DE102011076129A1

DE102011076129A1 - Kfz-Klimakanal

Info

Publication number: DE102011076129A1
Application number: DE102011076129A
Authority: DE
Inventors: Klaus Pfaffelhuber; Frank Uhl
Original assignee: Roechling Automotive AG and Co KG; Roechling Automotive SE and Co KG
Current assignee: Roechling Automotive AG and Co KG; Roechling Automotive SE and Co KG
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2012-11-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kfz-Klimakanal (10) zur Zuführung von Luft, insbesondere klimatisierter Luft, in einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, wobei der Klimakanal (10) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus einem mehrlagigen Faserverbundwerkstoff gebildet ist, welcher folgende Lagen umfasst:
– eine Kernlage (26), umfassend ein Kern-Fasermaterial und ein Kern-Bindermaterial, wobei das Kern-Fasermaterial eine höhere Schmelztemperatur aufweist als das Kern-Bindermaterial,
– eine Sperrlage (28), welche ein im Wesentlichen gasundurchlässiges Folienmaterial umfasst, und
– wenigstens eine Decklage (24), umfassend ein Deck-Fasermaterial und ein Deck-Bindermaterial, wobei das Deck-Fasermaterial eine höhere Schmelztemperatur aufweist als das Deck-Bindermaterial.

Description

Die vorlegende Erfindung betrifft einen Kfz-Klimakanal zur Zuführung von Luft in einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs. Häufig ist diese Luft durch eine Klimaanlage klimatisiert, d. h. in ihrer Temperatur oder/und Luftfeuchtigkeit oder/und hinsichtlich weiterer Parameter auf einen Soll-Parameterwert konditioniert.
Derartige Kfz-Klimakanäle sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Dabei sind Kfz-Klimakanäle beispielsweise durch Kunststoffschalen aus Thermoplast oder Duroplast gebildet, welche entlang eines gewünschten Kanalwegs verlaufen. Nachteilig an derartigen Kfz-Klimakanälen mit massiver Kunststoffwandung ist ihr akustisches Verhalten, da Kfz-Klimakanäle mit massiven Kunststoffwänden als akustisch hart anzusehen sind mit der Folge, dass sich Schall, etwa von einem Luftfördergerät oder auch durch die Luftströmung selbst erzeugt, durch Reflexion an den Kanalwänden entlang des Kanalverlaufs im Inneren des Kanals ausbreiten kann und somit dieser Schall unerwünschterweise in den Fahrgastraum gelangt, wo er von den Insassen wahrgenommen werden kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kfz-Klimakanal bereitzustellen, welcher eine unerwünschte Schallausbreitung längs des Kanalverlaufs in der im Kanal strömenden Luft reduziert oder gar vollständig vermeidet, ohne dass Förderverluste an dem längs des Kanalverlaufs geförderten Luftstrom zunehmen.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch einen Kfz-Klimakanal zur Zuführung von Luft, insbesondere klimatisierter Luft, in einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, wobei der Klimakanal zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus einem mehrlagigen Faserverbundwerkstoff gebildet ist, welcher folgende Lagen umfasst:

– eine Kernlage, umfassend ein Kern-Fasermaterial und ein Kern-Bindermaterial, wobei das Kern-Fasermaterial eine höhere Schmelztemperatur aufweist als das Kern-Bindermaterial,
– eine Sperrlage, welche ein im Wesentlichen gasundurchlässiges Folienmaterial umfasst, und
– wenigstens eine Decklage, umfassend ein Deck-Fasermaterial und ein Deck-Bindermaterial, wobei das Deck-Fasermaterial eine höhere Schmelztemperatur aufweist als das Deck-Bindermaterial.

Die Kernlage mit dem Kern-Fasermaterial und dem Kern-Bindermaterial sorgt als poröse Kernschicht, bei welcher das Fasermaterial durch das Bindermaterial in einen porösen Zustand gebunden ist, für die mechanische Festigkeit und Formstabilität des Klimakanals bei gleichzeitig geringem Gewicht. Außerdem kann die Kernlage aufgrund ihrer Porosität auch als akustisch wirksame Lage angesehen werden, in welcher Schall aufgrund der porösen Faserstruktur absorbiert werden kann. Der Schall gibt daher seine Schallenergie wenigstens teilweise an die poröse Faserstruktur der Kernlage ab, wodurch er im Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs immer weniger wahrnehmbar wird.
Die Sperrlage, welche auf einer Seite der Kernlage vorgesehen ist, sorgt dafür, dass der Luftmassenstrom trotz der größtenteils porös-faserartigen Wandstruktur des hier diskutierten Klimakanals nicht durch die Kanalwandung entweichen kann und somit längs des Kanalwegs im Wesentlichen konstant ist. Förderverluste an dem im Kanal geförderten Luftstrom werden somit vermieden.
Die wenigstens eine Decklage, welche wie die Kernlage eine porös-faserartige Struktur aufweist, trägt maßgeblich zur Schallabsorption bei, kann jedoch bei geeigneter Anordnung zwischen Luftstrom und Kernlage weiterhin dazu dienen zu verhindern, dass Faserpartikel aus der Kernlage in den Luftstrom im Inneren des Klimakanals gelangen und unerwünschterweise in den Fahrgastraum gefördert werden.
