DE102004053751A1

DE102004053751A1 - Akustik-Verkleidungsteil für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102004053751A1
Application number: DE200410053751
Authority: DE
Inventors: Klaus Pfaffelhuber; Arno Orth; Egon Moos; Frank Uhl; Ludwig Huber
Original assignee: Seeber AG and Co KG
Current assignee: Roechling Automotive SE and Co KG
Priority date: 2004-11-06
Filing date: 2004-11-06
Publication date: 2006-05-11
Also published as: WO2006048304A3; EP1812264B1; EP1812264B2; WO2006048304A2; US20080067002A1; US20100019416A1; EP1812264A2; US7757809B2

Abstract

Ein Verkleidungsteil für ein Fahrzeug, insbesondere eine Unterbodenverkleidung, besitzt eine poröse Mittelschicht und mindestens eine Deckschicht auf jeder Seite, wobei die poröse Mittelschicht derart aufgebaut ist, dass sie akustische Transparenz oder akustisch absorbierende Wirksamkeit besitzt. Dabei kann die akustisch absorbierende poröse Mittelschicht ein- oder beidseitig mit einer oder mehreren akustisch transparenten bzw. absorbierenden Deckschichten belegt sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verkleidungsteil für ein Fahrzeug und insbesondere ein Motorraum- oder Unterboden-Verkleidungsteil für ein Kraftfahrzeug, wovon im folgenden beispielhaft ausgegangen werden soll.
Es ist bekannt, Unterbodenverkleidungen bzw. Motorraumverkleidungen in einem Pressverfahren mit hohen Werkzeuginnendrücken aus glasfaserverstärkten Kunststoffen zu pressen. Die Glasfaserverstärkung besteht üblicherweise aus gewobenen Matten oder aus Vliesmatten, aber auch aus losen, aber möglichst unorientierten Glasfasern, welche in eine Kunststoffmatrix aus überwiegend Polypropylen eingebracht sind. Die Halbzeuge, die hierfür zur Verfügung stehen, sind in der Regel Platten aus einem glasfaserverstärkten Thermoplast (GMT) oder Stäbchengranulate (LFT: Long Fiber Thermoplast). Die Stäbchengranulate bestehen aus einem Glasfaser-Filamentbündel von ca. 20 mm Länge, welches von einem Polypropylen-Mantel umschlossen ist. Vor dem Verpressen werden die Platten in einem Wärmeofen aufgeheizt bzw. die LFT-Granulate in einer Plastifiziereinheit aufgeschmolzen, um danach in das offenen Werkzeug der Presse gelegt zu werden.
Mittlerweile ist es auch üblich, die Glasfaser in einem Direkteinzugsverfahren zusammen mit Kunststoffgranulat in einer Plastifiziereinheit zu verarbeiten (D-LFT), ohne den Zwischenschritt über das LFT-Halbzeug gehen zu müssen. Bei erhöhten Temperaturanforderungen ist es auch üblich, als Kunststoffmatrix einen glasfaserverstärkten duroplastischen Werkstoff aus Polyesterharz zu verwenden, welcher in einem geheizten Werkzeug ausreagiert (SMC: Sheet Moulded Compound)
Die entstehenden Bauteile haben üblicherweise eine Dicke von ca. 1,5–2,5 mm und ein Flächengewicht von ca. 2 kg/m². Die derzeit maximal mögliche Bauteilgröße beträgt etwa 1,0 bis 1,5 m², bedingt durch die sehr hohen Preßdrücke von ca. 200–300 bar und die damit verbundenen hohen Maschinenkosten für Pressen mit einer Presskraft von mehr als 3000 t.
Neue Produktionsverfahren ermöglichen leichtere und großflächigere Bauteile mit wesentlich geringeren Pressdrücken herzustellen. Hierzu wird als Halbzeug eine Vliesmatte aus Glasfasern und Kunststofffasern wie bspw. Polypropylen oder Polyester erstellt und mit zwei Kunststoff-Deckfolien wie bspw. ebenfalls Polypropylen auf beiden Seiten abgedeckt (LWRT: Low Weight Reinforced Thermoplast). Die Kernschicht dieses Verbunds hat die Eigenschaft beim Erhitzen zu expandieren (loften). Mit diesem auf ca 10 mm Gesamtdicke gelofteten Material lässt sich durch geeignete Werkzeuggestaltung der Randbereich kompakt (voll konsolidiert) verpressen, während im restlichen Bereich die Struktur des Vlieskerns mit den Deckfolien beibehalten werden kann. Diese Struktur führt zu sehr eigensteifen Bauteilen mit vergleichsweise geringem Flächengewicht von unter 1,5 kg/m². Da in diesem Verfahren die Werkzeugkavität nicht durch eine fliesende Masse ausgeformt werden muss, ergeben sich we sentlich geringere Pressdrücke (ca. 10 bar) und es ist ohne weiteres möglich, mit Aufspannflächen von 4 m² und mehr zu pressen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass sich versteifende bzw. für zusätzlich Funktionalität benötigte Strukturen wie Stege, Naca-Öffnungen, Befestigungsdome etc. gar nicht oder nur in eingeschränktem Maße einbringen lassen. Neuere Entwicklungen auf dem Gebiet von LWRT besitzen als Kernschicht einen Schaumstoff und als Deckschicht ein glasfaserverstärktes PP-Vlies. Hierbei ist bei vergleichbarer Steifigkeit eine weitere Gewichtsreduktion möglich.
