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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenbeschichtung,
insbesondere einer Oberflächenbeschichtung
für ein
Fahrzeuginnenraumteil sowie ein Verkleidungsteil für ein Fahrzeug.
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Oberflächenbeschichtungen
aus Kunststoff werden in verschiedenen Bereichen der Technik verwendet.
Ziel der Beschichtung kann beispielsweise das Ausbilden einer Schutzfunktion
sein, insbesondere zur Vermeidung von Korrosion bei metallischen Bauteilen.
Ein anderer Zweck der Oberflächenbeschichtung
mit einem Kunststoff kann darin bestehen, die Oberflächeneigenschaften
für den
Gebrauch des beschichteten Gegenstands anzupassen. So ist es beispielsweise üblich, Bauteile
für den
Innenraum von Fahrzeugen mit Kunststoff zu beschichten, um zum Beispiel
eine in bestimmtem Umfang nachgebende Oberfläche herzustellen. Darüber hinaus
können
mit Hilfe der Oberflächenbeschichtung
aus Kunststoff auch andere Gebrauchseigenschaften verbessert werden,
beispielsweise eine erleichterte Reinigung der Oberfläche oder
ein Verschleißschutz. Aber
auch das äußere Erscheinungsbild
der beschichteten Oberfläche
kann mit Hilfe eines verwendeten Beschichtungsmaterials optimiert
werden.
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Aus
der Druckschrift
DE
694 28 377 T2 sind ein Verfahren und eine Spritzeinrichtung
zum Herstellen einer elastomerischen Haut aus mindestens zwei Materialien
bekannt. Zum Bilden der als Oberflächenbeschichtung vorgesehenen
Haut werden elastomere Materialien gegen eine Formoberfläche gesprüht, deren
Oberflächenkontur
die Kontur der zu beschichtenden Fläche nachbildet.
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Zur
Vermeidung von Korrosion bei metallischen Bauteilen ist weiterhin
bekannt, mit Hilfe des Spritzens Partikel eines Kunststoffpulvers
auf die zu schützende
Oberfläche
aufzubringen. Hierbei werden die Partikel des Kunststoffpulvers
beim Verspritzen zum wenigstens teilweisen Schmelzen einer Partikeloberfläche der
verspritzten Partikel erhitzt, weshalb das Verfahren auch als thermisches
Spritzen bezeichnet wird. Beim Auftreffen auf die zu beschichtende
Oberfläche
verschmelzen dann benachbarte Partikel zumindest teilweise miteinander,
so daß eine Oberflächenbeschichtung
aus Kunststoff gebildet wird, die als Korrosionsschutz dient. Eines
der hierbei verwendeten Verfahren wird als Flammspritzen bezeichnet.
Bei diesem Verfahren erfolgt die Energiezufuhr zum wenigstens teilweisen
Schmelzen der Partikeloberfläche
mit Hilfe einer Gasflamme, die in der Nähe der verspritzten Partikel
gebildet wird. Zum Ausführen
dieses Verfahrens werden beispielsweise speziell gestaltete Spritzpistolen
verwendet.
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Im
Gegensatz zum thermischen Spritzen werden beim Kaltgasspritzen,
was manchmal auch unter dem Begriff kinetisches Spritzen gefaßt wird, die
verspritzten Kunststoffpartikel an der Partikeloberfläche nicht
geschmolzen (vgl. zum Beispiel Stoltenhoff et al.: Kaltgasspritzen – vom thermischen Spritzen
zum kinetischen Spritzen, Sonderdruck zum Referat auf 5. Hochgeschwindigkeits-Kolloquium
in Erding, Dezember 2000). Beim Kaltgasspritzen wird ein Gas auf Überschallgeschwindigkeit
beschleunigt. Der Beschichtungswerkstoff wird als Pulver vor der Düse in den
Gasstrahl injiziert und auf das Substrat hin beschleunigt. Oberhalb
einer für
den jeweiligen Beschichtungswerkstoff charakteristischen Geschwindigkeit,
welche für
einzelne Kunststoffe bekannt ist oder andernfalls experimentell
ermittelt werden kann, bilden die Partikel beim Aufprall eine dichte und
haftende Schicht. Dazu müssen
sich die aufprallenden Partikel verformen. Ein Aufheizen des Gasstrahls
erhöht
die Strömungsgeschwindigkeit
des Gases und somit auch die Partikelgeschwindigkeit. Des weiteren
wird durch die Erwärmung
beim Verspritzen die Verformung der Partikel beim Aufprall begünstigt.
