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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil mit Latentwärmespeicherfunktion.
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Um eine Temperatur in einem Fahrzeuginnenraum auf einem für Fahrzeuginsassen angenehmen Niveau zu halten, sind verschiedene Techniken bekannt, Bei einer starken Erhitzung werden beispielsweise Phasenwechselmaterialien, die auch als ”phase change material” bezeichnet werden, eingesetzt. Derartige Materialien vollziehen bei Erreichen einer bestimmten Temperatur einen Phasenwechsel, bei dem die Temperatur des Materials selbst aber annähernd konstant gehalten wird, während Wärme aus der Umgebung für den Phasenwechsel benötigt und in dem Material gespeichert wird. So offenbart beispielsweise die Druckschrift
US 2004/0154784 A1 ein derartiges Medium.
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Nachteilig an derartigen Werkstoffen ist jedoch, dass das maximal ausnutzbare Volumen durch ein Gewicht der Phasenwechselmaterialien begrenzt ist.
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Somit werden Phasenwechselmaterialien hauptsächlich in Lastkraftwagen eingesetzt, bei denen eine Gewichtszunahme eher akzeptiert werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil mit Latentwärmespeicherfunktion vorzuschlagen, das die genannten Nachteile vermeidet, das also ein geringes Gewicht aufweist und dennoch hilft, einen Fahrzeuginnenraum auf einer angenehmen Temperatur zu halten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen des Fahrzeuginnenverkleidungsteils nach Anspruch 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil mit einer Latentwärmespeicherfunktion weist eine Schicht auf, in der bzw. an der ein Werkstoff enthalten ist und bzw. oder daran vorhanden ist, der eine elektromagnetische Strahlung aus einem Wellenlängenbereich des infraroten Lichts reflektiert. Außerdem ist ein gegenüber der Schicht abgeschlossener Schichtaufbau und bzw. oder mindestens eine vollumfänglich geschlossene Kavität vorgesehen, in dem bzw. an der ein Phasenwechselmedium enthalten ist. Das Phasenwechselmedium ist ausgebildet, einen Phasenwechsel von einer festen Phase in eine flüssige Phase in einem Temperaturbereich zwischen 20°C bis 40°C zu vollziehen. Durch die Schicht ist außerdem eine nach außen weisende, also nach einem Einbau des Fahrzeuginnenverkleidungsteils in ein Fahrzeug in Richtung eines Fahrzeuginnenraums weisende Oberfläche des Fahrzeuginnenverkleidungsteils gebildet.
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Dadurch, dass ein Phasenwechselmedium vorgesehen ist, wird bei einer Erhitzung des Fahrzeuginnenraums ein Teil der Wärme als Latentwärme in dem Phasenwechselmedium gespeichert und somit einer weiteren Erhitzung des Fahrzeuginnenraums entgegengewirkt. Aufgrund der wärmereflektierenden Schicht gelangt andererseits aber nur ein Bruchteil der einfallenden infraroten (IR) Strahlung zu dem Phasenwechselmedium, so dass ein Volumen und somit ein Gewicht desselben gering gehalten werden kann.
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Unter elektromagnetischer Strahlung im infraroten Bereich soll hierbei Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 700 nm bis 1 mm verstanden werden, wobei im engeren Sinne nahes und mittleres Infrarot zwischen 700 nm und 50 μm Wellenlänge darunter zu verstehen sind und reflektiert werden. Dadurch, dass das Phasenwechselmedium bei einer Raumtemperatur von 20°C in der festen Phase vorliegt und erst bei höheren Temperaturen den Phasenwechsel vollzieht, wird die Wärmeaufnahme auch erst bei zunehmend als unangenehm empfundenen höheren Temperaturen vollzogen. Vorzugsweise vollzieht sich der Phasenwechsel in einem Temperaturbereich zwischen 20°C und 35°C, besonders vorzugsweise zwischen 25°C und 30°C.
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Typischerweise sind in der Schicht elektromagnetische Strahlung aus dem Wellenlängenbereich des infraroten Lichts reflektierende Partikel eingebettet. Durch die Partikel kann IR-Strahlung zu dem Phasenwechselmedium gelangen, gleichzeitig wird jedoch ein ausreichend großer Teil reflektiert. Der die infrarote Strahlung reflektierende Werkstoff bildet typischerweise keine geschlossene Oberfläche, sondern ist bereichsweise durchlässig für die auftreffende Strahlung.