Weiterhin ist es bekannt, diese Motorraumabschirmungen und Unterbodenverkleidungen auf der dem Motor- bzw. der Abgasanlage zugewandten Seite mit Wärmeabschirmungen und Schallabsorbern zu versehen.
Schallabsorber bestehen in der Regel aus verhautetem PUR-Schaum oder verhautetem Polyestervlies, aber auch aus tiefgezogenen Kammerstrukturen oder mikroperforierten Folien und Platten. Üblicherweise werden derartige Schallabsorptions-Formteile nachträglich auf die Motorraumabschirmung geklebt, geklipst oder geschweißt. Es ist aber auch bekannt, eine komplette Geräuschkapsel, also Träger und Kästchenabsorber im Blasverfahren in einem Fertigungsschritt herzustellen. Hierbei besteht jedoch prozessbedingt eine erhebliche Einschränkung in der Werkstoffauswahl von Träger und Absorber und somit auch in den physikalischen Eigenschaften, insbesondere was die Glasfaserverstärkung dieses Bauteils und damit dessen Eigenschaften bzgl. Steifigkeit, Festigkeit und Schlagzähigkeit betrifft.
Wärmeabschirmungen bestehen aus vorgeformtem Aluminium, welches aufgeklipst oder über eine spezielle Verbindungsschicht aufgesiegelt wird. Auch das Ansiegeln und Verformen von siegelbarem Aluminium im Werkzeug ist bekannt.
Neuerdings ist auch die Kombination von Schallabsorption und Wärmeisolation in Form von Aluminium-Membranabsorbern und mikroperforierten Aluminiumfolien bekannt.
Weiterhin ist es bekannt, Radhausverkleidungen aus Vlies bzw. Kombinationen aus Vlies und Folien herzustellen. Vliesvarianten besitzen Vorteile bezüglich der Herstellkosten und des Bauteilgewichts verglichen mit spritzgegossenen Radhausverkleidungen. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass dieses Vlies akustisch günstig gegen Spritzwasser und Steinschlaggeräusche wirkt.
Neuerdings geht man dazu über, Vlies auch auf der Straßenseite der Unterbodenverkleidungen und Geräuschkapseln anzubringen. Dabei hat sich gezeigt, dass das Geräusch von Motor, Getriebe und Abgasanlage durch diese straßenseitige Kaschierung vermindert wird und zwar sogar dann, wenn der Unterboden schon komplett durch Geräuschkapseln geschlossen ist. Um das Potential voll nutzen zu können, sollte die Vliesdicke deutlich über den derzeit üblichen Vliesdicken von etwa 1 mm liegen.
Der hier beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verkleidungsteil für ein Fahrzeug insbesondere für die Unterboden-, Geräuschkapsel- oder Radhausverkleidung zu schaffen, bei dem die Eigenschaften der oben beschriebenen Systeme für Akustik und Wärmeisolation unter Beibehaltung der Steifigkeits-, Schlagzähigkeits- und E-Modul-Eigenschaften der glasfaserverstärkten Bauteile integriert ist.
Erfindungsgemäß wird die Trennung der Bauteilkomponenten glasfaserverstärkte Trägerplatte, Schallabsorber, Wärmeisolation, Vlieskaschierung etc. in ihrer funktionalen Anordnung und in deren sukzessiver Herstellung überwunden. Die Eigenschaften werden in einer einzigen Werkstoff- bzw. Schichtenanordnung kombiniert, wobei in einem einzigen Formgebungsprozeß die Herstellung einer Motorraumverkleidung, einer Unterbodenverkleidung, eines Radhauses oder anderer eigensteifer Bauteile aus einem derartigen Werkstoffverbund erfolgt. Dies hat deutliche Kostensenkung gegenüber den meisten bekannten mehrstufigen Herstellverfahren zur Folge. Schließlich ist im Hinblick auf die derzeitige Entwicklung, im Unterbodenbereich immer großflächigere Bauteile zu verwenden, ein Verfahren vorteilhaft, das auch diesbezüglich keiner Kompromisse bedarf und beispielsweise die Herstellung einer kompletten, geschlossenen Unterbodengruppe aus einer einzigen großen Platte ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Voraussetzungen zu Erstellung von Bauteilen, die sämtliche der oben genannten Eigenschaften besitzen, wobei sowohl die Herstellung vereinfacht und damit verbilligt wird, als auch die funktionellen Eigenschaften beibehalten oder sogar gesteigert werden können.
