Oberflächenmaterialien

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, insbesondere Zierteilen für jede Art von Fahr- und Flugzeugen, mit dem verschiedene Oberflächenmaterialien darstellbar sind bzw. in die gewünschte Endform gebracht werden können.

Bislang können zwar eine Vielzahl von Oberflächenmaterialien eingesetzt und auf der Sichtseite von Form-Zierteilen realisiert werden, jedoch sind für die verschiedenen Materialien jeweils entsprechend angepasste Herstellungsverfahren durchzuführen. Dies wird im folgenden Beispiel anhand von Aluminium- Formteilen und Holzfurnier-Formteilen dargestellt.

Aluminium-Formteile werden herkömmlicherweise in mehreren Verfahrensschritten hergestellt. Dabei wird zunächst das Ausgangsmaterial aus einer Alu- miniumlage ausgestanzt und anschließend die Umformung in die gewünschte Zielform durch eine Vielzahl von Umformungsschritten erzielt. Üblicherweise wird ein Presswerkzeug verwendet, das in mehreren Hüben die wesentliche Form des Formteils erzeugt und mit einem abschließenden Kalibrierhub das Bauteil in seine endgültige Form bringt.

Für Formteile mit Holzfurnier auf der Sichtseite musste ein gänzlich anderes Herstellungsverfahren verwendet werden, bei dem Umformung und

Verpressung des Bauteils in einem Verfahrensgang stattfindet. Bei derartigen Holzfurnier-Formteilen ist ein Holz-Deckfurnier auf einer Trockenleimlage auf dem Unterfurnier (Blindfurnier) aufgelegt, das wiederum über eine Trockenleimlage auf einem senkrecht zu dem ersten Unterfurnier angeordneten zweiten Unterfurnier aufgelegt ist, wobei die Faserrichtungen der beiden Unterfurniere im Wesentlichen im rechten Winkel zueinander verlaufen (Sperraufbau), um eine vordefinierte Stabilität des Bauteils zu erzielen. Dieser Aufbau wird in ein Presswerkzeug eingelegt und über 4 bis 5 Minuten unter Wärmeeinwirkung in die Zielform gebracht, wobei die Trockenleime zwischen den Furnieren aufschmelzen und die bis dahin lose zusammengelegten Lagen verbinden. Der Pressvorgang findet bei ca. 140°C statt, so dass die duroplastischen Trockenleime reaktiviert werden. Die Presszeit von 4 bis 5 Minuten ist deshalb nötig, dass der duroplastische Trockenleim Vernetzungen und Verankerungen (Kohä- sion und Adhäsion) mit den jeweils anliegenden Lagen einnehmen kann. Nach Fertigstellung des Bauteils wird dieses aus der Holzbauteil-Presse entfernt und in einem Spritzgusswerkzeug mit einer Befestigungsstruktur hinterspritzt, die letztlich als Befestigungsvorrichtung zur Anbringung im Fahrzeug bzw. Flug- zeug dient. Alternative Herstellungsverfahren für Holzfurnier-Formteile sind das sog.

Membranpressen oder Warmpressen. Bei beiden Verfahren wird auf die vorab erzeugte Befestigungsstruktur, die zur Sichtseite hin im Wesentlichen die Zielform aufweist, eine mit Vlies hinterlegte Holzfurnierlage aufgelegt und mit- tels Membran- oder Warmpressen in die der Trägerstruktur entsprechende Zielform (an)-gepresst. Um sich an die verschiedenen Konturen des Endbauteils anlegen zu können, muss das Holzfurnier an seinem Randbereich mit vorab eingestanzten oder gelaserten Einschnitten versehen werden, die beim Anlegen des Holzfurniers an der Oberseite der Trägerstruktur eine Anpassung ermöglichen. Dabei ist jedoch problematisch, dass die Einschnitte beim Ziehen des Holzfurniers über die Konturen aufgehen, d.h. Freiräume entstehen, die anschließend aufwendig gekittet werden müssen. Die gekitteten Einschnitte sind bei dem fertigen Bauteil der Bereich mit der größten Rissgefahr, was zu einer Unbrauchbarkeit des Bauteils führen würde.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Formteilen und Holzfurnier-Formteilen ist die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Herstellungsverfahren für Formteile beliebiger Oberflächenmaterialen bereitzustellen, bei dem die Herstellungsdauer pro Formteil verkürzt und die Notwendigkeit von Einschnitten im Randbereich des Oberflächenmaterials vermieden ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen gemäß Anspruch 1. Ein derartiges Herstellungsverfahren umfasst die Schritte des Aufkaschierens einer Obermateriallage auf eine Trägerlage zur Erzeugung eines ersten Lagenverbunds, das Auflegen einer Oberlage auf den ersten Lagenverbund zur Erzeugung eines zweiten Lagenverbunds, wobei die Oberlage im Wesentlichen die Dicke des ersten Lagenverbunds aufweist, und das Um- formen des zweiten Lagenverbunds in eine vorbestimmte Zielform. Als Obermateriallage kann eine Holzfurnierlage, eine Textillage, eine Gewebelage, eine Karbonlage, eine Lederlage oder eine Folienlage dienen.

