DE102004015472A1

DE102004015472A1 - Mehrlagiges Formteil und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102004015472A1
Application number: DE102004015472A
Authority: DE
Original assignee: R+S Technik GmbH
Current assignee: Olbrich GmbH
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-27
Also published as: DE102004015472B4

Abstract

Mehrlagiges, insbesondere selbsttragendes Formteil (1) mit mindestens einer, Wabenkammern (2) aufweisenden Wabenschicht (3) und mit mindestens einer Lage (8, 9),
die auf mindestens einer Wabenöffnungen (4, 5) aufweisenden Seite (6, 7) der Wabenschicht (3) angeordnet ist und
die vor einem mit Wärme und Druck erfolgenden thermoplastischen Verbinden mit den Wabenkammern (2)
ein nur einseitig vernadelter, Kunststoffasern enthaltender Vlieswerkstoff nach Art eines Wirrvlieses (10) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrlagiges, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen bestimmtes, thermoplastischen Kunststoff enthaltendes Formteil sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Es sind mehrlagige, insbesondere auch selbsttragende Formteile mit zur Erhöhung der Steifigkeit dienender Wabenstruktur und mit Dekorschichten und ggf. weiteren Lagen bekannt, die jedoch in der Regel nicht frei von jeweils spezifischen Nachteilen sind. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mehrlagiges, insbesondere selbsttragendes Formteil mit mindestens einer, Wabenkammern aufweisenden Wabenschicht und mindestens einer Beschichtung und ggf. weiteren Lagen zu schaffen, das in Kraftfahrzeugen verwendet werden kann. Der verwendete Werkstoff soll sehr leicht, billig, problemlos recycelbar und vorzugsweise zusammen mit der Fahrzeugkarosserie in einem Hochofen einschmelzbar und/oder so einstellbar sein, daß er luftdurchlässig oder im Einzelfall nicht durchlässig sowie unempfindlich gegen Luftfeuchtigkeit ist. Auch eine zumindest teilweise vorhandene Schalldurchlässigkeit soll gegeben sein, wie dies zum Beispiel für in Personenkraftwagen eingebaute Dachhimmel gilt, wobei an diese Kraftfahrzeugkomponenten ferner die Forderungen gestellt werden, gute Schutzeigenschaften für die Fahrzeuginsassen im Falle eines Unfalles zu besitzen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein mehrlagiges, insbesondere selbsttragendes Formteil mit mindestens einer, Wabenkammern aufweisenden Wabenschicht und mit einer auf mindestens einer ihrer Wabenöffnungen aufweisenden Seite angeordneten Lage auf, die vor einem mit Wärme und Druck erfolgenden thermoplastischen Verbinden mit den Wabenkammern ein nur einseitig vernadelter, thermoplastische Kunststoffasern enthaltender Vlieswerkstoff ist.
Mit einem derartigen Formteil lassen sich die oben zitierten Forderungen in überraschender Weise erfüllen, wobei ein wesentliches Merkmal der nur einseitig vernadelte, Kunststoffasern enthaltende Vlieswerkstoff ist.
Die zur Erzielung der notwendigen Steifigkeit vorgesehene Wabenschicht ist im Wesentlichen als tragende Kernschicht vorgesehen. Auf ihrer einen oder auch auf beiden Seiten wird diese Wabenschicht mit dem einseitig vernadelten Vlieswerkstoff bei zum Beispiel 200 Grad Celsius und ausreichendem Druck thermoplastisch verbunden. Hierbei dringt Vlieswerkstoff auch in die Wabenkammern ein und stellt dadurch eine sichere und zuverlässige Verbindung mit der Wabenschicht her. Je Stärke der Vlieswerkstoff verpresst und somit verdichtet wird, um so fester und steifer wird auch die Oberfläche des herzustellenden Endproduktes, bei dem es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um den Dachhimmel eines Personenkraftwagens handeln kann.
Vorzugsweise besteht die Wabenschicht mit ihren auf wenigstens einer Seite offenen Wabenkammern aus einem Papierwerkstoff. Dieser Werkstoff weist im verarbeiteten Zustand eine hohe Steifigkeit auf und verleiht dem fertigen Produkt die notwendige Festigkeit.
