DE102004032833A1 - Mehrlagiges Formteil und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein mehrlagiges, insbesondere selbsttragendes Formteil (1) mit mindestens einer Wabenkammern (2) aufweisenden Wabenschicht (3) und mit mindestens einer Abdecklage (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) mattenartig mindestens ein Vlieswerkstoff nach Art eines Wirrvlieses (10) ist, das mindestens Fasern (11, 12) aus thermoplastischem Kunststoff umfaßt. DOLLAR A Der Kern der Erfindung besteht darin, daß die Abdecklage (8, 9) mindestens zwei Schichten (13, 14) umfaßt, wobei die eine oder erste, beim Herstellungsprozeß den Wabenöffnungen (4, 5) zugewandte und diese ausfüllende Schicht (13) kurze Fasern (11) und die zweite, auf der den Wabenöffnungen (3) abgewandten Seite der Schicht (13) zugeordnete Schicht (14) wesentlich längere Fasern (12) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein mehrlagiges, insbesondere selbsttragendes Formteil mit mindestens einer Wabenkammern aufweisenden Waben- bzw. Kernschicht und mit weiteren Merkmalen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Das Formteil kann auch gegebenenfalls teilweise plattenförmig sowie dreidimensional herstellbar sein.
  • Ferner betrifft die Erfindung Verfahrensmerkmale zur Herstellung eines derartigen Formteiles.
  • Formteile der genannten Art sind in der Praxis und auch in der Literatur in vielfältiger Weise bekannt. Dies gilt auch für solche sandwichartig aufgebauten Formteile, deren als Kernschicht dienende Wabenschicht zum Beispiel aus Papierwerkstoff besteht und deren unmittelbare Abdecklage wenigstens auf einer Wabenöffnungen aufweisenden Seite vor dem thermoplastische Verbinden mit Wärme und Druck eine thermoplastische Kunststoffasern enthaltende matten- oder vliesartige Lage umfaßt. Die Außen- oder Abdecklagen, auf denen sich beim fertigen Produkt weitere Lagen wie zum Beispiel eine Dekorschicht oder mindestens eine Schaumstoff enthaltende Lage als Polsterschicht befinden können, werden aus mattenartigem Vlieswerkstoff mit Hilfe von Wärme und Druck hergestellt, wobei der thermoplastische Vlieswerkstoff mindestens teilweise schmilzt und eine innige Verbindung mit den offenen Rändern und den Randbereichen der Wabenkammern eingehen soll. In der Praxis ist dieser Vorgang allerdings diffizil und führt in der Regel nicht zu einer sicheren und zuverlässigen Verbindung der Wabenschicht mit der die Wabenkammeröffnungen abdeckenden Lage. In der Regel lassen sich die Abdecklagen sogar leicht von Hand abziehen mit der Folge, daß derartige, selbsttragende Formteile zum Beispiel zur Verwendung in Kraftfahrzeugen unbrauchbar sind.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzusehen, mit deren Hilfe zuverlässig sichergestellt werden kann, daß sich die Abdecklage weder bei Benutzung noch durch Alterung von alleine und auch nicht bei Aufwendung relativ großer Kräfte von der die Wabenöffnungen aufweisenden Seite der Wabenschicht löst oder abziehen läßt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruch 1 vor, daß die Abdecklage aus mindestens zwei Schichten besteht, wobei die eine oder erste, den Wabenöffnungen zugewandte und diese beim Herstellungsprozeß ausfüllende Schicht kurze Fasern und die andere oder zweite, den Wabenöffnungen abgewandte Schicht wesentlich längere Fasern umfaßt.
  • Die Verwendung unterschiedlich langer Fasern führt dazu, daß die Abdecklage insgesamt sehr viel tiefer und großflächiger in die Wabenkammern beim Verbinden unter Druck und Wärme eindringt und dadurch eine sehr viel innigere Verbindung und eine vor allem auch großflächigere Kontaktfläche zwischen dem Werkstoff der Wabenkammern und dem Werkstoff der Abdecklagen erzielt wird. Die Verbindungsstellen von Wabenschicht und Abdecklage sind nicht nur linienförmig, wie dies bisher in der Praxis und im Gegensatz zu dem druckschriftlichen Stand der Technik erreichbar war. Die Verbindungsstellen sind flächige Gebilde und daher auch in der Lage, auftretende Kräfte sehr viel besser zu übertragen.
  • Ein derart hergestelltes, selbsttragendes Formteil ist im Ergebnis daher nicht nur deutlich formstabiler als bekannte, derartige Teile, sondern in der Lage, größere statische und dynamische Kräfte aufzunehmen, ohne daß es zu einer Beschädigung käme.