Grundidee der Erfindung ist es, eine poröse Kernschicht mit akustisch transparenten bzw. absorbierenden Deckschichten derart zu kombinieren, dass sich sowohl die mechanischen Eigenschaften der klassischen Trägerwerkstoffe als auch die akustischen Eigenschaften der klassischen Absorber ergeben. Der Träger wird somit selbst zum Absorber und trägt mit seiner Materialstärke zu der akustisch wirksamen Gesamtdicke des Bauteils bei. Aber auch die akustisch wirksame Fläche wird erhöht, da nun auch Bereiche akustisch wirksam werden, die aus Bauraumgründen bisher ohne zusätzlichen Absorber ausgestattet waren. Der zusätzlich und nachträglich aufgebrachte Absorber ist nicht mehr notwendig.
Das für die Verarbeitung von porösen Materialien notwendige Niederdruck-Pressverfahren führt dazu, dass sämtliche Materialkomponenten in einem Schritt verformt und verbunden werden können.
Der verfahrenstechnische Aspekt liegt insbesondere darin, dass durch den Niederdruckprozess bei der LWRT-Herstellung die akustisch und thermisch wirksamen Schichten zusammen mit dem LWRT-Kern in einem Ein-Stufen-Prozess umgeformt und verbunden werden.
Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:
Kein separates Vorformen und Stanzen des Trägers nötig;
Kein separates Vorformen und Stanzen von Absorber oder Hitzeschutz-Alu-Folie nötig;
Kein separates Verbinden von Absorber bzw. Hitzeschutz-Alu-Folie mit dem Träger nötig.
Ein mitverpresstes Vlies behält weitgehend seine Ursprungsdicke und damit seine akustische Leistungsfähigkeit bei.
Ein bauteiltechnischer Aspekt liegt insbesondere darin, dass durch geeignete Auswahl und Formgebung der Abdeckschichten der LWRT-Kernschicht (Glasfaser-PP-Kernschicht bzw. der porösen Schaumschicht) die Kernschicht als akustisch wirksames Luftvolumen mit genutzt wird und damit die akustisch wirksame Gesamtdicke des Bauteils nochmals um die Kernschichtdicke wächst.
Offenporige, poröse Materialien wie Schäume und Vliese sind akustisch absorbierend, wenn deren Strömungswiderstand ge wisse Parameter einnimmt. Bei Vliesen erfolgt die Einstellung dieses Strömungswiderstandes üblicherweise durch geeignete Verdichtung der Fasern. Auch das PP-Glasfasergemisch eines LWRT-Kernes lässt sich geeignet verpressen und ermöglicht somit diese akustische Einstellbarkeit, wobei die versteifenden Eigenschaften der gebundenen Glasfaserstruktur erhalten bleiben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Abdeckschichten der porösen Glasfaser-PP-Kernschicht bzw. der porösen Schaumschicht eine akustische Transparenz bzw. sogar eigene absorptive Wirksamkeit besitzen. Weiterhin kann die Kernschicht durch geeignete Dimensionierung der Fasern und der Faserdichte bzw. der Schaumstruktur in dessen akustischer Wirksamkeit eingestellt und verbessert werden wobei der Strömungswiderstand der Kernschicht die entscheidende Rolle für die akustische Abstimmung dieser Schicht spielt. Die Dimensionierung des längenbezogenen Strömungswiderstandes bei gegebenen Schichtdicken und geforderter unterer Grenzfrequenz ist in "Technischer Lärmschutz" von Werner Schirmer (VDI Verlag ISBN 3-540-62128-8) beschrieben. Darin ist empfohlen, dass die optimale Anpassung erfolgt bei Ξ_optd = 800 bis 2400 Ns/m³. Dies ist jedoch nicht zwingend für eine gute akustische Auslegung des Gesamtsystems, da auch über eine gute Auslegung der Deckschichten die Gesamtakustik maßgebend beeinflusst werden kann.
Ein offenporiger poröser Absorber hat bei optimal eingestelltem Strömungswiderstand (Ξ_optd = 800 bis 2400 Ns/m³) mit wachsender Frequenz einen nahezu geradlinigen Anstieg der Schallabsorption von 0 auf 100 um auf dann bei weiterer Frequenzsteigerung oszillierend auf einem Niveau nahe 100 zu verharren. Der Zusammenhang zwischen der Dicke d des porösen Absorbers und der ersten Frequenz des 100 Ma ximums ist näherungsweise gegeben durch den Zusammenhang f = c·N/(4·d); N = 1,3,5 (c: Ausbreitungsgeschwindigkeit in Luft). Dies folgt aus der Tatsache, dass eine poröser Absorber Absorptionsmaxima besitzt, wo eine Schwingung mit einer 1/4-, einer 3/4-, einer 5/4–Wellenlänge usw. in den Absorber passt oder anders ausgedrückt, wo die Schallschnelle an der Absorberoberfläche einen Schwingungsbauch besitzt.
Jedoch auch geschlossenporige Schäume zeigen akustische Absorptionseigenschaften, wenn die Poren eine gewisse Größe erreichen und die Zellwände elastisch sind. In diesem Fall verhält sich der Kern akustisch als Hintereinanderschaltung von kleinen Membranen. Auch lässt sich geschlossenzelliger Schaum durch Nadeln anperforieren bzw. durchperforieren, was zu einer weiteren Steigerung der Schallabsorptionseigenschaft beiträgt. Sinnvolle Materialstärken für die Kernschicht liegen zwischen 1 mm und 20 mm und insbesondere zwischen 1,5 mm und 10 mm, unabhängig davon, ob als Kernschicht ein Vlies oder ein Schaumstoff verwendet wird.
