DE102021133016A1

DE102021133016A1 - Fahrzeugbauteil, Fahrzeug und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102021133016A1
Application number: DE102021133016.5A
Authority: DE
Inventors: Dienhung Huynh; Christof SCHOENHAMMER; Nicolas Behrens
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbauteil (10) für ein Fahrzeuginterieur oder ein Fahrzeugexterieur, umfassend eine Trägerstruktur (12) mit mindestens einer Durchgangsöffnung (14), und eine auf der Trägerstruktur (12) angeordnete, die mindestens eine Durchgangsöffnung (14) verschließende Deckschicht (20) mit einem zumindest bereichsweise lichtdurchlässigen Streuabschnitt (22) und einem Verbindungsabschnitt (24), wobei der Streuabschnitt (22) mittels des Verbindungsabschnitts (24) mit der Trägerstruktur (12) verbunden ist, und wobei der Streuabschnitt (22) eine die mindestens eine Durchgangsöffnung (14) begrenzende erste Oberfläche (26) mit einer Streustruktur zur Streuung von Licht aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem derartigen Fahrzeugbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung des Fahrzeugbauteils.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugbauteil für ein Fahrzeuginterieur oder ein Fahrzeugexterieur, ein Fahrzeug mit dem Fahrzeugbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung des Fahrzeugbauteils.
Bauteile für das Fahrzeuginterieur oder -exterieur sind häufig mehrschichtig aufgebaut. In der Regel haben die Schichten des Bauteils dabei unterschiedliche Funktionen. Beispielsweise können Interieurbauteile an deren Sichtseite (Außenseite) mit einer optisch hochwertig aussehenden oder sich haptisch angenehm anfühlenden Deckschicht versehen sein. Diese Deckschicht kann auf einem Träger angebracht sein, mittels dessen erstere am Fahrzeug montiert sein kann.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Interieurbauteils mit einem Träger und einer darauf angeordneten Haptikschicht ist beispielsweise aus dem Dokument DE 10 2020 113 335 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird zunächst eine Haptikschicht mit einer Abstandshalterschicht und einer an der Abstandshalterschicht angeordneten Dekorschicht bereitgestellt und eine Aussparung in einem zwischen Endabschnitten der Abstandshalterschicht befindlichen Zwischenabschnitt in der Abstandshalterschicht ausgebildet. Sodann wird die Haptikschicht an einer durch den Zwischenabschnitt verlaufenden Biegelinie derart gebogen, dass eine Kante der Dekorschicht ausgebildet wird, die sich über den Zwischenabschnitt erstreckt. Um das Interieurbauteil zu erhalten, wird die Abstandshalterschicht auf dem Träger angeordnet.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Fahrzeugbauteil für ein Fahrzeuginterieur oder Fahrzeugexterieur bereitzustellen, welches zumindest bereichsweise hinterleuchtet und dennoch relativ einfach hergestellt werden kann. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Fahrzeug sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung des Fahrzeugbauteils bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeugbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 9 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Das Fahrzeugbauteil ist für ein Fahrzeuginterieur oder ein Fahrzeugexterieur vorgesehen und weist eine Trägerstruktur mit mindestens einer Durchgangsöffnung sowie eine auf der Trägerstruktur angeordnete, die mindestens eine Durchgangsöffnung verschließende Deckschicht auf. Die Deckschicht hat einen zumindest bereichsweise lichtdurchlässigen Streuabschnitt und einen Verbindungsabschnitt. Der Streuabschnitt ist mittels des Verbindungsabschnitts mit der Trägerstruktur verbunden und weist eine die mindestens eine Durchgangsöffnung begrenzende erste Oberfläche mit einer Streustruktur zur Streuung von Licht auf.
Ein derartiges Fahrzeugbauteil kann schnell und effizient mittels Hinterspritzen der Trägerstruktur an die Deckschicht hergestellt werden. Da die Streustruktur an die Durchgangsöffnung angrenzt, kann das Material der Deckschicht einfach zwischen zwei Teile eines Spritzgießwerkzeuges eingeklemmt und dabei die Streustruktur werkzeugfallend in die erste Oberfläche des Streuabschnitts eingeprägt werden. Direkt im Anschluss daran kann die Kavität des Spritzgießwerkzeugs mit einer Formmasse für die Trägerstruktur gefüllt werden. Hierbei kann die Deckschicht zwischen den beiden Teilen des Spritzgießwerkzeuges eingeklemmt bleiben.
Somit kann in relativ wenigen Produktionsschritten ein Fahrzeugbauteil hergestellt werden, bei dem sich Licht praktisch ungedämpft durch die Durchgangsöffnung hindurch in Richtung der Streustruktur ausbreiten, durch die Streustruktur dann gestreut und als diffuses Licht durch eine der ersten Oberfläche entgegengesetzte zweite Oberfläche aus der Deckschicht austreten kann. Die Streustruktur wirkt dabei als Diffusor für das Licht, sodass keine zusätzliche Streuplatte zu diesem Zweck in das Fahrzeugbauteil integriert werden muss. Entsprechend kann sich das Fahrzeugbauteil durch eine vergleichsweise leichte Bauweise auszeichnen. Vorteilhafterweise kann das Fahrzeugbauteil zerspanungsfrei hergestellt werden, um Ressourcen nachhaltig zu nutzen.
Im Folgenden werden die Begriffe Vorderseite (auch Sichtseite) und Rückseite des Fahrzeugbauteils bzw. der Deckschicht verwendet. Mit dem Begriff Vorderseite der Deckschicht ist insbesondere die der Trägerstruktur entgegengesetzte Seite der Deckschicht gemeint. Umgekehrt ist die Streustruktur an einer der Vorderseite entgegengesetzten Rückseite der Deckschicht angeordnet. Die Trägerstruktur kann sich dabei um die Deckschicht herum bis zur Vorderseite des Fahrzeugbauteils erstrecken.