Hierzu kann sich die Struktur der Decklage aufgrund des verwendeten Deck-Fasermaterials und des ebenfalls verwendeten Deck-Bindermaterials von der Struktur der Kernlage unterscheiden.
Beispielsweise kann die Decklage ein Faservlies sein.
Sowohl die Kernlage als auch die Decklage weisen Fasermaterial mit einem Verdichtungsgrad auf, welcher üblicherweise von 100% verschieden ist, wobei ein Verdichtungsgrad von 100% anzeigt, dass ein definiertes Volumen des Fasermaterials zu 100% mit Material gefüllt ist und einen Luftvolumenanteil von 0% aufweist, also vollständig massiv ist. Ein Verdichtungsgrad von beispielsweise 70% zeigt dagegen an, dass ein vorbestimmtes Volumen des Fasermaterials zu 70% mit Material gefüllt ist und einen Luftvolumenanteil von 30% aufweist.
Zur Verbesserung seiner akustischen Wirksamkeit und auch zur Vereinheitlichung seiner Oberflächeneigenschaften, was für die Montage des hier diskutierten Klimakanals von Bedeutung sein kann, kann vorgesehen sein, dass der zur Bildung des Kfz-Klimakanals verwendete Faserverbundwerkstoff zwei Decklagen aufweist, und zwar auf jeder Seite der Kernlage eine. Dabei ist die Kernlage sozusagen als Koordinatenursprung zu verstehen, von dem ausgehend der Aufbau des Faserverbundwerkstoffs beschrieben ist. Wenn also in dieser Anmeldung ausgesagt ist, dass eine Lage auf einer Seite der Kernlage vorgesehen ist, dann bedeutet dies nicht notwendigerweise, dass diese Lage unmittelbar auf die Kernlage folgt und an dieser anliegt. Zwischen der Kernlage und der bezeichneten Lage können vielmehr weitere Zwischenschichten vorgesehen sein.
So ist vorzugsweise zwischen einer der beiden genannten Decklagen und der Kernlage die Sperrlage vorgesehen, so dass die Sperrlage vollständig zwischen weiteren Lagen eingebettet ist. Hierdurch kann beispielsweise verhindert werden, dass im Luftstrom im Klimakanal mitgeführte Partikel die Sperrlage verletzten und für eine Gasundichtigkeit desselben sorgen.
Wenn im Übrigen in der vorliegenden Anmeldung ausgesagt ist, dass die Sperrlage im Wesentlichen gasundurchlässig ist, so ist damit eine makroskopische Gasundurchlässigkeit bezeichnet, wie sie zur Führung eines Luftstroms ausreichend ist. Davon nicht betroffen soll eine mikroskopische Gasdurchlässigkeit sein, welche bei Folienmaterial auf Molekülebene immer gegeben sein kann.
Damit die beiden Decklagen eine einheitliche Oberflächenstruktur auf beiden Seiten der Klimakanalwandung bereitstellen können, sind die Decklagen vorzugsweise außenliegende Lagen des Faserverbundwerkstoffs. In der Folge sind daher vorzugsweise die Kernlage und die Sperrlage zwischen den beiden Decklagen vorgesehen.
Jene Decklage, welche sich auf derjenigen Seite der Kernlage befindet, auf der sich auch die Sperrlage befindet, kann ein kleineres Flächengewicht aufweisen als die Decklage, welche sich auf der der Sperrlage abgewandten Seite der Kernlage befindet, da der erstgenannten Decklage aufgrund der ihr nahen, vorzugsweise massiven Sperrlage kaum Bedeutung für die Minderung von Schallenergie in der Kanalwandung des hier diskutierten Klimakanals zukommt. Dagegen kann die Decklage auf der Sperrlagenseite der Kernlage wirksam ein Ankleben der Sperrlage an einer Kavitätswandoberfläche einer ein Klimakanalbauteil, wie etwa eine Klimakanalschale, bildenden Pressform verhindern.
Daher kann es ausreichen, wenn die auf der Sperrlagenseite der Kernlage vorgesehene Decklage ein Flächengewicht aufweist, welches etwa um die Faktor 5 bis 50 kleiner ist als das Flächengewicht der auf der der Sperrlage abgewandten Seite der Kernlage vorgesehenen Decklage. Versuche haben gezeigt, dass die auf der Sperrlagenseite vorgesehene Decklage ein bevorzugt um den Faktor 8 bis 12, besonders bevorzugt etwa um den Faktor 10 geringeres Flächengewicht aufweist als die jeweils andere Decklage.
Dagegen kommt der Decklage, welche sich auf der der Sperrlage abgewandten Seite der Kernlage befindet, eine herausragende akustische Wirkung zu, welche die Schallminderungswirkung der Kernschicht in der Regel noch übertrifft. Daher ist es vorteilhaft, wenn diejenige Decklage, welche sich auf der der Sperrlage abgewandten Seite der Kernlage befindet, ein Flächengewicht von etwa 100 g/m² bis etwa 500 g/m² aufweist, wobei Versuche gezeigt haben, dass ein Flächengewicht in einem Bereich von 200 g/m² bis 400 g/m² ausreichend sein kann.
