DE102006031859B4

DE102006031859B4 - Lenkrad und Verfahren zur Herstellung eines Lenkrads

Info

Publication number: DE102006031859B4
Application number: DE200610031859
Authority: DE
Inventors: Werner Radde; Dr. Schneider Michael
Original assignee: TRW Automotive Safety Systems GmbH
Current assignee: ZF Automotive Safety Systems Germany GmbH
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: DE102006031859A1

Abstract

Lenkrad für ein Kraftfahrzeug, mit einem Lenkradkranz, einer Nabe und wenigstens einer den Lenkradkranz und die Nabe verbindenden Speiche, wobei der Lenkradkranz einen aus einem Skelett und einem mit dem Skelett verbundenen Kunststoffteil bestehenden Kranzrohling sowie eine den Kranzrohling umgebende Außenhaut aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (26) aus einem kompakten oder geschäumten PolyurethanGießelastomer in einer Schichtdicke von zwischen etwa 0,3 mm und 5 mm besteht, und dass das Kunststoffteil (22) aus einem Regranulat, Recyclingmaterial.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkrads nach dem Oberbegriff von Anspruch 9.
Lenkräder für Kraftfahrzeuge bestehen im allgemeinen aus einem metalischen Lenkradskelett, einer Ummantelung aus geschäumtem Kunststoff, vorzugsweise einem Weichschaum aus Polyurethan, und einer Lederummantelung. Das Skelett kann aus Stahl, Aluminium, Magnesium oder Kombinationen dieser Metalle bestehen und ist so ausgelegt, dass es alle im Fahrbetrieb auftretenden Kräfte aufnehmen kann. Ein solches Lenkrad ist beispielsweise aus der DE 200 13 706 U1 bekannt. Daneben ist aus der DE 600 07 050 T2 ein Verfahren zu Herstellung eines Lenkrades bekannt. Schließlich offenbart die EP 1 024 156 B1 Polyurethan-Giesselastomere auf Basis von Duroldiisocyanat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das im Dauereinsatz bei unterschiedlichsten Temperaturen und biochemischen Einflüssen diesen Einwirkungen widersteht, den optischen Anforderungen gerecht wird und rohstoffbewußt zu fertigen ist.
Diese Aufgabe wird für ein Lenkrad der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichenden Merkmale von Patentanspruch 1, für ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichenden Merkmale von Patentanspruch 9 gelöst.
Hierdurch, insbesondere durch das zwischen Lenkradskelett und Außenhaut eingebrachte Kunststoffteil aus Regranulat, Recyclingmaterial oder Kunststoffmahlgut, ist es möglich auch die Anforderungen an „Green Engineering” zu erfüllen und einen Beitrag zum Umweltbewußtsein zu liefern. Hierbei ist das Recyclingmaterial vollständig umschlossen, so dass die Anforderungen an den optischen Eindruck nicht negativ beeinflußt werden.
Ein derartiges Lenkrad mit einer Außenhaut aus einem PolyurethanGießelastomer weist in der ausgewählten Schichtdicke eine lederartige Haptik auf.
Es läßt sich außerdem gratfrei auf einer üblichen Spritzgußmaschine erhalten. Somit entfallen aufwendige Nacharbeiten per Hand, da lediglich die Angüsse und/oder der Überlauf zu entfernen sind. Ein zusätzliches Lackieren der Polyurethan-Außenhaut kann ebenfalls entfallen. Außerdem ist die Herstellung von Lenkrädern in hellen Farben möglich, da die Außenhaut aus dem Polyurethan-Gießelastomer mit Pigmenten versehen und durchgefärbt hergestellt werden kann. Die Verwendung eines Polyurethan-Gießelastomers zur Herstellung der Außenhaut des Lenkrads ermöglicht schließlich auch kürzere Zykluszeiten, da die Aushärtung des Polyurethans in der Form sehr schnell erfolgt und alle weiteren Arbeitsschritte, wie die nachträgliche Belederung oder Ummantelung des Lenkrads mit Kunststoffschalen entfallen.
Das zur Bildung der Außenhaut verwendete Polyurethan-Gießelastomer ist vorzugsweise aus einem Polyether- oder Polyesterpolyol und einem aromatischen Diisocyanat, insbesondere aus Polyetherpolyol und Diphenylmethan-Diisocyanat (MDI), gebildet. Ein derartiges Polyurethan ist im Handel beispielsweise unter der Marke puroskin^TM erhältlich. Das Polyurethan-Gießelastomer ist in der verwendeten Schichtdicke kratzfest und erfüllt außerdem alle Anforderungen der Kraftfahrzeugindustrie an eine UV-Beständigkeit.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist das Skelett ein im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil auf. Das mit dem Skelett verbundene Kunststoffteil des Kranzrohlings besteht vorzugsweise aus Polyamid, Polyurethan, Polypropylen oder Polyethylen. Als Kunststoffe eignen sich auch alle kostengünstig erhältlichen Regranulate, Recyclingmaterialien und Kunststoffmahlgut. Das Kunststoffteil weist ferner eine Form auf, deren Querschnittsprofil zum Querschnittsprofil des Skeletts komplementär ist und zusammen mit dem Skelett den Kranzrohling mit einen runden bzw. im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt ergibt. Besonders bevorzugt ist das Kunststoffteil eine Halbschale mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnittsprofil. Durch das Querschnittsprofil des Kunststoffteils wird das Querschnittsprofil des Skelettes also ergänzt bzw. geschlossen. Dadurch wird eine erhebliche Gewichtseinsparung erreicht, ohne das hierfür Ausnehmungen im Lenkradkranz erforderlich sind.
Bevorzugt wird das Kunststoffteil durch eine Ultraschallschweiß-, Warmverstemm-, Schraub-, Klebe- oder Schnapphakenverbindung am Skelett befestigt. Besonders bevorzugt werden das Skelett und das Kunststoffteil mittels einer Nietverbindung zusammengehalten. Auf diese Weise sind Lenkräder erhältlich, die im Vergleich zu herkömmlichen Lenkrädern ein geringeres Gewicht aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Skelett mit einem Kunststoff unter Bildung des Kranzrohlings mit einem runden bzw. im wesentlichen kreisförmigen Querschnittsprofil umspritzt bzw. umschäumt. Als Kunststoffe können ebenfalls die oben beschriebenen Materialien verwendet werden.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Lenkrads kann in zwei Arbeitsgängen auf einer üblichen Spritzgußmaschine erfolgen, an die eine RIM-Vorrichtung (RIM = Reaction Injection Molding) angekoppelt ist. Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkrads für ein Kraftfahrzeug, das folgende Schritte umfasst:

