DE102007020832B4

DE102007020832B4 - Leichte, schallisolierende Verkleidung für ein Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102007020832B4
Application number: DE102007020832A
Authority: DE
Inventors: Dirk Soltau; Michael Hansen; Thomas Gross; Dagmar Ulbrich
Original assignee: Bayer MaterialScience AG; Carcoustics Techconsult GmbH
Current assignee: Covestro Deutschland AG; Carcoustics Techconsult GmbH
Priority date: 2007-05-02
Filing date: 2007-05-02
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-05-03
Also published as: US7980358B2; MX2009009554A; EP2143098B1; JP2010524768A; RU2456680C2; IN2009KN02413A; KR20100014243A; WO2008135357A1; US20100065366A1; CN101601085A; CA2670401A1; BRPI0805831A2; DE102007020832A1; RU2009140409A; JP5319660B2; CN101601085B; EP2143098A1; TW200904670A

Abstract

Leichte, schallisolierende Verkleidung (1) für ein Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Schallabsorberschicht (1.1), eine mit der Schallabsorberschicht (1.1) direkt verbundene, im Wesentlichen luftdichte Schalldämmschicht (1.2) und eine sich daran anschließende Schaumstoffschicht (1.3), wobei die Schallabsorberschicht (1.1) aus einem porösen Absorber gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Absorber bei einem Prüfdruck von 100 Pa eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 150 bis 2.000 Liter/m²s aufweist, wobei die Schalldämmschicht (1.2) aus einer integralen, mindestens 0,5 mm dicken Hautschicht der Schaumstoffschicht (1.3) besteht und durch Hinterschäumen des porösen Absorbers, im Wesentlichen ohne Schaumdurchschlag mit dem porösen Absorber stoffschlüssig verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine leichte, schallisolierende Verkleidung für ein Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Schallabsorberschicht, eine mit der Schallabsorberschicht direkt verbundene, im Wesentlichen luftdichte Schalldämmschicht und eine sich daran anschließende Schaumstoffschicht, wobei die Schallabsorberschicht aus einem porösen Absorber gebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verkleidung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Herkömmliche Stirnwandverkleidungen für Kraftfahrzeuge sind aus einer schalldämmenden Schwerschicht und einer Schaumstofflage oder textilen Vlieslage aufgebaut, wobei die Schaumstoff- oder Vlieslage als elastische Feder und die Schwerschicht als Masse eines akustischen Feder-Masse-Systems wirken. Als Schwerschicht werden dabei beispielsweise Matten bzw. Formteile aus thermoplastischem Elastomer (TPE) oder EPDM verwendet, die häufig Füllstoff wie etwa Bariumsulfat oder Calciumcarbonat enthalten. Die Schwerschicht besitzt ein relativ hohes Gewicht. Sie hat oft ein Flächengewicht von 2 bis 4 kg/m², mitunter sogar ein Flächengewicht zwischen 4 und 8 kg/m². Als elastische Feder wird üblicherweise ein PUR-Weichschaumstoff oder eine Vlieslage aus Polyester- oder Baumwollfasern verwendet. Das Flächengewicht solcher Stirnwandverkleidungen liegt also in der Regel im Bereich oberhalb von 3,5 kg/m², was hinsichtlich einer Verringerung des Gesamtfahrzeuggewichts bzw. des Kraftstoffverbrauchs ungünstig ist. Insbesondere wenn zur Verbesserung des Schallabsorptionsvermögens die der Schaumstofflage abgewandte Seite der Schwerschicht mit einer Schallabsorberschicht aus z. B. einem PET-Vlies kaschiert wird, ergibt sich aufgrund der relativ hohen Anzahl der verschiedenen verwendeten Materialien ein entsprechend zeit- sowie kostenaufwendiger Herstellungsprozess für solche Stirnwandverkleidungen.
Aus der DE 27 35 153 A1 ist ein spezifisch leichtes, als Doppelmatte ausgebildetes Feder-Masse-System bekannt, das aus offenporigem Polyurethan-Weichschaum und einer Deckschicht aus gefülltem Polyurethan-Schwerschaum besteht und insbesondere als Stirnwandverkleidung eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist. Der Polyurethan-Schwerschaum ist dabei als Integralschaum ausgeführt, weist eine Shore-Härte A von 80 bis 90 auf und enthält einen zusätzlichen Füllstoffanteil von 400 bis 500 Gew.-%. Zur Realisierung des genannten Härtegrades der Deckschicht wird eine Polyolmischung aus handelsüblichem Hartschaumpolyol und handelsüblichem Weichschaumpolyol verwendet. Die Deckschicht und die Polyurethan-Weichschaumschicht sind durch Hinterschäumen miteinander verbunden, wobei die Deckschicht in eine Form eingelegt und mit dem Polyurethan-Weichschaum hinterschäumt wird. Auch die Herstellung dieser bekannten Doppelmatte ist relativ zeit- und kostenaufwendig.
