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Beschrieben werden ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, eine Blende eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug.
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Verfahren zur Herstellung von Verbundbauteilen, Blenden von Kraftfahrzeugen sowie Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt.
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Zur Herstellung hochwertiger, robuster, glatter und glänzender Designoberflächen von Kraftfahrzeugen ist es bekannt, eine Oberfläche eines, meist aus Kunststoff bestehenden, Bauteils mit einem Material zu überfluten, das glatt und glänzend aushärtet, wie zum Beispiel flüssigem Polyurethan. Das Kunststoffbauteil wird dazu in einem Spritzgusswerkzeug hergestellt, wobei zwischen einem ersten Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug im geschlossenen Zustand des Werkzeugs eine erste Kavität gebildet wird, in die das das Kunststoffbauteil formende Kunststoffmaterial eingespritzt wird. Der aushärtende Kunststoff verbleibt im Unterwerkzeug, wonach ein zweites Oberwerkzeug verwendet wird, das im geschlossen Zustand zusammen mit dem Unterwerkzeug eine zweite Kavität bildet. In diese Kavität wird dann z.B. flüssiges Polyurethan (PU bzw. PUR) eingeleitet, das sich mit dem Kunststoffbauteil verbindet und im Spritzgusswerkzeug verfestigt. Abschließend wird das so beschichtete Kunststoffbauteil dem Werkzeug nach dessen Öffnung, beispielsweise mittels Auswerfer, entnommen. Die Vielzahl an erforderlichen Werkzeugen und die Komplexität des Spritzgusswerkzeugs machen dieses Verfahren teuer. Zudem ist der Platzbedarf erheblich.
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Bekannt ist auch ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, bei dem sowohl das Trägerbauteil als auch die Außenhaut im gleichen Werkzeug erzeugt werden, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt nach dem Spritzgiessen das Oberwerkzeug etwas angehoben wird, so dass eine flache Kavität entsteht, in die das Polyurethan geflutet wird. Beim Anheben des Oberwerkzeugs läuft das flüssige PU aus dem Werkzeug heraus, wodurch die Prozesssicherheit nicht mehr gewährleistet ist. Zudem verursacht das austretende PU erhebliche Verschmutzungen und damit Verzögerungen im Prozess.
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Aus der
DE 10 2009 006 300 A1 ist ein Fahrzeug-Außenflächenbauteil offenbart, das in außenseitiger Anordnung an einem Fahrzeug anbringbar ist und das eine Trägerstruktur und eine Außenhaut mit einer Glasoptik oder Glas ähnlichen Optik aufweist. Zur einfachen und kostengünstigen Herstellung eines derartigen Fahrzeug-Außenflächenbauteils ist vorgesehen, dass die Trägerstruktur als thermoplastisches Formteil oder in Composite-Leichtbauweise hergestellt ist und die Außenhaut aus einem zumindest teilweise transparenten Kunststoff durch Fluten unmittelbar auf die Trägerstruktur aufgebracht ist
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Somit stellt sich die Aufgabe, Verfahren zur Herstellung von Verbundbauteilen, Blenden von Kraftfahrzeugen sowie Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass eine Herstellung eines Verbundbauteils mit einer durch Überflutung erzeugten Deckschicht prozesssicher, kostengünstig und sauber zu realisieren.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils gemäß Anspruch 1, eine Blende eines Kraftfahrzeugs gemäß dem nebengeordneten Anspruch 9 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10. Weiterführende Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, wobei das Verbundbauteil aus einem Trägerbauteil und einer Deckschicht besteht, wobei die Deckschicht durch Überfluten des Trägerbauteils in einer Spritzgussform mit einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug hergestellt wird, wobei das Trägerbauteil mit einem umlaufenden, einen Hinterschnitt aufweisenden Randabschnitt ausgebildet wird, der von einer Deckschichtseite absteht, wobei das Trägerbauteil durch Zurückverlagerung von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug zueinander elastisch verformt wird, wobei das Trägerbauteil am Randabschnitt fluiddicht in der Spritzgussform gehalten wird, wodurch ein Spalt zwischen Trägerbauteil und Spritzgussform entsteht, wobei das Trägerbauteil über den Spalt mit einem Deckschichtmaterial überflutet wird.
