DE19838766C1

DE19838766C1 - Schallisolierendes Formteil und dessen Verwendung sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE19838766C1
Application number: DE1998138766
Authority: DE
Inventors: Hans Heckmann; Karl-Heinz Schomaker
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: HECKMANN, HANS, 69469 WEINHEIM, DE
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2018-08-27

Abstract

Schallisolierendes Formteil, umfassend ein Tragteil (1) aus metallischem Werkstoff und einen Luftschallabsorber (2) aus thermoplastischem Werkstoff, wobei das Tragteil (1) und der Luftschallabsorber (2) verbunden sind. Das Tragteil (1) ist zumindest auf der dem Luftschallabsorber (2) zugewandten Seite zumindest teilweise mit einem aus Kunststoff bestehenden Haftvermittler (3) beschichtet, wobei das Tragteil (1) und der Luftschallabsorber (2) mittels des Haftvermittlers (3) durch zumindest eine Schweißverbindung (4) miteinander verschweißt sind. Das Formteil wird als luftschallabsorbierende Abschottung schallabstrahlender Maschinen verwendet. Zur Herstellung wird das Tragteil (1) zunächst zumindest teilweise mit dem Haftvermittler (2) beschichtet, wobei der Luftschallabsorber dann auf das beschichtete Tragteil (1) gelegt und unter Aufschmelzen des Haftvermittlers (3) mit dem Tragteil (1) verschweißt wird.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein schallisolierendes Formteil und dessen Verwendung sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Stand der Technik

Ein solches Formteil ist aus der DE 296 17 845 U1 bekannt. Das Formteil umfaßt ein Tragteil aus einem thermoplastischen Werkstoff und einen Luftschallabsorber aus einer Aluminiumfolie, wobei das Tragteil und der Luftschallabsorber durch eine Thermoplastschicht aus Polypropylen miteinander verbunden sind. Die Verbindung kann beispielsweise durch Verklebung oder Verschweißung erfolgen.

Aus der DE 41 42 271 A1 sind Verfahren zum Schweißen von aus Polyolefinen, Polyamiden und Haftvermittlern bestehenden Formteilen durch Hochfrequenzschweißung, sowie Folien aus Polyolefinen, Polyamiden und Haftvermittlern bekannt. Die Verbindung metallischer Werkstoffe und thermoplastischer Werkstoffe miteinander ist demgegenüber nicht offenbart.

Desweiteren sind Formteile aus unterschiedlichen Werkstoffen bekannt, wobei die Bestandteile durch formschlüssige Verbindungen, wie beispielsweise Klipsen, aneinander gehalten sind. Derartige Verbindungen sind jedoch umständlich zu montieren, unter anderem deshalb, weil eine Vielzahl von Befestigungspunkten zwischen dem Tragteil und dem Luftschallabsorber für eine haltbare Verbindung vorzusehen sind. Für eine Produktion in Großserie, beispielsweise für die PKW-Industrie, ist die Herstellung solcher Formteile, auch wegen der langen Taktzeiten, wenig zufriedenstellend.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schallisolierendes Formteil der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sich eine verbesserte Haltbarkeit der Bestandteile aneinander ergibt und daß das Formteil in fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Hinsicht einfach und kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die jeweiligen Unteransprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein schallisolierendes Formteil vorgesehen, umfassend ein Tragteil aus metallischem Werkstoff und einen Luftschallabsorber aus thermoplastischen Werkstoff, wobei das Tragteil und der Luftschallabsorber verbunden sind, wobei das Tragteil auf der dem Luftschallabsorber zugewandten Seite nur im Bereich der Schweißverbindung mit einem Haftvermittler beschichtet ist, der durch ein Copolymerisat auf Polyamidbasis gebildet ist und wobei das Tragteil und der Luftschallabsorber mittels des Haftvermittlers durch zumindest eine Schweißverbindung miteinander verschweißt sind. Hierbei ist von Vorteil, daß durch die Verwendung des aus Kunststoff bestehenden Haftvermittlers eine sehr dauerhaltbare Verbindung zwischen dem metallischen Tragteil und dem aus Schaum bestehenden Luftschallabsorber einfach und kostengünstig herstellbar ist. Sekundärer Befestigungsmittel, wie beispielsweise Klipsen oder ähnlichen Maschinenelementen, bedarf es nicht. Durch die Verschweißung des metallischen Tragteils mit dem aus Schaum bestehenden Luftschallabsorber lassen sich beim Herstellen sehr kurze Taktzeiten von wenigen Sekunden pro Formteil erzielen, was im Hinblick auf eine wirtschaftliche Fertigung von hervorzuhebendem Vorteil ist.

