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Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper mit einem Grundkörper und einem Verkleidungsmaterial, insbesondere ein verkleidetes Bauteil für ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Lenkrad, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers.
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Auch wenn eine besonders bevorzugte Anwendung der Erfindung ein verkleidetes Lenkrad für ein Fahrzeug und dessen Herstellung betrifft und die nachfolgende Beschreibung und Darstellung der Erfindung daher mit besonderem Fokus auf Fahrzeuglenkräder erfolgt, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, sondern kann auch bei anderen Verbundkörpern, insbesondere in der Automobilbranche, Anwendung finden. Denkbare Verbundkörper und damit Anwendungen der Erfindung sind u.a. Verkleidungen von Fahrzeugsitzen, Sitzrücklehnen sowie andere Elemente, wie beispielsweise Türverkleidungen.
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Bekannte Verbundkörper umfassen häufig ein Skelett, das aus Metall und/oder Hartkunststoff besteht und üblicherweise von einer raumausfüllenden und formbildenden Matrix, zumeist einem Kunststoffschaum, umhüllt ist. Mit dem Matrixmaterial wird üblicherweise die funktionale geometrische Form bestimmt und der Verbundkörper hinsichtlich seines Designs ausgestaltet und optimiert. Zur Außenumwelt ist die Matrix häufig von einem Verkleidungsmaterial umgeben, das eine äußerlich sichtbare ansprechende Schicht, beispielsweise aus Leder, Kunstleder oder Textilien, aufweist.
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Bei der Herstellung wird üblicherweise das Verkleidungsmaterial auf ein gewünschtes Endmaß zugeschnitten und beispielsweise zur Verkleidung eines Lenkrades zu einem vorgefertigten, in Umfangsrichtung noch offenen Ring zusammengenäht. Anschließend wird die Verkleidung mit der Matrix bzw. mit dem Grundkörper verbunden.
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Die
DE 10 2011 104 994 A1 beschreibt ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug mit einem Grundkörper und einer Ummantelung (Verkleidungsmaterial), die wenigstens einen den Grundkörper außenumfangsseitig umgebenden Streifen umfasst. Ein erster Seitenrand (erstes freies Ende) des Streifens ist in einer Nut lagegesichert aufgenommen, welche in dem Grundkörper ausgebildet ist. Ein zweiter Seitenrand (zweites freies Ende) des Streifens ist ebenfalls in einer in dem Grundkörper ausgebildeten Nut aufgenommen. Dadurch müssen zwar die Enden des Streifens nach Anordnung der Ummantelung an dem Grundkörper nicht mehr selbst (manuell) miteinander vernäht werden, dennoch ist diese bekannte Anordnung vergleichsweise arbeitsintensiv und hinsichtlich möglicher Designformen limitiert.
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Die
WO 2006/013029 A1 offenbart ein Verfahren zum Beziehen von Gegenständen wie z.B. Lenkrädern mit einem Bezugsmaterial und einen mit Bezugsmaterial überzogenen Gegenstand. Dabei wird das Bezugsmaterial formgerecht zugeschnitten, um den Gegenstand geschlungen und die Ränder des Bezugsmaterials werden mittels eines schrumpfbaren Materials, wie z.B. Schrumpfgarn, miteinander vernäht. Anschließend wird das schrumpfbare Material einem Schrumpfprozess unterzogen, so dass die Ränder des Bezugsmaterials auf Stoß aneinander liegen. Dieses Verfahren gewährleistet nicht in jedem Fall ein völlig faltenfreies Erscheinungsbild und ist nicht für jede Passform optimal.
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Die
US 2018/0325224 A1 beschreibt eine Verbindungsstruktur für eine Abdeckung oder Verkleidung, die eine erste und eine zweite Reihe von Verriegelungselementen in reißverschlussähnlicher Art umfasst. Die Verriegelungselemente werden in eine passgenau abgestimmte Nut eines Grundkörpers eingepresst und dadurch zuverlässig in einem verriegelten Zustand gehalten. Bei hohen radial wirkenden Kräften und bei Manipulation des so gebildeten Fügebereichs, z.B. durch manuelles Spielen an dem Verbindungsbereich, ist nicht ausgeschlossen, dass sich das Verkleidungsmaterial verformt und/oder die reißverschlussartige Verbindung löst.
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Die
DE 10 2017 218 591 A beschreibt ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines verkleideten Fahrzeuglenkrads. Wesentlicher Aspekt dieses Verfahrens ist eine fluidbefüllbare Formmanschette, die auf einer Sichtseite des Verkleidungsmaterials angeordnet wird. Nachdem ein von Verkleidungsmaterial umgebener Lenkradgrundkörper in ein Negativwerkzeug eingelegt wurde, wird die Formmanschette mit einem Fluid befüllt, so dass sie gegen das Negativwerkzeug und gegen den zu verkleidenden Lenkradgrundkörper drückt. Anschließend wird ein zwischen dem Verkleidungsmaterial und dem Lenkradgrundkörper befindlicher Klebstoff aktiviert und/oder ausgehärtet.
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Schließlich offenbart die
DE 10 2015 218 424 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Lenkrads, bei dem ein Reißverschluss zum Verbinden der Längsränder eines zuvor konfektionierten Verkleidungsmaterials verwendet wird. Das Verkleidungsmaterial ist auf seiner im Endzustand von außen nicht sichtbaren Seite mit einem aktivierbaren Verbindungsmaterial beschichtet. Die Reißverschlusshälften sind entlang der Längsränder des Verkleidungsmaterials angeordnet und mit diesem verbunden, beispielsweise vernäht. Das Verkleidungsmaterial wird auf ein mit einem Matrixmaterial umspritztes Lenkradskelett (Grundkörper), aufgebracht. Ein solcher Grundkörper wird auch als Lenkradschäumling bezeichnet. Dabei kommen die Reißverschlusshälften über einer Ausnehmung des Matrixmaterials zu liegen. Beim Verbinden der Reißverschlusshälften miteinander gelangen die Stirnseiten der Längsränder aneinander und werden unter Ausbildung einer Naht oder Verbindungsstelle miteinander verbunden. Dadurch ist der Reißverschluss weder sichtbar noch ertastbar, was dem Lenkrad haptisch und optisch ansprechende Eigenschaften verleiht. Abschließend wird das Verbindungsmaterial aktiviert, um eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Klebeverbindung, zwischen dem Verkleidungsmaterial und dem Matrixmaterial herzustellen.
