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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Kraftfahrzeug-Verkleidungsteils. Das Kraftfahrzeug-Verkleidungsteil umfasst ein dreidimensional geformtes Verkleidungselement aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial mit einer bestimmungsgemäßen Sichtseite und einer der Sichtseite gegenüberliegenden Innenseite und umfasst ferner wenigstens einen mit dem Verkleidungselement verbundenen Lichtleitfaser. Kraftfahrzeug-Verkleidungsteile dienen jeher zur Abdeckung der darunterliegenden Karosserie des Kraftfahrzeuges. Um bei einem Kraftfahrzeug-Verkleidungsteil eine Beleuchtung oder Lichtakzente zu realisieren können Lichtleitfasern vorgesehen sein.
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Die Verbindung von Lichtleitfaser und Kraftfahrzeug-Verkleidungsteil erfolgt über mechanische Verbindungstechniken, wie beispielsweise Verrastungen oder Verclipsungen. Die Lichtleitfasern können hierbei jedoch leicht beschädigt werden und die Montageprozesse sind aufwendig und teuer. Zudem beeinträchtigen mechanische Verbindungstechniken die Lichtleitung bzw. die homogene Lichtauskopplung aus der Lichtleitfaser negativ.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Verkleidungsteils anzugeben, welches keine Restriktionen hinsichtlich der dreidimensionalen Kontur des herzustellenden Kraftfahrzeug-Verkleidungsteils aufweist und gewährleistet, dass es zu keiner Beeinträchtigung oder Zerstörung der Lichtleitfaser kommt.
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Diese Aufgabe wird vorliegend gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Kraftfahrzeug-Verkleidungsteils mit:
- - einem dreidimensional geformten Verkleidungselement aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial mit einer bestimmungsgemäßen Sichtseite und einer der Sichtseite gegenüberliegenden Innenseite und
- - wenigstens einer mit dem Verkleidungselement verbundenen Lichtleitfaser,
umfassend die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen des dreidimensional geformten Verkleidungselements,
- - Einbringen von thermischer Energie auf wenigstens einer der Seiten des Verkleidungselementes zum lokalen Erweichen oder zum lokalen Aufschmelzen des thermoplastischen Kunststoffmaterials des Verkleidungselementes oder einer Beschichtung aus einem thermoplastischen Material auf dem Verkleidungselement in dem Bereich oder in den Bereichen auf dem oder auf denen die Lichtleitfaser aufgebracht werden soll,
- - Bewegen eines Applikationskopfes längs eines vorgegebenen Ablegepfads und entlang der dreidimensional geformten Kontur des Verkleidungselementes mittels einer in allen Raumrichtungen verfahrbaren Verfahreinheit und Bereitstellen der Lichtleitfaser unter Verwendung des Applikationskopfes, wobei der Applikationskopf die Lichtleitfaser kontinuierlich oder diskontinuierlich auf den Bereich oder auf die Bereiche des Verkleidungselements fördert,
- - Einbringen der Lichtleitfaser in das lokal erweichte oder in das lokal aufgeschmolzene Material des Bereiches oder der Bereiche des Verkleidungselementes um die Lichtleitfaser mit dem Verkleidungselement zu verbinden,
- - Lagefixieren der mit dem Verkleidungselement verbundenen Lichtleitfaser durch Abkühlung des thermoplastischen Materials des Bereichs oder der Bereiche auf Raumtemperatur.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es ein Kraftfahrzeug-Verkleidungsteil herzustellen, dass keinen Restriktionen hinsichtlich der dreidimensionalen Kontur des Verkleidungselementes unterliegt. Dies aufgrund der Tatsache, dass die mit dem Verkleidungselement verbundenen Lichtleitfaser nicht über eine separate Trägerfolie mit dem Verkleidungselement verbunden wird, sondern das Verkleidungselement selbst oder die vorhandene Beschichtung aus einem thermoplastischen Material auf dem Verkleidungselement selbst die Tragstruktur für die Lichtleitfaser bildet und die Lichtleitfaser unmittelbar mit dem Verkleidungselement verbunden wird.
