DE102022116283A1

DE102022116283A1 - Kunststoffverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102022116283A1
Application number: DE102022116283.4A
Authority: DE
Inventors: Gerd Kurth
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-06-29
Filing date: 2022-06-29
Publication date: 2024-01-04
Also published as: WO2024002613A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug mit einem Formkörper (30) aus einem Kunststoff-Compound, der Naturpartikel beinhaltet, wobei zumindest ein Teil der Naturpartikel in einem von dem Naturton der Naturpartikel abweichenden Farbton eingefärbt ist und der Kunststoff-Compound in Partikelsichtoptik ausgestaltet ist. Weiterhin wird ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Kunststoffverbundbauteil angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem solchen Kunststoffverbundbauteil.
Kunststoffbauteile für Kraftfahrzeuge werden üblicherweise mit Pigmenten durchgängig eingefärbt und/oder mit zusätzlichen Farblackschichten versehen um ein vorzugsweise einfarbiges Produkt zu erhalten.
Weiterhin sind Kunststoffverbundbauteile in Fasersichtoptik bekannt, bei denen ein Fasermaterial in eine transparente oder transluzente Kunststoffmatrix eingebunden ist, so dass die Fasern optisch erkennbar bleiben.
Nachhaltige Kraftfahrzeuge sind ein Thema, das die Fahrzeugindustrie intensiv beschäftigt. Es gibt vielfältige Bestrebungen den Anteil an Naturmaterialien in den Kraftfahrzeugen zu erhöhen und so den CO2-Verbrauch pro Fahrzeug zu reduzieren und nachhaltig zu agieren. Aus der Druckschrift DE 10 2011 056 933 A1 ist beispielsweise ein Interieurbauteil für ein Kraftfahrzeug bekannt, das eine Deckschicht aus fluidstrahlverfestigtem Naturfaservliesmaterial aufweist.
Gleichzeitig geht der Kundenwunsch im Premiumsegment hin zu einer besonders hochwertigen Optik der Oberflächen.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben wie ein Fahrzeugbauteil nachhaltiger als bisher produziert werden kann und dabei vielfältige Designmöglichkeiten bietet. In einem weiteren Aspekt soll die Oberfläche eine besonders hochwertige Anmutung besitzen.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Kunststoffverbundbauteil nach Patentanspruch 1 und ein Kraftfahrzeug nach Patentanspruch 13. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Es wird ein Kunststoffverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug angegeben mit einem Formkörper aus einem Kunststoff-Compound, in den Naturpartikel eingebettet sind, wobei zumindest ein Teil der Naturpartikel in einem von dem Naturton der Naturpartikel abweichenden Farbton eingefärbt ist und der Kunststoff-Compound in Partikelsichtoptik ausgestaltet ist.
Die Erfindung macht sich hierbei zunutze, dass sich viele Naturpartikel so einfärben lassen, dass die Farbe in die Partikel eingesaugt wird, wodurch einerseits eine gute Farbsättigung erzielt wird und andererseits die Faser bzw. Oberflächenstruktur der Naturpartikel erhalten bleibt. Da die Naturpartikel von Hause aus keine gleichmäßig anmutende Färbung aufweisen, kann diese Ungleichmäßigkeit auch im eingefärbten Zustand beibehalten werden. Es lässt sich eine farbige „wolkige Optik“ erzeugen. Somit wird das natürliche Erscheinungsbild der Naturpartikel um zusätzliche optische Gestaltungsspielräume durch eine Vielzahl an möglichen Farbvariationen erweitert. Die Verwendung von Naturfasern minimiert den Materialeinsatz und das Gewicht um bis zu 50 % gegenüber herkömmlichen Materialien wie Kunststoff. Zudem haben Naturmaterialien eine gute CO2-Bilanz, da sie Kohlendioxyd während ihrer Wachstumsphase aufnehmen und Sauerstoff abgeben.
