DE10300014A1

DE10300014A1 - Vakuumgeformter Fahrzeugteppichmodul

Info

Publication number: DE10300014A1
Application number: DE2003100014
Authority: DE
Inventors: Jeffrey L. Rice; Dennis C. Young
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2003-01-03
Publication date: 2004-04-22
Also published as: GB2393651B; GB0300893D0; GB2393651A; US20040062904A1

Abstract

Ein Fahrzeugteppichmodul besteht aus einem Stück eines getufteten Teppichs, das an einem Stück eines thermoplastischen Materials befestigt ist. Der Modul ist entsprechend der Form des Bodens eines Motorfahrzeuges konturiert. Der Teppichmodul wird über einem einzigen hohlen Formelement vakuumverformt. Das Formelement besitzt eine Formoberfläche, die korrespondierend mit der Gestalt des Fahrzeugbodens ausgebildet ist und viele Unterdruckanschlüsse aufweist, die durch die konturierte Oberfläche geformt sind. Eine Unterdruckquelle zieht Luft aus dem Inneren des Formelementes ab und bewirkt an den Unterdruckanschlüssen, dass ein erwärmtes Teppichsegment gegen die konturierte Oberfläche gezogen wird und dass das Teppichsegment so zu dem Teppichmodul gestaltet wird. Das Teppichsegment wird ausreichend erwärmt, um das thermoplastische Material zu erweichen, welches, nach entsprechender Abkühlung, aushärtet, um die Gestalt der Formoberfläche zu halten.

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Fahrzeuginnenteppiche und im Besonderen auf einen geformten Fahrzeugteppichmodul und ein Vertahren zum Herstellen des Teppichmoduls durch einen Vakuum-Verformungsprozess.

Die Bodenbereiche von Motortahrzeugen werden häufig durch Teppichmaterialien abgedeckt, um das Erscheinungsbild und den Komfort zu steigern, wobei gleichzeitig eine Geräuschabsorption innerhalb des Insasseninnenraums des Fahrzeugs erzielt wird. Es ist bekannt, geformte Teppichmodule für eine Installierung in Automobilen, Lastwagenkabinen, Vans und Mehrzweckfahrzeugen herzustellen. Solche Teppichmodule ermöglichen es, die Einbauzeit zu reduzieren und deshalb die Herstellungskosten zu verringern. Zusätzlich zeigen solche geformte Teppichmodule eine Tendenz, unempfindlich gegen unabsichtliche Handhabungsschäden zu sein.

In 1 wird eine Schnittansicht eines Teils eines bekannten geformten Fahrzeugteppichmoduls 10 gezeigt. Solche Fahrzeugteppichmodule umfassen typischerweise eine Oberschicht aus getuftetem Teppichmaterial 12. Getuftete Teppiche werden auf Tuftingmaschinen hergestellt, die wie riesige Nähmaschinen arbeiten. Sie enthalten Hunderte von Nadeln, die an einem Nadelträger nebeneinander angeordnet sind. Ein passender Florfaden, der von jeder passender Zusammensetzung sein kann, wie aus Polyester, Polypropylen, oder Nylon, wird durch das Öhr jeder Nadel gefädelt. Dann stechen die sich gleichzeitig bewegenden Nadeln den Faden durch eine vorgewebte Bahn eines passenden Rückenmaterials 14, das beispielsweise aus spinnbondiertem Polyester oder gewebtem Polypropylen bestehen kann. Schlingenforner der Tuftingmaschine bewegen sich dann nahe zu jedem Nadelöhr und greifen am Faden an. Wenn dann jede Nadel aus dem Rückenmaterial 14 zurückgezogen wird, wird eine Fadenschlinge, oder ein Tuft 16, geformt und in dem Rückenmaterial 14 an Ort und Stelle gehalten.

Um die Flortäden sicher in dem Rückenmaterial 14 zu verankern und zu blockieren, weist der Teppich 12 eine passsende Vorbeschichtungs-Bindemittellage 17 auf, die sich über die Unterseite des Teppich-Rückenmaterials 14 erstreckt, wie dies konventionelle Praxis bei der Herstellung getufteter Teppiche für Wohn- oder Bürogebäude-Einsatzfälle ist. Die Vorbeschichtungslage 17 umfasst typischerweise Ethylenvinylacetat (EVA) und/oder Polyethylen geringer Dichte (LDPE). Die Vorbeschichtungslage 17 versiegelt das Teppich-Rückenmaterial 14, während sie auch Einfluss auf die Faserbindeeigenschaften für die Enden der Flortäden hat. Der schlingenförmige Flor kann ungeschnitten bleiben (Schlingenware), oder die Schlingen können geschnitten werden, um eine Plüschoberfläche aus Flortäden zu bilden. Typischerweise kann der Teppich 12 Verschleiß umso besser widerstehen, desto enger die Florfadenbüschel 16 beieinander liegen, desto weiter sich die Büschel 16 über das Rückenmaterial hinauserstrecken, desto schwerer der Florfaden, und desto dichter der Teppichflor ist.

Der Teppichmodul 10 weist auch eine Beschichtung oder Masselage 18 auf, die aus einer Polymer-Zusammensetzung geformt ist, wie aus gefülltem EVA, und die an der freiliegenden Oberfläche der Vorbeschichtungslage 17 befestigt ist, die abgewandt ist von dem Teppichrücken 14. Das Füllmaterial kann umfassen Kalziumcarbonat, Bariumsulfat, oder ähnliche Stoffe. Während die Vorbeschichtungslage 17 typischerweise ein Flächengewicht in einem Bereich von 8-12 oz./yd.² (8-12×28,35g/0,8361 m²) hat, liegt das Flächengewicht der Masselage 18 typischerweise in dem Bereich von 30-136 oz./yd.². Eine primäre Funktion der Vorbeschichtungslage 17 besteht darin, zusätzliche Faserbindungseigenschaften bereit zu stellen, und gleichzeitig eine Steifheit und Verformbarkeit für den Teppich 12 vorzugeben, die es ermöglichen, den Teppich 12 in eine dreidimensionale konturierte Konfiguration zu verformen, die zu den Konturen des Fahrzeugbodens passt. Die Masselage 18 verleiht dem Teppichmodul eine Schalldämmungseigenschaft, aus der größere Ruhe im Inneren des Fahrzeuges resultiert. Diesbezüglich kann die Masselage 18 substanzielle Anteile von Füllmaterialien enthalten, wie z.B. Kalziumcarbonat, Gips, Bariumsulfat, und dergleichen.

