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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verkleidungsteil, insbesondere für die Innenverkleidung von Kraftfahrzeugen, mit einer Dekorschicht, welche auf einer in einer Dickenrichtung druckelastischen Unterkonstruktion angeordnet ist, wobei die Unterkonstruktion gegenüberliegend der Dekorschicht eine erste Oberfläche aufweist und wobei zwischen der ersten Oberfläche und der Dekorschicht Abstandselemente angeordnet sind, welche die druckelastischen Eigenschaften der Unterkonstruktion bewirken.
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Gattungsgemäße druckelastische Verkleidungsteile sind aus
DE 10 2006 023 356 A1 ,
DE 10 2008 046 437 B4 sowie
DE 10 2010 010 524 B4 bekannt, wobei als Unterkonstruktion ein Abstandsgewirke vorgesehen ist und auf dem Abstandsgewirke als Unterkonstruktion insbesondere Leder oder Kunstleder als Dekorschicht angeordnet ist.
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Die genannten Druckschriften beschäftigen sich konkret mit dem Aufreißverhalten, wenn das Verkleidungsteil beispielsweise über einer Airbagklappe angeordnet wird. Für übrige Bereiche der Innenverkleidung eines Kraftfahrzeuges sowie Abschnitte einer Instrumententafel außerhalb von Airbags können ähnliche Verbundkonstruktionen vorgesehen sein, welche dann jedoch nicht spezielle vordefinierte Schwachstellen enthalten müssen.
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Die genannten Verkleidungsteile aus einem Abstandgewirke und einer darauf angeordneten Dekorschicht haben sich in der Praxis bewährt und zeichnen sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften aus. Das in einem Wirkprozess aus Fäden erzeugte Abstandsgewirke zeichnet sich durch sehr gute elastische Eigenschaften bei einem geringen Flächengewicht sowie eine lange Lebensdauer aus. Insgesamt kann das Abstandgewirke auch aufgrund seines vergleichsweise geringen Flächengewichtes kostengünstig als EndlosMaterial produziert und verarbeitet werden.
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Bei den bekannten Abstandgewirken sind zwei voneinander beabstandete, flächige Gewirkelagen durch Abstandsfäden miteinander verbunden, wobei die Abstandsfäden häufig als Monofilamente ausgebildet sind, um in Bezug auf den Materialeinsatz möglichst steife Eigenschaften zu erzeugen. In den einzelnen Abstandsfäden sind die Polymerketten in Längsrichtung ausgerichtet, wodurch die Abstandsfäden sich durch eine besonders hohe Langlebigkeit und ein gutes Rückstellvermögen auszeichnen. Auch diese Aspekte tragen zu den besonders vorteilhaften mechanischen Eigenschaften eines Abstandsgewirkes bei.
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Gerade beim Prototypenbau, bei Kleinserien oder bei sehr speziellen Anforderungen an ein Verkleidungsteil kann die Anpassung von bestehenden Produkten jedoch aufwendig und schwierig sein.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine alternative Ausgestaltung des Verkleidungsteils anzugeben, bei dem die druckelastischen Eigenschaften der Unterkonstruktion besonders flexibel angepasst und verändert werden können. Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Herstellung eines Verkleidungsteils angegeben werden.
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Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe sind ein Verkleidungsteil gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verkleidungsteils gemäß Patentanspruch 11.
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Erfindungsgemäß ist demnach ausgehend von einem gattungsgemäßen Verkleidungsteil vorgesehen, dass die erste Oberfläche erste Oberflächenelemente aufweist, wobei die ersten Oberflächenelemente und die Abstandselemente in einem additiven Fertigungsverfahren aus Kunststoff gebildet sind.
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Im Rahmen der Erfindung wird im Vergleich zu bekannten Verkleidungsteilen mit einem Abstandsgewirke und einer Dekorschicht ein ähnlicher Aufbau realisiert. Die Unterkonstruktion ist bewusst in eine erste Oberfläche mit Oberflächenelementen, davon separate Abstandselemente und gegebenenfalls eine zweite Oberfläche mit Oberflächenelementen aufgeteilt.
