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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Luftleitelements für ein Kraftfahrzeug, wobei das Luftleitelement in einem Formwerkzeug aus einem Schaummaterial gefertigt wird, wobei das Formwerkzeug eine erste und eine zweite Grenzwand aufweist, die beabstandet zueinander angeordnet sind und zwischen denen das Schaummaterial eingebracht wird.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein durch das Verfahren oder die Vorrichtung hergestelltes Luftleitelement für ein Kraftfahrzeug.
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Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen eines Luftleitelements für ein Kraftfahrzeug sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift
DE 10 2004 049 393 A1 einen Luftführungskanal zur Führung eines einer Windschutzscheibe und/oder einer Seitenscheibe eines Kraftfahrzeugs zuzuführenden Luftstroms, wobei der Luftführungskanal zumindest zum Teil aus einem Schaummaterial, wie Polyurethanschaum, gefertigt wird. Um eine gewünschte Form zu erzeugen, ist ein Formwerkzeug notwendig, welches die äußere Kontur des herzustellenden Bauteils begrenzt beziehungsweise definiert. Aus der Offenlegungsschrift
DE 197 35 031 A1 ist ein derartiges Formwerkzeug bereits bekannt. Dabei wird eine Kunststoffschmelze zwischen die Grenzwände eingebracht und erstarrt beim Abkühlen. Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 001 201 A1 ist außerdem ein Luftleitkanal bekannt, welcher aus einem Kunststoff gefertigt wurde.
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Gelegentlich wird von Benutzern eines Kraftfahrzeugs bemängelt, dass während des Fahrzeugbetriebs Lüftungsgeräusche auftreten, die den Fahrkomfort beeinträchtigen können. Zur Vermeidung oder Verringerung von Lüftungsgeräuschen ist es bekannt, in lüftungsluftführenden Bereichen eines Kraftfahrzeugs Weich-/Schaumwerkstoffe mit einer offenporigen Oberfläche ein zusetzen. Durch die offenporige Oberfläche fängt sich der Schall im Weich-/Schaumwerkstoff, sodass die Lüftungsgeräuschbelastung reduziert wird. Weil jedoch Luftleitelemente, insbesondere in Form eines Luftkanals, in Kraftfahrzeugen außerdem auch zur Stabilisierung anderer Bauteile, wie beispielsweise der Instrumententafel, dienen, ist eine Herstellung eines derartigen Luftleitelements allein aus einem Weich-/Schaumwerkstoff oft nicht möglich. Vielmehr wird eine ausreichende Eigensteifheit des Luftleitelements erwartet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mittels welcher ein Luftleitelement für ein Kraftfahrzeug herstellbar ist, das einerseits Anforderungen an die mechanische Stabilität/Steifheit erfüllt, und andererseits Luftführungsgeräusche vermindert.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass trotz der Verwendung eines Schaummaterials zur Herstellung des Luftleitelements einerseits eine ausreichende mechanische Stabilität/Steifheit durch das erstarrte Schaummaterial zur Verfügung gestellt wird, und andererseits eine Oberfläche zur Verfügung gestellt wird, welche geräuschdämmend wirkt. Dabei wird ausgenutzt, dass bei chemischen und/oder physikalischen Aufschäumverfahren der Kunststoffschmelze ein Gas zugeführt oder in dieser erzeugt wird, welches stetig das Bedürfnis hat, den Weg des geringsten Widerstandes zu gehen, und sich kugelförmig auszubreiten. Dies hat zur Folge, dass sich das Gas beim Erstarren des Schaumstoffmaterials in dem Formwerkzeug in das Zentrum des Schaummaterials bewegt, also von den kühlenden Grenzwänden weg, sodass an den Grenzwänden die bisher gewünschten glatten Oberflächen entstehen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass sich nunmehr zumindest zeitweilig das Gas zu einer vorbestimmten Grenzwand hin bewegt und dort verbleibt und nicht weiter entweichen kann, sodass sich ein Relief an der dieser Grenzwand zugewandten Oberfläche des Luftleitelements bildet, das miterstarrt. Dadurch entsteht an der vorbestimmten einen Grenzwand eine offenporige Oberfläche, welche die vorgenannten Vorteile bezüglich der Geräuschdämmung einer Luftströmung bietet. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zumindest eine der Grenzwände zumindest zeitweilig beheizt oder gekühlt wird, sodass sich zumindest zeitweilig ein Wärmestrom von der zweiten Grenzwand durch das noch nicht oder noch nicht vollständig erstarrte Schaummaterial bis zu der ersten Grenzwand ergibt. Dieser Wärmestrom gewährleistet, dass, wie zuvor bereits erwähnt, Gasbestandteile im Schaummaterial zu der vorbestimmten zweiten Grenzwand drängen und dort die gewünschte offenporige Oberfläche bilden. Die zweite Grenzwand ist somit der Wirkseite des Luftleitelements zugeordnet und definiert deren Kontur/Grundform.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Grenzwand eine Luftströmungsfläche des Luftleitelements definiert. Damit ist die zweite Grenzwand derart geformt, dass sie eine vorteilhafte Luftströmung entlang der Luftströmungsfläche des Luftleitelements erlaubt, also dieser eine strömungsgünstige Kontur oder eine die Luftströmung in eine gewünschte Richtung lenkende Kontur aufprägt.
