DE102005041707A1 - Trennwand-Verkleidung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

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Ralf Dr. Dopheide
Norbert Jording
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verkleidung (1) für eine Trennwand (2) zwischen einer Geräusch- und Wärmequelle, z. B. einem Motor, und einem angrenzenden Raum, z. B. einer dem Aufenthalt von Personen dienenden Kabine, wobei die Verkleidung aus einem quellen- bzw. motorseitig angeordneten Schichtsystem besteht, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung; um die Verkleidung (1) hinsichtlich Herstellung und Eigenschaften zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass das Schichtsystem (1) eine dem Motor zugewandte, genadelte Aluminiumfolie (4) umfasst, die einer Zwischenschicht (3) aus selbstverlöschendem Leichtschaum aufliegt, und dass die der Trennwand (2) zugewandte Seite der Zwischenschicht (3) mit einer Thermoplastfolie (5) abgedeckt ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Verkleidung für eine Trennwand zwischen einer Geräusch- und Wärmequelle, z.B. einem Motor, und einem angrenzenden Raum, z.B. einer dem Aufenthalt von Personen dienenden Kabine, bestehend aus einem quellen- bzw. motorseitig angeordneten Schichtsystem. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieser Verkleidung.
  • Verkleidungen der erwähnten Art sollen den Kabineninnenraum gegenüber der Geräusch- und Wärmequelle abschirmen. Das Schichtsystem darf nicht brennen und muss zum Teil hohe Temperaturen aushalten.
  • Schichtsysteme der genannten Art sind aus der DE-A 37 34 239 A1 bekannt. Sie besitzen neben mindestens einer schwer entflammbaren Baumwoll-Vliesschicht mindestens eine weitere aus einer Mineralfaser bestehenden Schicht, um eine verbesserte Wärmeisolation bei erhöhter Flammfestigkeit zu erreichen. Von Nachteil ist, dass Schichtsysteme dieser Art ein relativ hohes Flächengewicht haben. Außerdem kann die in der Regel eingesetzte Basaltwolle wegen der Ablagerung von Basaltfasern in den Atemwegen gesundheitsgefährdend sein. Weiterhin müssen die z.B. mit Phenolharz getränkte (Brandschutz) Baumwolle und die Basaltwolle in kostspieligen Stahl-Heiss-Werkzeugen ausgebacken werden. Die Folge ist, dass die Herstellung solcher Schichtsysteme unter Anwendung der Heisspresstechnik mit relativ hohen Zykluszeiten verbunden ist, da je nach Geometrie und Flächengewicht Reaktions- und damit Presszeiten von mehreren Minuten nötig sind. Die Realisierung von Überfahrschnitten in Heiss-Press-Werkzeugen ist praktisch nicht möglich, da die thermische Ausdehnung des Werkzeugblockes größer ist als die zulässige Spalttoleranz beim Über fahrschnitt. Die Notlösung sind Pinchtechniken, bei denen das Material weggequetscht wird. Dieses führt zu schlechten Beschnittqualitäten, die mit hohen Nacharbeiten verbunden sind, sowie zu hohen Belastungen der Pinchkanten, so dass regelmäßige Nacharbeit am Werkzeug erforderlich ist.
  • Aus der US-PS 5767024 ist ein Schichtsystem bekannt, bei dem eine Fiberschicht (Glasfiber, Mineralfiber oder dergl.) und eine der Geräuschquelle ab gewandte Schwerfolie, d.h., eine Folie mit relativ hohem Flächengewicht, zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften ein Feder-Masse System bilden.
  • Zum Stand der Technik gehören auch noch Getriebetunnelbauteile mit einem Aufbau: Alu ca. 0,1 mm gelocht, Leichtschaum, Holzfaser-Kunststoff-Folie, Abdeckvlies oder Alu gelocht, Leichtschaum, Abdeckvlies. Es hat die Nachteile: Unzureichende Steifigkeit, einreißendes Alu, unzureichender Verbund (Kanten gehen auf) oder hohe Steifigkeit durch hohes Gewicht der Holzfasermatte.
