包括由碳材料制成的加热元件的装饰元件的制作方法

1.本发明涉及一种装饰元件，这种类型的装饰元件包括至少一个支撑层和至少一个功能层，支撑层包括内表面和外表面，功能层由碳材料制成并在支撑层的内表面的至少一部分上或在支撑层的外表面的至少一部分上延伸。
2.本发明还涉及一种用于这样的装饰元件的制造方法。
3.本发明例如应用于形成车辆的门板、中控台覆盖物或仪表板覆盖物等的装饰元件。


背景技术：

4.为了减轻这样的装饰元件并减少其对环境的影响，已知由复合材料制成装饰元件的支撑层，复合材料例如包括嵌在由塑料材料制成的基质中的天然纤维。
5.此外，在这样的装饰元件中，希望在装饰元件的外表面上集成旨在用于车辆的乘员的某些功能。因此，装饰元件可以例如包括一个或多个加热表面以提高车辆的舒适度。
6.被布置为加热外表面的一部分的加热元件(例如，由电阻电路形成)被集成到装饰元件中，例如在装饰层下方，以便不能从车辆的乘客厢看到。为此，例如，在将电路结合到支撑层之后将装饰层施加到支撑层上。这种方法是复杂的，特别是加热元件设置于支撑层的不同区域上时。此外，如果加热元件在支撑层上的位置和/或相对于装饰层的位置不正确，装饰元件的质量会降低，这是因为对应的被加热表面没有延伸到期望的位置，这可能会以视觉指示被提供，从而向乘客传达被加热表面的存在。


技术实现要素：

7.本发明的一个目的是通过提出一种装饰元件来解决这些缺陷，该装饰元件包括可以简单且可靠地制作的至少一个被加热表面。
8.为此，本发明涉及上述类型的装饰元件，其中所述功能层的至少一部分限定由图案形成的至少一个加热元件，所述图案包括由碳材料制成的至少一个导电区域和由功能层中的通孔形成的至少一个非导电区域，所述导电区域由与导电区域电连接的电流源供电。
9.通过在由碳材料制成的功能层中制作图案，可以简单且可靠地将加热元件精确地定位在支撑层上。此外，在设置多个加热元件或其他功能元件时，它们可以全部在一个或多个功能层中制成，这限制了制造装饰元件的操作并简化了各种功能元件在支撑层上的相对定位。
10.根据本发明的装饰元件的其他特征，单独考虑或根据任何技术上可行的组合考虑：
[0011]-功能层的由图案形成的加热元件是电阻电路，该电阻电路被布置为加热装饰元件的外表面的至少一部分；
[0012]-功能层在支撑层的外表面上延伸；
[0013]-导电区域通过在支撑层中延伸的电连接器与电流源电连接，所述电连接器与支
撑层的外表面上的导电区域接触；
[0014]-装饰元件还包括接近传感器，该接近传感器被布置为检测靠近和/或接触装饰元件的外表面的用户身体的一部分的存在，当接近传感器检测到这种存在时，切断加热元件的供电；
[0015]-接近传感器由在由碳材料制成的附加层中形成的电容电路形成，所述电容电路与电流源电连接；
[0016]-由碳材料制成的附加层在装饰层的内表面上延伸，该装饰层与支撑层的外表面相对地延伸并形成装饰元件的外表面；
[0017]-支撑层由在聚丙烯基质中包含天然纤维的复合材料制成；并且
[0018]-功能层形成支撑层的增强层，该增强层被布置为改进装饰元件的机械特性。
[0019]
根据另一个方面，本发明涉及一种上述装饰元件的制造方法，包括以下步骤：
[0020]-提供支撑层，
[0021]-在支撑层的内表面的至少一部分或支撑层的外表面的至少一部分上施加由碳材料制成的层以形成功能层，
[0022]-在功能层的整个厚度上切割功能层以产生图案，该图案包括由碳材料制成的至少一个导电区域和由功能层中的通孔形成的至少一个非导电区域以形成加热元件，
[0023]-将功能层的图案的导电区域与电流源电连接。
[0024]
根据本发明方法的另一个特征，在碳材料中通过激光蚀刻、化学蚀刻、铣削或机械穿孔来切割由碳材料制成的层。
附图说明
[0025]
本发明的其他方面和优点将在阅读作为示例提供并参照附图完成的以下描述后显现，在附图中：
[0026]