Die akustische Transparenz der Deckschichten erreicht man einerseits durch Perforieren. Im Falle von Lochflächenverhältnissen > 30% erhält man weitgehende Transparenz. Bei Lochflächenverhältnissen unter 10% erhält die Folie eigene Dämpfungseigenschaften und somit Absorptionseigenschaften, wenn die Lochgrößen dabei zwischen 0,01 und 1 mm, bevorzugt zwischen 0,05 und 0,2 mm, liegen.
Verwendet man andererseits als Abdeckschicht ein Vlies so lässt sich über dessen längenbezogenen Strömungswiderstand ebenfalls die Transparenz bzw. absorptive Eigenschaft einstellen.
Schließlich lässt sich akustische Transparenz auch durch eine dünne Folie realisieren, wobei diese nicht starr in das Kerngerüst eingebunden sein darf. Ein Losungsweg ist, Schaumfolie zu verwenden, wie sie auch bei den gängigen Kammerabsorbern Verwendung findet oder andererseits durch Ausbildung von Kammern im Formgebungsprozess (über Vakuumtiefziehen oder Formblasen) nur partiell die Abdeckfolie an den Kern anzubinden. Im Fall der Schaumfolie können handelsübliche PP-Schäume eingesetzt werden, wie bspw. das Al-veolen NPFRG 2905,5 von Alveo oder das Procell-P 150-2,5 SF40 von Polymer-Tec, im Falle der Kompaktfolien eignen sich gängige Folien von 0,1–0,8 mm, wenn durch Kammerbildung der Verbund zum Kern unterbrochen ist oder Folien < 100 μm, wenn sich die Folie in direktem Verbund mit dem Kernmaterial befindet. Im Falle der Abdeckung mit Folien oder Schäumen ergibt sich ein Resonanzabsorber dessen Resonanzfrequenz sich aus der gedämpften Luftsteifigkeit und der Masse der Abdeckschicht näherungsweise errechnet mit fres = 1/2PI·(Flächensteifigkeit/Flächenmasse)^½ mit Flächensteifigkeit = rho·c²/d (mit rho = Luftdichte; c = Schallgeschwindigkeit; d = Dicke der Schicht). Auch hier sieht man, dass die Dicke der Luftschicht entscheidend für die untere Grenzfrequenz ist.
Die Materialstärke der Abdeckschichten sollte bei Kompakt-Folien zwischen 20 μm und 500 μm und insbesondere zwischen 20 μm und 100 μm, bei Schaumfolien zwischen 1 mm und 8 mm und insbesondere zwischen 2 mm und 6 mm, und bei Vliesen zwischen 0,5 mm und 5 mm und insbesondere zwischen 1 mm und 3 mm liegen.
Die Herstellung eines Bauteils erfolgt vorzugsweise dadurch, dass das Halbzeug, welches aus einer oder mehreren Schichten von Folien, Schäumen und Vliesen besteht, in einer Kontakt- oder Strahlerheizung aufgeheizt wird und danach in einem abkühlenden Werkzeug verpresst wird. Schich ten, die dem Aufheizprozess nicht unterworfen werden sollen, wie beispielsweise die Abdeckvliese oder die Alufolie bei Strahlerheizung, werden direkt in das Werkzeug gebracht und zusammen mit dem aufgeheizten Kernmaterial verpresst. Auch ist es denkbar, sämtliche Schichten separat zuzuführen und geeignet vorgeheizt erst im Werkzeug zu verbinden. Somit spart man sich die Erstellung eines Halbzeugs, was wiederum eine Kostenersparnis zur Folge hat.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird beispielsweise ein LWRT-Halbzeug, das aus einem versteifenden Glasfaser-PP-Kernvlies besteht und mit zwei stabilisierenden Folien abgedeckt ist, so modifiziert, dass einerseits das Glasfaser-PP-Kernvlies in seiner Struktur akustisches Potential entfaltet, andererseits auch die Deckschichten Funktionalität erhalten, die über die reine Abdeck- und Versteifungsfunktion hinausgehen.
Bei einer derartigen Unterbodenverkleidung aus einer porösen Mittelschicht und mindestens einer Deckschicht auf jeder Seite kann die Abdeckfolie beispielsweise überall oder in Teilbereichen membranartig schwingfähig sein, wobei die membranartige Schwingfähigkeit der Abdeckfolie durch Materialauswahl einer besonders biegeweichen Folie erzielt werden kann. Kunststofffolien aus PP, PET, PA, PU usw. mit einer Dicke < 100 μm sind in diesem Sinne grundsätzlich biegeweich, ohne dass besondere weichmachende Zusatzstoffe notwendig sind.