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Es ergibt sich der Vorteil, dass somit die von Abstandsgewirken bekannten und in der Praxis bewährten Strukturen und Eigenschaften zumindest in einem gewissen Maße nachgebildet werden können, selbst wenn die in dem additiven Fertigungsverfahren aus Kunststoff gebildete Unterkonstruktion in der Regel ein größeres Flächengewicht als ein hinsichtlich seiner Eigenschaften vergleichbares Abstandsgewirke aufweist.
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Dabei ist zu berücksichtigen, dass Abstandgewirke aufgrund der Bildung aus einzelnen Fäden sowie der hohen Festigkeit der einzelnen Fäden besonders effizient sind. Gerade für Kleinserien, den Bau von Prototypen und Sonderanfertigungen kann das erfindungsgemäße Verkleidungsteil jedoch vorteilhaft sein. Insbesondere ist es auch denkbar, zunächst zu Versuchszwecken oder für eine Bemusterung ein erfindungsgemäßes Verkleidungsteil zu bilden, welches dann später durch eine vergleichbare Konstruktion mit einem Abstandsgewirke ersetzt wird.
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Additive Fertigungsverfahren sind in vielfältige Ausführung aus der Praxis bekannt.
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Mit der Herstellung von Schuhen oder Teilen von Schuhen durch additive Fertigungsverfahren beschäftigen sich beispielsweise die Druckschriften
EP 2 203 082 B2 ,
WO 2016/137818 A1 ,
WO 2016/073155 A1 ,
WO 2014/066172 A1 und
EP 3 165 109 A1 .
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Weitere Druckschriften beschäftigen sich allgemein mit schwamm- oder gitterförmigen Strukturen, welche beispielsweise in der Medizintechnik eingesetzt werden können. Entsprechende Materialien sind beispielsweise aus
EP 2 440 387 B1 ,
DE 10 2013 011 243 A1 ,
WO 2015/120429 A1 ,
CN 106541568 A ,
WO 2015/164663 A1 ,
WO 2016/109591 A2 ,
WO 2015/109359 A1 ,
WO 2012/071477 A2 und
WO 2014/095872 A1 bekannt.
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Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich gegenüber bekannten Ausführungen insbesondere durch die unterschiedliche Ausgestaltung der in einer - gegebenenfalls gekrümmten - Ebene liegenden ersten Oberflächenelement und der davon grundlegend verschiedenen Abstandselementen, welche sich üblicherweise schräg oder senkrecht von der ersten Oberfläche weg erstrecken.
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Die Oberflächenelemente weisen vorzugsweise in einer Dickenrichtung der Unterkonstruktion eine einheitliche oder im Wesentlichen einheitliche Dicke auf. Insbesondere können die einzelnen Oberflächenelemente auch stern- oder ringförmig sein und mehrere Abstandselemente tragen.
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Besonders bevorzugt schließen an jedes Oberflächenelement zwischen eins und sechs, insbesondere zwischen zwei und vier Abstandselemente an. Insbesondere bei einer sternenförmigen Ausgestaltung der Oberflächenelemente können diese auch mit Öffnungen versehen sein, um ein möglichst geringes Flächengewicht zu erreichen. Beispielsweise können die Oberflächenelemente ausgehend von einer jeweils rechteckigen und insbesondere quadratischen Grundfläche an den Ecken ringförmige Abschnitte aufweisen, an denen jeweils ein Abstandselement angeschlossen ist. Die Abstandselemente können beispielsweise die Form von Spiralen, insbesondere Spiralfedern aufweisen.
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Grundsätzlich kommen jedoch auch andere Formen der Abstandselemente einerseits sowie der Oberflächenelemente in Betracht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten Oberflächenelemente nicht unmittelbar, sondern ausschließlich über die Abstandselemente miteinander verbunden sind. Auch wenn die ersten Oberflächenelemente eine gemeinsame Oberfläche bilden, so bleiben diese jedoch in der - gegebenenfalls gekrümmten - Ebene der ersten Oberfläche gegeneinander beweglich, so dass auch im Nachhinein noch eine gute Konturanpassung der ersten Oberfläche und damit der gesamten Unterkonstruktion möglich ist.