图1是根据本发明的一个实施方式的装饰元件的一部分的示意性截面图，
[0027]
图2是根据本发明的另一个实施方式的功能元件的一部分的示意性截面图，
[0028]
图3至图5是在装饰元件的制造方法的不同步骤期间装饰元件的一部分的示意性截面图，
[0029]
图6是在功能层中制作的形成电阻加热电路的图案的示意图，
[0030]
图7是根据本发明的另一个实施方式的装饰元件的一部分的示意性截面图，并且
[0031]
图8是根据本发明的另一个实施方式的装饰元件的一部分的示意性截面图。
具体实施方式
[0032]
参照图1和图2，描述了一种车辆装饰元件1，其至少包括一个支撑层2、一个装饰层4和一个功能层6。这样的装饰元件例如旨在形成门板、仪表板盖或中控台盖等。
[0033]
支撑层2被布置为将其形状和机械特性、特别是其刚度赋予给装饰元件1。因此，支撑层2例如由用于门板的基本上刚性的材料(例如，塑料或复合材料)制成。根据一个实施方式，支撑层2由在聚丙烯基质中包含天然纤维的复合材料(还以“天然纤维聚丙烯”的英文名称nfpp为名)制成。天然纤维例如选自于亚麻、大麻、洋麻和/或木材。支撑层2例如通过在具有与装饰元件1的形状相对应的支撑层2的期望形状的压制工具中热压而形成。因此，支撑
层2例如具有带有凸起区域的三维形状。例如，支撑层2可以例如包括相对于支撑层2的其余部分凸起以形成扶手的区域。
[0034]
在一个变型中，支撑层2是通过将诸如聚丙烯(pp)、聚碳酸酯丙烯腈丁二烯苯乙烯(pc abs)等塑料材料注入具有期望形状的模腔中而制成的。根据另一个变型，支撑层2是通过增材制造获得期望形状的。
[0035]
支撑层2包括内表面8和与内表面8相对的外表面10，内表面8旨在面向车辆的必须安装装饰元件的部件(在门板的情况下，例如是车门)侧，并且外表面10旨在面向车辆的乘客厢。
[0036]
装饰层4在支撑层2的外表面10侧在其至少一部分上延伸。装饰层4被布置为将其外观和感觉赋予给装饰元件1。因此，装饰层4例如由具有人们希望赋予给装饰元件1的特定外观和/或感觉的柔性或刚性材料制成。因此，装饰层4例如由纺织材料、塑料材料、木质材料、皮革或人造皮革等制成。装饰层4被模制到支撑层2的外表面10上，也就是说，它基本上与它覆盖的支撑层2的区域中的外表面10的形状相匹配。根据一个实施方式，装饰层4覆盖整个支撑层2。
[0037]
装饰层4包括内表面12和外表面14，内表面12与支撑层2的外表面10相对地延伸，外表面14朝着装饰层1的外侧延伸并形成装饰元件1的外表面，也就是说，形成从车辆的乘客厢可见的装饰元件1的部分。例如，外表面14可以包括用于用户的向用户指示功能区域的存在的装饰图案或指示，这将稍后描述。在变型中或另外地，装饰层4可以至少在某些区域中是半透明的，以允许光从内表面12传到外表面14，这可以为这些区域提供背光以便向用户传达例如被加热区域或其他功能区域的存在。
[0038]
根据一个实施方式，装饰层4直接紧固在支撑层2上(图2)，在这种情况下，例如胶水、粘合剂、可热活化的聚丙烯膜的连接层16在支撑层2的外表面10与装饰层4的内表面12之间延伸。在一个变型中，功能层6和可能的其他附加层被插入在支撑层2与装饰层4之间，在这种情况下，连接层16在功能层6与装饰层4的内表面之间延伸(图1和图7)。应当理解，装饰层4可以以另一种合适的方式紧固到支撑层2或其他层上。例如，这种紧固可以特别地基于用于制造支撑层2和/或装饰层4的材料通过另一个连接层的熔合、包覆成型、焊接或发泡来获得。
[0039]
替代地，装饰元件1没有装饰层4并且装饰元件的外表面14由支撑层2的外表面和/或由在支撑层2上延伸的功能层6形成。
[0040]