Die Deckschicht ist bevorzugt monolithisch (fügestellenfrei) und/oder als Folie ausgebildet. Der Streuabschnitt der Deckschicht kann insbesondere derjenige Teil dieser Schicht sein, der (vollständig) die Durchgangsöffnung/en begrenzt. Wenn die Trägerstruktur mehrere Durchgangsöffnungen aufweist, kann der Streuabschnitt entsprechend mehrere Teilabschnitte enthalten, die jeweils einer Durchgangsöffnung zugeordnet sind, d.h., diese Durchgangsöffnung nach vorne hin begrenzen. Der Verbindungsabschnitt ist vorzugsweise als der restliche Teil der Deckschicht ausgebildet, der an die Trägerstruktur angrenzt. Vorzugsweise ist die Deckschicht an einer Außenoberfläche des Fahrzeugbauteils vorgesehen. Mit anderen Worten, eine vorderseitige Oberfläche der Deckschicht bildet einen Teil der Außenoberfläche des Fahrzeugbauteils.
Die Trägerstruktur ist vorzugsweise stoffschlüssig mit der Deckschicht verbunden. Insbesondere kann die Trägerstruktur rückseitig an die Deckschicht angegossen (zumindest abschnittsweise an die Deckschicht hinterspritzt). Die Trägerstruktur kann als dreidimensionaler Körper ausgebildet sein. In einer bevorzugten Variante ist die Trägerstruktur schalenartig ausgebildet. Sie kann einen an die Deckschicht grenzenden Stützabschnitt aufweisen, in dem die mindestens eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist und auf dem die Deckschicht aufliegt. Außerdem kann die Trägerstruktur eine Außenumfangswand aufweisen, die sich rückseitig quer zum Stützabschnitt von letzterem weg erstreckt. Der Stützabschnitt kann im Wesentlichen als Trägerschicht ausgebildet sein. Die Deckschicht kann vorderseitig in die Trägerstruktur eingebettet sein, wobei ein Rahmenabschnitt der Trägerstruktur entlang einer Kontur der Deckschicht und/oder des Stützabschnitts verlaufen kann. Eine vorderseitige Oberfläche des Rahmenabschnitts kann zumindest abschnittsweise flächenbündig zur vorderseitigen Oberfläche der Deckschicht angeordnet sein.
Die Deckschicht kann zumindest im Bereich des Streuabschnitts lichtdurchlässig sein. Vorzugsweise ist die Deckschicht auch im Bereich des Verbindungsabschnitts lichtdurchlässig, insbesondere als lichtdurchlässige Folie ausgebildet. Der Verbindungsabschnitt kann transparent und/oder Streuabschnitt transluzent sein. Insbesondere kann die Deckschicht abgesehen von dem Streuabschnitt vollständig transparent (höchstvorzugsweise als transparente Folie ausgebildet) sein. Hierzu kann die Deckschicht abgesehen von der Streustruktur keine weiteren lichtstreuenden Elemente enthalten. Die Deckschicht kann eine Außenoberfläche auf einer der ersten Oberfläche des Streuabschnitts entgegengesetzten Seite aufweisen, die im Wesentlichen glatt ist. Im Wesentlichen glatt kann bedeuten, dass die Außenoberfläche aufgrund ihrer Rauheit Licht in vernachlässigbarem Maße streut, sodass dass bei einer ansonsten transparenten Deckschicht eine scharfe Abbildung hinter der Außenoberfläche liegender Objekte, beispielsweise eines Musters im Bereich einer Grenzfläche zwischen der Deckschicht und der Trägerstruktur, möglich ist.
Relativ betrachtet können die Außenoberfläche der Deckschicht und/oder die Grenzfläche zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Trägerstruktur glatter als die erste Oberfläche, insbesondere glatter als die Streustruktur, sein. Insbesondere kann eine als Lichtaustrittsfläche vorgesehene zweite Oberfläche des Streuabschnitts auf einer der ersten Oberfläche entgegengesetzten Seite glatter sein als die erste Oberfläche. Die zweite Oberfläche kann einen Teil der Außenoberfläche der Deckschicht bilden. Die Lichtstreuung im Streuabschnitt kann somit ausschließlich durch die Streustruktur an der ersten Oberfläche erzeugt werden, ohne dass Streupartikel im Material der Deckschicht erforderlich sind. Mit anderen Worten, vermöge der Streustruktur kann der Streuabschnitt transluzent sein. Das Material der Deckschicht kann somit frei und flexibel ausgewählt werden. Ein Abstand zwischen zwei benachbarten Spitzen der Streustruktur kann geringer als 1 mm, vorzugsweise geringer als 0,5 mm, höchstvorzugsweise geringer als 0,3 mm, sein. Im Streuabschnitt kann die Streustruktur in die Deckschicht eingeprägt sein. Aus diesem Grund kann der Streuabschnitt zumindest bereichsweise dünner sein als der Verbindungsabschnitt.
Die Grenzfläche zwischen der Deckschicht, insbesondere dem Verbindungsabschnitt, und der Trägerstruktur ist vorzugsweise ebenfalls im Wesentlichen glatt.
Es ist denkbar, dass die Deckschicht eine lichtundurchlässige Maskierung aufweist. Bevorzugt ist jedoch die Trägerstruktur selbst maskierend; sie kann zumindest bereichsweise lichtundurchlässig sein, um den dahinterliegenden Bereich des Fahrzeugbauteils zu verblenden. Vorzugsweise ist die Trägerstruktur aus einem vollständig lichtundurchlässigen Werkstoff hergestellt. Lichtundurchlässig kann hierbei zumindest bereichsweise opak und/oder zumindest bereichsweise reflektiv (spiegelnd) bedeuten.