Optional können an die Masselage 18 Schaumkissen 20 angehaftet werden, um eine zusätzliche Vibrations- und/oder Geräuschdämpfung zu erhalten. Typischerweise wird jedes der Schaumkissen 20 sich nur über einen Abschnitt der Masselage 18 erstrecken. Optional können die Schaumkissen 20 Füllmaterialien wie Glasperlen, Fasern, oder dergleichen enthalten, um die Gewichts- und Dichte-Verteilungen des Schaums zu variieren für optimale akustische und abpolsternde Eigenschaften. Wie in 1 gezeigt, umfasst das Schaumkissen 20 einen nach unten greifenden Bereich 22, der mit der Gestalt des Fahrzeugbodens übereinstimmt.

Verfahren zum Formen von Teppichmodulen sind wohlbekannt und werden in US 3,953,632 A und US 4,579,764 A beschrieben. Eine derartige Methode wird durch das in 2 gezeigte Flussdiagramm illustriert. Im funktionalen Block 23 wird eine Rolle eines Teppich-Rückenmaterials durch eine Tuftingmaschine geführt, während die Maschinennadeln Teppichfäden in das Teppich-Rückenmaterial einstechen, um Büschel oder Tufte 16 zu formen. Auf die Unterseite des Teppich-Rückenmaterials 14 wird im funktionalen Block 24 in einem konventionellen Prozess eine Vorbeschichtungslage 17 aufgebracht, beispielsweise durch eine Extrusionsbeschichtung oder durch Aufwalzen. Eine Masselage 18 wird dann auf die Vorbeschichtungslage 17 im funktionalen Block 25 nach einem konventionellen Verfahren aufgebracht, das erneut Extrusionsbeschichtung oder Kalendrieren sein kann.

Nach der Aufbringung der Massetage 18 wird der Teppich im funktionalen Block 26 in Segmente zerschnitten. Die Teppichsegmente werden im funktionalen Block 27 erwärmt, um die Masselage 18 zu erweichen. Sobald die Masselage 18 ausreichend aufgeweicht ist, werden die Teppichsegmente im funktionalen Block 28 einer Kompressionsformoperation unterworfen. Während der Kompressionsformoperation wird jedes Teppichsegment zwischen einem Paar zusammenarbeitender Formhälften gepresst, die nachstehend beschrieben werden, um das Segment in eine gewünschte vorbestimmte dreidimensionale Konfiguration zu verformen, die mit der Gestaltung des Fahrzeugbodens korrespondiert. Nachdem die Masselage 18 ausreichend abgekühlt ist, um die in den Formhälften verliehene Form zu halten, werden die Formhälften geöffnet und wird der verformte Teppichmodul 10 aus dem Formwerkzeugsatz 30 entfernt.

Im funktionalen Block 29 werden optional Schaumkissen 20 entweder mit einem Haftmittel an dem geformten Teppichmodul 10 befestigt, oder durch konventionelle Reaktionseinspritzung (RIM) in situ am Modul 10 geformt. Die zuletzt erläuterte Methode produziert Schaumkissen, die ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Haftmittel autogen an der thermoplastischen Lage angehaftet sind. Wie jedoch in der oben erwähnten US 4,579,764 A beschrieben, erfordert das RIM-Verfahren ein spezielles Formwerkzeug.

3 zeigt eine Schnittansicht eines typischen, bekannten Werkzeugsatzes 30, der verwendet wird zum Kompressionsverformen des Teppichmoduls 10. Der Werkzeugsatz 30 besitzt eine obere Werkzeughälfte 32 und eine untere Werkzeughälfte 34, die zuein ander passende Oberflächen haben, welche so geformt sind, dass sie mit dem Bodenbereich eines speziellen Fahrzeugs korrespondieren. Die Werkzeughälften 32 und 34 sind in 3 in ihrer geschlossenen Position gezeigt. Die obere Werkzeughälfte 32 ist typischerweise aus einem Epoxymaterial geformt, wie aus glasfaserverstärktem Kunststoffharz. Wie gezeigt, weist die obere Formhälfte 32 eine gegossene Aluminiumauskleidung 36 auf, die eine Vielzahl eingeformter Kühlkanäle 38 enthält. Die untere Formhälfte 34 ist typischerweise aus Aluminium gegossen und hat ebenfalls mehrere eingeformte Kühlkanäle 39. Durch die Kühlkanäle 38 und 39 zirkuliert Kühlwasser, um das Abkühlen des Teppichmoduls 10 zu beschleunigen.

Der Werkzeugsatz 30 wird auf einem konventionellen Pressmechanismus (nicht gezeigt) montiert, der sich betreiben lässt, um die obere Formhälfte 32 in die untere Formhälfte 34 zu drücken, nachdem ein beheiztes Stück eines Teppichs, das eine Massenlage aufweist, auf der unteren Formhälfte 34 platziert worden ist. Wie in 3 gezeigt, ist im Werkzeugsatz 30 ein Teppichmodul 10 vorgesehen, das aus einem Stück eines Teppichs 12 mit einer Bindemittelschicht 17 und einer Masse-Rückenschicht 18 besteht. Sobald der Teppichmodul 10 ausreichend abgekühlt ist, wird die obere Formhälfte 32 von der unteren Formhälfte 34 gelöst, um die Entnahme des Moduls 10 zu ermöglichen. Nachfolgend können dann noch, wie oben beschrieben, Schaumkissen 20 optional an dem Teppichmodul 10 angebracht werden.

