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Die Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes Element, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrtzeug, umfassend einen Träger aus Kunststoff und einen Absorber zur Schalldämpfung, wobei der Absorber an dem Träger befestigt ist.
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Ein solches Element dient beispielsweise Kapselung des Motorraumes eines Kraftfahrtzeuges, also zu Dämpfung der Motorgeräusche mittels des Absorbers. Bekannt ist, den Träger als eine Platte auszubilden, welcher zwei- oder dreidimensionale Geometrien aufweisen kann. Diese Platte ist zumeist aus thermoplastischem Kunststoff ausgebildet, da die Träger überwiegend im Spritzgussverfahren hergestellt werden.
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Der Absorber ist bekannterweise als eine Matte aus schallabsorbierendem Material ausgebildet. Dieses schallabsorbierende Material ist zumeist ein Vlies, beispielsweise ein Vlies aus Glas-, Kohle-, Holz-, Mineral- oder Kunststofffasern. Ferner werden Schäume als Absorber eingesetzt, beispielsweise Polyurethan- und Melaminschäume. Diese Absorber weisen meist eine offene Oberflächenstruktur auf und sind zudem weich und bisweilen elastisch verformbar. Diese Eigenschaften tragen zur schallabsorbierenden Wirkung des Absorbers bei.
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Bei herkömmlichen schallabsorbierenden Elementen ist der Absorber als flache Matte aus schallabsorbierendem Material auf den zumeist plattenartigen Träger befestigt. Die Befestigung findet zumeist punktuell durch mechanische Befestigungsmittel oder auch thermisch satt. Beispielsweise ist als mechanisches Befestigungsmittel die mechanische Verbindung mittels Sprengring und Bolzen bekannt. Als thermische Verbindung ist beispielsweise das punktuelle Kunststoffschweißen bekannt. Herkömmliche schallabsorbierende Elemente umfassen also zwei hintereinander angeordnete Schichten. Die erste Schicht des Trägers und die zweite Schicht des Absorbers. Beim Einbau des schallabsorbierenden Elementes wird der Absorber nachträglich an dem Träger montiert, bzw. durch die Befestigungsmittel an dem Träger punktuell befestigt. Nachteilig dabei ist der Montageaufwand. Dadurch dass, wie beschrieben, bei herkömmlichen schallabsorbierenden Elementen die Trägerschicht und die Absorberschicht hintereinander angeordnet sind, ist der Platzbedarf für diese schallabsorbierenden Elemente relativ hoch. Der Träger, der als Platte aus Kunststoff ausgebildet ist, führt zu relativ hohen Materialkosten und trägt überwiegend zu dem Gewicht des schallabsorbierenden Elementes bei.
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Bekannte schallabsorbierende Elemente sind nur mit hohem Aufwand an komplexe Geometrien des Kraftfahrtzeuges anpassbar. Besitzt beispielsweise der plattenartige Träger bereits die gewünschte dreidimensionale Gestalt, beispielsweise angepasst an den Motorraum des Kraftfahrtzeuges, so muss der Absorber beispielsweise direkt auf den Träger aufgelegt werden und durch punktuelle Befestigung an diesem befestigt werden zur Abbildung der dreidimensionalen Geometrie aus der Ebene des Trägers heraus. Um die dreidimensionale Gestalt des Trägers möglichst genau auf den Absorber zu übertragen, müssen demzufolge sehr viele Befestigungspunkte vorgesehen werden. Dieses bedingt einen sehr erhöhten Montageaufwand. Ferner ist es möglich, auch den Absorber mit einer dreidimensionalen Gestalt zu versehen. Der Absorber kann bekannterweise durch beispielsweise Heißprägen eine an den Träger angepasste dreidimensionale Gestalt erhalten. Der geprägte Absorber wird dann durch weniger punktuelle Befestigungen an dem ebenfalls dreidimensional ausgestalteten Träger befestigt. Das Heißprägen des Absorbers stellt jedoch ebenfalls einen negativen Kostenfaktor dar.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannten Nachteile beim Stand der Technik zumindest teilweise zu vermeiden und ein schallabsorbierendes Element vorzusehen, welches leichter ist, raumsparender ausgebildet ist, einfacher und kostengünstiger herzustellen ist und zudem einfacher und kostengünstiger dreidimensional ausgebildet werden kann, beispielsweise zur Anpassung an den Motorraum des Kraftfahrtzeuges.