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Einfallende infrarote Strahlung kann zu mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 70%, besonders vorzugsweise mehr als 85% bezogen auf mindestens eine Wellenlänge reflektiert werden, um eine übermäßige Wärmeeinstrahlung auf das Phasenwechselmaterial zu unterbinden.
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Die Partikel, die reflektierend für IR-Strahlung sind, sind typischerweise Pigmente, die in die Schicht eingebracht bzw. auf die Schicht aufgebracht sind. Es kann Titandioxid (TiO2), Cr-Fe (Spinellstruktur, schwarz), Zn-Sn-Ti, Ti-Sb-Mn (Rutilstruktur, braun) oder Co-Al (Spinellstruktur, blau) als IR-reflektierender Werkstoff eingesetzt werden.
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Die Schicht kann eine Dekorhaut sein und aus echtem Leder, künstlichem Leder, einem thermoplastischen Elastomer, einem thermoplastischen Polyurethan oder einem Polyvinylchlorid gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Schichtaufbau und bzw. oder die Kavität eine Schaumschicht oder ein Gewebe sein. Die genannten Materialen und Werkstoffe erlauben eine Anpassung optischer und haptischer Eigenschaften des Innenverkleidungsteils, während gleichzeitig die Latentwärmespeicherfunktion nicht beeinträchtigt wird.
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Das Elastomer umfasst vorzugsweise ein thermoplastisches Olefin und die Dekorhaut ist typischerweise eine Slushhaut, also eine mittels eines Slushprozesses bzw. durch Rotationssintern hergestellte Haut.
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Vorzugsweise ist das Phasenwechselmedium in Poren oder Hohlräumen enthalten, die in dem Schichtaufbau vorhanden sind. Dies sorgt für eine zweckmäßige Nutzung ohnehin vorhandener Räume, beispielsweise in einer Schaumschicht.
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Als Phasenwechselmedium können Natriumsulfat (Na2SO4), das auch als Glaubersalz bezeichnet wird, Natriumacetat, Paraffin und/oder Fettsäure eingesetzt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Schichtaufbau bzw. die Kavität zwischen der Schicht und einem Träger angeordnet ist und somit als ein Abstandshalter zum Anpassen der haptischen Eigenschaften des Fahrzeuginnenverkleidungsteils dient.
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Vorzugsweise ist das Phasenwechselmedium in mindestens einer Kapsel enthalten, die in den Schichtaufbau eingebettet ist. Hierdurch wird ein sicherer Halt des Phasenwechselmediums im Fahrzeuginnenverkleidungsteil erreicht. Die Kapseln können ellipsoidförmig oder kugelförmig sein.
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Die Kavität kann ein Körper mit einem Hohlraum sein, wobei in dem Hohlraum das Phasenwechselmedium enthalten ist. Alternativ kann der Körper mit dem Hohlraum auch in den Schichtaufbau eingebettet sein. Typischerweise ist der Körper aus einem thermisch gut leitfähigen und elektrisch leitfähigen Material.
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Das Fahrzeuginnenverkleidungsteil kann eine Instrumententafel, ein Türeinsatz oder eine Mittelkonsole sein und ist typischerweise in einem Personenkraftwagen oder einem Lastkraftwagen einbaubar.
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Ein Verfahren zum Herstellen des beschriebenen Fahrzeuginnenverkleidungsteils weist einen Schritt auf, bei dem ein Schichtaufbau und bzw. oder mindestens eine Kavität hergestellt wird bzw. werden, wobei ein Phasenwechselmedium, das einen Phasenwechsel von der festen Phase in die flüssige Phase in einem Temperaturbereich zwischen 20°C und 40°C vollzieht, in den Schichtaufbau oder die Kavität eingebracht wird. In einem Schritt wird eine Schicht hergestellt, in bzw. an der ein elektromagnetische Strahlung aus dem Wellenlängenbereich des infraroten Lichts reflektierender Werkstoff vorhanden ist, wobei der Schichtaufbau und bzw. oder die mindestens eine Kavität mit der Schicht verbunden werden.
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Die Schritte des Verfahrens können prinzipiell in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden, allerdings wird vorzugsweise zuerst die Schicht als Dekorschicht hergestellt.
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Zum Herstellen der Kavität und bzw. oder des Schichtaufbaus wird typischerweise eine Komponente der Kavität und bzw. oder des Schichtaufbaus, typischerweise eine Flüssigkeit, in eine Schale eines Werkzeugs eingebracht. Das Phasenwechselmedium ist in die Komponente vor dem Einbringen in die Schale eingebracht worden. Vorzugsweise wird bei Verwenden der Flüssigkeit diese in die Schale gesprüht und die Schale nach dem Sprühen geheizt.