Konventionelle Motorfahrzeug-Teppichmodule erfordern zur Herstellung aufwändige Werkzeugsätze. Aufgrund von Bodengestaltungs-Variationen innerhalb verschiedener Fahrzeugmodelllinien ist es erforderlich, eine große Anzahl von Werkzeugen vorzubereiten, zu warten und zu lagern. Es wäre deshalb wünschenswert, das Herstellverfahren von geformten Fahrzeug-Teppichmodulen zu vereinfachen. Zusätzlich haben die Erfinder festgestellt, dass bei dem Kompressionsformverfahren Teppichmodule produziert werden können, die eine ungleichförmige Dicke als Folge eines ungleichförmigen Verteilung des Masseschichtmaterials während des Formprozesses haben. Demzufolge kann es notwendig sein, grundsätzlich relativ dicke Teppiche zu formen, um sicher zu stellen, dass auch die unvermeidbaren dünneren Abschnitte des Teppichmoduls noch die gewünschte Schalldämmung erbringen. Deshalb würde eine mögliche Verringerung der Moduldicke unter Beibehalt der Schalldämmeigenschaft des Teppichs eine wün schenswerte Reduktion des Gewichts der Module erbringen und auch die Kosten für die Module reduzieren, da zu ihrer Herstellung weniger Material eingesetzt werden muss.

Diese Erfindung bezieht sich auf einen geformten Teppichmodul für ein Motorfahrzeug und auf ein Verfahren zum Formen des Teppichmoduls in einem Vakuumverformungsprozess.

Die vorliegende Erfindung schlägt einen Fahrzeug-Teppichmodul vor, der ein thermoplastisches Rückenmaterial aufweist, das korrespondierend mit der Form eines Bodens in einem speziellen Motortahrzeug geformt ist. Ein Stück eines getufteten Teppichs ist direkt an dem thermoplastischen Material befestigt, um einen geformten Fahrzeugteppich zu bilden: Der Teppichmodul kann optional auch wenigstens ein Schaumkissen aufweisen, das an einer Fläche des Rückenmaterials befestigt ist, die abgewandt ist von den Fadentuften.

Die vorliegende Erfindung schlägt auch ein Verfahren zum Vakuumverformen eines Fahrzeug-Teppichmoduls vor, das das Bereitstellen eines Teppichsegmentes umfasst, welches ein Stück eines getufteten Teppichs ist und direkt an einem Stück eines thermoplastischen Rückenmaterial befestigt ist. Das Teppichsegment wird ausreichend erhitzt, um das thermoplastische Rückenmaterial zu erweichen. Das erhitzte Teppichsegment wird über einer konturierten Oberfläche in einer Vakuumform platziert, die mehrere Sauganschlüsse besitzt, die sich quer durch die konturierte Oberfläche erstrecken. Vom Inneren des Formteils wird ein Vakuum erzeugt, das bewirkt, dass sich das Teppichsegment an die Gestalt der konturierten Oberfläche anpasst. Danach wird das Teppichsegment über eine für das Rückenmaterial ausreichende Zeitdauer abgekühlt, damit es die Form des Formwerkzeuges behält, so dass das Teppichsegment zu dem Teppichmodul verformt bleibt. Schließlich wird der Teppichmodul aus der Form entnommen.

Das Verfahren kann weiterhin das Platzieren eines anderen Formgliedes über dem Formwerkzeug und dem Teppichmodul umfassen, wobei dieses Formglied zumindest einen zusätzlichen Formhohlraum eingeformt hat. Dann wird in diesem Formhohlraum eine aufschäumbare Zusammensetzung eingespritzt, wodurch zumindest ein Schaumkissen geformt wird, das wenigstens einen Abschnitt des thermoplastischen Rückenmaterials des Teppichmoduls bedeckt und daran angehaftet ist.

Die Erfindung schlägt ferner ein Formwerkzeug zum Vakuumverformen vor, das ein hohles Formelement aufweist, welches eine innere Kammer definiert. Das Formelement hat auch eine Oberfläche, die konturiert ist korrespondierend mit der Gestalt eines Fahrzeugbodens. Durch die konturierte Oberfläche erstrecken sich mehrere Vakuumanschlüsse, die mit einer internen Kammer kommunizieren. Die Form enthält auch eine Vorrichtung zum Generieren eines Vakuums, die mit der internen Kammer der Form kommuniziert und betreibbar ist, um aus der internen Kammer ein Vakuum herauszuziehen.

Verschiedene Gegenstände und Vorteile dieser Erfindung ergeben sich für Fachleute auf diesem Gebiet aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung wenigstens einer bevorzugten Ausführungsform und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen.

Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines bekannten Fahrzeugteppichmoduls, der durch Kompression verformt ist.
2 ein Flussdiagramm zum Verdeutlichen eines bekannten Verfahrens zum Kompressionsformen des Fahrzeugteppichmoduls gem. 1.
3 eine Schnittansicht eines bekannten Werkzeugsatzes einer Kompressionsform wie verwendet zum Formen des in 1 gezeigten Fahrzeugteppichmoduls.
4 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen vakuumverformten Teppichmoduls.
5 ein Flussdiagramm zum Illustrieren eines Verfahrens zum Vakuumformen des in 4 gezeigten Fahrzeugteppichmoduls.
6 eine Schnittansicht einer Vakuumform gemäß der Erfindung, die verwendet ist zum Formen des in 4 gezeigten Fahrzeugteppichmoduls.
7 eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der Vakuumform von 6.
8 eine Schnittansicht der alternativen Ausführungsform der Form von 7 mit einem zweiten Formglied, das mit der Vakuumform zum in situ Formen von Schaumkissen kooperiert.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird in 4 eine Querschnittsansicht eines verbesserten Teppichmoduls 40 für ein Motortahrzeug gezeigt, der erfindungsgemäß ausgebildet ist. In 4 gezeigte Komponenten ähnlich den in 1 haben dieselben Bezugszeichen. Obwohl die Struktur des Teppichmoduls 40 in 4 ähnlich der Struktur des Teppichmoduls 10 von 1 zu sein scheint, sind bestimmte entscheidende Materialien unterschiedlich, die bezüglich wichtiger Modulcharakteristika in einer signifikanten Verbesserung resultieren. Zusätzlich gestattet es das unterschiedliche Material, einen alternativen Formprozess einzusetzen, der die Herstellungskosten signifikant reduziert und dabei die Modulcharakteristika verbessert. Der Teppichmodul 40 weist eine Vielzahl von Flortadentuften 16 auf, die aus einem passenden Material ausgebildet sind, wie Polyester, Polypropylen oder Nylon, wobei bei der bevorzugten Ausführungsform Nylon verwendet wird. Das Gewicht der Fadentufte 16 liegt typischerweise in einem Bereich von 10-24 oz./yd.². (10-24 × 28,35 g/0,8361 m²). Die Tufte 16 sind in ein Teppich-Rückenmaterial 14 eingestochen, wie in spinnbondiertes Polyester oder gewebtes Polypropylen, um ein Stück eines Teppichs 41 zu bilden. Das Gewicht des Teppich-Rückenmaterials liegt typischerweise in dem Bereich von 3-4 oz./yd.² (3-4 × 28,35 g/0,8361 m². In 4 ist eine Vorbeschichtungslage 42 aus EVA geformt; jedoch ist diese Vorbeschichtungslage 42 nur optional. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Eigenschaften des Moduls 40 so ausreichend verbessert werden konnten, dass die Vorbeschichtungslage 42 weggelassen werden kann, was sowohl das Gewicht als auch die Kosten des Moduls 40 reduziert. Falls vorhanden, hat die Vorbeschichtungslage typischerweise ein Gewicht in einem Bereich von 8-12 oz./yd.² (8-12 × 28,35 g/0,8361 m²).
Falls die Vorbeschichtungslage 42 vorhanden ist, ist darauf eine Massenlage 44 aus thermoplastischem Rückenmaterial festgelegt. Falls die Vorbeschichtungslage 42 nicht vorgesehen ist, wird die Massenlage 44 direkt an der Teppichrückenschicht 14 festgelegt. Es ist ins Auge gefasst, die Massenlage 44 aus einem Material aus einer Vielzahl möglicher Materialien zu formen. Ein solches Material ist ein kompatibilisierter Teppichabfall-Verschnitt, der von der Firma Lear Corporation unter dem Handelsnamen Sonotec EP^TM erhältlich ist, und der in US 5,719,198 A , US 5,852,115 A , US 5,859,071 A und US 6,241,168 A beschrieben wird, die hiermit durch Rückbeziehung inkorporiert sind. Andere mögliche Materialien umfassen ULDPE (Polyethylen mit ultraniedriger Dichte) und modifiziertes Polypropylen. Es ist auch möglich, gefüllte Versionen von Sonotec EP^TM, Polyethylen mit niedriger Dichte und modifizierten Polypropylens zum Formen der Massenschicht 44 zu verwenden. Zusätzlich kann eine gefüllte Version von metallokenen Copolymeren benutzt werden. Die Füllmaterialien können umfassen: Kalziumcarbonat und/oder Bariumsulfat, wobei Kalziumcarbonat bevorzugt ist. Typischerweise liegt das Gewicht der Massenlage 44 in dem Bereich zwischen 30-136 oz./yd.² (30-136 × 28,35 g/0,8361 m²).
Das für die Massenlage 44 verwendete, thermoplastische Rückenmaterial ist haltbarer als typische Teppich-Rückenmaterialien gemäß Stand der Technik. Ferner haben die oben für die Massenlage 44 aufgelisteten Materialien eine Wärmefestigkeit und eine Schmelzfestigkeit, die kompatibel sind mit dem Vakuumvertormen, das später erläutert und zum Formen des Teppichmoduls 40 angewendet wird Das kombinierte Stück des Teppichs 41 und der Rücken-Massenlage 44 definieren ein Teppichsegment 45 in der nachfolgenden Beschreibung. Wie oben erläutert, können an der Unterseite des Rückenmaterials 44 Schaumkissen 20 befestigt werden, um die Schallabsorptionseigenschaften des Teppichmoduls 40 weiter zu verbessern und auch dessen Griff zu verbessern.
