DE102022121907A1

DE102022121907A1 - Textiles Formteil mit Schirmung für elektromagnetische Strahlung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102022121907A1
Application number: DE102022121907.0A
Authority: DE
Inventors: Holger Sieben
Original assignee: Autoneum Management AG
Current assignee: Autoneum Management AG
Priority date: 2022-08-30
Filing date: 2022-08-30
Publication date: 2024-02-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein textiles Formteil (1) zur Erhöhung der elektromagnetischen Verträglichkeit einer Elektrofahrzeugverkleidung, wobei das textile Formteil eine Trägerschicht zur Erhöhung der Formstabilität und eine Hinterlegungsschicht zur elektromagnetischen Schirmung aufweist, wobei die Trägerschicht aus einem ersten verfestigten Vliesstoff (2) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterlegungsschicht aus einem zweiten verfestigten Vliesstoff (3) besteht, welcher Carbonfasern und Bindefasern aufweist, wobei ein Gewichtsanteil der Carbonfasern auf oder jenseits der Perkolationsschwelle liegt, sodass die Hinterlegungsschicht eine elektrische Kurschlussfähigkeit aufweist. Es wird weiterhin ein entsprechendes Herstellungsverfahren beschrieben.

Description

Moderne Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge, weisen eine Vielzahl von stark elektromagnetische Strahlung emittierende Komponenten auf. Zu diesen Komponenten zählen die Leistungselektronik, Antennen, Motoren, jedoch auch die Ladeelektronik inklusive Ladekabel. Hieraus ergib sich ein weites Spektrum von intensiver Strahlung in Frequenzen von 30 MHz bis 100 GHz. Die Fähigkeit eines technischen Geräts, andere Geräte oder Komponenten durch elektromagnetische Emissionen in der Funktionsweise zu stören oder selbst gestört zu werden, wird als elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bezeichnet. Als solches müssen Geräte mit einer besonders niedrigen EMV aber auch die Insassen des Fahrzeugs hinsichtlich elektromagnetischer Strahlung abgeschirmt werden. In konventionellen Fahrzeugen erfüllt die Fahrzeuginnenverkleidung die Aufgabe der Schirmung vor akustischen und thermischen Emissionen. Dabei wird konventionelle Fahrzeugverkleidung aus einer oder mehrerer überlappender Textilschichten, meist Vliesstoff gefertigt, welche zu Formteilen tiefgezogenen und anschließend verfestigt werden. Vliesstoffe weisen eine Vielzahl von Fasern aus unterschiedlichen Werkstoffen, Durchmessern, Längen und Typen und ggf. Bindemittel auf. Die gattungsgemäß verwendeten Fasern weisen dabei weder elektromagnetisch absorbierende noch reflektierende Eigenschaften auf. Als solches eignen sich diese Fahrzeugverkleidungen nicht zur elektromagnetischen Schirmung und bieten hinsichtlich der EMV keinen Mehrwert.
Die Erfindung geht aus von einem textilen Formteil, eine Trägerschicht zur Erhöhung der Formstabilität und eine Hinterlegungsschicht zur elektromagnetischen Schirmung aufweist, wobei die Trägerschicht aus einem ersten verfestigten Vliesstoff besteht. Ein entsprechendes Textil ist in der WO 2008127077 beschrieben. Um dem Textil abschirmende Eigenschaften zu verleihen, weist das Formteil eine Metallfolie oder eine elektrisch leitfähige Schicht aus metallischen Partikeln oder Fasern auf.
Die Verwendung von Metall, ob als Folie, Faser oder Partikel in einer Fahrzeugverkleidung führt jedoch zu einer Reihe an Nachteilen. Diese Nachteile umfassen

- schlechtere Nachhaltigkeit, da die metallhaltige Verkleidung schlechter abbau- und recyclebar ist,
- eingeschränkte Formgebungsmöglichkeiten, da die textilfremden metallischen Werkstoffe die Verformbarkeit des Halbzeug während des Tiefziehens einschränken,
- verminderte Korrosionsbeständigkeit, und
- ein deutlich höheres Gewicht, was insbesondere hinsichtlich der Verwendung in Elektrofahrzeug kritisch ist.

