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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer schalldämmenden Platte zur Verkleidung eines Kabineninnenraums eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs.
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Nach dem Stand der Technik ist beispielsweise aus der
DE 2 302 989 A eine Sandwich-Bauplatte bekannt. Die Sandwich-Bauplatte besteht aus einer Innenschicht und einer Außenschicht und einem dazwischen angeordneten Kern, welcher einen wabenförmigen Aufbau hat.
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Eine weitere schalldämmende Platte zur Verkleidung eines Kabineninnenraums eines Luftfahrzeugs ist aus dem Dokument Daniel L. Palumbo et al., „Development of Quiet Honeycomb Panels" NASA/TM-2009-215954, Dezember 2009, bekannt. Dabei weist der wabenförmige Kern eine Vielzahl rechteckiger Durchbrüche auf, welche mit aus Glasfasern hergestellter Dämmwolle gefüllt sind. Die Außenschicht und die Innenschicht können aus mit Glas- oder Kohlefasern verstärktem Kunststoff hergestellt sein. Die bekannte schalldämmende Platte zeichnet sich durch eine verbesserte Schallabsorption aus. Die Herstellung der bekannten Platte ist allerdings aufwändig.
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Aus der
EP 2 500 172 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Flächenbauteilen bekannt, wobei eine geschäumte Mittellage bereitgestellt wird, in die durch Heißprägen Strukturen eingebracht werden. Bei diesen Strukturen kann es sich um kreuzende bzw. überkreuzende Vertiefungen, beispielsweise Rillen bzw. Kanäle handeln. Diese Struktur ermöglicht es nun ein vergleichsweise billiges Standardmaterial mit vorzugsweise geringer Dichte als Mittellage einzusetzen. Ein derartiges Flächenbauteil zeichnet sich somit durch einen Kostenvorteil, jedoch nicht durch besondere schalldämmende Eigenschaften aus.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Herstellen einer schalldämmenden Platte zur Verkleidung eines Kabineninnenraums eines Fahrzeugs angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 19.
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Nach Maßgabe der Erfindung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer aus einem Schaumstoff hergestellten ersten Schaumstoffplatte,
- Eindrücken von ersten Taschen in zumindest eine Seite der ersten Schaumstoffplatte bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 210°C,
- Einlegen von zur Form der ersten Taschen korrespondierenden Dämmstoffkissen in die ersten Taschen,
- Überlagern der einen Seite der ersten Schaumstoffplatte mit einem ersten Polymerhalbzeug, und
- Pressen des ersten Polymerhalbzeugs gegen die erste Schaumstoffplatte bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 210°C, so dass aus dem ersten Polymerhalbzeug eine mit der ersten Schaumstoffplatte verbundene und die Dämmstoffkissen in den ersten Taschen einschließende erste Kunststoffschicht gebildet wird.
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Bei der erfindungsgemäßen, in Sandwichbauweise hergestellten schalldämmenden Platte besteht der Kern aus einer ersten Schaumstoffplatte. In die erste Schaumstoffplatte können ohne großen Aufwand erste Taschen zur Aufnahme der Dämmstoffkissen eingedrückt werden. Die bei der vorgeschlagenen Temperatur hergestellten ersten Taschen sind formstabil. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine schnelle und einfache Herstellung einer schalldämmenden Platte zur Verkleidung eines Kabineninnenraums.
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In der vorliegenden Erfindung wird unter einem Polymerhalbzeug eine Platte oder Lage verstanden, die thermoplastisch verformbar ist. Dabei kann das Polymerhalbzeug mit oder ohne Faserverstärkung vorliegen.
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Bei den Schaumstoffen kann es sich um offenzellige oder geschlossenzellige Schaumstoffe handeln. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schaumstoff aus einem thermoplastischen Polymer gebildet. Er ist zweckmäßigerweise aus Polymethacrylimid (PMI), Polyethersulfon, oder Polyetherimide (PEI) hergestellt. Derartige Schaumstoffe lassen sich bei einer Temperatur z. B. von 130°C bis 210°C, vorzugsweise 200°C, insbesondere 150 bis 170°C plastisch verformen. Das ermöglicht es, auf einfache Weise die ersten Taschen zur Aufnahme der Dämmstoffkissen z.B. Faserkissen bzw. Faserlagen herzustellen.
