-
Die
Erfindung betrifft ein Schallisolationsteil, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
mit mindestens einer schallabsorbierenden Schicht und mindestens
einer damit unmittelbar stoffschlüssig verbundenen Schwerschicht,
und Verfahren zu dessen Herstellung.
-
Derartige
Schallisolationsteile sind bekannt und werden beispielsweise als
Stirnwandverkleidung im Fahrgastraum von Kraftfahrzeugen verwendet. Sie
stellen ein akustisches Feder-Masse-System dar, wobei die schallabsorbierende
Schicht als elastische Feder wirkt und die Schwerschicht die Masse
bildet. Die schallabsorbierende Schicht besteht dabei üblicherweise
aus einem Weichschaumstoff oder Vliesstoff, während die Schwerschicht häufig aus
Füllstoff enthaltendem
Elastomer hergestellt wird. Die Schwerschicht wird hierzu beispielsweise
im Spritzguß-
oder Spritzprägeverfahren
hergestellt, ist im wesentlichen luftdicht und weist üblicherweise
eine glatte Oberfläche
auf. Die Verbindung der Schwerschicht mit der schallabsorbierenden
Schicht wird insbesondere als stoffschlüssige Verbindung ausgeführt, indem
die Schwerschicht mit einem als schallabsorbierende Schicht dienenden
Schaumstoffmaterial hinterschäumt
wird.
-
Die
Herstellung derartiger Schallisolationsteile ist mit relativ hohen
Kosten verbunden. Die Investitionskosten für die Spritzguß- oder
Spritzprägewerkzeuge
zur Herstellung der Schwerschicht fallen dabei besonders ins Gewicht.
Dies gilt insbesondere dann, wenn zum Beispiel mehrere Varianten
einer Stirnwandverkleidung hergestellt werden sollen, die zwar für den gleichen
Karosserietyp, jedoch für
verschiedene Motortypen und damit für verschiedene Schallintensitäts- bzw.
Schallfrequenzverteilungen bestimmt sind. Wenn für jeden Motortyp eine möglichst
gute Schallisolation (d. h. Schallabsorption und Schalldämmung) zum
Fahrgastraum hin gewünscht wird,
ist es bei den bekannten Stirnwandverkleidungen in der Regel erforderlich,
verschiedene Formwerkzeuge oder Formwerkzeuge mit variabler Werkzeugkavität zu verwenden.
Dies führt
letztlich zu entsprechend hohen Herstellungskosten.
-
Des
weiteren stellt auch das relativ hohe Gewicht bekannter Schallisolationsteile
der vorstehend genannten Art ein Problem dar. Denn mit zunehmendem
Fahrzeuggewicht nimmt in der Regel der Kraftstoffverbrauch des betreffenden
Kraftfahrzeuges zu.
-
Ferner
ist die schallabsorbierende Wirkung von Schallisolationsteilen der
vorstehend genannten Art mitunter nicht zufriedenstellend.
-
Aus
der
DE 36 24 427 A1 ist
ein adhäsives, zerstörungsfrei
entfernbares Isolationssystem mit einer Schwerschicht zur Schallisolation
von Trennwänden,
insbesondere von Bodenblechen in Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem
zur Schaffung einer kraftschlüssigen
Verbindung zwischen dem Untergrund (Bodenblech) und darauf angeordneten
Schichten des Isolationssystems eine aus einem stark untervernetzten
Polyurethan vorgefertigte oder durch Aufspritzen einer stark untervernetzten
2-Komponenten-Mischung hergestellte Materialschicht oder eine spezielle
Bitumenabmischung eingebracht ist, die eine große Adhäsivwirkung besitzt und somit
die kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Untergrund und dem Isolationssystem bewirkt.
Um die bei unveränderter
akustischer Wirkung erwünschte
Biegeweichheit auch dann zu bewahren, wenn auf das Isolationssystem
bzw. dessen Schwerschicht ein Teppich aufgebracht wird, ist ein
Entkoppler aus weichelastischem überwiegend
offenporigen Material zwischen dem Teppich und der Schwerschicht
angeordnet. Der Entkoppler kann dabei insbesondere aus Schaumstoff
oder akustisch wirksamem Vlies bestehen.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schallisolationsteil
der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei gleichen oder vorzugsweise
sogar verringerten Herstellungskosten eine verbesserte akustische,
insbesondere schallabsorbierende Wirksamkeit bietet. Darüber hinaus
soll das Gewicht eines solchen Schallisolationsteils bei verbesserter
akustischer Wirksamkeit gegenüber
dem Gewicht herkömmlicher
Schallisolationsteile dieser Art verringert werden.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Schallisolationsteil mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
-
Das
erfindungsgemäße Schallisolationsteil ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Schwerschicht aus einer mikroporösen Sprühhaut besteht,
die mindestens einen luftdurchlässigen
Teilflächenbereich und
mindestens einen luftundurchlässigen
Teilflächenbereich
aufweist.