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Das Herstellen der Schicht erfolgt vorzugsweise durch ein Rotationssintern (das auch als ”slush moulding” bezeichnet wird). Hierbei wird ein thermoplastisches Pulver, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyurethan oder ein thermoplastisches Polymer an eine vorgeheizte Wandung eines Werkzeugs angeschmolzen und nach Abkühlen als fertige Haut aus dem Werkzeug entfernt. Bei manchen Polymeren, wie Polyvinylchlorid, ist ein Gelierschritt erforderlich.
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Zum Herstellen der Schicht kann auch eine sogenannte ”in mould pigmentation” angewandt werden, bei der ein Plastisol, also ein Gemenge basierend auf Weichermachern und bzw. oder Lösungsmitteln, in das Pigmente einsuspendiert sein können, direkt in eine Schale eines Werkzeugs gesprüht wird. Typischerweise erfolgt dies dort, wo eine farbige Oberfläche gewünscht ist. Nachfolgend wird der zuvor bereits beschriebene Prozess des Rotationssinterns durchgeführt, wobei die hergestellte Haut bzw. Slushhaut dort farbig ist, wo das Plastisol aufgesprüht wurde.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Haut mit einem Schaum, typischerweise einem Schaum auf Basis von Polyurethan, hinterschäumt wird. Dieser Schaum bildet die Kavität bzw. den Schichtaufbau und enthält das Phasenwechselmedium, während die pigmentierte Oberfläche der Haut typischerweise frei von dem Phasenwechselmedium ist. Optional kann die Dekorhaut auch auf ein Bauteil aufkaschiert werden und mit einem Schnittschaum oder einem Abstandsgewirke hinterfüttert werden, wobei in diesem Fall der Schnittschaum bzw. das Abstandsgewirke das Phasenwechselmedium enthalten und die Kavität bzw. den Schichtaufbau bilden.
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Das Phasenwechselmedium kann in mindestens einer Kapsel eingeschlossen sein und die Kapsel in zumindest eine der Komponenten, die nach dem Herstellen die Kavität bzw. den Schichtaufbau bilden, vor dem Einbringen in die Schale eingebracht werden. Hierdurch wird in besonders einfacher Weise das Phasenwechselmedium in das Fahrzeuginnenverkleidungsteil eingebettet.
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Typischerweise ist bei einem Herstellen der Schaumschicht das Phasenwechselmedium zumindest in eine A-Komponente oder eine B-Komponente eingebracht, besonders vorzugsweise ist hierzu das Phasenwechselmedium in mindestens einer der Kapseln enthalten.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Phasenwechselmedium auch in dem Hohlraum des bereits beschriebenen Körpers enthalten sein. Der Körper kann in den Schichtaufbau eingebracht werden. Vorzugsweise ist der Schichtaufbau und bzw. oder die Kavität zwischen der Schicht und dem Träger angeordnet, wobei auf dem Träger mindestens einer der Körper mit dem Hohlraum aufgebracht wird. Dies erlaubt es, das Phasenwechselmedium durch ein einfaches Herstellungsverfahren in das Fahrzeuginnenverkleidungsteil einzubringen.
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Der Werkstoff, der die infrarote Strahlung reflektiert, kann in besonders einfacher Weise auf eine Oberfläche der Schicht aufgesprüht sein, wobei diese Oberfläche vorzugsweise nach dem Einbau des Fahrzeuginnenverkleidungsteils dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 bis 3 erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil mit verkapseltem Phasenwechselmedium,
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2 eine 1 entsprechende Ansicht des Fahrzeuginnenverkleidungsteils mit zylindrischen Hohlkörpern, in denen das Phasenwechselmedium enthalten ist, und
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3 eine seitliche Ansicht eines Werkzeugs, in dem das Fahrzeuginnenverkleidungsteil, insbesondere eine Dekoroberfläche des Fahrzeuginnenverkleidungsteils, hergestellt wird.
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In 1 ist in einer Schnittdarstellung das Fahrzeuginnenverkleidungsteil dargestellt. Das Fahrzeuginnenverkleidungsteil ist eine Instrumententafel mit einer Dekorhaut 1, die aus künstlichem Leder ist. In weiteren Ausführungsbeispielen kann auch eine Slushhaut als Dekorhaut 1 eingesetzt werden. Die Dekorhaut 1 ist einem Fahrzeuginnenraum eines Personenkraftwagen zugewandt, nachdem das dargestellte Fahrzeuginnenverkleidungsteil in diesen eingebaut wurde.