In der DE 10 2004 054 646 A1 ist eine leichte, schallisolierende Verkleidung für ein Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges beschrieben, die eine formgeschäumte Schalldämmschicht aus Polyurethanschaum und eine formgeschäumte schallabsorbierende Schicht aus offenzelligem Polyurethan- Weichschaum aufweist, wobei die Schalldämmschicht und die schallabsorbierende Schicht durch Hinterschäumung stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Schalldämmschicht ist dabei aus dem gleichen Isocyanat-Material und dem gleichen Polyol-Material hergestellt wie die schallabsorbierende Schicht, jedoch mit unterschiedlichem Mischungsverhältnis von Isocyanat-Material und Polyol-Material derart, dass die Schalldämmschicht eine höhere Rohdichte aufweist und härter ist als die schallabsorbierende Schicht, wobei die Schalldämmschicht eine im Wesentlichen luftundurchlässige Außenhaut aufweist.
Die WO 2005/105526 A1 beschreibt einen sandwichartig aufgebauten Schallabsorber für Kraftfahrzeuge, der eine luftdurchlässige, schallabsorbierende Zwischenlage umfasst, die einen Strömungswiderstand im Bereich von 5 bis 25 kPas/m² und/oder eine Luftdurchlässigkeit bei einem Prüfdruck von 100 Pa im Bereich von 100 bis 1.600 l/m²s aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schalldämmende sowie schallabsorbierende Verkleidung, insbesondere eine Stirnwandverkleidung für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, die ein geringes Gewicht aufweist und sich relativ kostengünstig realisieren lässt. Zudem soll ein Verfahren zur kostengünstigen Herstellung einer solchen schallisolierenden Verkleidung angegeben werden.
Gelöst wird diese Aufgabe zunächst durch eine Verkleidung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Verkleidung umfasst eine Schallabsorberschicht, eine mit der Schallabsorberschicht direkt verbundene, im Wesentlichen luftdichte Schalldämmschicht und eine sich daran anschließende Schaumstoffschicht. Die Schallabsorberschicht ist dabei aus einem porösen Absorber, vorzugsweise aus einem Faservlies oder Schaumstoff gebildet, der bei einem Prüfdruck von 100 Pa eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 150 bis 2.000 Liter/m²s aufweist. Die Schalldämmschicht besteht erfindungsgemäß aus einer integralen, mindestens 0,5 mm dicken Hautschicht der Schaumstoffschicht, wobei die Schalldämmschicht durch Hinterschäumen des porösen Absorbers im Wesentlichen ohne Schaumdurchschlag mit letzterem stoffschlüssig verbunden ist.
Die Schalldämmschicht und die Schaumstoffschicht werden somit aus den gleichen Ausgangsmaterialien in einem einzelnen Prozessschritt hergestellt und sind in der fertigen Verkleidung integral miteinander verbunden. Vorzugsweise handelt es sich bei der Schaumstoffschicht um eine Polyurethan-Weichschaumschicht mit einer im Wesentlichen porenfreien, als Schalldämmschicht dienenden Hautschicht. Durch die Vermeidung einer aus einem anderen Material, beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) hergestellten Schwerschicht sowie den Wegfall des Prozessschrittes des Aufklebens einer Schallabsorberschicht auf die Schwerschicht bzw. Schalldämmschicht lassen sich mit der erfindungsgemäßen Verkleidung eine erhebliche Gewichtsverringerung sowie eine Kosteneinsparung erzielen.
Der poröse Absorber, der vorzugsweise aus Faservlies oder offenporigem Schaumstoff besteht, ist – ohne Aufkleben – mit der Schalldämmschicht (Hautschicht) stoffschlüssig verbunden. Durch seine relativ hohe Luftdurchlässigkeit besitzt der poröse Absorber ein hohes Schallabsorptionsvermögen. Die hohe Luftdurchlässigkeit des Absorbers ist allerdings hinsichtlich der Unterbindung eines Schaumdurchschlages beim Hinterschäumen des Faservlieses ungünstig. Die Erfinder haben dieses Problem jedoch durch günstige Verfahrensmaßnahmen gelöst, so dass das Schallabsorptionsvermögen des porösen Absorbers durch die Hinterschäumung kaum beeinträchtigt wird.
Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verkleidung wird die oben angegebene Aufgabe durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass eine poröse, vorzugsweise aus Faservlies oder offenporigem Schaumstoff gebildete Schallabsorberschicht, die bei einem Prüfdruck von 100 Pa eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 150 bis 2.000 Liter/m²s aufweist, mit einer Polyol und Isocyanat enthaltenden Reaktionsmischung in einem Schäumwerkzeug direkt hinterschäumt wird, wobei die Reaktionsmischung im wesentlichen parallel zur Rückseite der Schallabsorberschicht und/oder parallel zur Bodenfläche einer Kavität des Schäumwerkzeuges in das Schäumwerkzeug eingebracht wird, und wobei ein vorbestimmter Oberflächenteilbereich des Schäumwerkzeuges so temperiert und/oder während des Einbringens das Mischungsverhältnis von Polyol zu Isocyanat so geändert wird, dass sich aus der Reaktionsmischung eine Schaumstoffschicht ergibt, die eine integrale, im wesentlichen luftdichte, mindestens 0,5 mm dicke Hautschicht aufweist, welche im Wesentlichen ohne Schaumdurchschlag mit der Schallabsorberschicht stoffschlüssig verbunden ist.
Durch das Einbringen bzw. Weiterfließen der Reaktionsmischung parallel zur Rückseite des porösen Absorbers wird ein Schaumdurchschlag bzw. eine Durchdringung des porösen Absorbers verhindert.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Verwendung standardmäßiger Faservliese, insbesondere Volumenvliese, aus Polyethylenfasern, Polypropylenfasern, einer Mischung aus Polyethylen- und Polypropylenfasern, Baumwollfasern oder einer Mischung aus Polyethylen- und Naturfasern. Das bei der erfindungsgemäßen Verkleidung zum Einsatz kommende Faservlies muss keine besondere Oberflächen behandlung aufweisen; es muss auch nicht besonders imprägniert sein. Bei dem Faservlies der erfindungsgemäßen Verkleidung kann es sich also um Standardware handeln.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass ein begrenztes Volumen der Reaktionsmischung in das Schäumwerkzeug derart eingebracht wird, dass die Reaktionsmischung den porösen Absorber zunächst nicht berührt, wobei sich anschließend die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Reaktionsmischung und dem porösen Absorber beim Ausreagieren der Reaktionsmischung ergibt.
Anders ausgedrückt wird die Reaktionsmischung so in das Schäumwerkzeug eingebracht, dass der poröse Absorber beim Ausreagieren (Expandieren) der Reaktionsmischung auf dieser „aufschwimmt". Der poröse Absorber kann dabei an der Unterseite einer oberen Schäumwerkzeughälfte fixiert oder festgelegt sein.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verkleidung und des Verfahrens zu ihrer Herstellung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
1 eine Schnittansicht des vorderen Abschnitts eines Kraftfahrzeuges mit einer innenseitig an der den Fahrgastraum vom Motorraum trennenden Stirnwand angeordneten schallisolierenden Verkleidung;
2 eine Schnittansicht eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Verkleidung;
3 eine Schnittansicht eines Abschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verkleidung;
4 eine Schnittansicht eines offenen Schäumwerkzeuges zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verkleidung am Ende einer Einspritzphase;
5 eine Schnittansicht des Schäumwerkzeuges der 4 im geschlossenen Zustand;
6 eine Schnittansicht eines weiteren Schäumwerkzeuges zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verkleidung am Anfang einer Einspritzphase; und
7 eine Schnittansicht des Schäumwerkzeuges der 6 nach Abschluss der Einspritzphase.
Die erfindungsgemäße schallisolierende Verkleidung ist vorzugsweise als innere Stirnwandverkleidung 1 für ein Kraftfahrzeug 2 ausgebildet. Sie kann jedoch grundsätzlich auch als schallisolierende Verkleidung für andere Karosserieteile eines Kraftfahrzeuges ausgebildet sein, z. B. als Motorhaubenverkleidung oder Dachhimmel.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verkleidung 1 der innenseitigen Kontur einer Stirnwand 3 angepasst, die den Fahrgastraum 4 vom Motorraum 5 abtrennt. Die Verkleidung 1 ist selbsttragend und zeichnet sich durch ein relativ geringes Gewicht aus.
Ihr Gesamtflächengewicht beträgt beispielsweise weniger als 2.500 g/m², vorzugsweise weniger als 2.000 g/m². Sie weist eine Schallabsorberschicht 1.1, eine im wesentlichen luftdichte Schalldämmschicht 1.2 und eine sich daran anschließende Schaumstoffschicht 1.3 auf. Die Schallabsorberschicht 1.1 ist aus einem Faservlies gebildet. Die Schalldämmschicht 1.2 besteht dagegen aus einer integralen, mindestens 0,5 mm dicken Hautschicht einer PUR-Weichschaumstoffschicht. Die Schalldämmschicht (Hautschicht) 1.2 ist mit dem Faservlies 1.1 stoffschlüssig verbunden. Das Faservlies 1.1 wird hierzu mit einer Polyol und Isocyanat enthaltenden Reaktionsmischung hinterschäumt, und zwar vorzugsweise in einem Schuss („one-shot-process"), d. h. in einem einstufigen Arbeitsgang.