  • Aus der WO 99/46147 ist es bekannt, gegen die gewölbte Innenseite eines Getriebetunnels ein Hitzeschild zu spannen, das aus einem metallischen Träger und einer federelastischen Schicht besteht. Mit Hilfe des Trägers wird die Federschicht auf etwa 1/3 ihrer Dicke komprimiert. Der in dieser Weise auf die Innenseite des Getriebetunnels bzw. auf ein anderes Karosserieteil erzeugte Druck wirkt vibrationsdämpfend.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Verkleidung der eingangs erwähnten Art die geschilderten Nachteile zu vermeiden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.
  • Ein erfindungsgemäß hergestelltes und ausgebildetes Schichtsystem bildet einen relativ leichten, hitzebeständigen, insbesondere selbsttragenden Absorber, der optimal die Funktionen, die eine Trennwand-Verkleidung haben soll, nämlich gute Absorptions- und Wärmeisolations-Eigenschaften, erfüllt. Die Steifigkeit des Bauteils ergibt sich wesentlich durch die Kopplung der erwähnten Deckschichten mittels der schubsteif ausgeführten Schaumschicht. Auch eine relativ schnelle Auskühlung der Kabine bei ausgeschaltetem Motor, z.B. über Nacht, wird verhindert. Schließlich ermöglicht das erfindungsgemäße Schichtsystem das Verformen im Kaltpressverfahren, worauf weiter unten noch eingegangen wird.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den 1 bis 6 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Die 1 bis 5 zeigen Teilschnitte durch Schichtsysteme für Verkleidungen nach der Erfindung, 6 einen Schnitt durch ein Werkzeug, in dem die Form der Verkleidung an die zu verkleidende Trennwand angepasst wird.
  • In den Figuren ist die aus mehreren Schichten bestehende Verkleidung generell mit 1, die zu verkleidende Trennwand mit 2 (nur in den 1, 2 und 5 dargestellt), die zentrale Leichtschaum-Schicht mit 3, die motorseitige Aluminiumfolie mit 4 und die trennwandseitige Thermoplastfolie mit 5 bezeichnet. Weiterer Bestandteil des Schichtaufbaus ist ein trennwandseitiges, prozessbedingtes Abdeckvlies 6. Es hat ein geringes Flächengewicht, schützt gegen ein Verkleben, so lange das Schichtbauteil noch warm ist, und trägt zur Verbesserung der gewünschten Eigenschaften der Verkleidung bei.
  • Die Ausführungsbeispiele 1 nach den 1 und 2 haben den beschriebenen Aufbau. Sie dienen der Verkleidung der Trennwand 2, die eben sein kann (1) oder eine versteifende Struktur hat (2). Im zweiten Fall ent stehen Hohlräume 8, die zur Wärmeisolation beitragen. Die Art und Weise der Befestigung der Verkleidung 1 auf der Trennwand 2 ist nicht dargestellt. Üblicherweise erfolgt sie manuell mit mechanischen Mitteln.
  • Auch bei einer ebenen Trennwand kann für das Vorhandensein von Hohlräumen 8 gesorgt werden. In diesem Fall muss die Verkleidung 1 derart verformt werden, dass sie trennwandseitig entsprechende Strukturen aufweist.
  • Der Schichtaufbau nach 3 ist zusätzlich mit einer Vliesschicht 9 ausgerüstet, die sich zwischen der Al-Folie 4 und der Leichtschaum-Schicht 3 befindet. Sie ist unbrennbar oder zumindest schwer entflammbar, öl- sowie wasserabweisend und zur Leichtschaum-Schicht 3 hin mit einem Kleber beschichtet. Die Al-Folie 4 ist ihrerseits mit einem Kleber zur Vliesschicht 9 hin beschichtet. Bei allen Ausführungsbeispielen können Kunstharzkleber oder -zweckmäßig- thermoplastische Kleber eingesetzt werden.