Bei den bekannten Verfahren, sowohl unter Verwendung des thermischen
Spritzens als auch des Kaltgasspritzens, wird die Oberflächenbeschichtung auf
die zu beschichtende Oberfläche
aufgespritzt.
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Im
Gegensatz hierzu werden bei einem anderen bekannten Verfahren zum
Herstellen eines Beschichtungsmaterials aus Kunststoff Partikel
eines Kunststoffpulvers auf eine Werkzeugfläche aufgebracht, um eine Beschichtungshaut
zu bilden, die anschließend
auf der zu beschichtenden Oberfläche anzuordnen
ist („slush"-Verfahren). Zum
Bilden einer gewünschten
Verteilung der Kunststoffpartikel auf der Werkzeugfläche kann
das Werkzeug beispielsweise rotieren, so daß sich die Partikel infolge
der auf sie wirkenden Kräfte
möglichst
gleichmäßig verteilen. Die
aufgebrachten Partikel werden dann zumindest teilweise miteinander
verbunden, indem das Werkzeug, auf welchem die Werkzeugfläche gebildet
ist, erhitzt wird, so daß ein
Verschmelzungsprozeß ausgelöst wird.
Anschließend
wird das Werkzeug zum Erstarren der Oberflächenbeschichtung abgekühlt, und
die erstarrte Beschichtungshaut kann für die weitere Verwendung entnommen
werden. Das bekannte Verfahren ist aufgrund des notwendigen Aufheizens und
Abkühlens
des Werkzeugs mit einem erheblichen Energieaufwand verbunden, was
zu hohen Kosten führt.
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In
einem weiteren bekannten Verfahren wird eine Oberflächenschicht
durch Aufsprühen
einer Flüssigkeit
in ein Werkzeug erzeugt. Die Flüssigkeit besteht
aus mindestens zwei Komponenten eines Reaktionssystems, welche unmittelbar
vor oder während
des Sprühens
vermischt werden und mittels einer chemischen Reaktion aus der aufgesprühten Flüssigkeit
einen festen Kunststoff bilden. Das bekannte Verfahren ist auf solche
Substanzen beschränkt,
die durch Reaktion einen Kunststoff bilden und daher nicht auf andere
Kunststoffe, insbesondere nicht auf thermoplastische Polymere, übertragbar. Zudem
sind die verwendeten reaktiven Ausgangssubstanzen in der Regel zumindest
gesundheitsschädlich,
wodurch Lagerung, Umgang und Verarbeitung entsprechen aufwendig
sind, was insbesondere bei geringen Mengen zu hohen Kosten führt.
