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Die
Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoffverbindungsbereich eines
Dekorzuschnitts für die
Innenverkleidung eines Kraftfahrzeugs gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs
1 sowie ein Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffverbindungsbereiches.
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Verbundwerkstoffe
werden auch zur Verkleidung von Bauteilen, insbesondere für die Innenausstattung
von Kraftfahrzeugen eingesetzt und bestehen aus mehreren Materialschichten,
die jeweils allein oder in Kombination miteinander gewünschte Eigenschaften
aufweisen. Dazu gehört
beispielsweise eine optisch ansprechende Oberfläche und ein bestimmtes haptisches
Verhalten, so dass bei Berührung
ein Gefühl
der Weichheit entsteht. Zu einem optisch ansprechenden Eindruck
gehört
auch das Einbringen von dekorativen Elementen, wie zum Beispiel
Nähnähten. Diese
Nähte sind
zudem erforderlich bei Leder, da dieses einen hohen Elastizitätsmodul
besitzt und sich demzufolge bei Dehnung als steifes Material verhält. Um den
Eindruck von natürlichem
Leder hervorzurufen, werden auch in Lederimitate, die eine höhere Dehnbarkeit
aufweisen, derartige Nähnähte eingebracht.
Mit einer solchen Nähnaht entsteht
ein Verbundwerkstoffverbindungsbereich mit besonderen Eigenschaften
und spezifischen Anforderungen an die Herstellung des Verbundes,
insbesondere an die Haftung der Schichten in diesem Bereich.
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Zur
Sicherung von Randbereichen von Flächenwerkstoffen, wie beispielsweise
Dekorzuschnitten, die in Verbundwerkstoffverbindungsbereichen zusammengefügt werden,
dienen Umbuge. Unter Umbugen sind die Randbereiche eines Materialabschnitts
zu verstehen, die zur Stabilisierung des Randes komplett umgeschlagen
und in dieser Position fixiert werden, zum Beispiel durch Annähen. Werden zwei
Materialabschnitte aus Verbundwerkstoffen mittels Arbeitsnaht und
Umbugen miteinander verbunden, entsteht ein Verbundwerkstoffverbindungsbereich.
Damit ist der zumeist höheren
Belastungen ausgesetzte Randbereich des Bauteils nicht zugleich auch
der Randbereich des Materialabschnitts, der beispielsweise bei einem
Verbundwerkstoff anfällig gegen
Delaminieren ist.
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Verbundwerkstoffverbindungsbereiche
nach dem Stand der Technik mit Nähnähten in
Verbundmaterialien, wie sie zum Beispiel bei der Innenverkleidung
von Kraftfahrzeugen für
die Armablage in der Tür
verwendet werden, weisen verschiedene Nachteile auf. Dazu gehört, dass
diese Nähte
bei Krafteinwirkung auseinandergezogen werden können und sich dabei etwas öffnen. Dadurch
wird das Füllmaterial
oder zumindest die darunterliegende Materialschicht sichtbar. Weiterhin
werden die Materialüberstände aus
Gründen
der Dekoration auf der Rückseite
der Oberflächenschicht
mit dieser vernäht. Daraus
ergibt sich ein Materialauftrag, der einerseits die gleichmäßige Erscheinung
der Oberfläche
durch eine Überhöhung stört und andererseits
die Verbindung der Deckschicht mit der nachfolgenden Materialschicht
erschwert.
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Zur
Lösung
dieser Probleme sind im Stand der Technik bereits verschiedene Ansätze bekannt. So
offenbart die
EP 1816018
A1 eine Naht, die mit einem bandartigen Material hinterlegt
wird. Dieses Material wird bei den Sicherungsnähten für die Materialüberstände mit
dem Bandmaterial vernäht.
Das bandartige Sicherungsmaterial kann jedoch auch mit der Deckschicht
verklebt werden. Daraus erwächst jedoch
der Nachteil, dass die Materialdicke im Bereich der Naht nochmals
erhöht
wird und insgesamt drei Schichten übereinander liegen. Zudem wird
die Wirkung eines polsternden Materials unter der Oberflächenschicht
geschmälert
und das Empfinden von Weichheit im Bereich der Naht ist nicht vorhanden.