Bei den Schallcharakteristika des sich in einem derartigen Klimakanal üblicherweise ausbreitenden Schalls kann eine hervorragende Schallminderungswirkung mit einem Flächengewicht der hier diskutierten Decklage in einem Bereich von 250 g/m² bis 350 g/m² erzielt werden, besonders bevorzugt mit einem Flächengewicht von etwa 300 g/m².
Demgegenüber reicht für die auf der Sperrlagenseite der Kernlage vorgesehene Decklage ein Flächengewicht in einem Bereich von 10 g/m² bis 100 g/m² aus, um die oben genannten Wirkungen zu erzielen. Diese sind bereits sehr gut in einem Bereich des Flächengewichts von 20 g/m² bis 50 g/m² zu realisieren. Besonders gute Effektivität des Materialeinsatzes erzielt man mit einem Flächengewicht von 25 g/m² bis 35 g/m², besonders bevorzugt von etwa 30 g/m². Aufgrund der überragenden Schallminderungswirkung der Decklage mit dem höheren Fasergewicht ist diese vorzugsweise auf der Seite der Kernlage angeordnet, welche dem Kanalinnenraum näher liegt bzw. zu diesem hinweist, während die Sperrlage und die Decklage mit dem geringeren Flächengewicht vorzugsweise auf jener Seite der Kernlage angeordnet sind, die dem Kanalinnenraum ferner liegt bzw. von diesem wegweist. Damit kann die akustisch wirksamere Deckschicht näher am Kanalinnenraum angeordnet werden, wo schließlich die Schallminderung stattfinden soll.
Das Deck-Fasermaterial kann vorteilhafterweise einen ersten thermoplastischen Deck-Kunststoff und einen zweiten thermoplastischen Deck-Kunststoff aufweisen, wobei der zweite thermoplastische Deck-Kunststoff einen höheren Schmelzpunkt als der erste Deck-Kunststoff aufweist. Dadurch kann der erste Deck-Kunststoff als thermoplastischer Binder für den zweiten Deck-Kunststoff verwendet werden, wenn das Deck-Material auf eine Temperatur zwischen den Schmelzpunkten des ersten und des zweiten Deck-Kunststoffes erwärmt wird. So kann eine Decklage mit hoher Steifigkeit und Formstabilität erhalten werden.
Als erster Deck-Kunststoff eignen sich beispielsweise Polyolefine, wie Polyethylen oder besonders bevorzugt Polypropylen.
Der zweite Deck-Kunststoff ist aus Gründen des Stabilitätsbeitrags zum Kfz-Klimakanal insgesamt vorzugsweise ein Polyester, wobei sich hier Polyethylenterephthalat als mechanisch und thermisch besonders strapazierfähiger Kunststoff erwiesen hat.
Der Gewichtsanteil des ersten Deck-Kunststoffs am Deck-Fasermaterial kann 40% bis 90% betragen, der Gewichtsanteil des zweiten Deck-Kunststoffs dementsprechend etwa 60% bis 10%. Bevorzugt sind der erste und der zweite Deck-Kunststoff zu etwa gleichen Gewichtsanteilen im Deck-Fasermaterial vorgesehen.
Die Gasundurchlässigkeit der Sperrlage kann bei vorteilhafter geringer radialer Bauraumbeanspruchung am Klimakanal vorzugsweise durch eine Folie bereitgestellt werden. Daher wird als Sperrlage vorzugsweise eine Folie verwendet. Aus Gründen, auf die weiter unten noch eingegangen werden wird, ist diese Folie bevorzugt aus thermoplastischem Material, wobei sich hier wiederum Polyolefine und innerhalb dieser Gruppe insbesondere Polypropylen als vorteilhafter Folienwerkstoff für die Sperrlage erwiesen hat. Polypropylen ist grundsätzlich bei, verglichen mit anderen Kunststoffen, niedrigen Temperaturen schmelzbar und weist gute Benetzungseigenschaften anderer Kunststoffe auf, so dass Polypropylen sehr gut als Binderwerkstoff in einem Faserverbundwerkstoff einsetzbar ist.
Vorzugsweise weisen alle Lagen des Faserverbundwerkstoffes, aus dem der Klimakanal gebildet ist, eine gemeinsame Komponente auf, beispielsweise Polypropylen, was die Laminierung des Faserverbundwerkstoffs erleichtert und insbesondere dessen Laminierungsstabilität erhöht, da gleiche oder wenigstens kompatible Materialien in unterschiedlichen Lagen beim Laminieren eine stabile Verbindung miteinander eingehen können, so dass die einzelnen Lagen des Faserverbundwerkstoffes gut aneinander haften und nicht oder nur unter extremen Bedingungen delaminieren.
Zur Bereitstellung der gewünschten Gasundurchlässigkeit sollte die Sperrlage vorzugsweise ein Flächengewicht von etwa 50 g/m² bis 500 g/m² aufweisen, wobei zur Vermeidung unnötiger Materialaufwendungen ein Flächengewicht von 200 g/m² bis 300 g/m², besonders bevorzugt von etwa 250 g/m² in den meisten Fällen ausreicht.
