DE102014220479B4

DE102014220479B4 - Luftgefüllte Dichtung

Info

Publication number: DE102014220479B4
Application number: DE102014220479.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Bianchi; Bradley J. Hazen
Original assignee: Unique Fabricating Inc
Current assignee: Unique Fabricating Inc
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2014-10-09
Publication date: 2017-11-23
Anticipated expiration: 2034-10-10
Also published as: US20190143578A1; CN104832654A; US10195782B2; DE102014220479A1; CN104832654B; US20150158236A1

Abstract

Schaumdichtung (30), die dazu geeignet ist, in Zwischenräume und/oder Leerräume in Kraftfahrzeugaufbauten eingesetzt zu werden, wobei die Schaumdichtung (30) eine erste Schaumschicht (10) und eine damit mit einem Twin-Sheet-Verfahren verbundene zweite Schaumschicht (20) enthält, und wobei die erste Schaumschicht (10) und die zweite Schaumschicht (20) eine luftgefüllte Tasche (17) umfassen, die um einen Umfang der luftgefüllten Tasche (17) herum durch die erste und die zweite Schaumschicht (10, 20) eingeschlossen ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft in einem Twin-Sheet-Verfahren hergestellte, luftgefüllte Dichtungen sowie Verfahren zum Herstellen von diesen.
Hintergrund
Aus der DE 40 06 729 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Luftkanals für Kraftfahrzeuge bekannt. Zunächst werden zwei Zuschnitte eines Polyethylenschaumstoffs erwärmt und in ein zweiteiliges Hohlkörperwerkzeug eingelegt. Beim Schließen des Hohlkörperwerkzeugs werden die Zuschnitte entlang ihrer Kanten mit Ausnahme einer Einblasöffnung miteinander verschweißt und verpresst. Durch die Einblasöffnung wird dann ein Überdruck in den Zwischenraum zwischen den Zuschnitten eingebracht. Hierdurch werden die Zuschnitte an die Innenwände des Hohlkörperwerkzeugs angepresst. Nach der Entnahme des so geformten Körpers aus dem Werkzeug werden Nahtüberstände abgetrennt und zwei Öffnungen für den Einsatz als Luftkanal in Kraftfahrzeugen angebracht.
Aus der DE 103 13 495 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Luftführungselementen für die Kraftfahrzeugbranche bekannt. Es werden zwei Kunststoffhalbzeuge mithilfe luftdurchlässiger Werkzeughälften, an denen jeweils Unterdruck anliegt, umgeformt und über Druck und Temperatur zu einem Formkörper stoffschlüssig verbunden.
Dichtungen werden in vielen Anwendungen verwendet, um mechanische Abdichtungen vorzusehen. In Kraftfahrzeuganwendungen werden viele Dichtungen aus einer oder mehreren Schaumschichten ausgebildet. Derartige Schaumdichtungen können in Ecken und Ritzen in verschiedenen unregelmäßig geformten Zwischenräumen und/oder Leerräumen in verschiedenen Kraftfahrzeugaufbauten gebogen werden.
Herkömmlicherweise sind Schaumdichtungen in Kraftfahrzeuganwendungen solide anstatt hohl. „Solide” im hier verwendeten Sinn schließt Schichten aus einem Schaummaterial ein, obwohl Luft in Zellstrukturen eingeschlossen ist. Zum Beispiel ist eine Schicht aus einem geschäumten Polyurethan „solide”. „Solide” Schaumschichten umfassen Schichten mit einer konstanten oder im Wesentlichen konstanten Dichte, einer variierenden Dichte oder Kombinationen aus diesen. Luft in den Zellen des geschäumten Materials fällt nicht unter die Definition von „eingekapselter Luft” oder einer „luftgefüllten Tasche”.
Es ist zu beachten, dass die Verwendung von soliden Schaumschichten als Dichtungen die Materialkosten erhöhen kann und das Gewicht für einen Aufbau, bei dem ein größeres Gewicht unvorteilhaft ist, vergrößern kann. Deshalb können Dichtungen mit wenigstens einem hohlen Abschnitt nützlich sein.