Die erste Oberfläche, kann insbesondere derjenige Teil der rückwärtigen Fläche der Deckschicht sein, der frei von der Trägerstruktur ist. Im Bereich der ersten Oberfläche kann ein Mittenrauwert, Ra, mindestens 0,03 oder mindestens 0,05 µm oder mindestens 0,08 betragen. Insbesondere kann der Mittenrauwert, Ra, in einem Bereich zwischen 0,03 und 0,5, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,4, höchstvorzugsweise zwischen 0,07 und 0,25 liegen. Im Bereich der zweiten Oberfläche, der Außenoberfläche der Deckschicht bzw. der Grenzfläche zur Trägerstruktur kann ein Mittenrauwert, Ra, entsprechend obiger Ausführungen niedriger als 0,025 sein.
Der Mittenrauwert, R_a, ist ein Maß für die Rauheit einer Oberfläche und entspricht dem arithmetischen Mittel der betragsmäßigen Abweichung von einer Mittellinie/mittleren Profilhöhe. Sein Wert kann entsprechend für die Grenzschicht ermittelt werden. Der Mittenrauwert, Ra, kann gemäß seiner allgemeinen Definition für ein zweidimensionales Höhenprofil z (x,y) mit M x N Punkten mittels der folgenden Formel berechnet werden: $R_{a} = \frac{1}{M N} \sum_{m = 1}^{M} \sum_{n = 1}^{N} | z (x_{m}, y_{n}) - 〈 z 〉 |$
Hierbei berechnet sich der Mittelwert <z> für die Höhe des Profils wie folgt: $〈 z 〉 = \frac{1}{M N} \sum_{m = 1}^{M} \sum_{n = 1}^{N} z (x_{m}, y_{n})$
In einer bevorzugten Variante sind die Deckschicht und/oder die Trägerstruktur jeweils aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Insbesondere kann die Deckschicht den gleichen thermoplastischen Kunststoff enthalten wie die Trägerstruktur. Die Deckschicht enthält vorzugsweise ein erstes Polymer. Die Trägerstruktur enthält bevorzugt ein zweites Polymer. Die Trägerstruktur kann insbesondere langfaserverstärkt sein, wobei eine Polymermatrix der Trägerstruktur aus dem zweiten Polymer hergestellt ist. Das zweite Polymer und das erste Polymer können das gleiche Polymer sein. Dies kann ermöglichen, auf einen Haftvermittler zwischen der Deckschicht und der Trägerstruktur beim Hinterspritzen der Trägerstruktur zu verzichten. Insbesondere können das erste Polymer und/oder das zweite Polymer ein Polyolefin, beispielsweise Polypropylen, sein. Höchstvorzugsweise ist die Deckschicht als Polyolefin-, insbesondere Polypropylen-, Folie und/oder die Trägerstruktur als Kunststoffkörper aus demselben Polyolefin wie die Polyolefin-Folie ausgebildet. Die Deckschicht kann beispielsweise als Kunstleder ausgebildet sein.
In einer weiteren Variante ist die Trägerstruktur mit mindestens einer Vertiefung versehen. Die Vertiefung kann beispielsweise eine längliche Versteifungssicke sein, die insbesondere im Stützabschnitt ausgebildet sein kann. Vorzugsweise sind die Durchgangsöffnung und/oder die Streustruktur im Bereich der Vertiefung ausgebildet. Die Deckschicht kann in einem Querschnitt durch die Deckschicht betrachtet einer Kontur der Vertiefung folgen. Im Bereich der Vertiefung kann die Außenoberfläche konkav sein, wobei sich die Vertiefung in Richtung der Trägerstruktur in das Fahrzeugbauteil hinein erstrecken kann. Wenn die Vertiefung hingegen von der Seite der Trägerstruktur (insbesondere des Stützabschnitts) her in Richtung der Außenoberfläche ragt, kann die Außenoberfläche bei der Vertiefung bauchig nach außen ausgebildet sein. Die Außenoberfläche kann also an dieser Stelle eine entsprechende Erhebung aufweisen. Die Anzahl der Vertiefungen/Erhebungen kann insbesondere mindestens 2, mindestens 4 oder mindestens 8 betragen.
Insbesondere können die Vertiefungen/Erhebungen gemäß einem vorbestimmten Muster ausgebildet sein. Jeder Vertiefung/Erhebung kann mindestens eine der Durchgangsöffnungen zugeordnet sein. Wenn die Vertiefung ausgehend von der Rückseite des Stützabschnitts in Richtung der Außenoberfläche in den Stützabschnitt hineinragt, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Durchgangsöffnung im Bereich einer Basis der Vertiefung ausgebildet ist. Wenn die Vertiefung hingegen in die Gegenrichtung in die Trägerstruktur hineinragt, kann die Streustruktur benachbart zu einer tiefsten Stelle der Vertiefung ausgebildet sein.
Außerdem kann das Fahrzeugbauteil mindestens eine Lichtquelle umfassen, die bevorzugt dazu angeordnet ist, die Streustruktur durch die Durchgangsöffnung hindurch zu beleuchten. Die Anzahl von Lichtquellen kann mindestens zwei betragen. Insbesondere kann pro Durchgangsöffnung mindestens eine Lichtquelle vorgesehen sein. Die Lichtquelle kann eine oder mehrere ein- oder mehrfarbige Leuchtdioden (LED) oder Laserdioden (LD) enthalten. Jede Lichtquelle kann relativ zur Durchgangsöffnung seitlich versetzt und/oder dazu angeordnet sein, Licht durch die Durchgangsöffnung hindurch auf die Streustruktur zu strahlen. Das Licht kann von der jeweiligen Lichtquelle vorzugsweise aus dem Inneren der Trägerstruktur in Richtung der Außenoberfläche abgestrahlt werden. Vorzugsweise weist eine Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle in Richtung der Durchgangsöffnung/der Streustruktur.