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Wie nachfolgend noch weiter erläutert, kann die Unterkonstruktion auch eine zweite aus Oberflächenelementen gebildete Oberfläche aufweisen, wobei die zweite Oberfläche bzw. die zweiten Oberflächenelemente in gleicher Weise ausgestaltet sind. Die Erläuterungen bezüglich der ersten Oberfläche sowie der ersten Oberflächenelemente beziehen sich somit auch auf die optional vorgesehene zweite Oberfläche bzw. die zweiten Oberflächenelemente.
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Zumindest die erste Oberfläche und die Abstandselemente und gegebenenfalls auch die zweite Oberfläche können gemeinsam in einem einzigen additiven Fertigungsverfahren aus Kunststoff, insbesondere auch einem nicht-elastischen thermoplastischen Kunststoff gebildet werden. Die ersten Oberflächenelemente und die Abstandselemente sowie gegebenenfalls die zweiten Oberflächenelemente gehen dann einheitlich ineinander über und bilden einen gemeinsamen Körper.
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Auch wenn bei den additiven Fertigungsverfahren die ersten Oberflächenelemente, die Abstandselemente und gegebenenfalls die zweiten Oberflächenelemente sukzessive aufgebaut werden, resultiert ein zusammenhängender, im Wesentlichen homogener Körper, welcher in diesem Sinne als einstückig zu bezeichnen ist. Je nach Art des additiven Fertigungsverfahrens können die aufeinander folgend gebildeten Abschnitte teilweise noch identifiziert werden. Es liegen aber anders als bei einem aus vorgefertigten Einzelteilen vorgefertigten Bauteil keine Schweißnähte, Klebstoffverbindungen, Rastverbindungen oder dergleichen vor.
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Die Dekorschicht kann entweder in dem additiven Fertigungsverfahren aus Kunststoff gebildet werden oder als separate Materialbahn zugeführt und mit der Unterkonstruktion verbunden werden.
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Entsprechend betrifft die Erfindung auch allgemein ein Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen Verkleidungsteils, wobei in einem additiven Fertigungsverfahren aus Kunststoff eine Unterkonstruktion mit zumindest eine erste Oberfläche bildenden ersten Oberflächenelementen sowie mit Abstandselementen gebildet wird und wobei die Unterkonstruktion mit einer Dekorschicht versehen wird.
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Gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem additiven Fertigungsverfahren aus Kunststoff auch eine zweite Oberfläche der Unterkonstruktion aus zweiten Oberflächenelementen gebildet, wobei nachfolgend die Dekorschicht als separate Materialbahn bereitgestellt und mit der zweiten Oberfläche verbunden, insbesondere kaschiert wird.
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Wenn gemäß der ersten Variante die Dekorschicht als separate Materialbahn bereitgestellt wird, so kann zwischen der Materialbahn der Dekorschicht und der zweiten Oberfläche gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung auch noch eine flexible Zwischenschicht angeordnet sein, damit sich die Struktur der zweiten Oberflächenelemente nicht an der Dekorschicht abzeichnen kann. Beispielsweise kann eine dünne Schicht auf flexiblem Schaumstoff vorgesehen sein, welche die elastischen Eigenschaften der Unterkonstruktion nicht wesentlich beeinträchtigt und gegebenenfalls auch luftdurchlässig sein kann. Die Dicke einer solchen Zwischenschicht kann beispielsweise zwischen 1 mm und 10 mm betragen.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens ist dagegen vorgesehen, dass in dem additiven Fertigungsverfahren aus Kunststoff die Dekorschicht unmittelbar an die Abstandselemente anschließend gebildet wird.