Das Kraftfahrzeugbauteil weist eine Sichtseite auf, mit der es im verbauten Zustand für den Betrachter bzw. den Fahrzeuginsassen sichtbar ist. Der Kunststoff-Compound ist in Partikelsichtoptik gestaltet, das bedeutet, dass die in dem Kunststoff-Compound eingebetteten Naturpartikel zumindest auf der Sichtseite mindestens teilweise sichtbar sind. Hierzu kann der Kunststoff-Compound beispielsweise transparent oder transluzent in verschiedenen Farbtönen ausgebildet sein. Der Kunststoff-Compound beinhaltet mindestens einen Kunststoff, dem zusätzlich Füllstoffe, Stabilisatoren (UV- oder andere), Verstärkungsstoffe und/oder andere Additive beigemischt worden sind. Durch die Compoundierung sind die Eigenschaften der Kunststoffe auf den jeweiligen Anwendungsfall hin modifiziert. Der Kunststoff-Compound ist vorzugsweise UV-beständig. Der Kunststoff-Compound kann als duroplastisches oder thermoplastisches Kunststoffsystem ausgebildet sein. Die Verwendung von Duroplasten, wie z.B. Epoxydharz-basierten oder PURbasierten Systemen, ist insbesondere vorteilhaft, weil nur geringe Prozesstemperaturen notwendig sind, wodurch die Naturpartikel thermisch kaum belastet werden und die erzielbare Optik verbessert wird. Unter diesem Aspekt ist es ebenso vorteilhaft, wenn thermoplastische Systeme mit niedrigen Verarbeitungstemperaturen verwendet werden, wie z.B. Systeme auf Polypropylenbasis oder Polyethylenbasis.
Der Formkörper definiert im Wesentlichen die äußeren Abmessungen und Stabilität des Kunststoffverbundbauteils. Das Kunststoffverbundbauteil kann weiterhin z.B. Befestigungsmittel wie zum Beispiel Clipse aufweisen, die an oder in dem Formkörper befestigt oder an diesen angeformt sind.
Zur Erzielung eines mehrfarbigen Motivs kann es in einer Ausgestaltung vorteilhaft sein, wenn ein erster Teil der Naturpartikel in einem ersten Farbton und mindestens ein weiterer Teil der Naturpartikel in einem von dem ersten Farbton abweichenden weiteren Farbton eingefärbt ist. Beispielsweise kann der erste Teil in einem Blauton und ein weiterer Teil in einem Grauton eingefärbt sein. Durch die Verwendung von Komplementärfarben können besondere Farbeffekte erzielt werden. Selbstverständlich ist die Farbwahl nicht auf zwei Farben begrenzt. Es können drei oder mehr Farbtöne in dem Bauteil kombiniert werden durch Einfärben jeweils eines entsprechenden Anteils der Naturpartikel. Zusätzlich ist es möglich, den Kunststoff-Compounds selbst einzufärben, umso beispielsweise die Grundfarbe des Bauteils zu variieren. Durch die mehrfarbige Gestaltung können neuartige Farbeffekte an Fahrzeugbauteilen erzielt werden und es kann auf Individualisierungswünsche des Kunden eingegangen werden.
In einer Ausgestaltung weist die Sichtseite des Kunststoffverbundbauteils eine wolkige oder melierte Musterung auf. Eine wolkige Musterung entsteht, wenn Naturpartikel mit einer nicht-deckenden Farbe eingefärbt werden, so dass die Oberfläche der Naturpartikel nicht opak bedeckt wird, sondern die ursprüngliche Oberflächenstruktur noch erkennbar ist und die natürlichen Helligkeitsunterschiede in der Oberfläche zwar farblich abgeändert, aber vom Grunde her erhalten bleiben. Ein derartige Musterung kann z.B. bei Verwendung einer nicht deckenden Lasur erzielt werden. Büttenpapiere oder Pergament haben beispielsweise von Hause aus eine wolkige Musterung. Zur Herstellung einer melierten Musterung wird der Grundfarbton mit mindestens einem weiteren Farbton unregelmäßig durchsetzt. Der Fachmann wählt Art und Größe der Naturpartikel, die Gewichtsanteile der Naturpartikel im Kunststoff-Compound sowie die Farbtöne um zum gewünschten Ergebnis zu gelangen. Es besteht zum Beispiel eine melierte farbige Musterung herzustellen, indem ein Kunststoff-Compound auf Basis von Polypropylen mit 30 Gewichts-% Holzanteil verwendet wird, wobei jeweils 10 Gewichts-% der Holzanteile in je einer anderen Farbe zugegeben werden (zum Beispiel 10 Gewichts% Dunkelblau +10 Gewichts-% Grau +10 Gewichts-% Hellblau in einer Matrix von Polypropylen Naturfarben). Natürlich sind andere prozentuale Verteilungen denkbar. Überraschender Weise hat sich gezeigt, dass eine wolkige Musterung bzw. eine melierte Musterung besonders unanfällig gegenüber Beschädigungen ist. Oberflächliche Kratzer sind optisch nur schwer erkennbar und beeinträchtigen das Erscheinungsbild des Verbundbauteils kaum.