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Das Einbringen von thermischer Energie zum lokalen erweichen oder zum lokalen Aufschmelzen des thermoplastischen Kunststoffmaterials des Verkleidungselementes oder einer Beschichtung aus einem thermoplastischen Material auf dem Verkleidungselement kann direkt oder indirekt erfolgen. Direkt bedeutet, dass die thermische Energie unmittelbar in dem thermoplastischen Kunststoffmaterial des Verkleidungselements oder der Beschichtung umgesetzt wird in dem zum Beispiel ein Laserstrahl absorbiert, über Ultraschallanregung Reibungswärme erzeugt oder über Wärmeleitung thermische Energie eingebracht wird. Ein indirektes Einbringen von thermischer Energie kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Lichtleitfaser bis an oder über die Erweichungstemperatur oder die Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffmaterials erwärmt wird bevor er auf den Bereich oder auf die Bereiche des Verkleidungselements gefördert wird. In diesem Fall erfolgt das Einbringen von thermischer Energie und das Einbringen der Lichtleitfaser in das lokal erweichte oder in das lokal aufgeschmolzene Material des Bereichs oder der Bereiche des Verkleidungselementes zeitgleich. Auch eine Kombination einer direkten oder indirekten Einbringung von thermischer Energie liegt im Rahmen der Erfindung.
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Das Einbringen der thermischen Energie erfolgt bevorzugt mittels wenigstens einer Heizvorrichtung. Diese Heizvorrichtung kann insbesondere wenigstens eine Ultraschall-Sonotrode oder eine Laserstrahlquelle oder eine beheizte Rolle umfassen.
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Bei Verwendung einer Heizvorrichtung kann diese bevorzugt an dem Applikationskopf befestigt und mit diesem zusammen verfahrbar sein. Möglich ist natürlich auch die Heizvorrichtung separat von dem Applikationskopf über das dreidimensional geformte Verkleidungselement zu bewegen. Wirtschaftlicher und präziser ist jedoch die Kombination von Heizvorrichtung und Applikationskopf mit der in allen Raumrichtungen verfahrbaren Verfahreinheit.
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Die Lichtleitfaser kann in einer durchgängigen Schleife oder mäanderförmig verlegt werden. Die Lichtleitfaser kann insbesondere ein Array bilden.
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Um Licht gezielt aus der Lichtleitfaser auskoppeln zu können, kann die Lichtleitfaser Störstellen aufweisen. Die Störstellen können hierbei die Totalreflexion innerhalb der Lichtleitfaser bereichsweise unterbinden. Hierfür können beispielsweise transparenten Mikrokugeln mit leicht unterschiedlichem Brechungsindex innerhalb der Lichtleitfaser vorgesehen sein, oder über partielles Aufrauen gezielt diffuse Bereiche in das transparente Material der Lichtleitfaser eingebracht werden.
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Die Verfahreinheit umfasst bevorzugt einen Roboterarm, besonders bevorzugt einen drei oder mehrachsigen Roboterarm.
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Die Dicke der Lichtleitfaser liegt bevorzugt in einem Bereich von 20 µm bis 3000 µm. Die Bereitstellung des Verkleidungselements kann insbesondere durch einen Schritt des Spritzgießen des Verkleidungselementes erfolgen.
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Das thermoplastische Kunststoffmaterials des Verkleidungselementes und/oder der Beschichtung kann Polysulfon (PSU), Poly(ethersulfon) (PES), Polyetherimid (PEI), Po-ly(phenylensulfid) (PPS), Polyphenylensulfon (PPSU), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketone (PEK), Polyamidimid (PAI), Poly-m-phenylenisophthalamid (PMI), Polyphthalamide (PPA), Polybenzimidazole (PBI), Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxylalkan (PFA), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephtalat (PBT), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol (PS), Syndiotaktisches Polystyrol (sPS), Polycarbonat (PC), Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN), Polyphenylenether (PPE), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polylactat (PLA), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere (ASA) oder Mischungen der vorgenannten Werkstoffe umfassen. Sämtliche vorgenannten Werkstoffe oder Mischungen von Werkstoffen können zudem Verstärkungsfasern oder Verstärkungspartikel aufweisen.