Die erfindungsgemäße Fabrikation des Teppichmoduls 40 wird durch das in 5 gezeigte Flussdiagramm illustriert. Ähnlich wie bei dem oben beschriebenen Verfahren werden Tufte 16 eines Teppichgarns im funktionalen Block 50 in ein Teppich-Rückenmaterial 14 gestochen, um einen Teppichrohling 41 zu formen. Auf die Unterseite des Teppichrohlings 41 wird im funktionellen Block 51 eine Schicht 42 einer Vorbeschichtung aufgebracht; dieser Schritt ist jedoch optional, und wird bei der bevorzugten Aus führungsform ausgelassen. Im funktionellen Block 52 wird mit einer konventionellen Methode wie durch Extrusionsbeschichtung oder Kalandrieren eine thermoplastische Massenlage 44 aufgebracht, die aus einem der oben aufgelisteten Materialien besteht. Der beschichtete Teppichrohling wird im funktionellen Block 53 in Segmente zerschnitten. Wie oben beschrieben, werden die Segmente dann im funktionellen Block 54 erwärmt, um das thermoplastische Material zu erweichen. Dann werden die Teppichsegmente im funktionellen Block 55 in die gewünschte Gestalt vakuumvertormt. Der Vakuumvertormungsprozess wird im Detail nachstehend erläutert. Sobald die Teppichmodule ausreichend abgekühlt sind, um ihre Form zu halten, können an der unteren Oberfläche der Module im funktionellen Block 56 (optional) Schaumkissen angebracht werden. Die Schaumkissen werden entweder mit einem Klebstoff an den Teppichmodulen befestigt, oder sie werden in situ angeformt, wie ebenfalls nachstehend erläutert wird. Ein Vergleich des Verfahrens gemäß der Erfindung und wie in 5 gezeigt, mit dem Verfahren gemäß Stand der Technik und wie in 2 gezeigt, illustriert die Vereinfachung, die sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt.
Die Erfindung ist auch auf ein verbessertes Vakuumvertormungs-Werkzeug 60 gerichtet, das in einer Schnittansicht in 6 gezeigt ist. Das Vakuumverformungs-Werkzeug 60 besteht aus einem einzigen hohlen Körper 62, der in einem oberen Bereich 63 so bearbeitet ist, dass er einen Formhohlraum 63A bildet, der mit der Bodenkontur des spezifischen Fahrzeuges korrespondiert, für das die Teppichmodule 40 bestimmt sind. Der Formkörper 62 kann aus konventionellem Material ausgebildet sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht der Formkörper 62 jedoch aus gegossenem Aluminium. Ähnlich wie der oben beschriebene Werkzeugsatz 30 weist der Formkörper 62 mehrere Kühlkanäle 64 auf, die quer durch den oberen Bereich 60 verlaufen. Die Kühlkanäle 62 enthalten Kühlwasser, das die Abkühlung des jeweiligen Teppichmoduls 40 beschleunigt, um die Produktionsrate des Vakuumverformungs-Werkzeuges 60 zu steigern.
Durch den oberen Bereich 63 der Form erstrecken sich quer mehrere Sauganschlüsse 66. Durch den Grund des Formkörpers 62 ist ein Auslassanschluss 68 geformt, der mit einer Unterdruckquelle 70 verbunden ist. Im Betrieb zieht die Unterdruckquelle 70 Luft aus der hohlen inneren Kammer 71 des Vakuumvertormungs-Werkzeugs 60. Der Formkörper 62 hat auch einen durchgehenden Ausgleichsanschluss 72. Der Ausgleichsanschluss 72 kommuniziert mit einem normalerweise geschlossenen Magnetventil 73. Bei Betätigung öffnet das Magnetventil 73 den Ausgleichsanschluss 72 zur Außenatmosphäre, so dass Außenluft in die Formkammer 71 eintreten kann und einen Druckausgleich zwischen dem inneren und dem äußeren atmosphärischen Druck herstellt.
Optional kann das Vakuumvertormungs-Werkzeug 60 auch mit einem oder mehreren Stößeln oder Zylindern 74 ausgestattet sein, von denen in 6 drei gezeigt sind, um das Teppichmaterial in den Formhohlraum 63A zu ziehen. Jeder der Stößel 74 ist mit einem konventionellen Mechanismus (nicht gezeigt) verbunden, beispielsweise mit einem hydraulisch betätigten Zylinder, der den jeweiligen Stößel 74 in 6 in einer Richtung nach unten und in den Formhohlraum 63A des Vakuumvertormungs-Werkzeugs 60 beaufschlagt. Dieser Mechanismus zieht nachfolgend auch die Stößel 74 wieder zurück, wie dies durch die kleinen Doppelpfeile angedeutet ist. Am unteren Ende jedes Stößels 74 ist ein Kopf 76 montiert, der so geformt ist, dass er mit dem benachbarten Bereich des oberen Formbereichs 63 korrespondiert, sobald der Stößel 74 in den Formhohlraum 63A des Vakuumvertormungs-Werkzeugs 60 hineingeschoben ist.
Der Betriebsablauf in dem Vakuumvertormungs-Werkzeug 60 wird nun erläutert. Über der Öffnung des Formhohlraums 63A wird ein vorgeschnittenes Segment 45 eines getufteten Teppichs platziert, wobei die Teppichtufte 16 in 6 nach unten weisen. Das vorgeschnittene Segment 45 ist bereits ausreichend erwärmt worden, um die thermoplastische Schicht 44 des Rücken-Massenmaterials zu erweichen. Dann wird die Unterdruckquelle 70 aktiviert, die Luft aus der inneren Kammer 71 ansaugt, und auch über die Sauganschlüsse 66 von unterhalb des Teppichsegments 45. Das über das Teppichsegment 45 entstehende Druckdifferenzial zwingt das Teppichsegment 45 in einer Richtung nach unten in 6 und in den Formhohlraum 63A des Vakuumvertormungs-Werkzeugs 60. Die Erfinder geben hier an, dass im Stand der Technik als die Massenlage 18 verwendetes, gefülltes EVA-Material der bekannten Teppichmodule 10 zum Vakuumvertormen nicht die ausreichende Wärmefestigkeit oder Schmelzfestigkeit besitzt. Tatsächlich wird nämlich das Material der bekannten Teppichmodule durch die Sauganschlüsse 66 gezogen, wenn in dem Vakuumvertormungs-Werkzeug 60 auf ein bekanntes Teppichsegment Unterdruck ausgeübt wird, und falls dieses Teppichsegment eine Massenlage aufweist, die aus gefülltem EVA-Material gebildet ist.
Für seichte Formhohlräume wird der erzeugte Saugdruck ausreichen, um das Teppichsegment vollständig in den Formhohlraum 63A zu ziehen. Falls jedoch der Formhohlraum tiefer sein sollte, sollte das Vakuumvertormungs-Werkzeug 60 einen oder mehrere Stößel 74 umfassen, die dann aktiviert werden, um das Teppichsegment 45 weiter in den Formhohlraum 63A zu zwingen. Die Köpfe 76 der Stößel 74 wirken dann so, dass sie ihre Druckkraft über einen relativ großen Flächenbereich des Teppichsegments 45 verteilen. Zusätzlich stellt die Gestalt der unteren Oberflächen der Köpfe der Stößel sicher, dass der Teppichmodul vollständig in den Formhohlraum 63A gezwungen wird.