-
Das
erfindungsgemäße Schallisolationsteil eignet
sich besonders zur Innenverkleidung von Karosserieflächen.
-
Durch
Aufsprühen
eines geeigneten Sprühmaterials,
z.B. von Polyurethan, eines Thermoplasten und/oder Elastomeren,
lässt sich
eine Schwerschicht mit einer spezifischen örtlichen Schichtdickenverteilung
realisieren. Die Schichtdicken der Sprühhaut betragen beispielsweise
0,3 bis 6 mm, und liegen insbesondere im Bereich von 0,4 und 5 mm.
-
Dabei
können
an der Schwerschicht gezielt ein oder mehrere luftundurchlässige Teilflächenbereiche
erzeugt werden, die schalldämmend
wirken, sowie gezielt ein oder mehrere luftdurchlässige Teilflächenbereiche,
die schallabsorbierend wirken. Es kann sich also insbesondere eine
Schwerschicht mit einer spezifischen örtlichen Porositätsverteilung
ergeben. Die Sprühhaut
des erfindungsgemäßen Schallisolationsteils
wird vorzugsweise mittels eines Roboters erzeugt. Das Sprühmaterial
(Schwerschichtmaterial) kann dabei unmittelbar auf die schallabsorbierende
Schicht aufgesprüht
werden. Gemäß einer
alternativen Ausführungsform
ist jedoch auch vorgesehen, dass das Schwerschichtmaterial in eine
offene Kavität
eines Formwerkzeuges eingesprüht
wird, und dass anschließend
zur Erzeugung der schallabsorbierenden Schicht die erzeugte Sprühhaut hinterschäumt wird.
Das Hinterschäumen kann
dabei ebenfalls bei geöffneter
Kavität
erfolgen. Vorzugsweise wird die Kavität jedoch nach Herstellung der
Sprühhaut
geschlossen und die Spühhaut im
geschlossenen Werkzeug hinterschäumt.
Das Hinterschäumen
im geschlossenen Werkzeug ermöglicht
schnellere Prozeßzeiten.
-
Die
Sprühtechnik
bietet sehr flexible akustische Gestaltungsmöglichkeiten der Schwerschicht hinsichtlich
deren Schichtdickenverteilung sowie hinsichtlich der partiellen
Ausbildung von luftdichten und luftdurchlässigen Flächenbereichen. Es können unter
Verwendung von nur einem einzigen eine geeignete offene Kavität aufweisenden
Formwerkzeug sehr unterschiedlich gestaltete Schwerschichten erzeugt
werden. Die Werkzeugkosten für
die Herstellung eines erfindungsgemäßen Schallisolationsteils sind
somit vergleichsweise gering.
-
Herkömmliche,
im Spritzguß-
oder Spritzprägeverfahren
hergestellte Schwerschichten sind im wesentlichen luftdicht. Ihre
Oberfläche
ist im wesentlichen glatt, sodass sie praktisch keine schallabsorbierende
Wirkung besitzen. Die Schwerschicht des erfindungsgemäßen Schallisolationsteils
besteht dagegen aus einer mikroporösen Sprühhaut, die mindestens einen
luftdurchlässigen
Teilflächenbereich aufweist
und dadurch für
sich genommen, zumindest in ihrem luftdurchlässigen Teilflächenbereich,
eine schallabsorbierende Wirkung besitzt. Es liegt allerdings auch
im Rahmen der vorliegenden Erfindung, den luftundurchlässigen Teilflächenbereich
der Sprühhaut
durch spezielle Ausführung
des Sprühprozesses
so zu gestalten, dass er einerseits dicht ist, andererseits aber
auch eine offenporige, mikroporöse
Oberflächenstruktur
aufweist, die eine nicht zu vernachlässigende schallabsorbierende
Wirkung besitzt. Die vorliegende Erfindung sieht insbesondere eine örtlich unterschiedliche
Einstellung des Strömungswiderstandes
der Schwerschicht bzw. des Schallisolationsteils in Abhängigkeit
der spezifischen Zielvorgaben vor.
-
Aufgrund
der mikroporösen
Struktur der Sprühhaut
(Schwerschicht) ergibt sich für
das erfindungsgemäße Schallisolationsteil
ein reduziertes Flächengewicht.
