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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formkörper für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Formkörpers.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik sind vielseitige Formkörper und zugehörige Herstellungsverfahren bekannt. Beispielsweise werden derartige Formkörper im Innenraum oder auch auf der Außenseite von Fahrzeugen eingesetzt, weil sie bei hoher optischer Anmutung und Durchleuchtbarkeit eine hohe mechanische Stabilität aufweisen. Häufig weisen derartige Formkörper einen Kern aus mehreren Schichten auf, welcher anschließend mit einer Beschichtung versehen wird. Die Beschichtung kann beispielsweise durch Lackieren, Kaschieren oder Umströmen mittels PUR (Polyurethan) erfolgen. Alternativ können in Einzelprozessen Folien hinterspritzt werden oder Spritzguß mit einer anschließenden PVD-Beschichtung erfolgen. Als weitere Alternative könnte der Spritzgußkörper in einem separaten Prozeß lackiert oder/ und PVD-beschichtet werden.
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Problematisch bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren ist, dass sie entweder eine mechanisch widerstandsfähige dafür jedoch eine wenig hochwertige Oberfläche oder eine hochwertige dafür jedoch wenig mechanisch widerstandsfähige Oberfläche erzeugen. Daraus ergeben sich Einschränkungen bei der Herstellung hochwertiger Designkörper mit optischer Funktion und notwendigem Oberflächenschutz. Die Herstellung derartiger Designkörper ist somit sehr aufwendig und bedarf mehrerer Herstellungsschritte in unterschiedlichen Formwerkzeugen. Hierfür werden in der Regel einzelne Herstellungs-Prozesse durchgeführt.
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Beschreibung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Formkörper für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welcher die oben genannten Probleme und Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise ausräumt. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung ein vereinfachtes Herstellungsverfahren vorzuschlagen, welches den Aufwand für Herstellung reduziert.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Formkörper für ein Kraftfahrzeug gelöst. Der Formkörper umfasst eine Basisfolie, eine Kunststoffschicht, welche mittels eines Spritzgussverfahrens auf die Basisfolie aufgebracht ist, und eine Versiegelungsschicht, welche durch Umgießen der Kunststoffschicht mittels Polyurethan hergestellt ist.
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Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der erfindungsgemäße Formkörper eine mechanisch widerstandsfähige Oberfläche aufweist. Dies ist insbesondere auch im Innenraum eines Kraftfahrzeugs von Bedeutung, da sich durch einen Nutzer des Kraftfahrzeugs Beschädigungen und Verunreinigungen ergeben können. Gleichzeitig kann der Formkörper eine hochwertige Oberfläche aufweisen, die sich durch die Anordnung der Schichten ergibt.
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Als Basisfolie ist erfindungsgemäß eine Folie oder eine folienartige Schicht zu verstehen, die vorgeformt oder beschnitten ausgebildet sein kann. Die Folie dient als Trägermedium für eine bestimmt Farbgebung und kann beispielsweise durch ein Kunststoffmaterial ersetzt werden. Beispielsweise kann die Basisfolie mehrere Schichten oder eine Kontur aufweisen. Als Kunststoffschicht, welche durch ein Spritzgussverfahren aufgebracht, wird eignet sich beispielsweise PC (Polycarbonat) oder PMMA (Polymethylmethacrylat). Die Versiegelungsschicht dient primär als Schutzschicht. Nach dem Aushärten der Versiegelungsschicht ist diese besonders widerstandsfähig.