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Durch das Vorsehen eines umlaufenden Randabschnitts mit einem Hinterschnitt kann eine umlaufend geschlossene Fläche sowie ein durch diese Fläche definiertes Volumen gebildet werden, in welches das Deckschichtmaterial eingebracht werden kann, sodass ein unkontrollierter Überlauf des Deckschichtmaterials verhindert werden kann.
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Gleichzeitig ist es mit dem beschriebenen Verfahren nicht mehr notwendig, zwei verschiedene Oberwerkzeuge zu verwenden, was das Verfahren beschleunigt und den Platzbedarf reduziert.
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In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Trägerbauteil in der Spritzgussform gegossen wird.
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Hierdurch kann die Erstellung des Verbundbauteils rationalisiert werden, da sowohl Trägerbauteil als auch Deckschicht in der gleichen Spritzgussform hergestellt werden können. Die notwendige Anzahl an Werkzeugen sowie Handhabungsschritten wird reduziert.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Trägerbauteil aus einem hochviskosen Material gegossen wird, insbesondere PC (Polycarbonat), PMMA (Polymethylmethacrylat) oder PA 12 (Polyamid 12).
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Trägerbauteil durch einen Spritzprägeprozess hergestellt wird.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Trägerbauteildicke zwischen 2 und 4 mm beträgt.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Deckschicht aus einem niedrigviskosen Material gegossen wird, insbesondere PUR (Polyurethan).
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Hierdurch wird die Überflutungszeit kürzer ausfallen als bei höherviskosen Materialien und die Wahrscheinlichkeit von Schlieren durch Brechungsindices-Schwankungen wird reduziert.
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Polyurethanwerkstoffe können so ausgewählt werden, dass diese nach Verfestigung kratzfest sind.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Schichtdicke des PUR-Materials zwischen 0,3 und 0,7 mm beträgt.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Randabschnitt nach der Überflutung mit dem Deckschichtmaterial abgetrennt wird.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die fluiddichte Halterung des Randabschnitts durch Aufschrumpfen von Spritzgussmaterial auf die Spritzgussform hergestellt wird, wozu in der Spritzgussform eine umlaufende Ausnehmung vorgesehen ist, die vom Material des Trägerbauteils ausgefüllt wird.
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Hierdurch kann eine gute Abdichtung zwischen Trägerbauteil und Spritzgussform erreicht werden, sodass ein Auslaufen des Deckschichtmaterials unwahrscheinlich wird.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Deckschichtmaterial in einem Randbereich sowie in einem Mittenbereich in den Spalt eingespritzt wird.
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Der Vorteil hieran ist, dass dadurch der Überflutungsschritt weiter beschleunigt werden kann. Durch die Zuleitung im Bereich der Bauteilmitte können sich Düsenabdrücke am Bauteil ergeben, sodass diese Weiterbildung besonders geeignet ist für Verbundbauteile, die in diesem Bereich nicht glattflächig gestaltet sein sollen, z.B. einen Knick oder ein Logo oder dergleichen aufweisen. Ein Abdruck am Randabschnitt ist optisch nicht relevant, da der Abschnitt abtrennbar gestaltet werden kann.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass auf der der Deckschicht gegenüberliegenden Seite des Trägerbauteils ein Display oder eine Funktionsfolie angeordnet wird, das durch Einspritzen eines adhäsiven Verbundsystems mit dem Trägerbauteil verklebt wird.
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Hierdurch kann das Verbundbauteil zum Beispiel ein Display aufweisen oder darstellen. Mithilfe des adhäsiven Verbundsystems, z.B. einer weiteren PUR-Schicht, kann eine vollflächige Verklebung der Funktionsfolie oder des Displays erreicht werden.