  • 4 zeigt den Schichtaufbau nach 3. Zusätzlich ist sie motorseitig mit einem Einleger 11 aus einer Mineralfaser (Glasfaser, Basaltfaser o.dgl.) ausgerüstet. Einleger dieser Art befinden sich an Stellen mit hoher Wärmebelastung. Die Wahl von einem oder mehreren Einlegern dieser Art hat den Vorteil, dass eine Mineralfaserschicht nicht bis in den Bereich der Kanten des Schichtbauteils reicht, wo die Faserbelastung, z.B. beim Verbau, besonders hoch ist. Dieses gilt insbesondere für wannenförmige Schichtbauteile, wie sie im Motorraum von LKWs verwendet werden. Die Gefahr des Austritts möglicherweise schädlicher Basaltfasern ist dadurch äußerst gering.
  • 5 zeigt eine der 1 entsprechende Ausführungsform. Die Al-Folie 4 ist mit vorzugsweise nach innen gerichteten Falten 12 versehen. Die Faltung kann mit einer einfachen Pressung vor dem Zusammenfügen der Schichten plan in die Al-Folie 4 eingebracht werden. Aufgabe der Faltung ist es, eine durch ein Schrumpfen der Thermoplastfolie 5 verursachte Verformung („schüsseln") des Bauteils zu verhindern. Die Anzahl und/oder Tiefe der Falten 12 muss den Schrumpfungseigenschaften der Folie 5 entsprechend gewählt werden.
  • Erfindungsgemäß wird das Schichtbauteil 1 in einem Kaltpressvorgang nach vorheriger Aufheizung in einer Heizstation zusammengefügt und verformt, und zwar derart, dass die Kantenversiegelung direkt zwischen der motorseitigen Al-Folie 4 und der trennwandseitigen Thermoplastfolie 5 realisiert wird. Die unmittelbare Verbindung dieser beiden schubsteifen Deckschichten 4, 5 bewirkt eine hohe Gesamtsteifigkeit der erfindungsgemäßen Verkleidung 1. Außerdem verhindert die Kantenversiegelung den Eintritt von Medien, wie Wasser, Öl, Bremsflüssigkeit, in das Schichtbauteil 1.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäßen Verkleidung erfolgt dadurch, dass der beschriebene Schichtaufbau vollständig z.B. zwischen Heizplatten erwärmt und automatisiert der Verformung zugeführt wird. Die Auskühlung eines thermoplastischen Klebers auf der Al-Folie 4, der Leichtschaumschicht 3 und der Thermoplastfolie 5 muss beim Transport zum Presswerkzeug und bis zum Schließen dieses Werkzeugs oberhalb der Erweichungspunkte der jeweils eingesetzten Materialien gehalten werden. Ist die Deckschicht 5 eine Polypropylen-Folie, liegt der Erweichungspunkt z.B. bei etwa 120°. Je nach Art des verwendeten Leichtschaums liegt die Temperatur des Erweichungspunktes der Leichtschaumschicht 3 höher.
  • Eine optimale Verbindung zwischen den schubsteifen Deckschichten 4, 5 wird dadurch erreicht, dass die Leichtschaumschicht 3 mit einem kleineren Beschnitt als die übrigen Schichten als Platte zugeführt wird, so dass die Kantenversiegelung direkt zwischen der Al-Folie 4 und der Thermoplastfolie 5 realisiert wird. Wie bereits erwähnt, ist zweckmäßig die Al-Folie 4 auf ihrer Innenseite mit einer Klebeschicht versehen. Die Thermoplastfolie 5 trägt dazu bei, eine unerwünschte Auskühlung des Schichtaufbaus zu verhindern. Das erfindungsgemäße Schichtbauteil ermöglicht wegen seiner thermoplastischen Eigenschaften die beschriebene Verformung in einem kalten Werkzeug. Darüber hinaus ist es möglich, im kalten Werkzeug per Überfahrschnitt zu stanzen. Die Presszeit selbst liegt im Bereich von einer Minute, die Heizzeit in einer Heizstation bei knapp zwei Minuten. Mit zwei parallel betriebenen Heizstationen können kurze Zykluszeiten erreicht werden.
