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;
3a–3d Verfahrensschritte
eines ersten Verfahrens zum Herstellen des ausgestalteten schallabsorbierenden Bauteils;
4a–4d Querschnitte
durch unterschiedlich ausgestaltete Bauteile;
5a–5e 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.