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Allerdings ist nicht immer auszuschließen, dass der Reißverschluss und/oder Materialinhomogenitäten der Verkleidung zu Spannungen und damit ungünstigstenfalls zu einer Faltenbildung der Verkleidung führen, insbesondere wenn diese aus Leder besteht. Ebenso kann nicht völlig ausgeschlossen werden, dass sich an der zwischen den Längsrändern gebildeten Verbindungsstelle Fremdkörper oder Schmutz ansammeln und die Naht eröffnen. Zudem kann die Verbindungsstelle beeinträchtigt oder gelöst werden, wenn der Fahrer beispielsweise aus Nervosität oder Gedankenlosigkeit mit den Fingernägeln an der Verbindungsstelle spielt oder manipuliert. Langfristig kann dadurch das äußere Erscheinungsbild des Verkleidungsmaterials leiden.
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Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Verbundkörper und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers anzugeben, bei dem in der Serienfertigung mit einfachen fertigungstechnischen Mitteln und reduzierter manueller Tätigkeit qualitativ hochwertige, reproduzierbare Ergebnisse erzielt und die Zykluszeit reduziert werden. Dabei soll eine dauerhaft faltenfreie Verkleidung des Verbundkörpers gewährleistet und die Stabilität und Robustheit im Bereich der Verbindungsstelle erhöht werden.
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Diese Aufgabe wird bezüglich eines Verbundkörpers durch einen Verbundkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und bezüglich eines Verfahrens zum Herstellen eines Verbundkörpers durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
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Demgemäß weist ein erfindungsgemäßer Verbundkörper einen Grundkörper, ein Verkleidungsmaterial mit zwei Längsrändern, das den Grundkörper zumindest teilweise umgibt, ein Verbindungsmaterial, das den Grundkörper und das Verkleidungsmaterial stoffschlüssig miteinander verbindet, und ein mehrteiliges Verbindungsmittel auf, dessen erstes Verbindungsteil mit dem einen Längsrand und dessen zweites Verbindungsteil mit dem anderen Längsrand verbunden ist, wobei die Längsränder bei miteinander verbundenen Verbindungsteilen unter Bildung einer Verbindungsfuge einander gegenüberliegen und wobei sich unterhalb der Verbindungsfuge ein langgestreckter Hohlraum befindet, in den eine Füllmasse eingebracht ist, die zumindest teilweise an die Kontur des Hohlraums angepasst und mit wenigstens einer Innenfläche des Hohlraums verbunden ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers umfasst:
- a) Bereitstellen eines Grundkörpers, eines Verkleidungsmaterials mit zwei Längsrändern und eines mehrteiligen Verbindungsmittels mit wenigstens einem ersten Verbindungsteil und mit einem zweiten Verbindungsteil,
- b) Verbinden des ersten Verbindungsteils mit dem einen Längsrand und des zweiten Verbindungsteils mit dem anderen Längsrand,
- c) Aufbringen des Verkleidungsmaterials zumindest auf einen Teilbereich des Grundkörpers und stoffschlüssiges Verbinden von Grundkörper und Verkleidungsmaterial,
- d) Verbinden der Verbindungsteile, so dass die Längsränder unter Bildung einer Verbindungsfuge einander gegenüberliegen, wobei unterhalb der Verbindungsfuge ein langgestreckter Hohlraum ausgebildet wird,
- e) Einbringen einer aktivierbaren Füllmasse in den Hohlraum und
- f) Aktivieren der Füllmasse, so dass sich diese mit wenigstens einer Innenfläche des Hohlraums verbindet.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Unteransprüchen und der Figurenbeschreibung, wobei einzelne Merkmale in Kombination oder einzeln angewendet werden können. Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verbundkörper beschriebene Vorteile und Ausbildungen gelten - soweit nicht anders angegeben - sinngemäß und entsprechend auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers und umgekehrt.
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Der erfindungsgemäße Verbundkörper zeichnet sich durch einen erhöhten Designspielraum und eine verbesserte Haptik aus, wobei die Robustheit und Langlebigkeit des Verbundkörpers im Bereich der Verbindungsstelle zwischen den Längsrändern des aufgebrachten Verkleidungsmaterials durch den erfindungsgemäß zumindest teilweise - besonders bevorzugt vollständig - mit einer aktivierbaren Füllmasse ausgefüllten Hohlraum signifikant verbessert ist. Insbesondere können die Verbindungsbereiche zwischen dem oder den Verbindungsmittel/n bzw. den Verbindungsteilen und dem Verkleidungsmaterial erheblich stabilisiert und verfestigt werden, so dass unerwünschte Aufwölbungen, Faltenbildung oder Konturveränderungen auch langfristig sehr zuverlässig verhindert sind. Die Erfindung unterstützt damit erheblich die zuverlässige und dauerhafte Verbindung zwischen dem Verkleidungsmaterial und dem Grundkörper.
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Unter Verbindungsmaterial ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jegliches Material zu verstehen, das gegebenenfalls in einem geeigneten nachfolgenden Aktivierungsschritt - z.B. durch thermische Einwirkung, durch Druck- oder Lichteinwirkung - eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt. Üblicherweise weist solches (aktivierbares) Material zum Zeitpunkt seines Aufbringens auf zumindest einen der Fügepartner noch keine oder noch keine vollständige Haftungswirkung auf. Diese entwickelt sich vollständig erst bei einem oder mehreren nachfolgenden Aktivierungsschritt(en). Zur diesbezüglich weiteren Erläuterung wird insoweit auch auf die eingangs genannte
DE 10 2015 218 424 A1 verwiesen.
