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Die Erfindung betrifft ein Innenverkleidungsteil, insbesondere eine Instrumententafel für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Innenverkleidungsteiles nach dem Patentanspruch 6, eine Vorrichtung zur Herstellung des Innenverkleidungsteiles nach dem Patentanspruch 9 sowie ein Faserhalbzeug nach dem Anspruch 10.
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Die Instrumententafel eines Fahrzeugs kann in gängiger Praxis aus drei Schichten bestehen, nämlich einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Slush-Haut mit einer Narbung, sowie einer zwischengeordneten PU-Schaumschicht und einem formstabilen Kunststoffträgerteil, das beispielhaft aus einem glasfaserverstärkten Polypropylen ausgebildet ist. Das Kunststoffträgerteil wird üblicherweise in einem Thermoplastschaumgieß-Verfahren (TSG-Verfahren) hergestellt.
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Aus der
DE 10 2011 007 668 A1 ist ein gattungsgemäßes Innenverkleidungsteil, insbesondere eine Instrumententafel, für ein Fahrzeug bekannt. Demzufolge ist das Kunststoffträgerteil nicht aus einem Propylen mit einem Glasfaseranteil gebildet, sondern vielmehr aus einem naturfaserverstärkten Kunststoffmaterial.
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Bei einer in der Instrumententafel integrierten Airbageinrichtung ist deren Airbagdeckel unmittelbar im Mehrschichtaufbau der Instrumententafel ausgebildet. Hierzu wird die Instrumententafel auf ihrer, der Sichtseite abgewandten Seite einer Laserbearbeitung unterworfen, bei der ein Materialabtrag bis unmittelbar an die Slush-Haut erfolgt. Dies ergibt eine Sollbruchstelle, die den Airbagdeckel rahmenartig begrenzt und bei einer Airbag-Aktivierung aufreißt. Der bis an die Slush-Haut herangeführte Materialabtrag verursacht jedoch auf der Sichtseite der Instrumententafel häufig optisch nachteilige Markierungen, die den Verlauf des Materialabtrags nachbilden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Innenverkleidungsteil, insbesondere eine Instrumententafel, für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei der in fertigungstechnisch einfacher Weise Bereiche mit reduzierter Bauteilsteifigkeit, das heißt zum Beispiel Sollbruchstellen für Airbagdeckel, gebildet werden können.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1, 6, 9 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass bei einer Laserbearbeitung die Lasernaht bis unmittelbar an die sichtseitige Slush-Haut herangeführt ist, wodurch sich optisch nachteilige Markierungen auf der Slush-Haut ergeben können. Vor diesem Hintergrund wird erfindungsgemäß auf eine solche Laserbearbeitung verzichtet und gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 anstelle dessen die Sollbruchstelle, das heißt der Bereich mit reduzierter Bauteilsteifigkeit, durch eine Materialschwächung im naturfaserverstärkten Kunststoffträgerteil ausgebildet, ohne dabei die anderen Schichten im Mehrschichtaufbau der Innenverkleidung zu bearbeiten.
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Im Unterschied zu einem herkömmlichen Kunststoffträgerteil, das aus zum Beispiel einem glasfaserverstärkten Polypropylen gefertigt ist, wird ein naturfaserverstärktes Kunststoffträgerteil nicht im Thermoplastschaumgieß-Verfahren (TSG-Spritzgießprozess) hergestellt, sondern in einem Formpressprozess, der in fertigungstechnisch einfacher Weise die Einarbeitung einer solchen Materialschwächung in das naturfaserverstärkte Kunststoffträgerteil ermöglicht. Zur Herstellung eines solchen naturfaserverstärkten Kunststoffträgerteils werden zunächst die Naturfasern in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis (etwa 50:50) mit Kunststofffasern, zum Beispiel aus Polypropylen, vermischt und einer Fasermatten-Herstellung zugeführt.
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Bei der Fasermatten-Herstellung wird aus der Fasermischung ein noch loser, plattenförmiger Faserverbund gebildet. Die durchmischten Natur- und Kunststofffasern des Faserverbunds werden dann zum Beispiel mittels einer Nadelungstechnik miteinander verbunden. Bei der Nadelungstechnik wird der noch lose Faserverbund mittels einer Vielzahl von sich hin- und herbewegenden Nadeln durchstochen, wodurch die Fasern miteinander verflochten oder verknotet werden.
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Alternativ zur oben dargelegten Nadelungstechnik können bei dem noch losen Faserverbund die Ober- und Unterseiten bis auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der die oberflächennahen Kunststofffasern plastifizieren und dadurch die Naturfasern stoffschlüssig miteinander verbinden. Hierdurch entsteht ebenfalls ein handlingfähiges Halbzeug.