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Formkörper eine Verbindungseinrichtung zum Anordnen des Formkörpers an einem Kraftfahrzeug, welche mittels eines Spritzgussverfahrens an die Kunststoffschicht angebracht ist. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Formkörper optimal im Innenraum oder an einem anderen Ort an einem Kraftfahrzeug montiert werden kann. Beispielsweise kann die Verbindungseinrichtung in intransparenter dunkler Farbe ausgebildet sein, wodurch keinerlei mechanische Hilfsmittel zur Montage des Formkörpers am Fahrzeug sichtbar sind. Beispielsweise können Schrauben, Klemmelemente oder sonstige Montagemittel verwendet werden. Insbesondere ist dies vorteilhaft, wenn die Kunststoffschicht und die PUR Schicht transparent ausgebildet werden, um die optische Funktionalität des Formkörpers zu verbessern. Beispielsweise können an die Verbindungseinrichtung geeignete Rastmittel während des Spritzgießens angeformt bzw. angespritzt werden, wodurch keinerlei zusätzliche Montagemittel mehr notwendig sind.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Kunststoffschicht zumindest teilweise transparent ausgebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Basisfolie für einen Nutzer eines Fahrzeugs durch die Kunststoffschicht hindurch sichtbar ist. Hierdurch ergibt sich ein besonderer Tiefeneffekt, welcher beispielsweise in Verbindung mit Lichteffekten für einen Nutzer einen hochwertigen Eindruck vermittelt.
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Um die Wertigkeit und die Farbfunktion des Formkörpers zusätzlich zu erhöhen ist die Basisfolie als mehrlagige Trägerfolie ausgebildet. Zusätzlich kann die mehrlagige Trägerfolie beschichtet werden. Beispielsweise kann die Basisfolie als mehrlagige Trägerfolie oder als Einzelfolie zusätzlich mit bekannten Verfahren wie dem PVD (physical vapour deposition, physikalische Gasphasenabscheidung) behandelt und zusätzlich mit einer Farbschicht weiterbearbeitet werden.
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Gemäß einer zusätzlichen besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Wandstärke der Kunststoffschicht grösser als 1 mm und kleiner als 10 mm ausgebildet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Wandstärke grösser als 3 mm und kleiner als 8 mm ausgebildet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Wandstärke grösser als 5 mm und kleiner als 6 mm ausgebildet. Dadurch ergibt sich jeweils ein besonders hochwertiger Tiefeneffekt, welcher für den Innenraum eines Fahrzeugs geeignet ist. In Abhängigkeit der Einbauposition, der Größe und der Beleuchtung des Formkörpers in Verbindung mit dem Blickwinkel des Fahrzeugnutzers ergibt sich eine geeignete Wandstärke für die Kunststoffschicht.
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Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Wandstärke der Versiegelungsschicht grösser als 0,1 mm und kleiner als 10 mm ausgebildet. Nach einer weiteren Ausführungsform ist eine Wandstärke der Versiegelungsschicht grösser als 0,3 mm und kleiner als 5 mm ausgebildet. Nach einer weiteren Ausführungsform ist eine Wandstärke der Versiegelungsschicht grösser als 1 mm und kleiner als 3 mm ausgebildet. Die primäre Funktion der Versiegelungsschicht ist das Bereitstellen einer widerstandfähigen Oberfläche. Vorzugsweise ist die Versiegelungsschicht transparent ausgebildet, um den Tiefeneffekt der Kunststoffschicht zu unterstützen. Insbesondere in Verbindung mit einer transparent ausgebildeten Kunststoffschicht unter der Versiegelungsschicht, bietet die Versiegelungsschicht den Vorteil einer langfristigen und einer verschleißunempfindlichen Tiefenwirkung des Formkörpers.
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Die vorstehende genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers gelöst.