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Nach dem Einbringen der Lichtleitfaser kann eine Schutzschicht auf den Bereich oder auf die Bereiche aufgebracht werden. Die Schutzschicht versiegelt hierbei diejenigen Bereiche der Lichtleitfaser die noch aus dem Kunststoffmaterial des Verkleidungselementes oder aus der Beschichtung aus einem thermoplastischen Material herausstehen.
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Das Verkleidungselement kann eine Stoßfängerverkleidung, eine Radom, ein Spoiler, eine Türverkleidung, eine Klappenverkleidung, eine Dachverkleidung, eine Kotflügelverkleidung, eine Kühlerverkleidung, ein Spiegelgehäuse oder eine Heckklappenverkleidung sein. Das Verkleidungselement kann auch ein Bestandteil einer Stoßfängerverkleidung, eines Radoms, eines Spoilers, einer Türverkleidung, einer Klappenverkleidung, einer Dachverkleidung, einer Kotflügelverkleidung, eines Spielgehäuses oder eine Heckklappenverkleidung sein.
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Das Verkleidungselement weist bevorzugt eine Wandstärke im Bereich von 0,8 mm bis 5,0 mm auf.
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Die Lichtleitfaser kann mit einem Haftvermittler und/oder mit einem mit dem thermoplastischen Kunststoffmaterial des Verkleidungselementes artgleich, identisch oder kompatiblem weiteren Kunststoffmaterial überzogen sein. Eine Haftvermittelnde Beschichtung erlaubt oder verbessert die Haftung zwischen der Lichtleitfaser und dem thermoplastischen Material des Verkleidungselementes oder der Beschichtung aus einem thermoplastischen Material auf dem Verkleidungselement.
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Die Lichtleitfaser kann auf der Innenseite des Verkleidungselements angeordnet werden, wobei das thermoplastische Kunststoffmaterial des Verkleidungselementes aus einem transluzenten oder transparenten Material, welches für Spektralbereiche des sichtbaren Lichts mit einer geringen Absorption durchstrahlbar ist, besteht.
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Weiterhin Teil der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit einem Verkleidungsteil hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einem vorstehend beschriebenen Verfahren.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
- 1 und 2: schematische Darstellungen des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 bis 6: Schnittdarstellungen durch ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Kraftfahrzeug-Verkleidungsteil.
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Die 1 und die 2 zeigen schematisch den Ablauf eines Verfahrens Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Kraftfahrzeug-Verkleidungsteils mit:
- - einem dreidimensional geformten Verkleidungselement aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial mit einer bestimmungsgemäßen Sichtseite und einer der Sichtseite gegenüberliegenden Innenseite und
- - wenigstens einer mit dem Verkleidungselement verbundenen Lichtleitfaser.
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Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen des dreidimensional geformten Verkleidungselements 1,
- - Einbringen von thermischer Energie auf wenigstens einer der Seiten des Verkleidungselementes 1 zum lokalen Erweichen oder zum lokalen Aufschmelzen des thermoplastischen Kunststoffmaterials des Verkleidungselementes 1 oder einer Beschichtung 3 aus einem thermoplastischen Material auf dem Verkleidungselement 1 in dem Bereich 4 oder in den Bereichen 4 auf dem oder auf denen die Lichtleitfaser 2 aufgebracht werden soll,
- - Bewegen eines Applikationskopfes 5 längs eines vorgegebenen Ablegepfads und entlang der dreidimensional geformten Kontur des Verkleidungselementes 1 mittels einer in allen Raumrichtungen verfahrbaren Verfahreinheit 6 und Bereitstellen der Lichtleitfaser 2 unter Verwendung des Applikationskopfes 5, wobei der Applikationskopf 5 die Lichtleitfaser 2 kontinuierlich oder diskontinuierlich auf den Bereich 4 oder auf die Bereiche 4 des Verkleidungselements 1 fördert,
- - Einbringen der Lichtleitfaser 2 in das lokal erweichte oder in das lokal aufgeschmolzene Material des Bereiches 4 oder der Bereiche 4 des Verkleidungselementes 1 um die Lichtleitfaser 2 mit dem Verkleidungselement 1 zu verbinden,
- - Lagefixieren des mit dem Verkleidungselement 1 verbundenen Lichtleitfaser 2 durch Abkühlung des thermoplastischen Materials des Bereichs 4 oder der Bereiche 4 auf Raumtemperatur.