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Das so gefertigte Halbzeug kann dann einer Pressumformung unterworfen werden, bei der zunächst ein Faserhalbzeug in einem Heizschritt bis über die Schmelztemperatur der Kunststofffasern erhitzt wird, das heißt die Kunststofffasern plastifizieren. Anschließend wird das erhitzte Faserhalbzeug in einem Pressformwerkzeug unter Verpressung dreidimensional umgeformt und anschließend abgekühlt.
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Die oben erwähnte Materialschwächung kann im naturfaserverstärkten Kunststoffträgerteil durch eine reduzierte Naturfaserdichte ausgebildet sein, die mit einer entsprechend reduzierten Bauteilsteifigkeit einhergeht. Demgegenüber kann in einem zur Materialschwächung angrenzenden Bereich die Naturfaserdichte entsprechend erhöht sein. Zudem kann die Materialschwächung durch eine im Vergleich zum angrenzenden Bereich reduzierten Materialstärke des naturfaserverstärkten Kunststoffträgerteiles ausgeführt sein. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Materialschwächung auch durch eine in das naturfaserverstärkte Kunststoffträgerteil eingearbeitete Aussparung ausgebildet sein.
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Speziell bei einer Instrumententafel kann ein Mehrschichtaufbau vorgesehen sein, und zwar mit einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Dekorhaut, einer zwischengeordneten Schaumschicht sowie dem formstabilen naturfaserverstärkten Kunststoffträgerteil. Die oben erwähnte Materialschwächung bildet in einem solchen Fall eine Sollbruchstelle, die einen Airbagdeckel umzieht, der bei einer Airbag-Aktivierung aus der Instrumententafel reißen kann.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die oben erwähnte Materialschwächung gleichzeitig mit der Durchführung des Formpressschrittes in den Kunststoffträger eingeformt wird. Hierzu können die Formflächen des Formwerkzeuges spezielle Vor- und/oder Rücksprünge aufweisen, mit deren Hilfe eine variable Verpressung des Faserhalbzeuges ermöglicht ist. Bei einer solchen variablen Verpressung können je nach Instrumententafel-Bereich unterschiedlich große Formpresskräfte auf das Faserhalbzeug aufgebracht werden. Hierdurch kann die Faserdichte und/oder die Materialstärke des zu bildenden naturfaserverstärkten Kunststoffträgerteiles variiert werden.
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Das so hergestellte naturfaserverstärkte Kunststoffträgerteil weist Bereiche mit unterschiedlicher Faserdichte bzw. unterschiedlicher Bauteilsteifigkeit auf und kann anschließend einem Aufschäumschritt zugeführt werden. Im Aufschäumschritt werden das Kunststoffträgerteil und die Dekorhaut in ein Schäumwerkzeug eingelegt und mit einer zwischengeordneten Schaumschicht, etwa aus PU-Schaum, hinterspritzt.
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Bei dem naturfaserverstärkten Kunststoffträgerteil können als Verstärkungsfasern Flachs-, Hanf-, Raps-, Kenaf-, Sisal-, Ramie- oder Abakafasern zum Einsatz kommen. Bei einem solchen naturfaserverstärkten Kunststoffträgerteil ist die Verschweißbarkeit der Instrumententafel mit einem fahrzeugseitigen Grundkörper über einen Vibrationsschweißprozess sichergestellt. Dabei verbindet sich das Matrixpolymer des Kunststoffträgerteils (zum Beispiel Polypropylen zu 50%) mit dem Grundkörper (beispielsweise glasfaserverstärktes Polypropylen) ohne weiteres luftdicht. Dies geschieht durch minimale Bewegungen der Bauteiloberflächen gegeneinander, wobei die Bauteile gegeneinander gedrückt werden. Hierbei werden Luftgeräusche besser absorbiert, da die Oberfläche eines naturfaserverstärkten Bauteils ein besseres akustisches Absorptionsvermögen aufweist. Die Wandstärke kann im Vergleich zu kompakt gespritzten Kunststoffträgerteilen gleich bleiben, jedoch unter Reduzierung des Bauteilgewichtes um etwa 30%.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer perspektivischen Teilansicht den Mehrschichtaufbau einer Instrumententafel mit integriertem Airbagdeckel;
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2 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer, den Airbagdeckel umziehenden Sollbruchstelle; sowie
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3 und 4 jeweils Ansichten, die die Herstellung des Kunststoffträgerteils der Instrumententafel veranschaulichen.