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Es
sind Verfahren bekannt, bei denen Partikel eines Kunststoffpulvers
zur Bildung einer Formhaut oder dergleichen auf eine Werkzeugfläche gespritzt
oder gesprüht
werden. Die Schichtbildung erfolgt mittels Erwärmung der Werkzeugfläche. In
diesem Zusammenhang wird auf die folgenden Dokumente verwiesen:
JP 09187829 A ,
JP 04161310 A ,
JP 02253906 A ,
JP 06320101 A ,
DE 42 15 914 A1 ,
DE 1 479 115 A sowie
Tagungsunterlagen, 5. Kolloquium 16./17. Nov. 2000 Erding, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen
einer Oberflächenbeschichtung
sowie ein Verkleidungsteil anzugeben, welche flexibel für verschiedene
Anwendungszwecke nutzbar sind und bei denen die Herstellungskosten
vermindert sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren nach dem unabhängigen
Anspruch 1 sowie ein Verkleidungsteil nach dem unabhängigen Anspruch
22 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
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Die
Erfindung umfaßt
den Gedanken, beim Herstellen einer Oberflächenbeschichtung, insbesondere
einer Oberflächenbeschichtung
für ein
Fahrzeuginnenraumteil, das Verspritzen von Partikeln eines Kunststoffpulvers
mit Hilfe einer Spritzeinrichtung sowie das Aufspritzen der Partikel
auf eine Werkzeugfläche
vorzusehen, wobei die Partikel während
des Verspritzens mittels Energiezufuhr in einen schichtbildenden
Zustand gebracht werden, so daß auf
der Werkzeugfläche
benachbarte der aufgespritzten Partikel zum Bilden einer von der
Werkzeugfläche
lösbaren
Oberflächenbeschichtung
miteinan der verbunden werden. Beim Verspritzen erfolgt auf die Partikel
des Kunststoffpulvers ein Energieeintrag, so daß die Partikel auf der Werkzeugfläche die
Oberflächenbeschichtung
bilden, welche von der Werkzeugfläche lösbar ist. Das Kunststoffpulver
wird in Form eines Pulvers eines schäumbaren Kunststoffes aufgespritzt,
welches mit einem chemischen oder einem physikalischen, thermisch
aktivierbaren Treibmittel versehen ist.
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Im
Vergleich zu bekannten Herstellungsverfahren, bei denen die Oberflächenbeschichtung
mit Hilfe des Aufspritzens von Partikeln eines Kunststoffpulvers
auf das zu beschichtende Bauteil gebildet wird, hat die Erfindung
den Vorteil, daß die
Oberflächen beschichtung
zunächst
getrennt von der zu beschichtenden Oberfläche hergestellt wird. Auf diese Weise
kann die Oberflächenbeschichtung
unabhängig
von dem späteren
Anordnen auf der zu beschichtenden Oberfläche und deshalb unabhängig von
deren Eigenschaften, die eventuell zu bestimmten einschränkenden
Herstellungsbedingungen, beispielsweise hinsichtlich thermischer
Verarbeitungseigenschaften, führen
können,
mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung in großer Menge hergestellt werden.
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Mit
der Erfindung kann eine hochqualitative Oberfläche erzeugt werden, da im Endprodukt
die sichtbare Oberfläche
diejenige ist, die beim Spritzen auf der (geeignet strukturierten)
Werkzeug-Seite liegt. Demgegenüber
besteht bei bekannten Verfahren, bei denen die Oberflächenbeschichtung
auf das Endprodukt aufgebracht wird, das Problem, daß die Oberflächenqualität durch
den Spritzprozeß beeinträchtigt ist
und keine Struktur vorgegeben werden kann.
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Gegenüber dem
bekannten Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenbeschichtung, bei dem Kunststoffpulver
in eine Werkzeugform eingebracht und anschließend die Werkzeugform zum Verschmelzen
der Partikel des Kunststoffpulvers erhitzt wird, besteht bei dem
geschaffenen Verfahren der Vorteil, daß das Erwärmen und das Abkühlen einer Werkzeugform
und der hiermit verbundene Energieaufwand nicht notwendig sind,
so daß die
Herstellungskosten vermindert werden können. Darüber hinaus wird der häufige Austausch
der Werkzeugform vermieden, welcher aufgrund des Verschleißes der Werkzeugform
infolge des fortdauernden Erhitzens und Abkühlens bei dem bekannten Verfahren
notwendig ist. Auch hierdurch wird eine Kosteneinsparung erreicht.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß das benötigte Werkzeug nicht auf eine
rasche Wechseltemperierung ausgelegt sein muß, was neben Verschleiß und Energieverbrauch
vor allem auch die Werkzeugkosten im Vergleich zu Slush-Werkzeugen deutlich
reduziert, da eine einfachere Temperiertechnik verwendet werden
kann.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die einzige Figur näher
erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung
zur Ausführung
eines Verfahrens zum Herstellen einer Oberflächenbeschichtung, insbesondere
einer Oberflächenbeschichtung
für ein
Fahrzeuginnenraumteil, mit einer Spritzeinrichtung 1, die
mit einem Behälter 2 verbunden
ist, in welchem sich ein Vorrat eines Kunststoffpulvers 3 befindet,
und einem Werkzeug 4, in welchem eine Werkzeugfläche 5 gebildet
ist, auf die Partikel 6 des Kunststoffpulvers 3 mit
Hilfe der Spritzeinrichtung 1 aufgespritzt werden. Bei
der Spritzeinrichtung 1 handelt es sich zum Beispiel um
eine Spritzpistole. In Abhängigkeit
vom speziellen Anwendungsfall kann der Fachmann hier unter den zum Verspritzen
von Kunststoffpulver verwendeten Vorrichtungen auswählen.