Für das Kern-Fasermaterial gilt im Wesentlichen das oben für das Deck-Fasermaterial Gesagte entsprechend. Auch das Kern-Fasermaterial weist daher einen ersten Kern-Werkstoff und einen zweiten Kern-Werkstoff auf, wobei der zweite Kern-Werkstoff vorzugsweise einen höheren Schmelzpunkt aufweist als der erste Kern-Werkstoff. Somit kann der erste Kern-Werkstoff als Bindermaterial für den faserartig vorliegenden zweiten Kern-Werkstoff dienen. Hierzu ist der erste Kern-Werkstoff vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff, etwa ein Polyolefin. Auch hier ist wiederum Polypropylen aus den oben genannten Gründen bevorzugt, so dass im hier beschriebenen Beispiel Polypropylen nicht nur als Bindermaterial innerhalb einer Lage des Faserverbundwerkstoffs dient, sondern auch für eine höhere Verbindungsfestigkeit der Lagen untereinander sorgt. Anstelle des Polypropylens kann aber grundsätzlich ein beliebig anderer thermoplastischer Kunststoff in allen Lagen des Faserverbundwerkstoffs eingesetzt werden.
Die Kernlage sorgt maßgeblich für die mechanische Festigkeit und die Formstabilität des Klimakanals. Daher sind als zweiter Kern-Werkstoff vorzugsweise Mineral- oder/und Glasfasern verwendet.
Dabei hat sich herausgestellt, dass ein Gewichtsanteil des ersten Kern-Werkstoffs am Kern-Fasermaterial von etwa 70% bis 50% und entsprechend ein Gewichtsanteil des zweiten Kern-Werkstoff am Kern-Fasermaterial von etwa 30% bis 50% sowohl für eine gute mechanische Festigkeit bei geringem Gewicht als auch für eine immer noch akustische Wirksamkeit in der Schallminderung sorgt. Besonders bevorzugt beträgt der Gewichtsanteil des ersten Kern-Werkstoffs am Kern-Fasermaterial etwa 60% und beträgt der Gewichtsanteil des zweiten Kern-Werkstoff entsprechend etwa 40%.
Da die Kernlage im hier diskutierten Klimakanal maßgeblich die mechanische Stabilität verleiht, ist für die Kernlage ein Flächengewicht von 500 g/m² bis 1.500 g/m² vorteilhaft. In den meisten Fällen reicht jedoch ein Flächengewicht von 750 g/m² bis 1.250 g/m² und besonders bevorzugt von etwa 1.000 g/m² aus.
Um die oben beschriebenen Verdichtungsgrade der Kernlage von weniger als 100% zu erreichen, ist die Kernlage in an sich bekannter Weise zumindest abschnittsweise geloftet. Dieses Loften geschieht durch Erwärmen der Kernlage nach dem Ende einer Druckbelastung der Kernlage in Dickenrichtung. Die Kernlage dehnt sich dabei wieder in Dickenrichtung aus, so dass das in ihr eingeschlossene Luftvolumen zunimmt.
Zur Befestigung des Kfz-Klimakanals an einer Basisstruktur, etwa einem Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs, kann der Klimakanal ein Spritzguss-Bauteil aufweisen, welches unmittelbar an den Klimakanal angespritzt ist. Das Spritzguss-Bauteil kann beispielsweise eine Befestigungsöse, ein Lagerbock, eine Befestigungslasche und dergleichen sein. Durch das Einspritzen ist ein für die Befestigung des Klimakanals notwendiges Bauteil unverlierbar und mit ausreichender Festigkeit an diesem angeordnet.
Zusätzlich oder alternativ kann daran gedacht sein, Flansche an Kanalenden eines erfindungsgemäßen Kfz-Klimakanals durch Spritzgießen an dem Kfz-Klimakanal auszubilden. Dann kann das oben genannte Spritzguss-Bauteil auch ein an den Kfz-Klimakanal angespritzter Kanalflansch sein, was zur vorteilhaften Realisierbarkeit einer großen Anzahl an unterschiedlichen Flanschgeometrien führt, was alleine mit dem mehrlagigen Faserverbundmaterial in der dem Spritzgießen zugänglichen Gestaltungsvielfalt nicht möglich wäre.
Ebenso kann daran gedacht sein, dass der Kfz-Klimakanal aus mehreren Schalenteilen des oben beschrieben Faserverbundwerkstoffs zusammengesetzt ist. Diese Schalenteile können in Umfangsrichtung des Kfz-Klimakanals oder/und in axialer Richtung desselben unmittelbar aufeinander folgend und aneinander anschließend angeordnet sein. Dann kann es vorteilhaft sein, als Spritzguss-Bauteile Formschluss-Verbindungsteile an die Schalenteile des Kfz-Klimakanals anzuspritzen, um für eine exakte Relativanordnung der zu dem Kfz-Klimakanal zu verbindenden Schalenteile zu sorgen. Derartige Formschluss-Verbindungsteile können Nut- und Federgeometrien oder ganz allgemein Passvorsprünge und zugeordnete Passausnehmungen sein.
Ebenso kann daran gedacht sein, an das mehrlagige Faserverbundmaterial des Kfz-Klimakanals eine dieses, etwa radial außen, umgebende Kanalhülle oder Kanalteilhülle als das oben genannte Spritzguss-Bauteil anzuspritzen.
