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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines
Trägers mit einer Haptik gebenden Schicht und eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
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STAND DER TECHNIK
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Es
sind Herstellungsverfahren für Interieurkomponenten, insbesondere
zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, bekannt, bei denen auf einem
Träger eine Dekorschicht aufgebracht wird. Das Aufbringen
der Dekoroberfläche auf das Trägermaterial kann
mittels einer Hochdruckverformung erfolgen, bei der ein flächiges
Bezugsmaterial direkt mit einem Druckfluid beaufschlagt und durch
die unmittelbare isostatische Einwirkung des Druckfluids dreidimensional
auf ein Trägerteil aufgeformt wird. Ein solches Verfahren
ist in der
DE 199
57 850 A1 offenbart.
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Zur
Verbesserung der Haptik einer aus Dekor- und Trägerschicht
bestehenden Interieurkomponente kann zwischen Dekorschicht und Trägerschicht
eine Haptik gebende Schicht vorgesehen sein. Üblicherweise
wird dazu zunächst der die Dekorschicht tragende Träger
auf einem Werkzeug befestigt und anschließend mit einer
Dekorschicht, beispielsweise Leder, überzogen. Um der Dekoroberfläche
die gewünschten haptischen Eigenschaften zu verleihen,
wird die Dekorschicht mittels eines Polyurethanschaums hinterschäumt,
wobei eine zweite Werkzeughälfte so von oben auf die Dekorschicht aufgebracht
wird, dass diese nach der Hinterschäumung und Verfestigung
des Schaums die gewünschte dreidimensionale Form aufweist.
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Durch
das Einbringen einer Haptik gebenden Schicht ist es schwierig, ohne
die Hilfe einer zweiten Werkzeughälfte die gewünschte
dreidimensionale Gestalt einer Dekorschicht oder Dekoroberfläche
zu erzeugen. Die Produktivität des Herstellungsverfahrens
wird wesentlich durch das Positionieren, Aufbringen und Entfernen
der zweiten Werkzeughälfte beeinflusst. Ferner kann die
Dekoroberfläche durch das Werkzeug beschädigt
werden.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Herstellung einer Interieurkomponente mit Träger
und einer Haptik gebenden Schicht anzugeben, das/die Herstellungskosten,
Produktivität und die Oberflächenqualität
einer Dekorseite verbessern kann.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch
1 und einer Vorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst.
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Danach
ist ein Verfahren zur Herstellung einer haptischen Interieurkomponente,
bei der eine Haptik gebende Schicht zwischen einem flächigen Bezugsmaterial
und einem Träger vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
dass das Bezugsmaterial auf der dem Träger abgewandten
Seite mit einem mit Druck beaufschlagten Fluid direkt in Kontakt
steht und durch dessen Einwirkung dreidimensional über dem
Träger ausgeformt wird. In der vorliegenden Erfindung dient
ein Bezugsmaterial, das durch Druck über dem Träger
ausgeformt wird, als formstabilisierende Schicht, die durch ihre
Elastizität und Eigenspannung die Haptik gebende Schicht, beispielsweise
geschäumtes Polyurethan, in eine gewünschte dreidimensionale
Form bringt. Dieses Bezugsmaterial kann nach Beendigung des Einbringens
der Haptik gebenden Schicht, beispielsweise nach Beendigung des
Aushärtens des Schaums, entfernt werden. In diesem Verfahren
ersetzt das Bezugsmaterial die Funktion einer zweiten Werkzeughälfte.
Das Bezugsmaterial kann, muss aber nicht, Teil der herzustellenden
haptischen Interieurkomponente sein. Somit kann auf eine zweite
Werkzeughälfte, welche die Herstellung der haptischen Interieurkomponente
von oben stabilisiert, verzichtet werden.