功能层6是由碳材料制成并包括至少一个图案18的层，该图案18形成加热元件以加热装饰元件1的外表面的至少一部分，这将稍后描述。该材料例如采用没有上胶的碳纤维和/或回收的碳纤维的形式。没有上胶可以改进图案18的电特性。因此，在装饰元件三维成形之后，图案18具有更好的导电性和更好的电接触连续性，这将稍后描述。功能层6例如具有基本上在20μm和200μm之间的厚度。另外，碳材料还可以包括聚丙烯，例如其量小于或等于功能层的组合物的40重量％。
[0041]
根据一个实施方式，功能层6被布置为形成支撑层2的增强层。这种增强层改进装饰元件的机械特性，特别是刚度和自支撑方面，更特别是当支撑层2由复合材料制成时。根据一个实施方式，功能层6由粘接或层压在支撑层2和/或装饰层4上的薄膜形成。在这种情况下，功能层不必形成支撑层2的增强层。
[0042]
根据要执行的功能，功能层6在支撑层2的内表面8的至少一部分上或在支撑层2的外表面10的至少一部分上延伸，这将稍后描述。在增强层的情况下，功能层6更特别地施加在支撑层2的需要增强的区域上。根据一个实施方式，功能层6在支撑层的内表面8或外表面10的整个表面上延伸。根据一个实施方式，功能层6直接施加在支撑层2上，也就是说，在支撑层2与功能层6之间没有中间层。将功能层6模制到它覆盖的支撑层2的表面的部分上，也就是说，功能层6与支撑层2的表面的这部分的形状相匹配。
[0043]
图案18包括功能层6的由碳材料形成的至少一个导电区域20和由功能层6的厚度中的通孔形成的至少一个非导电区域22。导电区域20和非导电区域22的形状(其示例在图6中示出)被布置成使得在给导电区域20供电时，图案18形成加热元件。换言之，图案18使得功能层6限定至少一个电路，该电路在其被供电时形成加热元件。根据要加热的表面及其形状，图案可以包括多个单独的导电区域20和非导电区域22。总的来说，图案18包括围绕一个或多个导电区域20以便将形成加热元件的电路与功能层6的其余部分隔离的非导电区域22。
[0044]
为了形成加热元件，图案18被布置为形成电阻电路，如图1所示，该电阻电路优选在支撑层2的外表面10上延伸，以便尽可能接近装饰元件的外表面14。在这种情况下，功能层6在支撑层2的外表面10上延伸，例如在外表面10与装饰层4之间延伸。这样的电阻电路可以在给图案18的导电区域20供电时，加热装饰元件的外表面14的与图案18相对的部分。电阻电路的形状例如对应于装饰元件1的外表面14上的被加热区域的形状。因此，如图6所示，图案18的轮廓例如是圆形的并且包括被非导电区域22隔开的多个导电区域20，导电区域20具有螺旋形状，非导电区域22也具有螺旋形状。在导电区域20的端部，提供了用于与电流源(未被示出)连接的两个连接端子24，这将稍后描述。该图案形状仅作为示例提供，并且应当理解，可以根据装饰元件1的外表面14上的待加热区域的形状提供其他形状。根据一个实施方式，图案18的导电区域由功能层的较宽区域形成，而形成一个或多个非导电区域的一个或多个通孔由该较宽区域的轮廓形成。
[0045]
根据图2所示的实施方式，功能层6被施加在支撑层2的内表面8上，并且形成加热元件的图案18在该功能层6中延伸并因此也在支撑层2的内表面8上延伸。在这样的实施方式中，装饰元件1的外表面14由支撑层的外表面10形成，并且加热元件保持从装饰元件1的外部无法看出。根据另一个实施方式，功能层6设置在支撑层2的内表面8和外表面10上。在这种情况下，图案18可以形成在一个或两个功能层6中。
[0046]
根据一个实施方式，形成加热元件的电阻电路的一部分、更特别是电路的在加热元件被供电时被加热的部分形成在施加于外表面10上的功能层6中，而电阻电路的另一部分、更特别是电路的包括连接端子24的部分形成在在支撑层2的内表面8上延伸的功能层6中。电阻电路的两个部分通过延伸穿过支撑层2的一个或多个连接元件(例如，连接杆)连接在一起。这样的连接元件例如由填充于在电阻电路的连接在一起的部分之间的支撑层2中延伸的孔口的导电材料形成。该实施方式有利于促进电阻电路与电流源的连接，这将稍后描述。根据一个实施方式，电路的包括连接端子24的部分不形成在功能层中，而是单独施加在支撑元件2的内表面8上。
