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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Innenraumbauteils in Sandwichbauweise für ein Kraftfahrzeug sowie ein Innenraumbauteil in Sandwichbauweise für ein Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Bisher ist es üblich, dass ein Innenraumbauteil, insbesondere eine Mittelkonsole, eines Fahrzeugs im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass es mit einer hohen Präzision und preiswert durchführbar ist und damit üblicherweise den hohen Anforderungen im Kraftfahrzeugbau entspricht. Eine Standardwanddicke solcher Mittelkonsolenträger beträgt etwa 2,5 mm. Im Zuge der Anstrengungen zur Verbrauchsoptimierung beim Treibstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen ist ein allgemeines Ziel bei der Fahrzeugkonstruktion, das Fahrzeug leichter zu gestalten. In diesem Zusammenhang bestehen Bestrebungen jedes Bauteil des Fahrzeugs so leicht wie möglich werden zu lassen und damit das Gesamtgewicht des Fahrzeugs zu reduzieren.
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Weiter besitzen Innenausstattungsteile für Kraftfahrzeuge in der Regel einen Träger, der die Form des Innenausstattungsteils vorgibt und das Innenausstattungsteil stabilisiert. Der Träger dient auch als Aufnahme für Funktionsbauteile und Ablagefächer.
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Durch die zunehmende Verknappung von fossilen Brennstoffen und der damit verbundenen Verteuerung von Kraftstoffen für Kraftfahrzeuge ist es wünschenswert, dass Kraftfahrzeuge einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch aufweisen. Da durch die Senkung des Gesamtgewichts des Fahrzeugs der Kraftstoffverbrauch ebenfalls gesenkt werden kann, werden vermehrt konventionelle Materialien, wie beispielsweise Metalle, durch leichtere Materialien ersetzt. So ist es mittlerweile üblich Innenausstattungsteile aus Fasermattensystemen zu fertigen. Diese werden in aller Regel mithilfe von Formpressen hergestellt, bei denen eine Fasermatte in ein Formwerkzeug eingelegt wird und unter Anwendung von Druck und Temperatur die Fasermatte in eine gewünschte Form gepresst wird. Obwohl somit Innenausstattungsteile erzeugt werden können, welche ein geringes Gewicht aufweisen, haben bisherige Fasermattensysteme den Nachteil, dass die geometrischen Ausgestaltungsmöglichkeiten sehr begrenzt sind. Dies liegt vor allem an dem Pressvorgang, welcher zur Erzeugung der Innenausstattungsteile nur einfache Formen, d.h. im Wesentlichen plane Flächen, zulässt. Bei komplexen Geometrien besteht die Gefahr, dass die Fasermatte nicht homogen verpresst wird und Fehlstellungen entstehen können. So waren bislang komplexe Geometrien, wie sie beispielsweise bei Mittelkonsolen notwendig sind oder Geometrien mit hinterschnittigen Bereichen nicht realisierbar.
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Aus der
DE 10 2009 048 000 A1 ist ein Verbundwerkstoff bekannt, der eine Kernschicht aus einem Hartschaum zwischen zwei Faserschichten aufweist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Innenraumbauteils für ein Kraftfahrzeug und ein Innenraumbauteil bereit zu stellen, das zu einem ein geringeres Eigengewicht aufweist und zum anderen komplexe Bauteilgeometrien ermöglicht.
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Beschreibung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Innenraumbauteils in Sandwichbauweise nach Anspruch 1 und durch ein Innenraumbauteil in Sandwichbauweise nach Anspruch 10 gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen erläutert.