Als Vlieswerkstoff dienen Kunststoffasern wie insbesondere recycelbare und thermoplastisch gut verarbeitbare und eine hohe Klebewirkung erzeugende Kunststoffasern aus Polypropylen und/oder Polyethylen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung dieser Fasern und auch nicht auf recycelbare Kunststoffasern beschränkt. Im Einzelfall können auch Glasfasern oder andere Kunststoffasern und insbesondere auch Naturfasern zum Beispiel mit Polypropylen und/oder Polyethylenfasern verarbeitet werden.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Ansprüchen im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigen
1: einen Horizontalschnitt durch ein Formteil in Gestalt eines Dachhimmels für ein Kraftfahrzeug;
2: einen Horizontalschnitt durch ein als Beispiel dienendes Formteil;
3: einen Schnitt längs der Linie III-III in 2;
4: einen Schnitt längs der Linie III-III in 2 vor dem Verpressen der einzelnen Lagen unter Druck und Wärme;
5: ein abgeschnittenes Stück eines einseitig vernadelten Vlieswerkstoffes vor der Verarbeitung;
6: eine Ansicht ähnlich der von 2;
7: einen Schnitt längs der Linie VII-VII in 6.
Ein Formteil 1 ist mit seinen wesentlichen Merkmalen in den 2 bis 4 dargestellt und kann gemäß 1 ein Deckenelement für ein Kraftfahrzeug wie zum Beispiel ein Dachhimmel 1' oder eine Hutablage bzw. ein Kofferraumboden (jeweils nicht dargestellt) oder dergleichen sein.
Das Formteil 1 umfaßt gemäß den Darstellungen in den 2 bis 4 als mehrlagiges, insbesondere selbsttragendes Formteil eine Waben kammern 2 aufweisende Wabenschicht 3. Sie stellt im Wesentlichen eine Kernschicht dar. Gemäß Ausführungsbeispiel ist die Wabenschicht 3 plattenförmig und weist beidseitig offene Wabenkammern 2 mit entsprechenden Wabenöffnungen 4 und 5 auf.
Die plattenförmige Wabenschicht 3 weist eine erste Seite 6 und eine zweite Seite 7 auf, die gemäß 4 eine obere Seite und eine untere Seite bilden, in denen die Wabenöffnungen 4 bzw. 5 liegen.
Die Wabenschicht 3 besteht zweckmäßigerweise aus einem Papierwerkstoff. Andere Werkstoffe können jedoch auch verwendet werden. Auch die Festigkeitseigenschaften des Papierwerkstoffes können unterschiedlich sein und grundsätzlich gleiches gilt auch für die Wabenhöhe H. Hierdurch lassen sich die Eigenschaften des fertigen Produktes einstellen bzw. variieren.
Eine weitere Komponente des Formteiles 1 stellen gemäß dem in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel die auf beiden Seiten 6 und 7 der Wabenschicht 3 angeordneten Lagen bzw. Schichten 8 bzw. 9. Als Werkstoff für diese Lagen bzw. Schichten 8, 9 dient ein Werkstoff, bei dem es sich vor der Verarbeitung bzw. vor dem thermoplastischen Verbinden mit der Wabenschicht 3 um einen Vlieswerkstoff nach Art eines Wirrvlieses 10 handelt, das nur auf seiner einen Seite 11 vernadelt ist. Dieses Wirrvlies 10 besteht aus Fasern 10', bei denen es sich in erster Linie um thermoplastische Kunststoffasern wie zum Beispiel thermoplastische Kunststoffasern wie zum Beispiel um Fasern 10' aus Polypropylen der Polyethylen (PP/PE) handelt. Auch andere Fasern einschließlich Glasfasern und/oder nicht recycelbare Kunststoffasern und ggf. auch zusätzlich Naturfasern können eingesetzt werden.
Ein Stück 12 eines derartigen Wirrvlieses 10 ist in 5 in größerem Maßstab bzw. in etwa natürlicher Größe dargestellt. Seine eine, vernadelte Seite 11 verleiht dem Wirrvlies 10 eine geringe Eigenfestigkeit, so daß Wirrvliesstücke der genannten Art gehandhabt werden können.
Die nicht vernadelte Seite 13 des Wirrvlieses 10 ist watteartig und wird zur Herstellung des Formteiles 1 jeweils auf der Wabenschicht 3 angeordnet. 4 zeigt dies in einer auseinander gezogenen Darstellung der einzelnen Bestandteile des Formteiles 1 vor dem thermoplastischen Verbinden von Wabenschicht 3 und Wirrvlies 10 deutlich.