Die Hinterschäumung des Faservlieses 1.1 wird so durchgeführt, dass ein Schaumdurchschlag durch das Faservlies unterbunden wird. Die schallabsorbierenden Eigenschaften des Faservlieses 1.1 bleiben somit im wesentlichen unverändert. Hierzu wird beispielsweise die Einspritzfließrichtung E der Reaktionsmischung parallel zur Unterseite des Faservlieses 1.1 bzw. zur Oberfläche der unteren Schäumwerkzeughälfte ausgerichtet.
Das Faservlies 1.1 ist aus Polyethylenfasern, Polypropylenfasern, einer Mischung aus Polyethylen- und Polypropylenfasern, Baumwollfasern oder einer Mischung aus Polyethylen- und Naturfasern gebildet. Es kann sich dabei insbesondere um ein Volumenvlies handeln. Es besitzt eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 150 bis 2.000 Liter/m²s (gemessen bei einem Prüfdruck von 100 Pa). Sein längenbezogener Strömungswiderstand liegt im Bereich von 5 kNs/m⁴ bis 40 kNs/m⁴, vorzugsweise im Bereich von 5 kNs/m⁴ bis 25 kNs/m⁴.
Das Faservlies 1.1 wurde keiner besonderen mechanischen und/oder chemischen Oberflächenbehandlung, wie etwa einer Imprägnierung unterzogen. Das zu hinterschäumende Faservlies 1.1 wird beispielsweise als zweidimensionales Stanzteil aus einer Faservliesbahn ausgeschnitten. Über den Querschnitt betrachtet weist das Faservlies eine im wesentlichen gleichmäßige Dichte sowie einen im wesentlichen gleichmäßigen Strömungswiderstand auf. Als Faservlies kann bei der erfindungsgemäßen Verkleidung somit eine preisgünstige Standardware zur Anwendung kommen.
Das Flächengewicht des Faservlieses 1.1 liegt im Bereich von 100 g/m² bis 1.600 g/m², vorzugsweise im Bereich von 100 g/m² bis 1.200 g/m². Die Schichtdicke des Faservlieses 1.1 beträgt beispielsweise 2 mm bis 30 mm, insbesondere 5 mm bis 20 mm.
Für die Erzeugung der Schalldämmschicht 1.2 wird die Verhautung des PUR-Weichschaumstoffs beim Ausreagieren seiner Mischungskomponenten im Schäumwerkzeug genutzt. Die Dicke und Dichte der Dämmschicht 1.2 wird über die Rezeptur der Reaktionsmischung und/oder die Werkzeugtemperatur gesteuert bzw. beeinflusst. Die Dicke der Schalldämmschicht 1.2 beträgt beispielsweise 1 mm bis 5 mm. Ihre Rohdichte liegt beispielsweise im Bereich von 0,08 bis 2,0 g/cm³, vorzugsweise im Bereich von 0,08 bis 1,4 g/cm³. Die Rohdichte der Schaumstoffschicht 1.3 liegt dagegen im Bereich von 0,02 bis 0,06 g/cm³.
Die Hinterschäumung des Faservlieses 1.1 kann sowohl in einem geschlossenen als auch in einem offenen Schäumwerkzeug erfolgen.
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Verkleidung wird nun unter Bezug auf die 4 bis 7 erläutert.
In 4 ist ein mehrteiliges Schäumwerkzeug 6 schematisch dargestellt. Weitere Anlagenelemente wie Lagertanks, Behälter mit Rührwerk, Dosierpumpen, Rohrleitungen, Mischköpfe, etc., sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Die Hauptkomponenten (Isocyanat und Polyol) der Reaktionsmischung werden aus Lagertanks in Zwischenbehälter überführt, auf die erforderliche Temperatur gebracht und über Dosieraggregate einem Mischkopf (nicht gezeigt) zugeleitet, der an einer oder mehreren Angussöffnungen 7 der unteren Schäumwerkzeughälfte 6.1 angeschlossen ist.
Der Reaktionsmischung bzw. deren Hauptkomponenten kann Füllstoff zugegeben werden. Als Füllstoff eignen sich beispielsweise Bariumsulfat und/oder Kreide. Optional kann allerdings auch auf Füllstoff verzichtet werden. Der Füllstoff (BaSO₄ und/oder Kreide) wird gegebenenfalls mit CO₂ kombiniert. Durch die Zugabe von CO₂ lässt sich die Rohdichte der Weichschaumschicht 1.3 reduzieren.
Das Schäumwerkzeug 6 weist eine untere Werkzeughälfte 6.1 und eine obere Werkzeughälfte 6.2 auf, die zusammen im geschlossenen Zustand des Werkzeuges eine der herzustellenden Verkleidung entsprechende Kavität 8 definieren. Die obere Werkzeughälfte 6.2 ist relativ zu der unteren Werkzeughälfte 6.1 heb- und senkbar ausgebildet.
