Beschreibung

Kunststoffhaut mit Schaltfunktion

Die Erfindung betrifft eine ein- oder mehrschichtige Kunststoffhaut als Oberflächenbelag von beschichteten Gegenständen. Ebenso sind besonders geeignete Verfahren zur Herstellung einer solchen Kunststoffhaut offenbart sowie ein mit einer solchen Kunststoffhaut beschichtetes Verkleidungsteil für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges.

Genarbte, gemusterte, oder fein strukturiert Kunststoffhäute sind als Oberflächen für Gegenstände weithin bekannt und werden z. B. verwendet für die Innen Verkleidung in Fahrzeugen, hier oft als relativ weiche unterschäumte Folien mit angenehmer Haptik etwa für die Verkleidung von Armaturenbrettern oder die Innenschalen von Türen etc. In entsprechender Anpassung von Festigkeit und Design werden solche Folien natürlich auch für andere hochwertig beschichtete Waren genutzt.

Im Stand der Technik sind zur Herstellung solcher Kunststoffhäute verschiedene Verfahren bekannt, zum Beispiel Walz- und/oder Prägeverfahren zur Herstellung von „endlosen" Folienbahnen aus thermoplastischem Kunststoff, oder Verfahren zur Herstellung von werkzeugfallenden einzelnen Formhäuten, also von Kunststoff -Formteilen.

Bei den Walz- und Prägeverfahren wird eine als Bahnenware vorliegende thermoplastische Folie mit Hilfe einer Prägewalze mit einer dreidimensional strukturierten, geprägten Oberfläche, also etwa einer genarbten „Lederoberfläche" versehen.

Als werkzeugfallende Formhäute sind hier mehr oder weniger steife Kunststoff-Formteile bezeichnet, die beispielsweise durch verschiedenen Sinter- oder Sprühverfahren in Formwerkzeugen hergestellt werden, bei denen ein oder mehrere flüssige oder pulverförmige Komponenten in eine Form gegeben werden und dort ausreagieren /

aushärten. Werkzeugfallende Formhäute entstehen somit auch durch Rotationssintern, beispielsweise durch Verfahren zur Herstellung so genannter Slush-Häute.

Bei diesen werkzeugfallenden Verfahren ergibt sich zudem die Möglichkeit, die Oberflächenstruktur / -textur, d.h. die Oberfläche der Kunststoffhaut , also etwa das Erscheinungsbild einer Narbe, und die Geometrie des gesamten Bauteiles in einem einzigen Formprozess während der Herstellung festzulegen. Dazu wird zum Beispiel die Narbstruktur und Bauteilgeometrie als Negativ in eine Werkzeugform gebracht, die Kunststoffhaut durch Sinter- oder Sprühverfahren ausgeformt und danach entnommen.

Sowohl die Bahnenware als auch die Formhäute werden in der Regel rückseitig mit einer Schicht aus Kunststoffschaum versehen, entweder nach dem Prägen und/oder nach Einbringen / Tiefziehen in die Bauteilform (Bahnenware) oder bereits in der Werkzeugform, in der die Kunststoffhaut hergestellt wurde (Formhäute). Natürlich sind weitere Verfahren, wie etwa Streich verfahren, zur Schaumbeschichtung bekannt. Durch dieses anschließende „Hinterschäumen" erhält man ein bereits recht steifes dreidimensional ausgeformtes Bauteil. Das Hinterschäumen stellt hierbei nur eine Möglichkeit dar, für die Kunststoffhaut eine Trägerstruktur zu bilden. Gleichermaßen ist etwa das Aufkleben von Struktur-Trägerelementen aus hartem Kunststoff bekannt.

Die EP 1 190 828 Al beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von werkzeugfallenden Schmelzkörpern / Gußkörpern, wie etwa Armaturenbretter, Türverkleidungen oder Handschuhfächer, bei dem eine geteilte Unterform zunächst und mindestens teilweise mit einer elastischen Folie ausgelegt wird, welche die in der Form vorhandene Nähte überdeckt, und welche auf ihrer Innenseite eine Maserung, beispielsweise eine Ledertextur aufweist. Auf die Elastische Folie wird eine reaktive Mischung gesprüht, die dann die Außenhaut des Bauteiles bildet, bevor weitere Verstärkungen oder Schaumlagen mit verschiedenen verschieden Sprüh- oder Schmelz-Formgebungsverfahren aufgebracht werden.