    •
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher beschrieben. Dabei zeigen:
  • 1: nicht maßstabsgerecht sowie schematisch und abgeschnitten einen Schnitt durch ein Teilstück mit sandwichartig angeordnete Lagen und Schichten zur Bildung eines Rohlings für ein eine Wabenschicht als Kernschicht aufweisendes Formteil vor dem Verpressen und Verbinden der Lagen und Schichten unter Verwendung von Wärme und Druck und
  • 2: im Schnitt ein abgeschnittenes Teilstück entsprechend der Darstellung in 1 nach dem Verpressen unter Verwendung von Wärme und Druck sowie ebenfalls nicht maßstabsgerecht.
  • Ein abgeschnittenes Teilstück 1' eines mehrlagigen, insbesondere selbsttragenden Formteiles 1 umfaßt gemäß Ausführungsbeispiel mindestens eine, Wabenkammern 2 aufweisende und als Kernschicht sowie gewissermaßen als Armierung dienende Wabenschicht 3. Gemäß der Darstellung in den Figuren weist die Wabenschicht 3 Wabenöffnungen 4 und 5 auf ihren beiden Seiten 6, 7 auf. Entsprechend sind Abdecklagen 8, 9 auf beiden Seiten 6, 7 der Wabenschicht 3 angeordnet. Für den mit Wärme und Druck erfolgenden grundsätzlich bekannten Herstellungsprozeß bestehen die zusammen mit der Wabenschicht 3 sandwichartig aufeinander gelegten Abdecklagen 8, 9 aus einem Vlieswerkstoff nach Art eines Wirrvlieses 10, das ferner Fasern 11, 12 aus thermoplastischem Kunststoff umfaßt.
  • Die Abdecklagen 8, 9 bestehen gemäß Ausführungsbeispiel jeweils aus mindestens zwei Schichten 13 bzw. 14. Die eine oder erste, beim Herstellungsprozeß den Wabenöffnungen 4, 5 zugewandte und diese beim fertigen Produkt ausfüllende Schicht 13 weist kurze Fasern 12 und die zweite, auf der den Wabenöffnungen 3 abgewandten Seite der ersten Schicht 13 angeordnete Schicht 14 weist wesentlich längere Fasern 12 auf.
  • Die erste Schicht 13 und die zweite Schicht 14 können für den Herstellungsvorgang sowie zur Bildung des sandwichartigen Aufbaues entweder getrennt aufeinander gelegt werden oder sie sind bereits vorher miteinander verbunden worden. Dies kann auch während des Herstellungsprozesses der matten- bzw. der vliesartigen Abdecklagen geschehen. Zweckmäßigerweise werden die beiden Schichten 13 und 14 in geringstmöglicher Weise miteinander vernadelt oder thermisch bzw. in sonstiger Form leicht miteinander verbunden.
  • Bei dem eigentlichen Herstellungsprozeß wird die Schicht 13 mit den kurzen Fasern 11 zumindest teilweise kalotten- bzw. tropfenartig in die Wabenkammern 15 verlagert, wobei die kurzen Fasern 11 im Gegensatz zu der Darstellung in 2 nach dem Schmelzen und dem Erstarren durch anschließende Abkühlung eine feste Masse bilden und eine innige Verbindung mit den freien Rändern 16 und den wabenkammerseitig angrenzende Randbereichen 17 herstellen.
  • Wichtig ist, daß die den Vlieswerkstoff bildenden Fasern 11 bzw. 11' – worauf auch noch später hingewiesen wird – entsprechend seiner ursprünglich watteartigen Seite nach der Warmumformung und der Verfestigung durch Abkühlung beim fertigen Produkt wenigstens teilweise in den Wabenkammern 2 angeordnet ist.
  • Auch existiert beim fertigen Produkt keine klare Trenn- und Verbindungsebene 18 mehr zwischen den beiden Schichten 13 und 14 mit den ursprünglich kurzen bzw. langen Fasern 11, 1' beziehungsweise 12, 12'. Ferner ist die in 2 dargestellte Lage der Trenn- und Verbindungsebene 18 nur hypothetisch beziehungsweise theoretisch vorhanden und zur grundsätzlichen Verdeutlichung des Sachverhaltes strichpunktiert dargestellt.
  • Wesentlich ist aber, daß die Schicht 14/Schichten 14 aufgrund der langen Fasern 12, 12' verstärkt einen brückenartigen Effekt über den Wabenöffnungen 4, 5 bewirken.
  • Auf beiden oder auch nur auf einer Seite der Abdecklagen 8, 9 befinden sich beim fertigen Produkt gegebenenfalls weitere Lagen 19, 20, die hier jedoch nicht interessieren und auch aus diesem Grund nicht näher beschrieben sind.