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Unmittelbar unterhalb der Dekorhaut 1 ist eine Schaumschicht 2 in direktem Kontakt mit der Dekorhaut 1 angeordnet. In Poren der Schaumschicht 2 sind mehrere Kapseln 3 eingebracht, die ellipsoidförmig oder kugelförmig sind. In diesen Kapseln 3 ist Paraffin als Phasenwechselmedium enthalten. Das Paraffin ist bei Raumtemperatur, d. h. 20°C, fest, wechselt jedoch bei 28°C in die flüssige Phase. Die Kapseln 3 sind aus einem Plastik, das eine Schmelztemperatur aufweist, die höher liegt als eine Phasenwechseltemperatur von einer festen Phase zu einer flüssigen Phase des Phasenwechselmediums. Durch das Plastik kann das Phasenwechselmedium auch nicht in die Schaumschicht 2 eindringen.
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In einem Temperaturbereich zwischen 20°C und 40°C vollzieht das Phasenwechselmedium einen Phasenwechsel von der festen Phase zu der flüssigen Phase. Dieser Phasenwechsel wird hervorgerufen durch Infrarotstrahlung 4, die auf das Fahrzeuginnenverkleidungsteil auftrifft. In die Dekorhaut 1 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel Pigmente 5 aus TiO2 eingebettet, die mindestens 50% der auftreffenden Infrarotstrahlung 4 als reflektierte Infrarotstrahlung 6 von dem Fahrzeuginnenverkleidungsteil weggeleitet wird. Hierdurch heizt sich die Sichtseite der Dekorhaut 1 weniger stark auf. Lediglich ein kleiner Anteil 7 wird zur Schaumschicht 2 transmittiert und dort für den Phasenwechsel verwendet. Durch die Absorption eines geringeren Betrags an Wärme hält die Wirkung des Phasenwechselmediums länger an. Die verbleibende Wärme, die nicht von dem Phasenwechselmedium aufgenommen wird, wird an die Schaumschicht 2 geleitet, so dass die Sichtseite der Dekorhaut 1 weiter gekühlt wird.
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Die Pigmente 5 können in weiteren Ausführungsbeispielen auch nur an einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Oberfläche der Dekorhaut 1 aufgebracht sein. Es wird lediglich eine bereichsweise Bedeckung der Dekorhaut 1 mit den Pigmenten 5 erreicht, so dass zwischen einzelnen der Pigmenten 5 pigmentfreie Bereiche entstehen, durch die Infrarotstrahlung auch direkt zu der Schaumschicht 2 nach Durchdringen der Dekorhaut 1 gelangen kann.
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Sinkt die Temperatur wieder unter 20°C, wird durch einen erneuten Phasenübergang von der flüssigen Phase zu der festen Phase Wärme freigesetzt, die in den Fahrzeuginnenraum gelangt. In weiteren Ausführungsbeispielen kann statt der Schaumschicht 2 auch eine vollumfänglich geschlossene Kavität vorgesehen sein, in der das Phasenwechselmaterial enthalten ist.
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In einer 1 entsprechenden Schnittansicht ist in 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Fahrzeuginnenverkleidungsteils gezeigt. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser Figur wie auch in der folgenden Figur mit identischen Bezugszeichen versehen. Die Schaumschicht 2, die auch durch ein Gewebe in weiteren Ausführungsbeispielen ersetzt werden kann, ist nun als Zwischenschicht zur Einstellung haptischer Eigenschaften zwischen der Dekorhaut 1 und einem Träger 8 angeordnet. Der Träger 8 ist aus Kunststoff und dient einer rückseitigen mechanischen Stabilisierung des Fahrzeuginnenverkleidungsteils.
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In die Schaumschicht 2 sind nun jedoch keine Kapseln 3 eingebracht, sondern Hohlzylinder 9. Die Hohlzylinder 9 sind mit ihrer Unterseite auf dem Träger 8 als in-mold-Einsätze befestigt und ragen von dort in die Schaumschicht 2. In weiteren Ausführungsbeispielen können die Hohlzylinder 9 auch die Dekorhaut 1 mit ihrer Oberseite berühren und müssen somit nicht, wie in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, von dieser in einem bestimmten Abstand gehalten werden.