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Vorzugsweise
ist das Bezugsmaterial während des Einbringens eines Haptik
gebenden Materials, das die Haptik gebende Schicht ausbildet, direkt mit
dem mit Druck beaufschlagten Fluid in Kontakt. Um eine bessere Steuerung
der dreidimensionalen Oberflächenstruktur zu erreichen,
kann ein zusätzlicher Druck durch ein Fluid, beispielsweise
Luft, während des Einbringens des Haptik gebenden Materials auf
der dem Träger abgewandten Seite aufrecht erhalten und/oder
gesteuert werden. Damit bestimmen eine Kombination der Elastizität
des Bezugsmaterials und der Druck sowie die Geschwindigkeit des
mit Druck beaufschlagten Fluids die endgültige Form der haptischen
Interieurkomponente. Dazu kann eine druckfeste Einfassung des Raums
auf der Seite des Bezugsmaterials, die dem Träger abgewandt
ist, vorgesehen sein. Durch Öffnungen, Düsen oder ähnliches
kann das Fluid in einer vorbestimmten Richtung und mit einer vorbestimmten
Geschwindigkeit in den druckfesten Raum eingebracht werden. Zusätzlich lassen
sich die Geschwindigkeit und die Einströmrichtung düsenabhängig
einstellen, so dass die Beaufschlagung mit Druck auf das Bezugsmaterial
sektional gesteuert werden kann.
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Vorzugsweise
wird der Träger in einem ersten Schritt auf einem Werkzeug
aufgebracht und auf diesem vorübergehend befestigt, um
die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Herstellungsergebnisses
zu erhöhen.
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Vorzugsweise
wird vor oder beim Einbringen des Haptik gebenden Materials ein
Zwischenraum zwischen dem Bezugsmaterial und dem Träger
mittels eines Fluiddrucks gebildet. Ein solcher Zwischenraum kann
durch Kanäle, die in dem Träger eingebracht sind,
zwischen dem Träger und dem Bezugsmaterial erzeugt werden.
Eine Steuerung des Drucks, der Fluidgeschwindigkeit und der Richtung ist
möglich, um eine gewünschte dreidimensionale Gestalt
der Bezugsoberfläche herzustellen und aufrechtzuerhalten,
welche die endgültige Oberflächengestalt der Interieurkomponente
definiert.
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Vorzugsweise
wird in den Zwischenraum ein Material für die Haptik gebende
Schicht eingebracht, um das Bezugsmaterial zu hinterschäumen.
Auf diese Weise kann das Ausbilden der Haptik gebenden Schicht während
der Beaufschlagung der Bezugschicht ohne zusätzliche Verfahrensschritte
und/oder Vorrichtungen erfolgen.
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Das
vorliegende Verfahren ist geeignet, um mehrere haptische Bereiche
entlang des Bezugsmaterials auszubilden. Beispielsweise kann das
Bezugsmaterial an speziellen Bereichen aus optischen, haptischen
oder anderen Gründen an bestimmten Bereichen des Trägermaterials
fixiert sein. Auf diese Weise können spezielle Haptikbereiche,
beispielsweise durch Hinterschäumen der speziellen Bereiche,
ausgebildet werden. Eine solche Maßnahme erhöht
die Flexibilität und die Einsatzmöglichkeiten
der Interieurkomponente.
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Vorzugsweise
wird das Bezugsmaterial von der haptischen Interieurkomponente nach
Einbringen des die Haptik einstellenden Materials wieder entfernt.
In diesem Fall dient die Bezugsoberfläche nur als Hilfsschicht
(Opferfolie) zur Ausbildung der dreidimensionalen Gestalt der Interieurkomponente.
Es ist hierbei denkbar, dass das Haptik gebende Material eine gewünschte
Oberflächenstruktur aufweist oder ausbildet, so dass eine
zusätzliche Dekorschicht nicht notwendig ist.
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Vorzugsweise
wird eine Dekorschicht zwischen Bezugsmaterial und Haptik gebender
Schicht eingebracht. In Fällen, in denen eine Dekorschicht vorgesehen
ist, diese aber aufgrund ihrer Beschaffenheit nicht als Bezugsmaterial
dienen kann, kann eine Dekorschicht zwischen dem Bezugsmaterial und
der Haptik gebenden Schicht eingebracht werden. Das Bezugsmaterial
weist dabei neben seiner formgebenden Eigenschaft auch eine Schutzeigenschaft
auf, um eine Beschädigung der Dekorschicht, beispielsweise
durch eine unzulässige Verformung, zu verhindern. Bei luftdurchlässigen
Dekoren, wie Gewebe, Vliese, Naturmaterialien wird die Umformung
mit einer Opferfolie ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zur Durchführung
des obigen Verfahrens gelöst, die umfasst: ein Werkzeug
zur Befestigung des zu beschichtenden Trägers, eine Positioniereinrichtung zum
Anordnen des Bezugsmaterials gegenüber der zu beschichtenden
Trägeroberfläche, eine druckfeste Einfassung des
Raums auf der Seite des Bezugmaterials, die dem Träger
abgewandt ist, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist,
dass das Werkzeug einen Vakuumkanal aufweist, um den Träger auf
dem Werkzeug anzusaugen. In dem obigen Verfahren wird das Bezugsmaterial
auf der dem Träger abgewandten Seite mit einem mit Druck
beaufschlagten Fluid dreidimensional über dem Träger ausgeformt.
