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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kunststoff-Metall-Verbundkörper, insbesondere zum Einsatz
in Kraftfahrzeugen, mit einer metallischen Dekorschicht und einer
Kunststoffschicht als Trägerschicht,
welche durch ein Spritz-, Spritzguss- oder Pressverfahren mit der
Dekorschicht verbunden ist.
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Es
ist allgemein bekannt, Dekorelemente aus Metall mit Kunststoff zu
umspritzen oder zu hinterspritzen. Solche Metall-Kunststoff-Verbundkörper werden
dort eingesetzt, wo ein niedriges Eigengewicht bei gleichzeitig
hochwertigem Erscheinungsbild gewünscht ist. Dies ist beispielsweise
bei der Gestaltung eines Fahrzeuginnenraumes der Fall. Hier werden
beispielsweise Lautsprecherabdeckungen, Lüftungsabdeckungen sowie Zierleisten
und ähnliches häufig in
Edelstahl oder Aluminium-Optik ausgeführt. Diese Dekorschicht kann
auch durch Ätzen
oder Bedrucken mit mehrfarbigen Dekorelementen mit zusätzlichen
Symbolen versehen werden, wodurch eine große Gestaltungsvielfalt erreicht
wird.
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Um
den Kraftstoffverbrauch möglichst
gering zu halten, ist es erstrebenswert, auch das Gewicht dieser
Zierteile möglichst
klein zu halten. Aufgrund des Erscheinungsbildes des Kunststoffs,
welcher im Normalfall nicht die hohen Anforderungen erfüllen kann,
die an dekorative Oberflächen
gestellt werden, wird die sichtbare Oberfläche beispielsweise durch Aluminiumblechteile
gebildet. Um gleichzeitig das Gewicht und die Kosten des Bauteils
möglichst
gering zu gestalten, sollte das Metall möglichst dünn beispielsweise nur die sichtbaren
Oberflächenbereiche
als Metallblech ausgebildet sein. Dies geht häufig mit einem gewissen Stabilitätsproblem
in dem Bauteil einher, welchem im Stand der Technik entgegengewirkt
wird, indem zur Stabilisierung des Bauteils eine Trägerschicht
unterhalb der Dekorschicht vorgesehen wird. Für die Trägerschicht wird ein möglichst
leichtes aber stabiles Kunststoffmaterial gewählt. Dies hat ferner den Vorteil
einer wesentlich größeren Gestaltungsfreiheit
aufgrund der wesentlich einfacheren und flexibleren Verarbeitbarkeit
von Kunststoff, so dass auch eine Anpassung an verschiedene Einbaugeometrien
und unterschiedlich ausgebildete Bauräume im Fahrzeug möglich sind.
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Im
Stand der Technik werden häufig
Dekorschicht und Trägerschicht
zunächst
separat gefertigt, wobei in der Trägerschicht eine Vertiefung
ausgebildet wird, in die bei der Montage des Dekorteils zunächst ein
Klebestreifen eingesetzt wird, um über diesen die Trägerschicht
und die Dekorschicht miteinander zu verbinden. Zwischen Dekorschicht
und Trägerschicht
bildet sich zwangsläufig
ein Spalt, in dem sich Schmutz und Wasser sammeln kann, welche auch
schwer daraus wieder zu entfernen sind. Auch die an solche Metall-Kunststoff-Verbundkörpern bei
Klimawechseltests zwischen –40°C und 80°C ergebenden
Anforderungen können
häufig
aufgrund der stoffschlüssigen
Verbindung der Komponenten entweder aufgrund Alterung des verwendeten Klebstoffes
oder aber auch aufgrund der fehlenden Möglichkeit einer Relativbewegung
zwischen den Komponenten und der Folge von Spannungen aufgrund unterschiedlicher
Wärmeausdehnungskoeffizienten
nicht erfüllt
werden.
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Der
zur Befestigung der Aluminiumschiene einzusetzende Klebestreifen
bringt weitere Nachteile mit sich. Zum einen stellt er sowohl einen
erheblichen Kostenfaktor bei der Herstellung und anschließend bei
der Montage dar. Ferner können
einige Kunststoffoberflächen
wie beispielsweise Polypropylen(PP)-Oberflächen aufgrund ihrer niedrigen
Oberflächenspannung
nur mit einem solchen Klebestreifen zuverlässig beklebt werden, wenn sie
vorher einer Vorbehandlung beispielsweise das Auftragen eines Primers
oder einer Korona oder auch ein Beflämmen unterzogen werden, was
ebenfalls mit zusätzlichen
Arbeits- und Materialkosten einhergeht.