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Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit den Schritten des Bereitstellens eines Formwerkzeugs mit einem ersten Kernelement und einem ersten Schalenelement, des Anordnens der Basisfolie an das erste Kernelement, des Schließens des Formwerkzeugs und Einspritzens der Kunststoffschicht, des Austauschs des ersten Schalenelements gegen ein zweites Schalenelement, des Schließens des Formwerkzeugs und des Umgießens der Kunststoffschicht mit Polyurethan.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind mit den Vorteilen des erfindungsgemäßen Gegenstands vergleichbar. Insbesondere weist der Formkörper eine mechanisch widerstandsfähige und gleichzeitig hochwertige Oberfläche auf. Zusätzlich bringt das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil mit sich, dass die für die Herstellung des Formkörpers notwendigen Prozessschritte mit nur einem Spritzgusswerkzeug realisiert werden können. Sowohl das Anordnen der Basisfolie, das Einspritzen der Kunststoffschicht als auch das Umfluten der Kunststoffschicht mit Polyurethan erfolgt mit nur einem Spritzgusswerkzeug. Somit wird der Aufwand für die Herstellung des Formkörpers deutlich vereinfacht. Hinzu kommt, dass die Ausschusskosten durch das PUR Umgießen gegenüber einem Lackieren deutlich reduziert werden. Beispielsweise eignet sich hier der Einsatz eines Drehteller- oder eines Würfelwerkzeugs.
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Im Stand der Technik wird anstelle der Bezeichnung des PUR Umflutens auch die Bezeichnung PUR Umströmen oder PUR Flutungsprozess genannt. Als Kernelement und als Schalenelement des Formwerkzeugs kann jeder Bestandteil eines Formwerkzeugs verstanden werden, welcher zur Ausbildung einer Kavität geeignet ist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt nach dem Einspritzen der Kunststoffschicht ein Aushärten mittels eines Spritzprägeverfahrens. Dadurch kann die Präzision des Herstellungsverfahrens zusätzlich gesteigert werden. Beim Spritzprägen wird die Kunststoffschicht in das praktisch drucklose, nicht völlig geschlossene erste Schalenelement eingespritzt. Das erste Schalenelement wird erst während des Erstarrungsvorganges vollständig geschlossen, wobei der sich dadurch gleichmäßig aufbauende Schließdruck für die endgültige Ausformung der Kunststoffschicht sorgt.
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Nach einer weitere besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt nach dem Aushärten der Kunststoffschicht ein Austausch des ersten Kernelements gegen ein zweites Kernelement, ein Schließen des Formwerkzeugs und ein Einspritzen einer Verbindungseinrichtung an die Kunststoffschicht.
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Vorzugsweise erfolgt das Einspritzen der Verbindungseinrichtung mit einer lichtundurchlässigen Farbe, wodurch beispielsweise Folientoleranzen verdeckt werden können. Zusätzlich kann der technische Vorteil erreicht werden, dass das Anordnen der Verbindungseinrichtung unmittelbarer Bestandteil des Herstellungsprozesses ist. Auch dieser Herstellungsschritt kann mittels des identischen Spritzgusswerkzeugs erfolgen, wodurch die Herstellung des Formkörpers zusätzlich vereinfacht wird. Der Formkörper kann mit der Verbindungseinrichtung optimal am Fahrzeug im Innenraum oder einem anderen Ort am Fahrzeug montiert werden und notwendige mechanische Hilfsmittel zur Montage des Formkörpers am Fahrzeug werden unsichtbar. Insbesondere ist dies vorteilhaft, wenn die Kunststoffschicht und die PUR Schicht transparent ausgebildet werden, um die optische Funktionalität des Formkörpers zu verbessern. Beispielsweise können durch diesen Herstellungsschritt auch geeignete Rastmittel an die Verbindungseinrichtung angespritzt werden, wodurch keinerlei zusätzliche Montagemittel mehr notwendig sind.