Ein unmittelbares Verschweißen eines metallischen Tragteils mit einem aus Schaum bestehenden Luftschallabsorber ist nicht möglich, da die Werkstoffe von Tragteil und Luftschallabsorber ohne Haftvermittler keine Verbindung miteinander eingehen.

Der als Copolymerisat auf Polyamidbasis ausgebildete Haftvermittler weist auf dem beschichteten Tragteil bevorzugt eine Dicke von höchstens 400 µm auf. Dadurch wird ein möglichst geringer Verbrauch von Haftvermittler einerseits und eine gute Schweißbarkeit des metallischen und polymeren Werkstoffs andererseits bewirkt. Eine einfache Herstellung des erfindungsgemäßen Formteils bei minimalem Verbrauch von Haftvermittler wird dadurch erzielt, daß der Haftvermittler das Tragteil nur im Bereich der Schweißverbindung überdeckt.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung kann die Schweißverbindung als Schweißpunkt ausgebildet sein. Der Bedarf an partiell nur im Bereich der Schweißpunkte aufgetragenem Haftvermittler ist dadurch sehr gering. Außerdem ist die thermische Belastung des thermoplastischen Schaums auf ein lokales Minimum begrenzt, wobei die punktförmige Verschweißung von Tragteil und Luftschallabsorber insgesamt vollkommen ausreichend ist, so daß einer derartigen Ausgestaltung im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Vorzug gegeben wird.

Nach einer anderen Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, daß die Schweißverbindung als Schweißnaht ausgebildet ist. Eine derartige Ausgestaltung erweist sich für den Fall als vorteilhaft, wenn der Absorber im Randbereich gegen das Tragteil abdichten soll.

Das Tragteil ist bevorzugt durch ein Blech gebildet, wobei das Blech grundiert und/oder lackiert sein kann. Bleche lassen sich durch Umformung, beispielsweise durch Tiefziehen, einfach und problemlos in die gewünschte Form bringen, wobei die Grundierung und/oder Lackierung als Korrosionsschutz vorgesehen ist.

Der folienartige Lufischallabsorber in 2 bis 6 mm Dicke kann mit zumindest zwei becherförmigen Vertiefungen versehen sein, die in Richtung des Tragteils offen sind und mit diesem Kammern begrenzen, wobei die Kammern voneinan der abweichende Volumina aufweisen. Der Boden der becherförmigen Vertie fungen bildet mit seiner Flächenmasse (Flächengewicht) die Masse in einem Masse-Feder-System und ist der Schallquelle zugewandt. Der Boden kann in sich geschlossen ausgebildet oder mit einer Öffnung versehen sein, wobei die mit einer Öffnung versehenen, becherförmigen Vertiefungen Helmholz- Resonatoren bilden. Die voneinander abweichenden Volumina der Kammern sind vorteilhaft, um Luftschall in einem breiteren Frequenzbereich besser ab sorbieren zu können.

Kurze Taktzeiten beim Verschweißen des metallischen Tragteils mit dem aus Schaum bestehenden Luftschallabsorber sowie eine ausgezeichnete Absorpti on des auf den Luftschallabsorber auftreffenden Luftschalls lassen sich erzie len, wenn dieser eine Dicke von etwa 2 bis 6 mm aufweist. Ein solcher Luft schallabsorber läßt sich in etwa 10 Sekunden mit dem metallischen Tragteil dauerhaft verschweißen.

Das Formteil wird als luftschallabsorbierende Abschottung für schallabstrahlen de Maschinen verwendet, beispielsweise als Motorkapselung in einem Kraft fahrzeug.

Das Verfahren zur Herstellung eines schallisolierenden Formteils, bei dem ein Tragteil aus metallischem Werkstoff mit einem Luftschallabsorber aus thermo plastischem Werkstoff verbunden wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil zunächst zumindest teilweise mit einem Haftvermittler beschichtet wird, daß der Luftschallabsorber dann auf das beschichtete Tragteil gelegt und unter Aufschmelzen des Haftvermittlers mit dem Tragteil verschweißt wird. Durch ein derartiges Verfahren besteht die Möglichkeit, das aus der Kunststoffverarbei tung bekannte Ultraschallschweißen auf Verbindungen zwischen Metall und Polymerstoffen, insbesondere Polypropylen zu übertragen, um eine haltbare Verbindung der beiden Werkstoffe aneinander zu erreichen. Die Taktzeit zum Zusammenfügen beträgt bei dem zuvor beschriebenen Verfahren etwa 10 Se kunden, wobei die Taktzeit im einzelnen vom Material und/oder der Dicke des verwendeten Luftschallabsorbers und/oder dem zur Anwendung gelangenden Haftvermittler abhängt.