[0047]
根据图8所示的另一个实施方式，加热元件包括施加在功能层6上的两个电极26。电极26彼此间隔开并施加在功能层6的不同区域上。功能层6的在施加电极26的区域之间延
伸的部分形成加热部分28，当电流从一个电极26到另一电极26进入该加热部分28时，该加热部分28被焦耳效应加热。因此，根据该实施方式，只需要切割形成图案18的加热部分28的外轮廓以形成非导电区域，并且可以简化装饰元件1的制造方法。根据图8的实施方式，功能层6在支撑层的外表面上延伸。在一个变型中，功能层6在支撑层2的内表面上延伸。根据一个变型，电极26被插入到功能层6中。
[0048]
应当理解，除了一个或多个加热元件外，其他功能元件也可以形成在装饰元件1的一个或多个功能层6中。这样的功能元件例如包括用于在覆盖元件1的外表面14上形成触敏板、被称为“触摸滑块”的触敏表面或触敏按钮的一个或多个电容电路，能够变形以检测装饰元件的外表面14上的压力以形成压力传感器的一个或多个柔性电阻电路。这样的功能元件也由形成在一个或多个功能层中的图案形成，这些图案与形成一个或多个加热元件的一个或多个图案18是分开的。
[0049]
该图案18或每个图案18由与图案18的一个或多个导电区域20电连接(例如，与图案18的每个端子24连接)的至少一个电流源(未被示出)供电。例如，电流源通过电力电缆34与导电区域20连接，电力电缆34直接(图2)或通过电连接器36(图1)与图案18的导电区域20连接。当图案18在支撑层2的外表面10上延伸时，电力电缆34例如穿过形成在支撑层2中的通孔，图案18的导电区域20例如在通孔的一部分上或其周围延伸。在设置连接器36时，后者例如在通孔38中从支撑层2的内表面8延伸到支撑层2的外表面10，如图1所示。然后，将电力电缆34在支撑层2的内表面8侧与连接器36连接，并且将电连接器36在支撑层2的外表面10侧与导电区域20连接。根据先前描述的一个实施方式，电力电缆34可以与在支撑层2的内表面8上延伸的连接端子24连接，电流通过延伸穿过支撑层2的连接元件给电阻电路的加热部分供电。电力电缆34例如与车辆的电气系统连接，然后该电气系统形成电流源。当在一个或多个功能层6中设置多个电路时，每个电路由相同的电流源或由多个电流源通过电力电缆34供电。
[0050]
根据一个特定实施方式，装饰元件还可包括在装饰层4或支撑层和/或功能层6上方延伸的透明或半透明覆盖物，通过该覆盖物可看见装饰层4或支撑层和/或功能层6。例如，这样的覆盖物是清漆或半透明薄膜，例如具有聚丙烯基底，使得可以保护装饰层4或支撑层2和/或功能层，并且特别是可以避免一个或多个图案18劣化。在支撑层具有令人满意的外观的情况下，例如在层由nfpp制成的情况下，使支撑层可见是特别令人感兴趣的。
[0051]
在一些情况下，已经参照功能层在支撑层2的一个表面上的特定定位描述了功能。然而，应当理解，通过将功能层6置于支撑层2的另一个表面上，可以执行相同的功能。
[0052]
上述装饰元件可以将一个或多个加热元件以及可能的其他功能元件结合到支撑层2的一个或多个功能层6中，从而降低装饰元件的复杂性并允许更容易地相对于支撑层2和/或装饰层4定位这些元件。
[0053]
现在将参照图3至图5描述根据先前描述的实施方式的装饰元件的制造方法。
[0054]
首先提供支撑层2，在其上沉积由碳材料制成的层40。如前所述，根据所需的功能，碳材料层40沉积在支撑层2的内表面8或外表面10的全部或部分上。根据一个实施方式，碳材料层40沉积在内表面8上，另一个碳材料层40沉积在支撑层2的外表面10上。在图3中，碳材料层40在支撑层2的内表面8上延伸。碳材料层40的沉积例如是通过组装源自针刺方法并施加于支撑层2上的碳纤维和聚丙烯纤维的网而实现的。根据一个实施方式，碳材料层40还
形成支撑层2的增强层。