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Diese Aufgabe wird bereits dadurch gelöst, dass der Träger zumindest als eine den Absorber umlaufende Einfassung ausgebildet ist, und dass der Absorber und der Träger stoffschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung hat zum einen den Vorteil, dass bei dem Träger Material eingespart werden kann, der nur die Einfassung bildende Träger also wesentlich leichter ist. Die Materialeinsparung senkt zudem die Materialkosten des Trägers. Der Träger kann aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus Polyamid oder aus anderen für das Spritzgießen und die Verwendung im Kraftfahrzeug geeigneten Materialen ausgebildet sein. Weil der Träger als Einfassung ausgebildet ist, welcher den Absorber umlaufend, rahmenartig umfasst, müssen Träger und Absorber nicht schichtweise angeordnet werden, was die Bauhöhe erheblich reduziert. Diese lässt sich gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Ausbildungen um 20% und mehr reduzieren. Anders als beim Stand der Technik ist die Gesamttiefe des schallabsorbierenden Elements nicht die Summe aus der Tiefe des Trägers und der Tiefe des Absorbers. Die Materialstärke bzw. die Höhe des Trägers kann zwischen 1,5 mm und 5 mm betragen. Die Materialstärke bzw. die Höhe des Absorbers kann zwischen 3 mm und 25 mm betragen. Ferner kann die erfindungsgemäße stoffschlüssig und/oder formschlüssige Verbindung zwischen Absorber und Träger bereits bei der Herstellung des Trägers realisiert werden, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens. Das erfindungsgemäße schallabsorbierende Element ist damit quasi einstückig ausgebildet. Somit kann die nachträgliche Montage des Absorbers an dem Träger, wie sie bei dem Stand der Technik vorgesehen ist, entfallen. Dies trägt zusätzlich dazu bei, dass die Herstellung des erfindungsgemäßen schallabsorbierenden Elements besonders einfach und kostengünstig ausfällt.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Träger neben der Einfassung zumindest einen Versteifungssteg umfasst. Dieser Versteifungssteg erfüllt eine ähnliche Funktion wie Sprossen in einem Fenster. Der Querschnitt des Versteifungsstegs kann verschiedene, für den Anwendungsfall geeignete Geometrien aufweisen, beispielsweise rechteckige. Zur besseren stoffflüssigen Verbindung kann der Versteifungssteg an der Seite, welche dem Absorber zugewandt ist, Mittel zur Vergrößerung der Oberfläche des Versteifungsstegs aufweisen. Beispielsweise kann der Versteifungssteg an der dem Absorber zugewandten Seite Rillen oder ähnliches aufweisen. Diese Seite des Absorbers kann im Querschnitt dreieckig sein oder halbkreisartig oder mit Hinterschnitten für eine bessere formschlüssige Verbindung des Versteifungsstegs mit dem Absorber ausgebildet sein. Ferner kann es einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei die offene Seite des Querschnitts dem Absorber, bzw. dem Innenbereich des von der rahmenartigen Einfassung umschlossenen Raums zugewandt ist. Es ist auch möglich, dass der Versteifungssteg einen mehrteiligen Querschnitt mit mindestens zwei den Absorber zugewandten Seiten, so dass der Absorber symmetrisch vom dem Versteifungssteg umschlossen wird. Die beiden den Absorber zugewandten Seiten können die oben beschriebenen Hinterschnitte aufweist. Zur besseren Versteifung können mehrere Versteifungsstege in dem Träger vorgesehen sein; auch lassen sich durch die ebenfalls im Spritzguss hergestellten Versteifungsstege besonders einfach beliebige Geometrien realisieren, z. B. zum umschließen bestimmter Bereiche am Kraftfahrzeug in Einbaulage. Der Träger kann also als Einfassung mit einem Gitter aus Versteifungsstegen ausgebildet sein.
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Als Absorber dient ein weiches, bisweilen elastisches, Material, welches aufgrund seiner Eigenschaften Luftschall und Körperschall dämpft. Diese Material weist vorzugsweise eine offene Oberflächenstruktur auf. So kann der Absorber beispielsweise ein Schaum sein, beispielsweise ein Schaum aus Polyethylenterephthalat (PET), Polyurethan (PU) oder Melamin.
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Der Absorber kann ebenfalls ein Vlies sein. Dieses Vlies kann beispielsweise aus Kunststoff-, Glass-, Holz-, Mineral- oder Kohlefasern oder Mischungen der vorgenannten Fasern bestehen. Als Fasern kommen dabei insbesondere Polyethylenterephthalat-Fasern und Baumwollfasern in Betracht, weil diese ein besonders gutes Preis/Dickenverhältnis und somit ein besonders gutes Preis/Absorptionsverhältnis aufweisen.