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Bevorzugt wird durch die zumindest zeitweilige Heizung und/oder Kühlung zumindest zeitweilig eine Temperaturdifferenz zwischen der zweiten Grenzwand und der ersten Grenzwand erzielt. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Grenzwand zumindest zeitweilig gekühlt wird, während das Schaummaterial erstarrt. Dadurch wird gewährleistet, dass an der ersten Grenzwand sich insbesondere eine glatte Oberfläche des Luftleitelements ergibt und Gasbestandteile sich schnell von der ersten Grenzwand in Richtung der zweiten Grenzwand entfernen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Grenzwand zumindest zeitweilig beheizt wird, während das Schaummaterial erstarrt. Dadurch wird der Wärmestrom zu der ersten Grenzwand hin verstärkt, sodass sich die Gasbestandteile, wie zuvor bereits beschrieben, in Richtung der zweiten Grenzwand bewegen. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die zweite Grenzwand beheizt und die erste Grenzwand gekühlt oder weniger stark beheizt wird, während das Schaummaterial erstarrt, sodass eine vorgebbare Temperaturdifferenz zwischen den Grenzwänden gewährleistet ist, damit der Wärmestrom gezielt jederzeit zu der ersten Grenzwand hin fließt. Alternativ kann auch die erste Grenzwand gekühlt und die zweite Grenzwand weniger stark gekühlt werden: auch dann ergibt sich eine Temperaturdifferenz und somit ein Wärmestrom von der zweiten Grenzwand durch das noch nicht oder noch nicht vollständig erstarrte Schaummaterial zur ersten Grenzwand.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmestrom bis zur vollständigen oder zumindest weitgehenden Erstarrung des Schaummaterials aufrechterhalten wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Gasbestandteile tatsächlich an der der zweiten Grenzwand zugeordneten Oberfläche des Luftleitelements beziehungsweise des Schaummaterials verbleiben und dort beim Erstarren des Bauteils miterhärten, um die gewünschte offenporige vorbestimmte Oberfläche des erstarrten Bauteils zu bilden. Damit der Wärmestrom aufrecht erhalten wird, ist es nicht notwendig, dass der Temperaturgradient zwischen der ersten und der zweiten Grenzwand am Ende des Erstarrungsprozesses dem Temperaturgradienten entspricht, der zu Beginn des Erstarrungsprozesses des Schaummaterials eingestellt wurde.
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Vielmehr wird der Temperaturgradient bevorzugt mit zunehmender Erstarrung reduziert. Hierdurch wird ein schnelles Erstarren des Schaummaterials vorteilhaft gewährleistet. Darüber hinaus ist bevorzugt vorgesehen, dass das Temperaturniveau insgesamt mit Verlauf des Erstarrungsprozesses abnimmt, sodass das vollständige Erstarren des Luftleitelements trotz des eingestellten Temperaturgradienten zwischen den Grenzwänden insbesondere innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer gewährleistet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Luftleitelement eine Wand eines Luftleitkanals oder ein Luftleitkanal hergestellt wird. Dadurch wird ein fertiges Bauteil zur Verfügung gestellt, das einfach verwendet und im Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann, sowohl zur Geräuschdämmung der geführten Luftströmung als auch gegebenenfalls zur Stabilisierung weiterer Bauelemente.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich dadurch aus, dass der ersten Grenzwand und/oder der zweiten Grenzwand eine Temperiereinrichtung zum zumindest zeitweiligen Aufheizen oder Kühlen der jeweiligen Grenzwand zugeordnet ist, sowie durch ein Steuergerät, das speziell dazu hergerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es werden hierbei die zuvor bereits genannten Vorteile erreicht. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Luftleitelement mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich dadurch aus, dass es gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt wurde. Damit weist das Luftleitelement eine Seite auf, die eine zumindest im Wesentlichen glatte Oberfläche aufweist, und eine von dieser Seite abgewandte zweite Seite, welche eine zumindest im Wesentlichen offenporige Oberfläche aufweist. Das Luftleitelement erlaubt damit eine vorteilhafte Geräuschdämmung eines Luftstroms, der entlang der zweiten, offenporigen Oberfläche geleitet wird, und weist eine ausreichend hohe Stabilität auf, die gegebenenfalls auch zum Stützen anderer Bauelemente im Kraftfahrzeug genutzt werden kann.