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Das Einbringen der thermischen Energie kann mittels wenigstens einer Heizvorrichtung erfolgen. Vorliegend umfasst die Heizvorrichtung wenigstens eine Ultraschall-Sonotrode oder eine Laserstrahlquelle oder eine beheizte Rolle. Die Heizvorrichtung ist hierbei an dem Applikationskopf 5 befestigt und mit diesem zusammen verfahrbar.
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Die Lichtleitfaser 2 ist mit einem Haftvermittler und/oder mit einem mit dem thermoplastischen Kunststoffmaterial des Verkleidungselementes 1 artgleich, identisch oder kompatiblem weiteren Kunststoffmaterial überzogen. Die Lichtleitfaser 2 kann in einer durchgängigen Schleife oder mäanderförmig verlegt sein. Die Verfahreinheit 6 umfasst einen mehrachsigen Roboterarm. Die Dicke der Lichtleitfaser liegt im Bereich von 20 µm bis 3000 µm.
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In den 5 und 6 ist in einer schematischen Schnittdarstellung erkennbar, dass nach dem Einbringen der Lichtleitfaser 2 eine Schutzschicht 8 auf den Bereich 4 oder auf die Bereiche 4 aufgebracht werden kann. In 3 und 5 ist zudem erkennbar, dass im Unterschied zu 4 und 6, die Lichtleitfaser 2 nicht unmittelbar mit dem thermoplastischen Kunststoffmaterial des Verkleidungselements 1 verbunden wird, sondern die Verbindung über eine (bei Bereitstellung des dreidimensional geformten Verkleidungselements 1 bereits auf dem Verkleidungselement 1 befindliche) Beschichtung 3 aus einem thermoplastischen Material erfolgt. In den 3 bis 6 ist schematisch angedeutet, wie Licht aus der Lichtleitfaser 2 gezielt auskoppelbar ist. Hierzu weist die Lichtleitfaser 2 gezielt eingebrachte Störstellen auf.
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Die Lichtleitfaser 2 ist bei den Beispielen aus 3 bis 5 auf der bestimmungsgemä-ßen Sichtseite des Verkleidungselements 1 angeordnet. Demgegenüber ist in 6 die Lichtleitfaser 2 auf der der bestimmungsgemäßen Sichtseite gegenüberliegenden Innenseite des Verkleidungselements angeordnet, wobei das thermoplastische Kunststoffmaterial des Verkleidungselementes 1 aus einem transluzenten oder transparenten Material, welches für Spektralbereiche des sichtbaren Lichts mit einer geringen Absorption durchstrahlbar ist, besteht. Das aus der Lichtleitfaser 2 ausgekoppelte Licht strahlt hier also durch das Verkleidungselement 1 hindurch.
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Das Verkleidungselement kann in allen vorgenannten Fällen eine Stoßfängerverkleidung, ein Radom, ein Spoiler, eine Türverkleidung, eine Klappenverkleidung, eine Dachverkleidung, eine Kotflügelverkleidung, eine Kühlerverkleidung, ein Spiegelgehäuse oder eine Heckklappenverkleidung sein. Das Verkleidungselement kann in allen vorgenannten Fällen auch ein Bestandteil einer Stoßfängerverkleidung, eines Radoms, eines Spoilers, einer Türverkleidung, einer Klappenverkleidung, einer Dachverkleidung, einer Kotflügelverkleidung, eines Spielgehäuses oder eine Heckklappenverkleidung sein.