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In einer hierauf aufbauenden weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein Werkzeugteil eine Überlaufkavität für den PUR-Werkstoff aufweist.
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Ein erster unabhängiger Gegenstand betrifft eine Blende eines Kraftfahrzeugs, hergestellt nach dem zuvor beschriebenen Verfahren.
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In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Verbundbauteil eine Frontblende eines Kraftfahrzeugs bildet.
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Dies ist insbesondere bei Elektrofahrzeugen relevant, um den Bereich der Kraftfahrzeugfront abzudecken, der sonst vom Kühlergrill bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren eingenommen wird. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Verbundbauteil auch eine Blende im Interieur des Fahrzeugs bilden.
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Ein weiterer unabhängiger Gegenstand betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Blende der zuvor beschriebenen Art.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen schematisch:
- 1 eine Frontansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer als Verbundbauteil ausgebildeten Frontblende;
- 2 die Frontblende aus 1 in einem unfertigen Zustand;
- 3 ein Schnitt durch ein Spritzgiesswerkzeug zur Herstellung der Frontblende;
- 4 ein weiterer Schnitt durch das Spritzgiesswerkzeug aus 3 zu einem anderen Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens;
- 5 ein weiterer Schnitt durch das Spritzgiesswerkzeug aus 3, sowie
- 6 ein Unterwerkzeug des Spritzgiesswerkzeugs aus 3 in perspektivischer Ansicht.
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1 zeigt eine Frontansicht eines Kraftfahrzeugs 2 mit einer als Verbundbauteil ausgebildeten Frontblende 4. Das Kraftfahrzeug 2 ist vorliegend ein Elektrofahrzeug.
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Die Frontblende 4 deckt einen Bereich ab, an dem bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen in der Fahrzeugfront Lufteinlässe vorgesehen werden müssen.
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Während des Fahrens des Kraftfahrzeugs 2 ist die Kraftfahrzeugfront 6 starken Belastungen durch Schmutz sowie aufprallenden Gegenständen wie zum Beispiel Kies oder Steinen ausgesetzt. Neben einer ansehnlichen Ästhetik ist es daher wichtig, dass die Frontblende 4 sehr robust ist.
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Dies wird erreicht durch einen Verbund aus einem Trägerbauteil mit einer hochbelastbaren, optisch ansehnlichen Deckschicht, die wie nachfolgend beschrieben aufgebracht wird.
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Die fehlende Notwendigkeit von Lufteinlässen erhöht die Gestaltungsfreiheit und erlaubt unter anderem das Vorsehen Funktionsbauteilen wie etwa Displays in der Frontblende, die zum Beispiel zur Anzeige eines Nummernschildes, einer Behörde (z.B. Polizei) oder eines Unternehmens (z.B. Taxiunternehmen), eines Fahrzustandes (z.B. „Taxi frei“ oder „Taxi besetzt“) oder anderer Informationen verwendet werden können.
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2 zeigt die Frontblende 4 aus 1 in einem unfertigen Zustand.
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Die Frontblende 4 ist von einer Vorderseite A aus dargestellt.
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Die Frontblende 4 weist ein Trägerbauteil 8 auf. Das Trägerbauteil 8 ist spritzgeprägt und weist mehrere Anspritzpunkte 10 auf. Das Trägerbauteil 8 ist aus einem im flüssigen Zustand zähflüssigen, hochviskosen Kunststoff hergestellt, hier PC.
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Auf der Vorderseite 4 ist eine Deckschicht 12 aufgebracht. Die Deckschicht 12 ist durch Überfluten des Trägerbauteils 8 auf dasselbe aufgebracht.
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Das Trägerbauteil 8 weist einen Schnittrand 14 auf, der später abgetrennt werden wird, um die Frontblende 4 fertig zu stellen.
