese Weise die Korrelation zwischen Unterstützungsbauteil und zugehörigen Dampfinjektoren sichergestellt sein, so dass ein gewünschter und dementsprechend genau vorgegebener Dampfstrom durch die Unterstützungsbauteile hindurch oder daran vorbei eingehalten werden kann.
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Erfindungsgemäß ist bei einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung zumindest ein Dampfinjektor an wenigstens einem der Werkzeugbauteile angeordnet, für die eines Abschnitts der Kavität mit Wasserdampf. Ein Dampfinjektor kann bereits durch eine einfache Öffnung in der Werkzeugvorrichtung ausgebildet sein. Selbstverständlich sind auch kompliziertere Ausführungsformen, z. B. Injektornadeln mit einer abschließenden Dampföffnung im Sinne der vorliegenden Erfindung möglich. Wie bereits erläutert worden ist, korrelieren die Auslässe der Dampfinjektoren vorzugsweise mit entsprechenden Dampfkanälen der Unterstützungsbauteile. Vorteilhaft ist es, wenn eine Vielzahl von Dampfinjektoren eine möglichst gleichmäßige Beaufschlagung der Kavität mit Dampf ermöglicht. Dies ermöglicht ein möglichst gleichmäßiges Versintern beim Expandieren des Polypropylens.
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Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung zumindest eines der Werkzeugbauteile Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Dies wird erst durch ein erfindungsgemäßes Formbauteil möglich, da im Vergleich zu klassischen Spritzgussverfahren deutlich geringere Drücke, z. B. im Bereich von ca. 3 bis 4 bar, eingesetzt werden. Aluminium ist deutlich kostengünstiger hinsichtlich des Materialaufwands und vor allem mit geringerem Bearbeitungsaufwand für das Ausbilden der Konturen der einzelnen Werkzeugbauteile und damit der Kavität ausgestattet. Aluminium ist darüber hinaus als nicht rostendes Material besonders da durch den Wasserdampf in der Atmosphäre in der Kavität der Werkzeugvorrichtung Rostgefahr bestehen würde.
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Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung zumindest eine Temperiervorrichtung für die Beeinflussung der Temperatur in der Kavität vorgesehen ist. Eine Temperiervorrichtung dient dem Kühlen und/oder dem Heizen der Kavität, so dass eine definierte Temperaturkennlinie über den Verlauf des Verfahrens beibehalten werden kann. Durch die Temperiervorrichtung erfolgt insbesondere ein Kühlen nach dem Versintern. Um über den Wasserdampf ein ausreichendes Versintern bzw. Expandieren des Polypropylens zu erreichen, wird vorzugsweise Wasserdampf bei ca. 140°C und den entsprechenden Druckverhältnissen eingeblasen. Um sicherzustellen, dass beim Öffnen kein Nachexpandieren bzw. Nachschäumen des expandierten Polypropylens erfolgt, wird durch die Temperiervorrichtung vorzugsweise auf eine Temperatur von weniger als ca. 70°C abgekühlt. Ohne dieses Kühlen könnte möglicherweise ein Dampfdruck im gesinterten EPP zurückbleiben, welcher nach dem Öffnen der Werkzeugvorrichtung die Trägerstruktur weiter aufgehen lassen würde. Als Temperiermittel in der Temperiervorrichtung wird vorzugsweise Wasser verwendet.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Herstellung eines Formbauteils, insbesondere gemäß der vorliegenden Erfindung, mit einer Werkzeugvorrichtung, insbesondere gemäß der vorliegenden Erfindung, aufweisend die folgenden Schritte:
- - Einsetzen einer Folie in einem Werkzeugbauteil der Werkzeugvorrichtung auf einem Folienabschnitt, welcher mit einem Sichtabschnitt einer Trägerstruktur des Formteils korreliert, welcher aus dem Innenraum des Fahrzeugs sichtbar ist,
- - Spannen der Folie,
- - Schließen der Werkzeugbauteile unter Ausbildung einer Kavität,
- - Einbringen von Polypropylenmaterial zur Ausbildung einer Trägerstruktur, aufweisend expandiertes Polypropylen und
- - Einbringen von Wasserdampf zum Versintern des Polypropylenmaterials als expandiertes Polypropylen.
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Erfindungsgemäß wird innerhalb der Trägerstruktur wenigstens ein Unterstützungsbauteil angeordnet, welches die mechanische Stabilität der Trägerstruktur unterstützt und/oder erhöht. Das wenigstens eine Unterstützungsbauteil weist zumindest einen Formschlussabschnitt auf, über welchen eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Unterstützungsbauteil und der Trägerstruktur ausgebildet wird. In dem Unterstützungsbauteil wird zumindest ein Dampfkanal ausgebildet, welcher direkt und/oder indirekt während der Herstellung des expandierten Polypropylens Dampf in den Bereich um das Unterstützungsbauteil führt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren bringt vorzugsweise die gleichen Vorteile, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung und ein erfindungsgemäßes Formbauteil erläutert worden sind.
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Die vorliegende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren. Die dabei verwendeten Begrifflichkeiten „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ beziehen sich auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen schematisch:
- 1 eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung zu Beginn eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 die Werkzeugvorrichtung der 1 in geschlossenem Zustand,
- 3 die Werkzeugvorrichtung der 1 und 2 mit expandiertem Polypropylen als Trägerstruktur und
- 4 das fertig hergestellte Formbauteil.