Schließlich kann ebenso daran gedacht sein, einzelne Schalenteile, welche den eingangs genannten mehrlagigen Faserverbundwerkstoff umfassen oder aus diesem gebildet sind, mittels Spritzgießen zu einem Kfz-Klimakanal zu fügen. Dieses Fügen kann insbesondere im Rahmen des Anspritzens der zuvor genannten Kanalhülle oder Kanalteilhülle erfolgen.
Da die Sperrlage im Wesentlichen gasundurchlässig ist und somit dem Einspritzdruck einen für das Einspritzen notwendigen Widerstand entgegensetzen kann, so dass der Einspritzdruck während des Einspritzvorgangs aufrechterhalten bleiben kann, ist es vorteilhaft, wenn das Spritzguss-Bauteil an jene Seite der Kernlage angespritzt ist, auf welcher die Sperrlage vorgesehen ist.
Zur vorteilhaften flächigen Verbindung des angespritzten Spritzguss-Bauteils mit dem hier diskutierten Klimakanal ist es vorteilhaft, wenn das Spritzguss-Bauteil einen Spritzguss-Werkstoff umfasst, welcher mit dem Werkstoff der Sperrlage kompatibel ist, vorzugsweise mit dem Werkstoff der Sperrlage im Wesentlichen identisch ist. Hierdurch besteht also die Möglichkeit, dass der mit hohem Druck eingespritzte fließfähige Kunststoff die äußerste ihm zugewandte Fläche der Sperrlage erwärmt, so dass es wenigstens diffusionsgetrieben zu Verbindungsvorgängen zwischen Spritzguss-Bauteil und Sperrlage kommt, wodurch eine äußerst vorteilhafte stoffschlüssige Verbindung zwischen Spritzguss-Bauteil und Klimakanal, insbesondere Sperrlage, kommen kann.
Das Anspritzen von Bauteilen an Faserverbundmaterial ist im Stand der Technik zwar grundsätzlich bekannt, jedoch nur an Faserverbundwerkstoffen mit einem Verdichtungsgrad von 100%, also an massiven Faserverbundwerkstoffen. Dann, wenn der Faserverbundwerkstoff einen Verdichtungsgrad von unter 100% aufweist, treten beim Anspritzen von Bauteilen daran häufig große Probleme dadurch auf, dass aufgrund des geringen Verdichtungsgrades keine abgeschlossene, definierte Spritzguss-Kavität bereitgestellt werden kann, so dass es zu undefinierten Strömungsvorgängen des Spritzgussmaterials kommt.
Mit der hier vorgeschlagenen Anordnung der Sperrlage, insbesondere der Sperrfolie, kann dieses Problem im Stand der Technik überwunden werden, so dass es in äußerst vorteilhafter Weise möglich ist, das Spritzguss-Bauteil in einem Bereich des Kfz-Klimakanals an diesen anzuspritzen, in welchem die Kernlage geloftet ist. Die geloftete Kernlage wird dann nämlich durch die Sperrlage gegen den fließfähigen Spritzguss-Werkstoff abgeschirmt, so dass es gerade nicht zu den aus dem Stand der Technik bekannten undefinierten Strömungsvorgängen des fließfähigen Spritzguss-Werkstoffs im porösen Faserwerkstoff kommt.
Somit kann ein akustisch wirksamer Kfz-Klimakanal in der gewünschten Form mit dem gewünschten Kanalverlauf erhalten werden, an den bereits alle oder wenigstens ein Großteil der erforderlichen Befestigungselemente oder sonstige benötigte Elemente angeformt sind.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es stellt dar:
1 eine allgemeine Ansicht eines vereinfachten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kfz-Klimakanals und
2 einen Querschnitt durch eine Wandung des Kfz-Klimakanals von 1 im Bereich eines angespritzten Spritzguss-Bauteils.
In 1 ist ein grobschematisch dargestellter erfindungsgemäßer Kfz-Klimakanal allgemein mit 10 bezeichnet.
Der Klimakanal 10 ist im dargestellten Beispiel ein Klimakanal 10 mit Vierkantquerschnitt, wobei der Vierkantquerschnitt aus Gründen der einfacheren Pressformgebung vorzugsweise abgerundete Ecken aufweist.
Der Klimakanal 10 ist vorzugsweise aus zwei oder mehr Schalenteilen zusammengesetzt, welche jeweils durch Pressformgebung eines Faserverbundwerkstoffes mit Sperrlage ausgeformt sind.
Bei der Pressumformung werden vorgewärmte Faserverbundwerkstoffrohlinge in entsprechende Pressformen gelegt und unter Anwendung von Druck und erhöhter Temperatur umgeformt. Die Temperatur ist dabei so eingestellt, dass ein im Faserverbundwerkstoff zunächst vorzugsweise ebenfalls faserförmig vorgesehener Binderwerkstoff aufgeschmolzen wird und verbleibende Fasern, deren Schmelzpunkt über der Prozesstemperatur liegt, benetzt. Nach dem Erkalten des Faserverbundwerkstoffs kann somit ein Bauteil mit hoher Festigkeit erhalten werden, in dem Fasern von Faserwerkstoffen durch die Benetzung mit dem Binderwerkstoff miteinander adhäsiv verbunden sind.
