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Dokumentenidentifikation DE60123200T2 20.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001215085
Titel Vorgeformtes Schalldämmelement und Verfahren zur Herstellung desselben
Anmelder Rieter Automotive (International) AG, Zollikon, CH
Erfinder Buard, Eric, Elisabethville, 78680 Epône, FR
Vertreter Meissner, Bolte & Partner GbR, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60123200
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 14.12.2001
EP-Aktenzeichen 011298106
EP-Offenlegungsdatum 19.06.2002
EP date of grant 20.09.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse B60R 13/08(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F02B 77/13(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein geformtes schallabsorbierendes Bauteil und betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils.

Derartige Bauteile werden vorzugsweise in Fahrzeugen, z.B. Motorfahrzeugen, Bussen oder Lastwagen verwendet, können aber zudem in jedem Bauwerk verwendet werden. Insbesondere sind diese Bauteile als Unterbodenabdeckungen, Zylinderkopfabdichtungen, Armaturenbretter usw. zur Verwendung in Motorfahrzeugen ausgestaltet. Aus der CH 681 144 ist ein als Akustikbauteil ausgestaltetes Bauteil bekannt, welches einen Schichtaufbau aufweist, mit einer vibrationsdämpfenden Schicht, einer darüber angeordneten schallabsorbierenden Schicht und eine mit der schallabsorbierenden Schicht verklebten Schutzschicht, welche als eine wasserundurchlässige Folie ausgestaltet ist. Dieses bekannte Bauteil weist eine relativ harte Oberfläche auf, welche einen grossen Anteil der auftreffenden akustischen Energie reflektiert. Akustische Reflexionen verringern die tatsächliche Absorptionseffizienz solcher Bauteile. Darüber hinaus ist das Verfahren zur Herstellung solcher Bauteile komplex und zeitaufwändig. Ein weiteres schallabsorbierendes Element mit individuellen Hohlkammern ist aus der DE 299 08 484U bekannt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein akustisch vorteilhafteres Bauteil zu schaffen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Absorptionseffizienz des Absorptionsmaterials in verbesserter Weise zu nutzen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Formteil aufweisend die Merkmale von Anspruch 1. Die Unteransprüche 2 bis 6 betreffen weitere, vorteilhafte Ausführungsformen. Die Aufgabe wird weiter gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen eines Formteils aufweisend die Merkmale von Anspruch 7. Die Unteransprüche 8 bis 10 betreffen weitere, vorteilhafte Verfahrensschritte.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst mit einem geformten schallabsorbierenden Batueil umfassend eine Grundstruktur aus faserverstärktem thermoplastischen Material, eine darüber angeordnete thermoplastische Folie, eine Vielzahl individueller Absorptionselemente, welche mit dieser thermoplastischen Folie verbunden sind, sowie eine thermoplastische, diese Absorptionselemente bedeckende Trennfolie, wobei die thermoplastische Folie mit der Grundstruktur fest verbunden ist und wobei die Trennfolie lose auf den Absorptionselementen aufliegt und zwischen den Absorptionselementen lokal mit der thermoplastischen Folie fest verbunden ist, welche wiederum fest mit der Grundstruktur verbunden ist.

Das erfindungsgemässe Bauteil weist den Vorteil auf, dass die thermoplastische Trennfolie lose, d.h. schwimmend auf dem Absorptionsmaterial aufliegt, sodass der auf die Trennfolie auftreffende Schall, d.h. Schallwellen, sich relativ ungehindert zu den Absorptionselementen fortpflanzt und dort absorbiert wird. Im Gegensatz dazu weisen die bekannten Formteile eine mit dem Absorptionsmaterial verklebte Aussenfolie auf, was eine akustisch härtere Oberfläche des Formteils zur Folge hat, sodass ein grösserer Anteil der auftreffenden Schallenergie reflektiert wird anstelle von absorbiert zu werden.

Gemäss der Erfindung sind die Absorptionselemente wasserdicht mit der thermoplastischen Folie und der Trennfolie umgeben, sodass die Absorptionselemente innerhalb des Bauteils angeordnet sind und so vollständig vor Wasser und Staub geschützt sind. Die Absorptionselemente bestehen vorzugsweise aus einem Schaum, Filz oder Vlies mit spezifischen schallabsorbierenden Eigenschaften. Insbesondere ist dieses Material äusserst leicht und weich und ist selbst-dekomprimierbar kompressibel, vorzugsweise um einen Faktor 10.