Der Verfahrensschritt des Umformens des zweiten Lagenverbunds in einer vor- gebestimmten Zielform ist ein wärmeeinwirkungsfreies Press-Umformen, das einem Pressverfahren für Aluminium-Formteile entspricht. Bei Verwendung einer Holzfurnierlage als Obermateriallage wird diese vor dem Auflegen der Oberlage auf den ersten Lagenverbund kalibriert und konditioniert, d.h. auf die gewünschte Dicke geschliffen und zur Erhöhung der Flexibilität während des Umformens befeuchtet, beispielsweise bedampft.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Trägerlage als Aluminiumlage ausgebildet, da hierbei die Umformungsprozesse für Aluminium-Formteile vorteilhaft auch auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar sind. Die Aluminiumlage weist eine Dicke von 0,3 bis 0,6 mm, vorzugsweise 0,4 mm auf. Ferner ist auf diese Trägerlage ober- und/oder unterseitig eine Kopplungsschicht zur verbesserten Anbindung der nachfolgenden Lagen aufkaschiert. Als Kopplungsschicht können Folien wie beispielsweise Polyester oder Polyamidfolien dienen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist besonders günstig, dass durch das Auflegen einer Oberlage auf den ersten Lagenverbund, wobei die Oberlage wesentlich die Dicke des ersten Lagenverbunds aufweist, die Obermateriallage für den Umformprozess des zweiten Lagenverbunds in die so genannte neutrale Phase, d.h. im Wesentlichen in die Mitte des zweiten Lagenverbunds gebracht wird. Bei dem Umformprozess entstehen standardmäßig im Außenbereich starke Zugkräfte, im gegenüberliegenden Innenbereich entsprechend starke Schubkräfte bzw. Stauchungen, wobei das Ziehen im Bereich der Außenbiegungen zu Rissen in der Obermateriallage führen, bzw. die Optik beeinträchtigen könnte. Durch Verwendung der Oberlage und der dadurch erzielten Verle- gung der Obermateriallage in die neutrale Phase werden diese Zug- und

Stauchkräfte im Bereich des umzuformenden Materials auf ein Minimum redu- ziert. Es reicht dabei aus, dass die Oberlage im Wesentlichen die Dicke des ersten Lagenverbunds aufweist, wobei die Zug- bzw. Stauchkräfte eben gerade dann minimal sind, wenn die Oberseite (Sichtseite) der Obermateriallage die Mitte des zweiten Lagenverbunds darstellt.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung von Oberlage, Obermateriallage und Trägerlage kann eine Umformung von sensiblen Obermateriallagen wie Holzfurnier, Leder, Karbon und dergleichen wärmeeinwirkungsfrei und mit einer Geschwindigkeit erzeugt werden, die mindestens 4 bis 5 mal so schnell ist, wie das Warm- bzw. Membranpressen.

In einer günstigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Oberlage als Aluminiumlage ausgebildet und weist eine Dicke auf, die der Dicke des Aluminium-Formteils entspricht. Auf diese Weise können in einem Verfahrens- durchlauf gleichzeitig zwei Formteile hergestellt werden, wobei das eine ein Aluminium-Formteil, das andere ein Formteil mit entsprechender Obermateriallage, beispielsweise ein Holzfurnier-Formteil, ergibt.