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Die
DE 10 2006 014 410
A1 beschreibt einen Verbundwerkstoff, der aus mehreren
Schichten aufgebaut ist, einer Dekorschicht, einer Schaumstoffschicht,
einer Schaumschicht und einer Abdeckschicht. Für die Einbringung der Schaumschicht,
die zwischen innenliegender Abdeckschicht und zum Dekor hin liegenden
Schaumstoffschicht eingefügt wird,
ist ein Hinterspritzvorgang vorgesehen. Um die Schaumstoffschicht,
die das haptische Empfinden der Weichheit beim Berühren der
Dekorschicht hervorruft, nicht zu beschädigen, wird ein weiteres Material
eingeführt.
Dieses ist die Kompaktfolie, die aus thermoplastischem Olefin besteht.
Durch die Kompaktfolie wird vermieden, dass das Spritzgut in die Schaumstoffschicht
eindringt und diese beschädigt. Die
Beschädigung
besteht im Verschließen
der Poren des Schaumstoffes, der dadurch seine elastischen Eigenschaften
verliert. Nachteilig bei diesem Verbundwerkstoff ist, dass zur Ausbildung
der voluminösen
Schaumschicht keine Faserwerkstoffe eingesetzt werden können und
damit auch der Einsatz von Naturfasern ausgeschlossen ist.
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Die
DE 19708486 A1 beschreibt
einen Verbundwerkstoff für
ein Fahrzeuginnenausstattungsteil, der aus einer Trägerschicht,
einer Haptikzwischenschicht und einer Dekorschicht besteht. Das
Fahrzeuginnenausstattungsteil wird durch Hinterpressen oder Hinterprägen in einem
Arbeitsgang hergestellt. Als Trägerschicht
wird ein Naturfaser-Thermoplast-Verbund
vorgeschlagen. Als Dekorschicht ist Leder, ein Lederersatzstoff
oder Alcantara vorgesehen, wobei unter Lederersatzstoff ein Verbund
von Lederfasern beispielsweise mit Polyurethan (PU) verstanden wird.
Alcantara hingegen ist ein Verbund von Wollfasern und Baumwollfasern
mit PU. Die Zwischenschicht, die die Griffigkeit, die Haptik erzeugt, ist
eine Polypropylenschicht oder Polyethylenschaumschicht. Dieser Schaum
wird als Plattenware oder Rollenware im Arbeitsverfahren eingesetzt.
Die Verbindung zwischen dieser Platten- oder Rollenware mit der
Dekorschicht erfolgt entweder durch Flammkaschieren oder über eine
separate Schmelzklebefolie. Weiterhin kann die Verbindung zwischen der
Haptikzwischenschicht und der Dekorschicht mittels einer PU-Dispersion
erfolgen, die auf die Dekorschicht gespritzt wird, worauf das Verkleben
unter Druck erfolgt. Das Verbinden dieses Verbundes mit der Naturfaserthermoplastmatte
beziehungsweise dem Naturfaserthermoplastverbund erfolgt nach dem Vorwärmen dieses
Verbundes in einem einzigen Arbeitsgang durch verpressen. Nachteilig
bei diesem Verfahren ist, dass Nähte
im Dekormaterial, die zum Beispiel bei dem Einsatz von Leder erforderlich
wären,
nicht problemlos weiterverarbeitet werden können. So ergibt sich durch
die Materialanhäufung
in Nahtbereich eine höhere
Verdichtung der Haptikschicht, wodurch diese an Elastizität verliert.
Weiterhin ist die Festigkeit des Verbundes im Bereich der Naht gemindert,
da der Kontakt zwischen den Schichten in diesem Bereich lückenhaft
ist.
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Aus
der gattungsbildenden
DE
102 14 235 A1 ist ein Formteil für die Innenverkleidung von
Automobilen und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Das
Formteil weist einen zumindest bereichsweise mit einer Hinterschäumung versehenen
Oberflächenbezug
auf. Der Oberflächenbezug
enthält mindestens
zwei Oberteile aus Leder oder dergleichen und im Schnittstellenbereich
zwischen einem ersten und einem zweiten Oberteil ein Kunststoffteil zur
Abdichtung des Schnittstellenbereiches. Das Kunststoffteil sowie
das erste und das zweite Teil sind mit mindestens einem Faden vernäht, wobei
das Kunststoffteil so elastisch ist, dass es den Faden zur Verhinderung
eines Flüssigkeitsdurchtritts
durch das Kunststoffteil hindurch umschließt.
