-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Bauteil zum Verkleiden eines Innenraums (Innenraumverkleidungselement), insbesondere aber nicht notwendigerweise eines Fahrgastraums. Im Speziellen befasst sich die Erfindung mit einem beheizbaren Innenraumverkleidungselement.
-
Stand der Technik
-
Tafelheizer in der Fahrgastzelle von Fahrzeugen erfreuen sich wachsender Beliebtheit, da sie den Insassenkomfort steigern bei gleichzeitig wirtschaftlichem Umgang mit elektrischer Energie. Existierende Tafelheizkonzepte nutzen hauptsächlich Technologien, die ursprünglich für Sitzheizungen entwickelt wurden. Sitzheizungen zur Steigerung des Insassenkomforts sind heute im Markt gut etabliert. Tafelheizer weisen jedoch einige Eigenheiten auf, die sie von Sitzheizern in wesentlichen Punkten unterscheiden.
-
Tafelheizer in serieller elektrischer Verschaltung werden üblicherweise mittels Drahtheizungen realisiert, d. h. Joulesche Erwärmung eines elektrisch beheizten Drahts von definiertem Widerstand pro Längeneinheit. Dieses Konzept, gut bekannt von der Sitzheizung, betreibt Heizdrähte auf verhältnismäßig hoher Temperatur. Aus diesem Grund ist eine Aufpolsterung zum Dekor hin erforderlich, um das Temperaturfeld über die Dekoroberfläche zu homogenisieren und um sicher zu stellen, dass die vorgegebene Maximaltemperatur an der Dekoroberfläche, nicht überschritten wird. Die Aufpolsterung wird ebenfalls benötigt, um die Drähte von der Dekorseite her unsichtbar und haptisch nicht erfassbar zu machen. Ein solches Integrationskonzept, das eine zusätzliche Aufpolsterung des Tafelheizers erfordert, steht in klarem Widerspruch zu einer schlanken Integration, schnellem Aufheizverhalten und energieeffizientem Aufheizen und Betrieb.
-
Folienheizungen, können die geschilderten Nachteile von Drahtheizungen auf Grund Ihrer flachen Form zum Teil vermeiden. Insbesondere können Folienheizungen auf Grund der niedrigeren Heiztemperatur deutlich dichter zum Dekor positioniert werden. Jedoch stellt sich das Problem, die Heizfolie faltenfrei dem gewünschten Dekoroberflächenverlauf anzupassen.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein beheizbares Innenraumverkleidungselement darzustellen, in welchem die oben genannten Probleme verringert sind. Diese Aufgabe wird durch ein Innenraumverkleidungselement nach Anspruch 1 gelöst.
-
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß umfasst ein Innenraumverkleidungselement, beispielsweise für den Fahrgastraum eines Fahrzeugs, einen ein- oder mehrlagigen drapierfähigen Dekorbezug, welcher eine Vorderseite, welche dafür ausgelegt ist, dem Innenraum zugewandt zu sein, und eine Rückseite, welche dafür ausgelegt ist, dem Innenraum abgewandt zu sein, aufweist, wobei der Rückseite des Dekorbezugs ein flächiges elektrisches Heizelement direkt aufgedruckt ist.
-
Niedrigste Verbautiefe einer vom Fahrzeuginnenraum haptisch nicht erfassbaren und nicht sichtbaren Heizung wird dadurch erreicht, dass diese auf das Dekormaterial aufgedruckt wird. Da die sich aus der Bedruckung ergebende Dickenänderung des Dekorbezugs in der Größenordnung von zehn Mikrometer liegt, kann der Dekorbezug anschließend im gewöhnlichen Fertigungsprozess verwendet werden.