Hohle Dichtungen aus verschiedenen Materialien werden ausgebildet, indem ein zuvor ausgebildeter Dichtungsteil mit einem anderen zuvor ausgebildeten Dichtungsteil verbunden wird. Dieser Verbindungsprozess umfasst gewöhnlich Herstellungsschritte wie etwa ein Stanzen und/oder ein Schmelzgießen. Derartige zusätzliche Herstellungsschritte können den Kosten- und Zeitaufwand für die Herstellung von Dichtungen mit wenigstens einem hohlen Abschnitt erhöhen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, leichte Dichtungen bereitzustellen, die wenig Material benötigen und das zu Komponenten hinzugefügte Gewicht minimieren. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, relativ einfache und/oder rationalisierte Herstellungsprozesse für solche Dichtungen unter Verwendung von bestehenden Ausstattungen aufrechtzuerhalten.
Zusammenfassung
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung an.
Die Erfindung gibt eine luftgefüllte Dichtung an, die eine oder mehrere Bedürfnisse aus dem Stand der Technik erfüllt. Unter „luftgefüllt” ist hier nicht die in Zellen in einem Schaum eingeschlossene Luft zu verstehen. „Luftgefüllt” bezieht sich auf Lufttaschen, die zwischen Schaumschichten eingeschlossen sind. Die Lufttaschen können zwischen Schaumschichten durch einen Twin-Sheet-Thermoformungsprozess, der der Dichtung ihre Form verleiht, eingeschlossen werden. „Luftgefüllt” bedeutet aber nicht unbedingt, dass die gesamte Dichtung mit Luft gefüllt ist, kann dies aber bedeuten. Bestimmte Bereiche der Dichtung können eine oder mehrere luftgefüllte Taschen nebst flachen Bereichen umfassen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht von Schaumschichten.
2 ist eine ausgeschnittene perspektivische Ansicht einer beispielhaften Dichtung mit einer luftgefüllten Tasche.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Dichtung mit einer luftgefüllten Tasche.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen beispielhaften Dichtung mit einer luftgefüllten Tasche.
4A ist eine ausgeschnittene Ansicht der beispielhaften Dichtung von 4.
5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen einer luftgefüllten Schaumdichtung.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Erfindung nimmt auf unerwartete Phänomene Bezug. Es wurde davon ausgegangen, dass bei der Ausbildung einer luftgefüllten Tasche zwischen zwei Schaumschichten während eines wärmeintensiven Prozesses zum Vorsehen einer Ausgangsform für die Tasche eine folgende Abkühlung das Kollabieren einer Schaumschicht auf die andere Schaumschicht zur Folge hätte. Es wäre zu erwarten, dass dieses Kollabieren die ursprünglich vorgesehene Form der luftgefüllten Tasche im Wesentlichen zerstören würde. Diese Erwartung beruht zumindest teilweise auf dem idealen Gasgesetz, der zellularen/porösen Beschaffenheit von Schaummaterialien, der Abwesenheit von zusätzlichem Strukturmaterial in oder um die Schaumschichten herum, um eine ursprünglich ausgebildete Form aufrechtzuerhalten, und/oder der Abwesenheit von zusätzlichen Schichten aus einem luftundurchlässige Material an Außenflächen der Schaumschichten und/oder an einer Naht zwischen den Schichten.
Es hat sich dennoch überraschenderweise herausgestellt, dass ein Verbinden von Schaumschichten mit einem Twin-Sheet-Verfahren zum Ausbilden einer luftgefüllten Tasche in einer Dichtung zu einer luftgefüllten Tasche in der Schaumdichtung geführt hat, die ihre ursprüngliche Form auch nach der Abkühlung beibehielt.