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Die Hohlzylinder 9 sind in ihrem Inneren hohl, aber mit dem Phasenwechselmedium gefüllt. Oberseite und Unterseite der Hohlzylinder 9 sind verschlossen, so dass das Phasenwechselmedium die Hohlzylinder 9 nicht verlassen kann. Die Hohlzylinder 9 sind aus Metall, im dargestellten Fall aus Aluminium, wodurch eine gute thermische Leitfähigkeit von 236 W/(m·K) erreicht wird und gleichzeitig ein elektrischer Leiter gegeben ist.
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In 3 ist in einer seitlichen Ansicht eine Schale 10 eines Werkzeugs, im dargestellten Ausführungsbeispiel eines Slush-Werkzeugs, dargestellt, in die aus einem Sprühkopf 11, der über der Schale 10 angeordnet ist, ein Plastisol 12 gesprüht wird. Das Plastisol 12 dient zum Herstellen einer dünnen Pigmentschicht, die auf einer Sichtseite der Dekorhaut 1 aufgebracht ist. Anschließend wird die Dekorhaut 1 in einem normalen Slushprozess, also durch Rotationssintern, hergestellt. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Plastisol Polymerpartikel wie Polyvinylchlorid, thermoplastisches Polyurethan oder thermoplastisches Elastomer enthalten, die die Dekorhaut 1 des Fahrzeuginnenverkleidungsteils ausbilden. In das Plastisol 12 sind dementsprechend die Pigmente 5 oder ein anderes infrarote Strahlung reflektierendes Material.
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Üblich ist es hierbei, zunächst die Dekorhaut 1 herzustellen und nachfolgend die Schaumschicht 2 aufzubringen, allerdings ist auch die umgekehrte Reihenfolge möglich. Sofern der Träger 8 vorgesehen ist, kann dieser nach Abschluss des Sprühens als vorgefertigter Aufsatz auf die Schaumschicht 2 aufgebracht werden. Üblicherweise ist ein Träger 8 vorgesehen, der durch einen Schäumprozess hinterschäumt wird. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, die Haut auf den Träger aufzukaschieren, wobei als Zwischenlage ein Schnittschaum oder ein Abstandsgewirke verwendet wird. Das Phasenwechselmedium 3 ist dann in der Zwischenlage, also im Schnittschaum oder im Abstandsgewirke integriert.
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Beim Slushprozess werden die aufgesprühte Schicht bzw. die aufgesprühten Schichten gemeinsam mit dem aufgebrachten Pulver in einem Sinterschritt erhitzt. Alternativ kann auch nur die Dekorhaut 1 durch Sprühen und Erhitzen hergestellt werden und statt der Schaumschicht 2 ein Gewebe auf der Dekorhaut 1 befestigt werden. Sofern ein Schritt des Hinterschäumens durchgeführt wird, ist das Phasenwechselmedium in einer A-Komponente und bzw. oder einer B-Komponente des Schaums enthalten, damit eine homogene Verteilung des Phasenwechselmediums erreicht wird. Die Komponenten werden typischerweise durch den Sprühkopf 11 in die Schale 10 eingesprüht und bilden dort die Schaumschicht. Ebenso ist es möglich, die Dekorhaut 1 ohne die Pigmente 5 herzustellen und diese nachfolgend auf die Oberfläche der Dekorhaut 1 aufzusprühen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann auch nur bereichsweise auf die Dekorhaut 1 ein infrarote Strahlung reflektierendes Material aufgebracht bzw. in die Dekorhaut 1 eingebracht sein.
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Falls statt der dargestellten Schaumschicht 2 ein Gewebe verwendet wird, kann das Phasenwechselmedium in flüssiger Form auf das Gewebe aufgebracht werden und das derart imprägnierte Gewebe zu dem Fahrzeuginnenverkleidungsteil weiterverarbeitet werden. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, das Phasenwechselmedium auf eine Rückseite der bereits fertiggestellten Dekorhaut 1 aufzutragen und auf die derart entstandene Zwischenschicht die Schaumschicht 2 oder das Gewebe aufzubringen. In diesem Fall wird das Phasenwechselmedium auf eine dem Fahrzeuginnenraum abgewandte Oberfläche der Dekorhaut 1 aufgebracht. Die Zwischenschicht mit dem Phasenwechselmedium kann hierzu ebenfalls als Plastisol 12 aufgesprüht werden und nachfolgend durch Erhitzen die Zwischenschicht fertiggestellt werden.
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Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2004/0154784 A1 [0002]