  • Die kurzen Fasern 11 weisen eine Länge in der Größenordnung von etwa bzw. zwischen 4 mm und 20 mm und die langen Fasern 12 weisen eine Länge in der Größenordnung von etwa bzw. zwischen 20 mm und 60 mm auf. Dies gilt für Wabenöffnungen 3 mit einer lichten Querschnittsweite in der Größenordnung von 5 mm bis 20 mm.
  • Die kurzen Fasern 11 besitzen vorzugsweise eine Länge von etwa 5 mm und die langen Fasern 12 besitzen eine Länge von etwa 40 mm, sofern z.B. zur Verwendung in Kraftfahrzeugen die Wabenöffnungen 3 eine lichte Querschnittsweite in der Größenordnung von etwa 5 bzw. 6 mm und die Kammerwände 21 eine Wandhöhe von etwa 6 oder 7 mm besitzen.
  • Es versteht sich, daß die Faserlänge bei anderen Wabenabmessungen in einer anderen, gegebenenfalls durch Versuch zu ermittelnden, optimalen Größenordnung liegen.
  • Die beiden Schichten 13 und 14 enthalten zweckmäßigerweise neben thermoplastischen Kunststoffasern mit definiertem Schmelzpunkt auch andere, als Armierung dienende und bei dem definierten Schmelzpunkt noch nicht schmelzende bzw. bei höherer Temperatur schmelzende Fasern 11' und 12. Vorzugsweise können auch Naturfasern und/oder andere Fasern' 11' und 12' wie zum Beispiel Glasfasern verwendet werden.
  • Es liegt schließlich auf der Hand, daß diese, als Armierung dienenden Fasern 11' und 12' dieselbe Länge besitzen wie die in den einzelnen Schichten 13 und 14 zugleich als Schmelzkleber dienenden Fasern 11 bzw. 12.
  • Die Wabenschicht 3 besteht vorzugsweise aus einem Papierwerkstoff. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Werkstoff beschränkt.
  • Gemäß Ausführungsbeispiel weist die Wabenschicht 3 beidseitig offene Wabenkammern 2 auf. Auch dies ist nicht zwingend notwendig.
  • Die den mattenartigen und zweckmäßigerweise im Bereich der Schicht 13 gegebenenfalls sogar einen watteartigen Vlieswerkstoff bildenden Fasern 11, 12 bestehen zweckmäßigerweise aus Polypropylen bzw. aus Polyethylen (PP/PE).
  • Die Verarbeitung der verschiedenen Lagen und Schichten zur Bildung eines fertigen Produktes bzw. Formteiles 1 erfolgt zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von ca. 200 Grad.
  • Alle stark verformten oder verdichteten Bereiche des Formteiles 1 können grundsätzlich auch frei von Wabenkammern 2 sein.
  • Die Herstellung des Formteiles 1 aus einem sandwichartig aufgebauten, dreidimensional verformbaren Sandwich-Rohling bzw. Teilstück 1' erfolgt mit Hilfe von Wärme und Druck, wobei dies grundsätzlich für Gegenstände dieser Art bekannt ist. Das Herstellungsverfahren zeichnet sich aus durch die Verwendung von mindestens zwei Schichten 13 bzw. 14 zur Bildung einer Abdecklage 8 bzw. 9, die auf einer oder auf beiden Seiten der offene Wabenkammern 2 aufweisenden Wabenschicht 3 vorgesehen sind. Dabei weist die eine oder erste, den Wabenöffnungen 4 zugewandte Schicht 13 kurze Fasern 11 und die zweite, den Wabenöffnung 4 abgewandte Schicht 14 wesentlich längere Fasern 12 auf.
  • Das Verhältnis der Anteile von unterschiedlichen Fasern 11 bzw. 11' und 12 bzw. 12' in den beiden Schichten 13 bzw. 14 ist vorzugsweise wie folgt:
    Der Anteil der zugleich als Schmelzkleber dienenden kurzen Fasern 11 und den Fasern 11' in der mindestens teilweise in die Wabenkammern 2 eindringenden Schicht 13 beträgt 30 % Polypropylen und 70 % zum Beispiel kurze Naturtasern 11'.
  • Der Anteil an langen, als Schmelzkleber dienenden Fasern (12) in der der Wabenschicht 3 abgewandten Schicht 14 beträgt vorzugsweise 50 % Polypropylen ebenso wie 50 % zum Beispiel Naturtasern 12'.
  • Die Erfindung ist nicht auf das in den Fig. konkret dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind noch mannigfache Abwandlungen und Ergänzungen im Rahmen des Erfindungsgedankens möglich.