An der Unterseite der Werkzeughälfte 6.2 ist ein Zuschnitt eines Faservlieses 1.1 lösbar fixiert. Der Zuschnitt wird beispielsweise durch Ausstanzen erzeugt. Zur lösbaren Fixierung des Faservlieses 1.1 können an der Unterseite der Werkzeughälfte 6.2 beispielsweise Nadeln, insbesondere Widerhakenelemente aufweisende Nadeln, Klettbänder, Greifelemente oder dergleichen vorgesehen sein.
Das Einbringen der Reaktionsmischung in die Werkzeugkavität 8 erfolgt über einen oder mehrere in der unteren Werkzeughälfte (Formhälfte) 6.2 ausgebildete Zufuhrkanäle 9. Der jeweilige Zufuhrkanal ist so ausgebildet, dass die Einspritzfließrichtung E der Reaktionsmischung im wesentlichen parallel zur Unterseite des Faservlieses 1.1 bzw. zur Bodenfläche 8.1 der Werkzeugkavität ausgerichtet ist.
Das Einspritzen der Reaktionsmischung in die Werkzeugkavität 8 erfolgt im geöffneten Zustand des Schäumwerkzeuges 6. Die Reaktionsmischung berührt das Faservlies 1.1 somit zunächst nicht. Nachdem ein begrenztes bzw. vorbestimmtes Volumen der Reaktionsmischung in das Schäumwerkzeug 6 eingebracht ist, wird das Schäumwerkzeug geschlossen. Die direkte stoffschlüssige Verbindung zwischen der Reaktionsmischung und dem Faservlies 1.1 ergibt sich beim Ausreagieren der Reaktionsmischung, die in der Kavität 8 expandiert. Das Faservlies 1.1 schwimmt dabei praktisch auf dem aufsteigenden PUR-Weichschaum auf.
Das Schäumwerkzeug 6 ist mit einer Temperiervorrichtung versehen, die getrennt steuerbare, in den Werkzeughälften 6.1, 6.2 integrierte Fluidkanäle umfasst, mittels denen vorbestimmte, die Kavität 8 begrenzende Oberflächenbereiche des Schäumwerkzeuges 6 gezielt temperiert (gekühlt) werden können.
Temperierung von Oberflächenbereichen des Schäumwerkzeuges 6 bedeutet im vorliegenden Kontext eine relative Kühlung der betreffenden Oberflächenbereiche gegenüber der wärmeren Weichschaum-Reaktionsmischung.
Die untere Werkzeughälfte 6.1 weist eine Gruppe von Fluidkanälen 10 auf, die an einer gemeinsamen, ein Fluid zuführenden Verteilerleitung (nicht gezeigt) und an einer gemeinsamen, das Fluid abführenden Sammelleitung (nicht gezeigt) angeschlossen sind. Die Temperatur des dieser Gruppe von Fluidkanälen zugeführten Fluids ist so geregelt, dass die diesen Fluidkanälen 10 nächstliegende Werkzeugoberfläche eine Temperatur im Bereich von 50°C bis 90°C, z. B. ca. 70°C ± 15°C aufweist bzw. sich dort eine Temperatur in dem genannten Temperaturbereich einstellt.
Die in der oberen Werkzeughälfte 6.2 integrierten Fluidkanäle 11 bilden eine zweite Gruppe von Fluidkanälen, die an einer anderen gemeinsamen, ein Fluid zuführenden Verteilerleitung (nicht gezeigt) und an einer weiteren, dieses Fluid abführenden Sammelleitung (nicht gezeigt) angeschlossen sind, wobei die Temperatur des Fluids so geregelt wird, dass die den Fluidkanälen 11 nächstliegende Oberfläche der oberen Werkzeughälfte 6.2 eine Temperatur im Bereich von 15°C bis 60°C, z. B. ca. 35°C ± 15°C aufweist bzw. sich dort eine Temperatur in diesem Temperaturbereich einstellt.
Die Temperaturdifferenz zwischen den die Kavität begrenzenden Oberflächen der Werkzeughälften 6.1, 6.2 beträgt mindestens 15°C, vorzugsweise mindestens 25°C.
Die Schaumstruktur der Weichschaumstoffschicht entsteht im wesentlichen durch die bei der chemischen Vernetzung der Reaktionsmischung entstehenden Treibgase. Das gegebenenfalls zugegebene CO₂ unterstützt den Schäumvorgang.