-
Vorzugsweise umfasst das Innenraumverkleidungselement weiter als formgebenden Träger eine Trägertafel, welcher der Dekorbezug aufkaschiert ist. Unter dem Begriff „Trägertafel” wird hier eine dem Innenraumverkleidungselement Form und Stabilität gebende Platte verstanden. Die Trägertafel kann flach aber auch räumlich gekrümmt sein. Als Materialien der Trägertafel kommen, beispielsweise, mit Natur- oder Kunstfasern verpresstes Epoxidharz, ein Thermoplast auf Polyolefin- und Sägemehlbasis, glasfaserverstärkter Polypropylenverbundwerkstoff, glasfaserverstärkter Polyurethanschaum, etc. in Frage. Zum Kaschieren des bedruckten Dekorbezugs werden bevorzugt thermisch aktivierbare Zweikomponentenkleber verwendet. Andere Adhäsive (reaktiv oder nicht-reaktiv) sind möglich. Beim Kaschieren wird die Trägertafel in ein geheiztes Pressenunterteil eingelegt, das Dekormaterial wird über die Trägertafel gelegt und anschließend mit dem Pressenoberteil faltenfrei unter mäßigem Druck auf den Träger aufkaschiert.
-
Als Alternative zur Befestigung an einer vorgefertigten Trägertafel kommt ein Hinterspritzen des Dekorbezugs in einem In-Mold-Verfahren in Betracht. Dabei wird der bedruckte Dekorbezug auf eine Spritzgussform gelegt. Anschließend wird die Rückseite der Spritzgussform geschlossen und im Spritzgussprozess wird der Dekorbezug hinterspritzt und faltenfrei an die Vorderseite der Form angedrückt. Nach dem Erkalten bzw. Erstarren des hinterspritzten Spritzgusses behält der Dekorbezug dessen Form. In diesem Fall spielt folglich der hinterspritzte Spritzguss die Rolle des formgebenden Trägers.
-
Beim Dekorbezug kann es sich um eine Einzellage handeln. In diesem Fall sind die Vorder- und die Rückseite Dekorbezugs von den Oberflächen ein- und desselben Materials. Vorzugsweise handelt es sich beim Dekorbezug jedoch um einen mehrlagigen Verbund von flächig (vorzugsweise im Wesentlichen vollflächig) miteinander verbundenen Einzellagen, welcher zumindest eine erste Außenlage und eine zweite Außenlage umfasst, wobei die erste Außenlage die genannte Vorderseite und die zweite Außenlage die genannte Rückseite darstellt. Die erste Außenlage kann beispielsweise zumindest eines der folgenden Materialien aufweisen oder daraus bestehen: Gestrick; Gewirke; Abstandsgewirke; Kunstleder; Echtleder; Vliesstoff, etc. Die zweite Außenlage könnte zumindest eines der folgenden Materialien aufweisen oder daraus bestehen: PET-Folie; PU-Folie. Die Dicke einer solchen Folie würde bevorzugt im Bereich von 12 bis 50 μm liegen. Anzumerken ist, dass die zweite Außenlage im unbedruckten Zustand in den mehrlagigen Verbund des Dekorbezugs integriert wird, etwa in einem Flammkaschierprozess. Erst wenn der Dekorbezug als Verbund, umfassend insbesondere die erste Aussenlage, bereitsteht, wird direkt auf ihn gedruckt. Ein Drucken auf ein separates Drucksubstrat, welches nachträglich mit dem Dekorbezug verbunden würde, findet folglich nicht statt.
-
Vorzugsweise weist der mehrlagige Verbund zwischen der ersten und zweiten Außenlage zumindest eine stauchbare (polsternde) Innenlage auf. Eine solche Innenlage könnte einen offen- oder geschlossenporigen Schaumstoff, z. B. aus PET oder PU, aufweisen, wobei die Dicke des Schaumstoff vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 5 mm liegen würde.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Heizelement zumindest ein flächiges Widerstandselement und mindestens eine gegenüber dem Widerstandselement elektrisch hoch leitfähige Zuleitung auf. Die mindestens eine Zuleitung und das mindestens eine Widerstandselement können einander in einem Kontaktierungsbereich überlappend gedruckt sein.