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Wie bereits zuvor beschrieben, kann die erste Oberfläche gerade dann auch noch gut verformbar und beweglich sein, wenn die ersten Oberflächenelemente nicht unmittelbar sondern ausschließlich über die Abstandselemente miteinander verbunden sind. Die Unterkonstruktion kann somit auch ohne weiteres auf besonders einfache Weise auf einer Ebene hergestellt und nachfolgend in gewünschter Weise verformt werden.
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Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die erste Oberfläche bei dem additiven Fertigungsverfahren mit einer nicht-ebenen Kontur gebildet wird, um bereits entsprechende räumliche Vorgaben für die weitere Verarbeitung bzw. hinsichtlich der endgültigen Form des Verkleidungsteils zu berücksichtigen.
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Wenn die Dekorschicht als separate Materialbahn bereitgestellt und mit der Unterkonstruktion, insbesondere einer zweiten Oberfläche der Unterkonstruktion verbunden wird, so kann die Dekorschicht beispielsweise aus Leder, Kunstleder, Textil, Vlies, Folie oder einem Verbundlaminat bestehen, wobei - wie zuvor beschrieben - eine Zwischenschicht vorgesehen sein kann.
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Die Abstandselemente verleihen dem Verkleidungsteil druckelastische Eigenschaften. Um dies zu ermöglichen, können die Abstandselemente grundsätzlich auch aus einem elastischen Kunststoff gebildet sein, die auch ohne weiteres in einem additiven Fertigungsverfahren und insbesondere einem einfachen 3D-Druckverfahren gebildet werden können.
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Es ergibt sich jedoch der Nachteil, dass geeignete thermoplastische Elastomere relativ teuer sind. Zusätzlich oder alternativ kann auch gerade durch die Formgebung der Abstandselemente eine Elastizität - ähnlich wie bei den Abstandsfäden eines Abstandsgewirkes - erreicht werden, selbst wenn der Kunststoff gemäß den üblichen Definitionen nicht als Elastomer zu klassifizieren ist. Beispielsweise können die Abstandselemente spiralförmig entlang der Dickenrichtung verlaufen, so dass sich eine Schraubenform ergibt.
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Die Unterscheidung zwischen elastischem und nicht-elastischem Kunststoff bezieht sich dabei auf die in der Polymerchemie üblichen Definition und Zuordnung, wobei exemplarisch auf das Saechtling-Kunststofftaschenbuch, 29. Auflage 2004 verwiesen wird. Auch wenn Kunststoffe wie herkömmliches Polyamid, Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat, und die meisten Polyolefine bei einer Druck- und Zugbelastung auch eine geringfügige elastische Rückstellung aufweisen, so werden diese Materialien jedoch nach der allgemeinen Zuordnung nicht als elastisch bezeichnet. Thermoplastische Elastomere sind in dem zitieren Saechtling-Kunststofftaschenbuch, 29. Auflage 2004 in dem Abschnitt 6.19 „Thermoplastische Elastomere TPE“, S. 568 ff. aufgeführt.
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Grundsätzlich kommen im Rahmen der Erfindung sämtliche additive Fertigungsverfahren für die Bildung der Unterkonstruktion in Betracht, wozu exemplarisch gemäß der VDI-Richtlinie 3405 auf die Verfahren Stereolithographie, Laser-Sintern und Strahlschmelzen, Fused Layer Modeling/Manufacturing oder Fused Deposition Modeling, Multi-Jet Modeling, Poly Jet Modeling, 3D-Printing, Layer Laminated Manufacturing oder Laminated Object Manufacturing, Masken Sintern und Digital Light Processing verwiesen wird.
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Im Rahmen der Erfindung kann die Unterkonstruktion im unkomprimierten Zustand insbesondere eine Dicke zwischen 1 mm und 20 mm, insbesondere zwischen 5 mm und 10 mm aufweisen. Bevorzugt ist die Unterkonstruktion davon ausgehend um zumindest 30 %, insbesondere 50 % elastisch komprimierbar.