[0055]
如图4所示，接下来在碳材料层40中制作图案18。为此，一直贯穿碳材料层40形成至少一个通孔，以产生非导电区域22。“一直贯穿”意味着碳材料层40在其整个厚度上被切割。碳材料层40中的一个或多个通孔的形状限定了图案18及其一个或多个导电区域20的形状。根据图4的实施方式，使用激光辐射42挖空碳层40，这允许非常精确地限定图案18的形状。在一个变型中，在碳材料中通过化学蚀刻、铣削或机械穿孔来切割碳材料层40。如前所述，可以在功能层6中设置多个图案18。
[0056]
应当理解，也可以在将一个或多个碳材料层40施加到支撑层2上之前制作一个或多个图案18。
[0057]
如果适用，接下来例如通过粘接将装饰层4紧固到支撑层2和/或功能层6上，如图5所示。
[0058]
如果适用，将透明或半透明的覆盖物施加到装饰层4或支撑层2和/或功能层6上。
[0059]
接下来，例如在将装饰元件1安装在车辆上的期间，将一个或多个导电区域20连接至一个或多个电流源。在设置电连接器36时，后者例如被引入到先前在支撑层2中制作的通孔中。同样地，在设置连接元件时，它们首先被引入到预先在支撑层2中制作的贯穿孔口中。
[0060]
可以提供支撑层2的三维成形步骤以给装饰元件赋予期望的形状。该步骤可以在装饰层4的组装和/或覆盖物的施加之前或之后进行。
[0061]
因此，该方法实施起来特别简单且成本低廉。此外，可以精确地确保一个或多个图案18的定位。
[0062]
根据图7所示的一个特定的实施方式，装饰元件1还包括接近传感器44，该接近传感器44被布置为检测靠近和/或接触装饰元件的外表面14的加热区域的用户身体的一部分的存在。因此，接近传感器44被布置为检测用户是否例如用其手或手指接近装饰元件的外表面14，更特别地是接近由加热元件加热的区域。接近传感器还被布置为在用户身体的一部分接近被加热区域时关闭加热元件，以保护用户免受由于来自加热区域的热量而造成的任何伤害。更特别地，接近传感器例如被布置为在被加热区域周围的预定检测场所中检测用户身体的一部分的存在，该预定场所对应于用户在该区域要接触装饰元件的外表面14时热量可能伤害到该用户的距离。换言之，当接近传感器检测到用户身体的一部分太靠近由加热元件加热的外表面14的区域时，关闭加热元件。
[0063]
根据图7所示的实施方式，接近传感器44由形成在由碳材料48制成的附加层中的图案46形成。更特别地，在碳材料48的附加层中切割出图案46以形成电容电路，当该电容电路被供电时，该电容电路在装饰元件1的外表面14侧围绕被加热区域发射检测场。图案46还通过在附加层48中限定非导电区域而形成，这些非导电区域由附加层48中的通孔形成。为了给电容电路供电，将电容电路电连接至电流源，例如与给加热元件供电的电流源相同的电流源。为此，如图7所示，电容电路的一个或多个导电区域例如通过一根或多根电力电缆34与支撑层中的一个或多个电连接器36连接。为了在装饰元件的外表面14侧发射检测场，附加层48靠近外表面延伸，例如靠近装饰层4延伸，例如抵靠其内表面或抵靠连接层16延伸，装饰层4通过该连接层16紧固到支撑层2和/或功能层6上。
[0064]
根据图7的实施方式，阻挡层50在功能层6与附加层48之间延伸。阻挡层50被布置为促进检测场朝向装饰元件1的外部而不是朝向支撑层2发射。阻挡层50例如耐高温，以防
止它在加热元件加热装饰元件1的外表面14时被损坏。阻挡层50可以布置在两层粘合剂52之间以允许阻挡层50粘附到功能层6和/或支撑层2上并允许附加层48粘附到阻挡层50上。
[0065]
例如，如先前参照形成加热元件的图案18所述，切割附加的碳材料层以形成图案46，并且将附加的碳材料层与阻挡层50层叠。接下来，将该组件紧固到包括图案18的功能层6上和/或支撑层2上，并且如果适用，接下来将装饰层4紧固到附加层48上。接下来如前所述完成与一个或多个电流源的连接。