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Es ist möglich, dass die Versteifungsstege ähnlich wie die Naht einer Steppdecke, die Ausdehnung des weichen und elastischen Materials des Absorbers limitieren. Der Träger kann demnach im Wesentlichen eben ausgebildet sein, wobei der Absorber Bereiche mit unterschiedlicher, zu einer durch den Träger aufgespannten Ebene senkrechte Ausdehnung aufweist, die durch eine unterschiedliche Anzahl von Versteifungsstegen des Trägers bzw. durch einen unterschiedlichen Abstand mindestens eines Versteifungsstegs zu mindestens einem weiteren Versteifungssteg und/oder zu der Einfassung des Trägers in diesen Bereichen realisiert ist. Damit wird bereits bei einem ebenen, im Wesentlichen zweidimensionalen Träger eine dreidimensionale Kontur bzw. dreidimensionale Gestaltung des schallabsorbierenden Elements bzw. des Absorbers realisiert. Die erfindungsgemäße Ausbildung hat aber den besonderen Vorteil, dass mit dieser besonders einfach und kostengünstig eine dreidimensionalen Gestalt realisiert werden kann, um beispielsweise komplexe Geometrien des Motorenraums des Kraftfahrzeugs berücksichtigen zu können.
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Ferner kann der der Träger selbst eine dreidimensionale Gestalt ausweisen, wobei diese dreidimensionale Gestalt des Trägers durch die dreidimensionale Ausrichtung bzw. Gestaltung der Versteifungsstege und/oder der Einfassung im Wesentlichen exakt auf den Absorber übertragen wird. Dies kann z. B. dadurch realisiert sein, dass die Versteifungsstege, welche als Bestandteils des Trägers stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Absorber verbunden sind, diesen wie ein Gerüst eines Zeltes einen dreidimensionalen Raum aufspannen. So können erstmalig einfach und kostengünstig auch komplexere, dreidimensionale schallabsorbierende Elemente realisiert werden. Diese sind besonders kostengünstig, weil keine nachträgliche Montage des Absorbers erforderlich ist und zudem komplexe Geometrien einfach auf den Absorber übertragen werden könnten.
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Der Versteifungssteg kann derart asymmetrisch zur Körpermitte des Absorbers angeordnet sein, dass dieser nicht von der Außenseite des Absorbers sichtbar ist, die sich parallel, beabstandet zu dem Versteifungssteg erstreckt. Vorteilhafterweise kann so der optische Eindrucke erweckt werden, dass der Absorber einzig von der umlaufenden, rahmenartigen Einfassung gehalten wird. Zur Verbesserung der Steifigkeit kann beispielsweise eine Schutzschicht auf der den Verbindungsstegen abgewandte Seite aufgebracht sein. Dies hat zudem den Vorteil, dass beispielsweise bei einem Vlies keine Fasern aus der Oberfläche des Absorbers austreten können.
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Das erfindungsgemäße schallabsorbierende Element kann in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden: Zunächst wird der Absorber in ein Spritzwerkzeug zur Herstellung des Trägers eingelegt. Dann wird ein verflüssigter Kunststoff in das Spritzwerkzeug zur Herstellung des Trägers eingespritzt, der sich dann mit dem Absorber stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbindet. Das Spritzwerkzeug kann hierfür mit Bereichen für den Absorber ausgebildet sein, welche beispielsweise durch Quetschkanten von den Bereichen getrennt sind, die zur Herstellung des Trägers bestimmt sind. Die Bereiche für den Absorber können beispielsweise als Aussparungen ausgebildet sein. Bei dem Verfahren werden insbesondere solche Absorber eingesetzt werden, die nach der Öffnung des Spritzgusswerkszeugs auf 70% bis 90% ihrer ursprünglichen Materialstärke zurückexpandieren, beispielsweise expandiert PET-Schaum auf ca. 70% und unbehandelter Melaminschaum auf ca. 90% zurück.
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Der Absorber kann zudem vor dem Einlegen in das Spritzgusswerkzeug auf zumindest einer seiner Seiten mit einer Schutzschicht laminiert werden oder bereits mit einer solchen Schutzschicht versehen sein. Vorteilhafterweise kann so eine fast ausschließlich formschlüssige Verbindung des Trägers mit dem Absorber realisiert werden. Diese Schutzschicht kann beispielsweise durch einen Laminier- bzw. Kaschier-Prozess realisiert sein. Ferner kann die Schutzschicht als Folie ausgebildet sein. Die Versiegelung der Oberfläche durch eine Schutzschicht kann auch optisch vorteilhaft sein und zudem die Steifigkeit und Medienresistenz des Absorbers erhöhen. Ferner kann die Schutzschicht verhindern, dass Fasern aus dem Absorber austreten, falls der Absorber beispielsweise als Vlies ausgebildet ist.