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Um
diesen Nachteilen entgegenzuwirken, wurde im Stand der Technik vorgeschlagen,
die Dekorleiste mit Kunststoff zu umspritzen und dabei so zu umgeben,
dass die Schichten bereits während
des Umspritzens eine feste Verbindung miteinander aufweisen. Diese
Vorgehensweise hat aber den Nachteil, dass bei der Herstellung des
Verbundkörpers
insbesondere durch das unterschiedliche Schrumpfungsverhalten erhebliche
Spannungen im Bauteil auftreten, durch welche die Dekorschicht verbogen werden
kann.
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Im
Stand der Technik wurde daher vorgeschlagen, ein Verbundbauteil
auszubilden, bei dem zwischen der metallischen Schicht und der Kunststoffträgerschicht
eine Zwischenschicht angeordnet ist, um dadurch eine Entkopplung
zwischen der metallischen Schicht und der Kunststoffschicht bereitzustellen
und so Spannungen durch die unterschiedlichen Längenausdehnungen der Verbundmaterialien aufgrund
der unterschiedlichen Elastizitätsmodule der
metallischen Schicht und der Kunststoffschicht auszugleichen. Dieser
Fertigungsschritt sorgt zwar dafür,
dass bei geeigneter Auswahl des Materials der Zwischenschicht Verzug
ausgeglichen wird, jedoch stellt sich der Herstellungsprozess dieser
Dekorbauteile als äußerst aufwendig
heraus. Außerdem
erweist sich die Prozessführung
eines solchen Mehrkomponenten-Kunststoff-Spritzverfahrens in Kombination
mit einer metallischen Dekorschicht als äußerst schwierig, da das unterschiedliche
Schrumpfungsverhalten von nunmehr drei verschiedenartigen Werkstoffen
während
der Abkühlung
des Bauteils von der Einspritztemperatur auf Raumtemperatur Berücksichtigung
in der Prozessführung
finden muss, wodurch es häufig
zu einer Stau chung der Dekorschicht oder aber auch zu Spaltbildungen
zwischen Kunststoffschicht und Dekorschicht kommt.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kunststoff-Metall-Verbundkörper und
ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, welches bei
einfacher Prozessführung
einen Verzug des Bauteils aufgrund von Schrumpfungen erfolgreich
verhindert.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass auf Höhe
eines Randbereiches der metallischen Dekorschicht mindestens eine
Aussparung in der Form einer Schrumpfungstasche in der Trägerschicht
vorgesehen ist, die eine Relativbewegung zwischen Dekorschicht und
Trägerschicht während des
Abkühlens
ermöglicht,
um ein unterschiedliches Schrumpfungsverhalten von Dekorschicht
und Trägerschicht
während
des Abkühlens nach
der Fertigung auszugleichen.
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Mit
anderen Worten wird das verstärkte Schrumpfungsverhalten
des Kunststoffes beim Abkühlen
von der Einspritztemperatur, die bei einem Großteil der eingesetzten Kunststoffe
zwischen 260 und 280°C
liegt, bis auf Raumtemperatur dadurch ausgeglichen, dass Schrumpfungstaschen
in Längs- und/oder
Querrichtung entlang der Randbereiche der Dekorschicht vorgesehen
werden, die eine gezielte Relativbewegung zwischen Trägerschicht
und Dekorschicht während
des Abkühlens
ermöglichen,
so dass die Schrumpfungen des Kunststoffes keine Spannungen auf
die Dekor schicht aufbringen, da durch das Schrumpfen zunächst dieser
durch die Schrumpfungstaschen bereitgestellte Zwischenraum ein Stauchen
der Dekorschicht verhindert.
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Um
eine möglichst
ungehinderte Relativbewegung der Schichten während des abkühlungsbedingten
Schrumpfens zu ermöglichen,
sind in einem Ausführungsbeispiel
die Schrumpfungstaschen so in der Trägerschicht angeordnet sind,
dass sie zumindest einen Teilabschnitt des Randbereiches mindestens
einer Stirnseite der Dekorschicht, insbesondere der Stirnseite in
dem Bereich der größten Schrumpfung
der Trägerschicht,
freilegt.
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In
einen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Schrumpfungstasche an der der Dekorschicht
abgewandten Seite der Trägerschicht und
somit an der nicht sichtbaren Seite des Kunststoff-Metall-Verbundkörpers ausgebildet.