  • 6 zeigt schematisch eine Kaltpresse 14 in geschlossenem Zustand. Zwischen dem Oberwerkzeug 15 und dem Unterwerkzeug 16 befindet sich eine bereits verformte Verkleidung 1 nach der Erfindung. Im Bereich der Kanten ist der Abstand von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug reduziert, so dass in diesen Bereichen die unmittelbare Versiegelung der Deckschichten 5, 6 unter der Voraussetzung stattfindet, dass die PUR-Leichtschaum-Zwischenschicht 3 mit kleinerem Beschnitt zugeführt wurde.
  • Mit 17 sind Stanzschieber bezeichnet, mit deren Hilfe der endgültige Beschnitt der Kanten durchgeführt wird.
  • Die bevorzugten Eigenschaften der einzelnen Schichten sind:
    • – Schicht 3: Der verwendete Leichtschaum sollte gute Lambda-Werte haben, selbstverlöschend sein, zweckmäßig RG 10–30. Typisch eingesetzte Schaumtypen sind Polyurethan-, Melaminharz-, Polyalkylen-(PE-, PP-)-Schäume, vorzugsweise PUR-Leichtschaum. Das Flächengewicht der Leichtschaum-Schicht ist dickenabhängig. Zweckmäßig beträgt es bei einer Dicke von 10 mm: 100–300 g/m2 20 mm: 200–600 g/m2 40 mm: 400–1200 g/m2 und anderen Dicken entsprechend.
    • – Schicht 4: Al-Folie mit einer Dicke von 0,1–0,5 und einer Dichte von ca. 3 kg/dm3. Motorseitig bedeckt sie vollflächig das Bauteil 1, ist optimal genadelt, vorzugsweise nopaliert und/oder mit Falten versehen.
    • – Schicht 5: Thermoplastfolie aus Polypropylen, ungelocht, unbrennbar oder schwer entflammbar. Ihr Flächengewicht beträgt typisch 200 bis 1500, vorzugsweise 300–800 g/m2 , insbesondere 400–600 g/m2 .
    • – Schicht 6: Abdeckvlies mit einem Flächengewicht von typisch 30–200, vorzugsweise 80–120 g/m2.
  • Das Gesamtflächengewicht einer Verkleidung dieser Art beträgt etwa 650 bis 4400 g/m2 vorzugsweise 1000–2800 g/m2, insbesondere 1200–1600 g/m2 und ist damit geringer als bei einem Bauteil mit durchgehenden Baumwoll- und/oder Basaltfaserschichten. Hinzu treten die geringen Flächengewichte der nicht unbedingt erforderlichen Abdeckvliese 6 und 9, von denen zumindest das Abdeckvlies 9 olio- und hydrophob sowie unbrennbar oder schwer entflammbar ausgebildet ist. Das Gewicht des Einlegers 11 ist vernachlässigbar, da er in Bezug auf Lage, Größe und Dicke nur dem Ort des jeweiligen Hotspots angepasst ist.
  • Da die Leichtschaumschicht akustisch ein idealer poröser Absorber ist, hat die erfindungsgemäße Verkleidung sehr gute Absorptionseigenschaften. Die genadelte Al-Folie 4 wird durch geeignete Nadeldimensionierung (Durchmesser, Abstand) auf die Zielabsorptionskurve abgestimmt (z.B. niederfrequente Überhöhung der Leichtschaum-Absorptionskurve). Gleichzeitig hat die Al-Folie 4 die Funktion, Hotspots auf der Motorblockoberfläche auszugleichen und Wärmestrahlung zu reflektieren. Darüber hinaus sorgt diese Folie zusammen mit der Thermoplast-Folie 5 für eine ausreichende Bauteilsteifigkeit.
  • Die Wärmeisolationswirkung wird durch die guten Lambda-Werte des Leichtschaums erreicht und durch die vollflächige Al-Folie 4 verbessert. Die PP-Folie 5 ist luftdicht und verhindert beim Vorhandensein von Luftpolstern 8 eine Konvektion zwischen dem Innern der Verkleidung und der Trennwand.