– Bereitstellen eines Kranzrohlings mit einem Skelett und einem mit dem Skelett verbundenen Kunststoffteil in einem Gießwerkzeug; und
– Überfluten des Kranzrohlings in dem Gießwerkzeug mit einem Polyurethan-Gießelastomer unter Bildung einer fest mit dem Kranzrohling verbundenen kompakten oder geschäumten Außenhaut in einer Schichtdicke von zwischen 0,3 und 5 mm.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen und der beigefügten Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:
1 in einer schematischen Ansicht ein Lenkrad;
2 in einer Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Lenkrad gemäß einer ersten Ausführungsform; und
3 in einer Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Lenkrad gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Lenkrad 10 gezeigt, das einen Lenkradkranz 12, eine Nabe 14 sowie den Lenkradkranz und die Nabe verbindende Speichen 16 aufweist.
2 zeigt in einer Schnittansicht entlang der Linie II-II aus 1 den Lenkradkranz 12 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Lenkradkranz 12 umfaßt einen Kranzrohling, der aus einem Skelett 20 und einem in der 2 unterhalb des Skeletts 20 angeordneten Kunststoffteil 22 besteht. Das Skelett 20 hat ein im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil und kann in einem Stück durch Druckgießen oder Spritzen, beispielsweise aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung, hergestellt sein. Das Kunststoffteil 22 besteht aus einer Kunststoffhalbschale, z. B. aus einem Polyamid, Polyurethan, Polyethylen oder Polypropylen, und ergänzt das Skelett 20 unter Bildung des Kranzrohlings mit einem runden bzw. im wesentlichen kreisförmigen Querschnittsprofil.
Die dauerhafte Befestigung des Kunststoffteils 22 am Skelett ist bei der in 2 dargestellten Ausführungsform durch ein Befestigungsmittel 24, z. B. einen Niet, gewährleistet. Alternativ dazu können das Skelett 20 und das Kunststoffteil 22 auch durch Ultraschallschweißen, Warmverstemmen, Verschrauben, Kleben oder eine Schnapphakenverbindung miteinander verbunden sein. Das Kunststoffteil 22 kann zusätzlich angeformte Rippen aufweisen, die in das Skelett eingreifen und durch die eine noch stabilere Verbindung der Teile des Kranzrohlings ermöglicht wird.
Auf den aus dem Skelett 20 und dem Kunststoffteil 22 bestehenden Kranzrohling ist unmittelbar eine Außenhaut 26 aus einem vorzugsweise UV-beständigen und kratzfesten Polyurethan-Gießelastomer aufgebracht, die den Kranzrohling vollständig ummantelt. Das Polyurethan-Gießelastomer ist bevorzugt aus einem Polyetherpolyol und einem Diphenylmethan-Diisocyanat gebildet.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Lenkrads gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform wird zunächst das metallische Skelett 20, gegebenenfalls mit einer am Skelett angeformten Nabe und/oder wenigstens einer Speiche, durch Gießen oder Spritzen hergestellt. Anschließend wird das in einem separaten Verfahrensschritt hergestellte Kunststoffteil 22 am Skelett 20, vorzugsweise durch Vernieten, Ultraschallschweißen, Warmverstemmen, Verschrauben, Kleben oder eine Schnapphakenverbindung, befestigt. Damit entsteht der Kranzrohling mit einem runden bzw. im wesentlichen kreisförmigen Querschnittsprofil.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird der so hergestellte Kranzrohling in am Gießwerkzeug eingelegt, das eine Zuführ- und Mischeinheit für Polyurethane aufweist, und mit einem Polyurethan-Gießelastomer überflutet, wobei sich eine fest mit dem Kranzrohling verbundene und je nach den Verfahrensbedingungen kompakte oder geschäumte Außenhaut ausbildet. Das Gießwerkzeug ist so ausgelegt, daß die Außenhaut in einer Schichtdicke von zwischen 0,3 und 5 mm erhalten wird. Auf diese Weise kann ein gratfreies Lenkrad mit ansprechenden optischen und haptischen Eigenschaften erhalten werden.
3 zeigt in einer Schnittansicht eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkrads, bei der das Skelett 20 ebenfalls ein U-förmiges Querschnittsprofil aufweist, jedoch vollständig mit einer Umspritzung 30 aus einem kostengünstigen Kunststoff, wie z. B. einem Polyamid, Polyurethan, Polyethylen oder Polypropylen, versehen ist. Bei dieser Ausführungsform besteht der im Querschnitt runde Kranzrohling also aus dem Skelett 20 und der Umspritzung 30. Das Skelett 20 kann bei dieser Ausführungsform aber auch jedes andere gewünschte Querschnittsprofil aufweisen. Unmittelbar auf die Umspritzung 30 ist die Außenhaut 26 aus dem oben beschriebenen Polyurethan-Gießelastomer in einer Schichtdicke von zwischen 0,3 und 5 mm aufgebracht.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Lenkrads gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform wird zunächst das metallische Skelett 20, gegebenenfalls mit einer am Skelett angeformten Nabe und/oder wenigstens einer Speiche, durch Gießen oder Spritzen hergestellt. Danach wird das Skelett 20 in ein Werkzeug zum Spritzgießen eingelegt und mit einem Kunststoff unter Ausbildung des Kranzrohlings umspritzt. Im Anschluß daran wird der Kranzrohling mit einem Polyurethan-Gießelastomer unter Bildung der Außenhaut in einer Schichtdicke von zwischen 0,3 und 5 mm überflutet und nach der Aushärtung des Polyurethans aus der Form entnommen. Vor der Überflutung mit dem Polyurethan-Gießelastomer kann der Kranzrohling zur Verbesserung der Haftung mit einem Haftvermittler behandelt oder einem Plasma beaufschlagt werden. Auf diese Weise wird ein gratfreies Lenkrad mit ansprechenden optischen und haptischen Eigenschaften erhalten.

