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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines für ein Kraftfahrzeug bestimmten Innenausstattungselementes, insbesondere eines Verkleidungselementes, wobei in einen aus einem aufgeschäumten, eingeschränkt elastischen oder teilelastischen Material hergestellten und zumindest abschnittsweise mit einer dekorativen Sichtfläche ausgestatteten Formkörper eine Aufnahme als Aussparung für ein insbesondere elektrisches Funktionselement eingebracht wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens.
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Derartige Innenausstattungselemente werden bei Kraftfahrzeugen in unterschiedlichsten Bauformen vielfach eingesetzt. Grundsätzlich wird dabei das Ziel verfolgt, Innenverkleidungselemente in einem Fahrzeug möglichst steif auszuführen, sodass diese eine hohe Festigkeit bieten, um eine hohe Belastbarkeit der Innenverkleidung des Fahrzeuges zu ermöglichen.
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Das Innenverkleidungselement kann beispielsweise als Armauflage ausgebildet sein und ein Fahrzeuginsasse, der sich mit einem Großteil seines Körpergewichtes beispielsweise mit dem Unterarm auf der Armauflage abstützt, kann eine erhebliche Belastung auf die Armauflage ausüben, die jedoch insbesondere bei einer derartigen Krafteinleitungsrichtung formstabil bleiben soll.
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In einem Crashfall, insbesondere bei einer massiven äußeren Krafteinwirkung auf das Fahrzeug, soll das Innenverkleidungselement derart nachgiebige Eigenschaften aufweisen, dass keine unnötig hohen Krafteinwirkungen auf die Fahrzeuginsassen stattfinden und eine möglichst große Energieaufnahme im Innenverkleidungselement stattfindet.
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Aus der
EP 2 112 025 A1 ist eine Innenverkleidung für ein Fahrzeug bekannt, die für Fahrzeuginsassen eine höhere Crashsicherheit ermöglichen soll. Durch Sollbruchstellen im Innenverkleidungselement ist dieses so ausgebildet, dass im Falle eines Aufpralles der in den Fahrzeuginnenraum hineinragende Bereich des Innenverkleidungselementes in Einzelteile zusammenbricht und diese in Richtung zur Außenseite des Fahrzeuges ineinandergeschoben werden, wobei die Ausbildung von scharfen Kanten vermieden werden soll.
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Im Interesse einer verbesserten Crashsicherheit, aber auch aus Gründen erhöhter Anforderungen an die Qualitätsanmutung des Fahrzeuginnenraumes sind Bestrebungen zu erkennen, die Materialfestigkeit des Innenausstattungselementes weiter zu erhöhen, wobei die Dichte des Formkörpers von derzeit 30 kg/m3 auf bis zu 50 kg/m3 steigen kann.
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Diese Entwicklung macht zugleich auch eine Anpassung der Verfahren und der Werkzeuge zum Einbringen der in dem Formkörper erforderlichen Aufnahmen für Funktionselemente, beispielsweise elektrische Betätigungs- oder Schalteinheiten, notwendig. Diese werden derzeit unter Einhaltung großzügiger Toleranzen eingebracht und etwaige Maßabweichungen von einem Sollwert durch die Verformbarkeit des Formkörpers ausgeglichen. Insbesondere wird also zur Fixierung die Rückstellkraft des Formkörpermaterials genutzt.
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Es ist bereits absehbar, dass die erhöhte Materialfestigkeit eine solche Vorgehensweise nur noch sehr eingeschränkt gestattet. Insbesondere ist die Verformbarkeit des Formkörpers zukünftig derart gering, dass wesentlich höhere Anforderungen an die Maßhaltigkeit der Aufnahme gestellt werden müssen. Dies hat in der Praxis zur Folge, dass der Formkörper einer Nachbearbeitung, insbesondere durch Fräsbearbeitung unterzogen werden muss. Hierdurch entsteht ein erheblicher Mehraufwand.
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Es ist auch bereits daran gedacht worden, das Funktionselement zunächst an einem als Adapter dienenden separaten Halteelement aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial anzubringen, welches anschließend seinerseits in dem Formkörper, beispielsweise mittels einer Adhäsionsverbindung, unlösbar fixiert wird.
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Zudem ist aus der
DE 10 2004 039 312 A1 ein Verfahren zur Befestigung eines Kunststoffteiles aus thermoplastischem Kunststoff an einem Trägerteil bekannt, bei dem das Kunststoffteil mit kurzwelliger Infrarot-Strahlung an der Befestigungsfläche aufgeschmolzen und mit der aufgeschmolzenen Befestigungsfläche gegen das Trägerteil gepresst wird. Während die IR-Strahlungsquelle die Befestigungsfläche des Kunststoffteiles erwärmt, befindet sich die IR-Strahlungsquelle zwischen dem Trägerteil und dem Kunststoffteil, sodass das Gehäuse der IR-Strahlungsquelle das Trägerteil von der IR-Strahlung abschirmt. Entstehende Dämpfe werden gegebenenfalls mit einer Absaugeinrichtung entfernt. Das Aufschmelzen kann in kürzester Zeit, vorzugsweise in weniger als 5 Sekunden erfolgen.