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Besonders bevorzugt ist das Luftleitelement als Wand eines Luftleitkanals oder als Luftleitkanal ausgebildet. Es ergeben sich dabei die bereits genannten Vorteile.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 ein Kraftfahrzeug in einer vereinfachten Detail-Schnittdarstellung,
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2 eine vorteilhafte Vorrichtung zur Herstellung eines Luftleitelements des Kraftfahrzeugs der 1 und
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3 das hergestellte Luftleitelement gemäß 2, jeweils in einer vereinfachten Schnittdarstellung.
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1 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung einen Teilbereich eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs 1. Der Teilbereich betrifft eine Instrumententafel 2, die im Fahrzeuginnenraum angeordnet ist. Durch die Instrumententafel 2 führt ein Luftkanal 3, der zumindest abschnittsweise durch ein Luftleitelement 4 gebildet wird. Das Luftleitelement 4 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Querschnitt L-förmig ausgebildet und dient einerseits zur Luftführung und andererseits zur Stützung und Montage der Instrumententafel 2. Das Luftleitelement 4 weist somit eine ausreichend hohe Festigkeit auf, um die stützende Funktion zu gewährleisten. Gleichzeitig weist das Luftleitelement 4 eine dem Luftleitkanal 3 zugewandte Luftströmungsseite 5 auf, die sich durch eine offenporige Oberflächenstruktur kennzeichnet, welche geräuschdämmend auf einen durch den Luftleitkanal 3 hindurchströmenden Luftstrom wirkt.
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Mit Bezug auf die 2 soll im Folgenden die Herstellung des Luftleitelements 4 erläutert werden. 2 zeigt dazu in einer vereinfachten Schnittdarstellung ein Formwerkzeug 6, das aus zumindest zwei Werkzeugteilen 7 und 8 besteht. Die Werkzeugteile 7 und 8 bilden jeweils eine Grenzwand 9 beziehungsweise 10, die einander zugewandt und voneinander beabstandet angeordnet sind, sodass ein Aufnahmeraum 11, insbesondere eine Kammer, zwischen den Werkzeugteilen 7, 8 beziehungsweise zwischen den Grenzwänden 9, 10 verbleibt. Selbstverständlich ist der Aufnahmeraum 11 durch die Werkzeuge 7, 8 vollständig geschlossen, sodass der Aufnahmeraum 11 letztendlich eine Hohlkammer bildet, aus welcher ein darin eingebrachtes Schaummaterial nicht entweichen kann. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind jedoch weitere Grenzwände, insbesondere an den Seitenrändern, oder Zuführleitungen oder Entlüftungsleitungen, die in die Hohlkammer münden, nicht gezeigt.
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In die Hohlkammer beziehungsweise in den Aufnahmeraum 11 wird dann das Schaummaterial, wie beispielsweise ein aufgeschäumter Thermoplast, Polyurethanschaum oder ein Partikelschaum, zum Aushärten eingespritzt, oder der Kunststoff des Schaummaterials wird in die Hohlkammer beziehungsweise in den Aufnahmeraum 11 eingebracht und dort aufgeschäumt und ausgehärtet.
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Der Werkzeugteil 7 weist weiterhin eine Temperiereinrichtung 12 auf, die dazu ausgebildet ist, das Werkzeugteil 7 und damit die Grenzwand 9 bei Bedarf aufzuheizen. Vorliegend ist vorgesehen, dass das Schaummaterial erst dann in die Aufnahmeaussparung 11 eingespritzt wird, wenn die Grenzwand 9 eine gewünschte Temperatur aufweist, die durch Ansteuern der Temperiereinrichtung 12 erreichbar ist.