Vliesstoffe ohne metallische Zusätze, welche elektromagnetische Strahlung reflektieren und absorbieren, sind aus der RU 2 580 140 C2 und RU 2 197 041 C1 bekannt. Diese Vliesstoffe eigenen sich jedoch nicht für ein dreidimensionales Tiefziehverfahren bzw. würden die schirmenden Eigenschaften durch das Tiefziehen verlieren.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein textiles Formteil bereitzustellen, welche eine effektive Schirmung von elektromagnetischer Strahlung im Frequenzspektrum von 30 MHz bis 100 GHz ermöglicht und gleichzeitig alle anderen funktionellen, mechanischen und thermischen Anforderungen einer gattungsgemäßen Fahrzeugauskleidung erfüllen.
Ein solches textiles Formteil ist in Anspruch 1 beschrieben. Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10 sind besonders vorteilhafte Ausführungsformen des textilen Formteils.
Demgemäß ist vorgesehen, dass der Hinterlegungsschicht aus einem zweiten verfestigten Vliesstoff besteht, welcher Karbonfasern und Bindefasern aufweist, wobei ein Gewichtsanteil der Karbonfasern auf oder jenseits der Perkolationsschwelle liegt, sodass die Hinterlegungsschicht eine elektrische Kurschlussfähigkeit aufweist.
Durch den Gewichtsanteil der Karbonfasern auf oder jenseits der Perkolationsschwelle ist statistisch sichergestellt, dass jede Karbonfaser innerhalb des Vliesstoffes mit zumindest einer weiteren Karbonfaser kontaktieren ist. Auf diese Weise entsteht eine lückenlos elektrisch leitende Vliesstoffschicht. Die elektrisch leitende Eigenschaft ermöglicht durch die Reflexion von elektromagnetischer einen ersten Verlustmechanismus. Ein weiterer Verlustmechanismus, welcher durch das erfindungsgemäße Formteil eine Schirmung ermöglicht, ist die Absorption. Diese wird durch die im zweiten verfestigten Vliesstoff enthaltenden Bindefasern erreicht, welche ein Dielektrikum zwischen und neben den leitenden Karbonfasern bilden. Entgegen gewebten oder gewirkten Stoffen sind sämtliche Fasern in einem Vliesstoff im Wesentlichen zufällig angeordnet und ausgerichtet. Als solches weist die Hinterlegungsschicht alternieren eine Vielzahl von absorbierende und reflektierende Faserschichten auf.
Der Gewichtsanteil der Karbonfasern kann zwischen 15 % und 90 %, insbesondere zwischen 25 % und 85 % betragen.
Der erste und/oder der zweite verfestigte Vliesstoff kann Bindefasern aus Thermoplasten, insbesondere aus Polypropylen und/oder Polylactid aufweisen. Diese Bindefasern weisen im kritischen Frequenzbereich gute dielektrische Eigenschaften auf. Insbesondere eine Verwendung von Bindefasern aus Polylactid erhöht die Nachhaltigkeit des Formteils.
Darüber hinaus kann der erste und/oder zweite verfestigte Vliesstoff Naturfasern, insbesondere Baumwollfasern aufweisen.
Der erste und/oder zweite verfestigte Vliesstoff kann ein Bindemittel, vorzugsweise ein biologisch abbaubares Bindemittel aufweisen.
Ferner kann eine Dicke der Trägerschicht größer, insbesondere ein Vielfaches größer als eine Dicke der Hinterlegungsschicht sein.
Die Hinterlegungsschicht kann an einer der Trägerschicht abgewandten Seite eine zumindest eine Kontaktstelle aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine elektrische Verbindung zwischen den Karbonfasern und einem anderen textilen Formteil und/oder Fahrzeugkarosserie herzustellen. Durch die Kontaktstelle wird ermöglicht, einen elektrischen Kurzschluss mit der Fahrzeugkarosserie oder anderen textilen Formteilen herbeizuführen. Alternativ kann sich die Kontaktstelle über die gesamte der Trägersicht abgewandten Seite der Hinterlegungsschicht erstrecken.
Des Weiteren kann das textile Formteil eine Dekorschicht und eine Kaschierschicht aufweisen, wobei die Kaschierschicht an die Trägerschicht und die Dekorschicht an die Kaschierschicht grenzt. Die Kaschierschicht kann aus einem Kaschiermittel, vorzugsweise Polylactid bestehen. Die Dekorschicht kann ein Flachnadelfließ mit Baumwollfasern aufweisen.
Das Textiles Formteil kann alternativ eine wasserdichte Mehrfolienschicht und eine Kaschierschicht aufweisen, wobei die Kaschierschicht an die Trägerschicht und die wasserdichte Mehrfolienschicht an die Kaschierschicht grenzt.
Anspruch 11 beschreibt ein Herstellungsverfahren für ein textiles Formteil mit vorteilhaften EMV Eigenschaften. Der Gegenstand der Ansprüche 12 bis 15 entsprich vorteilhaften Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens.
Das Herstellungsverfahren weist demgemäß die Schritte auf:

- Krempeln von Fasern zu einem Faserflor, wobei die Fasern Karbonfasern mit einem Gewichtsanteil von mindestens 15 aufweisen;
- Kreuzlegen und Vernadeln des Faserflors zu einem zweiten Vliesstoff;
- Optional: Verfestigen des ersten Vliesstoffes mittels provisorischer Thermofusion; und
- Zusammenlegen des zweiten verfestigten Vliesstoffes mit einem ersten verfestigten Vliesstoff zu einem mehrlagigen Vliesstoff.
- Aufheizen und Tiefziehen des mehrlagigen Vliesstoffes zu einem Formteil; und
- Verfestigung des Formteils mittels eines gekühlten Werkzeugs.

Ferner kann der mehrlagige Vliesstoff vernadelt werden.
Das Herstellungsverfahren kann ferner den Schritt aufweisen:

- Aufbringen der Dekorschicht, wobei die Dekorschicht adhäsiv über eine Kaschierschicht auf den zweiten verfestigten Vliesstoff aufgebracht wird.

Darüber hinaus kann der erste und/oder der zweite verfestigte Vliesstoff mit einem Bindemittel imprägniert werden.
Abschließend kann das Herstellungsverfahren den Schritt aufweisen:

- Freilegen einer elektrischen Kontaktstelle, wobei auf einer der zweite verfestigte Vliesstoff abgewandten Seite die Carbonfasern im ersten verfestigten Vliesstoff mechanisch, thermisch oder chemisch oberflächlich freigelegt werden.