Bei dem mit Wärme und Druck erfolgenden Verpressen der beiden aus Wirrvlies 10 bestehenden Lagen 8, 9 mit der Wabenschicht 3 dringt Wirrvlieswerkstoff 14 gemäß der Schnittansicht in 3 bogenförmig in das Innere der Wabenkammern 2 ein und bildet dabei eine sichere und gute Verbindung mit dem Wabenwerkstoff.
Wenn der als Wirrvlies 10 verwendete Werkstoff Fasern 10' aus Polypropylen und/oder Polyethylen enthält, so liegt die beim Verpressen erforderliche Temperatur bei ca. 200 Grad Celsius.
Das einseitige Vernadeln des Wirrvlieswerkstoffes erfolgt ferner mit möglichst wenig Stichen. Üblich ist eine Vernadelung mit 60 Stichen pro Quadratzentimeter und vorzugsweise im vorliegenden Fall mit weniger als 60 Stichen pro Quadratzentimeter.
Die einzelnen, für die Herstellung eines Formteiles 1 erforderlichen Arbeitsschritte sind in ihrer Reihenfolge zwar nicht in Fig. dargestellt, ergeben sich jedoch grundsätzlich aus 4. Demgemäß ist zur Herstellung eines plattenförmigen, insbesondere selbsttragenden Formteiles erforderlich, daß eine Wabenschicht 3 auf mindestens einer Seite 6, 7 offene Wabenkammern 2 sowie mindestens eine thermoplastischen Kunststoff enthaltende Lage und ggf. weitere Schichten umfaßt, wobei als den thermoplastischen Kunststoff enthaltende Schicht 8, 9 ein Vlieswerkstoff nach Art eines Wirrvlieses 10 verwendet wird, eine Seite 11 des Wirrvlieses 10 vernadelt wird, die andere Seite 13 des Wirrvlieses 10 unvernadelt bleibt und wobei das Wirrvlies 10 mit seiner unvernadelten Seite 13 mindestens einer Seite 6, 7 des dort offene Wabenkammern 2 aufweisenden, plattenförmigen Wabenrohlings 3' zugeordnet wird und der Wabenrohling 3' und das einseitig vernadelte Wirrvlies mit Wärme und Druck thermoplastisch mit einander verbunden werden. Zweckmäßig ist auch die Verwendung von Wabenrohlingen 3' mit Wabenkammern 10 unterschiedlicher Höhe H, wobei dies insbesondere auch für die Verwendung des selbsttragenden Formteiles 1 als Kraftfahrzeug-Innenraum-Dachhimmel 1' gilt.
Ein konkretes Produkt mit den oben zitierten Merkmalen ist zum Beispiel der in 1 dargestellte Dachhimmel 1'. Er weist Ausnehmungen 15 und Durchbrüche 16 für hier nicht näher interessierende Einbauteile sowie Bereiche 17 und 18 mit unterschiedlicher Materialstärke oder unterschiedlichem Stoßabsorbtionsvermögen auf. Auch Randteile 19 in Form einer aus mehreren Lagen bestehenden und einlagig komprimierten Kompaktschicht 20 zum Beispiel für Einbauzwecke oder aus Design-Gründen können vorgesehen sein. Erreicht wird dies jeweils durch geeignete Wabenrohlinge 3' mit unterschiedlicher Wabenhöhe H sowie durch eine entsprechende Formgebung der Randkontur 21 der Wabenrohlinge 3'. So sind Bereiche 17 mit Wabenkammern 2 mit extremer Höhe und/oder extremer Festigkeit und/oder Stoßabsorbtionsfähigkeit wie im Falle des Dachhimmels 1' im Kopfbereich des Fahrzeugbenutzers angeordnet.
Auch ist bei Verwendung als Dachhimmel 1' mindestens die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Lage 8 bzw. 9 aus dem Vlieswerkstoff gefertigt.
Grundsätzlich ist es darüber hinaus vorgesehen, daß alle stark verformten und verdichteten Bereiche 22 bzw. Teile auch in einstückiger Ausbildung mit den übrigen Teilen des Formteiles 1 bzw. Dachhimmel 1 frei von Wabenkammern sind.
Grundsätzlich ist somit vorgesehen, daß die besonderen Bereiche 22 nicht nur keine Wabenstruktur aufweisen, sondern auch besonders stark verdichtet bzw. derart zusammengepreßt sind, daß nur eine einzige, aus mehreren Lagen bestehende Kompaktschicht 20 wie im Randbereich 19 existiert.