-
Beim zumindest einen Widerstandselement handelt es sich vorzugsweise um einen Polymer-Dickfilmdruck, welcher als elektrisch leitfähige Komponenten bevorzugt Graphen, Kohlenstoffnanoröhren (CNTs, von dem englischen Begriff carbon nanotubes), CB (aus dem Englischen: Carbon Black, d. h. Kohlenstoffpartikel wie z. B. Ruß), Graphit oder Mischungen von diesen enthält. Besonders bevorzugt werden für das mindestens eine Widerstandselement Ausgestaltungen als ein Polymer-Dickfilmdruck, welcher einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist (PTC Materialien), d. h. dessen elektrischer Widerstand sich mit steigender Temperatur erhöht. Mit Hilfe derartiger Tinten bzw. Drucke kann die Heizleistung mit steigender Temperatur automatisch gedrosselt werden.
-
Die mindestens eine elektrisch hoch leitfähige Zuleitung kann hingegen beispielsweise aus einem Druck von silber- oder kupferbasierter Tinte bestehen. In Betracht kommen etwa Polymer-Dickschichtbedruckungen, deren Tinte ein Komposit mit Silberflocken im μm-Größenbereich, einem Binder, einem Lösungsmittel, sowie weiteren Additiven ist. Ebenfalls möglich sind Tinten aus Silber-Nanopartikeln, die keinen weiteren Binder benötigen und die im Trocknungsschritt sintern um somit höchste spezifische Leitfähigkeiten zu realisieren. Ebenfalls möglich sind Tinten aus Kupfer- bzw. Kupferoxid-Nanopartikeln, die im Trocknungsprozess chemisch reduziert werden und ebenfalls sintern.
-
Druckprozesse sind bevorzugt Siebdruckprozesse (z. B. im Flachbett- oder Rotationsverfahren). Andere Druckprozesse wie Hochdruck, Tiefdruck oder Tintenstrahldruck sind möglich. Zur Trocknung bzw. dem Sintern der Tinten können Konvektionsöfen mit Temperaturen bis ca. 150°C, aber auch Infrarottrockner, UV-Trockner und Blitzlampen, die hauptsächlich im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums arbeiten, verwendet werden.
-
Wie oben bereits kurz angesprochen, kann der formgebende Träger (die Trägertafel oder der hinterspritzte Spritzguss) eine räumliche Krümmung aufweisen. In dem Fall liegt der Dekorbezug diese Krümmung übernehmend am Träger an. Der formgebende Träger und, demzufolge, der Dekorbezug können Bereiche hoher Krümmung aufweisen. In diesem Fall ist das Heizelement vorzugsweise die Bereiche hoher Krümmung aussparend aufgedruckt. In anderen Worten werden Bereiche starker Dehnung des Dekorbezugs von der Bedruckung und damit auch von der Beheizung ausgespart. Erreicht wird damit vor allem, dass die Funktionsfähigkeit der Bedruckung über den Kaschierprozess bzw. über den Hinterspritzprozess hinaus erhalten bleibt.
-
Ein Innenraumverkleidungselement gemäß der vorliegenden Erfindung kann z. B. ein Fahrzeugtürinnenverkleidungselement, ein Dachhimmelverkleidungselement eines Fahrgastraums, ein Fußraumverkleidungselement eines Fahrgastraums oder ein Armaturenbrettverkleidungselement darstellen. Natürlich kann ein erfindungsgemäßes Innenraumverkleidungselement auch anderweitig Verwendung finden.