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Zuvor wurde erläutert, dass die ersten Oberflächenelemente der ersten Oberfläche und gegebenenfalls auch die zweiten Oberflächenelemente der zweiten Oberfläche nicht unmittelbar sondern ausschließlich über die Abstandselemente miteinander verbunden sind. Entsprechend ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass die Abstandselemente nicht unmittelbar sondern nur über die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche bzw. die Dekorschicht miteinander verbunden sind. Auch durch eine solche Ausgestaltung wird insgesamt eine gute Beweglichkeit der Unterkonstruktion sichergestellt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Verkleidungsteil, insbesondere für die Innenverkleidung von Kraftfahrzeugen in einer perspektivischen Ansicht,
- 2 lediglich eine Unterkonstruktion des Verkleidungsteils gemäß 1,
- 3 eine Draufsicht auf die Unterkonstruktion gemäß der 2.
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Die 1 zeigt ein Verkleidungsteil, insbesondere für die Innenverkleidung von Kraftfahrzeugen mit einer lediglich zum Teil dargestellten Dekorschicht 1, welche auf einer in einer Dickenrichtung D druckelastischen Unterkonstruktion 2 angeordnet ist. Die Unterkonstruktion 2 weist gegenüberliegend der Dekorschicht 1 eine erste Oberfläche 3 auf, welche aus ersten im Wesentlichen eben angeordneten Oberflächenelementen 4 gebildet ist.
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Unter der Dekorschicht 1 weist die Unterkonstruktion 2 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine zweite Oberfläche 5 auf, die aus zweiten Oberflächenelementen 6, 6' gebildet ist.
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Die beiden Oberflächen 3, 5 sind in dem Ausführungsbeispiel in gleicher Weise gefertigt, so dass die sichtbare Struktur der zweiten Oberfläche 5 mit den zweiten Oberflächenelementen 6, 6' auch der Struktur der ersten Oberfläche mit den ersten Oberflächenelementen 4 im Wesentlichen entspricht. Die Oberflächenelemente 4, 6, 6' sind jedoch in den beiden Oberflächen 3, 5 unterschiedlich, das heißt versetzt zueinander angeordnet, um - wie nachfolgend noch weiter erläutert - eine zusammenhängende Struktur zu bilden.
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Zwischen der ersten Oberfläche 3 und der Dekorschicht 1, also in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen den beiden Oberflächen 3, 5 sind Abstandselemente 7 angeordnet, welche die druckelastischen Eigenschaften der Unterkonstruktion 2 bewirken.
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Die Abstandelemente 7 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel spiralförmig entlang der Dickenrichtung D angeordnet und wirken somit als eine Art Schraubenfeder.
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Erfindungsgemäß sind das erste Oberflächenelement 4 und die Abstandselemente 7 in einem additiven Fertigungsverfahren aus Kunststoff gebildet.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gesamte Unterkonstruktion 2 mit beiden Oberflächen 3, 5 sowie den dazwischen angeordneten Abstandselementen 7 in einem additiven Fertigungsverfahren, beispielsweise durch einen 3D-Druck aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet.
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Da die Elastizität der Abstandselemente 7 durch die Spiralform erreicht wird, kann für die gesamte Unterkonstruktion 2 ein einheitlicher nicht-elastischer thermoplastischer Kunststoff eingesetzt werden.
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Die Dekorschicht 1 ist in geeigneter Weise auf der Unterkonstruktion 2 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Dekorschicht 1 und der zweiten Oberfläche 5 der Unterkonstruktion 2 eine flexible Zwischenschicht 8 angeordnet, welche insbesondere aus Schaumstoff mit einer Dicke zwischen 1 mm und 10 mm gebildet sein kann. Durch die Zwischenschicht 8 wird sichergestellt, dass die Struktur der aus den zweiten Oberflächenelementen 6, 6' gebildeten zweiten Oberfläche 5 sich nicht an der Dekorschicht 1 abzeichnen kann.
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Die von einer separaten Materialbahn gebildete Dekorschicht 1 kann beispielsweise aus Leder, Kunstleder, Textil, Vlies, Folie oder einem Verbundlaminat bestehen, wobei hierzu auch auf übliche Dekorschichten bekannter Verkleidungsteile zurückgegriffen werden kann. Erfindungsgemäß wird eine solche an sich bekannte Dekorschicht mit einer Unterkonstruktion kombiniert, welche sehr flexibel in einem additiven Fertigungsverfahren aus Kunststoff gebildet ist.