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Die
aus der
DE 199 53
111 C2 bekannte Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
dreidimensionaler Stoffspiegelträger
insbesondere für
die Innenverkleidung von Kraftfahrzeugen, wobei man ein Trägervlies
mit einem Schaumrücken
verzieht, dadurch gekennzeichnet, dass man im ersten Schritt den
Schaumrücken,
den Stoffspiegel und das Vlies durch Flammkaschieren gleichzeitig
miteinander verbindet, wobei das Trägervlies ein Bindervlies ist
und im zweiten Schritt den Verbund auf Erweichungstemperatur des
Binders bringt und danach in einem kalten Werkzeug presst und dadurch
das Vlies unter Formgebung verdichtet.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen Verbundwerkstoffverbindungsbereich und
ein Verfahren zu seiner Herstellung derart weiterzubilden, dass
unter Verzicht auf Klebstoffe eine sichere Haftung der Dekorschicht
in kritischen Bereichen und eine optisch und haptisch ansprechende Gestaltung
möglich
sind.
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Die
Aufgabe wird durch einen Verbundwerkstoffverbindungsbereich eines
Dekorzuschnitts der Innenverkleidung eines Kraftfahrzeugs gelöst, wobei der
Dekorzuschnitt aus einer Dekorfolie, einer Schaumschicht und einer
Vliesmatte aufgebaut ist und im Verbundwerkstoffverbindungsbereich
zwei mittels einer Arbeitsnaht verbundenen Umbuge der Dekorfolie
angeordnet sind. Im Verbundwerkstoffverbindungsbereich in der Ebene
der Schaumschicht und der Vliesmatte des Dekorzuschnitts ist ein
Vliesstreifen zur Hinterfütterung
der Umbuge vorgesehen, wobei die Umbuge jeweils durch eine Dekornaht
entlang der Umbuge mit dem Vliesstreifen verbunden sind.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht die Schaumschicht als
einen Polyurethan(PU)-Schaum vor. Der Vliesstreifen besteht bevorzugt
aus einem Polypropylen(PP)-Polyethersulfon(PES)-Mischvlies. Die
Dekorfolie ist bevorzugt als ein Kunstleder auf Polyvinylchlorid(PVC)-Basis
ausgeführt.
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Die
Aufgabe wird weiterhin gelöst
durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffverbindungsbereiches
für die
Innenverkleidung eines Kraftfahrzeugs in einem Arbeitsgang mit den
Arbeitsschritten Herstellen der Aussparung im Dekorzuschnitt, Zusammennähen der
Dekorfolien mit einem Überstand
zur anschließenden
Bildung der Umbuge mittels der Arbeitsnaht, Herstellen der Umbuge,
Einlegen des Vliesstreifens in die Aussparung zur Hinterfütterung
der Umbuge und Annähen
des Vliesstreifens an beide Umbuge mittels paralleler Dekornähte entlang
der Umbuge. In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens
wird der Verbundwerkstoffverbindungsbereich des Dekorzuschnitts klebstofffrei
durch Flammkaschieren hergestellt, wobei sowohl die Dekorfolie mit
der Schaumschicht als auch die Schaumschicht mit der Vliesmatte
miteinander verbunden werden. Die Aussparung in der Schaumschicht
für den
Verbindungsbereich wird nach dem Zuschneiden durch Fräsen hergestellt.