Jede Lichtquelle kann Licht also insbesondere derart abstrahlen, dass es sich zunächst durch die Durchgangsöffnung hindurch ausbreitet und anschließend direkt auf die Streustruktur auftrifft. Das Licht kann dann mittels der Streustruktur gestreut werden, wobei sich ein vorwärtsgestreuter Anteil des Lichts sodann durch den Streuabschnitt hindurch weiter in Richtung der zweiten Oberfläche des Streuabschnitts ausbreiten kann. Vorzugsweise verlässt dieser Anteil des Lichts das Fahrzeugbauteil schließlich unmittelbar (insbesondere ohne Durchtritt durch eine lichtstreuende Schicht) über die zweite Oberfläche/Außenoberfläche nach vorne.
Das hier vorgeschlagene Fahrzeug weist ein vorstehend im Detail beschriebenes Fahrzeugbauteil auf. Das Fahrzeug kann ein Boden-, Wasser- oder Luftfahrzeug sein. Insbesondere kann es sich bei dem Fahrzeug um ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen, handeln. Das Fahrzeugbauteil kann gemäß seiner Zweckbestimmung am Fahrzeuginterieur oder -exterieur angeordnet sein. Die Deckschicht ist auf einer Sichtseite des Fahrzeugbauteils angeordnet. Das Fahrzeugbauteil kann insbesondere ein Verkleidungsbauteil, beispielsweise ein Türverkleidungsbauteil, sein. Außerdem kann das Fahrzeugbauteil Bestandteil einer Instrumententafel, einer Mittelkonsole, eines Armaturenbretts, eines Fahrzeugsitzes oder einer Fahrzeugsitzbank, eines Lenkrades, eines Handschuhkastens oder eines Fahrzeug-Dachhimmels sein. Wenn das Fahrzeugbauteil am Fahrzeugexterieur angeordnet ist, kann das Fahrzeugbauteil beispielsweise Bestandteil einer Fahrzeugaußenbeleuchtungseinrichtung sein. Das Fahrzeugbauteil kann insbesondere eine Fahrzeugleuchte, beispielsweise ein Scheinwerfer, eine Tagfahrleuchte oder eine Rückleuchte, oder ein Teil dieser Fahrzeugleuchte sein.
Das hier vorgeschlagene Verfahren ist zur Herstellung eines vorstehend erläuterten Fahrzeugbauteils vorgesehen und enthält insbesondere einen Verfahrensteil, in dem die Streustruktur ausgebildet wird, und einen Spritzgießvorgang. Das Verfahren sieht folgende Schritte vor, die vorteilhafterweise in der genannten Reihenfolge, optional einander zeitlich überlappend, durchgeführt werden können: Anordnen eines Halbzeuges aus dem Material der Deckschicht zwischen einem ersten Werkzeugteil eines Spritzgießwerkzeuges und einem zweiten Werkzeugteil des Spritzgießwerkzeuges; Schließen des Spritzgießwerkzeuges, wobei das zweite Werkzeugteil mit mindestens einem Prägeabschnitt versehen ist, mittels dessen die Streustruktur in das Halbzeug geprägt wird, um die Deckschicht auszubilden, und wobei der Prägeabschnitt einen Bereich der Durchgangsöffnung belegt; und Hinterspritzen der Trägerstruktur an die Deckschicht, wobei eine Formmasse für die Trägerstruktur in eine Kavität des geschlossenen Spritzgießwerkzeuges auf eine Seite der Deckschicht gespritzt wird, an der die Streustruktur ausgebildet ist, um das Fahrzeugbauteil zu erzeugen.
Der oben gennannte Verfahrensteil, in dem die Streustruktur ausgebildet wird, enthält also vorzugsweise die Schritte des Anordnens des Halbzeuges sowie des Schließens des Spritzgießwerkzeuges. Der Spritzgießvorgang enthält insbesondere das Hinterspritzen der Trägerstruktur hinter die Deckschicht. Bei dem Halbzeug kann es sich vorzugsweise um eine (klare oder farbige) transparente Folie aus dem Material der Deckschicht, also insbesondere um eine transparente Polyolefin- / Polypropylen-Folie handeln. Das Anordnen kann enthalten, das Halbzeug am ersten Werkzeugteil anzuordnen, insbesondere am ersten Werkzeugteil anzuhängen oder auf das erste Werkzeugteil zu legen. Das erste Werkzeugteil ist vorzugsweise zumindest in demjenigen Bereich, in dem das Halbzeug am ersten Werkzeugteil angeordnet wird, glatt. Im Querschnitt des Halbzeugs entspricht eine Kontur des ersten Werkzeugteils auf einer dem Halbzeug zugewandten Seite vorzugsweise einer Kontur der Außenoberfläche der Deckschicht, d.h., das erste Werkzeugteil ist dazu vorgesehen, die Form der Außenoberfläche der Deckschicht festzulegen.