Dieser Druck ist so eingestellt, dass die Bezugsoberfläche
eine gewünschte dreidimensionale flächige Gestalt
einnimmt. Ferner kann in einer bevorzugten Ausführungsform
durch Kanäle in dem Träger ein Gegendruck von
der Seite des Trägers auf das Bezugsmaterial aufgebaut
werden. Durch Druck und Gegendruck, welche so eingestellt sind,
dass sie eine gewünschte dreidimensionale Gestalt der Bezugsoberfläche
modellieren, werden Kräfte erzeugt, die auf den Träger
wirken. Es ist daher erforderlich, den Träger für
einen definierten Zeitraum auf dem Werkzeug zu befestigen. Besonders
geeignet ist hierzu das Ansaugen des Trägers auf das Werkzeug, wobei
das Werkzeug daher wenigstens einen Vakuumkanal aufweist.
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Vorzugsweise
weist das Werkzeug einen Kanal zum Einbringen eines Fluids, vorzugsweise
Luft, und/oder eines Materials für die Haptik gebende Schicht
auf. Mit Hilfe dieser Kanäle kann der obige Zwischenraum
zwischen dem Bezugsmaterial und dem Träger ausgebildet
werden. Durch die Kanäle, die zum Bilden des Zwischenraums
vorgesehen sind, oder durch andere Kanäle, kann ein Material
für die Haptik gebende Schicht eingebracht werden. Dieses Material
kann die Haptik gebende Schicht selbst oder eine Vorstufe sein,
die beispielsweise durch eine chemische Reaktion (Aushärten
usw.) zur Haptik gebenden Schicht wird.
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Vorzugsweise
weist das Werkzeug einen Entlüftungskanal auf, der das
vom Einbringen der Haptik gebenden Schicht verdrängte Fluid
abführt. Durch das Ausbilden des obigen Zwischenraums wird
ein Fluid, vorzugsweise Luft, zwischen das Bezugsmaterial und den
Träger eingebracht. Dieses wird, zumindest teilweise, von
dem Haptik bildenden Material verdrängt und wird daher
vorzugsweise über einen Entlüftungskanal in dem
Werkzeug und/oder dem Träger abgeführt. Der Entlüftungskanal
kann wenigstens zum Teil auch zwischen Träger und Werkzeug
ausgebildet sein.
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Vorzugsweise
weist der Entlüftungskanal ein Regelventil zum Steuern
des abgeführten Fluids auf. Ein solches Regelventil steuert
den im Zwischenraum anliegenden Druck und hat daher einen Einfluss
auf die endgültige dreidimensionale Gestalt der Interieurkomponente.
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Vorzugsweise
ist die Schicht aus Bezugsmaterial Teil der Vorrichtung und verbleibt
nicht auf der haptischen Interieurkomponente, um die Dekoroberfläche
zu schützen und die dreidimensionale Oberflächengestalt
zu modellieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Werkzeug zur Aufnahme eines Trägers und ein über
dem Träger angeordnetes Bezugsmaterial.
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2 zeigt
das Werkzeug, den Träger und das Bezugsmaterial von 1,
nachdem das Bezugsmaterial aufgeformt ist.
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3 zeigt
eine Ausführungsform der Vorrichtung nach 1 und 2 in
einem Verfahrensschritt, in dem ein Zwischenraum zwischen Träger und
Bezugsmaterial gebildet wird.
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4 zeigt
die Anordnung nach 3 zu einem späteren
Zeitpunkt, zu dem die Interieurkomponente von dem Werkzeug entfernt
wird.
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5 zeigt
die Vorrichtung nach 4, zu einem Zeitpunkt, zu dem
eine mechanische/pneumatische Abreinigung des Mischkopfs und Absaugung von
Restmaterial am Werkzeug durchgeführt wird.
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6 zeigt
eine Ausführungsvariante mit sektionalen haptischen Bereichen
der Oberfläche.
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7 zeigt
eine Schnittansicht der Vorrichtung zur Ausbildung einer haptischen
Interieurkomponente.