Die Anordnung der Schwerschicht kann dabei auch gezielt auf einen
bestimmten Flächenbereich
der schallabsorbierenden Schicht begrenzt sein. Ferner liegt es
im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die schallabsorbierende Schicht
nicht ganzflächig,
sondern nur partiell mit inselartig voneinander getrennten Schwerschichtteilflächen zu
versehen, um das Gewicht des Schallisolationsteiles zu minimieren.
-
Die
schallabsorbierende Schicht ist vorzugsweise aus Polyurethanschaumstoff,
Integralschaumstoff, Leichtschaumstoff, Pappe, Glasfasern, Mineralwolle
und/oder einem Vlies gebildet.
-
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schallisolationsteils sieht
vor, dass der oder die luftdurchlässigen Teilflächenbereiche der
Schwerschicht so ausgebildet sind, dass sie einen längenbezogenen
Strömungswiderstand
im Bereich von 4 bis 35 kNs/m4 aufweisen.
Untersuchungen haben gezeigt, dass sich in diesem Bereich ein hoher
Schallabsorptionsgrad erzielen lässt.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schallisolationsteils
besteht darin, dass die Sprühhaut
mehrschichtig ausgebildet ist, wobei eine erste Sprühhautschicht,
die unmittelbar mit der schallabsorbierenden Schicht verbunden ist,
einen größeren längenbezogenen
Strömungswiderstand
aufweist als eine zweite Sprühhautschicht, die
unmittelbar auf die erste Sprühhautschicht
aufgetragen ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich der Schallabsorptionsgrad
durch diese Ausgestaltung weiter verbessern lässt.
-
Weitere
bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen
angegeben.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
Draufsicht einer Stirnwandverkleidung für ein Kraftfahrzeug;
-
2 eine
schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen impedanzoptimierten Schallisolationsteils;
-
3 eine
Seitenansicht einer Anlage zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schallisolationsteils;
-
4 eine
Schnittansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Schallisolationsteils;
und
-
5 eine
Schnittansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Schallisolationsteils
in einer weiteren Variante.
-
Die 1 zeigt
ein Schallisolationsteil 1 in Form einer Stirnwandverkleidung
für ein
Kraftfahrzeug. Die Stirnwandverkleidung 1 weist eine schallabsorbierende
Schicht auf, die mit einer Schwerschicht 2 versehen ist.
-
Die
Stirnwandverkleidung weist mehrere Durchbrechungen 3.1, 3.2 auf,
die der Anordnung bzw. Hindurchführung
von Fahrzeugaggregaten wie z.B. Klimaanlagenteilen, elektrischen
Leitungen, einer Pedalerie, usw. dienen. An der Stirnwandverkleidung
sind mehrere Versteifungsrippen 4 sowie einstückig angeformte
Halterungselemente 5 zur Befestigung von Leitungen oder
dergleichen ausgebildet.
-
Die
Schwerschicht 2 ist unmittelbar stoffschlüssig mit
der schallabsorbierenden Schicht verbunden. Erfindungsgemäß besteht
die Schwerschicht aus einer mikroporösen Sprühhaut, die mindestens einen
luftdurchlässigen
Teilflächenbereich und
mindestens einen luftundurchlässigen
Teilflächenbereich
aufweist. Die Sprühhaut
weist dabei örtlich
unterschiedliche Schichtdicken und/oder örtlich unterschiedliche Flächengewichte
auf. Anders ausgedrückt,
das erfindungsgemäße Schallisolationsteil 1 besitzt
eine impedanzoptimierte Sprühhaut,
die in einem oder mehreren ausgewählten Flächenbereichen im wesentlichen
schalldämmend
und in einem oder mehreren anderen Flächenbereichen im wesentlichen
schalldämpfend
(schallabsorbierend) wirkt.
-
In 2 ist
eine der 1 entsprechende Stirnwandverkleidung 1 schematisch
dargestellt. Die Stirnwand verkleidung gemäß 2 ist ein
Halbzeug und weist noch nicht die in 1 gezeigten
Durchbrechungen (3.1, 3.2) auf, welche z.B. durch
Ausstanzen in einem späteren
Arbeitsschritt hergestellt werden können.