Durch die relative Kühlung der Oberfläche der oberen Werkzeughälfte 6.2 gegenüber der Oberfläche der unteren Werkzeughälfte 6.1 wird der Schäumvorgang in der Reaktionsmischung in dem an die kühlere Werkzeugoberfläche angrenzenden Bereich unterdrückt, so dass dort eine integrale, im wesentlichen porenfreie Haut 1.2 mit einer Dicke von mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 0,8 mm, besonders bevorzugt mindestens 1 mm erzeugt wird. Die Haut wirkt als schallisolierende Dämmschicht 1.2. Sie ist vorzugsweise luftdicht oder zumindest im wesentlichen luftdicht. Die Haut 1.2 verbindet sich stoffschlüssig mit der Rückseite des Faservlieses 1.1.
Das Faservlies 1.1 weist bei seiner Anbringung an dem Schäumwerkzeug 6 eine Temperatur auf, die erheblich unterhalb der Temperatur der Oberfläche der oberen Werkzeughälfte 6.1 liegt. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Faservlies 1.1 auf eine Temperatur im Bereich von 10°C bis 15°C gekühlt und in diesem gekühlten Zustand an der oberen Werkzeughälfte 6.2 fixiert wird.
An der wärmeren Oberfläche der unteren Werkzeughälfte 6.2 bildet sich dagegen durch den Schäumvorgang ein offenporiger Schallabsorber 1.3, der eine offenporige Oberfläche oder lediglich eine sehr dünne Haut 1.4 aufweist, wobei diese dünne Haut 1.4 aber schalldurchlässig oder schalltransparent ist.
Die schalldurchlässige Haut 1.4 hat eine Dicke von weniger als 400 μm, vorzugsweise weniger als 250 μm. Sie ist beispielsweise dünner als 150 μm und kann auch nur partiell ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Verkleidung 1 weist bei Bedarf randseitig eine flexible Dichtlippe 12 auf, die eventuell vorhandene Fertigungstoleranzen ausgleichen kann und so eine dichte Anpassung der Verkleidung 1 an angrenzenden Bauteile bzw. Karosserieabschnitte sicherstellt (vgl. 2).
Zur im wesentlichen porenfreien Ausgestaltung der Dichtlippe 12 sind in der unteren Formhälfte 6.1 nahe dem der Dichtlippe entsprechenden Kavitätsabschnitt Fluidkanäle 13 vorgesehen, die ebenfalls an der der zweiten Gruppe von Fluidkanälen 10 zugeordneten Fluid-Verteilerleitung (nicht gezeigt) angeschlossen sind. Das die Fluidkanäle 10 und 13 durchströmende Fluid weist somit die gleiche Temperatur auf.
In der unteren Formhälfte 6.1 sind zudem Stößel 14 integriert, mittels denen das fertige Formteil, also die Verkleidung 1 nach Öffnen des Schäumwerkzeuges 6 ausgeworfen werden kann.
In vielen schallisolierenden Verkleidungen für Karosserieteile müssen Durchbrüche ausgebildet werden, die beispielsweise der Hindurchführung von Kabeln, Schlauchleitungen und/oder mechanischen Aggregaten dienen. Wie in 2 gezeigt, ist an einem Durchbruch 15 für ein Kabel oder eine Schlauchleitung vorzugsweise eine elastisch aufweitbare Tülle 16 zur abgedichteten Hindurchführung des Kabels bzw. der Schlauchleitung (nicht gezeigt) auf der verhauteten Seite der Verkleidung 1, also auf der die integrale, im wesentlichen porenfreie Haut 1.2 aufweisenden Seite ausgebildet.
In 3 ist in Schnittansicht ein Abschnitt einer Stirnwand 3 eines Kraftfahrzeuges mit einer einen Durchbruch 3.1 der Stirnwand durchgreifenden Pedalarie 17 schematisch dargestellt. Auf der Innenseite der Stirnwand 3 ist eine erfindungsgemäße Verkleidung 1 angeordnet, die einen Durchbruch 18 für die Pedalarie 17 aufweist.
Die 6 und 7 zeigen schematisch ein weiteres Schäumwerkzeug 6' zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verkleidung 1.
Im Unterschied zu dem Schäumwerkzeug 6 gemäß 4 sind in der unteren Formhälfte 6.1 verschiebbare Einspritzelemente 19 eingesetzt. Die Einspritzelemente 19 weisen jeweils ein Rohrteil 20 auf, das in einer Bohrung 21 der unteren Werkzeughälfte 6.1 axial verschiebbar aufgenommen ist. Das Rohrteil 20 ist an seinem der Kavität 8 des Schäumwerkzeuges 6' zugewandten Ende mit einem Umlenkelement 22 versehen, über das die Polyol und Isocyanat enthaltende Reaktionsmischung gegenüber dem Rohrteil radial umgelenkt wird. Das Umlenkelement 22 stellt sicher, dass die Reaktionsmischung im wesentlichen nicht senkrecht auf das Faservlies 1.1 gespritzt wird. Aufgrund des Umlenkelements 22 ist die Einspritzfließrichtung E der Reaktionsmischung vielmehr im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Faservlieses 1.1 bzw. zur Bodenfläche 8.1 der Kavität 8 ausgerichtet. Das Umlenkelement 22 kann beispielsweise in Form einer scheibenförmigen Platte ausgebildet sein.