-
Kurze Beschreibung der Figuren
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung möglicher Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren entnommen werden. Diese zeigen:
-
1 einen schematischen Querschnitt eines Innenraumverkleidungselements gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
-
2 die Vergrößerung eines Details des Querschnitts aus 1;
-
3 einen schematischen Querschnitt eines Innenraumverkleidungselements gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;
-
4 einen schematischen Querschnitt eines Innenraumverkleidungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung
-
Ein Innenraumverkleidungselement 10 gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird nun anhand der 1 und 2 beschrieben. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Teils des Innenraumverkleidungselements 10, welches ein dreidimensionales Profil aufweist. 2 zeigt, nicht maßstabsgetreu, den schichtweisen Aufbau des Innenraumverkleidungselements 10.
-
Das Innenraumverkleidungselements 10 umfasst einen aus einem Lagenverbund bestehenden drapierfähigen Dekorbezug 12. Die dem Innenraum zuzuwendende Seite des Dekorbezugs 12 wird dargestellt durch eine erste äußere Einzellage 1. Diese besteht aus dem eigentlichen Dekormaterial, d. h. dasjenige Material, welches an der der Fahrgastzelle zuwandten Seite von den Insassen gesehen und berührt werden kann. Typische Materialen, die für als erste äußere Einzellage zum Einsatz kommen können, sind Gestricke oder Gewirke (auf Grund ihrer hervorragenden Drapierfähigkeit), aber auch Abstandsgewirke, sowie Folien, Kunstleder, Echtleder oder Vliesstoff. Die Dekoroberfläche kann auch durch direktes Aufstreichen des Dekorkunststoffs auf einen drapierfähigen Träger und anschließendem Prägedruck hergestellt werden. Die erste äußere Einzellage 1 ist mit einer polsternden Innenlage 6 aus Polstermaterial und einer dünnen PET- oder PU-Folie als zweiter äußeren Einzellage 5 flammkaschiert. Typische Polstermaterialien, sind z. B. Schäume (PET, PU, offen- oder geschlossenporig, 0,5 bis 8 mm) oder Abstandsgewirke (PET, 0,5 bis 10 mm). Auch beim Polster ist ausreichende Drapierfähigkeit notwendig. In einem konkreten Beispiel besteht die erste äußere Einzellage 1 aus einem elastisch näherungsweise isotropen PET-Gewirke mit Flächengewicht 200 g/m2, das mit einem offenporigen, ca. 0,8 mm starken PET-Schaum (als Innenlage 6) und einer 0,025 mm starken PU-Folie (als zweite äußere Einzellage 5) flammkaschiert ist.
-
Auf der durch die zweite äußere Einzellage 5 dargestellten Rückseite des Dekorbezugs ist ein elektrisches Heizelement 14 gedruckt. Dieses umfasst zum einen flächig ausgedehnte gedruckte Widerstandselemente 4, welche sich beim Fließen von elektrischem Strom aufheizen und zum anderen gedruckte Zuleitungen 7, welche im Vergleich zu den Widerstandselementen aus elektrisch wesentlich besser leitfähigerer Tinte bestehen und über welche der elektrische Strom den Widerstandselementen zugeführt und von diesen wieder weg geführt werden kann. In 2 ist angedeutet, dass die Stärke der Heizbedruckung (typischerweise in der Größenordung von 10 Mikrometern) vernachlässigbar dünn ist im Vergleich zum Dekorbezug und der rückseitig angebrachten Trägertafel 3, sogar dünn im Vergleich zum Adhäsiv 2.
-
Die Bedruckung des Dekorbezugs 12 erfolgt in mindestens zwei Druckschritten, beispielsweise im Siebdruckverfahren:
- 1) Ein Druck mit einer elektrisch hoch leitfähigen Tinte mit der ein niedriger Widerstand pro Längeneinheit der Zuleitungen 7 realisiert wird; und
- 2) Ein Druck mit einer elektrisch weniger leitfähigen Tinte, mit der die Heizflächen (d. h. die Widerstandselemente 4) mit einem festgelegten Flächenwiderstand realisiert werden. Beim Druck der elektrisch schlechter leitfähigen Tinte, werden durch überlappenden Druck mit der vorher aufgebrachten elektrisch hoch leitfähigen Tinte Kontaktierungsbereiche geschaffen.