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Mit
Hilfe der Anordnung, wie sie in der Figur schematisch dargestellt
ist, können
grundsätzlich
sowohl das sogenannte thermische Spritzen als auch das sogenannte
Kaltgasspritzen sowie hiervon abgeleitete Spritzverfahren zum Verspritzen
von Kunststoffpulver ausgeführt
werden.
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Beim
Verspritzen der Partikel 6, d. h. nach dem Austreten der
Partikel aus der Spritzeinrichtung 1 und/oder vor dem Austritt,
nämlich
in Kanälen
der Spritzeinrichtung 1, wird den Partikeln 6 des
Kunststoffpulvers 3 Energie zugeführt. Im Fall des thermischen
Spritzens wird im wesentlichen Wärmeenergie zugeführt, so
daß Partikeloberflächen der
verspritzten Partikel 6 zumindest teilweise geschmolzen
werden. Die Wärmeenergiezufuhr
erfolgt beispielsweise mit Hilfe einer Gasflamme, die ebenfalls
mit Hilfe der Spritzeinrichtung 1 oder einer hiervon getrennten Brenneinrichtung
(nicht dargestellt) in Nähe
zu dem Partikelstrom erzeugt wird. Beispielsweise können in einer
Spritzpistole Gaskanäle
(nicht dargestellt) vorgesehen sein, in denen ein Gas gezündet wird,
so daß insbesondere
im Bereich der Austrittsöffnung
der Spritzpistole Wärmeenergie
zum Schmelzen der Partikeloberflächen
gebildet wird. Es kann auch vorgesehen sein, die Wärmeenergie
mit Hilfe heißer
Luft oder eines heißen
inerten Gases zuzuführen,
was den Vorteil hat, daß Beschädigungen
der Partikel, die bei der Verwendung einer Flamme auftreten könnten, vermieden
werden.
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Es
kann vorgesehen sein, die Partikel 3 des Kunststoffpulvers 6 vor
dem Verspritzen vorzuwärmen,
derart, daß noch
kein Aufschmelzen erfolgt, was die Förderung der Partikel 3 erschweren
oder verhindern könnte.
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Im
Fall der Nutzung des sogenannten Kaltgasspritzens bzw. kinetischen
Spritzens wird den verspritzten Partikeln kinetische Energie zugeführt, um
sie auf eine für
des verwendete Kunststoffpulver 3 charakteristische Partikelgeschwindigkeit
zu beschleunigen, die üblicherweise
oberhalb der Schallgeschwindigkeit liegt. Um diese Beschleunigung
der Partikel 6 zu erreichen, wird beispielsweise ein Gasstrom
genutzt, in den die Partikel 6 injiziert werden. Ergänzend kann
vorgesehen sein, den Gasstrom zu erhitzen, was einerseits dessen
Geschwindigkeit erhöht
und andererseits die Partikel erwärmt, so daß deren Verformung beim Aufprall
auf die Werkzeugfläche
unterstützt
wird.