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Um die Herstellung des Formkörpers auch bei größeren Produktionsvolumen einfacher zu gestalten, erfolgt die Herstellung mittels eines Formwerkzeugs in einem geschlossenen Prozess. Beispielsweise erfolgt die Herstellung mittels eines Drehtellerwerkzeugs oder eines Würfelwerkzeugs.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Figurenliste
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Die zu der Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten Zeichnungen zeigen in:
- 1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Formkörpers,
- 2 eine schematische Darstellung einzelner Schritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
- 3 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens, und
- 4 ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Herstellungsverfahrens.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Formkörpers 100. Der Formkörper 100 umfasst mehrere Bestandteile und ist vorzugsweise für den Innenraum bzw. für die Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Der Formkörper 100 weist eine mechanisch widerstandsfähige Oberfläche auf, welche als Versiegelungsschicht 106 und durch Umgiessen der darunterliegenden Kunststoffschicht 104 ausgebildet ist. Die Versiegelungsschicht besteht aus Polyurethan, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Kunststoffschicht 104 ist mittels eines Spritzgussverfahrens auf eine Basisfolie 102 aufgebracht. Die Kunststoffschicht 104 umfasst beispielsweise PC (Polycarbonat) oder PMMA (Polymethylmethacrylat), ist aber nicht darauf beschränkt. Die Basisfolie 102 bildet ein Trägermedium für eine bestimmt Farbgebung des Formkörpers 100 aus. Hierfür ist die Kunststoffschicht 104 transparent ausgebildet, wodurch ein Nutzer oder ein Fahrer des Kraftfahrzeugs die Farbe der Basisfolie 102 mit einer Tiefenwirkung zu sehen bekommt. Durch die ebenfalls transparente Versiegelungsschicht 106 wird die Kunststoffschicht 104 geschützt und der Formkörper 100 weist eine hochwertige Oberfläche auf.
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An einem unteren Ende des Formkörpers 100 befindet sich eine Verbindungseinrichtung 110. Die Verbindungseinrichtung 110 dient dem Anordnen des Formkörpers 100 an einem Kraftfahrzeug. Zur vereinfachten Montage weist die Verbindungseinrichtung 110 Rastmittel 112 auf. Die Verbindungseinrichtung 110 ist mittels eines Spritzgussverfahrens an der Kunststoffschicht 104 angespritzt.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einzelner Schritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens eines Formkörpers 100. Das Herstellungsverfahren ist in der 2 in insgesamt sechs verschiedenen Darstellungen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) des Herstellungsverfahrens dargestellt. Ein wichtiger Aspekt betrifft die Tatsache, dass alle Verfahrensschritte mittels eines Spritzgusswerkzeugs vollzogen werden.
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Die 2A zeigt den ersten Schritt des Herstellungsverfahrens des Formkörpers 100 (nicht gezeigt). Es wird ein Formwerkzeug 200 mit einem ersten Kernelement 210 und einem ersten Schalenelement 230 bereitgestellt 10. Auf das erste Kernelement 210 wird eine Basisfolie 102 angeordnet 20. Das Formwerkzeug 200 befindet sich in einer geöffneten Position. Nachfolgend wird das Formwerkzeug 200 geschlossen 30 und die Kunststoffschicht 104 wird eingespritzt 40.
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Die 2B zeigt das Formwerkzeug 200 in einer geöffneten Position. Die Kunststoffschicht 104 ist ausgehärtet 42 und die Basisfolie 102 ist mit der Kunststoffschicht 104 fest verbunden. Kunststoffschicht 104 und Basisfolie 102 befinden sich in dem ersten Schalenelement 230.
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Die 2C zeigt das Formwerkzeug 200 in der geöffneten Position. Die Kunststoffschicht 104 ist mit der Basisfolie 102 verbunden. Kunststoffschicht 104 und Basisfolie 102 befinden sich noch immer in dem ersten Schalenelement 230. Das erste Kernelement 210 wurde durch ein zweites Kernelement 220 ausgetauscht 44.
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Die 2D zeigt das Formwerkzeug 200 in der geöffneten Position. Zuvor wurde das Formwerkzeug 200 geschlossen 46 und es wurde eine Verbindungseinrichtung 110 in das Formwerkzeug 200 eingespritzt 48. Die Basisfolie 102, die Kunststoffschicht 104 und die Verbindungseinrichtung 110 sind fest miteinander verbunden und ausgehärtet. Basisfolie 102, Kunststoffschicht 104 und Verbindungseinrichtung 110 sind auf dem zweiten Kernelement 220 angeordnet.