- 3) Optional kann als dritter Druckschritt eine elektrisch isolierende Schutzschicht aufgebracht werden, zu dem Zweck, a.) die Alterungsbeständigkeit der leitfähigen Bedruckung gegenüber Feuchte zu erhöhen und b.) die Haftung der Bedruckung zu dem Adhäsiv oder dem Hinterspritzschaum zu erhöhen. Statt des 3. Druckschritts kann auch eine flächig aufgebrachte Nassbeschichtung vorgesehen werden.
-
Als hochleitfähige Tinte für die Zuleitungen 7 kommen bevorzugt silberbasierte Tinten in Frage. Möglich sind Polymer-Dickfilmbedruckungen, deren Tinte ein Komposit aus Silberflocken im Mikrometer Größenbereich, einem Binder und einem Lösungsmittel sowie weiteren Additiven ist. Ebenfalls möglich sind Tinten aus Silber-Nanopartikeln, die keinen weiteren Binder benötigen und die im Trocknungsschritt sintern um somit höchste spezifische Leitfähigkeiten zu realisieren. Ebenfalls möglich sind Tinten aus Kupfer- bzw. Kupferoxid-Nanopartikeln, die im Trocknungsprozess chemisch reduziert werden und ebenfalls sintern.
-
Als Widerstandstinte (für die Widerstandselemente 4) werden Polymer-Dickfilmbedruckungen bevorzugt, die als elektrisch leitfähige Komponente Graphen, CNTs, CB oder Graphit oder Mischungen davon enthalten. Von besonderem Nutzen ist die Verwendung einer Bedruckung, deren Widerstand sich mit steigender Temperatur erhöht (Widerstands-PTC) um auf diese Weise die Heizleistung mit steigender Temperatur zu drosseln.
-
Die Bedruckung des Dekorbezugs mit der Heizung kann in einem konkreten Beispiel wie folgt vonstatten gehen: Nach einer Temperaturstabilisierung des Drucksubstrats (Dekorbezugs) für drei Minuten bei 150°C wird zunächst eine hochleitfähige Silberbedruckung für die Zuleitungen aufgebracht. Druckbreite und Dicke werden so eingestellt, dass ein Widerstand pro Längeneinheit von 1 Ohm/m erzielt wird. Nach Trocknung bei 150°C während 90 s wird im Anschluss die Widerstandsbedruckung in einem einzigen Druckschritt aufgebracht. Die Trocknung der Widerstandstinte erfolgt ebenfalls für 90 s bei 150°C. Zu bemerken ist, dass durch die thermische Stabilisierung des Drucksubstrats (des Dekorbezugs 12) während der Tintentrocknung keine größeren Dimensionsänderungen auftreten. Da in diesem Beispiel mindestens zwei aufeinander folgende Bedruckungs- und Trocknungsschritte erfolgen, ist die Maßhaltigkeit des Drucksubstrats nach dem ersten Druck- und Trocknungsschritt von besonderer Bedeutung. Die Anforderung an die Registrierung aufeinander folgender Druckschritte ist verhältnismäßig niedrig. Dennoch ist, insbesondere bei Verkleidungselementen 10 mit großen Abmessungen, ein lineares Schrumpfen des Drucksubstrats in den Trocknungsschritten von nicht mehr als 1,5% empfohlen.