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Nach
dem Aufbringen der Partikel 6 auf der Werkzeugfläche verschmelzen
im Fall des thermischen Spritzens benachbarte Partikel miteinander, so
daß auf
der Werkzeugfläche 5 eine
Oberflächenbeschichtung
aus Kunststoff gebildet wird. Bei der Nutzung des Kaltgasspritzens
erfolgt die Bildung der Oberflächenbeschichtung
dadurch, daß die
Partikel 6 beim Aufprall eine dichte Schicht aneinander
haftender und infolge des Aufpralls verformter Partikel bilden.
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Die
Oberflächenbeschichtung
wird auf diese Weise an die Kontur der Werkzeugfläche 5 angeformt.
Hierdurch ist es möglich,
Oberflächenbeschichtungen
mit beliebiger dreidimensionaler Struktur herzustellen, wobei die
Werkzeugfläche 5 einem äußeren Abdruck
der zu beschichtenden Oberfläche entsprechen
kann. Darüber
hinaus ist die Oberflächenbeschichtung
vorzugsweise zumindest teilweise flexibel, so daß zusätzliche Konturen, beispielsweise Hinterschneidungen,
der zu beschichtenden Oberfläche
beim Aufbringen der Oberflächenbeschichtung noch
erfaßt
werden können.
Bei einer Ausfüh rungsform
ist vorgesehen, daß die
Oberflächenbeschichtung
als Folie gebildet wird, die dann auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht
wird. Hierbei formt sich die Folie dann an die Oberflächenstruktur der
zu beschichtenden Oberfläche
an.
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Um
das Lösen
der Oberflächenbeschichtung von
der Werkzeugfläche 5 nach
dem Herstellen zu erleichtern, kann vorgesehen sein, vor dem Aufbringen
der Partikel 6 auf die Werkzeugfläche 5 ein Trennmittel
aufzutragen. Des weiteren kann eine Ausgestaltung des Verfahrens
vorsehen, daß die Partikel 6 teilweise
in eine auf der Werkzeugfläche 5 angeordnete
Gewebe- oder Textilstruktur eingebracht werden, die die Strukturfestigkeit
der Oberflächenbeschichtung
unterstützt.
Mit Hilfe des Einbringens der Kunststoffpartikel kann eine Luftdurchlässigkeit
bzw. ein Strömungswiderstand
der Gewebe- oder Textilstruktur eingestellt werden oder eine undurchlässige Schicht
erzeugt werden. Die Gewebe- oder Textilstruktur mit einer undurchlässigen Schicht hinterspritzt,
-preßt,
-blasen oder -schäumt
werden kann, ohne daß bei
diesem nachgeschalteten Prozeß aufgebrachtes
Material durch die Gewebe- oder Textilstruktur hindurchtritt. Darüber hinaus
kann die Werkzeugfläche 5 eine
Oberflächenstruktur
aufweisen, die dazu genutzt wird, auf der äußeren Oberfläche der
Oberflächenbeschichtung
eine Struktur zu bilden.
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Um
auf der fertigen Oberfläche
der gespritzten Oberflächenbeschichtung
eine lackierte Oberfläche
zu bilden, kann vor dem Aufspritzen der Partikel 3 ein
Lackmittel aufgebracht werden, wahlweise nachdem das Trennmittel
aufgebracht wurde.
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Wenn
die zu beschichtende Oberfläche
auf einem Bauteil gebildet ist, was selbst wenigstens zum Teil in
einem Formwerkzeug hergestellt wird, kann die Oberflächenbeschichtung
in der beschriebenen Art und Weise vorzugsweise auf der inneren Oberfläche des
Formwerkzeugs mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens hergestellt
werden. Anschließend
wird dann in dem Formwerkzeug das Material zur Herstellung des zu
beschichtenden Bauteils eingebracht, beispielsweise durch Einspritzen
eines Kunststoffes. Die mittels Spritzens hergestellte Oberflächenbeschichtung
kann so in einem weiteren Arbeitsgang im gleichen oder einem anderen
Formwerkzeug mit einem Kunststoff hin terspritzt, hinterblasen, hinterpreßt und/oder
hinterschäumt
werden. Mit Hilfe dieses Verfahrensschrittes ist es beispielsweise
möglich,
eine Oberflächenbeschichtung
für Spritzgießteile aus
Kunststoff herzustellen. Aber auch das Aufschäumen eines Kunststoffes zur
Herstellung des zu beschichtenden Bauteils kann vorgesehen sein.