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Ferner ist aus der
DE 699 12 524 T2 ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftfahrzeugverkleidungsteiles, beispielsweise eines Armaturenbrettes oder einer Lenkradabdeckung, mit Schwächungslinien für eine Airbag-Entfaltungsöffnung bekannt. Derartige Verkleidungsteile werden in Schichten hergestellt, die eine steife Substratschicht und eine darüber liegende Oberflächen- und Schaumlage umfassen oder bei denen eine Oberflächenlage mit einer Substratplatte verbunden ist. Eine Deckschicht kann beispielsweise eine Polymerschicht, eine Leder- oder Stoffschicht und eine Kunststoffschaumlage umfassen. Das Vorschwächen durch halbdurchgehende Rillen, Perforationen oder Schlitze einer oder mehrerer der Deckschichten kann mittels eines Laserstrahles erfolgen. Die Abtragsleistungen sind dabei allerdings gering und eignen sich daher nicht zum Entfernen großflächiger Bereiche bei einem Innenausstattungselement.
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Selbstverständlich sind auch bereits vielfältige Verfahren zur formgebenden Herstellung von Innenausstattungselementen bekannt. So betrifft beispielsweise die
DE 199 47 350 C1 ein urformendes Herstellungsverfahren von oberflächenstrukturierten Formteilen, insbesondere von Armaturenverkleidungen für Kraftfahrzeuge. Hierbei wird ein Rohmaterial, insbesondere ein Kunstharzpulver, in eine Form entsprechend der Negativstruktur der zu erzeugenden Oberflächenstruktur eingebracht und erwärmt. Um eine möglichst schnelle und Rohmaterial sparende Serienfertigung der Formteile zu erreichen, erfolgt die Erwärmung des Rohmaterials mittels Infrarotstrahlung, wobei zumindest ein Teil der Infrarotstrahlung durch die Form hindurch in das Rohmaterial eingestrahlt wird. Das Rohmaterial schmilzt und verbindet sich insbesondere durch eine Vernetzung des Kunstharzmaterials zu dem Formteil, wobei es sich an die Negativstruktur der Formoberfläche anpasst und die strukturierte Oberfläche bildet. Zur Herstellung eines Formkörpers aus aufgeschäumtem Material eignen sich derartige Verfahren hingegen nicht.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines für ein Kraftfahrzeug bestimmten Innenausstattungselementes der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch das die Arbeitsschritte vereinfacht und insbesondere Nachbearbeitungsschritte vermieden werden. Weiterhin soll ein zu diesem Zweck geeignetes Werkzeug geschaffen werden.
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Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem relativ zu dem Innenausstattungselement mit einem geringen Abstand zu der Aufnahme im Bereich der Aussparung eine Strahlungsquelle positioniert wird, die Licht im IR-Spektrum emittiert, wobei die Strahlungsverteilung, insbesondere die Strahlungsintensität, in Abhängigkeit der Abmessungen und der Kontur des Funktionselementes erfolgt. Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass eine nahezu beliebig konturierte Aufnahme als Aussparung in dem Formkörper entsprechend, insbesondere also kongruent, zu der Kontur des Funktionselementes dann in einfacher Weise erzeugt werden kann, wenn eine Infrarotstrahlungsquelle verwendet wird, die derart voreingestellt ist, dass die Intensitätsverteilung der Kontur des Funktionselementes entspricht. Durch Einschalten der Strahlungsquelle kommt es innerhalb kurzer Zeit zu einer Erwärmung des Formkörpers auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur und somit zu einer konturierten Aussparung bzw. Erweiterung einer vorhandenen Aussparung. Indem die Strahlung nicht unbestimmt, sondern entsprechend der Kontur des Funktionselementes ortsaufgelöst eine insbesondere unterschiedliche Intensität hat, bildet sich die Aussparung in dem Formkörper als Kontur des Funktionselementes ab. Ziel der Strahlungsverteilung ist eine virtuelle Umfangslinie einer bestimmten Strahlungsintensität als Schwellintensität entsprechend der Schmelztemperatur des aufgeschäumten Materials, wobei die Umfangslinie dadurch zumindest abschnittsweise der Kontur, also der Umrandungslinie in einer Schnittebene des Funktionselementes entspricht. Selbstverständlich kann die Bearbeitung auf mehrere einzelne Bearbeitungsschritte aufgeteilt werden, wobei in jedem Schritt lediglich eine Teilkontur der Aufnahme erzeugt wird. Darüber hinaus hat die Erfindung noch einen weiteren wesentlichen Vorteil. Indem nämlich die IR-Strahlung im Wesentlichen in dem aufgeschäumten Material, beispielsweise mit einem wesentlichen Anteil aus Polyurethan (PUR), absorbiert wird und in weitaus geringerem Umfang in der Sicht- oder Dekorationsfläche, bleibt diese von der Strahlung weitgehend unbeeinflusst. Eine unerwünschte Einwirkung, beispielsweise Verformung der Sichtfläche kann dadurch ausgeschlossen werden.