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Die
Vorteile des Verbundwerkstoffes und des Verfahrens zu seiner Herstellung
bestehen darin, dass die Herstellung vereinfacht wird, weil der
Klebekaschierprozess entfällt,
kein Kleber notwendig und der Herstellungsprozess damit kostengünstiger
ist.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme
auf die zugehörigen
Zeichnungen. Es zeigen:
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1:
Schnitt durch den Dekorzuschnitt beim Flammkaschieren
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2:
Schnitt durch den Dekorzuschnitt mit Aussparung
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3:
Schnitt durch den Dekorzuschnitt mit Nahtbereich
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4a:
Verbundwerkstoff im Schnitt mit Nahtbereich
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4b:
Schnitt A-A durch das Verbundmaterial im Nahtbereich
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4c:
Schnitt B-B durch das Verbundmaterial
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1 zeigt
eine Schnittdarstellung durch den Dekorzuschnitt 2 beim
Flammkaschieren. Dargestellt sind der PU-Schaum 5 und die
Dekorfolie 4, die bereits miteinander durch das Verfahren
des Flammkaschierens verbunden sind. Die Darstellung zeigt das Aufbringen
der Vliesmatte 6 an den PU-Schaum 5. Hierzu wird
die Oberschicht PU-Schaums 5 mit der Flamme 7 abgebrannt
und erweicht. Nach dem Andrücken
der Vliesmatte 6 an den PU-Schaum 5 erfolgt eine
feste Verbindung beider Schichten. Ein Kleber 1st hierzu
nicht erforderlich, wodurch sich dieser einsparen lässt und
zudem der Produktionsprozess schneller vonstatten geht, da keine
Wartezeit für
das beim Klebeprozess erforderliche Aufbringen, Ablüften und
Aushärten
des Klebers erforderlich ist.
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2 zeigt
ebenfalls eine Schnittdarstellung des Dekorzuschnitts 2,
wobei hier bereits die Aussparung 8 hergestellt wurde.
Die Aussparung 8 ist erforderlich, um einen freien Umbug 13 der
Dekorfolie 4 herzustellen. Der freie Umbug 13 der
Dekorfolie 4 wird mit dem freien Umbug 13 eines
anderen Dekorzuschnitts 2 später vernäht. Die Aussparung 8 wird
in der bevorzugten Ausführungsform
gefräst.
Dabei wird der PU-Schaum 5 im Bereich des Umbug 13 bis auf
das Gewirke der Dekorfolie 4 entfernt.
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3 zeigt
wiederum eine Schnittdarstellung durch den Verbundwerkstoffverbindungsbereich 14.
Zu erkennen ist die Arbeitsnaht 10 im Dekorzuschnitt 2,
die die beiden durch Ausfräsen
der Aussparungen 8 in PU-Schaum 5 und Vliesmatte 6 gebildeten
freien Umbuge 13 miteinander vernäht, wodurch beide Teile des
Dekorzuschnitts 2 miteinander verbunden werden. Zur Sicherung
der Überstände der beiden
Umbuge 13, vor allem aber aus dekorativen Gründen wird
eine Dekornaht 11 an der Dekorfolie 4 angebracht.
Beim Anbringen der Dekornaht 11 wird gleichzeitig der Vliesstreifen 9 an
die Unterseite des Nahtbereiches angenäht und der Verbundwerkstoffverbindungsbereich 14 fertiggestellt.
Der Vliesstreifen 9 besteht aus einem Mischvlies auf Polypropylen(PP)-/Polyethersulfon(PES)-Basis.
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4a zeigt
den fertiggestellten Verbundwerkstoff 1, wiederum in Schnittdarstellung,
mit dem Verbundwerkstoffverbindungsbereich 14. Die Detaildarstellungen 4b und 4c zeigen
jeweils vergrößerte Schnitte,
durch die der Schichtenaufbau in beiden Schnittebenen erkennbar
wird.
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4b zeigt
nun die Verbindung zwischen dem Dekorzuschnitt 2, dessen
Aufbau und Herstellung in den 1 bis 3 beschrieben
wurde, verbunden mit einer Naturfasermatte 3. Die Verbindung zwischen
den Dekorzuschnitten 2 und der Naturfasermatte 3 erfolgt
ebenfalls ohne Einsatz von Klebstoffen durch Temperatur und Druck
im Thermokompressionsverfahren, wobei der PP-Anteil im Vlies aufschmilzt.
Um die sichere Verbindung zwischen Dekorzuschnitt 2 und
Naturfasermatte 3 zu sichern, liegen hierbei jeweils Vliesschichten
aufeinander, das sind die Vliesmatte 6, die aus einem PP-PES-Mischvlies
besteht, und die Vliesmatte 12, ebenfalls ein PP-PES-Mischvlies.
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Im
Nahtbereich, wo eine feste, haltbare Verbindung der Schichten des
Verbundwerkstoffes besonders kompliziert herzustellen ist, wurde
gemäß den Ausführungen
zu 3 der Vliesstreifen 9, ebenfalls ein
PP-PES-Mischvlies, mit eingenäht.