Zur weiteren Verarbeitung können die Obermateriallage bzw. der erste Lagen- verbünd und die Aluminium-Oberlage nach dem Umformen des zweiten Lagenverbunds getrennt werden. Um die nach dem Umformen innerhalb der Aluminiumlage eingeschlossene Obermateriallage zu separieren, kann in einer vorteilhaften Ausführung vorgesehen sein, dass an der Obermateriallage und/oder der Aluminiumlage mindestens eine Lasche an einer empirisch ermittelten Stel- le vorgesehen ist. Besonders einfach lassen sich die beiden Teile voneinander lösen, wenn je mindestens eine Lasche vorgesehen ist.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Dicke der Aluminiumlage 0,6 bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,6 mm, und kann somit ein eigenständiges Aluminium- Formteil bilden. Unabhängig davon, ob mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein oder zwei Formteile hergestellt werden, werden die Formteile anschließend mittels Spritzgießen einer Befestigungsstruktur hinterspritzt. Diese Befestigungsstruktur dient später als Befestigungsvorrichtung zum Anschluss des Formteils im Fahr- bzw. Flugzeug. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders günstig, dass das Obermaterial-Formteil und das Aluminium-Formteil in demselben Hinterspritzwerkzeug verwendbar sind. Beide Formteile weisen im Wesentlichen dieselbe Außenform auf und können in ein und demselben Spritzwerkzeug eingelegt und befestigt werden. Es ist folglich nicht nötig, meh- rere Spritzwerkzeuge für Aluminium-Formteile oder Formteile mit anderem Oberflächenmaterialen wie Leder, Karbon, Holz etc. bereitzustellen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein weiterer Vorteil, dass das Obermaterial-Formteil nach dem Umformprozess bewusst kleiner ausgebildet ist, als das auf der Sichtseite des Obermaterials aufliegende Aluminium-Formteil bzw. jede beliebige umgeformte Oberlage. Da das Obermaterial-Formteil während der Umformung auf der Unterseite (der Sichtseite gegenüberliegend) des Aluminium-Formteils angeordnet ist, weist es eine um die Größe bzw. Dicke der Oberlage bzw. das Aluminium-Formteils reduzierte Außendimension auf. Zum Ausgleich dieses Offsets gibt es zwei Möglichkeiten. Entweder wird das zu kleine Obermaterial-Formteil in das Spritzgusswerk eingelegt und mittels Spritzdruck im Wesentlichen in die gewünschte Zielform gebracht bzw. aufgeweitet. Alternativ könnte auch nach dem Separieren des Obermaterial-Formteils von der Oberlage bzw. dem Aluminium-Formteil ein zusätzlicher Umformschritt er- folgen, bei dem das Obermaterial-Formteil von unten mit einem vorgefertigten Rohling auf die gewünschte Außenkontur gedrückt wird. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass der Offset derartig gering ist, nämlich maximal 0,8 mm, dass aus praktischer Sicht keine Anpassung erfolgen muss. Gleichwohl kann in einer besonderen Ausführung der Erfindung dieser Offset genutzt werden. Dazu wird das Obermaterial-Formteil auf der Sichtseite mit einer Lackschicht versehen, wodurch das Obermaterial-Formteil die Außendimension des Aluminium- Formteils erhält. Die Befestigungsstruktur ist dann entsprechend kleiner ausge- bildet.

In einer günstigen Ausführungsform zur Herstellung des Formteils mit Lack- schicht kann beim Hinterspritzen der Befestigungsstruktur gleichzeitig ein Dichtrand mit angespritzt werden, der beim nachfolgenden Lackgießen als Abdichtung gegenüber dem Gießwerkzeug dient. Der Dichtrand dient lediglich als Hilfsmittel während des Lackgießprozesses und wird später zur Fertigstellung des Bauteils abgefräst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit drei unterschiedliche Bauteile hergestellt werden, die alle dieselbe Außenkontur aufweisen und an derselben Position im jeweiligen Fahrzeug alternativ befestigbar sind. Zum einen kann ein Obermaterial-Formteil mit einem Obermaterial aus Holzfurnier, Leder, Gewebe, Textil, Karbon oder Folie hergestellt werden, alternativ kann dieses Oberflächenmaterial-Formteil mit Lack überzogen ausgebildet sein, und schließlich kann gleichzeitig ein Aluminium-Formteil bereitgestellt werden.

Weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend gemeinsamen mit der Be- Schreibung bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines umgeformten zweiten Lagen-

Verbunds;

Fig. 2a eine seitliche Schnittansicht eines Aluminium-Formteils;

Fig. 2b eine seitliche Schnittansicht eines Obermaterial-Formteils;

Fig. 2c eine seitliche Schnittansicht eines Obermaterial-Formteils mit oberseitiger Lackschicht;

Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht eines Bauteils mit angespritztem

Dichtrand. Die Darstellung der beigefügten Figuren erfolgt beispielhaft schematisch. In den Figuren sind jeweils gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ferner sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt.

In Fig. 1 ist eine Anordnung in seitlicher Schnittansicht dargestellt, bei der zwei Formteile aufeinander liegend gleichzeitig mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren umgeformt wurden. Auf eine Trägerlage 1 ist eine Obermateriallage 2 aufkaschiert, so dass ein erster Lagenverbund 3 gebildet ist. Auf diesem ersten Lagenverbund 3 ist eine Oberlage 4 aufgelegt, so dass ein zweiter Lagenverbund 5 gebildet wird, der in seiner Gesamtheit in eine vorbestimmte Zielform gepresst wird. In der gezeigten Ausführung handelt es sich bei der Umformung lediglich um eine Umbiegung um ca. 90°, es können jedoch beliebige mit Presswerkzeugen realisierbare Formen erzielt werden. Sowohl die Oberlage 4 als auch die Trägerlage 1 sind aus Aluminium gebildet und können somit in einem Aluminium-Umformwerkzeug für Aluminium-Formteile umgeformt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Bauteile mit im Wesentlichen gleicher Dicke hergestellt, wobei in der gezeigten Ausführung die Dicke d1 der Oberlage 4 der Dicke d2 des ersten Lagenverbunds 3 entspricht. Nach der Umformung des zweiten Lagenverbunds 5 wird der erste Lagenverbund 3 von der Aluminium-Oberlage 4 getrennt, so dass ein Obermaterial- Formteil und ein Aluminium-Formteil gebildet werden. Mit einem Verfahrensgang können somit zwei Formteile unterschiedlichen Materials mit hoher Geschwindigkeit hergestellt werden.

Die Oberlage 4 ist lösbar auf dem ersten Lagenverbund 3 aufgelegt. Zur Separierung sind sowohl an der Oberlage 4 als auch an der Trägerlage 1 Laschen (nicht gezeigt) vorgesehen, an denen die jeweiligen Bauteile erfasst und getrennt werden können. Als Obermateriallage 2 dient in der in Fig. 1 gezeigten Ausführung eine vor dem auf die Trägerlage 1 Auflegen kalibrierte und konditionierte Holzfurnierlage. Alternativ kann als Obermaterial jedoch auch Leder, Karbon, Textil, Gewebe oder Folie hergenommen werden. Durch die Anordnung der im Verhältnis zu den anderen Lagen empfindlichen Obermateriallage 2 zwischen Trägerlage 1 und Oberlage 4 befindet sich die Obermateriallage 2 während des Umformprozesses in der neutralen Phase 10, bei der die Auswir- kungen durch Schub- und Druckkräfte am geringsten sind. Die Aluminium- Oberlage 4 weist außenseitig (auf der Sichtseite) eine dünne Schutzlackoberfläche auf, die das Aluminium-Bauteil vor Außeneinwirkungen wie Kratzen schützt. Da die Aluminium-Oberlage 4 zu einem eigenen Aluminium-Formteil wird, weist sie bereits zur Umformung die entsprechend vorbestimmte Dicke auf.

In den Figuren 2a bis 2c sind in seitlicher Schnittansicht drei Formteile mit unterschiedlichen Oberflächen dargestellt. In Fig. 2a ist die Aluminium-Oberlage 4 aus Fig. 1 mit einer Befestigungsstruktur 6 mittels Spritzgießen hinterspritzt, wobei Zapfen 7 mit angespritzt wurden, die zur einrastenden Befestigung des Formteils im Fahrzeug dienen. Die Aluminium-Oberlage 4 weist auf der der Sichtseite abgewandten Seite eine Kopplungsschicht 4' auf, die der Übersichtlichkeit wegen in Fig. 1 weggelassen wurde. Die Kopplungsschicht 4' dient zur besseren Anbindung und Haftung der Befestigungsstruktur 6 an der Aluminium- Oberlage 4.