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Dabei erweist sich eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens als besonders Erfolg versprechend, bei welcher der Formkörper in einem zu der Strahlungsquelle benachbarten Bereich auf eine Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur erwärmt wird. Hierdurch wird ein erneutes Erstarren des aufgeschmolzenen Materials mit der Folge, dass die weitere Montage des Innenausstattungselementes behindert wird, vermieden. Vielmehr wird das Material in die gasförmige Phase überführt und unmittelbar am Entstehungsort abgesaugt. Unerwünschte Emissionen von gasförmigen Bestandteilen in die Umgebung werden so vermieden und die Entsorgung der entfernten Materialanteile wesentlich erleichtert.
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Die Strahlungsquelle könnte entlang einer vorbestimmten Umfangskontur entsprechend der Kontur des Funktionselementes mit einer vorzugsweise konstanten Vorschubbewegung relativ bewegt werden. Besonders einfach ist hingegen eine Weiterbildung der Erfindung, bei der von der Strahlungsquelle umfangsseitig und stirnseitig Licht parallel zur Flächennormalen und quer zu dieser emittiert wird, sodass die Konturierung der Aufnahme im stationären Zustand der Strahlquelle gegenüber dem Innenausstattungselement erfolgen kann. Indem also ohne eine Relativbewegung die Kontur als Fertigkontur erzeugt werden kann, entfällt der anderenfalls erforderliche Steuerungsaufwand. Zugleich wird die Bearbeitungsdauer verkürzt.
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Hierzu wird die IR-Strahlung derart gerichtet auf den Formkörper gelenkt, dass die Strahlung im Wesentlichen nur auf das aufgeschäumte Material des Formkörpers und nicht auf die Sichtfläche trifft, sodass eine unerwünschte Erwärmung von Bereichen des Innenausstattungselementes außerhalb der Aussparung vermieden wird.
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Weiterhin eignet sich bevorzugt eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei der die Strahlungsquelle und das Innenausstattungselement in eine vorbestimmte Relativposition relativ zueinander gebracht werden und nach dem Erreichen der relativen Soll-Position für eine bestimmte Dauer die Strahlungsquelle aktiviert wird, um die IR-Strahlung zu emittieren, bis die Ist-Werte signifikanter Größen der Abmessung der Aufnahme mit vorgegebenen Soll-Werten der Aufnahme übereinstimmen. Dabei kann eine Regelung der Dauer der Strahlungseinwirkung oder der Strahlungsintensität in Abhängigkeit von insbesondere messtechnisch erfassten Signalen des Ist-Zustandes der Aufnahme erfolgen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Ist-Wert stets im Bereich bestimmter Toleranzwerte liegt, die insbesondere auch unabhängig von gegebenenfalls unterschiedlichen Materialeigenschaften verschiedener Innenausstattungselemente zuverlässig erreicht werden.
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So können abweichend von dem bevorzugt eingesetzten Werkstoff, bei welchem der Formkörper als einen wesentlichen Materialanteil PUR-Schaum aufweist, für das Verfahren geeignete Formkörper auch aus anderen geschäumten oder aufgeschäumten Materialien sowie Schaumstoffen hergestellt sein. Darüber hinaus können auch Aussparungen in den Formkörper mit örtlich unterschiedlichen Materialeigenschaften eingebracht werden.
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Die Bearbeitung kann innerhalb einer sehr kurzen Bearbeitungsdauer erfolgen. Vorzugsweise wirkt die Strahlung für eine Dauer von wenigen Sekunden, insbesondere weniger als 5 Sekunden auf den Formkörper ein, wobei der Abstand zwischen der Strahlungsquelle und dem Formkörper weniger als 25 mm, insbesondere zwischen 5 und 10 mm beträgt.