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Mittels des vorgeschlagenen Spritzgussverfahrens und insbesondere mittels des Spritzgusswerkzeugs ist es auch möglich eine Verkleidung herzustellen, welche ausschließlich aus Kunststoff besteht. Hierfür wird ausschließlich ein verflüssigter Kunststoff in das Spritzgusswerkzeug eingebracht, der dann auch die ursprünglich für den Absorber vorgesehenen Bereiche mit Kunststoff ausfüllt. Vorteilhafterweise kann so mit demselben Spritzgussverfahren und mit demselben Spritzgusswerkzeug ein erfindungsgemäßes schallabsorbierendes Element und eine herkömmliche Kunststoffverkleidung hergestellt werden. Dadurch werden die Werkzeug- und Herstellkosten gesenkt. Letztere kann eingesetzt werden, wenn nur ein geringer Bedarf für Schalldämpfung besteht, beispielsweise bei leisen Motoren.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Teil der Beschreibung entnehmen, in dem Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen schallabsorbierenden Elements näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines schallabsorbierenden Elements;
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2 eine perspektivische Darstellung des schallabsorbierenden Elements gemäß 1;
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3 eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines schallabsorbierenden Elements;
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4 eine perspektivische Darstellung des schallabsorbierenden Elements gemäß 3;
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5 eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform eines schallabsorbierenden Elements
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6 eine perspektivische Darstellung des schallabsorbierenden Elements gemäß 5;
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7 eine Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform eines schallabsorbierenden Elements;
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8 eine perspektivische Darstellung des schallabsorbierenden Elements gemäß 7;
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9 eine Schnittdarstellung einer fünften Ausführung eines schallabsorbierenden Elements als herkömmliche Kunststoffverkleidung;
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10 eine perspektivische Darstellung des schallabsorbierenden Elements gemäß 9.
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Gleiche oder entsprechend gleiche Bauteile sind mit demselben Bezugszeichen versehen.
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Demnach umfasst das erfindungsgemäße schallabsorbierende Element 1 im Wesentlichen einen Träger 2, 2a und einen Absorber 3, wobei der Träger 2, 2a als eine den Absorber 3 umlaufende Einfassung 4 ausgebildet ist, und der Absorber 3 und der Träger 2, 2a stoffschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Ferner sind mehrere Versteifungsstege 5, 5a ausgebildet. Der Absorber 3 ist also in mehrere facettenartige Bereiche 3a unterteilt, die durch den Träger 2, 2a bzw. durch die Einfassung 4 und die Versteifungsstegen 5, 5a abgegrenzt sind.
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Die dargestellten Ausführungsformen sind mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt. Bei einem solchen Verfahren wird der Absorber 3 in das Spritzgusswerkzeug für den Träger 2, 2a eingelegt. Dann wird verflüssigter Kunststoff, vorzugsweise Polyamid, in das Spritzgusswerkzeug eingespritzt. Nach Erkalten des Kunststoffs ist die Verbindung zwischen Träger 2, 2a und Absorber 3 formschlüssig und/oder stoffschlüssig realisiert, je nach geometrischer Ausgestaltung des Trägers 2, 2a und der Oberflächenbeschaffenheit des Absorbers 3. Das schallabsorbierende Element dämpft Luft- und/oder Körperschall und ist beispielsweise zur Kapselung eines Kraftfahrzeugmotorraumes vorgesehen.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform, die in den 1 und 2 dargestellt ist, weist der Träger 2 einen im Wesentlichen ebenen Querschnitt auf. Wie in 1 dargestellt, umschließt die Einfassung 4 den Absorber 3 vollumfänglich am äußeren Rand. Ferner sind Versteifungsstege 5 mit einem rechteckigen Querschnitt bzw. mit einem Querschnitt in Form eines gespiegelten U's ausgebildet. Die Verbindung zwischen dem Träger 2 und dem Absorber 3 ist also im Wesentlichen durch Formschluss realisiert. Der Träger 2 einschließlich Einfassung 4 und Versteifungsstege 5 ist vorzugsweise aus Polyamid ausgebildet und weist eine Materialstärke von vorzugsweise ca. 3 mm auf. Der Absorber 3 ist vorzugsweise aus PET-Schaum ausgebildet und weist vorzugsweise eine Höhe von ca. 14 mm auf. Dieses Material weist vorzugsweise eine offene Oberflächestruktur auf, wodurch die Verbindung zwischen dem Träger 2 und dem Absorber 3 auch stoffschlüssig realisiert ist.