Weitere Aspekte und Details der Erfindung werden im Folgenden anhand der 1 erläutert.
Dabei zeigt 1 schematisch Querschnitt eines textilen Formteils 1. Das textile Formteil 1 weist eine Trägerschicht, eine Hinterlegungsschicht, eine Kaschierschicht 4 und eine Dekorschicht 5 auf. Die Trägerschicht besteht aus einem ersten verfestigten Vliesstoff 2, welcher Baumwollfasern und Bindefasern aus Polylactid sowie ein organisches Bindemittel aufweist. Die Trägerschicht verleiht dem textilen Formteil die notwendige Härte und den damit verbundenen mechanischer Schutz der abgedeckten Komponenten als auch eine Wasser- und Luftdichtigkeit. Die Hinterlegungsschicht besteh aus einem zweiten verfestigten Vliesstoff 3, welcher ebenfalls Baumwollfasern und Bindefasern aus Polylactid aufweisen. Ferner weist der zweite verfestigte Vliesstoff 3 einen Gewichtsanteil von 15 % an Carbonfasern auf, womit der Gewichtsanteil oberhalb der Perkolationsschwelle lieg. Hierdurch sind die Carbonfaser nirgendwo als Matrixfaser in einer Bindeschicht vollständig elektrisch isoliert eingebettet, wodurch die Hinterlegungsschicht elektrische Kurzschlussfähigkeit aufweist. In Kombination mit den Polylactidfasern verleihen die Carbonfasern der Hinterlegungsschicht durch Reflexion und Absorption von elektromagnetischer Strahlung schirmende Eigenschaften im Frequenzband von 30 MHz bis 100 GHz. Ferner haben die Baumwollfasern und Bindefasern eine stützende Wirkung auf die Carbonfasern. Reine Carbonfaservliese würden sich ohne die integrative Verbindung mit diesen Fasertypen in tiefen Ausformungen überproportional stark ausdünnen, wodurch die abschirmenden Eigenschaften lokal beeinträchtigt wären. Durch die Faserkombination in dem zweiten Vliesstoff werden hingegen komplexe Formen des textilen Formteils 1 ermöglicht. Ein solches textiles Formteil 1 kann beispielsweise als Separator zwischen einem Ladekabel und einem technischen Bauteil mit niedriger EMV oder dem Fahrgastinnenraum montiert sein. Wegen der hervorragenden Schirmungseigenschaften kann dabei eine separate Schirmung des Ladekabels entfallen.
Die Dekorschicht 5 besteht aus einem Flachnadelvlies aus Baumwollfasern. Die Dekorschicht 5 verbessert die Optik und Haptik des textilen Formteils 1 und erhöht die akustischen und thermischen Isolierungseigenschaften. Die Dekorschicht 5 ist adhäsiv über eine Kaschierungsschicht 4 auf die Formschicht 2 aufgebracht.
Die Hinterlegungsschicht weist an einer der Trägerschicht abgewandten Seite zumindest eine Kontaktstelle 31 aufweist. Die Kontaktstelle 31 ermöglicht, einen elektrischen Kurzschluss mit der Fahrzeugkarosserie oder anderen textilen Formteilen herbeizuführen. Hierdurch kann die Schirmung nochmals deutlich gesteigert werden. In der gezeigten Ausführungsform wurde das verfestigte Bindemittel, welches ansonsten eine elektrisch isolierende Schicht bilden würde, mechanisch abgetragen, um erste Carbonfasern freizulegen. Da der Gewichtsanteil der Carbonfasern jenseits der Perkolationsschwelle liegt, reicht die Freilegung einzelner Fasern, um eine elektrisch leitende Verbindung der Kontaktstelle 31 mit allen im zweiten Vliesstoff befindlichen Carbonfasern herzustellen.
Mit Ausnahme der Carbonfasern sind alle Bestandteile des textilen Formteils bei 80 °C biologisch abbaubar. Als solches kann das textile Formteil 1 naturverträglich entsorgt und die Carbonfasern problemlos recycelt werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Textiles Formteil
2: Erster verfestigter Vliesstoff
3: Zweiter verfestigter Vliesstoff
4: Kaschierschicht
5: Dekorschicht
31: Kontaktstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008127077 [0002]
RU 2580140 C2 [0004]
RU 2197041 C1 [0004]