Dieses Mischvlies sichert die Stabilität der Arbeitsnaht 10 und bildet
zugleich eine Basis für
die sichere Verbindung mit der Vliesmatte 12 im Thermokompressionsverfahren.
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Daraus
ergibt sich der Schichtenaufbau, wie er in der Schnittdarstellung
in 4b gezeigt wird. Die Naturfasermatte 3 ist
dabei beidseitig von den Vliesmatten 12 eingeschlossen.
Die Naturfasermatte 3 setzt sich aus 50% PP-Fasern, 25% Flachsfasern und
25% Kenaffasern zusammen. Die Vliesmatte 12, die ein Raumgewicht
von 300 g/m3 aufweist, setzt sich aus 70%
PP und 30% PES zusammen. In vorteilhaften Ausgestaltungen kommen
andere Mischungsverhältnisse
und andere Naturfasern zum Einsatz.
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Der
obere Bereich der Naturfasermatte 3, die Vliesmatte 12,
ist verbunden mit dem Vliesstreifen 9, der durch die Dekornaht 11 an
der Dekorfolie 4 angenäht
ist. Die Dekorfolie 4 ist in der Schnittdarstellung als
doppelte Lage zu erkennen, da der Umbug 13 zwei über einander
gelegte Lagen der Dekorfolie 4 umfasst.
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Die
Dekorfolie 4 ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung ein Kunstleder auf Basis von Polyvinylchlorid (PVC), die
Schaumschicht 5, ausgeführt
als PU-Schaum, weist ein Raumgewicht von 38 kg/m3 auf
und das PP-PES-Vlies besitzt ein Flächengewicht von 60 g/m2. In alternativen Ausgestaltungen der Erfindung
kommen andere Raum- und Flächengewichte
zum Einsatz.
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4c zeigt
einen Schnitt außerhalb
des Nahtbereiches des Verbundwerkstoffes 1. Hierbei ist eine
Naturfasermatte 3 mit ihrer oberen Deckschicht, der Vliesmatte 12,
mit der Vliesmatte 6 verbunden. Die Verbindung erfolgt
auch hier klebstofffrei durch Aufschmelzen des PP-Anteils im Vlies
im Thermokompressionsverfahren, das auch als One-Shot-Verfahren
bezeichnet wird. Nach oben setzt sich der Schichtaufbau durch den
PU-Schaum 5 und
die Dekorfolie 4 fort. Diese drei letzten Schichten wurden
in einem Prozess der Vorfertigung zum Dekorzuschnitt 2 verbunden,
wobei das Verfahren des Flammkaschierens zum Einsatz kam. In einer
bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung des Verbundwerkstoffes 1 werden
die beiden vorgefertigten Halbzeugverbunde, der Dekorzuschnitt 2 und
die Naturfasermatte 3, in einem Fertigungsprozess, der durch
drei Fertigungsstationen charakterisiert ist, zusammengefügt. In der
ersten Station werden die Naturfasermatten eingelegt, zwischen zwei
Heizplatten auf etwa 200°C
erwärmt
und dabei vorkomprimiert. In der zweiten Station werden die Dekorzuschnitte
eingelegt und über
der bereits vorkomprimierten und erwärmten Naturfasermatte 3 positioniert.
Durch einen Bügelhub
der Presse werden beide Halbzeuge zum Verbundwerkstoff 1 zusammengefügt. In der
dritten Station erfolgt die Formgebung des Bauteils, so dass später nur
noch das Beschneiden und das Herstellen von Durchbrüchen nachfolgen
müssen.
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- 1
- Verbundwerkstoff
- 2
- Dekorzuschnitt
- 3
- Naturfasermatte
- 4
- Dekorfolie
- 5
- Schaumschicht,
PU-Schaumschicht
- 6
- Vliesmatte
am Dekorzuschnitt
- 7
- Flamme
- 8
- Aussparung
- 9
- Vliesstreifen
- 10
- Arbeitsnaht
- 11
- Dekornaht
- 12
- Vliesmatte
an der Naturfasermatte
- 13
- Umbug
der Dekorfolie
- 14
- Verbundwerkstoffverbindungsbereich