Bei einem eigenstabilen, akustisch absorbierenden Bauteil bzw. Formteil kann die membranartige Schwingfähigkeit dadurch erreicht werden, dass die Anbindung an das Kernmaterial in Teilflächen unterbrochen ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Folie bzw. Schaumfolie vor dem Zusammenfahren der Werkzeughälften mit Vakuum in Kam merkavitäten des Werkzeugs gezogen wird bzw. durch Vakuum oder Druckluft nach dem Zusammenfahren wieder von der Kernschicht weggedrückt wird.
Bei dem Verfahren zur Herstellung einer eigenstabilen, akustisch absorbierenden Unterbodenverkleidung kann vorgesehen sein, dass die abdeckenden Schichten aus hochschmelzenden und niedrigschmelzenden Fasern bestehen und damit die Faserstruktur der hochschmelzenden Fasern trotz Aufheizen erhalten bleiben, während die niedrigschmelzenden Fasern als Bindefasern dienen. Alternativ können statt der Fasern auch Verbundfolien aus hoch- und niedrigschmelzenden Folien verwendet werden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung einer eigenstabilen, akustisch absorbierenden Unterbodenverkleidung kann vorgesehen sein, dass als abdeckende Schicht eine hochschmelzende Folie, z.B. eine Aluminiumfolie, mit kernmaterialseitiger niedrigschmelzender Thermoplastschicht oder Haftvermittlerschicht ins Werkzeug gebracht wird und zusammen mit dem aufgeheizten Kernmaterial verformt wird und dabei die Aktivierung der Klebeschicht erfolgt, was schließlich zu einem Verbund zwischen Kernmaterial und der hochschmelzenden Folie führt.
Statt Aluminium können auch hochmelzende Kunststofffolien aus PA, PET und PUR verwendet werden. Beispiele sind:
Polyamidfolie 20–50 μm, Polyesterfolie 20–50 μm, Polyurethanfolie 20–50 μm jeweils mit einer dünnen einseitigen oder beidseitigen Kleber- oder Thermoplastschicht beispielsweise aus Polypropylen, welche als niedrigschmelzende Verbindungsschicht dienen kann. Das Polypropylen schmilzt, während die eigentliche Abdeckfolie das Aufheizen oder Aufsiegeln ohne Schmelzen übersteht. Dies ist insbesondere vor teilhaft beim Einsatz von mikroperforierten Folien, da die Löcher beim Aufheizen erfahrungsgemäß ihre Größe verändern.
Generell gilt, dass die Abdeckschichten sowohl aus hoch- und niedrigschmelzenden Fasergemischen als auch aus hoch- und niedrigschmelzenden Folienkombinationen bestehen können, wobei bei den Folien die niedrigschmelzenden Schichten auch auf beiden Seiten angebracht sein können, wenn eine weitere äußere Schicht mit angepresst werden soll.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die abdeckenden Schichten nur in den Bereichen des Bauteils partiell aufgebracht werden, wo sie aus funktionellen Gründen benötigt werden. Das partielle Aufbringen der abdeckenden Schichten kann dabei dadurch erfolgen, dass die abdeckenden Schichten nur in Teilbereichen mit dem Kernmaterial verbunden werden. In einer möglichen Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass die abdeckende Folie durch partielles Erhitzen, partielles Ultraschallschweißen, partielles Hochfrequenzschweißen oder partielles Reibschweißen nur in Teilbereichen mit dem Kernmaterial verbunden wird. Alternativ ist es möglicht, dass die abdeckende Folie, die eine hochschmelzende Schicht und eine kernseitige niederschmelzende Schicht aufweist, auf eine Temperatur erwärmt wird, die nur die niederschmelzende Schicht zum Schmelzen bringt, und anschließend von der dem Kernmaterial abgewandten Seite an den Kern angedrückt und dadurch partiell an diesem angebunden wird. Die niederschmelzende Schicht kann sich dabei über die gesamte hochschmelzende Schicht erstrecken, es ist jedoch auch möglich, dass die kernseitige, niederschmelzende Schicht nur in Teilbereichen der hochschmelzenden Schicht angeordnet ist.
Bei der eigenstabilen, akustisch absorbierenden Unterbodenverkleidung kann das Kernmaterial aus PP-Schaumfolie oder aus PUR-Schaumstoff bestehen. PP-Schaum ist üblicherweise geschlossenzellig, könnte aber durch Perforieren oder Einbringen von Ausstanzungen derart modifiziert werden, dass ebenfalls eine vergleichbare Wirkung zu den Faserkernschichten entsteht. Die Perforationsparameter sollten ähnlich zu den mikroperforierten Deckschichten derart gewählt werden, dass der Lochdurchmesser bzw. die Schlitzweite zwischen 0,0 1mm und 1 mm, bevorzugt zwischen 0,05 mm und 0,2 mm, und das Verhältnis von Lochfläche zur Gesamtfläche im Bereich von 0,1% und 10%, bevorzugt zwischen 3% und 8% liegt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass auch bei einem nur oberflächlichen Einstechen, d.h. ohne Durchstoßen der Schicht, eine erhebliche akustische Wirksamkeit entsteht. Die Ausstanzungen und die dazwischenliegenden Stege sollten sich im Bereich von 5 bis 50 mm bewegen mit runder, quadratischer oder wabenförmiger Geometrie. Ein weiterer Vorteil ist eine Gewichtsverminderung.