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In der 1 ist in einer perspektivischen Schnittdarstellung eine Instrumententafel 1 mit einem integrierten Airbagdeckel 3 gezeigt. Der Airbagdeckel 3 ist in bekannter Weise Bestandteil einer Airbageinrichtung und von einer Sollbruchstelle 5 (mit strichpunktierten Linien gezeigt) umzogen, die bei einer Aktivierung des Airbags ein Aufreißen des Airbagdeckels 3 aus der Instrumententafel 1 ermöglicht. Die Instrumententafel 1 ist als ein Mehrschichtaufbau ausgebildet, und zwar mit einer im Fahrzeuginnenraum zugewandten sichtseitigen Slush-Haut 7, einer zwischengeordneten Schaumschicht 9, etwa aus PU-Schaum, sowie einem stabilen naturfaserverstärkten Kunststoffträgerteil 11. In dem Kunststoffträgerteil 11 sind Naturfasern 15, etwa aus Flachs, in einer Kunststoffmatrix 16, etwa aus Polypropylen, eingebettet.
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Wie aus den 1 und 2 hervorgeht, ist die linienförmig um den Airbagdeckel 3 verlaufende Sollbruchstelle 5 durch eine Materialschwächung 10 gebildet, in der das Kunststoffträgerteil 11 eine reduzierte Naturfaserdichte aufweist, und zwar im Vergleich zur Naturfaserdichte in den angrenzenden Materialbereichen 12 (2) des naturfaserverstärkten Kunststoffträgerteils 11. Die reduzierte Naturfaserdichte im Bereich der Sollbruchstelle 5 wird während eines nachfolgend beschriebenen Formpressprozesses in das naturfaserverstärkte Kunststoffträgerteil 11 eingearbeitet. Wie aus den 1 und 2 weiter hervorgeht, ist die Materialstärke m1 des Kunststoffträgerteils 11 im Bereich der Sollbruchstelle 5 erhöht, und zwar im Vergleich zur Materialstärke m2 in den angrenzenden Bereichen 12 des Kunststoffträgerteiles 11.
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Nachfolgend wird anhand der 3 und 4 die Herstellung des Kunststoffträgerteils 11 beschrieben: So werden in einem nicht gezeigten Verfahrensschritt zunächst Kunststofffasern 13 und Naturfasern 15 zu einem losen plattenförmigen Faserverbund durchmischt. Die Fasern 13, 15 des losen Faserverbunds werden dann mittels einer Nadelungstechnik miteinander verflochten und/oder verknotet, und zwar unter Bildung des in der 3 gezeigten Faserhalbzeuges 17. Das Faserhalbzeug 17 wird in ein Formpresswerkzeug 19 geführt.
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Im Formpresswerkzeug wird das Faserhalbzeug 17 bis über die Schmelztemperatur der Kunststofffasern 13 erhitzt, so dass die Kunststofffasern 13 zu der Kunststoffmatrix 16 aufschmelzen, in der die Naturfasern 15 eingebettet sind. Außerdem erfolgt unter Druckbeaufschlagung eine Formgebung des Faserhalbzeuges 17 im Formwerkzeug 19 mit anschließender Abkühlung des gebildeten Kunststoffträgerteils 11. Gegebenenfalls kann dem Formpresswerkzeug 19 eine nicht gezeigte Heizpresse vorgelagert sein, in der das Faserhalbzeug in einem separaten Heizschritt erhitzt wird und anschließend dem Formpresswerkzeug 19 zugeführt wird.
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Wie aus der 3 hervorgeht, ist in der unteren Werkzeughälfte des Formwerkzeuges 19 in der Formfläche 26 ein linienförmig sowie rahmenförmig verlaufender Rücksprung 21 eingearbeitet. Dessen Kontur-Verlauf bildet den Verlauf der angestrebten Sollbruchstelle 5 um den Airbagdeckel 3 nach. Während des Formpressschrittes erfolgt somit eine variable Verpressung des Faserhalbzeuges 17, bei der das Fasergemisch im Bereich des Rücksprungs 21 mit einer geringeren Formpresskraft beaufschlagt wird, und zwar im Vergleich zu der angrenzenden Formfläche, bei der eine erhöhte Formpresskraft ausgeübt wird. Dadurch ergibt sich das in der 4 gezeigte Kunststoffträgerteil 11, das im Bereich der Sollbruchstelle 5 eine Materialerhöhung 27 mit einer reduzierten Faserdichte aufweist, während im angrenzenden Bereich die Faserdichte erhöht ist, unter Bildung einer entsprechend erhöhten Bauteilsteifigkeit.
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Das in der 4 gezeigte Kunststoffträgerteil 11 wird anschließend einem Aufschäumwerkzeug zugeführt, in dem die Dekorhaut 7 und das Kunststoffträgerteil 11 mit der Schaumschicht 9 hinterspritzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011007668 A1 [0003]