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Werden
die Abmessungen der Schrumpfungstasche, insbesondere ein durch die
Schrumpfungstasche zwischen Stirnseite der Dekorschicht und Trägerschicht
freibleibender Raum R, vorteilhaft an das Schrumpfungsverhältnis von
Dekorschicht zu Trägerschicht
angepasst, so kann erreicht werden, dass die Schrumpfungstasche
nach dem Abkühlen des
Bauteils möglichst
klein ist, so dass eine eventuelle Schwächung des Bauteils möglichst
gering ausfällt.
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Alternativ
ist es aber auch möglich,
zur Reduktion des Gewichts des Kunststoff-Metall-Verbundkörpers die
Schrumpfungstasche möglichst
groß auszulegen
und beispielsweise den Randbereich der Dekorschicht soweit freizulegen,
dass nur noch ein oder wenige Befsetigungsstege zur Positionierung der
Dekorschicht in der Trägerschicht
stehen bleiben. Dies erfordert eine Abwägung zwischen der Erfüllung der
Trägerfunktion
und damit der Stabilität
des Bauteils gegenüber
der Gewichtsreduktion.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist
die Schrumpfungstasche mindestens eine Breite auf, die der Hälfte der
Differenz der von der Dekorschicht und der Trägerschicht jeweils zurückgelegten Schrumpfungswege,
die sich aus unterschiedlichen Längenausdehnungskoeffizienten
von Dekorschicht und Trägerschicht
ergeben, entspricht.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind Positioniermittel insbesondere Positioniernasen
oder -haken an der Dekorschicht und/oder der Trägerschicht ausgebildet. Dabei
sind die Positioniermittel vorteilhaft so angeordnet, dass sie eine
schrumpfungsausgleichende Relativbewegung zwischen den Bauteilen
zulassen, andererseits eine von der schrumpfungsausgleichenden Relativbewegung
abweichende Verschiebung der Bauteile aber verhindern.
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Um
ein möglichst
einfaches Reinigen der Dekoroberfläche zu ermöglichen, kann in einem weiteren
Ausführungsbeispiel
die Trägerschicht
im Übergang
zur Dekorschicht abgeschrägt
ausgeführt
sein.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist der Kunststoff-Metall-Verbundkörpers mindestens
ein Verzierelement auf, welches so in die Schrumpfungstasche einsetzbar
ist, dass es die Schrumpfungstasche zumindest teilweise überdeckt.
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Zur
Herstellung des Kunststoff-Metall-Verbundkörpers wird zunächst durch
Hinterspritzen oder Umspritzen der metallischen Dekorschicht mit Spritz-,
Spritzguss- oder Pressverfahren eine Trägerschicht mit der metallischen
Dekorschicht verbunden, wobei das Spritzguss- oder Presswerkzeug
so ausgelegt ist, dass während
des Hinterspritzens oder Umspritzens im Bereich der Endabschnitte
der metallischen Dekorschicht mindestens eine Aussparung in der
Form einer Schrumpfungstasche in der Trägerschicht vorgesehen wird,
welche eine Relativbewegung zwischen Dekorschicht und Trägerschicht
während
des Abkühlens
ermöglicht,
um einen Verzug der Bauteile aufgrund einer von dem unterschiedlichen Schrumpfungsverhalten
von Dekorschicht und Trägerschicht
hervorgerufenen ungewollten Materialverdrängung während des Abkühlens nach
der Fertigung auszugleichen. Diese kann beispielsweise erzeugt werden,
indem in dem Werkzeug ein oder mehrere entspre chende Vorsprünge in Höhe der End- bzw.
Randbereiche der Dekorschicht im Werkzeug ausgebildet sind.
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Hinsichtlich
weiterer vorteilhafter Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie
die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der
beiliegenden Zeichnungen verwiesen. Es zeigt:
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1 einen
Kunststoff-Metall-Verbundkörper
gemäß der Erfindung;
und
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2 eine
vergrößerte Teildarstellung
des Verbundkörpers
gemäß 1 im
Schnitt.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Kunststoff-Metall-Verbundkörper in
Form einer Dekorfußleiste 1 für eine Kraftfahrzeug.
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Die
Fußleiste 1 weist
eine Dekorschicht 2 aus Aluminium auf, die von einer Trägerschicht 3 aus Kunststoff
umgeben bzw. umschlossen ist. Im Übergangsbereich zwischen Trägerschicht 3 und
Dekorschicht 2 sind Abschrägungen 3a ausgebildet,
die das Reinigen des für
einen Fahrer sichtbaren Bereichs der Dekorschicht von Staub oder
Schmutzwasser erleichtern und gleichzeitig ein ästhetisch ansprechendes und
hochwertiges Erscheinungsbild vermitteln.