Das zweite Werkzeugteil enthält den mindestens einen Prägeabschnitt und einen Basisabschnitt, von dem sich der Prägeabschnitt in Richtung des ersten Werkzeugteils weg erstreckt. Der Prägeabschnitt ist als Prägestempel ausgebildet und weist auf seiner dem ersten Werkzeugteil zugewandten Oberfläche eine mit der Streustruktur korrespondierende Oberflächenstruktur auf. Somit ist der Prägeabschnitt dazu eingerichtet, die Streustruktur als Abdruck im Halbzeug zu erzeugen, wenn das zweite Werkzeugteil beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges auf das Halbzeug gedrückt wird. Es versteht sich von selbst, dass die Streustruktur als Prägung (auch als Narbung bezeichnet) in der Deckschicht ausgebildet ist. Das Halbzeug/die Deckschicht ist folglich im Bereich der Streustruktur plastisch deformiert (tiefgezogen) und insbesondere (geringfügig) dünner als im Verbindungsabschnitt. Solange das Spritzgießwerkzeug geschlossen ist, kann das Halbzeug zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil eingeklemmt bleiben.
Benachbart zum Prägeabschnitt ist im geschlossenen Zustand des Spritzgießwerkzeuges die Kavität ausgebildet, welche (abgesehen von Fertigungstoleranzen) die Form der Trägerstruktur insbesondere des Stützabschnitts aufweisen kann. Die zur Herstellung der Trägerstruktur vorgesehene Formmasse kann ebenfalls das Polyolefin/Polypropylen enthalten, aus dem das Halbzeug hergestellt ist. Die Formmasse ist wie die Trägerstruktur vorzugsweise lichtundurchlässig und kann über einen oder mehrere Einspritzkanäle im zweiten Spritzgießwerkzeug in die Kavität eingefüllt werden. Im Schritt des Hinterspritzens, insbesondere durch die einströmende Formmasse, schmiegt sich das sich zur Deckschicht zu formende Halbzeug vorzugsweise an das erste Werkzeugteil an und folgt dessen Kontur. Bevorzugt bleibt das Spritzgießwerkzeug geschlossen, bis das Hinterspritzen beendet ist. Nach dem Abkühlen der Formmasse im Spritzgießwerkzeug kann das Spritzgießwerkzeug schließlich geöffnet und das fertige Fahrzeugbauteil entformt werden. Vorteilhafterweise ist die dem Prägeabschnitt entsprechende Durchgangsöffnung in der Trägerstruktur somit direkt mittels der Streustruktur verschlossen. D. h., wo immer sich Licht durch die Durchgangsöffnung in Richtung der Außenoberfläche ausbreiten kann, wird dieses von der Streustruktur gestreut, bevor es das Fahrzeugbauteil verlässt.
Das Verfahren zur Herstellung des Fahrzeugbauteils kann ein oder mehrere, insbesondere alle, Merkmale des oben beschriebenen Fahrzeugbauteils enthalten.
Die in dieser Offenbarung verwendeten Begriffe „umfassend“, „aufweisend“, „mit“ und Ähnliche sind als nicht abschließend zu verstehen. Insbesondere bedeutet der Begriff „umfassend ein/e“ in diesem Kontext „umfassend mindestens ein/e“, d.h. „umfassend ein/e“ schließt nicht aus, dass weitere entsprechende Elemente vorhanden sind. Zum Beispiel sind die Begriffe „umfassend eine Durchgangsöffnung“ oder „mit einer Streustruktur“ so zu verstehen, dass die Trägerstruktur mehrere Durchgangsöffnungen und die erste Oberfläche mehrere Streustrukturen aufweisen kann. Insbesondere können gemäß der vorliegenden Offenbarung mehrere Durchgangsöffnungen an den Streuabschnitt grenzen. Die Streustruktur kann an der gesamten ersten Oberfläche des Streuabschnitts ausgebildet sein.
Bevorzugte Ausführungsformen eines Fahrzeugbauteils, eines Fahrzeuges sowie eines Verfahrens zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils werden nun genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen, nicht maßstabsgetreuen Zeichnungen erläutert, wobei

1 eine Variante eines Fahrzeugbauteils in einer perspektivischen Ansicht von vorne zeigt;
2 das Fahrzeugbauteil aus 1 in einer detaillierten Querschnittsansicht durch den Streuabschnitt zeigt;
3 eine weitere Variante eines Fahrzeugbauteils in einer perspektivischen Ansicht von vorne zeigt; und
4 das Fahrzeugbauteil aus 3 in einer detaillierten Querschnittsansicht durch den Streuabschnitt zeigt;
5 ein Fahrzeug mit dem Fahrzeugbauteil aus 1 zeigt;
6a bis 6d ein Verfahren zur Herstellung des Fahrzeugbauteils aus 1 in schematisierten Querschnittsansichten zeigt; und
7a bis 7d ein Verfahren zur Herstellung des Fahrzeugbauteils aus 3 in schematisierten Querschnittsansichten zeigt.

Die 1 und 2 zeigen ein Fahrzeugbauteil 10 für ein Fahrzeuginterieur. Das Fahrzeugbauteil 10 ist als Abdeckblende für einen Teil des Armaturenbretts eines Fahrzeuges ausgebildet. Insbesondere ist das Fahrzeugbauteil 10 ein Montageteil. In dieser Variante ist das Fahrzeugbauteil 10 zur Montage in einen Zwischenbereich zwischen einem Handschuhkasten des Fahrzeuges und einer Abdeckung des Beifahrerairbags vorgesehen. Das Fahrzeugbauteil 10 hat eine Trägerstruktur 12 und eine Deckschicht 20. Die Deckschicht 20 ist auf einer in 1 dem Betrachter zugewandten, in 2 links angeordneten Vorderseite/Sichtseite des Fahrzeugbauteils 10 angeordnet und begrenzt das Fahrzeugbauteil 10 auf dieser Seite mit ihrer unten näher erläuterten Außenoberfläche 30 gegenüber der Umgebung.