In Fig. 2 ist der erste Lagenverbund 3 aus Fig. 1 mit einer Befestigungsstruktur 6 hinterspritzt, wobei durch Anpassung des Spritzdrucks eine Aufweitung des Bauteils erzielt wird, so dass schlussendlich ein Formteil mit identischer Außen- dimension des Aluminium-Formteils aus Fig. 2a entsteht. Zwischen der Befestigungsstruktur 6 und der Trägerlage 1 ist eine Folien-Kopplungsschicht 8', zwischen der Trägerstruktur 1 und der Obermateriallage eine zweite Kopplungsschicht 8" vorgesehen, die in Fig. 1 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt sind. Als Kopplungsschichten können grundsätzlich Folien dienen, die dem je- weiligen Material vorab aufkaschiert sind. So kann z.B. der Aluminium- Trägerlage und der Obermateriallage vor dem aufeinander Auflegen eine derar- tige Kopplungsschicht noch vor dem Umformen aufkaschiert sein. Der

Hinterspritzvorgang für das Aluminium-Formteil aus Fig. 2a und das Formteil mit der Obermateriallage 2 wird in ein und demselben Spritzwerkzeug durchgeführt. Die Holzfurnier-Obermateriallage 2 bildet die sichtseitige Oberfläche und wird lediglich mit einer dünnen Schutzschicht, z.B. sehr dünnen Lackschicht überzogen, wobei die Oberfläche offenporig bleibt.

In Fig. 2c ist eine weitere Verwendung des bereits in Fig. 2b dargestellten ersten Lagenverbunds 3 in einer seitlichen Schnittansicht dargestellt. Dabei wird die bei der gleichzeitigen Umformung gemäß Fig. 1 erzielte geringere Außendimension (Offset) des ersten Lagenverbunds 3 genutzt, um eine dritte Oberflächenvariante bereitzustellen, wobei das letztlich erzielte Formteil wieder dieselbe Außendimension aufweist. Dies ist in den Figuren 2a bis 2c durch die gestrichelte Linie an der Abschlusskante der Sichtseite dargestellt. Das aus dem ers- ten Lagenverbund 3 sowie der Befestigungsstruktur 6 gebildeten Obermaterial- Formteil ist mit einer Lackschicht 9 versehen, die eine vorbestimmte Dicke aufweist, den Offset auszugleichen. Die Lackschicht 9 wird mit einem üblichen Lackgießverfahren bereitgestellt. Zum Ausgleich der vergrößerten Dicke von Lackschicht 9 und ersten Lagenverbund 3 wird eine entsprechend kleinere Be- festig ungsstruktur 6 hinterspritzt.

Aus den nach der Umformung gemäß Fig. 1 erzielten zwei Bauteilen mit Aluminium bzw. Holzfurnier auf der Sichtseite können somit schlussendlich zwei Formteile gemäß Fig. 2a und 2b oder 2c erzielt werden.

In Fig. 3 ist der erste Lagenverbund 3, gebildet aus Obermateriallage 2 und Trägerlage 1 mit beidseitig angeordneten Kopplungsschichten 8', 8", in einem in eine Lackgießanlage mit das Bauteil umgebender Gießglocke 13 eingelegten Zustand dargestellt. Dem Obermaterial-Formteil wird eine besondere Befestigungsstruktur 6 hinterspritzt, bei der ein Dichtrand 12 mit angespritzt wird, der bei dem Lackgießverfahren als Abdichtung gegenüber der Gießglocke 13 dient. Der Dichtrand 2 erstreckt sich über das Obermaterial-Formteil in seitliche Richtung hinaus und liegt an der Gießglocke 13 an. Das Obermaterial 2 wird anschließend mit Lack Übergossen, wobei durch den Dichtrand 12 ein Austre- ten von Lack vermieden ist. Nach Verfestigung der Lackschicht 9 wird das Obermaterial-Formteil auf die gewünschte Größe entlang der Fräskante 1 gebracht, wobei der Dichtrand 12 mit abgefräst wird.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend an- gegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise kann anstelle der Aluminium-Oberlage eine beliebige für das Pressverfahren geeignete Lage verwendet werden, solange diese im wesentlichen die Dicke des ersten Lagen- Verbunds aufweist und somit die Obermateriallage zur Umformung in die neutrale Phase verschoben wird.

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