Der Klimakanal 10 verläuft längs eines Kanalwegs 12 und weist in der Regel eine dreidimensionale Gestalt auf, d. h. der Kanalweg 12 ist um wenigstens zwei miteinander einen Winkel einschließende Krümmungsachsen gekrümmt. Der Kanalverlauf 12 wird üblicherweise nach den Erfordernissen der Fahrzeugklimatisierung festgelegt, etwa auf Grundlage des Ausgangspunktes und des Endpunktes des Klimakanals und des dazwischen verfügbaren Bauraums.
Der Klimakanal 10 kann einenends einen Flansch 14 und anderenends einen Flansch 16 aufweisen.
Die beiden Flansche 14 und 16, welche in ihrer Gestalt voneinander verschieden sein können, können dazu dienen, den Klimakanal 10 an vorhergehende bzw. nachfolgende Kanalstücke anzuschließen oder an eine Luftförderquelle anzuschließen oder an einen Luftauslass im Fahrgastraum anzuschließen. Einer der oder beide Flansche 14 und 16 können durch Spritzgießen als Spritzguss-Bauteile an einen Kanalgrundkörper 11 des Klimakanals 10 angespritzt sein.
Die Flansche, sofern vorhanden, weisen in der Realität eine von der grobschematischen Darstellung der 1 abweichende, in der Regel wesentlich komplexere Geometrie auf.
Eine Wandung 18 des Klimakanals 10 ist in 1 im Teilschnitt dargestellt. An diese Wandung 18 ist eine Befestigungslasche 20 mit Befestigungsöse 22 als ein (weiteres) beispielhaftes Spritzguss-Bauteil angespritzt.
Vorzugsweise weist der Klimakanal 10 längs des Kanalwegs 12 und längs seines Umfangs, unter Umständen unter gerinfügiger Abweichung der Verbindungsstellen der oben genannten Schalenteile, eine einheitliche Materialzusammensetzung der Kanalwandung 18 auf.
Der Abschnitt der Kanalwandung 18, an welchem die Befestigungslasche 20 angespritzt ist, ist in 2 vergrößert dargestellt.
Man erkennt in 2 eine beispielhafte, jedoch für die vorliegende Erfindung typische Lagenfolge der Kanalwandung 18. Auf der Kanalinnenseite 18a weist der Faserverbundwerkstoff, aus welchem der Klimakanal 10 gebildet ist, eine erste, innere Decklage 24 auf, die beispielsweise aus einem Faservlieswerkstoff mit zwei Kunststoffkomponenten gebildet sein kann. Beispielsweise kann die äußere Deckschicht Fasern aus Polyethylenterephthalat aufweisen und kann darüber hinaus einen thermoplastischen Kunststoff mit niedrigerem Schmelzpunkt als Polyethylenterephthalat aufweisen, beispielsweise ein Polyolefin, wie etwa Polypropylen.
Die erste Decklage 24, in der Polypropylen und Polyethylenterephthalat vorzugsweise zu gleichen Gewichtsanteilen vorgesehen sind, weist eine bevorzugstes Flächengewicht von etwa 300 g/m² auf. Dieses Flächengewicht gilt für das hier gezeigte Beispiel, kann jedoch von dem genannten Wert ohne Weiteres abweichen.
Die erste Decklage 24 stellt maßgeblich die akustischen Schallminderungseigenschaften des hier diskutierten Klimakanals 10 bereit. Dies geschieht durch die poröse Faserstruktur der Decklage 24, in welcher Schallenergie durch Absorption dissipiert werden kann.
An die erste Decklage 24 schließt im dargestellten Beispiel in Richtung vom Kanalinneren zum Kanaläußeren eine Kernlage 26 an, welche im dargestellten Beispiel Glasfasern und ein thermoplastisches Bindemittel, wiederum vorzugsweise ein Polyolefin, wie etwa Polypropylen, umfassen kann. Die Kernlage, die im dargestellten Beispiel etwa 40 Gewichts% Glasfasern und etwa 60 Gewichts% Polypropylen aufweisen kann, stellt maßgeblich die mechanische Festigkeit und Steifigkeit des Klimakanals 10 bereit und sorgt somit auch für dessen Formstabilität. Da die Kernlage 26 aufgrund ihrer porösen Faserstruktur einen Verdichtungsgrad von weniger als 100% aufweist, kann auch sie zusätzlich zur ersten Decklage 24 schallabsorbierend wirken, wenngleich diese Wirkung gegenüber jener der ersten Decklage 24 von untergeordneter Größenordnung ist.
In dem in 2 dargestellten Beispiel weist die Kernlage etwa ein Flächengewicht von 1.000 g/m² auf.
An die Kernlage 26 schließt sich in Richtung zum Kanaläußeren hin eine Sperrlage 28 an, welche als gasundurchlässige Lage vorzugsweise als Sperrfolie ausgebildet ist.
Die Sperrlage 28 ist vorzugsweise aus Polypropylen gebildet, da so eine gute Verbindung mit dem Polypropylen der benachbarten Kernlage 26 hergestellt werden kann, was zu einem stabilen Laminat führt, bei welchem eine unerwünschte Delamination des Faserverbundwerkstoffes nur mit erheblichem Aufwand, bei betriebsgemäßen Zuständen jedoch nicht eintritt. Aus demselben Grunde ist auch Polypropylen in der ersten Decklage 24 vorhanden, um eine gute Verbindung zwischen erster Decklage 24 und anschließender Kernlage 26 bereitzustellen.