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Erfindungsgemäß werden zum Herstellen des Innenraumbauteils in Sandwichbauweise eine oder mehrere Naturfasermatten verwendet. Solche Naturfasermatten sind Faserformstoffe, welche in stetig zunehmenden Umfang für die Innenausstattung von Fahrzeugen verwendet werden. Gegenüber Kunststoffen weisen Faserformstoffe einige Vorteile auf. So werden Faserformstoffe zu einem erheblichen Anteil aus erneuerbaren Ressourcen, wie Nadelbäumen, Hanf oder Kenaf erzeugt. Auch technisch ökonomische Erwägungen verstärken den Trend zu Faserformstoffen. Faserformstoffe haben ein geringeres Gewicht bei gleicher spezifischer Steifigkeit wie Glasfaser-Polypropylen-Verbundwerkstoffe oder Talkum-Polypropylen-Verbundwerkstoffe. Holz- und Naturfaser sind in großen Mengen verfügbar, wobei ihr Preis im Vergleich zu erdölbasierten Kunststoffen in geringerem Maße vom Rohölpreis abhängig ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Innenraumbauteils in Sandwichbauweise werden zunächst flächige Naturfasermatten bereitgestellt. Diese Naturfasermatten werden derart bearbeitet, dass ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil entstehen. Die Bearbeitung der Naturfasermatten kann thermisch, mechanisch oder thermisch und mechanisch erfolgen. Da ein Tiefziehen der Naturfasermatte materialbedingt begrenzt ist, beispielsweise auf eine Tiefe von 70 mm, können die Bauteile auch aus mehr als einer Naturfasermatte bestehen. Die einzelnen Teile aus Naturfasermatten werden entsprechend formgepresst und tiefgezogen und eventuell in die gewünschte Form geschnitten. Im Anschluss können die einzelnen Teile an überlappenden Bereichen mittels eines Klebemittels, insbesondere eines Klebers, zu dem gewünschten ersten und/oder zweiten Bauteil verklebt werden.
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Das erste und das zweite Bauteil weisen jeweils durch die entsprechende Bearbeitung eine räumlich definierte Innenseite und eine entsprechende Außenseite auf. Die Bauteile sind gekrümmt und stellen komplexe Formen dar, wie sie für Mittelkonsolen benötigt werden. Das erste Bauteil und das zweite Bauteil werden so zusammengeführt, dass eine Geometrie des gewünschten Innenraumbauteils entsteht. Durch das Zusammensetzen des ersten und des zweiten Bauteils entsteht ein Hohlraum zwischen den Bauteilen. Der Hohlraum ist durch zumindest Anteile der Innenseite des ersten Bauteils und Anteile der Innenseite oder Außenseite des zweiten Bauteils umschlossen.
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Um das erste und das zweite Bauteil miteinander zu verbinden, können die Bauteile ineinander gesteckt werden oder an überlappenden oder angrenzenden Bereichen mit einem Befestigungsmittel, insbesondere einem Kleber, miteinander verbunden werden.
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Damit das daraus resultierende Bauteil auch ohne Einbau eines Trägers formstabil ist, wird der zwischen den zwei Bauteilen entstandene Hohlraum mit einem Füllmaterial befüllt. Bei dem Füllmaterial kann es sich um einen Schaum oder Polystyrol handeln. Das Füllmaterial kann an verschiedenen Stellen/Bereichen eingebracht werden. Es ist bevorzugt, das Füllmaterial an solchen Stellen/Bereichen in das Innenraumbauteil einzubringen, welche nach Fertigstellung des gesamten Innenraumbauteils von einem Insassen des Kraftfahrzeugs nicht mehr sichtbar sind, beispielsweise die Unterseite des Innenraumbauteils oder Bereiche, welche in Anschluss an das Befüllen mit dem Schaummaterial ausgeschnitten werden. Das Befüllen des durch das erste und das zweite Bauteil gebildeten Hohlraums muss nicht zwingend nur durch Einspritzen mit Füllmaterial erfolgen. Der Hohlraum kann auch mit einem bereits vorab gefertigten Bauteil bestehend aus dem gewünschten Füllmaterial in der entsprechenden Form des gewünschten Bauteils gefertigt sein und mittels Klebemittel an der Innenseite des ersten und an der Innenseite des zweiten Bauteils angebracht werden.
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Nach dem Bearbeiten der Naturfasermatten, insbesondere dem Tiefziehen der Naturfasermatten, wird ein Dekor auf das erste Bauteil angebracht. Bevorzugt wird ein Dekor nicht bereits vor dem Bearbeiten der Naturfasermatten aufgebracht, denn beim Tiefziehen könnten beim Dekor Risse entstehen. Eine Rissbildung soll vermieden werden. Das Dekor kann auch auf das fertig zusammengesetzte Innenraumbauteil aufgebracht werden, jedoch vor einem Anbringen von Aussparungen im Innenraumbauteil. Die Außenseite des Innenraumbauteils weist keine tragende Funktion des Innenraumbauteils auf. Daher kann für das Dekor jegliches Material verwendet werden, dessen besondere Vorteile dekorativer Natur sind, was vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs bietet.