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Des Weiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass eine Dichte der ersten Schaumstoffplatte vor dem Eindrücken der ersten Taschen 30 bis 110 kg/m3, vorzugsweise 70 bis 90 kg/m3, 40 bis 60 kg/m3, insbesondere 60 kg/m3, 80 kg/m3, 110 kg/m3 beträgt. Bei einer Verwendung einer ersten Schaumstoffplatte z. B. mit einer Dicke im Bereich von 10 bis 30 mm, vorzugsweise im Bereich von 15 bis 20 mm, ergibt sich bei auflaminierten Kunststoffschichten eine Sandwichplatte mit hervorragenden Festigkeitseigenschaften.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die ersten Taschen eine Größe von 10000 bis 90000 mm2 auf.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die ersten Taschen rechteckig, vorzugsweise quadratisch, ausgebildet und weisen eine Kantenlänge im Bereich von 100 bis 300 mm, vorzugsweise 120 bis 170 mm, auf. Eine Tiefe der ersten Taschen beträgt zweckmäßigerweise 5 bis 15 mm.
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Die Dämmstoffkissen sind aus Abschnitten einer Glasfaser- oder Mineralfaserdämmlage gebildet. Eine solche Dämmlage kann beispielsweise eine Dicke von 1 bis 3 cm aufweisen. Die Dämmstoffkissen werden vor dem Einlegen in die ersten Taschen auf eine zu den ersten Taschen korrespondierende Größe geschnitten. Dabei kann eine Höhe der Dämmstoffkissen höher sein als eine Tiefe der ersten Taschen, so dass die Dämmstoffkissen über die Oberseite der ersten Schaumstoffplatte herausstehen. Die Dämmstoffkissen werden beim Auflegen des die erste Kunststoffschicht bildenden ersten Polymerhalbzeugs und dem nachfolgenden Pressen des Polymerhalbzeugs gegen die Oberseite der erste Schaumstoffplatte vorteilhafterweise zusammengedrückt. Das erhöht weiter die Schallabsorptionsfähigkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Platte zur Verkleidung des Kabineninnenraums eines Fahrzeugs.
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Alternativ zu Dämmstoffkissen aus Glasfaser oder Mineralfaser sind auch Kissen, die aus einem Schaum hergestellt sind, dessen E-Modul kleiner ist als ein weiteres E-Modul eines Materials aus dem die erste Schaumstoffplatte hergestellt ist, möglich. Zweckmäßigerweise ist der Schaum auf Basis von Melaminharz hergestellt und hat eine Anwendungstemperatur bis mindestens 210°C. So ein Schaum ist z.B. von BASF unter der Bezeichnung Basotect® erhältlich.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung, Alternativaufbau 1, wird auf die erste Schaumstoffplatte ein drittes Polymerhalbzeug gelegt. Dieses wird in einem Schritt bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 210°C die Schichten durch Pressen mit der ersten Schaumstoffplatte zu einer dritten Kunststoffschicht verbunden und die ersten Taschen werden eingedrückt. In einem weiteren Schritt werden die Dämmstoffkissen eingelegt und mit einem ersten Polymerhalbzeug überlagert. Dieser Schichtstapel wird dann in einem Temperaturbereich von 130 bis 210°C so gepresst, dass die Schichten sich miteinander verbinden und die erste Kunststoffschicht entsteht.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, Alternativaufbau 2, der Erfindung wird zunächst eine erste Schaumstoffplatte mit einem dritten Polymerhalbzeug überlagert. Diese werden durch Pressen bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 210°C miteinander verbunden und im gleichen Schritt werden die ersten Taschen eingedrückt, so dass Wände und Boden der ersten Taschen enthaltende dritte Kunststoffschicht gebildet werden. In einem weiteren Schritt werden die Dämmstoffkissen eingelegt und dann mit einem ersten Polymerhalbzeug sowie einer zweiten Schaumstoffplatte überlagert. Dabei weist die zweite Schaumstoffplatte mit der aus dem ersten Polymerhalbzeug gebildeten ersten Kunststoffschicht auch zweite Taschen, die zur Form der Dämmstoffkissen korrespondieren, auf. Die ersten Taschen und die zweiten Taschen liegen einander jeweils gegenüber. Damit liegen die Dämmstoffkissen sowohl in den ersten Taschen der ersten Schaumstoffplatte als auch in den zweiten Taschen der zweiten Schaumstoffplatte. Der Schichtstapel wird in einer Presse bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 210°C miteinander verbunden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine der einen Seiten gegenüberliegende andere Seite der erste Schaumstoffplatte mit einer zweiten Kunststoffschicht verbunden, indem ein weiteres Polymerhalbzeug gegen die andere Seite der ersten Schaumstoffplatte bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 210°C gepresst wird. Indem die eine Seite und die gegenüberliegende andere Seite der ersten Schaumstoffplatte jeweils mit einer Kunststoffschicht fest verbunden sind, ergibt sich eine Sandwichplatte mit hoher Festigkeit.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Polymerhalbzeuge gleichzeitig in einer beheizbaren Laminierpresse mit der ersten Schaumstoffplatte verbunden. Zweckmäßigerweise wird zunächst das weitere Polymerhalbzeug in die Laminierpresse eingelegt, die erste Schaumstoffplatte darüber geschichtet und sodann die ersten Taschen in die erste Schaumstoffplatte eingedrückt. Nachfolgend werden die Dämmstoffkissen in die ersten Taschen eingelegt, das Polymerhalbzeug auf die Dämmstoffkissen bzw. die eine der Seite der erste Schaumstoffplatte aufgelegt und nachfolgend werden die Polymerhalbzeuge bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 210°C gegen die erste Schaumstoffplatte gepresst. Dabei verkleben die Polymerhalbzeugs mit der erste Schaumstoffplatte. Gleichzeitig werden die Dämmstoffkissen in den ersten Taschen eingeschlossen und fixiert.