Die bevorzugt als Folie ausgebildete Sperrlage 28 weist im dargestellten Beispiel ein Flächengewicht von etwa 250 g/m² auf. Dieses Flächengewicht reicht in der Regel aus, um eine strapazierfähige, gasundurchlässige Sperrlage bereitzustellen, welche gewährleisten kann, dass keine wesentlichen Strömungsverluste durch die Wandung 18 hindurch auftreten. Zwar kann es durch das Vorbeiströmen von Luft im Klimakanal 10 an der dort freiliegenden ersten Decklage 24 zu Reibungsverlusten in der Luftströmung im Klimakanal 10 kommen, Luftmassenverluste durch die Wandung 18 hindurch sind durch die Sperrlage 28 jedoch ausgeschlossen.
An die Sperrlage 28 schließt in Richtung zum Kanaläußeren hin eine zweite Decklage 30 an, welche vorzugsweise aus dem gleichen Deck-Fasermaterial hergestellt ist wie die erste Decklage 24.
Da die zweite Decklage 30, welche vorzugsweise eine Außenfläche 18b der Wandung 18 des Klimakanals 10 bildet, im Gegensatz zur ersten Decklage 24 kaum oder sogar keine akustische Wirkung bereitszustellen braucht, kann die zweite Decklage 30 wesentlich dünner und mit wesentlich geringerem Flächengewicht ausgebildet werden als die erste Decklage 24. Im dargestellten Beispiel weist die zweite Decklage 30 ein Flächengewicht von etwa 30 g/m² auf.
Die zweite Decklage 30 dient zum einen dazu, am Klimakanal 10 auf der Außenseite und auf der Innenseite im Wesentlichen die gleichen Materialeigenschaften bereitzustellen. Darüber hinaus dient die zweite Decklage 30 bei der Formgebung des Klimakanals bzw. seiner Schalenteile, aus denen er zusammengesetzt sein kann, dazu, ein Anhaften der Sperrlage 28 an einer Formkavitätsoberfläche eines Presswerkzeugs zu verhindern. Da die Sperrlage 28 vorzugsweise vollständig aus dem bei niedrigen Temperaturen schmelzenden Polypropylen hergestellt ist oder aus einem anderen Polyolefin bzw. thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist, welcher vorzugsweise in den übrigen Lagen des Faserverbundwerkstoffs als Bindemittel oder als sonstige Komponente vorhanden ist, besteht diese Anhaftgefahr der Sperrlage 28 im Presswerkzeug.
Die Befestigungslasche 20, die an die Außenseite 18b der Wandung des Klimakanals 10 angespritzt ist, ist vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt, welcher mit dem Werkstoff der Sperrlage 28 kompatibel ist, vorzugsweise identisch ist. Im dargestellten Beispiel sei die Befestigungslasche 20 aus Polypropylen gebildet.
Die gasundurchlässige Sperrlage 28 erleichtert das Anspritzen der Befestigungslasche 20 oder eines anderen Bauteils an den Klimakanal 10 erheblich, da die im Wesentlichen gasundurchlässige Sperrlage 28 den Aufbau eines ausreichenden Einspritzdrucks gestattet, so dass die Sperrlage 28 bei Anspritzen kurzzeitig als eine Art Formkavitätswand einer Spritzguss-Kavität angesehen werden kann.
Aufgrund der Werkstoffkompatibilität der Befestigungslasche 20 und der Sperrlage 28 kann beim Anspritzen der Befestigungslasche 20 eine stoffschlüssige Verbindung derselben mit der Sperrlage 28 erreicht werden, wobei die Verbindung der Befestigungslasche 20 mit dem Klimakanal 10 noch durch Umströmen von Fasern der zweiten Decklage 30 erhöht wird, so dass neben einer stoffschlüssigen Verbindung der Befestigungslasche 20 mit der Sperrlage 28 eine formschlüssige Verbindung derselben mit der zweiten Decklage 30 bestehen kann.
Der wesentliche Vorteil, der mit dem hier vorgeschlagenen Faserverbundwerkstoff mit Sperrlage 28 erreicht werden kann, liegt in der Anspritzbarkeit der Befestigungslasche 20 an Bereiche des Klimakanals 10, in denen die Kernlage 26 geloftet ist, also ein Luftvolumenanteil in der Kernlage 26 vorhanden ist.

Claims

Kfz-Klimakanal (10) zur Zuführung von Luft, insbesondere klimatisierter Luft, in einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, wobei der Klimakanal (10) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus einem mehrlagigen Faserverbundwerkstoff gebildet ist, welcher folgende Lagen umfasst: – eine Kernlage (26), umfassend ein Kern-Fasermaterial und ein Kern-Bindermaterial, wobei das Kern-Fasermaterial eine höhere Schmelztemperatur aufweist als das Kern-Bindermaterial, – eine Sperrlage (28), welche ein im Wesentlichen gasundurchlässiges Folienmaterial umfasst, und – wenigstens eine Decklage (24, 30), umfassend ein Deck-Fasermaterial und ein Deck-Bindermaterial, wobei das Deck-Fasermaterial eine höhere Schmelztemperatur aufweist als das Deck-Bindermaterial.