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Nach dem Befüllen des Innenraumbauteils mit einem Füllmaterial können an dem ersten Bauteil Aussparungen angebracht werden. Diese Aussparungen können gefräst, geschnitten oder gelasert werden. Die Aussparungen können als Bereiche für Komponenten einer Mittelkonsole, insbesondere eines Cupholder, einer Domzierplatte, Luftdüsen, Staufächer oder ähnliche Vorrichtungen sein.
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Zur Befestigung der Komponenten können Aussparungen, insbesondere Löcher in der Innenseite des zweiten Bauteils oder an Verstärkungsrippen, welche an der Innenseite des zweiten Bauteils angebracht sind, angebracht werden. In die Aussparung werden Befestigungsmittel, beispielsweise ein Dübel oder ein anderes passendes Befestigungsmittel, eingebracht, insbesondere eingesteckt. Durch eine eingesteckte Schraube verhaken sich die Dübelkragen im harten Schaum oder Polysterol und in der Naturfaser der Mittelkonsolensandwichwand. Somit können auf einfache Art und Weise an beliebiger Stelle in dem Innenraumbauteil Komponenten eingebaut und entsprechend befestigt werden.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform können Stellen, an denen im Innenraumbauteil hohe Kräfte auftreten können, durch konstruktive Maßnahmen verstärkt werden. Diese Verstärkungsmittel, insbesondere Verstärkungsrippen, werden an der Innenseite des zweiten Bauteils angebracht. Die Verstärkungsrippen sind ebenfalls in Sandwichbauweise aufgebaut. An die Innenseite des zweiten Bauteils wird eine Rippe angeklebt. Die Rippe weißt einen Hohlkörper auf, welcher mit dem Füllmaterial gefüllt wird. Die Rippen zur Verstärkung der Struktur werden an Stellen oder in Bereichen positioniert, an denen erhöhte Belastungen, beispielsweise durch ein Auflegen eines Armes auf die Mittelkonsole, auftreten. Nach dem Ausschneiden der Aussparungen für die Komponenten grenzen die Rippen an die Aussparungen an oder befinden sich in unmittelbarer Nähe. Erhöhte Belastungen können beispielsweise durch ein Auflegen eines Armes auf die Mittelkonsole auftreten.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des Innenraumbauteils in Sandwichbauweise und dem entsprechenden Innenraumbauteil ist es möglich, ein Innenraumbauteil aus Naturfasern herzustellen, welches keinen Träger aufweist. Folglich ist das Bauteil deutlich im Gewicht reduziert.
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Weitere Vorteile, Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche.
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Kurze Figurenbeschreibung
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1 zeigt ein Schaubild zur Herstellung des Innenraumbauteils in Sandwichbauweise für ein Kraftfahrzeug.
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2 zeigt ein Schaubild zur Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Mittelkonsole.
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3a zeigt eine Draufsicht einer Mittelkonsole
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3b zeigt einen Querschnitt entlang der B-B-Achse durch die Mittelkonsole.
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3c zeigt eine Detailansicht eines Ausschnitts des Querschnitts entlang der B-B-Achse der Mittelkonsole.
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3d zeigt eine weitere Detailansicht eines weiteren Ausschnitts des Querschnitts entlang der B-B-Achse der Mittelkonsole.
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1 zeigt ein Schaubild eines Verfahrens zur Herstellung eines Innenraumbauteils, insbesondere einer Mittelkonsole, einer Türverkleidung oder einer Instrumententafel. In Schritt s1 wird eine oder mehrere Naturfasermatten 2 bereitgestellt.
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Die Naturfasermatten 2 werden in einem weiteren Schritt s3 bearbeitet. Die Bearbeitung s3 der Naturfasermatten 2 kann durch thermische und/oder mechanische Bearbeitungsschritte erfolgen. Die Bearbeitung kann insbesondere durch ein Tiefziehen und/oder Pressen erfolgen. Durch das Bearbeiten s3 entsteht eine erste dreidimensionale Form mit einem ersten Bauteil 4 und einem zweiten Bauteil 7. Jedes Bauteil 4, 7 besteht aus einer Innenseite 5, 8 und einer Außenseite 6, 9. Die einzelnen Bauteile 4, 7 können individuell passend geschnitten werden.
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In einem weiteren Schritt s10 wird das erste Bauteil 4 und das zweite Bauteil 7 derart zusammengeführt, dass sich zumindest Anteile der Innenseite 5 des ersten Bauteils 4 und Anteile des Innenseite 8 oder Außenseite 9 des zweiten Bauteils 7 einen Hohlraum 11 umschließen. Dabei wird das erste Bauteil 4 und das zweite Bauteil 7 an überlappenden oder angrenzenden Bereichen 14 miteinander verbunden. Das Verbinden kann durch eine Steckverbindung oder durch ein miteinander verkleben mittels eines Klebers 14 erfolgen.