Im Übergangsbereich 23 (siehe 3) zwischen der Wabenstruktur und der einlagigen Kompaktschicht 20 (siehe 2 und 3) kann auch ein Rahmen aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Werkstoff/Kunststoff und/oder aus einem Werkstoff mit Kunststoffanteilen einschließlich Naturfasern angeordnet und mit den übrigen Teilen des aus mehreren Stücken bestehenden Formteiles 1, 1' thermoplastisch durch entsprechende, erwärmte Kunststoffanteile verbunden sein.
Es versteht sich schließlich, daß die Erfindung nicht auf die in den Fig. dargestellten und in der Beschreibung konkret beschriebenen Einzelmerkmale und die Kombinationen von Merkmalen beschränkt ist und daß noch mannigfache Abwandlungen und Ergänzungen möglich sind, ohne von dem grundsätzlichen Erfindungssgedanken abzuweichen.

Claims

Mehrlagiges, insbesondere selbsttragendes Formteil (1) mit mindestens einer, Wabenkammern (2) aufweisenden Wabenschicht (3) und mit mindestens einer Lage (8, 9), die auf mindestens einer Wabenöffnungen (4, 5) aufweisenden Seite (6, 7) der Wabenschicht (3) angeordnet ist und die vor einem mit Wärme und Druck erfolgenden thermoplastischen Verbinden mit den Wabenkammern (2) ein nur einseitig vernadelter, Kunststoffasern enthaltender Vlieswerkstoff nach Art eines Wirrvlieses (10) ist.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Wabenschicht (3) aus einem Papierwerkstoff besteht.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wabenschicht (3) beidseitig offene Wabenkammern (2) aufweist.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wabenkammern (2) partiell vorgesehen sind.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vlieswerkstoff Fasern (10') aus Polypropylen/Polyethylen (PP/PE) enthält.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vlieswerkstoff neben thermoplastischen Kunststoffasern zusätzlich Naturfasern enthält.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besondere Bereiche keine Wabenstruktur aufweisen und besonders stark verdichtet bzw. derart zusammengepreßt sind, daß nur eine einzige, aus mehreren Lagen bestehende Kompaktschicht (20) existiert.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsbereich zwischen der Wabenstruktur und der Kompaktschicht (20) ein Rahmen aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Werkstoff/Kunststoff und/oder aus einem Werkstoff mit Kunststoffanteilen einschließlich Naturfasern angeordnet ist.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung als Dachhimmel (1') mindestens die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Lage (8, 9) aus dem Vlieswerkstoff besteht.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vernadelte Seite (11) so gering wie möglich vernadelt ist.
Formteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Nadelung mit nicht mehr als 60 Stichen pro Quadratzentimeter und vorzugsweise mit weniger als 60 Stichen pro Quadratzentrimeter.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bereiche (17) mit Wabenkammern (2) extremer Höhe und/oder extremer Festigkeit und im Falle eines Dachhimmels (1') im Kopfbereich des Fahrzeugbenutzers angeordnet sind.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vlieswerkstoff mit seiner watteartigen Seite (13) nach der Warmumformung und Verfestigung beim fertigen Produkt mindestens teilweise in den Wabenkammern (2) angeordnet ist.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle stark verformten und verdichteten Teile frei von Wabenkammern sind.
Formteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verarbeitung bei ca. 200 Grad Celsius.
Verfahren zum Herstellen eines plattenförmigen, insbesondere selbsttragenden Formteiles (1) , das eine Wabenschicht (3) mit auf mindestens einer Seite (6, 7) offenen Wabenkammern (2) sowie mindestens eine thermoplastischen Kunststoff enthaltende Lage ( ) und ggf. weitere Schichten umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß als den thermoplastischen Kunststoff enthaltende Lage (8, 9) ein Vlieswerkstoff nach Art eines Wirrvlieses (10) verwendet wird, eine Seite (11) des Wirrvlieses (10) vernadelt wird daß die andere Seite (13) des Wirrvlieses (10) unvernadelt bleibt, daß das Wirrvlies (10) mit seiner unvernadelten Seite (13) mindestens einer Seite (6, 7) des dort offene Wabenkammern (2) aufweisenden, plattenförmigen Wabenrohlings (3') zugeordnet wird und daß der Wabenrohling (3') und das einseitig vernadelte Wirrvlies (10) mit Wärme und Druck thermoplastisch miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die Verwendung von Wabenrohlingen (3') mit Wabenkammern (10) unterschiedlicher Wabenhöhe H.
Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die Verwendung des selbsttragenden Formteiles (1) als Kraftfahrzeug-Innenraum-Dachhimmel (1').