Die erfindungsgemässe Aufgabe wird weiter mit einem Herstellverfahren gelöst, insbesondere mit einem Verfahren zum Herstellen von Formteilen umfassend einen faserverstärkten Thermoplast, ein Absorptionsmaterial und eine Trennfolie. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  • – aus dem faserverstärktem Thermoplast wird mittels Hitze und Druck eine Grundstruktur vorgeformt,
  • – eine Vielzahl vorgeformter Absorptionselemente werden mit einer thermoplastischen Folie verklebt;
  • – die Trennfolie wird in eine Ausnehmungen aufweisende Formmulde eines Formwerkzeuges eingelegt, wobei die Ausnehmungen mit einem Vakuum beaufschlagt werden, wodurch die Trennfolie dem Verlauf der Ausnehmungen folgt,
  • – die vorgeformten Absorptionselemente werden in die mit der Trennfolie belegten Ausnehmungen derart eingelegt, dass die thermoplastische Folie ausserhalb der Ausnehmungen bleibt,
  • – die noch warme Grundstruktur wird über die thermoplastische Folie angeordnet,
  • – das Formwerkzeug wird geschlossen und Druckluft wird den Ausnehmungen zugeführt, sodass die Trennfolie, die Absorptionselemente und die thermoplastische Folie gegen die Grundstruktur gepresst werden derart, dass die Formgebung der Grundstruktur, die Verbindung der thermoplastischen Folie mit der Grundstruktur und die Verbindung der thermoplastischen Folie mit der Trennfolie an den sich gegenseitig berührenden Stellen in einem Verfahrensschritt erzielt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren weist den Vorteil auf, dass zur Herstellung des Bauteils lediglich wenige einfache Verfahrensschritte erforderlich sind. Insbesondere erlaubt es das erfindungsgemässe Verfahren, dass die Formgebung der Grundstruktur, die Verbindung der thermoplastischen Folie mit der Grundstruktur und die Verbindung der thermoplastischen Folie mit der Trennfolie an den sich gegenseitig berührenden Stellen in einem Verfahrensschritt erzielt werden. Ferner erlaubt dieses Verfahren eine Automatisierung des Herstellprozesses mit einer kontrollierbar konstanten Qualität. Eine kostengünstige Herstellung wird durch die Verwendung einer flächigen und ungestalteten vorgeformten Grundstruktur ermöglicht, welche ausgestaltet und mit den anderen Teilen in einem spezifischen Formkörper und in einem Verfahrensschritt verbunden wird.

Die verwendete Grundstruktur ist vorzugsweise aus einer uni- oder multidirektionalen Thermoplastmatrix hergestellt, welche mit geeigneten Fasern verstärkt ist. Verwendbar sind alle zur Zeit bekannten Fasertypen, insbesondere E-Glas, S-Glas, Aramid, Whiskers und C-Fasern. Als Trägermaterial eignen sich alle thermoplastischen Matrizen wie Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyetherketon, Polyamid, Polythetrafluorethylen, Perfluoralkoxycopolymere oder thermoplastische Polyimide.

Mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

1a, 1b Verfahrensschritte zur Herstellung der Grundstruktur;

2 einen Verfahrensschritt zum Einsetzen einer Mehrzahl vorgeformter Absorptionselemente in Kavitäten eines Formwerkzeugs;

3a3d Verfahrensschritte eines ersten Verfahrens zum Herstellen des ausgestalteten schallabsorbierenden Bauteils;

4a4d Querschnitte durch unterschiedlich ausgestaltete Bauteile;

5a5e Verfahrensschritte eines zweiten Verfahrens zum Herstellen der schallabsorbierenden Bauteile;

6 ein Verfahrensschritt zum Herstellen eines ausgestalteten Trägerelements.

Das Verfahren zum Herstellen des Trägerelements oder der Grundstruktur 1a ist in 1a und 1b in einem Schnitt durch ein Formwerkzeug 2 mit einer oberen und einer unteren heizbaren Pressplatte dargestellt. In 1a ist ein Halbzeug zwischen den Pressplatten eingesetzt. Die oberen und unteren Pressplatten sind auf eine der Zusammensetzung des Halbzeuges entsprechend angepasste Temperatur erwärmt und, wie in 1b dargestellt, werden unter Aufwendung der Kraft F zusammengedrückt, sodass eine vorgeformte Grundstruktur oder Trägerelement 1a unter der Einwirkung von Druck und Wärme in einer vorgegebenen Zeit geformt wird.