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Die erfindungsgemäß hergestellte Sandwichplatte bildet einen Membranabsorber, bei dem der die ersten Taschen überspannende Abschnitt der ersten Kunststoffschicht eine Membran bildet.
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Die erste Kunststoffschicht an der einen Seite bzw. der Oberseite der erste Schaumstoffplatte kann sich hinsichtlich einer darin vorgesehenen Faserverstärkung unterscheiden von einer an der der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite vorgesehenen zweiten Kunststoffschicht. Die erste und die zweite Kunststoffschicht können indes dieselbe Matrix aufweisen. Die in der Matrix aufgenommene Faserverstärkung kann aus einem Vlies, einem Gewirk oder Gewebe gebildet sein. Die zweite Kunststoffschicht kann pro Flächeneinheit einen höheren Gehalt an Fasern aufweisen als die erste Kunststoffschicht. D. h. die zweite Kunststoffschicht kann steifer ausgebildet sein. Sie kann eine größere Dicke als die erste Kunststoffschicht aufweisen.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung können auch die in Alternativaufbau 1 und Alternativaufbau 2 beschriebenen Ausführungen durch die zweite Kunststoffschicht ergänzt werden, indem das zweite Polymerhalbzeug gefolgt von der ersten Schaumstoffplatte gefolgt vom dritten Polymerhalbzeug geschichtet werden und dann die Schichten bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 210°C gegen die erste Schaumstoffplatte gepresst werden, wobei im gleichen Schritt die ersten Taschen in die dritte Kunststoffschicht und die erste Schaumstoffplatte eingedrückt werden.
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In einer weiteren Ausführung des Alternativaufbaus 2 kann die erste Schaumstoffplatte auf das zweite Polymerhalbzeug und das vierte Polymerhalbzeug auf die zweite Schaumstoffplatte gelegt werden. Durch Pressen bei einer Temperatur im Bereich von 170 bis 190°C gegen die erste Schaumstoffplatte bzw. zweite Schaumstoffplatte entstehen so eine zweite und eine vierte Kunststoffschicht, die den Schichtstapel einschließen. Als Schichtabfolge ergibt sich: „Kunststoffschicht-Schaumstoffplatte-Kunststoffschicht-Kissen-Kunststoffschicht-Schaumstoffplatte-Kunststoffschicht“. Eine solche Ausführung wird im Weiteren als „schalldämmende Doppelplatte“ bezeichnet.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das die erste Kunststoffschicht bildende Polymerhalbzeug, welches die Dämmstoffkissen in den ersten Taschen überspannt, eine Schwerschicht sein.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Polymerhalbzeug ein Prepreg. Unter einem Prepreg wird ein Faserhalbzeug mit langen Fasern, die mit einem Harz getränkt sind verstanden.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine schalldämmende Platte,
- 2 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A in 1,
- 3 eine Schnittansicht gemäß 2 mit einer dritten Kunststoffschicht,
- 4 eine Schnittansicht einer „schalldämmenden Doppelplatte“ und
- 5 den Transmissionsverlust über der Mittenfrequenz der Terzbänder für verschiedene Platten.
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Die 1 bis 4 zeigen eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte schalldämmende Platte zur Verkleidung eines Kabineninnenraums eines Passagierflugzeugs.