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Der Schnittrand 14 wird durch einen umlaufend vorspringend ausgebildeten Randabschnitt 16 begrenzt. Durch den Randabschnitt 16 wird eine Fläche definiert, innerhalb derer die Deckschicht 12 aufgebracht werden soll.
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Auf der Rückseite des Trägerbauteils 8 ist gestrichelt ein Display 18 dargestellt, das einlaminiert ist.
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3 zeigt einen Schnitt durch ein Spritzgiesswerkzeug 20 zur Herstellung der Frontblende 4.
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Das Spritzgiesswerkzeug 20 weist ein Oberwerkzeug 22 und ein Unterwerkzeug 24 auf. Zwischen Oberwerkzeug 22 und Unterwerkzeug 24 ist durch Spritzgießen das Trägerbauteil 8 entstanden.
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Mithilfe von Aktuatoren 26 können Oberwerkzeug 22 und Unterwerkzeug 24 voneinander entfernt werden, um einen Spalt 28 zu erzeugen.
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4 zeigt einen weiteren Schnitt durch das Spritzgiesswerkzeug aus 3 zu einem anderen Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens der Frontblende 4.
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Durch das Anheben des Oberwerkzeugs 22 vom Unterwerkzeug 24 ist zwischen dem Trägerbauteil 8 und den Werkzeugen 22, 24 ebenfalls ein Spalt 28 entstanden, der zum Überfluten mit dem im flüssigen Zustand niedrigviskosen Deckschichtmaterial, vorliegend PUR, dient. Das Trägerbauteil 8 hat sich aufgrund des Anhebens leicht deformiert und bildet dadurch die entsprechenden Kavitäten bzw. den Spalt 28.
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An den Trägerbauteil 8 ist ein Hinterschnitt 30 im Randabschnitt 16 ausgebildet, der ein unkontrolliertes Auslaufen des Deckschichtmaterials verhindert.
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5 zeigt einen weiteren Schnitt durch das Spritzgießwerkzeug 20 aus 3.
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In den Unterwerkzeug 24 sind mehrere Spritzdüsen 32 vorgesehen, die an einem Randbereich sowie an einem mittleren Bereich der Frontblende 4 in die Spritzkavität münden.
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Die Spritzdüsen 32 sind mittels eines Kanals 34 miteinander verbunden, der in einer Pumpe 36 mündet, mithilfe derer das Deckschichtmaterial zu den Spritzdüsen 32 befördert wird.
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6 zeigt das Unterwerkzeug 24 des Spritzgießwerkzeugs 20 aus 3 in perspektivischer Ansicht.
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Das Unterwerkzeug 24 weist einen mittels mehrerer Aktuatoren 26 beweglichen Rahmen 38 auf, der einen Prägekern 40 umgibt. Das Trägerbauteil 8 der Frontblende 4 wird durch die Bewegung des Rahmens 38 mit angehoben.
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Der Herstellungsprozess der Frontblende 4 weist mehrere Prozessschritte auf. Der erste Prozessschritt ist ein Spritzprägen des Trägerbauteils 8, das je nach Anwendung mit Stärken von 2 bis 4 mm hergestellt wird.
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Der zweite Prozessschritt ist das Überfluten der Vorderseite A des Trägerbauteils 8 mit Deckschichtmaterial durch Anheben des beweglichen Rahmens 38 mittels der Aktuatoren 26, wodurch das Trägerbauteil 8 elastisch verformt wird, wodurch eine Kavität zwischen Spritzgusswerkzeug und Trägerbauteil 8 entsteht, und Überfluten der dadurch entstehenden Kavität mit niedrigviskosem Deckschichtmaterial.
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Soll, wie hier, auf der der Deckschicht 12 gegenüberliegenden Seite ein Display 18 eingebracht werden, kann die Rückseite des Trägerbauteils 8 mit einem adhäsiven Material, z.B. PU, durchflutet werden.
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Nach hinreichendem Aushärten der Frontblende 4 wird der Schnittrand 14 abgestanzt oder abgeschnitten.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009006300 A1 [0005]