  • Insgesamt wird durch die Erfindung eine Verkleidung realisiert, die das gewünschte Ziel (gute Eigenschaften in Bezug auf Absorption, Schall- und Wärmeisolation) bei im Vergleich zum Stand der Technik erheblich niedrigeren Flächengewichten erreicht. Die unmittelbare Kopplung einer Thermoplastdeckschicht mit einer Metalldeckschicht in einem Kaltpressvorgang verbessert die Gesamtsteifigkeit der Verkleidung, ermöglicht damit ein einfacheres Handling und reduziert den Aufwand bei ihrer Herstellung.

Claims (16)

  1. Verkleidung (1) für eine Trennwand (2) zwischen einer Geräusch- und Wärmequelle, z.B. einem Motor, und einem angrenzenden Raum, z.B. einer dem Aufenthalt von Personen dienenden Kabine, wobei die Verkleidung aus einem quellen- bzw. motorseitig angeordnetem Schichtsystem besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (1) eine dem Motor zugewandte, genadelte Aluminiumfolie (4) umfasst, die einer Zwischenschicht (3) aus selbstverlöschendem Leichtschaum aufliegt, und dass die der Trennwand (2) zugewandte Seite der Zwischenschicht (3) mit einer Thermoplastfolie (5) abgedeckt ist.
  2. Verkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (1) trennwandseitig mit einer prozessbedingten Vliesschicht (6) abgedeckt ist.
  3. Verkleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie trennwandseitig eine solche Struktur aufweist, dass im wesentlichen abgeschlossene Hohlräume (8) vorhanden sind.
  4. Verkleidung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Aluminiumfolie (4) und der Leichtschaumschicht (3) eine Vliesschicht (9) befindet, die öl- und wasserabweisend sowie unbrennbar oder zumindest schwer entflammbar ausgebildet ist.
  5. Verkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich motorseitig mindestens ein Einleger (11) aus einer Mineralfaser befindet.
  6. Verkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtschaumschicht aus einem Polyurethan-, Melaminharz-, Polyalkylen-oder ahnlichem Schaum, vorzugsweise PUR-Leichtschaum, besteht, selbstverlöschend, zweckmäßig RG 10–30, ausgebildet ist und je nach Dicke ein Flächengewicht von 300 bis 1200, vorzugsweise 200–600 g/m2, hat.
  7. Verkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumfolie (4) nopaliert ist und dass sie eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm hat.
  8. Verkleidung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumfolie (4) mit einer Faltung (12) ausgerüstet ist und dass die Anzahl und/oder Tiefe der Falten den Schrumpfungseigenschaften der gegenüberliegenden Thermoplastfolie (5) entsprechend gewählt ist.
  9. Verkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoplastfolie (5) aus Polypropylen besteht, unbrennbar oder schwer entflammbar ausgebildet ist und ein Flächengewicht von 200 bis 1500, vorzugsweise 300–800, insbesondere 400–600 g/m2 hat.
  10. Verkleidung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Gesamtflächengewicht im Bereich 650–4400 g/m2, vorzugsweise 100–2800 g/m2, insbesondere 1200–1600 g/m2 liegt.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Verkleidung mit den Merkmalen eines der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Kaltpressvorgang nach vorheriger Aufheizung in einer Heizstation zusammengefügt und verformt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie Zusammenfügung und Verformung derart erfolgt, dass sie Kantenversiegelung unmittelbar zwischen der Aluminiumfolie (4) und der trennwandseitigen Thermoplastfolie (5) realisiert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtschaumschicht (3) als Platte mit einem kleineren Beschnitt als die übrigen Schichten dem Kaltpresswerkzeug zugeführt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatisierte Zufuhr der Bestandteile des Schichtsystems (1) abwechselnd über zwei Heizstationen durchgeführt wird.
  15. Für die Anwendung eines Verfahrens nach einem der Patentansprüche 11 bis 14 geeignetes Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Kaltpresswerkzeug ist.
  16. Werkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ihm zwei Heizstationen zugeordnet sind.
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