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Die 2E zeigt das Formwerkzeug 200 in der geöffneten Position. Basisfolie 102, Kunststoffschicht 104 und Verbindungseinrichtung 110 sind auf dem zweiten Kernelement 220 angeordnet. Das erste Schalenelement 230 wurde durch ein zweites Schalenelement 240 ersetzt 50. Nachfolgend wird das Formwerkzeug 200 geschlossen 60. Die Kavität zwischen der Kunststoffschicht 104 und dem zweiten Schalenelement 240 wird mit Polyurethan umflutet 70.
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Die 2F zeigt das Formwerkzeug 200 in der geöffneten Position. Der hergestellte Formkörper 100 ist ausgehärtet und befindet sich im zweiten Kernelement 220 und kann entnommen werden.
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Die 3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Formkörpers umfasst die Schritte des Bereitstellens 10 eines Formwerkzeugs 200 mit einem ersten Kernelement 210 und einem ersten Schalenelement 230. Es folgt das Anordnen 20 der Basisfolie 102 an das erste Kernelement 210 und das anschließende Schließen 30 des Formwerkzeugs 200. Im nächsten Schritt folgt das Einspritzen 40 der Kunststoffschicht 104.
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Nach dem Aushärten der Kunststoffschicht 104 erfolgt ein Austausch 50 des ersten Schalenelements 230 gegen ein zweites Schalenelement 240, gefolgt von einem wiederholten Schließen 60 des Formwerkzeugs 200. Im letzten Verfahrensschritt wird die Kunststoffschicht 104 mit Polyurethan umgossen 70 und der Formkörper 100 fertiggestellt.
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Die 4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Herstellungsverfahrens. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Formkörpers umfasst alle in der Beschreibung zur 3 genannten Schritte. In ersten Schritt erfolgt das Bereitstellen 10 eines Formwerkzeugs 200 mit einem ersten Kernelement 210 und einem ersten Schalenelement 230. Es folgt das Anordnen 20 der Basisfolie 102 an das erste Kernelement 210 und das anschließende Schließen 30 des Formwerkzeugs 200. Im nächsten Schritt folgt das Einspritzen 40 der Kunststoffschicht 104.
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Im Unterschied zur vorausgehenden Ausführungsform erfolgt nach dem Einspritzen 40 der Kunststoffschicht 104 ein Aushärten 42 mittels eines Spritzprägeverfahrens. Danach folgt ein Austausch 44 des ersten Kernelements 210 durch ein zweites Kernelement 220, um anschließend ein Schließen 46 des Formwerkzeugs 200 und ein Einspritzen 48 einer Verbindungseinrichtung 110 an die Kunststoffschicht 104 durchzuführen.
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Im nächsten Schritt erfolgt ein Austausch 50 des ersten Schalenelements 230 gegen ein zweites Schalenelement 240, gefolgt von einem wiederholten Schließen 60 des Formwerkzeugs 200. Im letzten Verfahrensschritt wird die Kunststoffschicht 104 mit Polyurethan umgossen 70 und der Formkörper 100 fertiggestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bereitstellen eines Formwerkzeugs
- 20
- Anordnen der Basisfolie
- 30, 46, 60
- Schliessen des Formwerkzeugs
- 40
- Einspritzen der Kunststoffschicht
- 42
- Aushärten mittels eines Spritzprägeverfahrens
- 44
- Austausch des ersten Kernelements
- 48
- Einspritzen einer Verbindungseinrichtung
- 50
- Austausch des ersten Schalenelements
- 70
- Umgiessen der Kunststoffschicht
- 100
- Formkörper
- 102
- Basisfolie
- 104
- Kunststoffschicht
- 106
- Versiegelungsschicht
- 110
- Verbindungseinrichtung
- 112
- Rastmittel
- 200
- Formwerkzeug
- 210
- Erstes Kernelement
- 220
- Zweites Kernelement
- 230
- Erstes Schalenelement
- 240
- Zweites Schalenelement