Claims

Lenkrad für ein Kraftfahrzeug, mit einem Lenkradkranz, einer Nabe und wenigstens einer den Lenkradkranz und die Nabe verbindenden Speiche, wobei der Lenkradkranz einen aus einem Skelett und einem mit dem Skelett verbundenen Kunststoffteil bestehenden Kranzrohling sowie eine den Kranzrohling umgebende Außenhaut aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (26) aus einem kompakten oder geschäumten PolyurethanGießelastomer in einer Schichtdicke von zwischen etwa 0,3 mm und 5 mm besteht, und dass das Kunststoffteil (22) aus einem Regranulat, Recyclingmaterial.
Lenkrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan-Gießelastomer UV-beständig und kratzfest ist.
Lenkrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan-Gießelastomer aus einem Polyether- oder Polyesterpolyol und einem aromatischen Diisocyanat gebildet ist.
Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Skelett (20) ein im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil aufweist.
Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das der Kunststoffteil (22) eine Halbschale mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnittsprofil ist, wobei das Skelett (20) und das Kunststoffteil (22) so miteinander.
Lenkrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil an dem Skelett durch eine Niet-Ultraschallschweiß-, Warmverstemm- Schraub-, Klebe- oder Schnapphakenverbindung befestigt ist.
Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil eine das Skelett umhüllende Umspritzung oder Umschäumung ist.
Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil aus einem aus der Gruppe der Polyamide, Polyurethane, Polypropylen und Polyethylen ausgewählten Kunststoffe besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Lenkrads für ein Kraftfahrzeug, das folgenden Schritt umfasst: – Bereitstellen eines Kranzrohlings mit einem Skelett und einem mit dem Skelett verbundenen Kunststoffteil in einem Gießwerkzeug; dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Skelett (20) verbundene Kunststoffteil (22) aus einem Regranulat, Recyclingmaterial oder Kunststoffmahlgut hergestellt wird, und durch den weiteren Schritt: – Überfluten des Kranzrohlings in dem Gießwerkzeug mit einem Polyurethan-Gießelastomer unter Bildung einer fest mit dem Kranzrohling verbundenen kompakten oder geschäumten Außenhaut in einer Schichtdicke von zwischen 0,3 und 5 mm.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan- Gießelastomer aus einem Polyether- oder Polyesterpolyol und einem aromatischen Diisocyanat gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranzrohling ein Skelett mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnittsprofil aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil eine Halbschale mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnittsprofil ist und mit dem Skelett unter Bildung des Kranzrohlings mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnittsprofil verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil durch eine Niet-, Ultraschallschweiß-, Warmverstemm- Schraub-, Klebe- oder Schnapphakenverbindung mit dem Skelett verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil durch Umspritzen oder Umschäumen des Skeletts unter Bildung des Kranzrohlings mit einem runden Querschnittsprofil erhalten wird.