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Die zweitgenannte Aufgabe, ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Werkzeug eine im Infrarotspektrum emittierende Strahlungsquelle mit zumindest einem IR-Brennstab umfasst, mit einer Werkzeugkontur, die eine an die Geometrie einer zu erzeugenden Aussparung angepasste Durchlassöffnung für die Strahlung aufweist. Hierdurch wird eine Abstrahlung der IR-Strahlung erreicht, die entlang der Außenfläche ortsaufgelöst eine unterschiedliche Intensität erzeugt. Linien übereinstimmender Intensität folgen dabei mit ihrer Form der Kontur der Aussparung, sodass sich eine dementsprechende Wärmeverteilung ergibt. Durch eine entsprechende Strahlungsleistung und Einwirkungsdauer wird in dem auszusparenden Bereich der Aussparung das Material in die gasförmige Phase überführt und entfernt. Im Ergebnis wird die Kontur des Funktionselementes zuverlässig in dem Formkörper reproduziert.
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Zu diesem Zweck hat die IR-Strahlungsquelle vorzugsweise eine die Durchlassöffnung der Strahlung beschränkende Blende, sodass die Strahlungsemission beispielsweise durch Austausch der Blende angepasst werden kann, die zur Anpassung an unterschiedliche Einsatzzwecke auch einstellbar ausgeführt sein kann. Hierzu hat die Blende beispielsweise zumindest eine spaltförmige Durchlassöffnung, wobei die Durchlassöffnung quer zur spaltförmigen Haupterstreckung eine Breite zwischen 1 und 8 mm, insbesondere ca. 4 mm aufweist.
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Besonders bevorzugt hat das Werkzeug einen Reflektor mit einer hochreflektierenden Beschichtung, um die Strahlung gezielt ablenken und mögliche Strahlungsverluste minimieren zu können.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
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1 ein an einem Innenausstattungselement zu fixierendes Funktionselement;
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2 eine Draufsicht auf das Innenausstattungselement mit einem in einer Ausnehmung positionierten Werkzeug;
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3 eine geschnittene Seitenansicht des Innenausstattungselementes gemäß 2.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie das hierzu eingesetzte Werkzeug 1 werden nachstehend anhand der 1 bis 3 näher erläutert. Das Verfahren dient zur Herstellung einer Aufnahme 2 in einem für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug bestimmten Innenausstattungselement 3, welches als Verkleidungselement im Innenraum des Kraftfahrzeuges angebracht wird. Das Innenausstattungselement 3 hat einen aus einem teilelastischen aufgeschäumten Material hergestellten Formkörper 4, der mit einer dekorativen Sichtfläche 5 aus einem Gewebe oder Gewirke bzw. einem Leder oder Kunstleder kaschiert ist. In dem Innenausstattungselement 3 soll mit dem Verfahren die Aufnahme 2 als Aussparung eingebracht werden, deren Kontur einem in 1 gezeigten elektrischen Funktionselement 6 entspricht, um so das Funktionselement 6 formschlüssig fixieren zu können. Zu diesem Zweck wird relativ zu dem Innenausstattungselement 3 mit einem vorbestimmten Abstand a zu der Aufnahme 2 im Bereich der herzustellenden Aussparung das Werkzeug 1 mit einer IR-Strahlungsquelle positioniert. Die Strahlungsverteilung F entspricht dabei der Kontur des Funktionselementes 6, sodass eine gestrichelt dargestellte Linie 7 gleicher Strahlungsintensität der Umfangskontur des Funktionselementes 6 entspricht. Somit kann durch Bestrahlung des Formkörpers 4 mit der IR-Strahlung die Aufnahme 2 in dem Formkörper 4 erzeugt werden, die den äußeren Abmessungen des Funktionselementes 6 mit hoher Genauigkeit entspricht, indem überschüssige Materialanteile des Formkörpers 4 verdampft werden. Die Strahlungsquelle emittiert sowohl umfangsseitig als auch stirnseitig Licht im IR-Bereich, sodass eine Relativbewegung des Werkzeuges 1 gegenüber dem Innenausstattungselement 3 während der Bearbeitung entbehrlich ist. Die Absorption der Strahlung durch die Sichtfläche 5 ist dabei vergleichsweise gering, sodass die Strahlung im Wesentlichen nur auf den aufgeschäumten PUR-Schaum des Formkörpers 4 einwirkt. Eine Bearbeitung kann so innerhalb weniger Sekunden abgeschlossen werden, wobei der Abstand zwischen der Strahlungsquelle des Werkzeuges 1 und dem Formkörper 4 ca. 5 mm beträgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeug
- 2
- Aufnahme
- 3
- Innenausstattungselement
- 4
- Formkörper
- 5
- Sichtfläche
- 6
- Funktionselement
- 7
- Linie Strahlungsintensität
- a
- Abstand
- F
- Strahlungsverteilung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2112025 A1 [0005]
- DE 102004039312 A1 [0010]
- DE 69912524 T2 [0011]
- DE 19947350 C1 [0012]