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Die Füllmasse kann ein ähnliches, bevorzugt ähnlich aktivierbares Material sein, wie z.B. ein aktivierbarer Klebstoff, insbesondere ein thermisch aktivierbarer Schmelzkleber. Je nach individueller Gestaltung und Kontur des Hohlraums und der von der aktivierbaren Füllmasse ausgefüllten Volumina kann als Füllmasse ein nicht aufschäumendes Material oder bevorzugt ein aufschäumbares Material verwendet werden, das beim Aufschäumen eine Art Schaumstoff bildet.
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Ein Vorteil aufschäumender Materialien ist der dadurch mögliche Fertigungstoleranzausgleich und ein besonders zuverlässiges Eindringen in und Ausfüllen von Zwischenräume(n). Zudem zeichnet sich ein so hergestellter Verbundkörper durch besonders ansprechende haptische Eigenschaften aus. Als aufschäumbare Materialien kommen u.a. Polyurethan-Zusammensetzungen in Betracht.
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Das Verkleidungsmaterial wird bevorzugt vor dem Aufbringen auf den Grundkörper auf das gewünschte Endmaß zugeschnitten und somit vorkonfektioniert. Der Zuschnitt kann dabei vor oder nach einem Beschichten des Verkleidungsmaterials mit einem Verbindungsmaterial erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann das Verbindungsmaterial auch auf die entsprechenden zu verbindenden Bereiche des Grundkörpers aufgebracht werden.
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Anschießend wird der Grundkörper mit dem Verkleidungsmaterial vollständig oder an gewünschten Stellen bedeckt. Mit Hilfe des Verbindungsmittels werden die Längsränder zueinander angeordnet und schließlich fest verbunden, bevor die anschließende Aushärtung und/oder Aktivierung des Verbindungsmaterials erfolgt.
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Im verbundenen Zustand liegen sich die Längsränder mit ihren Stirnseiten unter Bildung der Verbindungsfuge gegenüber und begrenzen einen innenseitigen - also von der sichtbaren Außenseite des Verkleidungsmaterials abgewandten - sich entlang der Längsseiten erstreckenden Hohlraum, der sich zudem in Richtung auf den Grundkörper erstreckt.
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Der Hohlraum wird erfindungsgemäß mit einer (aktivierbaren) Füllmasse zumindest teilweise gefüllt, die sich schließlich permanent zumindest stellenweise an die Kontur des Hohlraums anpasst und wenigstens mit einer zugewandten Innenfläche des Hohlraums zumindest abschnittsweise stoffschlüssig verbunden (verklebt) ist.
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Das Verbindungsmittel kann bevorzugt ein Reißverschluss sein, dessen Verbindungsteile, nämlich seine Reißverschlusshälften, an den Längsrändern angeordnet und dort beispielsweise durch Nähen, Verkleben und/oder Verschweißen befestigt sind. Ebenso vorteilhaft können die Verbindungsmittel Klettverschlüsse mit einer ersten und einer zweiten Klettverschlusshälfte und/oder Verschlüsse mit Reihen (Verbindungsteilen) von kooperierenden Haken und Ösen sein. Die Verbindungsteile können besonders bevorzugt so angebracht sein, dass die Längsränder im verbundenen Zustand desselben eng auf Stoß liegen und die Verbindungsmittel überdecken, so dass diese nicht wahrnehmbar sind. Der Begriff „Hälfte“ ist in diesem Rahmen nicht eng dahingehend zu verstehen, dass es sich um die geometrisch oder mathematisch genaue Hälfte handeln muss.
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Eine hinsichtlich der reproduzierbaren Dimensionierung des Hohlraums bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Längsränder an einer Stirnseite enden, die eine dem Grundkörper zugewandte Materialausnehmung aufweist.
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Eine besonders stabile und robuste Ausgestaltung des Verbundkörpers im Bereich der Verbindungsfuge lässt sich nach einer vorteilhaften Fortbildung der Erfindung dadurch erreichen, dass jeder Längsrand einen Umbug aufweist und die Verbindungsfuge zwischen einander zugewandten äußeren Umbugflächen gebildet ist. Unter einem Umbug ist ein Umschlagen oder Umbiegen des Verkleidungsmaterials, insbesondere um 90 oder 180 Grad zu verstehen.
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Die Füllmasse kann bevorzugt ein zunächst flüssiges, aktivierbares Füllmaterial sein, wie beispielsweise ein durch thermische Beaufschlagung, Bestrahlung, insbesondere Infrarotbestrahlung, Druckbeaufschlagung, Pressen oder chemische Aktivierung aktivierbares Material. Besonders bevorzugt ist das aktivierbare Material ein (zunächst) dünnflüssiger oder viskoser Klebstoff, der mittels Injektion durch die Verbindungsfuge in den Hohlraum einbringbar ist bzw. eingebracht wird.
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Eine bevorzugte, die Anzahl der Arbeitsschritte und damit die Zykluszeit weiter verkürzende Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Füllmasse zumindest teilweise aus Material der Verbindungsmittel gebildet ist. Dabei ist besonders bevorzugt denkbar, die Zahnreihen eines als Verbindungsmittel eingesetzten Reißverschlusses aus einem aufschmelzbaren und/oder verflüssigbaren Material herzustellen, so dass dieses Material neben der Ausbildung der Verbindungselemente (Zähne oder so genannte Krampen des Reißverschlusses) in Doppelfunktion in einem weiteren Fertigungsschritt vorübergehend in einen flüssigen/viskosen Zustand gebracht und so als Füllmasse verwendet werden kann. Dazu können die Reißverschlusszähne aus einem niedrigschmelzenden Kunststoff hergestellt sein. Bevorzugt nachdem die Verbindung zwischen Grundkörper und Verkleidungsmaterial erfolgt ist, wird das Füllmaterial (hier also der Kunststoff) durch Wärmeeinbringung (ggf. selektiv) verflüssigt, gelangt so in den Hohlraum, füllt diesen wenigstens teilweise aus und härtet in dem Hohlraum durch Abkühlung aus. Dabei verbindet sich der Kunststoff zumindest teilweise mit begrenzenden Innenwänden des Hohlraums.