Die Deckschicht 20 ist eine thermoplastische Folie, insbesondere eine Polyolefin-Folie (hier aus Polypropylen); die Trägerstruktur 12 ist ebenfalls thermoplastisch und aus einem Polyolefin, ebenfalls Polypropylen, an die Deckschicht 20 angegossen (hinterspritzt) und somit über eine Grenzfläche 16 stoffschlüssig mit einem Stützabschnitt 18 der Deckschicht 20 verbunden. Der Stützabschnitt 18 sowie die Deckschicht 20 sind von einem Rahmenabschnitt 19 umrahmt, wobei eine vorderseitige Oberfläche des Rahmenabschnitts 19 im Wesentlichen flächenbündig zur Außenoberfläche 30 verläuft. Die Trägerstruktur 12 enthält insbesondere im Stützabschnitt 18 Durchgangsöffnungen 14, durch die sich Licht von der Rückseite des Fahrzeugbauteils 10 direkt bis zur Deckschicht 20 ausbreiten kann, ohne eine Phasengrenze überwinden zu müssen. Diese Durchgangsöffnungen 14 werden von einem Streuabschnitt 22 der auf der Trägerstruktur 12 angeordneten Deckschicht 20 verschlossen. Der restliche Teil der Deckschicht 20 bildet einen Verbindungsabschnitt 24, der stoffschlüssig und in diesem Fall direkt (ohne etwa eine haftende Zwischenschicht) mit der Trägerstruktur verbunden ist.
Die Deckschicht 20 ist lichtdurchlässig, in diesem Beispiel klar und im Bereich des Verbindungsabschnitts transparent. Somit ist die äußere Erscheinung des Fahrzeugbauteils 10 im Bereich des Verbindungsabschnitts 24 im Wesentlichen durch den Stützabschnitt 18 der Trägerstruktur 12 festgelegt. Die Trägerstruktur 12 ist vorzugsweise aus einem lichtundurchlässigen, insbesondere opaken, Material hergestellt. Wie im Folgenden näher erläutert, ist lediglich der Streuabschnitt 22 transluzent. Rückseitig am Fahrzeugbauteil 10 vorgesehene Lichtquellen 42 sind hier mit jeweils mindestens einer Leuchtdiode (LED) versehen. Die Lichtquellen 42 sind jeweils paarweise an den Durchgangsöffnungen 14, insbesondere seitlich relativ zur jeweiligen Durchgangsöffnung 14 versetzt, angeordnet. Sie sind jeweils so ausgerichtet, dass sie Licht in die zugehörige Durchgangsöffnung 14 hineinstrahlen können, wenn sie betrieben werden. Somit wird der Streuabschnitt 22 der Deckschicht 20 durch die Durchgangsöffnungen 14 hindurch beleuchtet (hinterleuchtet). Im Folgenden für eine Durchgangsöffnung 14 Erläutertes gilt entsprechend für alle Durchgangsöffnungen 14, die, wie in 1 gezeigt, unterschiedlich groß, länglich und/oder parallel zueinander ausgebildet sein können.
Damit die Lichtquellen 42 nicht vom Betrachter als solche wahrgenommen werden können, ist vorgesehen, dass der Streuabschnitt 22 eine die Durchgangsöffnung 14 begrenzende, in die Deckschicht 20 eingeprägte Streustruktur enthält. In 2 ist die Streustruktur der Klarheit halber vergrößert und zackenförmig dargestellt. Die Streustruktur ist vorzugsweise nur auf einer der Außenoberfläche 30 entgegengesetzten Seite der Deckschicht 20 ausgebildet und sie kann homogen sein. Die Lichtquellen 42 sind also dazu angeordnet, die Streustruktur durch die Durchgangsöffnung 14 direkt zu beleuchten, ohne dass das von den Lichtquellen 42 abgestrahlte Licht einen Brechungsindexsprung überwinden müsste, um die Streustruktur zu erreichen. Auf diese Weise kann ein Lichtverlust reduziert werden.
Entsprechend ist die Deckschicht 20 an der Außenoberfläche 30 sowie der Grenzfläche 16 glatter als an einer die Durchgangsöffnung 14 begrenzenden ersten Oberfläche 26, wobei sich die Streustruktur über die gesamte erste Oberfläche erstreckt. Insbesondere ist eine als Lichtaustrittsfläche ausgebildete zweite Oberfläche 28 auf einer der ersten Oberfläche 26 entgegengesetzten Seite des Streuabschnitts 22 glatter als die erste Oberfläche 26. Im Bereich dieser Lichtaustrittsfläche kann das mittels der Streustruktur (vorwärts) gestreute Licht vorderseitig und vorwärts aus dem Fahrzeugbauteil 10 austreten. Darüber hinaus ermöglicht die Transparenz des Materials der Deckschicht 20, dass ein Teil des gestreuten Lichts auch benachbart zum Streuabschnitt 22 vor dem Verbindungsabschnitt 24 aus der Außenoberfläche 30 abgestrahlt wird.
Im Bereich der Streustruktur beträgt ein Mittenrauwert, Ra, der Deckschicht 20 mindestens 0,05 µm. Eine Tiefe der Streustruktur kann bis zu 1 mm betragen, wobei die Deckschicht 20 eine Dicke von zwischen 0,4 mm und 1,5 mm aufweisen kann. Somit ist der Streuabschnitt 22 bedingt durch die Lichtstreuung an der Streustruktur transluzent. Eine mindeste axiale Transmissivität des Streuabschnitts 22 in einer Lichtausbreitungsrichtung senkrecht zur Außenoberfläche 30 kann mindestens 50 % betragen.