Die Naturpartikel können in unterschiedlichen Größen und Formen vorliegen. Die Naturpartikel können in Flockenform vorliegen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Naturpartikel in einer Ausgestaltung als Naturfasern und insbesondere als pflanzliche Naturfasern vorliegen. Bei den Naturfasern handelt es sich um im Verhältnis zu ihrer Länge dünne, flexible Gebilde, vorzugsweise mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mehr als 10 zu 1. Die Fasern können auch als Faserbündel vorliegen und im Bauteil verarbeitet sein. Die Faserstruktur erlaubt eine sehr feine Verteilung und Einfärbung des Formkörpers und ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine wolkige oder melierte Anmutung gewünscht ist. Sollen die Naturfasern als Kurz- oder Langfasern in ungeordneter Form in dem Formkörper vorliegen, so ist es vorteilhaft, wenn die Naturfasern bereits vor der Herstellung des Kunststoffverbundbauteils in den Kunststoff-Compound eingemischt werden
In einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Naturfasern als textiles Halbzeug in den Formkörper eingebracht sind. Bei dem textilen Halbzeug handelt es sich um ein flächiges Textil, wie beispielsweise ein Gewebe, Geflecht oder Vlies, das im Vorfeld der Produktion des Kraftfahrzeugbauteils hergestellt wird. Das textile Halbzeug kann beispielsweise in einem Spritzgusswerkzeug mit dem Kunststoff-Compounds umspritzt werden, wodurch es in den Formkörper eingebunden wird.
Als Naturfasern können alle Textilfasern und Faserwerkstoffe verwendet werden, die aus pflanzlichem und/oder tierischen Material gewonnen sind.
Besonders bevorzugt handelt es sich um pflanzliche Naturfasern aus Baumwolle, Basalt, Flachs, Jute, Hanf, Kenaf, Sisal, Abaca, Kokosnuss, Holz und/oder Viskose.
Die Nachhaltigkeit des Kunststoffverbundbauteil wird in einer Ausgestaltung noch dadurch gesteigert, dass der Kunststoff-Compound auf einem nicht-erdölbasierten Kunststoff basiert oder einen nicht-erdölbasierten Kunststoff beinhaltet. Derartige Kunststoffe können beispielsweise aus pflanzlichen Ölen oder Fetten gewonnen werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Nachhaltigkeit des Kunststoffverbundbauteil noch dadurch gesteigert, dass der Kunststoff-Compound recyceltes Kunststoffmaterial beinhaltet. Das recycelte Kunststoffmaterial wird aus Kunststoffabfällen gewonnen und zu Recyclat, z.B. in Granulatform aufgearbeitet. Dieses Recyclat wird dann bei der Herstellung des Kunststoff-Compounds anteilig beigemischt, wobei der Anteil je nach Anforderungen variiert werden kann. Der Kunststoff-Compound beinhaltet dann sowohl Neu-Kunststoff als auch Recycling-Kunststoff. So ist es beispielsweise möglich Post-Consumer-Recyclat, wie z.B. Kunststoff aus Altfahrzeugen, mit in die Fahrzeug-Neuproduktion einfließen zu lassen.