Sobald das Teppichsegment einmal vollständig in den Formhohlraum 63A eingebracht worden ist, dann pressen der Saugdruck, und falls verwendet, die Stößel 74, das Teppichsegment 45 gegen die Oberfläche des oberen Formbereichs 63. Dann wird ein Kühlfluid, beispielsweise Wasser, durch die Kühlkanäle 64 zirkuliert, um die Masselage 44 des thermoplastischen Rückenmaterials zu kühlen, während das Teppichsegment 45 an die Gestalt der Formhohlraum-Oberfläche angepasst gehalten wird, so dass das Teppichsegment 45 in die Gestalt des Fahrzeugbodens verformt wird. Sobald die Massenlage 44 aus dem thermoplastischen Rückenmaterial einmal ausreichend abgekühlt hat, so dass der Teppichmodul 40 die geformte Gestalt des Fahrzeugbodens selbsttätig einhält, wird die Unterdruckquelle 70 deaktiviert. Dann wird der Ausgleichsanschluss 72 geöffnet, um einen Druckausgleich an beiden Seiten des Teppichmoduls 40 herzustellen, und es zu ermöglichen, den fertigen Modul 40 aus dem Vakuumverformungs-Werkzeug 60 zu entnehmen.
Auf diese Weise ersetzt die Erfindung den zweistöckigen Werkzeugsatz 30 des Standes der Technik durch ein einstöckiges Vakuumvertormungs-Werkzeug 60. Demzufolge sind die Kosten zum Bereitstellen einer Form korrespondierend verringert, und gleichzeitig auch die Anforderungen bezüglich Wartung und Lagerung im Vergleich zu denen, die für die bekannten zweiteiligen Werkzeugsätze gelten.
In 7 ist eine alternative Ausführungsform des Vakuumvertormungs-Werkzeugs 80 gezeigt. In 7 gezeigte Komponenten des Werkzeugs 80, die ähnlich den in 6 gezeigten Komponenten sind, haben dieselben Bezugszeichen. Grundsätzlich korrespondiert das Vakuumverformungs-Werkzeug 80 mit dem oberen Werkzeugsatz-Glied 32, das in 3 gezeigt ist. Das Vakuumvertormungs-Werkzeug 80 weist einen hohlen Formkörper 82 auf. Quer durch einen oberen Bereich 84 des Formkörpers 62 erstrecken sich mehrere Kühlkanäle 64. Ferner erstrecken sich durch den oberen Formbereich 84 mehrere Sauganschlüsse. Durch den Grund des Formkörpers 62 erstreckt sich ein Auslassanschluss 68, der an einer Unterdruckquelle 70 festgelegt ist. Im Betrieb zieht die Unterdruckquelle 70 Luft aus einer hohlen Innenkammer 85 des Vakuumverformungs-Werkzeugs 80 ab. Der Formkörper 82 besitzt auch einen Ausgleichsanschluss 72, der mit einem normalerweise geschlossenen Magnetventil 73 in Verbindung steht. Bei Betätigung öffnet das Magnetventil 73 den Ausgleichsanschluss 72 zur Außenatmosphäre, so dass Außenluft in die Forminnenkammer 85 eintritt und den Innendruck an den äußeren atmosphärischen Druck anpasst.
Auch das Vakuumvertormungs-Werkzeug 80 kann optional mit einem oder mehreren Stößeln oder Zylindern 74 ausgestattet sein, von denen in 6 drei gezeigt sind, um das Teppichsegment 45 gegen den oberen Bereich 84 des Vakuumverformungs-Werkzeugs 80 zu drücken. Jeder Stößel 74 ist mit einem konventionellen Mechanismus (nicht gezeigt) verbunden, wie einem hydraulisch betätigten Zylinder, der den Stößel 74 in 6 in einer Richtung nach unten gegen die obere Fläche des Vakuumvertormungs-Werkzeugs 60 zwingt. Später zieht der Mechanismus die Stößel 74 wieder zurück; wie dies durch die kleinen Doppelpfeile angedeutet ist. Am unteren Ende jedes Stößels 74 ist ein Kopf 76 montiert, dessen Umrissgestalt mit dem benachbarten Oberflächenbereich des oberen Formbereiches 84 korrespondiert, wenn der Stößel 74 in das Vakuumverformungs-Werkzeug 80 ausgefahren ist.
Der Verfahrensablauf in dem Vakuumvertormungs-Werkzeug 80 wird nun beschrieben. Ein vorgeschnittenes Segment 45 eines getufteten Teppichs wird über dem oberen Bereich 84 des Formkörpers 82 platziert, wobei in 7 die Teppichtufte 16 nach unten weisen. Das vorgeschnittene Teppichsegment 45 ist bereits ausreichend aufgewärmt worden, um die Massenlage 44 des thermoplastischen Rückenmaterials aufzuweichen. Die Unterdruckquelle 70 wird aktiviert und saugt Luft aus der Forminnenkammer 85, und auch über die Sauganschlüsse 66 von unterhalb des Teppichsegments 45. Das über das Teppichsegment 45 auftretende, resultierende Druckdifferenzial zwingt das Teppichsegment 45 in einer Richtung nach unten in 6 und gegen die Oberfläche des oberen Bereichs 84 des Formkörpers 82.
Bei seichten Formhohlräumen wird die so erzeugte Saugwirkung ausreichen, um das Teppichsegment 45 vollständig an die Oberflächenkontur anzulegen. Falls die Form jedoch nicht seicht ist, wie in 7 illustriert wird, dann sollte das Vakuumverformungs-Werkzeug 80 auch einen oder mehrere Stößel 74 aufweisen, die betätigt werden, um das Teppichsegment 45 weiter gegen den oberen Bereich 84 des Formkörpers zu zwingen. Die Stößel-Köpfe 76 wirken so, dass sie ihre Andruckkraft über einen Bereich des Teppichsegments 45 verteilen. Zusätzlich ist die Gestalt der unteren Flächen der Stößelköpfe so gewählt, dass sichergestellt ist, dass das Teppichsegment 45 vollständig an die Oberfläche des oberen Bereichs 84 des Formkörpers angelegt wird.