-
Der auf der Rückseite bedruckte Dekorbezug 12 ist zur Formgebung flächig an einem formstabilen Träger befestigt. Im gezeigten Beispiel ist der Dekorbezug 12 einer Trägertafel 3 mittels eines Klebers 2 aufkaschiert. Zum Kaschieren des bedruckten Dekorbezugs 12 werden bevorzugt thermisch aktivierte Zwei komponentenkleber verwendet. Andere Adhäsive (reaktiv oder nicht-reaktiv) sind möglich. Der Zweikomponentenkleber wird zunächst auf Trägertafel 3 und Dekorbezug 12 aufgesprüht. Nach einer Abtrockenphase werden die Trägertafel 3 und der Dekorbezug 12 in eine Heißpresse eingelegt, deren Oberfläche der Tafelform angepasst ist. Im Klebevorgang wird das Adhäsiv bei beispielsweise ca. 125°C thermisch aktiviert, während der Druck, mit dem das Dekor faltenfrei auf der dreidimensionalen Tafel verklebt wird, ca. 1 bar, beträgt. Die Haltezeit in der Heißpresse liegt etwa bei 30 s. Der Dekorbezug 12 wird dabei um den Rand der Trägertafel herum geführt. Der Dekorüberstand 16 (z. B. ca. 1 cm) wird in einem weiteren Klebeschritt auf der Rückseite 18 der Tafel 3 befestigt.
-
Zum Befestigen des Dekorbezugs an seinem Träger kommt alternativ ein Hinterspritzen in einem In-Mold-Verfahren in Betracht. In diesem Fall wird der Dekorbezug auf die Spritzgussform aufgelegt. Anschließend wird die Rückseite der Spritzgussform geschlossen und im Spritzgussprozess wird der Dekorbezug hinterspritzt und faltenfrei an die Vorderseite der Form angedrückt. Nach dem Erkalten und Erstarren des Spritzgussteils behält der Dekorbezug dessen Form.
-
Wie in den 1 und 2 gezeigt, können Bereiche mit großer räumlicher Krümmung und damit einhergehender starker Dehnung des Dekorbezugs von der Bedruckung ausgespart werden. Gleiches gilt auch für Öffnungen im Innenraumverkleidungselement.
-
Aufgrund der Nähe der Heizung zur Dekoroberfläche und der geringen thermischen Masse des Dekorbezugs wird die Betriebstemperatur (beispielsweise von ca. 40°C, kann aber auch je nach Anwendung der Erfindung variieren) an der Dekoroberfläche innerhalb kurzer Zeit und mit minimaler Energieaufnahme erreicht.
-
Die 3 und 4 zeigen Querschnitte durch weitere Ausgestaltungen der Erfindung. Die 3 zeigt ein Innenraumverkleidungselement 20 mit einem Dekorbezug 22, auf dessen Rückseite die Heizbedruckung 24 direkt aufgebracht ist. Der Dekorbezug 22 ist weiter mittels einer Adhäsivlage 26 auf einer Polsterlage 28 (beispielsweise ein Abstandsgewirke) befestigt, welche ihrerseits auf einem formstabilen Träger 30 angebracht ist. Die Polsterlage 28 kann mittels eines Adhäsivs auf dem Träger 30 befestigt sein; alternativ kann die Polsterlage 28 einem In-Mold-Verfahren direkt hinterspritzt werden, so dass in dem Fall der Träger 30 als Spritzgießteil ausgestaltet ist. Wenngleich nicht in 3 gezeigt, kann die Polsterlage sowohl als Einzellage wie auch als Lagenverbund ausgestaltet sein. Die 4 zeigt ein Innenraumverkleidungselement 40 mit einem Dekorbezug 42, auf dessen Rückseite die Heizbedruckung 44 direkt aufgebracht ist. Der Dekorbezug 42 ist in einem In-Mold-Verfahren direkt hinterspritzt worden, so dass der Träger 46 als Spritzgießteil ausgestaltet ist.
-
Obwohl spezifische Ausgestaltungen im Detail beschrieben wurden, versteht sich für den Fachmann, dass verschiedene Modifikationen von und Alternativen zu diesen Details in Anbetracht der Gesamtlehre der Offenbarung entwickelt werden könnten. Dementsprechend sollen die offenbarten besonderen Anordnungen lediglich als Veranschaulichung dienen und nicht den Schutzbereich der Erfindung einschränken, der die volle Breite der beigefügten Ansprüche und beliebiger und aller Äquivalente davon enthalten soll.