Wie in 1 gezeigt, sind die Schaumschichten 10 und 20, die jeweils eine Vielzahl von Zellen 11 aufweisen, Ausgangsmaterialien, die letztlich zu den Schaumschichten in einer luftgefüllten Dichtung werden. Die Schaumschichten 10 und 20 können gleiche oder verschiedene Schaummaterialien sein und können gleiche oder verschiedene Dichten aufweisen. Die Schaumschichten 10 und 20 können aus Schäumen mit geschlossenen Zellen ausgebildet sein. Zum Beispiel können eine oder beide der Schaumschichten 10 und 20 ein quervernetzter Polyolefinschaum sein. Viele Materialien können geeignet sein, wie etwa Polypropylenschäume, Polyethylenschäume und Mischungen aus denselben. Es ist zu beachten, dass keine luftundurchlässigen Materialschichten eingefügt oder an den Außenflächen der Schaumschichten 10 und 20 hinzugefügt zu werden brauchen. Ausgewählte Materialien können Dichten in verschiedenen Bereichen wie etwa 32 kg/m³ bis 68,9 kg/m³ (2 lb/ft³ bis 4,31 lb/ft³) aufweisen, wobei jedoch auch Dichten außerhalb dieses beispielhaften Bereichs vorgesehen werden können.
In 2 ist eine ausgeschnittene perspektivische Ansicht einer beispielhaften luftgefüllten Schaumdichtung 30 gezeigt. Die Schaumschichten 10 und 20 wurden nach einer Aussetzung an einen Thermoformungsprozess zu einer vorbestimmten Form geformt und an einer Abdichtung 22 abgedichtet. Die ausgeschnittenen Ansichten zeigen eine Schaumschicht 10 und eine Schaumschicht 20 mit dazwischen einer luftgefüllten Tasche 17, die auch als ein erhobener Bereich 15 sichtbar ist.
In 3 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften luftgefüllten Schaumdichtung 30 gezeigt. Die luftgefüllte Tasche 17 ist nur wegen des erhobenen Bereichs 15 sichtbar. Die luftgefüllte Tasche 17 kann entlang ihres Umfangs durch eine Abdichtung 22 eingeschlossen werden, die während eines Thermoformungsprozesses wie eines Twin-Sheet-Verfahrens ausgebildet wird. Weitere durch ein Schmelzgießen und ein Stanzen ausgebildete Abdichtungen sowie weitere luftundurchlässige Materialien können nach der Ausbildung einer geformten, luftgefüllten Schaumdichtung 30 hinzugefügt werden, sind jedoch nicht unbedingt erforderlich. Es sind auch Ausführungsformen möglich, in denen keine zusätzlichen luftundurchlässigen Materialien vorgesehen sind. Außerdem sind Ausführungsformen möglich, in denen keine schmelzgegossenen Abdichtungen oder anderen Typen von Abdichtungen außer den während des Thermoformungsprozesses ausgebildeten vorhanden sind.
In 4 ist eine weitere beispielhafte luftgefüllte Dichtung gezeigt. Die beispielhafte Dichtung ist aus den Schaumschichten 10 und 20 ausgebildet. Die beispielhafte Dichtung weist eine Abdichtung 22 an der Verbindung zwischen den Schaumschichten 10 und 20 auf. Die beispielhafte Dichtung weist wie in der ausgeschnittenen Ansicht von 4A gezeigt eine luftgefüllte Tasche 17 auf.
In 5 ist ein beispielhaftes Thermoformungs-Herstellungsverfahren gezeigt, nämlich ein Twin-Sheet-Verfahren. Hierfür werden die erste Schaumschicht 10 und die zweite Schaumschicht 20 korrekt dimensioniert (siehe Block 40). Diese Schichten werden schließlich zu den Schaumschichten in der luftgefüllten Dichtung 30. Dazu müssen die erste Schaumschicht 10 und die zweite Schaumschicht 20 unter Umständen auf eine spezifische Länge und/oder Breite zugeschnitten werden. Die Größe der ersten Schaumschicht 10 und der zweiten Schaumschicht 20 können durch die Größe und die Form des Leerraums, den die Dichtung 30 füllen soll, bestimmt werden. In bestimmten Anwendungen können die Größe der ersten Schaumschicht 10 und der zweiten Schaumschicht 20 auch durch die Größe einer Presse, die für das Twin-Sheet-Verfahren verwendet wird, sowie durch die Dimensionen des oberen Formwerkzeugs und des unteren Formwerkzeugs, die dem Aufbau der auszubildenden luftgefüllten Schaumdichtung 30 entsprechen, bestimmt werden.