In dem in 2 dargestellten Verfahrensschritt werden die individuell geformten schallabsorbierende Bauteile mit einer thermoplastischen Folie 1d verbunden. Die Querschnittansicht gemäss 2 zeigt eine erste Form 2a und eine zweite Form 2b, welche beide in einem Presswerkzeug 3 angeordnet sind. Die Temperatur der Formen 2a, 2b ist angepasst an die Zusammenstellung des Absorptionsmaterials gewählt, um die einzelnen Absorptionselemente 1b mit der thermoplastischen Folie 1d zu verbinden. Als Absorptionsmaterial ist beispielsweise ein PU-Schaum geeignet. Anstelle von Schaum ist es ebenfalls möglich, andere akustisch wirksame Materialien wie, beispielsweise, leicht verpresste Wirrfaservliese zu verwenden.

In 3a bis 3e zeigen Schnittdarstellungen durch ein Formwerkzeug innerhalb der Form 31 verschiedene Stufen eines ersten Verfahrens zum Herstellen des erfindungsgemäss ausgestalteten schallabsorbierenden Bauteils.

Die Form 2b hat Kavitäten 2c, welche entsprechend der Form der Absorptionselemente 1b in geeigneter Weise ausgestaltet und angeordnet sind. Eine Öffnung eines Fluid leitenden Kanalsystems 5 ist im Bodenbereich jeder Kavität 2c angeordnet. Thermisch isolierende Teile 4 sind in den oberen Bereichen der Oberfläche der Form 2b angeordnet, insbesondere zwischen den Kavitäten 2c. Diese isolierenden Teile 4 können beispielsweise aus einem festen oder verpressten Schaum, aus Holz, Gummi, Fiberglas oder aus Glasfaserröhren/Hohlglas bestehen.

Um das Bauteil 1 herzustellen, und wie in dem Verfahrensschritt gemäss 3a dargestellt, wird eine thermoplastische Trennfolie 1c, auch Trennmembran genannt, auf die Form 2b aufgelegt; danach wird ein Vakuum 5a an das Fluid leitende Kanalsystem 5 angelegt, sodass die Trennfolie 1c in die Kavitäten 2c eingesogen wird und dabei einen durch die Ausgestaltung der Kavitäten 2c bestimmten Formverlauf einnimmt. Je nach Zusammensetzung der Trennfolie 1c kann diese vor dem Einlegen in das Formwerkzeug vorgeheizt sein. Die erste Form 2a und die zweite Form 2b werden vorzugsweise auf einer Temperatur von etwa 20°C gehalten. Die Trennfolie ist beispielsweise aus einer dünnen PVC-Folie.

Während das Vakuum 5a bestehen bleibt, werden in einem nächsten Verfahrensschritt – wie in 3b dargestellt – die Absorptionselemente zusammen mit der thermoplastischen Folie 1d in das Formwerkzeug eingeführt, wobei die Anordnung der Absorptionselemente 1b und die Anordnung der Kavitäten 2c derart gegenseitig angepasst sind, dass die Absorptionselemente 1b in die Kavitäten 2c eingeführt werden können. Daraufhin, und wie in 3c dargestellt, wird das vom Umformprozess gemäss 1a, 1b noch warme vorgeformte Trägerelement 1a, in das Formwerkzeug 2 eingeführt.

Daraufhin folgt der in 3d dargestellte Prozess. Während das Vakuum 5a noch bestehen bleibt, wird das Formwerkzeug 2 durch Erzeugung eines Druckes F geschlossen. Während das Formwerkzeug geschlossen wird, werden die Kavitäten 2c mit Druckluft durch das Kanalsystem 5 versorgt, was dazu führt, dass die Trennfolie 1c aus den Kavitäten 2c herausgedrückt wird und gleichzeitig die Absorptionselemente 1b komprimiert werden, wie in 3d dargestellt, sodass die thermoplastische Folie 1d gleichmässig gegen die Grundstruktur gedrückt wird. So wird das derart hergestellte Element auf seiner einen Seite gemäss der Ausgestaltung der ersten Form 2a gestaltet, wobei die Dicke D des geformten Trägerelements 1a von dem durch die zugeführte Druckluft erzeugten Druck innerhalb des Formwerkzeugs 2 bestimmt wird. Der Druck der Druckluft 5b wird entsprechend der Zusammensetzung und des Gewichts des herzustellenden Bauteils 1 bestimmt.

In dem Verfahrensschritt gemäss 3d ist die Temperatur der Formen 2a, 2b auf 20°C geregelt. Dies bedeutet, dass die Grundstruktur genügend warm ist, um eine feste Verbindung zwischen der thermoplastischen Folie 1d und der Trennfolie 1c und dem Trägerelement 1a zu bewirken. Die in der zweiten Form 2b angeordneten isolierenden Teile 4 dienen einer Reduktion des Wärmeverlusts, sodass genügend Wärme verbleibt, um eine feste Verbindung zwischen dem Trägerelement 1a und den Folien 1c, 1d zu bewirken.