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Anhand der 1 bis 4 wird schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Formbauteils 10 mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung 100 erläutert.
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In 1 ist eine geöffnete Werkzeugvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zu erkennen. Sie weist ein erstes Werkzeugbauteil 110 und ein zweites Werkzeugbauteil 120 auf, welche in der gezeigten Position gemäß 1 auseinandergefahren sind. Die Kavität 300 ist also noch nicht geschlossen. In Form einer Explosionsdarstellung sind zwei Unterstützungsbauteile 40 sowie eine Folie 30 dargestellt, welche in diese Kavität eingesetzt werden sollen.
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Die beiden Unterstützungsbauteile 40 sind jeweils mit wenigstens einem Formschlussabschnitt 42 und einem Dampfkanal 44 ausgebildet. Sowohl Dampfkanal 44 als auch Formschlussabschnitt 42 sind als Aussparungen bzw. Öffnungen oder Durchbrüche in dem jeweiligen Formbauteil 40 ausgebildet.
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Die Folie 30 kann z. B. eine einfache Folie sein, welche eine Oberflächenstruktur 32 aufnehmen kann. Auch komplexe Folien, wie z. B. Naturleder oder Stoffbezüge sind im Sinne der vorliegenden Erfindung selbstverständlich denkbar.
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In 2 wird der zusammengefahrene Zustand der beiden Werkzeugbauteile 110 und 120 gezeigt. Die Kavität 300 ist nun in der gewünschten finalen Form für das Formbauteil 10 ausgebildet. Die Folie 30 wird mithilfe von einer Folienspannvorrichtung 140 in der gezeigten Position gehalten, um den entsprechenden Sichtabschnitt 22 des Formbauteils 10 in der fertiggestellten Fassung abzudecken bzw. zu kaschieren. Dafür ist die Folie 30 auf dem zugehörigen Folienabschnitt 122 mit der Folienspannvorrichtung 140 gehalten. Die Folienspannvorrichtung 140 ist abdichtend ausgebildet, so dass die in 2 nach oben gerichtete Oberseite der Folie 30 durch die Folienspannvorrichtung 140 vor dem Kontakt mit Wasserdampf aus der Kavität 300 geschützt ist.
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Weiter sind der 2 Haltevorrichtungen 150 zu entnehmen, welche die beiden Unterstützungsbauteile 40 in einer vordefinierten Position und Ausrichtung halten. Auch sind in dem unteren Werkzeugbauteil 110 Dampfinjektoren 160 mit nach oben gerichteten Öffnungen gezeigt, welche die Kavität 300 mit Dampf beaufschlagen können. Um z. B. die rechte untere und die linke untere Spitze der Kavität 300 sauber mit Dampf beaufschlagen zu können, sind die zugehörigen Dampfkanäle 44 in die Unterstützungsbauteile 40 vorgesehen. Diese ermöglichen es dem Dampf aus den Dampfinjektoren 160 auch in diese entlegenen Bereiche der Kavität 300 vorzudringen. Nicht dargestellt sind ebenfalls vorhandene Einbringkanäle, über welche Polypropylen z. B. in kugelförmiger Form in die Kavität 300 eingeblasen werden kann.
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In 3 ist die Situation dargestellt, nachdem das eingeblasene Polypropylen bereits versintert worden ist. Dies erfolgt nach dem Schließen durch Einbringen von Dampf und einem Aufheizen auf z.B. ca. 140°C bei ca. 3,5 bar. Nach der ausreichenden Haltezeit, welche z. B. im Bereich von z.B. ca. 60 Sekunden liegt, wird über nicht dargestellte Temperiervorrichtungen das Formbauteil 10 bzw. die Trägerstruktur 20 auf die gewünschte Entnahmetemperatur von z. B. ca. 70°C abgekühlt.
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Nach dem Auseinanderfahren der beiden Werkzeugbauteile 110 und 120 kann das Formbauteil 10 finalisiert werden, wie es z. B. die 4 zeigt. Zusätzlich zu der Kaschierung mithilfe der Folie 30 im Sichtabschnitt 20 werden hier Abdeckbauteile 50 verwendet, welche an ihrem Rand mit der Folie 30 überlappen um eine definierte Übergangssituation zu schaffen. Auch ist hier zu erkennen, dass auf der Oberseite der Folie 30 eine Oberflächenstruktur 32, z. B. in Form einer Narbstruktur, aufgebracht ist.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Formbauteil
- 20
- Trägerstruktur
- 22
- Sichtabschnitt
- 30
- Folie
- 32
- Oberflächenstruktur
- 40
- Unterstützungsbauteil
- 42
- Formschlussabschnitt
- 44
- Dampfkanal
- 50
- Abdeckbauteil
- 100
- Werkzeugvorrichtung
- 110
- erstes Werkzeugbauteil
- 120
- zweites Werkzeugbauteil
- 122
- Folienabschnitt
- 140
- Folienspannvorrichtung
- 150
- Haltevorrichtung
- 160
- Dampfinjektor
- 300
- Kavität