Claims

Textiles Formteil (1) zur Erhöhung der elektromagnetischen Verträglichkeit einer Elektrofahrzeugverkleidung, wobei das textile Formteil eine Trägerschicht zur Erhöhung der Formstabilität und eine Hinterlegungsschicht zur elektromagnetischen Schirmung aufweist, wobei die Trägerschicht aus einem ersten verfestigten Vliesstoff (2) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterlegungsschicht aus einem zweiten verfestigten Vliesstoff (3) besteht, welcher Carbonfasern und Bindefasern aufweist, wobei ein Gewichtsanteil der Carbonfasern auf oder jenseits der Perkolationsschwelle liegt, sodass die Hinterlegungsschicht eine elektrische Kurschlussfähigkeit aufweist.
Textiles Formteil (1) nach Anspruch 1, wobei der Gewichtsanteil der Carbonfasern im zweiten verfestigten Vliesstoff (3) zwischen 15 % und 90 %, vorzugsweise zwischen 25 % und 85 % beträgt.
Textiles Formteil (1) nach einen der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste (2) und/oder der zweite verfestigte Vliesstoff (3) Bindefasern aus Thermoplasten aufweisen.
Textiles Formteil (1) nach einen der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste (2) und/oder zweite verfestigte Vliesstoff (3) Naturfasern aufweist.
Textiles Formteil (1) nach einen der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste (2) und/oder zweite verfestigte (3) Vliesstoff ein Bindemittel, vorzugsweise ein biologisch abbaubares Bindemittel aufweist.
Textiles Formteil (1) nach einen der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Dicke der Trägerschicht größer, insbesondere ein Vielfaches größer als eine Dicke der Hinterlegungsschicht ist.
Textiles Formteil (1) nach einen der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Hinterlegungsschicht an einer der Trägerschicht abgewandten Seite zumindest eine Kontaktstelle (31) aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine elektrische Verbindung zwischen den Karbonfasern und einem weiteren textilen Formteil herzustellen.
Textiles Formteil (1) nach einen der vorangegangenen Ansprüche, welches eine Dekorschicht (5) und eine Kaschierschicht (4) aufweist, wobei die Kaschierschicht (4) an die Trägerschicht und die Dekorschicht (5) an die Kaschierschicht (4) grenzt, wobei die Kaschierschicht (4) aus einem Kaschiermittel, vorzugsweise Polylactid besteht.
Textiles Formteil (1) nach Anspruch 8, wobei die Dekorschicht (5) ein Flachnadelvlies mit Baumwollfasern aufweist.
Textiles Formteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welches eine wasserdichte Mehrfolienschicht und eine Kaschierschicht (4) aufweist, wobei die Kaschierschicht (4) an die Trägerschicht und die wasserdichte Mehrfolienschicht an die Kaschierschicht (4) grenzt.
Herstellungsverfahren für ein textiles Formteil (1), wobei das Herstellungsverfahren die Schritte aufweist: - Krempeln von Fasern zu einem Faserflor, wobei die Fasern Karbonfasern mit einem Gewichtsanteil von mindestens 15 % aufweisen; - Kreuzlegen und Vernadeln des Faserflors zu einem zweiten Vliesstoff (3); - Optional: Verfestigen des zweiten Vliesstoffes (3) mittels provisorischer Thermofusion; - Zusammenlegen des zweiten Vliesstoffes (3) mit einem ersten Vliesstoff (2) zu einem mehrlagigen Vliesstoff; - Aufheizen und Tiefziehen des mehrlagigen Vliesstoffes zu einem textilen Formteil (1); und - Verfestigung des textilen Formteils (1) mittels eines gekühlten Werkzeugs.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 11, wobei der mehrlagige Vliesstoff vernadelt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei das Herstellungsverfahren den Schritt aufweist: - Aufbringen einer Dekorschicht (5), wobei die Dekorschicht (5) adhäsiv über eine Kaschierschicht (4) auf den ersten verfestigten Vliesstoff (2) aufgebracht wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der erste und/oder der zweite Vliesstoff (1, 2) mit einem Bindemittel imprägniert wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Herstellungsverfahren den Schritt aufweist: - Freilegen einer elektrischen Kontaktstelle (31), wobei auf einer der ersten verfestigte Vliesstoff (2) abgewandten Seite die Carbonfasern im zweiten verfestigten Vliesstoff (3) mechanisch, thermisch oder chemisch oberflächlich freigelegt werden.