Nach dem Verfahrensschritt aus 3d, und wie in 3e dargestellt, wird am Fluid leitenden Kanalsystem 5 Atmosphärendruck angelegt, das Presswerkzeug 3 wird geöffnet und das fertige Bauteil 1 entnommen. Die Absorptionselemente 1b kehren selbsttätig zu ihrer ursprünglichen Dicke zurück.

4a zeigt einen Längsschnitt durch das gemäss dem in 1a bis 3e dargestellten Verfahren hergestellte Bauteil. Die Absorptionselemene 1b haben ihre ursprüngliche Dicke wieder eingenommen. Die Trennfolie liegt lose auf den Absorptionselementen 1b. Die Absorptionselemente 1b sind von einander beabstandet. Zwischen diesen Teilen ist die Trennfolie 1c fest mit dem Trägerelement 1a verbunden, wobei eine feste Verbindung in den Bereichen 1f zwischen derthermoplastischen Folie 1d (in 4a bis 4d nicht dargestellt) sowie der thermoplastischen Folie 1c und dem Trägerelement 1a besteht. Dies bedeutet, dass die Absorptionselemente 1b wasser- und luftdicht von der Trennfolie 1c und der thermoplastischen Folie 1d umschlossen sind. Sofern der Luftdruck in diesem geschlossenen Raum höher ist als der Atmosphärendruck, kann sich ein mit Luft gefüllter Zwischenraum 1e zwischen den Absorptionselementen 1b und der thermoplastischen Trennfolie 1c bilden, wie auf der linken Seite in 4a dargestellt. Alternativ, und wie auf der rechten Seite in 4a dargestellt, kann die thermoplastische Trennfolie direkt auf dem Absorptionselement aufliegen. Ferner emöglicht das erfindungsgemässe Verfahren ein Trägerelement 1a mit einer konstanten Dicke. Zudem erlaubt es das erfindungsgemässe Verfahren, das Trägerelement – ein thermoplastischer Träger oder Stützmaterial –, das Absorptionselement und die thermoplastische Trennfolie in einem Verfahrensschritt mit einander zu verbinden.

Es kann sich als vorteilhaft erweisen, das Trägerelement 1a mit einer zusätzlichen Kontur zu versehen. 6 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Formwerkzeug 2 mit einer Kavität 2c in der ersten Form 2a. Die zweite Form 2b hat eine ebene Oberfläche und weist einen Fluid leitenden Kanal und ein Isolator 4 auf. Beim Schliessen des Formwerkzeugs wird Druckluft in das Fluid leitende Kanalsystem 5 gepressed, sodass das Trägerelement 1a und die thermoplastische Trennfolie 1c in die Kavität 2c gepresst werden und dessen Kontur annehmen, sodass das Bauteil 1 einen geformten Abschnitt aufweist, wie in 4d dargestellt. Durch eine geeignete Ausgestaltung des Formwerkzeugs lassen sich eine Vielzahl solcher Konturen und Anordnungen des Absorptionselements 1b kombinieren, sodass ein Bauteil 1, wie in 4c im Schnitt dargestellt, herstellbar ist.

5a bis 5e zeigen ein zweites Herstellungsverfahren. Das Trägerelement 1a und die Absorptionselemente 1b mit der Folie 1d werden, wie bereits dargestellt und in 1a, 1b und 2 beschrieben, hergestellt. Die Pressplatte 32 weist keine thermischen Isolatoren 4 auf. In dem Verfahren gemäss 5a bis 5e wird die Isolation des Trägerelements 1a durch eine Luftschicht bewerkstelligt, welche zwischen der Form 2b und dem Trägerelement 1a gebildet wird.

Wie in 5e dargestellt, weist die Form 2b eine seitliche Begrenzung 2d auf, welche eine erste Ebene und Kavitäten 2c zur Aufnahme der Absorptionselemente 1b definiert, sowie Bereiche, welche eine zweite Ebene 2e definieren. Die Kavitäten 2c und die Bereiche 2e sind mit einander durch das Fluid leitende Kanalsystem 5 verbunden. Im Verfahrensschritt gemäss 5a wird die Trennfolie 1c in das Formwerkzeug 2 eingebracht und ein Vakuum 5a an das Kanalsystem 5 angelegt, sodass die Trennfolie 1c die Kontur der Oberfläche der Form 2b folgt. In einem Verfahrensschritt gemäss 5b werden darauf hin die Absorptionselemente 1b zusammen mit der Folie 1d eingelegt und im Verfahrensschritt gemäss 5c wird das Trägerelement 1a dazugegeben. Darauf hin wird das Formwerkzeug geschlossen, wie in 5c dargestellt, Druckluft an das Kanalsystem 5 angelegt und wird die Trennfolie 1c gegen die Absorptionselemente 1b und das Trägerelement 1a gepresst. Dabei bildet sich ein Hohlraum zwischen den Kavitäten 2c und dem Trägerelement 1a, was das Trägerelement 1a und die Trennfolie 1c von der Form 2b thermisch isoliert und somit einen substantiellen Wärmeabfluss von dem Trägerelement 1a zur Form 2b verhindert.