Sobald das Teppichsegment 45 einmal vollständig gegen das Vakuumverforrnungs-Werkzeug 80 angepresst ist, halten der Saugdruck, und falls vorgesehen, die Stößel 74 das Teppichsegment gegen die Oberfläche des oberen Formbereichs 84. Dann wird ein Kühlfluid, wie Wasser, durch die Kühlkanäle 64 zirkuliert, um die Massenlage 44 des thermoplastischen Rückenmaterials zu kühlen, während das Teppichsegment 45 an die Gestalt der Formoberfläche angedrückt gehalten ist, wodurch das Teppichsegment 45 in die Gestalt des Fahrzeugbodens verformt wird. Sobald dann die Massenlage 44 des thermoplastischen Rückenmaterials ausreichend abgekühlt ist und der Teppichmodul 40 selbsttätig die eingeformte Gestalt des Fahrzeugsbodens hält, wird die Unterdruckquelle 70 deaktiviert. Dann wird der Ausgleichsanschluss 72 geöffnet, um einen Druckausgleich zwischen beiden Seiten des Teppichmoduls 40 herzustellen, der es ermöglicht, den Teppichmodul 40 aus dem Vakuumverformungs-Werkzeug 80 zu entnehmen.
Die Erfinder haben die vorbeschriebenen Formwerkzeuge zum Herstellen von erfindungsgemäßen Teppichmodulen benutzt. Die nachfolgende Tabelle illustriert die Resultate von Tests, die an denjenigen vakuumvertormten Teppichmodulen durchgeführt wurden, die die vorbeschriebene erfindungsgemäße Ausbildung haben. Die erste Spalte listet die Spezifikationen für den Teppich auf. Die zweite Spalte listet die Testresultate für einen ähnlichen Teppichmodul des Standes der Technik auf, der durch Kompressionsvertahren hergestellt ist. Die dritte Spalte listet Testresultate auf, die erzielt werden bei einem Teppichmodul, der in dem zweiten beschriebenen Vakuumvertormungs-Werkzeug 80 verformt wurde, wobei die Teppichtufte der Vakuumverformungsoberfläche benachbart waren. Die vierte Spalte listet Testresultate auf, die von einem Teppichmodul erhalten wurden, der in dem ersten beschriebenen Vakuumvertormungs-Werkzeug 60 verformt wurde, mit der Massenlage benachbart zur Vakuumvertormungsoberfläche:
Es ergibt sich aus den obenstehenden Resultaten, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Teppichmodule produziert werden, die signifikant besser sind als die Teppichmodule des Standes der Technik. Es ist anzumerken, dass der Faserverlust bei dem verbesserten Teppichmodule um zwei Drittel gegenüber dem Faserverlust des Teppichmoduls des Standes der Technik vermindert ist. Deshalb lässt sich mit dem Vakuumvertormungsverfahren ein Teppichmodul herstellen, der Faserbindungseigenschaften besitzt, die bei weitem denen von Teppichmodulen überlegen sind, die gemäß dem bekannten Kompressionsvertormungsverfahren hergestellt sind. Die Erfinder gehen davon aus, dass der Vakuumvertormungsprozess auch eine gleichförmige Dispersion der Rückenmaterialmasse auf der Rückseite des Teppichsegmentes bewirkt. Zusätzlich hat sich der Parameter der Abriebe bis zum Ausfall effektiv bei dem verbesserten Teppichmodul verdoppelt. Dies zeigt klar an, dass eine signifikante Verbesserung der Haltbarkeit des verbesserten Teppichmoduls 40 erzielbar ist. Die Erfinder haben festgestellt, dass das Vakuumvertormungsvertahren auch einen Teppichmodul herstellen lässt, der eine sehr gleichförmige Dicke hat. Deshalb lässt sich insgesamt die Dicke der Rücken massenlage reduzieren, obwohl das gleiche Niveau der Schallabsorption gegeben ist. Diese Verringerung der Dicke der Massenlage reduziert sowohl das Gewicht des Teppichmoduls als auch die Kosten für die in dem Teppichmodul verwendeten Materialien.
Die vorliegende Erfindung sieht auch vor, das Vakuumvertormungs-Formwerkzeug 80 als einen Teil eines Werkzeugsatzes zum Formen von Schaumkissen 20 an der unteren Oberfläche des Teppichmoduls 40 zu verwenden. Dieser Anwendungsfall ist in 8 illustriert, wobei in 8 gezeigte Komponenten, die den in den vorhergehenden Figuren ähnlich sind, dieselben Bezugszeichen haben. Ein oberes Formelement 90 wird über das Vakuumvertormungs-Werkzeug 80 und den Teppichmodul 40 abgesenkt, sobald der Teppichmodul 40 ausreichend abgekühlt ist. Das obere Formelement 90 ist so gestaltet, dass es mit dem Boden des Fahrzeuges in der Form übereinstimmt, für das der Teppichmodul 40 bestimmt ist. Die innere Oberfläche des oberen Formelements 90 besitzt eine Vielzahl an Aushöhlungen 92, die darin eingeformt sind und mit den Stellen und Formen der gewünschten Schaumkissen 20 korrespondieren. Jede Aushöhlung 92 kommuniziert mit einer Injektordüse 94. Sobald das obere Formelement 90 einmal über das Vakuumvertormungs-Werkzeug 80 und den Teppichmodul 40 in einen Schluss gefügt ist, wird durch die Düsen 94 in die Aushöhlungen 92 eine aufschäumbare Zusammensetzung injiziert. Die aufschäumbare Zusammensetzung expandiert dann, um die Aushöhlungen 92 auszufüllen, und härtet dann aus und vernetzt sich, um nachgiebige Schaumkissen 20 der gewünschten Größe und Gestalt zu formen. Die Schaumkissen 20 sind an die Massenlage 44 des thermoplastischen Teppichrückens durch einen Schmelzverbund angehaftet.
Durch Verwenden des Vakuumvertormungs-Werkzeugs 80 zusammen mit dem oberen Formelement 90 wird ein kompletter separater Formensatz eliminiert, wie er bei dem bekannten Verfahren zum Formen der Schaumkissen erforderlich ist. Demzufolge werden die Komplexität und die Kosten der Herstellung der Teppichmodule weiter reduziert. Die vorliegende Erfindung reduziert die erforderlichen Formelemente effektiv um einen Faktor von zwei.
Das Prinzip und der Operationsmodus dieser Erfindung wurden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert und illustriert. Dies ist jedoch so zu verstehen, dass die Erfindung auch auf andere Weise praktiziert werden kann, als dies spezifisch erläu tert und gezeigt wurde, und zwar ohne aus dem Sinngehalt oder Schutzbereich herauszufallen.

