DE102009037183A1

DE102009037183A1 - Verfahren zur Herstellung eines Formteils, insbesondere eines Bedienteils für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102009037183A1
Application number: DE102009037183A
Authority: DE
Inventors: Christina Dr. Cecco; Peter Küdde; Harald Dr.-Ing. Schmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-08-13
Also published as: DE102009037183B4

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Formteils, insbesondere eines Bedienteils für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, wobei aus einem ersten anorganischen bzw. keramischen Material ein Formteilgrundkörper hergestellt wird. Der Formteilgrundkörper wird mit einem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten anorganischen bzw. keramischen Material beschichtet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils, insbesondere eines Bedienteils für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE 10 2006 041 928 A1 ist ein aus einem Keramikwerkstoff hergestellter Druck-Drehknopf bekannt, der bei BMW Fahrzeugen zum Bedienen des sogenannten ”i-Drive-Systems” eingesetzt wird. Aus der DE 10 2006 011 849 A1 ist ferner ein Dekorelement für den Innenraum von Fahrzeugen bekannt, das teilweise aus Keramik und teilweise aus Kunststoff hergestellt ist.
Bedienelemente mit einer metallischen Beschichtung sind z. B. aus der DE 10 2005 032 717 B3 , DE 10 2006 055 971 A1 , DE 10 337 456 A1 bekannt. Zum technischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung zählen ferner die DE 103 41 623 B3 , DE 197 36 449 , DE 197 56 588 , DE 20 2006 019 921 U1 , DE 20 321 522 U1 , DE 38 53 545 T3 , DE 69 421 467 T2 , DE 69 527 236 T2 , EP 1 152 066 , EP 0 377 654 B1 , EP 0 861 219 B1 , GB 2 273 718 A , US 2007/0110924 A1 , WO 88/043884 , WO 2009/047096 A1 sowie die DE 100 15 614 B4 .
Bedienelemente, wie z. B. Drehsteller, die aus einem Keramikmaterial hergestellt sind, vermitteln im Vergleich zu Bedienelementen, die vollständig oder großteils aus Kunststoff hergestellt, beim Berühren einen sehr hochwertigen, kühlen Eindruck, ähnlich wie man es vom Berühren eines Natursteins her kennt.
Bei Fahrzeugen des Hochpreissegments, wie z. B. der aktuellen BMW 7er Baureihe, gibt es als Sonderausstattung bereits aus Keramikmaterial hergestellte Bedienelemente. Bei diesen Bedienelementen handelt es sich um „durchgefärbte” Keramikbauteile. Diese Keramikvarianten werden in unterschiedlichen Farbtönen angeboten. Ein Problem bei der Herstellung verschiedenfarbiger Keramikbauteile besteht darin, dass der Schrumpfungsgrad des Keramikmaterials von den verwendeten Farbpartikeln abhängt. Um ein einheitliches Endmaß der Bedienelemente zu erhalten, muss für die einzelnen Farben mit unterschiedlichen Formgebungswerkzeugen gearbeitet werden, was mit hohen Kosten verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus anorganischem bzw. keramischem Material anzugeben, das in kostengünstiger Weise die Darstellung verschiedener Farb- und/oder Oberflächenvarianten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils, insbesondere eines Bedienteils für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, wobei zunächst aus einem anorganischen bzw. keramischen Material ein Formteilgrundkörper hergestellt wird.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Formteilgrundkörper mit einem anorganischen bzw. keramischen Material, das sich von dem des Formteilgrundkörpers unterscheiden kann, beschichtet wird. Auf diese Weise können sehr kostengünstig keramische Formteile mit einer anorganischen Beschichtung in einer Vielzahl von Farb-/Oberflächenvarianten dargestellt werden. Möglich ist eine vollständige, mehrstufige oder partielle Einfärbung des Formteilgrundkörpers mit einer verschleißbeständigen, anorganischen Deckschicht.
Die Oberflächenschicht kann deckend und daher unabhängig von der Farbe des Formteilgrundkörpers gewählt werden. In die Beschichtung können zusätzliche Komponenten bzw. Strukturen eingebettet werden, wodurch facettenreiche Oberflächen in unterschiedlichen Farben oder mit interferierenden Farben dargestellt werden können. Dargestellt werden können insbesondere Symbole, Logos etc. Insgesamt können mit der Erfindung äußerst dekorative, ästhetisch hochwertige Dekor- bzw. Bedien- oder Schalterelemente aus Keramik dargestellt werden.
Da das gesamte Formteil aus Keramik besteht, hat man aufgrund des hohen Wärmeübergangskoeffizienten zwischen der menschlichen Haut und dem Keramikmaterial beim Berühren ein kühles Empfinden und zwar auch unter Bedingungen, wie sie in Heißländern vorzufinden sind.
Derart beschichtete Bauteile weisen gegenüber durchgefärbten Keramikbauteilen eine höhere Bruchfestigkeit auf. Dies liegt daran, dass die ”Farbträger” eine Partikelgröße von ca. 5 μm haben und somit grundsätzlich Störstellen innerhalb der Keramikmatrix darstellen. Gemäß der Erfindung kann als Formteilgrundkörper reiner Keramikwerkstoff, d. h. ohne Farbpartikel, verwendet werden, was im Ergebnis eine hohe Bruchfestigkeit ergibt. Unterschiedliche Farb- bzw. Oberflächenanmutungen können durch entsprechende Beschichtungsmaterialmischungen erzeugt werden. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber herkömmlichen, durchgefärbten Keramikvorteilen besteht darin, dass für sämtliche Farb- und Oberflächenvarianten mit ein- und demselben Grundkörperwerkzeug gearbeitet werden kann.
Ein weiterer Vorteil gegenüber herkömmlichen durchgefärbten Keramikbauteilen besteht darin, dass die Farbgebung gemäß der Erfindung nicht im Hochtemperatursinterprozess erfolgt, sondern in einem nachgeschalteten Beschichtungsprozess, im Falle einer PVD Beschichtung beispielsweise bei moderaten Temperaturen von ca. 150°C. Demgegenüber können bei durchgefärbten Keramikteilen nur Farbträger, die für einen Hochtemperatursinterprozess von über 1600°C geeignet sind, eingesetzt werden. Dadurch ist das faktisch zur Verfügung stehende Farbspektrum stark eingeschränkt. So existiert beispielsweise bislang kein intensiver hochtemperaturbeständiger roter Farbträger.
Der Formteilgrundkörper kann aus weißem, naturfarbenem Keramikmaterial hergestellt werden, das im Vergleich zu farbigem, durchgefärbtem Keramikmaterial wesentlich preisgünstiger ist. Das für den Fromteilgrundkörper verwendete Material kann opak, transparent oder transluzent sein.
Für Bedienelemente, die be- oder durchleuchtet werden sollen kommt ein transluzenter oder transparenter Grundkörper in Betracht. Bei Verwendung von transparenten bzw. transluzenten Grundkörpermaterialien ist also eine Illumination des Formteils möglich. Bei beschichteten, bedeckten Flächen kann eine nachträgliche Laserablation durchgeführt werden, wodurch z. B. Anzeigesymbole hergestellt werden können.
Bei der Herstellung eines Formteils gemäß der Erfindung werden insbesondere folgende Schritte durchlaufen:

– Aufbereitung der keramischen Masse, d. h. eines Keramikpulver-Bindemittel-Gemischs.
– Formgebung, d. h. Herstellung des Formteilgrundkörpers, der auch als ”Grünling” bezeichnet wird, durch Spritzgießen.
– Entbinderung, d. h. Herstellen eines sogenannten ”Braunlings”.
– Sintern, wodurch ein sogenannter ”Weißling” erhalten wird.
– Behandlung der Oberfläche des Weißlings, z. B. durch Polieren, Mattieren, o. ä.
– Anschließendes Beschichten mit dem zweiten anorganischen bzw. keramischen Material.
– Nachbearbeitung/Behandlung der Oberfläche.

Das Beschichten kann beispielweise in einem Tauchverfahren erfolgen, wobei der teil-/vorgebrannte Formteilgrundkörper in flüssiges, anorganisches bzw. keramisches Material eingetaucht wird. Daran anschließen kann sich eine thermische Konsolidierung und Verdichtung im Sinterprozess sowie gegebenenfalls ein Zuschnitt, eine Nachbearbeitung bzw. ein Oberflächen-Finishing.
Alternativ dazu kann die Beschichtung auch im sogenannten PVD-Verfahren (physical vapor deposition) erfolgen. PVD-Verfahren an sich sind Stand der Technik und brauchen daher im einzelnen nicht näher erläutert werden. Im PVD-Verfahren wird eine Metalldampf-Sauerstoffatmosphäre erzeugt. Der zu beschichtende Formteilgrundkörper wird in die Metalldampf-Sauerstoffatmosphäre eingebracht, was dazu führt, dass sich eine Metalloxidschicht auf dem Formteilgrundkörper niederschlägt.
Analog zum Tauchverfahren kann anschließend eine Nachbearbeitung erfolgen. Optional kann auch eine Laserablation durchgeführt werden, d. h. die Beschichtung kann in einzelnen Bereichen gezielt abgetragen werden, wodurch Beschriftungen oder sonstige Symbole erzeugt werden können.
Die Formgebung des Formteilgrundkörpers kann beispielsweise auch durch Trockenpressen, durch Schlickerguss, ”Tape-Casting”, Extrudieren, etc. erfolgen. Diese Formgebungsverfahren eignen sich insbesondere zur Darstellung von flachen Formkörpern wie z. B. Dekorleisten.
Als Beschichtung kann eine partiell einfarbige oder mehrfach eingefärbte Beschichtung verwendet werden. Hinsichtlich des Schichtaufbaus können mehrere unterschiedlich gefärbte Schichten verwendet werden, die gegebenenfalls miteinander interferieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006041928 A1 [0002]
- DE 102006011849 A1 [0002]
- DE 102005032717 B3 [0003]
- DE 102006055971 A1 [0003]
- DE 10337456 A1 [0003]
- DE 10341623 B3 [0003]
- DE 19736449 [0003]
- DE 19756588 [0003]
- DE 202006019921 U1 [0003]
- DE 20321522 U1 [0003]
- DE 3853545 T3 [0003]
- DE 69421467 T2 [0003]
- DE 69527236 T2 [0003]
- EP 1152066 [0003]
- EP 0377654 B1 [0003]
- EP 0861219 B1 [0003]
- GB 2273718 A [0003]
- US 2007/0110924 A1 [0003]
- WO 88/043884 [0003]
- WO 2009/047096 A1 [0003]
- DE 10015614 B4 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Formteils, insbesondere eines Bedienteils für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, wobei aus einem ersten anorganischen bzw. keramischen Material ein Formteilgrundkörper hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Formteilgrundkörper mit einem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten anorganischen bzw. keramischen Material beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material eine andere Farbe aufweist als das erste Material.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Beschichtung in einem Tauchverfahren erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Beschichtung in einem PVD-Beschichtungsverfahren erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material transparent ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material transluzent ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material opak ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zumindest stellenweise durch Laserablation entfernt wird, insbesondere zur Erzeugung eines Symbols oder einer Markierung.
Formteil, insbesondere Bedienteil, für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt worden ist.