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Eine ergänzende oder alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Füllmasse ein vorgeformtes Profil aus aktivierbarem Füllmaterial in den Hohlraum eingebracht wird und zumindest Teile des Hohlraums ausfüllt. Hier können fertigungstechnisch bevorzugt Endlosprofile aus einem geeigneten Material mit auf den Querschnitt und die Kontur des auszufüllenden Hohlraums abgestimmter Form, z.B. mit kreisförmigem oder dreieckigem Profilquerschnitt, verwendet werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Obwohl die Zeichnungen im konkreten Ausführungsbeispiel auf ein Lenkrad gerichtet sind, gelten die Ausführungen grundsätzlich entsprechend allgemein für einen Verbundkörper bzw. für ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen, auch wenn diese Elemente in der Figurenbeschreibung nicht (erneut) explizit genannt sind.
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Es zeigen:
- 1 schematisch in Aufsicht einen Grundkörper mit einem Lenkkranz,
- 2 einen Ausschnitt aus einem Lenkradkranz nach 1,
- 3 einen dem Ausschnitt aus 1 entsprechenden Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Verbundkörper am Beispiel eines Lenkrads,
- 4A das Endschließen von Längsrändern mittels Reißverschluss,
- 4B das Endschließen von Längsrändern mittels Klettverschluss,
- 4C das Endschließen von Längsrändern mittels Haken und Ösen,
- 5 in leicht perspektivischer Querschnittsansicht einen Ausschnitt aus 3,
- 6 eine Querschnittsansicht im Bereich einer Verbindungsfuge nach 3,
- 7 den Bereich einer Verbindungsfuge,
- 8 eine Querschnittansicht im Bereich der Verbindungsfuge nach 3,
- 9 einen 8 entsprechenden Schnitt, wobei ein (ursprünglicher) Hohlraum mit Füllmasse gefüllt ist,
- 10 schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Verbundkörpers,
- 11 schematisch das Einbringen von Füllmasse in einen Hohlraum,
- 12A das Einbringen eines vorgeformten Füllmassen-Profils in einen Hohlraum,
- 12B das gemäß 12A in den Hohlraum eingebrachte Profil vor Aktivierung,
- 13A eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung,
- 13B eine nach 13A in den Hohlraum eingebrachte aktivierte Füllmasse,
- 14A eine verflüssigbare, kleberartige Füllmasse, die als Laminat aufgebracht ist,
- 14B die nach 14A eingebrachte Füllmasse nach Aktivierung,
- 15A ein Herstellungsverfahren unter Verwendung einer Fertigungsform und
- 15B einen Schnitt durch die Fertigungsform nach 15A.
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Als Beispiel für einen Grundkörper 1 gemäß der Erfindung zeigt 1 einen Grundkörper 1 in Form eines Lenkradschäumlings mit einer Lenkradnabe 2, von der Lenkradspeichen 3 ausgehen, die in einen umlaufenden Lenkradkranz 4 übergehen.
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In 2 ist ein Ausschnitt aus dem Lenkradkranz 4 mit einem Querschnitt entlang der Schnittlinie II-II der 1 dargestellt. Der Lenkradkranz 4 weist ein Lenkradskelett 5 auf, das im Ausführungsbeispiel ein im Wesentlichen C-förmiges Profil 6 hat und aus Metall besteht. Das Lenkradskelett 5 ist zumindest im Bereich des Lenkradkranzes 4 in eine Matrix 7 aus nachgiebigem (schraffiert dargestelltem) Matrixmaterial 8 eingebettet bzw. eingeschäumt. Die Matrixaußenseite bildet die Außenseite 9 des Grundkörpers 1. Ein solcher Grundkörper 1 wird auch als Lenkradschäumling bezeichnet. Als Matrixmaterial eignen sich z.B. an sich bekannte Thermoplasten, thermoplastische Elastomere oder ein Schaum von diesen, insbesondere Polyurethanschaum.
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Wie grundsätzlich aus der
DE 10 2015 218 424 A1 bekannt, auf die auch insoweit Bezug genommen wird, wird der Grundkörper 1 anschließend wie nachfolgend noch beschrieben zumindest teilweise oder abschnittsweise mit einem Verkleidungsmaterial bekleidet.
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Wie der in 3 dargestellte Ausschnitt aus dem Lenkkranz 4 eines Lenkrads zeigt, wird ein erfindungsgemäßer Verbundkörper (Lenkrad) 10 gebildet, indem der Grundkörper 1 von einem Verkleidungsmaterial 11 - im Ausführungsbeispiel einem Lederbezug - umhüllt oder bekleidet wird. Das Verkleidungsmaterial 11 hat eine von außen sichtbare Außenseite (Sichtseite) 11a und eine dem Grundkörper 10 zugewandte Innenseite (Nicht-Sichtseite) 11b. Das Verkleidungsmaterial ist in an sich bekannter Weise etwa streifenförmig vorkonfektioniert und weist in Einbaulage einander benachbarte Längsränder 12, 13 auf. Das Verkleidungsmaterial 11 wird unter Bildung einer annähernden Ringform geschlossen, indem die Längsränder 12, 13 des Lederbezugs 11 mit einem Verbindungsmittel - wie nachfolgend noch näher erläutert - unter Bildung eines von außen sichtbaren Spalts oder einer von außen sichtbaren Verbindungsfuge 14 verbunden werden.