Bevor ein Verbund, der zu der Dichtung 30 führt, ausgebildet wird, wird die erste Schaumschicht 10 in einen Eingriff mit einem ersten Rahmen gebracht und wird die zweite Schaumschicht 20 in einen Eingriff mit einem zweiten Rahmen an einer Twin-Sheeting-Vorrichtung gebracht (siehe Block 45). Die Schaumschichten 10 und 20 können unter Verwendung von hydraulisch betriebenen mechanischen Klemmen oder anderen geeigneten Mechanismen zum Halten der Schaumschichten während einer Erhitzung in einen Eingriff mit den Rahmen gebracht oder entfernbar an diesen befestigt werden. Indem die Schaumschichten an die Rahmen geklemmt werden, können die Schaumschichten auch während der Erhitzung unter einer Spannung gehalten werden.
Die erste Schaumschicht 10 und der erste Rahmen können einer Erhitzung unterzogen werden. Der Prozess kann in einem Ofen oder in einem beliebigen anderen Aufbau zum Erhitzen der ersten Schaumschicht 10 zu einer vorbestimmten Temperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer durchgeführt werden. Die zweite Schaumschicht 20 und der zweite Rahmen können gleichzeitig mit der ersten Schaumschicht 10 oder in unmittelbarer zeitlicher Nähe zu der ersten Schaumschicht 10 der Erhitzung unterzogen werden (siehe Block 50). Die zweite Schaumschicht 20 und der zweite Rahmen können in den gleichen Ofen oder in den gleichen Heizaufbau wie die erste Schaumschicht 10 eingeführt werden. Die zweite Schaumschicht 20 und der zweite Rahmen können aber auch in einen anderen Ofen oder Heizaufbau eingeführt werden.
Die Temperatur und die Zeitperiode für den Heizprozess sind von der Dichte und der Dicke der für die Ausbildung der Dichtung verwendeten Schaumschichten abhängig. In einem Beispiel können die erste Schaumschicht 10 und die zweite Schaumschicht 20 auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 137,8°C (280 Grad F) bis 182,2°C (360 Grad F) erhitzt werden. Insbesondere können die erste Schaumschicht 10 und die zweite Schaumschicht 20 auf eine Temperatur von ungefähr 148,9°C (300 Grad F) erhitzt werden. Wenn die erste Schaumschicht 10 und die zweite Schaumschicht 20 innerhalb dieses Temperaturbereichs erhitzt werden, können die Schichten gleichzeitig oder aufeinander folgend (während sie warm oder heiß sind) unter Verwendung einer Presse, eines oberen Formwerkzeugs und eines unteren Formwerkzeugs zu der Form der gewünschten Dichtung 30 geformt werden (siehe Block 55). Dieser Prozess hinterlässt eine luftgefüllte Tasche mit einer anfänglichen Form zwischen der ersten Schaumschicht und der zweiten Schaumschicht, die zusammen einen Verbund bzw. eine Dichtung 30 bilden.
Der Formprozess kann das obere Formwerkzeug und das untere Formwerkzeug verwenden. Das obere Formwerkzeug und das untere Formwerkzeug in dem Formprozess werden auf der Grundlage des Entwurfs für den durch eine Dichtung 30 auszufüllenden Leerraum in einem Fahrzeug ausgewählt.