üblicherweise werden die Formhäute mit der Trägerstruktur nach dem Herstellungsprozess noch einmal sauber bearbeitet, d.h. evtl. vorhandene Hautränder werden abgeschnitten und bei Armaturenbrettern z. B. dann die nötige Ausnehmungen oder Löcher für Instrumente, Schalter, Zierleisten, Radio etc. hergestellt. Danach werden die beispielsweise alle Schalter und Signalelemente einzeln in das Armaturenbrett eingebaut und verdrahtet bzw. mit Anschlußleitungen versehen, die dann beim Einbau ins Fahrzeug angeschlossen werden können. Gleiches gilt für den Einbau von Instrumenten, Leuchtmitteln, Lautsprechern etc. Zierleisten und Halterungen müssen ebenfalls noch angebracht werden.

Insgesamt sind also noch ein erheblicher Aufwand, eine Reihe von zeit- und kostenintensiven Fertigungsschritten und eine logistische Planung erforderlich bis zur übergabe eines einbaufertigen Armaturenbrettes, eines Türeinsatzes oder ähnlicher Bauteile mit Funktionselementen an den weiterverarbeitenden Betrieb, hier nämlich an den Fahrzeughersteller.

Für die Erfindung bestand daher die Aufgabe, eine Kunststoffhaut bereitzustellen, die einerseits solche aufwendigen Schritte der Weiterbearbeitung möglichst reduziert und andererseits eine hohe Bauteilintegration mit einem gefälligen Erscheinungsbild der Kunststoffhaut kombiniert.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Ebenfalls offenbart ist eine Lösung im Hinblick auf geeignete Herstellungsverfahren für eine solche Kunststoffhaut.

Dabei sind bereits in der Kunststoffhaut Bereiche angeordnet, in denen die Kunststoffhaut eine Schalt-, Sensor- oder Signalübertragungsfunktion aufweist. Durch solche funktionalen Elemente in der Kunststoffhaut entfällt der nachträgliche Einbau derselben in Form von separaten Schaltern, Sensoren, die wiederum als Einzelelemente sicher mit der Kunststoffhaut verbunden und mit einer Vielzahl von Anschlusskabeln versehen werden müssten. Als Signalübertragungsfunktionen lassen sich bei der erfindungsgemäßen Lösung nämlich auch die Zuführungen oder Anschlüsse in Form von Folien-Leiterbahnen in der

Kunststoffhaut integrieren.

Vorteilhafterweise sind die Bereiche der Kunststoffhaut, in denen die Kunststoffhaut eine solche Schalt-, Sensor- oder Signalübertragungsfunktion aufweist, auf der Außenoberfläche der Kunststoffhaut angeordnet. Damit sind sie von außen bedienbar bzw. erreichbar, was ja insbesondere für Schaltelemente sinnvoll ist, die z. B. von den Insassen eines Fahrzeugs bedient werden sollen. Sensorelemente, wie Temperaturfühler oder Infrarot-Sensoren können, müssen aber nicht unbedingt an der Oberfläche der Kunststoffhaut positioniert werden.

Dies gilt ebenso für eine weitere vorteilhafte Ausbildung, bei der Schalt-, Sensor- oder Signalübertragungselemente innerhalb der Kunststoffhaut angeordnet sind, vorzugsweise in den äußeren Oberflächenbereichen der Kunststoffhaut. Der Unterschied dieser Ausbildungen zu den Ausführungen nach Anspruch 1 oder 2 besteht darin, dass nicht die Kunststoffhaut selbst einen „funktionalen" Bereich aufweist, also beispielsweise einen mehrschichtig aus teilweise leitfähigem Kunststoff aufgebauten kapazitiv oder induktiv reaktionsfähigen Bereich, sondern einzelne, aber integrierte Elemente enthält, die die genannten Schalt-, Sensor- oder Signalübertragungsfunktionen bereitstellen, also zum Beispiel elektronische Schaltungselemente, die in die Kunststoffhaut eingebunden sind und auf Druck, Temperatur etc. reagieren, oder die etwa Signale in Form von Licht, Tönen, Wellen, Vibrationen etc. erzeugen. Vorteilhafterweise sind solche Schalt-, Sensor- oder Signalübertragungs-elemente in Form von Folien, genauer gesagt in Form elektronischer Folienschaltungen ausgebildet, die ja dann besonders leicht in eine dünne Kunststoffhaut integriert werden können.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass innerhalb der Kunststoffhaut Signalübertragungselemente in Form von Leuchtmitteln angeordnet sind, vorzugsweise als LED-Leuchtmittel. Damit entfällt z. B. bei einem Armaturenbrett der nachträgliche aufwendige Einbau einer Armaturenbrett- oder Handschuhfachbeleuchtung.

Gleiches gilt für eine weitere vorteilhafte Weiterbildung, die darin besteht, dass innerhalb der Kunststoffhaut Signalübertragungselemente in Form von Lautsprechern ausgebildet sind. Dies ist bereits mit den einfachen Flach-Lautsprechern, wie sie für tragbare Rechner angeboten werden, möglich, wobei flexible oder an die Form anpassbare Flachstrahler natürlich noch eher geeignet sind.