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Der Lederbezug 11 ist auf seiner Innenseite 11b mit durch thermische Beaufschlagung oder Bestrahlung aktivierbarem Verbindungsmaterial 11c beschichtet. Alternativ oder zusätzlich kann Verbindungsmaterial 11c auch auf der mit dem Verkleidungsmaterial 11 zu verbindenden Außenseite 9 (1) des Grundkörpers 1 aufgebracht sein.
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Die Längsränder 12, 13 sind jeweils mit einer Naht 15a, 15b versehen, die sowohl ein neuartiges Design ausbildet, die haptischen Eigenschaften betont und als Hilfsnaht für die Verbindung der Längsränder 12, 13 mit Verbindungsmitteln 16 dient. Die Nähte 15a, 15b fixieren nämlich je eine als Verbindungsteil 16a und 16b dienende Reißverschlusshälfte (siehe auch 4A) des Verbindungsmittels (Reißverschluss) 16 mit dem jeweils zugeordneten Längsrand 12, 13. Mit dem Schließen der Verbindungsteile 16a und 16b (Reißverschlusshälften) wird der Lederbezug 11 um den Grundkörper 1 gespannt.
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4A zeigt beispielhaft ein Endschließen der beiden Längsränder 12, 13 durch manuelles oder automatisiertes Schließen der beiden an den Längsrändern des Verkleidungsmaterials befestigten Reißverschlusshälften 16a, 16b durch Bewegung eines Schiebers in Längsrichtung A. Der Schieber ist hier nur schematisch als Schließwerkzeug dargestellt; im realen Fertigungsprozess ist es auch möglich, den Schieber nur temporär durch angreifende gegenüberliegende Zangenelemente zu bilden.
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Die Verwendung eines Reißverschlusses 16 ist fertigungstechnisch bevorzugt und hat sich als besonders zuverlässig und reproduktionsgetreu erwiesen. Dennoch sind genauso alternative Schließprinzipien mit anderen Verbindungsmitteln denkbar, die an den Längsrändern 12, 13 angeordnet werden.
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Gemäß 4B kann alternativ oder zusätzlich das Endschließen durch von einem Klettverschluss 16' gebildete Verbindungsmittel erfolgen, indem zwei Verbindungsteile 16a', 16b' in Form von Klettverschlusshälften in Verbindung gebracht werden.
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Eine andere Möglichkeit des Endschließens ist in 4C dargestellt, bei der die Verbindungsmittel 16" durch Verbindungsteile in Form von in Reihen angeordneten Haken 16b" und Ösen 16a" realisiert sind. Zum Schließen werden die Haken 16b" mit den korrespondierenden Ösen 16a" verhakt, die entlang der Längsränder 12, 13 angeordnet sind.
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5 und 6 sind Querschnittsansichten des Lenkrads 10 im Bereich der Verbindungsfuge 14 gemäß 3. 5 zeigt dabei zur besseren Darstellung nur den einen Längsrand 12 in leicht perspektivischer Ansicht. Man erkennt in 6, wie der Lederbezug 11 mit den Verbindungsteilen (Reißverschlusshälften) 16a, 16b (4A) des Reißverschlusses 16 am jeweiligen Längsrand 12 bzw. 13 durch die Naht 15a bzw. 15b vernäht ist. Der Lederbezug 11 weist an jedem Längsrand 12, 13 einen sogenannten Umbug 17a, 17b auf. Der jeweilige Umbug ist durch Nähstiche der Nähte 15a, 15b erzeugt, mit denen gleichzeitig die Reißverschlusshälften 16a und 16b befestigt sind. Auch hier ist erkennbar, dass die Nähte 15a, 15b mehrere Funktionen erfüllen, nämlich sowohl die Fixierung je einer Reißverschlusshälfte an der umgebugten Lederkante bewirken, als auch als neuartiges Designmerkmal mit verbesserten haptischen und ergonomischen Eigenschaften dienen.
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6 zeigt die geschlossenen Reißverschlusshälften 16a, 16b, deren Krampen oder Zähne 16c, 16d jeweils an einem Trägerband 16e und 16f angeordnet sind. Zwischen den sich gegenüberliegenden Enden der Längsränder 12, 13 bzw. den jeweiligen Außenflächen 17c, 17d des jeweiligen Umbugs 17a, 17b ist der Spalt oder die Verbindungsfuge 14 erkennbar. Unterhalb der Verbindungsfuge 14 ist zwischen den unteren, grundkörpernahen Außenflächen 17c, 17d ein freies Volumen bzw. ein Hohlraum 18 gebildet, der sich in Längsrichtung A (4A, 4B, 4C) unter der Verbindungsfuge 14 erstreckt. Der Hohlraum 18 ist unterseitig von den Reißverschlusshälften 16a, 16b bzw. den Trägerbändern 16e, 16f begrenzt. Die Trägerbänder 16e, 16f liegen im Bereich der Nähte 15a, 15b fest auf der umgebugten Oberfläche 19a, 19b der Längsränder 12,13 an.
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Dennoch bei dieser Konfiguration, insbesondere langfristig, möglicherweise auftretende Probleme sind schematisch und teilweise übertrieben in 7 dargestellt. Das Volumen bzw. der Hohlraum 18 kann vom Fahrer geöffnet werden oder sich ungünstigenfalls selbstständig öffnen und somit auch für größere Verschmutzungen zugänglich werden. Dies verschlechtert das optische Erscheinungsbild. Außerdem kann sich in dem Volumen 18 ansammelnder Schmutz langfristig zu einer Schädigung, z.B. zum Einreißen des Lederbezugs führen. Ebenso kann sich wie in 7 übertrieben dargestellt die Oberfläche 19a, 19b von dem Trägerband 16e, 16f trotz der Nähte 15a, 15b ablösen oder abscheren.