In einem beispielhaften Prozess kann die erste Schaumschicht 10 in Nachbarschaft zu einer Innenfläche des oberen Formwerkzeugs positioniert werden und kann die zweite Schaumschicht 20 in Nachbarschaft zu einer Innenfläche des unteren Formwerkzeugs positioniert werden. Das obere Formwerkzeug und das untere Formwerkzeug können Kanäle oder andere geeignete Aufbauten aufweisen, die in der Lage sind, Luft zu entfernen. Dementsprechend kann eine Vakuumpumpe oder eine andere geeignete Einrichtung auf das obere Formwerkzeug angewendet werden, um zu veranlassen, dass die erste Schaumschicht die Form der Innenfläche des oberen Formwerkzeugs annimmt. Dadurch kann ein erster Abschnitt des Verbunds bzw. der Dichtung 30 erzeugt werden. Entsprechend kann eine Vakuumpumpe oder eine andere geeignete Einrichtung auf das untere Formwerkzeug angewendet werden, um zu veranlassen, dass die zweite Schaumschicht die Form der Innenfläche des unteren Formwerkzeugs annimmt. Dadurch kann ein zweiter Abschnitt des Verbunds bzw. der Dichtung 30 erzeugt werden.
Das obere Formwerkzeug und das untere Formwerkzeug können dann zusammengedrückt werden. Der Effekt der erhitzten Schichten und der Kompressionsdruck verbinden den ersten Abschnitt des Verbunds bzw. der Dichtung mit dem zweiten Abschnitt des Verbunds bzw. der Dichtung, um einen einheitlichen Verbund bzw. eine einheitliche Dichtung zu bilden.
Der Verbund bzw. die Dichtung kann abgekühlt werden (siehe Block 60). Es können verschiedene Abkühlungsverfahren verwendet werden, wobei zum Beispiel einfach die Dichtung aus der Twin-Sheeting-Vorrichtung entnommen werden kann und die Dichtung bei Raumtemperatur in der Innenraum-Herstellungsumgebung abgekühlt werden kann, bis die Dichtung selbst einen stabilen Zustand erreicht. Es sind aber auch andere Kühlverfahren möglich, wie etwa die Verwendung einer Kühlung oder von Ventilatoren, um die Abkühlung zu beschleunigen, oder die Verwendung von Verfahren für eine Verlangsamung der Abkühlung. Falls erforderlich, kann überständiges Material von einem Verbund entfernt werden, um eine Dichtung 30 zu bilden (siehe Block 65). Falls nicht erforderlich, bildet der Verbund bereits die Dichtung 30.
Überraschenderweise halten die abgekühlten Dichtungen im Wesentlichen die ursprüngliche Form der luftgefüllten Dichtung aufrecht und kollabieren nicht. Unter „im Wesentlichen” der gleichen Form ist hier zu verstehen, dass die endgültige Form nicht identisch mit der ursprünglichen Form sein muss, wobei die endgültige Form jedoch dafür sorgt, dass die Schaumdichtung ihre Funktion teilweise aufgrund der Dimensionen der luftgefüllten Tasche in der Dichtung erfüllt.
Was die hier beschriebenen Prozesse, Systeme, Verfahren usw. betrifft, ist zu beachten, dass die Schritte dieser Prozesse usw. hier als in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt beschrieben werden, wobei die Prozesse jedoch auch derart realisiert werden können, dass die beschriebenen Schritte in einer anderen Reihenfolge als der hier beschriebenen ausgeführt werden können. Es ist weiterhin zu beachten, dass bestimmte Schritte gleichzeitig ausgeführt werden können, dass andere Schritte hinzugefügt werden können oder dass bestimmte hier beschriebene Schritte ausgelassen werden können. Mit anderen Worten werden die Prozesse hier beschrieben, um bestimmte Ausführungsformen zu verdeutlichen, schränken den Erfindungsumfang aber in keiner Weise ein.
Es ist also zu beachten, dass die vorstehende Beschreibung beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen ist. Der Fachmann kann viele andere Ausführungsformen und Anwendungen als die hier beispielhaft beschriebenen auf der Grundlage der hier gegebenen Beschreibung realisieren. Der Erfindungsumfang wird nicht durch die vorstehende Beschreibung, sondern durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert. Es ist zu erwarten, dass zukünftige Entwicklungen der hier beschriebenen Techniken stattfinden und dass die hier beschriebenen Systeme und Verfahren zu zukünftigen Ausführungsformen integriert werden können. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können also auf verschiedene Weise modifiziert und variiert werden.