Im nächsten Verfahrensschritt gemäss 5e kann das fertige geformte Bauteil aus dem Formwerkzeug entnommen werden.


Anspruch[de]
Geformtes schallabsorbierendes Bauteil (1), insbesondere ein Akustikbauteil, umfassend ein Trägerelement (1a) mit faserverstärktem thermoplastischen Material, eine thermoplastische Folie (1d), welche über diesem Trägerelement (1a) angeordnet ist, eine Vielzahl einzelner Absorptionselemente (1b), welche mit dieser thermoplastischen Folie (1d) verbunden sind, und eine thermoplastische Trennfolie (1c), welche diese Absorptionselemente (1b) abdeckt, wobei die thermoplastische Folie (1d) fest mit dem Trägerelement (1a) verbunden ist und wobei die Trennfolie (1c) lose über den Absorptionselementen (1b) liegt und zwischen den einzelnen Absorptionselementen (1b) lokal und fest mit der thermoplastischen Folie (1d) verbunden ist, welche wiederum fest mit dem Trägerelement (1a) verbunden ist. Bauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionselemente (1b) von der thermoplastischen Folie (1d) und der Trennfolie (1c) wasserdicht umschlossen sind. Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperatur der Trennfolie (1c) tiefer oder etwa gleich hoch liegt als diejenige des Trägerelementes (1a). Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionselemente (1b) Schaum, Filz oder Vlies umfassen. Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionselemente (1b) um einen Faktor 100 und insbesondere um einen Faktor 10 komprimierbar und selbst-reexpandierbar sind. Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (1a) ein mit Schnittfasern verstärktes thermoplastisches Material umfasst. Verfahren zum Herstellen eines geformten schallabsorbierenden Bauteils (1) mit faserverstärktem thermoplastischen Material, einem absorbierenden Material und einer Trennfolie (1c), umfassend folgende Schritte:

– Vorformen eines Trägerelementes (1a) aus faserverstärktem thermoplastischen Material mittels Anwendung von Wärme und Druck,

– Verbinden einer Vielzahl von vorgeformten Elementen aus absorbierendem Material, d.h. Absorptionselementen (1b) mit einer thermoplastischen Folie (1d),

– Einbringen einer Trennfolie (1c) in eine Form (2b) eines Formwerkzeuges (2), welche Form (2b) Kavitäten (2c) aufweist, wobei in den Kavitäten (2c) ein Vakuum erzeugt wird, welches die Trennfolie (1c) zwingt, sich an die Konturen der Kavitäten (2c) anzulegen,

– Einbringen der Vielzahl vorgeformter Absorptionselemente (1b) in diese Kavitäten (2c), welche mit der Trennfolie (1c) ausgelegt sind, in der Weise, dass die thermoplastische Folie (1d) ausserhalb der Kavitäten verbleibt,

– Anordnen des noch warmen Trägerelementes (1a) oberhalb der thermoplastischen Folie (1d),

– Schliessen des Formwerkzeugs (2) und Beaufschlagen der Kavitäten (2c) mit Druckluft derart, dass die Trennfolie (1c) die Absorptionselemente (1b) und die thermoplastische Folie (1d) gegen das Trägerelement (1a) gepresst werden, derart, dass die Verformung des Trägerelementes (1a), das Verbinden der thermoplastischen Folie (1d) mit dem Trägerelement (1a) und das Verbinden der thermoplastischen Folie (1d) mit der Trennfolie (1c) in ihren gegenseitigen Kontaktbereichen in einem Schritt erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Verformen des Trägerelementes (1a), zum Verbinden der thermoplastischen Folie (1d) mit dem Trägerelement (1a) und zum Verbinden der thermoplastischen Folie (1d) mit der Trennfolie (1c) in deren gegenseitigen Kontaktbereichen bei etwa Zimmertemperatur stattfindet und insbesondere bei ca. 20°C. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfolie (1c) vor dem Einbringen in die Form (2b) aufgewärmt wird.






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