Claims (16)

  1. Mehrlagiges, insbesondere selbsttragendes Formteil (1) mit mindestens einer, Wabenkammern (2) aufweisenden Wabenschicht (3) und mit mindestens einer Abdecklage (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) mattenartig mindestens ein Vlieswerkstoff nach Art eines Wirrvlieses (10) ist, das mindestens Fasern (11, 12) aus thermoplastischem Kunststoff umfaßt dadurch gekennzeichnet, daß die Abdecklage (8 9) mindestens zwei Schichten (13, 14) umfaßt, wobei die eine oder erste, beim Herstellungsprozeß den Wabenöffnungen (4, 5) zugewandte und diese ausfüllende Schicht (13) kurze Fasern (11) und die zweite, auf der den Wabenöffnungen (3) abgewandten Seite der Schicht (13) zugeordnete Schicht (14) wesentlich längere Fasern (12) aufweist.
  2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die kurzen Fasern (11) eine Länge in der Größenordnung von etwa bzw. zwischen 4 mm und 20 mm und die langen Fasern (12) eine Länge in der Größenordnung von etwa bzw. zwischen 20 mm und 60 mm aufweisen und daß die Wabenöffnungen (3) einen lichte Querschnittsweite in der Größenordnung von 5 mm bis 20 mm aufweisen.
  3. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Fasern (11) eine Länge von etwa 5mm und die langen Fasern (12) eine Länge von etwa 40 mm und die Kammerwände (21) der Wabenkammern (2) eine Wandhöhe von etwa 5 bzw. 6 mm aufweisen.
  4. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine und/oder beide Schichten (13, 14) jeweils zusätzlich nicht thermoplastische und/oder thermoplastische Fasern (11', 12') mit jeweils anderem Schmelzpunkt und mit einer Länge in derselben Größenordnung wie die Fasern (11, 12) aufweisen, die zur Bildung und zum thermoplastischen Verbinden der Schichten (13, 14) sowie mit der Wabenschicht (3) vorgesehen sind.
  5. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wabenschicht (3) aus einem Papierwerkstoff besteht.
  6. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenschicht (3) beidseitig offene Wabenkammern (2) aufweist und daß beidseitig Schichten (13, 14) mit kurzen und langen Fasern (11, 12) und mit oder ohne sonstigen Fasern (11', 12') vorgesehen sind.
  7. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vlieswerkstoff Fasern (11, 12) aus Polypropylen/Polyethylen (PP/PE) enthält.
  8. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vlieswerkstoff neben den Fasern (11, 12) aus thermoplastischen Kunststoff zusätzlich Fasern (11, 12') wie Naturfasern und/oder sonstige als Armierung dienende Fasern (11', 12') aufweist.
  9. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Abdecklage (8, 9) bildenden Schichten (13, 14) jeweils einzeln und/oder gemeinsam thermisch fixiert sind.
  10. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden eine Abdecklage (8, 9) bildenden Schichten (13, 14) miteinander leicht vernadelt sind.
  11. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die den Vlieswerkstoff bildenden Fasern (11, 11') entsprechend seiner ursprünglich watteartigen Seite nach der Warmumformung und Verfestigung durch Abkühlung beim fertigen Produkt wenigstens teilweise in den Wabenkammern (2) angeordnet sind.
  12. Formteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch eine Verarbeitung bei ca. 200 Grad Celsius.
  13. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle stark verformten und verdichteten Bereiche des Formteiles (1) frei von Wabenkammern (2) sind.
  14. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der zugleich als Schmelzkleber dienenden kurzen Fasern (11) in der mindestens teilweise in die Wabenkammern (2) eindringenden Schicht (13) 30 % Polypropylen und 70 % kurze Fasern (11') als Armierung dienende Fasern beträgt
  15. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an langen, als Schmelzkleber dienende Fasern (12) in der der Wabenschicht (3) abgewandten Schicht (14) 50 % Polypropylen und 50 % als Füllstoff und Armierung dienenden Fasern (12') beträgt.
  16. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen, insbesondere selbsttragenden, dreidimensional verformbaren sowie gegebenenfalls plattenförmigen Formteiles (1), das mindestens eine Wabenkammern (2) aufweisende Wabenschicht (3) und mindestens eine Abdecklage (8, 9) aufweist, 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 (3) ein Vlieswerkstoff mit mindestens thermoplastischen Kunststoff aufweisenden Fasern (11, 12) nach Art eines Wirrvlieses ist und ggf. weitere Schichten/Lagen (19, 20 umfaßt, gekennzeichnet durch die Verwendung von mindestens zwei Schichten (13, 14) zur Bildung einer Abdecklage (8, 9) wobei die eine oder erste, den Wabenöffnungen (4) zugewandte Schicht (13) kurze Fasern (11) und die zweite, den Wabenöffnungen (4) abgewandte Schicht (14) wesentlich längere Fasern (12) aufweist.
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