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8 zeigt
eine Ausführungsvariante mit Dekormaterial, welches vor
der Umformung bereits mit einer haptischen Schicht hinterfüttert
wurde.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine Schnittansicht und zeigt ein Werkzeug 1, auf das einen
Träger 3 aufgebracht ist. Über der Anordnung
aus Werkzeug 1 und Träger 3 ist eine
Schicht aus Bezugsmaterial 2 flächig ausgebildet,
um in einem Verfahrensschritt auf dem Träger 3 ausgebildet
zu werden.
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Der
Träger 3 kann aus einem Kunststoff, Holz oder
einem anderen Material gefertigt sein, solange er härter
als die noch zu beschreibende haptische Schicht ist. Das Bezugsmaterial 2 kann
eine Dekorschicht oder eine sog. Opferfolie sein. Eine Opferfolie
wird im Speziellen bei porösen, offenporigen oder im Allgemeinen
luftdurchlässigen Schichten und Strukturen verwendet, um
diese für das Herstellungsverfahren kurzfristig luftdicht
zu verschließen. Die Operfolie kann nach Durchführung
des Verfahrens leicht wieder entfernt werden, um die Dekoroberfläche
freizulegen. Eine solche Opferfolie ist insbesondere dann notwendig,
wenn zusätzlich zu dem Haptik gebenden Material eine gewünschte
Edeloberfläche (Dekorschicht), wie zum Beispiel dünnes
Holz, Gewebe, Vlies, Leder, Polymerhaut, Folie, Metal oder eine
andere Struktur, vorgesehen ist. Eine solche Schicht ist in der
Figur nicht gezeigt. Wenn die Beschaffenheit der Dekorschicht der
einer Opferfolie ähnlich ist, kann auf eine Opferfolie
verzichtet werden.
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Das
Bezugsmaterial 2 kann eine geeignete Ausgestaltung hinsichtlich
der Dicke, Farbe oder Struktur aufweisen. Das luftundurchlässige
Bezugsmaterial 2 baut beim Hinterschäumungs- oder
Abhebevorgang durch seine Materialeigenschaft (membranartig) einen
Gegendruck auf, so dass eine zusätzliche Werkzeughälfte,
welche die Anordnung von oben abdeckt und die Oberflächenstruktur
durch Auflegen modelliert, entfallen kann.
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Nach
dem Anordnen des Trägers 3 auf dem Werkzeug 1 und
nach der Positionierung des Bezugsmaterials 2 über
dem Träger wird in dem Verfahrensschritt, der in 1 gezeigt
ist, ein Druck auf der dem Träger 3 abgewandten
Seite des Bezugsmaterials 2 aufgebaut. Der Druck ist durch
die Pfeile 22 in 1 dargestellt.
Dadurch legt sich das Bezugsmaterial 2 um den Träger 3 und
nimmt eine dreidimensionale Gestalt an, die von dem Träger 3,
dem Druck 22 und der Beschaffenheit des Bezugsmaterials 2 abhängt.
Dieser Zustand ist in 2 gezeigt. Die umgeformte Schicht
aus Bezugsmaterial 2 fungiert auch als Schäum-Formschale
und liefert in dem noch zu beschreibenden Hinterschäumungsschritt
einen notwendigen Gegendruck von oben.
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Im
Folgenden wird der Schritt des Hinterschäumens mit Bezug
auf 3 beschrieben. In 3 bezeichnet
das Bezugszeichen 5 einen Vakuumkanal mit Verschlussventil 8 zum
Ansaugen des Trägers 3 auf dem Werkzeug 1.
Selbstverständlich können mehrere dieser Kanäle
vorgesehen sein, wenn sie zur Stabilisierung des Trägers 3 auf
dem Werkzeug 1 notwendig sind. Es ist denkbar, dass die Stabilisierung
durch eine Klemmeinrichtung oder andere geeignete Vorrichtungen,
die ein zeitweiliges Fixieren des Trägers 3 auf
dem Werkzeug 1 erlauben, gewährleistet wird. Bezugszeichen 6 zeigt
einen Kanal für einströmende Luft zur Herstellung
eines Zwischenraums zwischen Bezugsmaterial 2 und Träger 3.