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In einem weiteren Schritt s12 wird in den Hohlraum 11 zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil 4, 7 ein Füllmaterial 13 eingebracht. Bei dem Füllmaterial 13 handelt es sich bevorzugt um einen Schaum oder ein Polystyrol. Das Füllmaterial 13 wird derart in den Hohlraum 11 eingebracht, dass ein Einspritzloch (23) nach Einbau des Innenraumbauteils in ein Kraftfahrzeug für einen Insassen des Fahrzeugs nicht mehr sichtbar ist. Solche Bereiche können die Unterseite des zweiten Bauteils 7 sein. Wenn das Füllmaterial über die Oberseite des ersten Bauteils 4 eingebracht wird, dann bevorzugt an solchen Stellen, welche in einem weiteren Schritt s17 aus der Oberseite des ersten Bauteils 4 ausgeschnitten werden.
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In einem weiteren Schritt s20 wird ein Dekor, insbesondere eine Dekorfolie 16, auf das erste Bauteil 4 aufgebracht. Die Dekorfolie 16 kann auch über das gesamte Innenraumbauteil angebracht werden. Um eine Rissbildung zu vermeiden, wird die Folie 16 allerdings erst aufgebracht, nachdem die einzelnen Teile in eine dreidimensionale Form gebracht wurden.
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Das Innenraumbauteil 19 ist somit in Sandwichbauweise hergestellt. Das erste Bauteil 4 ist mit dem zweiten Bauteil 7 verbunden, der Hohlraum 11 mit einem Füllmaterial 13 gefüllt und auf dem ersten Bauteil 4 befindet sich eine Dekorfolie 16. In einem weiteren Schritt s17 können Aussparungen 18 für Komponenten ausgeschnitten, ausgefräst oder gelasert werden. Diese Aussparungen 18 können individuell nach Wunsch positioniert und ausgestaltet werden. Die Aussparungen 18 können für Cupholder, Staufächer, Zigarettenanzünder oder ähnliches vorgesehen werden.
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In 3a ist eine Draufsicht auf die Mittelkonsole gegeben. In der Mittelkonsole sind die Aussparungen 18 für die individuellen Komponenten bereits ausgeschnitten. In den Randbereichen der Aussparungen 18 sind wie in 3b gezeigt an der Innenseite 8 des zweiten Bauteils 7 Verstärkungsrippen 21 angebracht. In 3c ist eine Detailansicht gezeigt, wobei die Verstärkungsrippen 21 ebenfalls mittels Sandwichbauweise aus Naturfasermatten 2 hergestellt sind. Die Naturfasermatten 2 werden entsprechend der gewünschten Form thermisch und/oder mechanisch durch Tiefziehen oder Pressen in eine dreidimensionale Form gebracht und mittels eines Klebemittels an der Innenseite 8 des zweiten Bauteils 7 angebracht. Der Durch die Verstärkungsrippe und der Innenseite 8 des zweiten Bauteils 7 entstandene Hohlraum wird ebenfalls mit einem Füllmaterial 13 befüllt. Durch die Verstärkungsrippen 21 kann die Stabilität des Innenraumbauteils verstärkt werden. Die Verstärkungsrippen 21 werden bevorzugt an solchen Stellen angebracht, an denen am Innenraumbauteil erhöhte Kräfte auftreten. Solche Kräfte können durch eine erhöhte Gewichtsbelastung, beispielsweise ein Auflegen eines Armes oder an einem Staufach für Getränkeflaschen, auftreten.
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Um die Komponenten in den Aussparungen 18 zu befestigen, können wie in 3d gezeigt Löcher 23 in der Innenseite 8 des zweiten Bauteils 7 oder an den Verstärkungsrippen 21 vorgesehen sein, in welche Befestigungsmittel 22 angebracht werden können. Solche Befestigungsmittel 22 können eine Kombination von Dübel und Schraube oder ähnliches sein. Wie in 3d gezeigt wird der Dübel in das Loch eingebracht. Durch Eindrehen einer Schraube verhakt sich der Dübel im erhärteten Schaum oder Polystyrol. Die Komponenten können somit auf einfache technische Weise befestigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009048000 A1 [0005]