In diesem Fall wird das aufzuschäumende
Material ebenfalls in den Innenraum einer Werkzeugform zum Aufschäumen eingebracht,
wobei die Oberfläche
des Innenraums zumindest teilweise vorher mit der Oberflächenbeschichtung
bedeckt wurde.
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Bei
den verschiedenen Ausführungsformen des
Verfahrens kann vorgesehen sein, daß die Oberflächenbeschichtung
mehrschichtig ausgeführt
ist, indem nacheinander mehrere Schichten mit Hilfe des Aufspritzens
der Partikel eines oder mehrerer Kunststoffe gebildet werden. Sollen
unterschiedliche Bereiche einer zu beschichtenden Oberfläche mit
verschiedenen Oberflächenbeschichtungen
beschichtet werden, beispielsweise, um eine unterschiedliche Farbgebung
herzustellen, können
die verschiedenen Oberflächenbeschichtungen
jeweils mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens in den jeweiligen
Bereichen verspritzt werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine
mehrfarbige Beschichtung hergestellt werden. Zur Verbindung der
mit unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien hergestellten Beschichtung können sich
diese überlappen
oder es kann eine weitere, die gesamte Beschichtung umfassende,
zusätzliche
Schicht aus einem dieser oder eines anderen Beschichtungsmaterials
aufgebracht werden.
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Mit
Hilfe des Temperierens der Werkzeugfläche 5, auf welche
die Partikel 6 des Kunststoffpulvers 3 aufgespritzt
werden, kann eine Temperaturregulierung derart erreicht werden,
daß das
Verschmelzen der aufgespritzten Partikel im unmittelbaren Grenzbereich
zwischen der Werkzeugfläche 5 und
den hierauf angeordneten Partikeln unterstützt wird. Darüber hinaus
kann die Temperierung der Werkzeugfläche 5 zum Abkühlen der
Oberflächenbeschichtung aus
den miteinander verbunden Partikeln aus Kunststoff verwendet werden.
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Als
Kunststoffpulver 3 wird ein Pulver eines schäumbaren
Kunststoffes aufgespritzt, welches mit einem chemischen oder einem
physikalischen, thermisch aktivierbaren Treibmittel versehen ist.
Das Kunststoffpulver 3 kann vor dem Verspritzen mittels Vorwärmen auf
eine Temperatur erhitzt werden, bei der gerade noch keine Reaktion
des Treibmittels stattfindet. Als Zusatz kann das Kunststoffpulver 3 feine
Partikel, insbesondere Nanopartikel, umfassen, die der Oberflächenbeschichtung
besonders schmutzabweisende und/oder widerstandsfähige und/oder
kratzfeste Eigenschaften verleihen oder einen besonderen Glanz oder
einen optischen Effekt bewirken.
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Ergänzend zum
Aufspritzen des Kunststoffpulvers 3 kann vorgesehen sein,
beim Herstellen der Oberflächenbeschichtung
bereichsweise oder durchgehend eine Metallschicht mittels Aufspritzen
von Metallpartikeln auszubilden, um eine elektromagnetische Abschirmung
und/oder eine elektrische Leitfähigkeit
auszubilden, insbesondere zur elektrischen Aufheizung der Oberflächenbeschichtung.
Die Metallpartikel können
von einem Metallpulver gebildet sein.
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Um
Einsätze,
wie Inserts, Blenden, Funktionsteile oder dergleichen, in die Oberflächenbeschichtung
fest zu integrieren, kann vorgesehen sein, daß solche Einsätze beim
Aufspritzen des Kunststoffpulvers 3 zumindest teilweise
um- oder eingespritzt werden.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der
Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.
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- 1
- Spritzeinrichtung
- 2
- Behälter
- 3
- Kunststoffpulver
- 4
- Werkzeug
- 5
- Werkzeugfläche
- 6
- Partikel