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine aus einem geschlossenzelligen thermoplastisch verformbaren Schaumstoff hergestellte erste Schaumstoffplatte 1. Die erste Schaumstoffplatte 1 weist eine Dichte im Bereich von 54 bis 60 kg/m3 auf. Deren Wärmeleitfähigkeit beträgt 0,025 bis 0,040 W/mK. Die erste Schaumstoffplatte 1 ist z. B. aus Polyetherimid hergestellt. Sie weist eine Dicke D im Bereich von 10 bis 20 mm, vorzugsweise von 15 mm, auf. Eine Tiefe T der in die erste Schaumstoffplatte 1 eingedrückten quadratischen ersten Taschen 2 beträgt 3 bis 10 mm, vorzugsweise 5 mm. Eine Kantenlänge K der ersten Taschen liegt im Bereich von 120 bis 200 mm, vorzugsweise 150 mm. Eine Stegbreite S der die ersten Taschen 2 trennenden Stege bzw. Wände beträgt 30 bis 60 mm, vorzugsweise 50 mm. Ein Verhältnis der Kantenlänge zur Stegbreite K:S liegt vorteilhafterweise im Bereich von 10:1 bis 2:1.
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In 2 ist mit dem Bezugszeichen 3 eine erste faserverstärkte Kunststoffschicht bezeichnet, welche eine Oberseite O der ersten Schaumstoffplatte 1 abdeckt. Die ersten Taschen 2 sind mit einem aus Glas- oder Mineralfasern verstellten Dämmstoff 4 gefüllt. Mit dem Bezugszeichen 5 ist eine mit Fasern verstärkte zweite Kunststoffschicht bezeichnet, welche eine Unterseite U der ersten Schaumstoffplatte 1 abdeckt. Die erste Kunststoffschicht 3 und die zweite Kunststoffschicht 5 sind jeweils vorteilhafterweise aus einem Polymerhalbzeug gebildet, welche unter Druck und einer Temperatur im Bereich von 180°C mit der erste Schaumstoffplatte 1 laminiert sind.
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Der Dämmstoff wird vor dem Laminieren der ersten Kunststoffschicht 3 in die ersten Taschen 2 eingelegt. Er wird dazu zunächst in eine kissenartige Form geschnitten. Die Form der Dämmstoffkissen 4 entspricht im Wesentlichen der Form der ersten Taschen 2. Eine Höhe der Dämmstoffkissen 4 kann größer sein als die Tiefe T. Beispielsweise kann die Tiefe T 5 mm betragen und eine Höhe der Dämmstoffkissen 4 im Bereich von 20 bis 30 mm liegen.
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Die in die ersten Taschen 2 eingelegten Dämmstoffkissen 4 stehen zunächst über die Oberseite O der ersten Schaumstoffplatte 1 hinaus. Sie werden beim Laminieren der ersten Kunststoffschicht 3 in die ersten Taschen 2 komprimiert.
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Zum Herstellen der ersten Taschen 2 wird ein Presswerkzeug verwendet, welches beheizbar sein kann. Das Eindrücken der ersten Taschen 2 erfolgt vorteilhafterweise bei einer Temperatur im Bereich von 140°C bis 180°C, vorzugsweise von 150°C bis 170°C. Dabei verformt sich das zur Herstellung der ersten Schaumstoffplatte 1 verwendete Schaumstoffmaterial, vorteilhafterweise PMI oder PEI, plastisch, so dass die Form der ersten Taschen 2 erhalten bleibt. Die ersten Taschen 2 sind durch Wände 6 begrenzt. Ein Winkel zwischen den Wänden 6 und einem Boden 7 der ersten Taschen 2 ist zweckmäßigerweise größer als 90°. Er beträgt beispielsweise 90,5 bis 95°, so dass die ersten Taschen 2 sich zur Oberseite O der ersten Schaumstoffplatte 1 hin konisch öffnen. Das erleichtert das Einlegen der Dämmstoffkissen 4 in die ersten Taschen 2 sowie das Entformen.
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In 3 ist mit dem Bezugszeichen 8 eine dritte faserverstärkte Kunststoffschicht bezeichnet, welche die Oberseite O der ersten Schaumstoffplatte 1 abdeckt. Diese Kunststoffschicht 8 ist vorteilhafterweise aus einem Polymerhalbzeug gebildet, welches unter Druck und einer Temperatur im Bereich von 180°C mit der ersten Schaumstoffplatte 1 laminiert ist und in welchem mit einem Werkzeug erste Taschen 2 eingedrückt sind. Die dritte Kunststoffschicht 8 umfasst die Oberfläche der Wände 6 und des Bodens 7 der ersten Taschen 2. Eine erste faserverstärkte Kunststoffschicht 3 deckt eine Oberseite O der ersten Schaumstoffplatte 1 sowie der Kunststoffschicht 8 ab. Eine zweite faserverstärkte Kunststoffschicht 5 deckt die Unterseite U der erste Schaumstoffplatte 1 ab. Auch die Kunststoffschichten 3 und 5 sind jeweils vorteilhafterweise aus einem Polymerhalbzeug gebildet, welche unter Druck und einer Temperatur im Bereich von 180°C mit der ersten Schaumstoffplatte 1 und der Kunststoffschicht 8 verbunden sind.