Kfz-Klimakanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu seiner Bildung verwendete Faserverbundwerkstoff zwei Decklagen (24, 30) aufweist, und zwar auf jeder Seite der Kernlage (26) eine.
Kfz-Klimakanal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernlage (26) und die Sperrlage (28) zwischen den beiden Decklagen (24, 30) vorgesehen sind.
Kfz-Klimakanal nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklage (30), welche auf jener Seite der Kernlage (26) vorgesehen ist, auf der sich auch die Sperrlage (28) befindet, ein kleineres Flächengewicht aufweist als die Decklage (24), welche sich auf der der Sperrlage (28) abgewandten Seite der Kernlage (26) befindet, wobei das Flächengewicht vorzugsweise etwa um den Faktor 5 bis 50 kleiner ist, besonders bevorzugt um den Faktor 8 bis 12, am stärksten bevorzugt etwa um den Faktor 10.
Kfz-Klimakanal nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklage (24), welche sich auf der der Sperrlage (28) abgewandten Seite der Kernlage (26) befindet, ein Flächengewicht von etwa 100 g/m² bis 500 g/m², vorzugsweise von 200 g/m² bis 400 g/m², besonders bevorzugt von 250 g/m² bis 350 g/m², höchst bevorzugt von etwa 300 g/m² aufweist, oder/und dass die Decklage (30), welche auf jener Seite der Kernlage (26) vorgesehen ist, auf der sich auch die Sperrlage (28) befindet, ein Flächengewicht von etwa 10 g/m² bis 100 g/m², vorzugsweise von 20 g/m² bis 40 g/m², besonders bevorzugt von 25 g/m² bis 35 g/m², höchst bevorzugt von etwa 30 g/m² aufweist.
Kfz-Klimakanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deck-Fasermaterial einen ersten thermoplastischen Deck-Kunststoff und einen zweiten thermoplastischen Deck-Kunststoff mit höherem Schmelzpunkt als der erste Deck-Kunststoff aufweist, wobei der erste Deck-Kunststoff vorzugsweise ein Polyolefin, besonders bevorzugt Polypropylen ist, und wobei der zweite Deck-Kunststoff vorzugsweise ein Polyester, besonders bevorzugt Polyethylenterephthalat ist, wobei ferner vorzugsweise der Gewichtsanteil des ersten Deck-Kunststoffs am Deck-Fasermaterial etwa 40% bis 90%, bevorzugt etwa 50%, beträgt und der Gewichtsanteil des zweiten Deck-Kunststoffs am Deck-Fasermaterial etwa 60% bis 10%, bevorzugt etwa 50%, beträgt.
Kfz-Klimakanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrlage (28) eine Folie, vorzugsweise eine Folie aus thermoplastischem Material, bevorzugt eine Polyolefinfolie, besonders bevorzugt eine Polypropylenfolie ist.
Kfz-Klimakanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrlage (28) ein Flächengewicht von etwa 50 g/m² bis 500 g/m², vorzugsweise von 200 g/m² bis 300 g/m², besonders bevorzugt von etwa 250 g/m² aufweist.
Kfz-Klimakanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kern-Fasermaterial einen ersten Kern-Werkstoff und einen zweiten Kern-Werkstoff mit höherem Schmelzpunkt als der erste Kern-Werkstoff umfasst, wobei der erste Kern-Werkstoff vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff, bevorzugt ein Polyolefin, besonders bevorzugt Polypropylen ist und wobei der zweite Kern-Werkstoff vorzugsweise Mineral- oder/und Glasfasern umfasst, wobei ferner vorzugsweise der Gewichtsanteil des ersten Kern-Werkstoffs am Kern-Fasermaterial etwa 70% bis 50%, bevorzugt etwa 60%, beträgt und der Gewichtsanteil des zweiten Kern-Werkstoffs am Kern-Fasermaterial etwa 30% bis 50%, bevorzugt etwa 40%, beträgt.
Kfz-Klimakanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernlage (26) ein Flächengewicht von 500 g/m² bis 1500 g/m², vorzugsweise von 750 g/m² bis 1250 g/m² und besonders bevorzugt von etwa 1000 g/m² aufweist.
Kfz-Klimakanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernlage (26) zumindest abschnittsweise geloftet ist.
Kfz-Klimakanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Spritzguss-Bauteil (20), etwa eine Befestigungsöse (22), einen Lagerbock, einen Flansch, ein Formschluss-Verbindungsteil, wie etwa Nut- und Federgeometrien, Kanalhüllen oder -teilhüllen und dergleichen, aufweist, welches an den Kfz-Klimakanal (10) angespritzt ist.
Kfz-Klimakanal nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzguss-Bauteil (20) an jene Seite der Kernlage (26) angespritzt ist, auf welcher die Sperrlage (28) vorgesehen ist.
Kfz-Klimakanal nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzguss-Bauteil (20) einen Spritzguss-Werkstoff umfasst, welcher mit dem Werkstoff der Sperrlage (28) kompatibel ist, vorzugsweise mit dem Werkstoff der Sperrlage (28) im Wesentlichen identisch ist.
Kfz-Klimakanal nach Anspruch 14, unter Einbeziehung des Anspruchs 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzguss-Bauteil (20) in einem Bereich des Kfz-Klimakanals (10) an diesen angespritzt ist, in welchem die Kernlage (26) geloftet ist.