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Um diese potentiellen Probleme und Beeinträchtigungen zu vermeiden und um außerdem vor allem eine schnelle und kostengünstige Herstellung eines Verbundkörpers mit einer besonders hohen Stabilität und Robustheit bei dauerhaft faltenfreier Verkleidung zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß der langgestreckte Hohlraum 18 mit einer - bevorzugt gezielt und/oder gesteuert - aktivierbaren Füllmasse zumindest teilweise ausgefüllt.
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Besonders bevorzugt wird der Hohlraum 18 vollständig oder annähernd vollständig mit Füllmasse befüllt, die eine an sich bekannte Verbindungsmasse oder ein kleberartiger Stoff sein kann. Die dazu erforderliche Füllmassemenge ist im Einzelfall auf die Konstruktion, die Kontur und die Dimensionierung der einzelnen Elemente der Grundkörperverkleidung abzustimmen. In erster Näherung kann von einem dreiecksförmigen oder kreisrunden Querschnitt des Hohlraums 18 ausgegangen werden. In der Praxis haben sich bei Lenkrädern unter Annäherung des Hohlraumquerschnitts an ein etwa gleichschenkliges Dreieck Größenordnungen für die Schenkellänge von etwa 0,8 mm bis 2 mm ergeben. Bei entsprechender Auslegung des Hohlraums kann das Volumen auch mit einem kreisförmigen Querschnitt angenähert werden; in der Praxis haben sich dabei vorteilhaft anzusetzende Durchmesser in der Größenordnung von 0,8 mm bis 1,6 mm ergeben. Mit der sich daraus ergebenden Grundfläche und der Länge des Hohlraums 18 ist eine ausreichend genaue Ermittlung der erforderlichen Füllmassenmenge möglich.
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Nachfolgend werden in diesem Zusammenhang Möglichkeiten beschrieben, um eine zusätzliche bzw. neue Faltenbildung wirksam zu unterdrücken und dafür zu sorgen, dass nach der Einbringung bzw. Aktivierung der Füllmasse äußerlich keine oder nur geringste Füllmassenreste sichtbar sind. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass dafür gesorgt ist, dass die Füllmasse nur nach unten und seitlich fließen kann und insbesondere dadurch auch eine gute Benetzung der Oberflächen 19a, 19b gewährleistet.
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8 zeigt einen Querschnitt des Lenkrads 10 im Bereich der Verbindungsfuge 14 gemäß 3, wobei die Verbindungsfuge 14 hier bereits vollständig mit einer Füllmasse 20 ausgefüllt ist. Die Füllmasse 20 ist im Querschnitt schraffiert dargestellt. Durch die Füllmasse 20 ist der Lederbezug 11 unter der Verbindungsfuge 14 dauerhaft fest und faltenfrei befestigt. Ein Öffnen oder ein Zugang zu dem unteren, grundkörpernahen Umbug 17a, 17b ist so wirksam verhindert und dem Verbindungsbereich zwischen den Längsrändern 12, 13 ist so eine erhöhte Festigkeit und Robustheit verliehen. Dadurch ist auch das Eindringen von Staub- und Schmutzpartikeln zuverlässig verhindert. Besonders bevorzugt wird die Füllmasse 20 nach Einbringung in den Hohlraum 18 durch geeignete, vorstehend bereits ausführlich erläuterte Maßnahmen aktiviert und so die Aushärtung und Verbindung der Füllmasse 20 mit zumindest einer oder mehreren, den (ursprünglichen) Hohlraum 18 begrenzenden Innenflächen 21a, 21b, 21c initiiert. Ebenso ist ein zwischen den Verbindungsteilen 16a, 16b ggf. vorhandener dünner Spalt und/oder sind dortige Öffnungen 22 von der Füllmasse 20 wirksam und bevorzugt unterstützt durch Kapillarwirkungen verschlossen. Ein solcher Spalt kann beispielsweise zwischen den Krampen 16c, 16d des Reißverschlusses 16 entstehen.
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9 zeigt einen der 8 entsprechenden Schnitt, wobei auch hier der Bereich des (ursprünglichen) Hohlraums 18 unter der Verbindungsfuge 14 weitestgehend oder vollständig mit Füllmasse 20 ausgefüllt ist. Hier ist allerdings insoweit eine Variante dahingehend vorgesehen, dass der Lederbezug 11 ohne Umbug gestaltet ist. Der Lederbezug 11 weist dagegen an den jeweiligen Stirnseiten 12a, 13a seiner Längsränder 12, 13 jeweils dem Grundkörper zugewandte Materialausnehmungen 12b, 13b auf. Durch die so geschaffene vorbestimmte Erweiterung der Innenflächen 21 a', 21b' des Hohlraums 18 ist dessen Dimension bzw. dessen Volumen in einem engen Toleranzbereich reproduzierbar, so dass die Dosierung der erforderlichen Füllmasse fertigungstechnisch vereinfacht ist.
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10 zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Verbundkörpers. Nach der an sich bekannten Vorkonfiguration und Verbindung von Grundkörper und Verkleidungsmaterial wird die Verbindungsfuge 14 in einem Schritt S1 mit einer angemessenen Dosis Füllmasse befüllt. Nachdem bevorzugt vorab eine optische Kontrolle der Verbindungsfuge auf etwa überschüssige Füllmasse in einem Schritt S2 erfolgt ist, wird in einem Schritt S3 eine warm isostatische Oberflächennachverdichtung des gesamten Grundkörpers mittels Vakuum-Tiefziehens (siehe auch 15A und 15B) durchgeführt. Schließlich erfolgt in einem Schritt S4 unter optischer Kontrolle die Entnahme des fertiggestellten Verbundkörpers 10 aus der Tiefziehvorrichtung.
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Nachfolgend werden nur beispielhaft verschiedene Optionen für das Ausfüllen des Hohlraums 18 mit der Füllmasse 20 beschrieben.