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Hierdurch wird bewirkt, dass dann, wenn das Schaummaterial in den Aufnahmeraum 11 eingebracht wird, dieses an dem Werkzeugteil 8 beziehungsweise an der Grenzwand 10 schneller abkühlt als an der Grenzwand 9 beziehungsweise an dem Werkzeugteil 7. Dies hat zur Folge, dass in dem Schaummaterial vorhandenes Gas in Richtung der (heißeren) Grenzwand 9 drängt. In dem Schaummaterial, das noch nicht ausgehärtet ist, wandern somit Gasbläschen in Richtung der (heißeren) Grenzwand 9, wo sie die an die Grenzwand 9 angrenzende Oberflächenstruktur des Schaummaterials derart beeinflussen, dass diese keine durchgehende, sondern vielmehr eine offenporige Materialfläche an der Grenzwand 9 bildet. In der 2 sind die unterschiedlichen Zustände des Schaummaterials durch verschiedene Schraffuren gezeigt. So ist beispielswiese der an die (kältere) Grenzwand 10 angrenzende Bereich des Schaummaterials bereits ausgehärtet, während sich die Gasbläschen in dem der (heißeren) Grenzwand 9 zugewandten Grenzbereich des Schaummaterials ansammeln, wobei dieser Grenzbereich und auch der zwischen den Grenzbereichen liegende mittlere Bereich des Schaummaterials in dem Aufnahmeraum 11 noch nicht ausgehärtet sind. Nur aus Übersichtlichkeitsgründen ist in 2 noch ein Abstand zwischen dem Schaummaterial beziehungsweise dem Luftleitelement 4 und den Werkzeugteilen 7 und 8 gezeigt. Ist das Schaummaterial insgesamt ausgehärtet, verbleibt an der der Grenzwand 9 zugewandten Oberfläche eine offenporige Oberflächenstruktur, welche die Luftströmungsseite 5 des Luftleitelements 4 bildet. Auf der der Grenzwand 10 zugewandten Seite hingegen ist das Schaummaterial besonders dicht und porenfrei ausgebildet und bietet daher eine hohe Steifigkeit und Stabilität für das Luftleitelement 4.
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3 zeigt beispielhaft in einer vergrößerten Schnittdarstellung das Luftleitelement 4 mit der offenporigen Luftströmungsseite 5 in einer vereinfachten Darstellung.
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Im verbauten Zustand, wie beispielsweise in 1 dargestellt, ist somit die offenporige Oberfläche beziehungsweise Luftströmungsseite 5 dem Luftleitkanal 3 zugeordnet und bewirkt, dass sich Schall in den offenen Poren des Luftleitelements 4 fängt und nicht in das Innere des Kraftfahrzeugs 1 hereingetragen wird. Gleichzeitig gewährleistet die Steifheit beziehungsweise mechanische Stabilität des Luftleitelements 4, dass dieses die Instrumententafel 2 mit abstützt.
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Alternativ zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel von 2 ist es auch denkbar, die Temperiereinrichtung 12 nicht dem Werkzeug 7 beziehungsweise der Grenzwand 9, sondern dem Werkzeug 8 beziehungsweise der Grenzwand 10 zuzuordnen. Soll die offenporige Oberfläche dennoch an der der Grenzwand 9 zugewandten Seite erzeugt werden, so wird dann mittels der Temperiereinrichtung 12 beispielsweise das Werkzeug 8 gekühlt, sodass der Wärmestrom erneut von der (heißeren) Grenzwand 9 durch das Schaummaterial zu der (kälteren) Grenzwand 10 fließt, wie zuvor beschrieben, auch wenn die Grenzwand 9 nicht beheizt wird.
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Auch ist es denkbar, sowohl der Grenzwand 9 als auch der Grenzwand 10 jeweils eine Temperiereinrichtung 12 zuzuordnen, wobei die eine die Grenzwand 9 beheizt und die andere die Grenzwand 10 kühlt oder zumindest weniger stark beheizt, um die gewünschte Temperaturdifferenz und somit den gewünschten Wärmestrom zu gewährleisten.
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Vorteilhafterweise wird durch das Ansteuern der zumindest einen Temperiereinrichtung 12 ein Temperaturgradient eingestellt, der vorzugsweise mit zunehmenden Erhärtungsgrad des Schaummaterials abnimmt, sodass das Schaummaterial insgesamt auskühlt und in der gewünschten Form erstarrt.
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Zweckmäßigerweise wird das beschriebene Verfahren durch ein elektronisches Steuergerät durchgeführt beziehungsweise gesteuert, welches insbesondere die Temperiereinrichtung(en) 12 ansteuert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Instrumententafel
- 3
- Luftkanal
- 4
- Luftleitelement
- 5
- Luftströmungsseite
- 6
- Formwerkzeug
- 7
- Werkzeugteil
- 8
- Werkzeugteil
- 9
- (zweite) Grenzwand
- 10
- (erste) Grenzwand
- 11
- Aufnahmeraum
- 12
- Temperiereinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004049393 A1 [0003]
- DE 19735031 A1 [0003]
- DE 102005001201 A1 [0003]