Bei der steigenden Verbreitung von satellitengestützten Navigationsgeräten in Fahrzeugen, die auf einem Bildschirm Umgebungskarten projizieren, besteht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung darin, dass innerhalb der Kunststoffhaut Signalübertragungselemente in Form von Flachbildschirmen ausgebildet sind, vorzugsweise als folienförmige Schirme, die dann als Anzeige für Navigationsgeräte oder aber auch mit einer entsprechenden TV- Ansteuerung als Fernsehbildschirme genutzt werden können.

Solche Elemente, wie etwa als Signalübertragungselemente in Kunststofffolie integrierte Flachstrahler oder Flachbildschirme eignen sich in gleicher Weise für ein Armaturenbrett eines PKW wie für entsprechende Möbelbeschichtungen bei Möbeln in einem Konferenzsaal oder einer Hotelhalle.

Eine vorteilhafte Ausbildung einer solchen Kunststoffhaut besteht darin, dass die Kunststoffhaut als gewalzte und/oder geprägte thermoplastische Endlosfolie ausgebildet ist. Eine solche Endlosfolie kann dann leicht vor oder nach dem Zuschnitt für das anschließende Tief zieh verfahren in einer Bauteilform - zum Beispiel auf ihrer der Bauteilform zugewandten späteren Außenseite - mit entsprechenden Schichten oder Elementen zur Bereitstellung der Schalt-, Sensor- oder Signalübertragungsbereiche versehen werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung einer solchen Kunststoffhaut besteht darin, dass die Kunststoffhaut als werkzeugfallende Formhaut ausgebildet ist. Bei einer solchen Formhaut, die ja im Allgemeinen durch Sinter-, Sprüh-, oder Füll verfahren innerhalb eine Form entsteht, können auf einfache Weise Funktionsbereiche eingebracht werden.

Dies kann zum Beispiel in besonders vorteilhafter Weise dadurch geschehen, dass ein oder mehrere flüssige oder pulverförmige Kunststoffkomponenten in eine Reaktionsform gegeben werden und dort ausreagieren bzw. aushärten. Die so entstandene Haut wird danach mit einer Schicht aus Kunststoffschaum, vorzugsweise Polyurethanschaum, hinterschäumt und ggf. mit einem Trägergestell verbunden. In einem ersten vorlaufenden Verfahrens schritt werden dabei die Schalt-, Sensor- oder Signalübertragungselemente in die Reaktionsform eingelegt und dort in ihrem Abstand zur späteren Oberfläche der Kunststoffhaut positioniert.

Damit sind auf eine einfachste Art und Weise die funktionalen Elemente an den exakt vorbestimmbaren Positionen in der Kunststoffhaut eingebunden und formfest integriert, können über ihre aus dem Kunststoffhaut -Körper herausgeführten Anschluß-Folienbahnen mit den entsprechenden Anschlüssen im Fahrzeug verbunden werden und sind optisch hervorragend in die Oberfläche der Kunststoffhaut integriert.

Gleiche Vorteile bietet ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kunststoffhaut mit direkt in der Kunststoffhaut bestehenden funktionalen Bereichen, also beispielsweise einen mehrschichtig aus teilweise leitfähigem Kunststoff aufgebauten kapazitiv oder induktiv reaktionsfähigen Bereich. Dieses Verfahren, bei dem ein oder mehrere flüssige oder pulverförmige Kunststoffkomponenten in eine Reaktionsform gegeben werden und dort ausreagieren bzw. aushärten, bei dem die so entstandene Haut danach mit einer Schicht aus Kunststoffschaum, vorzugsweise Polyurethanschaum, hinterschäumt und ggf. mit einem Trägergestell verbunden wird, besteht darin, dass in einem ersten Verfahrensschritt die Schalt-, Sensor- oder Signalübertragungselemente durch in der Reaktionsform partiell aufgebrachte Reaktions- und Trennschichtschichten erzeugt werden, vorzugsweise in Form von unterschiedlich leitfähigen Lacken.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Herstellungsverfahren besteht darin, dass pulverförmige Kunststoffkomponenten in eine erwärmte Reaktionsform gegeben werden und dort in einem Sinter- oder Slush-verfahren aufgeschmolzen werden, vorzugsweise durch Rotations sintern. Durch den beim Rotations sintern langsamen Aufschmelzprozess

des feinpulverigen Granulates bei erhöhter Temperatur ergibt sich ein besonders sicherer Einschluss in bzw. ein sicheres Anschmelzen an die funktionalen Elemente oder Bereiche. üblicherweise befindet sich bei diesem Verfahren ein Kunststoffpulver in der erwärmten und rotierenden Werkzeugform / Reaktionsform und schmilzt dann an den geheizten Wandteilen der Werkzeugform an.