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Beispiel 1:
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11 zeigt schematisch das Einbringen von Füllmasse in den Hohlraum 18 mittels Flüssigkeitsapplikator mit einem Vorratsbehälter 23, in dem sich flüssiger Klebstoff befindet. Eine Dosiereinheit 24 dosiert die zuvor ermittelte erforderliche Klebstoffmenge 25. Diese wird wie durch den Pfeil P angedeutet über eine Dosiernadel 26 durch die Verbindungsfuge 14 in den Hohlraum 18 eingeführt. Dazu wird die Dosiereinheit 24 mit der Dosiernadel 26 in Richtung des Pfeils P abgesenkt, so dass die Dosiernadel 26 die Verbindungsfuge durchdringt und unter Abgabe der dosierten Klebstoffmenge 25 entlang der Längsrichtung A bewegt. Bevorzugt wird bei kontinuierlicher Klebstoffzuführung die Dosiernadel 26 über die gesamte Länge bzw. den Umfang der Verbindungsfuge 14 geführt und der bis dahin freie Hohlraum 18 vollständig, zumindest aber teilweise gefüllt.
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Hierfür besonders bevorzugt einsetzbare Klebstofftypen sind Acrylate auf der chemischen Basis von Dymethacrylatester, Methacrylsäuremethylester, Urethanmethacrylat, Silicone oder Acetoxy-Silicone.
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Beispiel 2:
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Die 12A und 12B zeigen schematisch eine andere Option zum Befüllen des Hohlraums mit Füllstoff oder Füllmasse, wobei vorgeformtes Endlosprofil auf die erforderliche Länge L abgelängt wird. Anschließend wird das konfektionierte Profilstück 27 manuell oder automatisch in die Verbindungsfuge 14 eingeführt und weiter in radialer Richtung R des Grundkörpers 1 in den Hohlraum 18 eingedrückt. Die Profilkontur ist dabei so abgestimmt, dass nach vollständigem Einbringen alle notwendigen Flächen, die verklebt werden sollen bzw. den Hohlraum 18 begrenzen, mit dem Material des Profils benetzt sind, wenn die Füllmasse, d.h. das Profilmaterial, beispielsweise als thermisch aktivierbares Material aktiviert worden ist. Beispielhaft ist in 12B ein in den Hohlraum 18 eingebrachtes Profil 27 (vor Aktivierung) mit kreisrundem Querschnitt gezeigt, wobei verschiedene Querschnittsformen (Rechteck, Kreis, Dreieck, Quader) denkbar sind.
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Beispiele für mögliche einsetzbare Klebertypen bzw. Füllmassen:
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Schmelzklebstoff („Hot Melt Adhesives“ - HMA) beispielsweise hergestellt aus:
- a) Thermoplastischen Polymermaterialien: Polyethylen niedriger Dichte (LDPE); Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE); Polyethylen hoher Dichte (HDPE); Ethylen-Vinylacetat-Copolymere (EVAs); Polyamide (PA); Thermoplastisches Polyurethan (TPU); Polyethylenterepthalat (PET); Polyoximethilene (POM);
- b) Tackifiern: Kohlenwasserstoffharze (z.B. aromatische Kohlenwasserstoffharze C5 und C9, Harzester (z.B. Gummi, Holz- und Tallöl-Harz), Wachse (z.B. mikrokristalline Wachse, synthetische Wachse und Paraffinwachse;
- c) Weichmachern (z.B. Benzoat, Phthalate, Paraffinöle, Polyisobutylen);
- d) Antioxidantien (z.B. gehinderte Phenole, Phosphite, Phosphate, gehinderte aromatische Amine);
- e) UV-Stabilisatoren
- f) Pigmenten und Farbstoffen;
- g) Bioziden und/oder
- h) flammenhemmenden Mitteln;
- i) Füllstoffen (z.B. Kieselsäure, Ruß, Talkum).
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Beispiel 3:
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Die 13A und 13B zeigen eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, bei der zumindest Teile der Verbindungsteile - insbesondere die Reißverschlusshälften 16a, 16b - selbst die Füllmasse 20 bilden. Wie 13A zeigt, kann dazu die Reißverschlussspirale bzw. können deren Krampen 16c, 16d aus einem schon bei relativ niedrigen Temperaturen aufschmelzbaren Material hergestellt sein. Die Krampen 16c, 16d sind also so ausgelegt, dass sie nach Wärmezufuhr in einen kontrollierten Schmelzbereich gelangen und weich bzw. flüssig werden, so dass die beiden Spiralen bzw. die einzelnen kooperierenden Krampen der beiden Reißverschlusshälften 16a, 16b miteinander verschweißen und einen Materialüberschuss abgeben und somit eine verschweißte Fuge 28 entsteht und die Oberflächen 19a, 19b ebenfalls benetzt und verklebt werden.
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13B illustriert, wie aufgeschmolzenes Material der Krampen und ggf. noch weiteres, am Reißverschluss vorgesehenes aufschmelzbares oder verflüssigbares Material 16g (13A) in die Verbindungsfuge 14 gezogen wurde und damit den (ursprünglichen) Hohlraum 18 zumindest teilweise, bevorzugt vollständig ausfüllt.
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Beispiele für mögliche einsetzbare Materialien: thermoplastische Polymermaterialien: Polypropen (PP); Polyester Familie (PE, PBT, PET etc.) Polyamide (PA); Polyamideharze; Thermoplastisches Polyurethan (TPU); Polyoximethilene (POM).
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Beispiel 4:
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Die 14A und 14B zeigen, dass auf die dem Verkleidungsmaterial 11 bzw. den Oberflächen 19a, 19b zugewandte Seite des Verbindungsmittels 16 eine verflüssigbare, kleberartige Masse 29 als Füllmasse 20 auflaminiert ist. Diese Masse 29 kommt beim kontrollierten Aufschmelzen oder Verflüssigen mit den Oberflächen 19a, 19b in Kontakt und verklebt so das Verkleidungsmaterial 11 mit den Reißverschlusskrampen 16c, 16d. 14B zeigt schematisch im Querschnitt, wie der ursprünglich freie Hohlraum 18 somit ausgefüllt ist und der Bereich unter der Verbindungsfuge 14 stabilisierend verklebt ist.