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Die Dicke der Unterkonstruktion 2 kann beispielsweise zwischen 5 mm und 20 mm betragen, wobei in Bezug auf die Dicke im unkomprimierten Zustand die Unterkonstruktion 2 vorzugsweise um zumindest 30 %, insbesondere um zumindest 50 % elastisch komprimierbar ist.
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Zum besseren Verständnis der Struktur der Unterkonstruktion ist diese in den 2 und 3 ohne die Dekorschicht 1 und ohne die Zwischenschicht einerseits in einer Perspektive und andererseits in einer Draufsicht dargestellt.
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Insbesondere der Draufsicht gemäß der 3 ist zu entnehmen, dass das erste Oberflächenelement 4 in einer Art sternenförmigen Konfiguration vorliegt, wobei im Hinblick auf die sternenförmige Konfiguration ausgehend von einem Quadrat an den Ecken ringförmige Strukturen vorgesehen sind, welche durch abgerundete Stege miteinander verbunden sind.
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Aus der 3 ist des Weiteren ersichtlich, dass das erste Oberflächenelement 4 nicht unmittelbar sondern ausschließlich über die Abstandselemente 7 miteinander verbunden ist. In der Ebene ist das Oberflächenelement 4 also noch gegeneinander in einem gewissen Maße beweglich und lediglich entlang der Dickenrichtung D gegen die zweite Oberfläche 5, das heißt zugeordnete zweite Oberflächenelemente 6, 6' abgestützt. An der zweiten Oberfläche 5 sind in gleicher Weise zwei unterschiedliche Arten von zweiten Oberflächenelementen 6, 6' vorgesehen.
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Bezüglich der in der Draufsicht in etwa sternenförmigen ersten Oberflächenelemente 4 können unterschiedlich viele Abstandselemente 7 angeschlossen sein, je nachdem wie darüber die zweiten Oberflächenelemente 6, 6' angeordnet sind. Üblicherweise sind an die sternenförmigen Oberflächenelemente 4 der ersten Oberfläche 3 jeweils zwischen zwei und vier Abstandselemente 7 angeschlossen.
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Da die einzelnen Abstandselemente 7 spiralförmig zwischen den beiden Oberflächen 3, 5 verlaufen, ist auch klar, dass auch die Abstandselemente 7 untereinander nicht direkt sondern nur über die entsprechenden Oberflächenelemente 4, 6, 6' verbunden sind, wodurch insgesamt auch eine gute Beweglichkeit erreicht wird.
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Im Rahmen des dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Dekorschicht 1 als separate Materialbahn zugeführt. Grundsätzlich liegt es jedoch auch im Rahmen der Erfindung, wenn in dem additiven Fertigungsverfahren aus Kunststoff die erste Oberfläche 3 mit dem zugeordneten Oberflächenelement 4, gemeinsam mit den Abstandselementen 7 sowie der Dekorschicht 1 gebildet werden. Wenn also auch die Dekorschicht 1 aus Kunststoff in den additiven Fertigungsverfahren gebildet wird, so kann dann gegebenenfalls auf die zweite Oberfläche 5 verzichtet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006023356 A1 [0002]
- DE 102008046437 B4 [0002]
- DE 102010010524 B4 [0002]
- EP 2203082 B2 [0014]
- WO 2016/137818 A1 [0014]
- WO 2016/073155 A1 [0014]
- WO 2014/066172 A1 [0014]
- EP 3165109 A1 [0014]
- EP 2440387 B1 [0015]
- DE 102013011243 A1 [0015]
- WO 2015/120429 A1 [0015]
- CN 106541568 A [0015]
- WO 2015/164663 A1 [0015]
- WO 2016/109591 A2 [0015]
- WO 2015/109359 A1 [0015]
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- WO 2014/095872 A1 [0015]