In der Regel besteht das Formwerkzeug aus einem wechselbaren unteren Werkzeugkasten und einer oberen Werkzeugform. Der unter Werkzeugkasten, welcher jeweils auch das Pulverbett beinhalten, ist lösbar angeordnet in Bezug auf die obere Werkzeugform. Für die Herstellung von Kunststoff-Formhäuten müssen nun die verbundenen Werkzeugteile, d.h. unterer Werkzeugkasten und obere Werkzeugform um eine Rotationsachse gedreht werden. Der mit Kunststoffpulver gefüllte untere Werkzeugkasten, das so genannte „Bücket" rotiert also mit, so dass das Kunststoffpulver über die Innenoberfläche des geheizten oberen Werkzeugformkastens rieselt, damit das Kunststoffpulver beim Rotationssintern an der oberen Werkzeugform (Reaktionsform) anschmilzt und die Schalt- , Sensor-, oder Signalübertragungselemente beim Anschmelzen und Aushärten einbindet.

Besonders vorteilhaft lässt sich die erfindungsgemäße Kunststoffhaut als Verkleidungsteil für den Innenraum eines Fahrzeuges nutzen, vorzugsweise als Armaturenbrett, wie auch anhand eines Ausführungsbeispieles für eine werkzeugfallende Kunststoffhaut dargestellt, welches die Erfindung näher erläutert. Natürlich lässt sich eine solche Kunststoffhaut auch in hervorragender Weise als Tür-Innenverkleidung eine Kraftfahrzeuges nutzen, bei der die Schaltelemente für die Fensterheber und den Außenspiegel in der Kunststoffhaut integriert sind, oder für Sitz- und Lehnenverkleidungen in Flugzeugen, bei denen Schaltelemente für Licht, Belüftung und Serviceruf integriert sind, usw.

Die Fig. 1 zeigt hierzu eine im Rotations-Sinter- Verfahren hergestellte Formhaut 1, nämlich eine so genannte Slush-Haut für ein Armaturenbrett eines PKW, wie sie nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren aus der Schmelz- oder Reaktionsform, d.h. aus der oberen Werkzeugform entnommen wird. Die Kontur des Armaturenbrettes ist dabei bereits deutlich ausgeprägt, so dass die Formhaut ohne weiteres auf eine entsprechend

ausgebildete versteifende Unterkonstruktion, einen so genannten Träger aufgebracht werden kann.

Bei den schraffierten Bereiche 2, 3 der Formhaut handelt es sich um überschüssige Formränder, die in der Nachbearbeitung entfernt werden. Der schraffierte Bereich 4 wird ebenfalls in der Nachbearbeitung ausgeschnitten und bildet dann die Ausnehmung für die später einzusetzenden Anzeigeinstrumente.

Integriert und in den äußeren Oberflächenbereichen der Formhaut eingeschmolzen sind die Schalt-, Sensor- oder Signalübertragungselemente 5, 6, 7 und 8. angeordnet sind, nämlich der Flachstrahl-Lautsprecher 5, die dazu gehörigen und in der Schalterleiste 6 zusammengefassten Schalter für Balance, Lautstärke etc , sowie die Schaltelemente 7 für die Bedienung der Scheinwerferhöheneinstellung und die LED-Leuchtmittel 8, die später als Lesebeleuchtung für den Beifahrer dienen sollen. Diese Elemente sind als erste in die Reaktionsform, d.h. in die obere Werkzeugform eines Formwerkzeuges für das Rotations- Sinter- Verfahren eingelegt und dort in so positioniert worden, dass sie mit der Oberfläche der Formhaut abschließen. Bei den Schaltelementen 6 und 7 handelt es sich so genannte Folien-Schalter, die auf die bei Berührung erfolgende Veränderung eines elektrischen Feldes reagieren. Alle Anschlüsse an die Elemente 5, 6, 7 und 8 sind - wenn auch hier nicht näher dargestellt - als Folienbahnen bereits bis auf die Rückseite der Formhaut geführt und können beim Einbau des Armaturenbrettes direkt mit der Bordelektrik des Kraftfahrzeuges verbunden werden.

Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)

1 Formhaut 2 überschüssiger Formrand

3 überschüssiger Formrand

4 Ausnehmung

5 Flachstrahl-Lautsprecher

6 Schalterleiste / Schaltelemente 7 Schaltelemente

8 LED (Light Emission Diode) Leuchtmittel