Ein in den 3 und 4 gezeigtes weiteres Fahrzeugbauteil 10 unterscheidet sich dadurch von Fahrzeugbauteil 10 aus 1, dass die Trägerstruktur 12, insbesondere der Stützabschnitt 18, mit mehreren Vertiefungen 40 versehen ist. Im Folgenden für eine diese Vertiefungen 40 Erläutertes gilt entsprechend für alle Vertiefungen 40. Die Vertiefung 40 hat die Form einer länglichen Versteifungssicke. Die Durchgangsöffnung 14 ist im Bereich der Vertiefung 40 ausgebildet. Wenn das Fahrzeugbauteil 10 mehrere Durchgangsöffnungen 14 aufweist, kann entsprechend jeweils eine Durchgangsöffnung 14 mittig in Bereich einer Vertiefung 40 angeordnet sein. In einer Querschnittsansicht durch die Deckschicht 20 betrachtet (siehe 4) folgt eine Kontur der Vertiefung 40 der Kontur der Deckschicht 20.
Die Vertiefung 40 erstreckt sich von der in 4 rechts gezeigten, der Deckschicht 20 entgegengesetzten Rückseite der Trägerstruktur 12 nach vorne. Die Vertiefung 40 ragt insbesondere so weit nach vorne, dass die Trägerstruktur 12 im Bereich der Vertiefung auf der Vorderseite als Erhebung ausgebildet ist. Entsprechend hat die Außenoberfläche 30 im Bereich der Vertiefung 40 ebenfalls eine entsprechende Erhebung. Obgleich die Vertiefung 40 in dieser Variante von der Rückseite des Fahrzeugbauteils 10 nach vorne ragt, ist es auch denkbar dass die Vertiefung 40 vorderseitig ausgebildet ist und somit in die Trägerstruktur 12 hineinragt. Im Übrigen weist das Fahrzeugbauteil 10 aus den 3 und 4 sämtliche Merkmale des Fahrzeugbauteils 10 aus 1 auf.
In 5 ist ein Fahrzeug 100 mit einem Fahrzeugbauteil 10 gezeigt, bei dem das Fahrzeugbauteil 10 aus 1 verbaut ist. Dabei ist die Deckschicht 20 auf einer Sichtseite des Fahrzeugbauteils 10 angeordnet, d.h., die Deckschicht 20 ist einem Innenraum des Fahrzeuges 100 zugewandt angeordnet, sodass ein Insasse des Fahrzeuges auf die Außenoberfläche 30 schauen kann, durch die das gestreute Licht in Richtung des Insassen austreten kann.
Die 6a bis 6d zeigen Schritt für Schritt ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils 10. Es sei angemerkt, dass die Darstellung der Klarheit halber stark schematisiert ist, wobei nur der Bereich einer Durchgangsöffnung 14 abgebildet ist. Bei dem Verfahren wird zunächst in einem Schritt 202 ein Halbzeug 50 aus dem Material der Deckschicht 20, also einer transparenten Polyolefin-, insbesondere Polypropylen-, Folie, zwischen einem ersten Werkzeugteil 44 eines Spritzgießwerkzeuges und einem zweiten Werkzeugteil 46 des Spritzgießwerkzeuges angeordnet. Das erste Werkzeugteil 44 weist einen Prägeabschnitt 48 auf, dessen dem ersten Werkzeugteil 44 zugewandte Oberfläche mit einer Oberflächenstruktur (Negativ) zum Einprägen der Streustruktur in die Folie / das Halbzeug 50 ausgebildet ist. In der gezeigten Darstellung wird das Halbzeug 50 insbesondere an das erste Werkzeugteil 44 gehängt.
Sodann wird das Spritzgießwerkzeug im nachfolgenden Schritt 204 geschlossen. Dabei wird das Halbzeug 50 zwischen dem ersten Werkzeugteil 44 und dem zweiten Werkzeugteil 46 eingeklemmt. Mittels des Prägeabschnitts 48 wird dabei die Streustruktur in das Halbzeug 50 unter plastischer Deformation, insbesondere Stauchung, des Streuabschnitts 22 geprägt. Hierbei kann das Halbzeug 50 insbesondere im Bereich des Streuabschnitts 22 vor oder während des Prägens erwärmt werden, um die Wirksamkeit des Prägens (sogenannte Prägnanz) zu bestimmen. Die Deckschicht 20 wird mit dem transluzenten Streuabschnitt 22 ausgebildet. Das Spritzgießwerkzeug bleibt anschließend geschlossen, sodass der Prägeabschnitt 48 einen Bereich der Durchgangsöffnung/en 14 belegt. In diesem Zustand des Spritzgießwerkzeuges wird schließlich die Trägerstruktur 12 in einem Schritt 206 an die Deckschicht 20 hinterspritzt. Hierbei wird eine Formmasse für die Trägerstruktur 12 in eine Kavität des geschlossenen Spritzgießwerkzeuges auf eine Seite der Deckschicht 20 gespritzt, an der die Streustruktur ausgebildet ist, um das Fahrzeugbauteil 10 zu erzeugen. Schließlich kann das Fahrzeugbauteil 10 bei Bedarf gekühlt und aus dem Spritzgießwerkzeug entformt werden.
Da die Deckschicht 20 des Fahrzeugbauteils 10 aus 1 eine im Wesentlichen flache Außenoberfläche 30 aufweist, wird das Halbzeug 50, abgesehen von der Streustruktur, bei der Herstellung praktisch nicht weiter verformt. In der Variante aus den 3 und 4 hingegen enthält die Trägerstruktur 12 eine Vertiefung 40 bzw. die Außenoberfläche 30 des Fahrzeugbauteils 10 eine Erhebung (siehe 4). Um dem Fahrzeugbauteil 10 auf effiziente Art und Weise diese Gestalt zu verleihen, kann das erste Werkzeugteil 44 mit einer der Erhebung entsprechenden Vertiefung versehen sein. Hierbei können insbesondere die Vertiefung im ersten Werkzeugteil 44 und die Erhebung an der Außenoberfläche 30 in einer Querschnittsansicht senkrecht zum Halbzeug 50/zur Deckschicht 20 dieselbe Kontur aufweisen (siehe 7a-7d).