In den beigefügten Abbildungen sind Ausbildungsformen der Erfindung beschrieben:
1a, 1b und 1c zeigt verschiedene derzeit im Einsatz befindliche Geräuschkapselsysteme aus einer Verkleidungsplatte aus bspw. GMT, D-LFT oder LWRT und zusätzlich aufgebrachten Schallabsorbern.
In 1a ist schematisch ein poröser Absorber (2) aus beispielsweise Polyestervlies oder Pur-Schaum, dargestellt, der mit einer dünnen PUR- oder Polyesterfolie (1a) gegen flüssige Medien abgedeckt ist und auf einen Träger (3) aus beispielsweise GMT aufgebracht ist.
In 1b ist schematisch ein poröser Absorber (2) aus beispielsweise Basaltsteinwolle, dargestellt, der mit einer mikroperforierten Aluminiumfolie (1b) gegen abgedeckt ist und auf einen Träger (3) aus beispielsweise SMC aufgebracht ist.
In 1c ist schematisch ein Kammerabsorber (10) aus PP-Schaum dargestellt, der auf einen Träger (3) aus beispielsweise LWRT aufgebracht ist.
Die 2a, 2b und 2c zeigen in Analogie zu 1 erfindungsgemäße Ausführungsformen, in welchen die Funktionalität der Akustik in den LWRT-Kern übertragen wurde.
In 2a ist ein akustisch wirksamer Glasfaser-PP-Kern (4) zwischen zwei Abdeckschichten (5a) und (5b) aus Folie eingeschlossen. Die Kernschicht mit einem Flächengewicht von 1200 g/m² hat eine Dicke von 5 mm und setzt sich zusammen aus 40 Gewichtsprozent Glasfaser mit 15–20 μm Faserdurchmesser und 60 Gewichtsprozent PP, welches aufgeschmolzen ist und die Glasfasern bindet. Die Folien besitzen mehr oder weniger ausgeprägte akustische Funktion je nach Biegeeigenschaften und Anbindung an den Glasfaser-PP-Kern (4)
In 2b ist der akustisch wirksame Glasfaser-PP-Kern (4) auf der oberen Seite mit einer 100 μm dicken mikroperforierten Folie beispielsweise aus Aluminium (5c) abgedeckt. Diese ist akustisch absorbierend eingestellt mit beispielsweise einem Lochduchmesser von 100 μm und einem Lochabstand von 500 μm. Der Werkstoff Aluminium erlaubt, dieses Verkleidungsteil auch in unmittelbarer Nähe des Abgasstrangs anzubringen und ermöglicht somit auch einen geschlossenen Unterboden.
In 2c ist der Gesamtaufbau aus den Abdeckfolien (5a) und (5b) und dem Glasfaser-PP-Kern (4) in eine Kammerstruktur (6) verformt. Die Kammerseitenflächen bilden ein Quadrat mit Seitenlängen von 10 bis 100 mm und die Höhe der Kam mer liegt im Bereich von 5 bis 30 mm, wobei das Verhältnis Seitenlänge zu Höhe etwa 1 bis 2 betragen sollte. Die Kammern erweitern die akustische Abstimmbarkeit des Bauteils über die Kammergeometrie (Resonatoreffekt) und ermöglichen darüber hinaus zusätzliche Ver- oder Entsteifung des Gesamtbauteils, je nach Geometrie und Anordnung der Kammern.
Weitere Ausbildungsformen der Erfindung sind in den 3a bis 3f dargestellt
In 3a ist der LWRT-Kern (4) mit einer Schaumfolie (5d) wie bspw. das Alveolen NPFRG 2905,5 von Alveo oder das Procell-P 150-2,5 SF40 von Polymer-Tec abgedeckt.
3b zeigt den gleichen Materialaufbau, wobei hier zusätzliche Kammern (6) in das Bauteil eingebracht sind.
In 3c ist die Unterseite des Bauteils mit einer Folie (5b) und einem 2 mm dicken akustisch wirksamen PP-Vlies (5e) mit einem Flächengewicht von 500 g/m² abgedeckt. Die Oberseite (5a) besitzt eine Abdeckung aus Aluminiumfolie (5c) für die Wärmeabschirmung gegen die Temperaturen des Abgasstrangs.
In 3d ist die Unterseite des Bauteils ebenfalls mit einer Folie (5b) und einem akustisch wirksamen Vlies (5e) abgedeckt. Die 0,05 mm dicke Aluminiumfolie (5c) der Oberseite ist mikroperforiert mit Lochdurchmesser 0,2 mm und Lochabstand von 1,5 mm, was die akustische Wirksamkeit des Bauteils nochmals deutlich steigert.
In 3e ist die Oberseite und die Unterseite des Bauteils mit einer mikroperforierten Folie (5f) abgedeckt.