Die hier verwendete Terminologie ist in einem breiten Sinne und mit den dem Fachmann bekannten Bedeutungen zu interpretieren, soweit dies hier nicht explizit anders angegeben wird. Insbesondere sind Angaben im Singular derart zu verstehen, dass eine oder auch mehrere der Einheiten vorgesehen sein können, soweit dies hier nicht explizit anders angegeben ist.

Claims

Schaumdichtung (30), die dazu geeignet ist, in Zwischenräume und/oder Leerräume in Kraftfahrzeugaufbauten eingesetzt zu werden, wobei die Schaumdichtung (30) eine erste Schaumschicht (10) und eine damit mit einem Twin-Sheet-Verfahren verbundene zweite Schaumschicht (20) enthält, und wobei die erste Schaumschicht (10) und die zweite Schaumschicht (20) eine luftgefüllte Tasche (17) umfassen, die um einen Umfang der luftgefüllten Tasche (17) herum durch die erste und die zweite Schaumschicht (10, 20) eingeschlossen ist.
Schaumdichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Schaumschicht (10) das gleiche Material umfasst wie die zweite Schaumschicht (20).
Schaumdichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Schaumschicht (10) ein anderes Material umfasst als die zweite Schaumschicht (20).
Schaumdichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Schaumschicht (10) und/oder die zweite Schaumschicht (20) einen quervernetzten Polyolefinschaum mit geschlossenen Zellen umfassen.
Schaumdichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Schaumschicht (10) und/oder die zweite Schaumschicht (20) einen Materialbogen umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die Polypropylen, Polyethylen und Mischungen aus diesen umfasst.
Schaumdichtung nach Anspruch 1, wobei die Schaumdichtung (30) frei von zusätzlichen Schichten aus luftundurchlässigen Materialien an Außenflächen der ersten Schaumschicht (10) und der zweiten Schaumschicht (20) ist.
Verfahren des Herstellens einer zum Einsetzen in Zwischenräume und/oder Leerräume in Kraftfahrzeugaufbauten geeigneten luftgefüllten Schaumdichtung (30), umfassend: Thermoformen einer ersten Schaumschicht (10) an eine zweite Schaumschicht (20) mit einem Twin-Sheet-Verfahren, Einschließen von Luft zwischen der ersten und der zweiten Schicht (10, 20), um eine Dichtung (30) mit einer luftgefüllten Tasche (17) mit einer während des Thermoformens gebildeten ursprünglichen Form auszubilden, und Abkühlen der Dichtung (30) auf das Thermoformen folgend, sodass die luftgefüllte Tasche (17) im Wesentlichen die ursprüngliche Form aufrechterhält.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erste Schaumschicht (10) das gleiche Material umfasst wie die zweite Schaumschicht (20).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erste Schaumschicht (10) ein anderes Material umfasst als die zweite Schaumschicht (20).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erste Schaumschicht (10) und/oder die zweite Schaumschicht (20) einen quervernetzten Polyolefinschaum mit geschlossenen Zellen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erste Schaumschicht (10) und/oder die zweite Schaumschicht (20) einen Materialbogen umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die Polypropylen, Polyethylen und Mischungen aus diesen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Abkühlen umfasst, dass die Dichtung (30) von den während des Thermoformens verwendeten Temperaturen zu Raumtemperaturen abkühlt, ohne dass hierfür Ventilatoren oder eine Kühlung verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Abkühlen das Entnehmen der Dichtung (30) aus einer Thermoformungsausstattung und das Aussetzen der Dichtung (30) einer Temperatur und einem Druck einer Innenraum-Herstellungsumgebung für wenigstens eine Stunde umfasst.
Luftgefüllte Schaumdichtung (30), die durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13 hergestellt wird.