Bei dem in den 7a bis 7d gezeigten Herstellungsverfahren des Fahrzeugbauteils 10 aus 3 kann somit vorgesehen sein, dass im Schritt 204 des Schlie-ßens des Spritzgießwerkzeuges der Prägeabschnitt 48, insbesondere mittig, in die Vertiefung im ersten Werkzeugteil 44 gedrückt wird, um die Streustruktur in das Halbzeug 50 zu prägen. Dies kann dazu führen, dass sich das Halbzeug 50 benachbart zur Vertiefung vom ersten Werkzeugteil 44 löst (insbesondere sogenannte Aufwerfungen bildet). Die Deckschicht 20 kann sodann im Schritt 206 geglättet werden, indem die Formmasse in die Kavität des geschlossenen Spritzgießwerkzeugs von der Seite des zweiten Werkzeugteils 46 her eingefüllt wird. Das zweite Werkzeugteil 46 ist bevorzugt mit einer Erhebung ausgestaltet, die in der Querschnittsansicht im Wesentlichen dieselbe Kontur aufweist wie die Vertiefung. Insbesondere kann der Prägeabschnitt 48 mittig auf der Erhebung angeordnet sein, d. h die Durchgangsöffnung 14 ist bevorzugt mittig (zentral) in der Vertiefung 40 ausgebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020113335 A1 [0003]

Claims

Fahrzeugbauteil (10) für ein Fahrzeuginterieur oder ein Fahrzeugexterieur, umfassend eine Trägerstruktur (12) mit mindestens einer Durchgangsöffnung (14), und eine auf der Trägerstruktur (12) angeordnete, die mindestens eine Durchgangsöffnung (14) verschließende Deckschicht (20) mit einem zumindest bereichsweise lichtdurchlässigen Streuabschnitt (22) und einem Verbindungsabschnitt (24), wobei der Streuabschnitt (22) mittels des Verbindungsabschnitts (24) mit der Trägerstruktur (12) verbunden ist, und wobei der Streuabschnitt (22) eine die mindestens eine Durchgangsöffnung (14) begrenzende erste Oberfläche (26) mit einer Streustruktur zur Streuung von Licht aufweist.
Fahrzeugbauteil (10) nach Anspruch 1, wobei die Trägerstruktur (12) stoffschlüssig mit der Deckschicht (20) verbunden ist, und/oder wobei die Trägerstruktur (12) zumindest bereichsweise lichtundurchlässig ist.
Fahrzeugbauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Deckschicht (20) als Folie ausgebildet ist, und/oder wobei die Streustruktur in die Deckschicht (20) eingeprägt ist, und/oder wobei die Deckschicht (20) an einer Außenoberfläche (30) des Fahrzeugbauteils (10) vorgesehen ist.
Fahrzeugbauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Grenzfläche (16) zwischen dem Verbindungsabschnitt (24) und der Trägerstruktur (12) glatter ist als die erste Oberfläche (26), und/oder wobei der Streuabschnitt (22) eine als Lichtaustrittsfläche vorgesehene zweite Oberfläche (28) auf einer der ersten Oberfläche (26) entgegengesetzten Seite aufweist, welche glatter ist als die erste Oberfläche (26).
Fahrzeugbauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Streuabschnitt (22) vermöge der Streustruktur transluzent ist; und/oder wobei die erste Oberfläche (26) einen Mittenrauwert, Ra, von mindestens 0,03 oder mindestens 0,05 µm aufweist.
Fahrzeugbauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht (20) und die Trägerstruktur (12) jeweils aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus dem gleichen thermoplastischen Kunststoff, hergestellt sind.
Fahrzeugbauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerstruktur (12) mit einer Vertiefung (40) versehen ist, wobei die Durchgangsöffnung (14) im Bereich der Vertiefung (40) ausgebildet ist, wobei die Deckschicht (20) in einem Querschnitt durch die Deckschicht (20) betrachtet vorzugsweise einer Kontur der Vertiefung (40) folgt.
Fahrzeugbauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine Lichtquelle (42), die dazu angeordnet ist, die Streustruktur durch die Durchgangsöffnung (14) hindurch zu beleuchten.
Fahrzeug (100) mit einem Fahrzeugbauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeugbauteil (10) am Fahrzeuginterieur oder -exterieur und die Deckschicht (20) auf einer Sichtseite des Fahrzeugbauteils (10) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend die Schritte: Anordnen (202) eines Halbzeuges (50) aus dem Material der Deckschicht (20) zwischen einem ersten Werkzeugteil (44) eines Spritzgießwerkzeuges und einem zweiten Werkzeugteil (46) des Spritzgießwerkzeuges; Schließen (204) des Spritzgießwerkzeuges, wobei das zweite Werkzeugteil (46) mit mindestens einem Prägeabschnitt (48) versehen ist, mittels dessen die Streustruktur in das Halbzeug geprägt wird, um die Deckschicht (20) auszubilden, und wobei der Prägeabschnitt (48) einen Bereich der Durchgangsöffnung (14) belegt; und Hinterspritzen (206) der Trägerstruktur (12) an die Deckschicht (20), wobei eine Formmasse für die Trägerstruktur (12) in eine Kavität des geschlossenen Spritzgießwerkzeuges auf eine Seite der Deckschicht (20) gespritzt wird, an der die Streustruktur ausgebildet ist, um das Fahrzeugbauteil (10) zu erzeugen.