In 3f ist die Oberseite und die Unterseite des Bauteils mit einer 0,05 mm dicken mikroperforierten Folie (5f) mit Lochdurchmesser 0,2 mm und Lochabstand von 1,5 mm abgedeckt und diese jeweils nochmals mit einem akustisch wirksamen Vlies (5g) bedeckt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Vliese hochfrequent wirken und die Kernschicht zusammen mit den mikroperforierten Abdeckungen mittel- und tieffrequent abgestimmt werden kann. Bei geeigneter oleo- und hydrophober Ausrüstung der Vliese bewirken diese dass bspw. Spritzwasser nicht in die Perforation und damit ins Kernmaterial eindringen kann.
Es sind natürlich noch weitere Ausführungsformen denkbar und sinnvoll, je nach Anforderungen an die akustische und thermische Funktion des Bauteils. Insbesondere ist es auch sinnvoll, einzelne Abdeckschichten bzw. deren Strukturierung in Kammern etc. nur partiell vorzunehmen.
4 zeigt das Herstellverfahren, wobei die Kernschicht (4) mit eventuellen Abdeckfolien (5a, 5b) in einer Strahlerheizung oder Kontaktheizung (7) aufgeheizt werden und dabei die Kernschicht zum Loften gebracht wird. Dieses geloftete Material wird anschließend mit weiteren nicht vorgeheizten Abdeckschichten (5c und 5d) in ein Presswerkzeug (8) gebracht und verpresst.
Letztendlich ist es anzustreben, möglichst großflächige Bauteile zu schaffen, da einerseits die Absorption mit der Fläche proportional zunimmt, andererseits durch diese Großflächigkeit der Verschlussgrad der Unterbodens zunimmt und damit zusätzlich der Schallaustritt verhindert wird. Beide Effekte führen zu einer überproportionalen Verbesserung des Außengeräuschs. Derartige Unterbodenverkleidungen sind mit dem beschriebenen Bauteilkonzept und dem einhergehenden Herstellverfahren wirtschaftlich herstellbar, womit sich neuartige Möglichkeiten in der akustischen und aerodynamischen Gestaltung von Fahrzeugen ergeben.

Claims

Verkleidungsteil für ein Fahrzeug, insbesondere Unterbodenverkleidung, aus einer porösen Mittelschicht und mindestens einer Deckschicht auf jeder Seite dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Mittelschicht derart aufgebaut ist, dass sie akustische Transparenz oder akustisch absorbierende Wirksamkeit besitzt.
Verkleidungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die akustisch absorbierende poröse Mittelschicht ein- oder beidseitig mit einer oder mehreren akustisch transparenten bzw. absorbierenden Deckschichten belegt ist.
Verkleidungsteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die akustisch transparenten bzw. absorbierenden Deckschichten aus Folie bestehen.
Verkleidungsteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten von Kompakt-Folien gebildet sind, deren Stärke zwischen 20 μm und 500 μm und insbesondere zwischen 20 μm und 100 μm liegt.
Verkleidungsteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten von Schaumfolien gebildet sind, deren Stärke zwischen 1 mm und 8 mm und insbesondere zwischen 2 mm und 6 mm liegt.
Verkleidungsteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die akustisch transparenten bzw. absorbierenden Deckschichten aus Abdeckvlies bestehen.
Verkleidungsteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Abdeckvliese zwischen 0,5 mm und 5 mm und insbesondere zwischen 1 mm und 3 mm liegt.
Verkleidungsteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckvlies oleophobe und hydrophobe Eigenschaft besitzt.
Verkleidungsteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckvlies steifigkeitsbildende Eigenschaft besitzt.
Verkleidungsteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die steifigkeitsbildende Eigenschaft über einen Glasfaseranteil erzielt wird.
Verkleidungsteil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckfolie mikroperforiert ist.
Verkleidungsteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroperforation der Abdeckfolie Lochdurchmesser bzw. Schlitzweiten (im Gegensatz zu Schlitzlängen) von 0,001 mm bis 1 mm, insbesondere von 0,05 bis 0,2 mm, sowie Lochanteile (Verhältnis der Loch- bzw. Schlitzfläche zu der Gesamtfläche) von 0,1 bis 10%, insbesondere von 3 bis 8% besitzt.
Verkleidungsteil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckfolie zumindest in Teilbereichen membranartig schwingfähig ist.
Verkleidungsteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die membranartige Schwingfähigkeit der Abdeckfolie durch Materialauswahl einer besonders biegeweichen Folie erzielt wird.
Verkleidungsteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die membranartige Schwingfähigkeit dadurch erreicht wird, dass die Anbindung der Abdeckfolie an das Material der Mittelschicht in Teilflächen unterbrochen ist.
Verkleidungsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil in seinen mechanischen, dynamischen und akustischen Eigenschaften durch partiell unterschiedlich dickes Verprägen bestimmt ist.
Verkleidungsteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das partiell unterschiedlich dicke Verprägen zu rechteckigen, insbesondere quadratischen Kammerstrukturen führt.
Verkleidungsteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das partiell unterschiedlich dicke Verprägen zu wabenförmigen Kammerstrukturen führt.
Verkleidungsteil nach Anspruche 16, dadurch gekennzeichnet, dass das partiell unterschiedlich dicke Verprägen zu steg- und röhrenförmigen Längs und Querstrukturen führt.
Verkleidungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelschicht aus einem Glasfaser-Kunststoff-Vlies oder aus einem Schaumstoff besteht.
Verkleidungsteil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmatrix des Vlieses aus Polypropylen besteht.
Verkleidungsteil nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmatrix des Vlieses aus Polypropylenfasern besteht.
Verkleidungsteil nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelschicht eine Stärke von 1 mm bis 20 mm und insbesondere von 1,5 mm bis 10 mm aufweist.
Verkleidungsteil nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelschicht von einem geschlossenzelligen Schaum gebildet ist, der durch Perforieren zumindest teilweise geöffnet ist.
Verkleidungsteil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforation Lochdurchmesser bzw. Schlitzweiten (im Gegensatz zu Schlitzlängen) von 0,001 mm bis 1 mm, insbesondere von 0,05 bis 0,2 mm, sowie Lochanteile (Verhältnis der Loch- bzw. Schlitzfläche zu der Gesamtfläche) von 0,1 bis 10%, insbesondere von 3 bis 8% besitzt.
Verfahren zur Herstellung eines eigenstabilen, akustisch absorbierenden Verkleidungsteils für ein Fahrzeug, insbesondere eine Unterbodenverkleidung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vlies aus einer hochschmelzenden oder nichtschmelzenden Verstärkungsfaser und einem niedrigschmelzenden Kunststoff oder eine Schaumstoffplatte erhitzt und das Vlies oder die Schaumstoffplatte (Kernmaterial) in einem gleichzeitigen oder anschließenden Formgebungsprozess zusammen mit weiteren abdeckenden Schichten hinsichtlich der Bauteildicke und der Oberflächenkontur verformt und verprägt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die abdeckenden Schichten zusammen mit dem Kernmaterial aufgeheizt werden und anschließend verformt werden.
Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die abdeckenden Schichten ebenfalls aus hochschmelzenden und niedrigschmelzenden Fasern bestehen und damit die Faserstruktur der hochschmelzenden Fasern trotz Aufheizen erhalten bleiben, während die niedrigschmelzenden Fasern als Bindefasern dienen.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die abdeckenden Schichten ohne Vorheizung in das Werkzeug gebracht werden und zusammen mit dem aufgeheizten Kernmaterial verformt werden und sich dabei mit diesen verbinden.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass als abdeckende Schicht eine Aluminiumfolie mit kernmaterialseitiger niedrigschmelzender Thermoplastschicht oder Haftvermittlerschicht ins Werkzeug ge bracht wird und zusammen mit dem aufgeheizten Kernmaterial verformt wird und dabei die Aktivierung der Klebeschicht erfolgt, was schließlich zu einem Verbund zwischen Kernmaterial und Aluminium führt.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumfolie mikroperforiert ist.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass als abdeckende Schicht eine hochschmelzende Kunststofffolie mit kernmaterialseitiger niedrigschmelzender Thermoplastschicht oder Haftvermittlerschicht ins Werkzeug gebracht wird und zusammen mit dem aufgeheizten Kernmaterial verformt wird und dabei die Aktivierung der Klebeschicht erfolgt, was schließlich zu einem Verbund zwischen Kernmaterial und Kunststofffolie führt.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie mikroperforiert ist.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgebungsprozess durch Vakuum in den formgebenden Werkzeughälften unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgebungsprozess durch Druckluft, welche zwischen den abdeckenden Schichten eingebracht wird, unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 26 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass das die hochschmelzende oder nicht-schmelzende Verstärkungsfaser aus Glas besteht.
Verfahren nach Anspruch 26 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass dass die hochschmelzende Verstärkungsfaser aus Polyester (PET) oder aus Polyamid (PA) besteht.
Verfahren nach Anspruch 26 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass der niedrigschmelzende Kunststoff ebenfalls aus Fasern besteht.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des niedrigschmelzenden Kunststoffs aus Polypropylen (PP) bestehen.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des niedrigschmelzenden Kunststoffs aus Polyester (PET) bestehen.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des niedrigschmelzenden Kunststoffs aus Polyamid (PA) bestehen.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen durch Heizstrahler erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen über eine Kontaktheizung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die abdeckenden Schichten nur in den Bereichen des Bauteils partiell aufgebracht werden, wo sie aus funktionellen Gründen benötigt werden.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die abdeckenden Schichten nur in Teilbereichen mit dem Kernmaterial verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die abdeckende Folie durch partielles Erhitzen, partielles Ultraschallschweißen, partielles Hochfrequenzschweißen oder partielles Reibschweißen nur in Teilbereiche mit dem Kernmaterial verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die abdeckende Folie, die eine hochschmelzende Schicht und eine kernseitige niederschmelzende Schicht aufweist, auf eine Temperatur erwärmt wird, die nur die niederschmelzende Schicht zum Schmelzen bringt, und anschließend von der dem Kernmaterial abgewandten Seite an den Kern angedrückt und dadurch partiell an diesen angebunden wird.
Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die kernseitige, niederschmelzende Schicht nur in Teilbereichen der hochschmelzenden Schicht angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial aus PP-Schaumfolie besteht.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial aus PUR-Schaumstoff besteht.