-
Die
Schwerschicht 2 (Sprühhaut)
weist mehrere verschiedene Teilflächenbereiche 2.1, 2.2, 2.3 auf,
die in 2 durch unterschiedliche Schraffuren markiert
sind. Die verschiedenen Teilflächenbereiche 2.1, 2.2, 2.3 der
Sprühhaut
unterscheiden sich insbesondere bezüglich ihrer Schichtdicke. So
können
die diagonal ansteigend schraffierten Flächenbereiche 2.1 z.B.
eine Schichtdicke im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm aufweisen, während ein
Flächenbereich 2.2 der Sprühhaut, der
hier zur Kennzeichnung diagonal absteigend schraffiert ist, z.B.
eine Schichtdicke im Bereich von 3 bis 6 mm, insbesondere 3 bis
5 mm aufweist. Demgegenüber
besitzt der netzartig schraffierte Flächenbereich 2.3 der
Sprühhaut
beispielsweise eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 2,5 mm. In dem
nicht schraffierten Flächenbereich 2.4 beträgt die Schichtdicke
der Sprühhaut
0 bis 1 mm; d.h. in diesem Flächenbereich
(2.4) ist unter bestimmten Umständen keine Schwerschicht vorhanden.
-
Die
Schichtdickenverteilung ist fahrzeugspezifisch und in Abhängigkeit
der örtlichen
Schallpegel- und/oder Schallfrequenzverteilung für den häufigsten Betriebszustand des
jeweiligen Kraftfahrzeuges gewählt.
-
Die
Struktur und die Herstellung eines erfindungsgemäßen Schallisolationsteils 1 ist
in den 3 bis 5 weiter veranschaulicht. Wie
in 3 dargestellt, wird das Schwerschichtmaterial
mittels eines Mehrachsenroboters 6 in eine offene Kavität eines
Formwerkzeuges 9 einge sprüht. Die Bewegungsachsen des
Roboters 6 sind insbesondere durch die Doppelpfeile A,
B und C gekennzeichnet. Der Arm 7 des Roboters 6 ist
mit mindestens einer Sprühdüse 8 versehen.
Als Sprühmaterial
(Schwerschichtmaterial) kommen vorzugsweise Polyurethan, Thermoplaste
und/oder Elastomere zum Einsatz. Beim Sprühen wird das Sprühmaterial
mit Druckluft von der Sprühdüse 8 in
die Kavität
des Formwerkzeuges 9 bzw. auf die schallabsorbierende Schicht transportiert.
Der Auftrag der Sprühmaterials
erfolgt ähnlich
der Arbeitsweise eines Tintenstrahldruckers.
-
Der
Auftrag der Schwerschicht (Sprühhaut) 2 kann
insbesondere auch durch elektrostatisches Sprühen erfolgen. Dabei kann es
sich um ein rein elektrostatisches oder um ein nur elektrostatisch
unterstütztes
Sprühverfahren
handeln. Beim Ersteren wird feinkörmiges Schwerschichtmaterial
allein durch elektrostatische Kräfte
zerstäubt
und entlang der Feldlinien zur schallabsorbierenden Schicht transportiert.
Im zweiten Fall erfolgt der Zerstäubung konventionell mit einer
Druckluftsprühdüse 8 und
einer anschließenden
elektrischen Aufladung.
-
Beim
rein elektrostatischen Sprühverfahren wird
mittels einer sogenannten Sprühglocke
gearbeitet. Die Zerstäubung
des Schwerschichtmaterials erfolgt an der rotierenden unter Hochspannung
stehenden scharfkantigen Glockenkante.
-
In
der Kavität
des Werkzeuges 9 ist eine dreidimensional geformte, schallabsorbierende
Schicht (in 3 nicht gezeigt) eingelegt,
die als Formteil in einem vorgeschalteten Arbeitsschritt hergestellt
wird. Die schallabsorbierende Schicht 10 (vgl. 4 und 5)
besteht beispielsweise aus Polyurethanschaumstoff und kann in einem
Schäumwerkzeug hergestellt
werden. Es ist aber auch möglich,
für die schallabsorbierende
Schicht 10 einen offenporigen, thermoplastischen Schaumstoff
zu verwenden, der durch Warm-Umformen dauerhaft in die gewünschte Form
gebracht wird.
-
Die
dreidimensional geformte, schallabsorbierende Schicht 10 kann
aber auch aus Vliesstoff, insbesondere einem Nadelvlies, Glasfasern,
Mineralwolle und/oder Pappe gebildet sein.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
das Schwerschichtmaterial bei Umgebungsdruck gezielt und dosiert
unmittelbar – also
ohne Zwischenfolie (Sperrschicht) oder dergleichen – auf die schallabsorbierende
Schicht 10 aufgesprüht.
Es wird so eine mikroporöse,
impedanzoptimierte Sprühhaut 2 erzeugt,
die durch mindestens einen luftdurchlässigen Teilflächenbereich
und mindestens einen luftundurchlässigen Teilflächenbereich
gekennzeichnet ist.