Insbesondere die wolkige bzw. melierte Musterung des Formkörpers macht es möglich auf eine schützende Deckschicht auf dem Formkörper zu verzichten. Die Sichtoberfläche ist dabei die Oberfläche der Sichtseite des Fahrzeugbauteils. Durch die Einfärbung der Naturpartikel wird der farbige Effekt nicht nur der Oberfläche (wie dies bei einer Lackschicht der Fall wäre), sondern bis in eine gewisse Tiefe des Formkörpers erzeugt. Hierdurch verändern kleinere Oberflächenbeschädigungen, wie z.B. Kratzer, die Musterung nicht und sind somit für den Betrachter kaum zu erkennen. Insbesondere kann daher in einer Ausgestaltung auf eine Klarlackschicht oder PUR-Deckschicht verzichtet werden und eine Oberfläche des Formkörpers bildet eine Sichtoberfläche des Kunststoffverbundbauteils, die deckschichtfrei ist.
Zur besonders wirtschaftlichen Herstellung kann das Kunststoffverbundbauteil vorzugsweise im Spritzgussverfahren hergestellt sein. Die Naturpartikel können insbesondere in die Spritzgussmasse eingearbeitet und in die Spritzgussform eingespritzt werden. Alternativ ist es auch möglich die Naturpartikel als Halbzeug in die Spritzgussform einzulegen und zu Umspritzen.
Bei dem Kunststoffverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Interieurbauteil, wie Beispiel eine Verkleidungsbauteil oder eine Zierleiste. Beispielsweise kann es sich um eine Sitz- oder Türverkleidung, eine Türeinstiegsleiste, eine Verkleidung einer Fahrzeugsäule handeln.
Das Kunststoffverbundbauteil kann alternativ ein Exterieurbauteil für ein Kraftfahrzeug sein, wie beispielsweise eine Stoßfängerverkleidung, eine Spiegelkappe, ein Einsatz in einer Stoßfängerverkleidung, eine Diffusorblende oder eine Schwellerverkleidung.
Weiterhin wird ein Kraftfahrzeug angegeben mit einem wie voranstehend beschriebenen Kunststoffverbundbauteil. Durch die Verwendung eines oder mehrerer der erfindungsgemäßen Kunststoffverbundbauteile bei einem Kraftfahrzeug werden die beschriebenen technischen Vorteile auch für das Kraftfahrzeug erzielt.
Die Erfindung bietet einen neuen Ansatz zur nachhaltigen Gestaltung von individualisierten Kunststoffverbundbauteilen mit außergewöhnlicher optischer Wirkung. Besonders gut umsetzbar sind optische Wirkungen, wie man sie bisher nur aus dem Bereich der Bodenbeläge für Immobilien kennt. Insbesondere bei 3-oder mehrfarbig gestalteten Kunststoffverbundbauteilen ergibt sich die Möglichkeit der Variantenreduktion, da ein Bauteil farblich zu mehreren Ausstattungsvarianten passend hergestellt werden kann.
Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Fahrzeugbauteil beschrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit dem Kraftfahrzeug sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:

1 ein beispielhaftes Kunststoffverbundbauteil mit wolkiger Musterung in einer Draufsicht,
2 eine Schnittansicht des Kunststoffverbundbauteils aus 1,
3 ein beispielhaftes Kunststoffverbundbauteil mit melierter Musterung in einer Draufsicht,
4 eine Schnittansicht des Kunststoffverbundbauteils aus 4, und
5 ein beispielhaftes Kraftfahrzeug mit beispielhaften Kunststoffverbundbauteilen.

1 zeigt ein beispielhaftes Kunststoffverbundbauteil 10 mit einer wolkigen Musterung der Sichtseite 20. Das Kunststoffverbundbauteil 10 weist einen Formkörper 30 auf, der aus einem Kunststoff-Compound gebildet ist, in den Naturpartikel in Form von Holzfasern eingemischt sind. Ein erster Teil der Holzfasern ist einem erster Farbton eingefärbt, ein zweiter Teil der Holzfasern ist in einem zweiten Farbton eingefärbt. Der Kunststoff des Kunststoff-Compounds ist naturfarbenes Polypropylen. Hierdurch ergibt sich die wolkige Musterung in drei aufeinander abgestimmten Farbtönen. In 1 und 2 ist dies zur besseren Veranschaulichung in weiß, grau und schwarz dargestellt. Grundsätzlich kann jede Farbkombination gewählt werden.