Claims

Ein modularer Teppich für ein Motorfahrzeug, gekennzeichnet durch: thermoplastisches Rückenmaterial (44), das vakuumverformt ist, um mit der Gestalt eines Bodens in einem speziellen Motorfahrzeuges zu korrespondieren; und ein Stück (45) eines getufteten Teppichs, das an dem Rückenmaterial befestigt ist, um einen verformten Fahrzeugteppich zu bilden.
Teppichmodul nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine Vorbe- schichtung aus EVA, die zwischen dem thermoplastischen Rückenmaterial (44) und dem Stück (45) des getufteten Teppichs angeordnet ist.
Teppichmodul nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch wenigstens ein Schaumkissen (20), das an einer Fläche des Rückenmaterials befestigt ist, welche von dem getufteten Teppich abgewandt liegt.
Teppichmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Rückenmaterial ein Material aus der folgenden Gruppe umfasst: Sonotec EP^TM, Polyethylen mit ultraniedriger Dichte, und modifiziertes Polypropylen.
Teppichmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Rückenmaterial ein Füllmaterial enthält, ausgewählt aus der Gruppe von Kalziumcarbonat und Bariumsulfat.
Teppichmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Rückenmaterial ein gefülltes metallokenes Copolymer enthält.
Ein Verfahren zum Vakuumvertormen eines Fahrzeugteppichmoduls, gekennzeichnet durch folgende Schritte: (a) Bereitstellen eines Teppichsegments (45), das ein Stück eines getufteten Teppichs umfasst, welches direkt an einem Stück eines thermoplastischen Rückenmaterial befestigt ist; (b) Aufheizen des Teppichsegmentes, ausreichend zum Erweichen des thermoplastischen Rückenmaterials; (c) Platzieren des aufgeheizten Teppichsegments über einem Vakuumverformungs-Werkzeug (60, 80), wobei das Verformungswerkzeug eine Oberfläche aufweist, die konturiert ist korrespondierend mit der Gestalt eines Fahrzeugbodens, und wobei das Werkzeug mehrere Sauganschlüsse (66) besitzt, die sich quer durch die konturierte Oberfläche des Vakuumvertormungs-Werkzeugs erstrecken; (d) Abziehen eines Unterdrucks vom Inneren des Vakuumverformungs-Werkzeugs, wobei der Unterdruck bewirkt, dass sich das Teppichsegment (45) an die Gestalt der konturierten Oberfläche des Vakuumvertormungs-Werkzeuges konform anpasst; (e) ausreichendes Abkühlen des Teppichsegments im Hinblick auf das thermoplastische Rückenmaterial, bis dieses die Gestalt des Werkzeugs einhält, wodurch das Teppichsegment (45) in einen Teppichmodul (40) verformt wird; und (f) Entnehmen des Teppichmoduls (40) aus dem Vakuumvertormungs-Werkzeug (60, 80).
Das Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin gekennzeichnet durch, nachfolgend nach dem Schritt (e), Platzieren eines anderen Formgliedes (90) über dem Vakuumvertormungs-Werkzeug (80) und dem Teppichmodul (40), wobei das Formglied (90) wenigstens eine Aushöhlung (92) aufweist, die darin geformt ist, und Injizieren einer aufschäumbaren Zusammensetzung in die Aushöhlung (92), wodurch zumindest ein Schaumkissen (20) geformt wird, das zumindest einen Bereich des thermoplastischen Rückenmaterials (44) abdeckt und daran angehaftet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin gekennzeichnet durch, anschließend an den Schritt (f), haftendes Befestigen wenigstens eines Schaumkissens (20) an dem thermoplastischen Rückenmaterial (44) des Teppichmoduls (55), wobei das Schaumkissen (20) zumindest einen Bereich des thermoplastischen Rückenmaterials bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumverformungs-Werkzeug (60, 80) viele Kühlkanäle (64) aufweist, die benachbart zu der konturierten Oberfläche des Vakuumvertormungs-Werkzeuges (60, 80) geformt sind, und dass, während des Schrittes (e), durch die Kühlkanäle ein kühlendes Fluid zirkuliert wird zum Beschleunigen des Abkühlens des thermoplastischen Rückenmaterials.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das beim Schritt (a) bereitgestellte Teppichsegment (45) ein thermoplastisches Rückenmaterial (44) aufweist, das aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Sonotec EP^TM, Polyethylen ultraniedriger Dichte, und modifiziertes Polypropylen.
Teppichmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Rückenmaterial ein Füllmaterial enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe von Kalziumcarbonat und Bariumsulfat.
Teppichmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Rückenmaterial des beim Schritt (a) bereitgestellten Teppichsegments (45) ein gefülltes metallokenes Copolymer umfasst.
Vakuumvertormungs-Werkzeug für Fahrzeugteppichmodule, gekennzeichnet durch: ein hohles Formelement (62, 82) mit einer Formoberfläche, die konturiert ist zum Korrespondieren mit der Bodengestalt eines Motortahrzeugs, wobei das hohle Formelement eine Innenkammer (71, 85) definiert; mehrere Unterdruckanschlüsse (66), die sich durch die konturierte Formoberfläche erstrecken und mit der Innenkammer kommunizieren; und eine Unterdruck-Generiervorrichtung (70), die mit der Innenkammer kommuniziert und betreibbar ist, zum Herausziehen eines Unterdrucks aus der Innenkammer.
Formwerkzeug nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch einen Druckausgleichsanschluss (72), der mit der Innenkammer (71, 85) kommuniziert und mit einem Ventil (73) in Verbindung steht, wobei das Ventil betreibbar ist zum Öffnen des Ausgleichsanschlusses und für den Zutritt von atmosphärischen Druck durch den Ausgleichsanschluss und in die Innenkammer.
Formwerkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Stößel (76) vorgesehen ist, und dass der Stößel betreibbar ist zum Anlegen eines Segments eines Teppichmaterials gegen die konturierte Formoberfläche des Formelements.
Formwerkzeug nach Anspruch 15, weiterhin gekennzeichnet durch viele Kühlkanäle (64), die benachbart zu der konturierten Formobertläche geformt sind, und durch eine Vorrichtung zum Zirkulieren eines Kühlfluids durch die Kühlkanäle (64).