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Beispiele für mögliche einsetzbare Laminatmaterialien: Thermoplastische Poymermaterialien; Polyethylen niedriger Dichte (LDPE); Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE); Polyethylen hoher Dichte (HDPE); Ethylen-Vinylacetat-Copolymere (EVAs); Polyamide (PA); Thermoplastisches Polyurethan (TPU); Polyethylenterepthalat (PET); Polyoximethilene (POM).
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Die 15A und 15B zeigen schließlich eine bevorzugte Realisierung des in Zusammenhang mit 10 bereits skizzierten Herstellungsverfahrens. Wie im Zusammenhang mit 10 beschrieben, wird im Schritt S3 das insoweit fertige Lenkrad mit bereits in den Hohlraum 18 eingebrachter Füllmasse in eine Kammer 30 einer Fertigungsform einer Vakuum-Tiefziehvorrichtung eingebracht. Die Kavität (Innenraum) bei geschlossener Fertigungsform entspricht der äußeren Kontur der Lenkrads 10. Die Fertigungsform ist zweiteilig mit einem Oberteil 30a und einem Unterteil 30b gestaltet, wobei im Oberteil eine verformbare Membran 31 und im Unterteil eine verformbare Membran 32 vorgesehen ist.
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Das Lenkrad 33 mit Lederbezug 11 und wie zuvor beschrieben bereits in den Hohlraum 18 eingebrachter Füllmasse 20 wird auf der Membran 32 abgelegt und das Oberteil 30a der Fertigungsform geschlossen. 15B zeigt im Querschnitt durch die Fertigungsform vereinfacht, wie die Kammer 30 mit den verformbaren Membranen 31 und 32 das Lenkrad 33 umgibt. Die verformbaren Membranen sind mit wenigstens einer Einlassöffnung 34 in fluidischem Kontakt. Über die Einlassöffnung 34 kann entweder ein kavitätsinnenseitiger Unterdruck aufgebaut werden und zwar so, dass sich bei Evakuierung die verformbaren Membranen 31, 32 leicht zusammenziehen und damit einen isostatischen Druck Pa auf die gesamte äußere Oberfläche des Lenkradbezugs 11 ausüben. Alternativ kann durch einen außenseitigen Überdruck auf die verformbare Membran eine entsprechende Wirkung erzielt werden. Als Fluid oder Druckmedium wird bevorzugt Luft verwendet, es kann aber auch eine Flüssigkeit verwendet werden. Der Unterdruck bzw. der Überdruck wird über eine Pumpe oder einen Verdichter 35 erzeugt. Die Fertigungsform kann bevorzugt eine Heizung aufweisen, durch die der Aktivierungsvorgang der Füllmasse 20 weiter optimiert wird, weil sich die dann besonders dünnflüssige, thermisch aktivierbare Füllmasse besonders gut im Bereich des Hohlraums verteilen und auch kleine, enge Spalte oder Kavitäten des Hohlraums gut benetzen kann. Die Füllmasse kann auch bevorzugt durch Ultraschall aktiviert werden, indem sogenannte Ultraschallsonden in dem Oberteil 30a bzw. Unterteil 30b so positioniert sind, dass die Füllmasse zum Schwingen angeregt wird und damit die zur Aktivierung erforderliche Wärme in der Masse entsteht. Dieser Vorgang kann prozesszeitgesteuert sein und nach Erreichen der Prozesszeit können Ober- und Unterteil geöffnet und das fertiggestellte Lenkrad (Verbundkörper) entnommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundkörper
- 2
- Lenkradnabe
- 3
- Lenkradspeichen
- 4
- Lenkradkranz
- 5
- Lenkradskelett
- 6
- Profil
- 7
- Matrix
- 8
- Matrixmaterial
- 9
- Außenseite
- 10
- Verbundkörper
- 11
- Verkleidungsmaterial
- 11a
- Außenseite
- 11b
- Innenseite
- 11c
- Verbindungsmaterial
- 12, 13
- Längsränder
- 12a, 13a
- Stirnseite
- 12b, 13b
- Materialausnehmungen
- 14
- Verbindungsfuge
- 15a, 15b
- Naht
- 16
- Verbindungsmittel (Reißverschluss)
- 16a, 16b
- Verbindungsteil (Reißverschlusshälfte)
- 16c, 16d
- Krampen
- 16e, 16f
- Trägerband
- 16g
- Material
- 16'
- Verbindungsmittel (Klettverschluss)
- 16a', 16b'
- Klettverschlusshälfte
- 16"
- Verbindungsmittel
- 16a"
- Haken
- 16b"
- Ösen
- 17a, 17b
- Umbug
- 17c, 17d
- Außenfläche
- 18
- Hohlraum
- 19a, 19b
- Oberfläche
- 20
- Füllmasse
- 21a, 21b, 21c
- Innenflächen
- 21a', 21b'
- Innenflächen
- 22
- Öffnung
- 23
- Vorratsbehälter
- 24
- Dosiereinheit
- 25
- Klebstoffmenge
- 26
- Dosiernadel
- 27
- Profilstück
- 28
- Fuge
- 29
- Kleberartige Masse
- 30
- Kammer
- 30a
- Oberteil
- 30b
- Unterteil
- 31
- Membran
- 32
- Membran
- 33
- Lenkrad
- 34
- Einlassöffnung
- 35
- Pumpe/Verdichter
- A
- Längsrichtung
- L
- Länge
- P
- Pfeil
- Pa
- isostatischer Druck
- R
- Richtung
- S1
- Verfahrensschritt
- S2
- Verfahrensschritt
- S3
- Verfahrensschritt
- S4
- Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011104994 A1 [0005]
- WO 2006/013029 A1 [0006]
- US 2018/0325224 A1 [0007]
- DE 102017218591 A [0008]
- DE 102015218424 A1 [0009, 0017, 0034]