2 zeigt das Kunststoffverbundbauteil 10 in einer Schnittansicht. Durch die Beimischung der Naturpartikel in den Kunststoff-Compound wird die wolkige Optik im gesamten Formkörper 30 erzielt, so dass oberflächliche Kratzer oder Beschädigungen optisch kaum erkannt werden können. In dieser Ausgestaltung wird auf eine Deckschicht verzichtet, sodass der Formkörper auch gleichzeitig die Sichtoberfläche 40 des Kunststoffverbundbauteils 10 bildet.
3 und 4 zeigen ein weiteres beispielhaftes Kunststoffverbundbauteil 10A. Dieses unterscheidet sich von dem Kunststoffverbundbauteil 10 lediglich durch die erzielte Musterung. Insofern bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und werden nicht neu erläutert. Das Kunststoffverbundbauteil 10A weist eine melierte Musterung auf, die durch Zugabe entsprechend eingefärbter Naturpartikel in den Kunststoff-Compound erzielt wird.
5 zeigt ein beispielhaftes Kraftfahrzeug 1 in dem zwei Kunststoffverbundbauteile 10 und 10 mit wolkiger Musterung in Form von Sitzverkleidungsbauteilen verbaut sind. Ebenso könnten die Kunststoffverbundbauteile eine melierte Musterung aufweisen. Weiterhin könnten derartige Kunst der Verbundbauteile auch als Exterierbauteile, wie zum Beispiel eine Spiegelkappe oder ähnliches am Fahrzeug montiert sein.
Bei dem Kunststoff-Compound handelt es sich vorzugsweise um ein thermoplastisches System auf Basis von Polypropylen oder Polyethylen oder um ein duroplastisches System.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
10, 10A: Kunststoffverbundbauteil
20: Sichtseite
30: Formkörper
40: Sichtoberfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011056933 A1 [0004]

Claims

Kunststoffverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug mit einem Formkörper (30) aus einem Kunststoff-Compound, der Naturpartikel beinhaltet, wobei zumindest ein Teil der Naturpartikel in einem von dem Naturton der Naturpartikel abweichenden Farbton eingefärbt ist und der Kunststoff-Compound in Partikelsichtoptik ausgestaltet ist.
Kunststoffverbundbauteil nach Patentanspruch 1, wobei der Kunststoff-Compound als duroplastisches Kunststoffsystem oder als ein thermoplastisches Kunststoffsystem auf der Basis von Polyethylen oder Polypropylen ausgebildet ist.
Kunststoffverbundbauteil nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei ein erster Teil der Naturpartikel in einem ersten Farbton und mindestens ein weiterer Teil der Naturpartikel in einem von dem ersten Farbton abweichenden weiteren Farbton eingefärbt ist.
Kunststoffverbundbauteil nach wenigstens einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei eine Sichtseite (20) des Kunststoffverbundbauteils (10, 10A) eine wolkige oder melierte Musterung aufweist.
Kunststoffverbundbauteil nach wenigstens einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Naturpartikel als Naturfasern vorliegen.
Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Naturfasern als textiles Halbzeug in den Formkörper (30) eingebracht sind.
Kunststoffverbundbauteil nach wenigstens einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Naturfasern Baumwolle, Basalt, Flachs, Jute, Hanf, Kenaf, Sisal, Abaca, Kokosnuss und/oder Viskose aufweisen oder daraus bestehen.
Kunststoffverbundbauteil nach wenigstens einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der Kunststoff-Compound auf einem nicht-erdölbasierten Kunststoff basiert oder einen nicht-erdölbasierten Kunststoff beinhaltet.
Kunststoffverbundbauteil nach wenigstens einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der Kunststoff-Compound recyceltes Kunststoffmaterial beinhaltet.
Kunststoffverbundbauteil nach wenigstens einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der Formkörper (30) eine deckschichtfreie Sichtoberfläche (40) des Kraftfahrzeugbauteils bildet.
Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorangehenden Patentansprüche, das im Spritzgussverfahren hergestellt ist.
Kunststoffverbundbauteil nach wenigstens einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem es sich um ein Interieurbauteil oder ein Exterieurbauteil handelt.
Kraftfahrzeug mit einem Kunststoffverbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12.