Es ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren allerdings durchaus möglich, dass die Reaktionsmischung beim Einspritzen in die Kavität 8 auch mit dem Faservlies 1.1 direkt in Kontakt kommt und entlang der Unterseite des Faservlieses entlang fließt. Die Einspritzfließrichtung E und damit die Hauptfließrichtung bzw. Druckkraft der Reaktionsmischung sind jedoch im wesentlichen parallel zur Unterseite des Faservlieses 1.1 gerichtet. Es ergibt sich somit im wesentlichen eine laminare Strömung der Reaktionsmischung parallel zur Unterseite des Faservlieses 1.1.
Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, die poröse Schallabsorberschicht 1.1 (z. B. Faservlies) nur partiell in einem oder mehreren Teilbereichen der erfindungsgemäßen Verkleidung 1 vorzusehen. Dies gilt insbesondere im Falle eines Durchbruchs zur Durchleitung eines Kabels oder einer Schlauchleitung durch die erfindungsgemäße Verkleidung 1. In einem Bereich, wo kein Faservlies 1.1 vorgesehen ist, kann die Reaktionsmischung gegebenenfalls auch senkrecht gegen die obere Werkzeughälfte 6.2 in die Kavität eingespritzt (eingeschossen) werden. Im Bereich des Faservlieses 1.1 wird sie jedoch nicht senkrecht gegen dieses, sondern im wesentlichen parallel zu dessen Unterseite eingespritzt.
Die in die Kavität 8 mündenden Enden der Bohrungen 21 sind jeweils mit einer Ausnehmung 23 erweitert, in die das Umlenkelement 22 nach Abschluss der Einspritzphase eingefahren wird. Die Einspritzelemente 19 dienen zudem als Stößel, um das fertige Formteil aus der Werkzeugkavität auszuwerfen.
Alternativ kann die Reaktionsmischung auch in eine Kavität eines temperierten Formwerkzeuges (nicht gezeigt) eingesprüht oder eingegossen und ein Zuschnitt eines Faservlieses 1.1 sodann auf die Oberseite der eingebrachten Reaktionsmischung aufgelegt werden. Die Oberseite des frisch aufgetragenen Weichschaums und/oder das Faservlies 1.1 werden dabei vorzugsweise gegenüber dem temperierten Formwerkzeug gekühlt. Der Faservlieszuschnitt wird dabei vorzugsweise mit einer Halterung gegenüber der aufsteigenden Reaktionsmischung fixiert. Das Faservlies 1.1 „schwimmt" somit beim Expandieren (Aufschäumen) der Reaktionsmischung auf der Weichschaumschicht 1.3 auf und verbindet sich beim Aushärten des Schaums stoffschlüssig mit der integralen, im wesentlichen luftdichten Haut 1.2 der Weichschaumschicht 1.3.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind verschiedene Varianten denkbar, die auch bei grundsätzlich abweichender Gestaltung von dem in den Ansprüchen wiedergegebenen Erfindungsgedanken Gebrauch machen. So kann anstelle des Faservlieses auch ein poröser, offenporiger Schaumstoff als Schallabsorber schicht verwendet werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Verkleidung 1 beispielsweise auch mehrere partielle Schalldämmbereiche, d. h. mehrere integrale, voneinander beabstandete, im wesentlichen porenfreie, luftundurchlässige Hautbereiche aufweisen, die auf der Verkleidung 1 entsprechend den akustischen Anforderungen an die Schalldämmung gezielt angeordnet sind.

Claims

Leichte, schallisolierende Verkleidung (1) für ein Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Schallabsorberschicht (1.1), eine mit der Schallabsorberschicht (1.1) direkt verbundene, im Wesentlichen luftdichte Schalldämmschicht (1.2) und eine sich daran anschließende Schaumstoffschicht (1.3), wobei die Schallabsorberschicht (1.1) aus einem porösen Absorber gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Absorber bei einem Prüfdruck von 100 Pa eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 150 bis 2.000 Liter/m²s aufweist, wobei die Schalldämmschicht (1.2) aus einer integralen, mindestens 0,5 mm dicken Hautschicht der Schaumstoffschicht (1.3) besteht und durch Hinterschäumen des porösen Absorbers, im Wesentlichen ohne Schaumdurchschlag mit dem porösen Absorber stoffschlüssig verbunden ist.
Verkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Absorber aus einem Faservlies oder Schaumstoff gebildet ist.
Verkleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Form einer leichten Stirnwandverkleidung ausgebildet ist.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Absorber einen längenbezogenen Strömungswiderstand im Bereich von 5 kNs/m⁴ bis 40 kNs/m⁴, vorzugsweise im Bereich von 5 kNs/m⁴ bis 25 kNs/m⁴ aufweist.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Absorber über seinen Querschnitt betrachtet eine im wesentlichen gleichmäßige Dichte und/oder einen im wesentlichen gleichmäßigen Strömungswiderstand aufweist.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Absorber ein Flächengewicht von 100 g/m² bis 1.600 g/m² und/oder eine Dicke im Bereich von 2 mm bis 30 mm aufweist.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Absorber aus einem Faservlies aus Polyethylenfasern, Polypropylenfasern, einer Mischung aus Polyethylen- und Polypropylenfasern, Baumwollfasern oder einer Mischung aus Polyethylen- und Naturfasern gebildet ist.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalldämmschicht (1.2) eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 5 mm aufweist.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalldämmschicht (1.2) eine Rohdichte im Bereich von 0,08 bis 2,0 g/cm³, vorzugsweise im Bereich von 0,08 bis 1,4 g/cm³ aufweist.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalldämmschicht (1.2) örtlich unterschiedlich dicke Flächenbereiche aufweist, wobei der Dickenunterschied mindestens 1 mm beträgt.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoffschicht (1.3) eine Rohdichte im Bereich von 0,02 bis 0,06 g/cm³ aufweist.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Gesamtflächengewicht weniger als 2.500 g/m², vorzugsweise weniger als 2.000 g/m² beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer leichten, schallisolierenden Verkleidung (1) für ein Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges, bei dem eine poröse Schallabsorberschicht (1.1) mit einer Polyol und Isocyanat enthaltenden Reaktionsmischung in einem Schäumwerkzeug (6, 6') direkt hinterschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als poröse Schallabsorberschicht (1.1) ein Absorber verwendet wird, der bei einem Prüfdruck von 100 Pa eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 150 bis 2.000 Liter/m²s aufweist, und dass die Reaktionsmischung im Wesentlichen parallel zur Rückseite der Schallabsorberschicht (1.1) und/oder parallel zur Bodenfläche (8.1) einer Kavität des Schäumwerkzeuges in das Schäumwerkzeug eingebracht wird, und wobei ein vorbestimmter Oberflächenteilbereich des Schäumwerkzeuges so temperiert und/oder während des Einbringens das Mischungsverhältnis von Polyol zu Isocyanat so geändert wird, dass sich aus der Reaktionsmischung eine Schaumstoffschicht (1.3) ergibt, die eine integrale, im Wesentlichen luftdichte, mindestens 0,5 mm dicke Hautschicht (1.2) aufweist, welche im Wesentlichen ohne Schaumdurchschlag mit der Schallabsorberschicht (1.1) stoffschlüssig verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein begrenztes Volumen der Reaktionsmischung in das Schäumwerkzeug (6, 6') derart eingebracht wird, dass die Reaktionsmischung die poröse Schallabsorberschicht (1.1) zunächst nicht berührt, wobei sich anschließend die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Reaktionsmischung und der porösen Schallabsorberschicht (1.1) beim Ausreagieren der Reaktionsmischung ergibt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinterschäumen der porösen Schallabsorberschicht (1.1) in einem offenen Schäumwerkzeug (6) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinterschäumen der porösen Schallabsorberschicht (1.1) in einem geschlossenen Schäumwerkzeug (6') durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsmischung unter Verwendung einer Umlenkeinrichtung (22) in das geschlossene Schäumwerkzeug (6') eingespritzt wird, wobei die Umlenkeinrichtung (22) der Reaktionsmischung eine im wesentlichen parallel zur Rückseite der porösen Schallabsorberschicht (1.1) gerichtete Einspritzfließrichtung (E) aufzwingt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete poröse Schallabsorberschicht (1.1) über ihren Querschnitt betrachtet eine im Wesentlichen gleichmäßige Dichte und/oder einen im Wesentlichen gleichmäßigen Strömungswiderstand aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schallabsorberschicht (1.1) einen längenbezogenen Strömungswiderstand im Bereich von 5 kNs/m⁴ bis 40 kNs/m⁴, vorzugsweise im Bereich von 5 kNs/m⁴ bis 25 kNs/m⁴ aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete poröse Schallabsorberschicht (1.1) ein Flächengewicht von 100 g/m² bis 1.600 g/m² und/oder eine Dicke im Bereich von 2 mm bis 30 mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete poröse Schallabsorberschicht (1.1) aus Polyethylenfasern, Polypropylenfasern, einer Mischung aus Polyethylen- und Polypropylenfasern, Baumwollfasern oder einer Mischung aus Polyethylen- und Naturfasern gebildet ist.