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Die Kissen aus dem Dämmstoff 4 werden nach dem Laminieren der Kunststoffschicht 8 aber vor dem Laminieren der Kunststoffschicht 3 in die ersten Taschen 2 eingelegt.
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4 zeigt analog zur 3 eine Schnittansicht einer „schalldämmenden Doppelplatte“. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 1 wiederum die erste Schaumstoffplatte. Diese ist oben und unten jeweils mit einem Polymerhalbzeug überlagert, welche durch Pressen bei einer Temperatur im Bereich von 180°C zur zweiten Kunststoffschicht 5 sowie der dritten Kunststoffschicht 8 werden. In die erste Schaumstoffplatte 1 sowie die Kunststoffschicht 8 sind die ersten Taschen 2 eingedrückt, in welche die Dämmstoffkissen 4 aus Dämmstoff eingelegt werden. Die dritte Kunststoffschicht 8 umfasst die Oberfläche der Wände 6 und des Bodens 7 der ersten Taschen 2. Diese Dämmstoffkissen 4 aus Dämmstoff werden von einer ersten Kunststoffschicht 3 und darauffolgend mit einer zweiten Schaumstoffplatte 9 sowie einer auf der Oberseite O aufgebrachten vierten Kunststoffschicht 10 eingeschlossen. In der ersten Kunststoffschicht 3 sowie der zweiten Schaumstoffplatte 9 befinden sich wiederum zweite Taschen, die zur Form der Dämmstoffkissen 4 korrespondieren. Die Dämmstoffkissen 4 liegen sowohl in den ersten Taschen 2 der mit der dritten Kunststoffschicht 8 überzogenen ersten Schaumstoffplatte 1 als auch in den zweiten Taschen der mit der ersten Kunststoffschicht 3 überzogenen zweiten Schaumstoffplatte 9. Die ersten Taschen 2 der Schaumstoffplatte 1 und die zweiten Taschen der Schaumstoffplatte 9 liegen einander gegenüber. Vorteilhafterweise werden die Kunststoffschichten 3 und 10 aus Polymerhalbzeug gebildet, welche unter Druck und einer Temperatur im Bereich von 180 °C auf die zweite Schaumstoffplatte 2 laminiert wurden.
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In 4 ist der Transmissionsverlust in [dB] über der Mittenfrequenz der Terzbänder in [Hz] aufgetragen. Dargestellt ist der Transmissionsverlust für unterschiedliche Platten:
- FP_042: Sandwichplatte aus einer Schaumstoffplatte mit darauf laminierter oberer Kunststoffschicht und unterer Kunststoffschicht, D = 15 mm;
- FP_041: wie FP_042, wobei die Schaumstoffplatte jedoch auf eine Dicke D von 10 mm thermoplastisch verformt worden ist;
- FP_044: wie FP_042, jedoch mit Taschen, K = 150 mm, S = 50 mm, T = 5 mm; Dämmstoff aus Glaswolle
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Wie aus 5 ersichtlich ist, zeigt die erfindungsgemäße schalldämmende Platte FB_044 einen erheblich verbesserten Transmissionsverlust in einem Frequenzbereich von 1500 bis 8000 Hz. Die erfindungsgemäße schalldämmende Platte lässt sich einfach und kostengünstig herstellen. Sie weist eine gute Stabilität auf und eignet sich insbesondere als Platte zur Verkleidung von Kabinen von Passagierflugzeugen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Schaumstoffplatte
- 2
- erste Taschen
- 3
- erste Kunststoffschicht
- 4
- Dämmstoffkissen
- 5
- zweite Kunststoffschicht
- 6
- Wand
- 7
- Boden
- 8
- dritte Kunststoffschicht
- 9
- zweite Schaumstoffplatte
- 10
- vierte Kunststoffschicht
- D
- Dicke
- K
- Kantenlänge
- O
- Oberseite
- S
- Stegbreite
- T
- Tiefe
- U
- Unterseite