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Die
einströmende Luft hebt in Abhängigkeit der Beschaffenheit
des Bezugsmaterials 2 das Bezugsmaterial 2 von
dem Träger 3 ab und erlaubt einem Schaum, der
in den Zwischenraum einzubringen ist, sich innerhalb des Zwischenraums
auszubreiten und eine Haptik gebende Schicht zu bilden. Je nach
Ausführungsform kann hierbei zeitversetzt zunächst
ein Fluid einströmen, welches die Schicht aus Bezugsmaterial 2 vom
Träger 3 abhebt, bevor das Material 13 für
die Haptik gebende Schicht eingebracht wird. Denkbar ist außerdem,
dass ein Gemisch aus einem Material 13, das die Haptik
gebende Schicht ausbildet, und einem Fluid eingebracht wird.
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Bezugszeichen 7 bezeichnet
eine Reduzierklappe, einen Drosselkopf und/oder einen Schaummischkopf
zur Einbringung des Materials 13 für die Haptik
gebende Schicht. Die Position ist bündig an der Werkzeugoberfläche
vorgesehen. Der Schaummischkopf 7 steht sowohl mit dem
Kanal 6 als auch mit einem entsprechenden Kanal, der in
dem Träger 3 vorgesehen ist, in Wirkverbindung,
um einen Durchgang durch das Werkzeug 1 und durch den Träger 3 auszubilden.
Somit kann durch den Kanal 6, durch den Schaummischkopf 7 und
durch den Kanal 6 in dem Träger Luft, Schaum,
Gel usw. oder eine Mischung davon, in den Zwischenraum zwischen
Träger 3 und Bezugsmaterial 2 eingebracht
werden.
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Bezugszeichen 9 bezeichnet
einen Luftspalt zwischen Träger 3 und Werkzeug 1 zur
Entlüftung bzw. zum Abführen von Material 13 über
einen Kanal 10, das während der Hinterschäumung
verdrängt wird. Über diesen Entlüftungsweg,
zusammen mit dem Regelventil für die gesteuerte Abluft 11,
kann die durch den Schaum, das Gel usw. verdrängte Luft 12 oder
Material 13 abgeführt werden.
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In
einer Ausführungsform kann auf dem Träger 3 oder
unter dem Bezugsmaterial 2 bereits ein haptisches Strukturmaterial
vor der Umformung aufgebracht sein. Ein solches voraufgebrachtes
haptisches Strukturmaterial kann luftdurchlässige Strukturen
aller Art, wie zum Beispiel Abstandsgewirke, Stabilisierungsgitter,
Kaschiermaterialien usw. umfassen, um das Einbringen des Haptik
gebenden Materials 13, eines Fluids oder eines Gemischs
zu ermöglichen.
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In 4 wird
die haptische Interieurkomponente vom Werkzeug in Endformrichtung 18 entfernt. Aus
dem Haptik gebenden Material 13 wurde die Haptik gebende
Schicht 16 gebildet. Danach kann, wie es in 5 angedeutet
ist, mittels einer Absaugeinheit 20 und/oder einer mechanischen
oder pneumatischen Reinigungsvorrichtung 21 Teile des Werkzeugs 1,
beispielsweise der Verschluss 7, mittels Bürsten,
Druckluft, Absaugung usw. gereinigt werden.
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6 zeigt
eine Ausführungsvariante der haptischen Interieurkomponente
mit sektionalen haptischen Bereichen 17 der Oberfläche.
Durch das vorliegende druckgesteuerte Verfahren ist die Ausbildung
individueller haptischer Bereichen 17 besonders einfach
durchführbar.
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7 zeigt
den Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des obigen
Verfahrens. Hierbei ist zusätzlich zu den oben genannten
Vorrichtungskomponenten ein Druckbereich zur Umformung einer Dekoroberfläche
und anschließender Aufrechterhaltung und/oder Steuerung
des Drucks für die Schäumform-Schale eine druckfeste
Einfassung 23 gezeigt. Die weiteren Bezugszeichen entsprechen
den Ausgestaltungen der vorangehenden Figurenbeschreibungen, so
dass diese hier explizit nicht mehr aufgeführt werden.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
in der das Bezugsmaterial 2 bereits vor der Umformung mit
einem Strukturmaterial 16 hinterfüttert wurde
und anschließend dreidimensional auf den Träger 3 druckbeaufschlagt wurde.
In dieser Ausführungsform kann auf einen Hinterschäumungsschritt,
wie er oben beschrieben ist, verzichtet werden. Die dreidimensionale
Formung wird hierbei durch die auf das Bezugsmaterial 2 aufgebrachten
Drücke 22 und die Gegendrücke, die durch
die Beschaffenheit des Bezugsmaterials 2 und der Haptik
gebenden Schicht 16 erzeugt werden, bestimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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