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Die zweite Ausführungsform, dargestellt in den 3 und 4, unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, dass die Einfassung 4 und die Verbindungsstege 5a einen, in Bezug auf eine nicht dargestellte Mittelebene des Absorbers 3, asymmetrischen Querschnitt aufweisen. Die Einfassung 4 und die Versteifungsstege 5a weisen einen u-förmigen Querschnitt auf, dessen hinterschnittiger Bereich den Absorber 3 formschlüssig einfasst. Die Verbindung zwischen dem ebenen Träger 2 und dem Absorber 3 ist ebenfalls auch stoffschlüssig realisiert. Durch die asymmetrische Anordnung der Versteifungsstege 5a in Bezug auf die Körpermitte des Absorbers 3, sind diese Versteifungsstege 5a in Einbaulage nicht von der Außenseite 6 des Absorbers 3 sichtbar, die sich parallel, beabstandet zu den Versteifungsstegen 5a erstreckt.
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Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist den 5 und 6 dargestellt. Der Träger 2 ist im Wesentlichen eben ausgebildet. Der Absorber 3 weist Bereiche 3a mit unterschiedlicher, zu einer durch den Träger 2 aufgespannten Ebene senkrechte Ausdehnung auf, die durch einen unterschiedlichen Abstand der Versteifungsstegen 5 zu weiteren Versteifungsstegen 5 und/oder der Einfassung des Trägers 2 in diesen Bereichen realisiert ist. Ähnlich wie bei einer Steppdecke, deren Dicke durch die Anzahl der Nähte bzw. durch den Abstand der Nähte zueinander beeinflusst wird, wird die Ausdehnung des Absorbers 3 durch den Abstand der Steifungsstege 5 zu weiteren Versteifungsstegen 5 bzw. der Einfassung 4 realisiert. Als Material für den Absorber 3 wird hier vorzugsweise unbehandelter Melaminschaum verwendet, da dieser besonders weich bzw. elastisch ist.
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Eine vierte Ausführungsform der Erfindung ist in den 7 und 8 dargestellt. Der Träger 2a weist bei dieser Ausführungsform eine dreidimensionale dom- oder kuppelartige Gestalt auf. Diese dreidimensionale, aus der Ebene der umlaufenden Einfassung nach oben gerichtete Wölbung des Trägers 2a nach oben wird über die Verbindung der wie Zeltstangen fungierenden Versteifungsstege 5a exakt auf den Absorber 3 übertragen.
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Eine fünfte Ausführungsform ist in den 9 und 10 dargestellt. Diese Aufführungsform dient als herkömmliche Verkleidung 7, falls keine hohe Anforderung in Bezug auf Schalldämpfung gestellt werden, beispielsweise bei leisen Motoren. Diese Verkleidung 7 ist vorzugsweise ausschließlich aus Polyamid ausgebildet. Vorteilhafterweise ist die Verkleidung mittels eines nahezu gleichen Spritzgussverfahrens herstellt, durch welchen auch die vorgenannten Aufführungen realisiert sind. Als einziger Unterschied wird jedoch ausschließlich verflüssigter Kunststoff in das Spritzgusswerkzeug einbracht. Kein Absorber wird in das Spritzgusswerkzeug eingelegt. Die ursprünglich für den Absorber vorgesehenen Bereiche werden somit ebenfalls mit dem Kunststoff ausgefüllt. Damit kann mit dem erfindungsgemäßen Spritzgussverfahren sowohl ein schalldämpfendes Element 1 als auch eine herkömmliche Verkleidung 7 aus Kunststoff kostengünstig mit dem selbem Spritzgusswerkzeug hergestellt werden.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Ansprüche, sondern aus der Kombination der einzelnen Ansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen – einschließlich der Zusammenfassung – offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- schallabsorbierendes Element
- 2
- ebener Träger
- 2a
- drei-dimensionaler Träger
- 3
- Absorber
- 3a
- Bereich
- 4
- Einfassung
- 5
- Versteifungssteg
- 5a
- asymmetrischer Versteifungssteg
- 6
- Außenseite
- 7
- Verkleidung