-
Alternativ
kann das Schwerschichtmaterial aber auch bei Umgebungsdruck in eine
leere Kavität eines
Formwerkzeuges 9 eingesprüht werden. Die schallabsorbierende
Schicht wird dann nachfolgend durch Hinterschäumen der Sprühhaut 2 hergestellt.
-
Bei
dem in 4 dargestellten Schallisolationsteil 1' besteht die
schallabsorbierende Schicht 10 aus Polyurethan- oder Leichtschaumstoff.
Die unmittelbar damit verbundene Sprühhaut (Schwerschicht) 2 ist
auf der dem Fahrgastraum zugewandten Seite des Schallisolationsteils 1' angeordnet.
Das Sprühmaterial
und die Sprühvorrichtung
wurden so eingestellt, dass die Sprühhaut 2 im festen
Zustand einen oder mehrere luftdurchlässige Teilflächenbereiche 2.5 besitzt,
welche einen längenbezogenen
Strömungswiderstand
im Bereich von 4 bis 35 kNs/m4, vorzugsweise
8 bis 30 kNs/m4 aufweisen. Die mikroporösen, luftdurchlässigen Teilflächenbereiche 2.5 weisen
in diesem Ausführungsbeispiel
eine geringere Schichtdicke auf als dazu benachbarte luftundurchlässig ausgeführte Teilflächenbereiche 2.6.
-
Es
ist zu erkennen, dass auch die luftundurchlässig ausgeführten Teilflächenbereiche 2.6 der Sprühhaut 2 eine
porige Oberflächenstruktur 2.51 aufweisen.
Die porige Oberflächenstruktur 2.51 kann auch
als „Sprenkelhaut" oder „Orangenhaut" bezeichnet werden.
-
Im
Randbereich einer Durchbrechung 3.1, 3.2 (vgl. 1)
wird vorzugsweise keine Sprühhaut aufgetragen,
so dass dort die schallabsorbierende Schicht freiliegt. Hierdurch
kann die Schallabsorption an Durchbrechungen 3.1, 3.2,
z.B. im Bereich der Pedalerie oder eines Klimaanlagenaggregats optimiert werden.
-
Bei
dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die
schallabsorbierende Schicht 10' aus einem Nadelvlies. Die wiederum
unmittelbar mit der schallabsorbierenden Schicht 10' verbundene Sprühhaut (Schwerschicht) 2 ist
bei diesem Ausführungsbeispiel
mehrschichtig ausgebildet. Die Sprühhaut 2 ist hinsichtlich
ihrer Schichtdicke, Luftdurchlässigkeit
bzw. Luftundurchlässigkeit
und ihres Flächengewichtes örtlich verschieden
ausgebildet.
-
In
einem bestimmten Teilflächenbereich 2.5 des
Schallisolationsteils 1'' ist eine relativ
dünne,
luftdurch lässige
Sprühhaut
vorgesehen, die eine Dicke von etwa 1 bis 1,5 mm und einen längenbezogenen Strömungswiderstand
im Bereich von 10 bis 20 kNs/m4 aufweist.
Neben dieser relativ dünnen
Sprühhaut 2.5 ist
eine luftundurchlässige
Sprühhaut 2.6 aufgetragen,
die etwa 5 bis 6 mm dick ist. In einem weiteren Teilflächenbereich
des Schallisolationsteils 1'' ist eine erste
mikroporöse
Sprühhautschicht 2.7 und
darauf folgend eine zweite mikroporöse Sprühhautschicht 2.8 aufgetragen.
Die beiden Schichten 2.7, 2.8 haben unterschiedliche
Porositäten.
Die erste Sprühhautschicht 2.7,
die unmittelbar mit der schallabsorbierenden Schicht 10' verbunden ist,
hat einen größeren längenbezogenen
Strömungswiderstand
als die zweite Sprühhautschicht 2.8.
-
Die
Erfindung ist in ihrer Ausführung
nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr
sind verschiedene Varianten möglich,
die auch bei grundsätzlich
abweichender Gestaltung von dem in den beiliegenden Ansprüchen angegebenen
Erfindungsgedanken Gebrauch machen. So kann das erfindungesgemäße Schallisolationsteil
(1, 1', 1'') beispielsweise auch Flächenbereiche
ohne Sprühhaut
aufweisen. Ferner kann das erfindungsgemäße Schallisolationsteil (1, 1', 1'') nicht nur als Stirnwandverkleidung,
sondern insbesondere auch als Bodenbelag (Teppichunterbau) für den Fahrgastraum
oder Kofferraumverkleidung ausgeführt werden.