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Die
Dekorschicht 2 ist hier als lichtundurchlässige Aluminiumschicht
ausgebildet. In einem nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel
sind in der Dekorschicht lichtdurchlässige Bereiche bzw. Aussparungen,
beispielsweise in Form von Schriftzeichen oder Symbolen vorgesehen,
die über
hinter der Trägerschicht 3 oder
an der Trägerschicht 3 angeordnete
Leuchtmittel beleuchtbar sind. Natürlich kann die Dekorschicht
auch durch Ätzen
oder Bedrucken mit mehrfarbigen Dekorelementen mit zusätzlichen
Symbolen versehen werden oder auch ein Muster in die Oberfläche eingeprägt werden,
wodurch eine große
Gestaltungsvielfalt erreicht wird.
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Die 2 zeigt
eine vergrößerte Teildarstellung
der Fußleiste 1 gemäß 1 im
Schnitt. Um einen Ausgleich des unterschiedlichen Schrumpfungsverhaltens
von Dekorschicht 2 und Trägerschicht 3 beim
Abkühlen
der Fußleiste 1 auszugleichen,
sind an Randbereichen der metallischen Dekorschicht 2 in
der Trägerschicht 3 Schrumpfungstaschen 4 ausgebildet.
Die Schrumpfungstaschen 4 weisen eine Breite B auf, die
der Hälfte
der Differenz der von der Dekorschicht 2 und der Trägerschicht 3 jeweils
zurückgelegten
Schrumpfungswege, die sich aus unterschiedlichen Längenausdehnungskoeffizienten
von Dekorschicht und Trägerschicht
ergeben, entspricht. Die Tiefe T der Schrumpfungstasche 4 ist
so ausgelegt, dass die Stirnseite 5 des Randbereichs 2a der Dekorschicht 2 nicht
mit der Trägerschicht 3 in
Berührung
kommt. Mit anderen Worten ist die Schrumpfungstasche 4 so
angeordnet, dass sie den Teilabschnitt des Randbereiches 2a der
Stirnseite 5 der Dekorschicht 2 senkrecht zur
Längsausdehnung
der Trägerschicht 3 und
somit im Bereich der größten Schrumpfung
der Trägerschicht 3 freilegt.
Dadurch wird die Stirnseite 5 des Randbereichs 2a der
Trägerschicht 2 nicht
von der Trägerschicht 3 überdeckt
und eine Relativbewegung zwische Dekorschicht 2 und Trägerschicht 3 erleichtert.
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In
der Dekorschicht 2 sind hier nicht dargestellte Positioniermittel
in Form von Positioniernasen ausgebildet. Dabei sind die Positioniernasen
so angeordnet, dass sie eine schrumpfungsausgleichende Relativbewegung
zwischen den Bauteilen zulassen, andererseits eine von der schrumpfungsausgleichenden
Relativbewegung abweichende Verschiebung der Bauteile aber blockieren.
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Die
Herstellung des Dekorelements 1 in Form einer Fußleiste
geschieht wie folgt. Zunächst wird
die Dekorschicht 2 mittels im Stand der Technik bekannter
Herstellungsverfahren hergestellt und gegebenenfalls einem Druck-
oder Prägeverfahren
zu Dekorationszwecken unterzogen. Anschließend wird das fertige Bauteil
in die Kavität
einer Spritzgussmaschine eingelegt. Dann wird der sichtbare Oberflächenbereich
der Dekorschicht mittels eines Stempels abgedichtet, um ein Eindringen
der Trägerschicht
in den sichtbaren Bereich der Fußleiste 1 zu verhindern.
Der Stempel ist mit einer Beschichtung versehen, um zum Einen die
Dekorschicht vor einem Verkratzen zu schützen und zum Anderen, um für eine bessere
Abdichtung gegenüber
der später
einzuspritzenden Trägerschicht 3 zu
sorgen. Die Dekorschicht wird dabei in eine Halterung gelegt, deren geometrische
Abmessungen den Abmessungen der Schrumpfungstaschen 4 entsprechen.
Die Halterung ragt dabei leicht über
die dem Stempel zugehörende Seite
der Dekorschicht 2 hinaus.
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Nach
Schließen
der Kavität
und Verfahren des Stempels wird die Kavität zunächst auf Einspritztempertur
erwärmt
und anschließend
die Trägerschicht
derart in die Kavität
eingespritzt, dass sie das Dekorteil 2 vollständig umgibt.
Anschließend
wird die Kavität
und damit das Dekorteil 1 auf ca. 80°C abgekühlt und anschließend aus
der Kavität
entnommen, um an der Umgebungsluft auf Raumtemperatur weiter abzukühlen.