Als Haftvermittler wird bevorzugt ein Copolymerisat auf Polyamidbasis mittels eines Hotmelt-Auftragssystems auf das metallische Tragteil gesprüht, wobei das Tragteil vor oder nach dem Aufbringen des Copolymerisats zum Sintern des Pulvers auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Pulvers erwärmt wird. Die Temperatur des Tragteils beträgt dann bevorzugt 150 bis 200°C. Das Copolymerisat weist üblicherweise einen Schmelzpunkt von 100 bis 140°C auf. Es wird als Granulat in einer Hotmelt-Sprühanlage aufge schmolzen und über beheizte Schläuche und eine beheizte Düse auf das Tragteil aufgesprüht. Die Düse kann bevorzugt als Rundstrahl- oder Kegeldüse ausgebildet sein.

Die Erwärmung des Tragteils erfolgt bevorzugt induktiv, wobei dadurch eine Fläche von etwa 10 cm² in ca. 1,5 Sekunden auf die gewünschte Oberflächen temperatur von 150 bis 200°C gebracht wird. Die Induktionsspule ist in ihren Abmessungen auf die Geometrie des zu erzeugenden Sprühauftrags abge stimmt. Sie ist vor der Hotmelt-Sprühanlage angeordnet und erwärmt gezielt nur den Bereich, der unmittelbar danach besprüht wird.

Nach einem anderen Verfahren kann als Haftvermittler ein pulverförmiges Co polymerisat auf Polyamidbasis zur Anwendung gelangen, das auf das Tragteil aufgebracht wird. Das Tragteil wird vor oder nach dem Aufbringen des pulver förmigen Copolymerisats zum Sintern des Pulvers auf etwa 200°C erwärmt, wobei das Copolymerisat üblicherweise einen Schmelzpunkt von 100 bis 140°C aufweist. Durch die Erwärmung des Pulvers auf die Temperatur des erwärmten Tragteils wird das Pulver aufgeschmolzen und dadurch gesintert.

Neben der zuvor beschriebenen induktiven Erwärmung des Tragteils besteht auch die Möglichkeit, Infrarot-Strahlfelder vorzusehen, um das Tragteil zu er wärmen. Nachteilig bei einer derartigen Erwärmung ist jedoch die etwas länge re Zeit, die benötigt wird. Beim Sintern des Kunststoffpulvers werden die pulvri gen bis feinkörnigen Kunststoffpartikel soweit erhitzt, daß sie flüssig werden. Bei gut schmelzbaren Polymeren, wie beispielsweise einem Copolymerisat auf Basis Polyamid, geschieht der Sintervorgang mit oder ohne Druck durch Wär mezufuhr von außen, in diesem Fall also vom erwärmten Tragteil. Im Anschluß an das Aufbringen des Haftvermittlers wird der Lufischallabsorber auf das Tragteil aufgesetzt und in üblicher Weise mit Sonotroden durch Ultraschall an den Sinterpunkten beziehungsweise -bereichen dauerhaft mit dem Tragteil ver schweißt.

Die Taktzeiten zur Herstellung des Formteils sind großseriengerecht, in jedem Fall erheblich kürzer als beim Aufklipsen des Luftschallabsorbers oder beim Verkleben mit dem Tragteil. Wegen der verhältnismäßig einfachen, leichten Trennbarkeit von Tragteil und Luftschallabsorber wird das Recycling erleichtert, wobei Reste des ausgetrennten thermoplastischen Schaums mit nur sehr ge ringen Flächenanteilen an den Schweißpunkten zwischen Schaum und Blech haften bleiben.

Neben dem Aufsprühen des aufgeschmolzenen Copolymerisats im bevorzug ten Hotmelt-Verfahren oder dem Aufbringen des pulverförmigen Copolymeri sats auf das Tragteil besteht auch die Möglichkeit, ein pulverförmiges Copoly merisat in Alkohol zu lösen, wobei das Tragteil anschließend, beispielsweise nur im Bereich der Schweißpunkte mit der Lösung lackiert wird. Der Luftschall absorber kann aus einem thermoplastischen Schaum oder einer thermoplasti schen Folie bestehen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Das erfindungsgemäße Formteil sowie das Verfahren zu seiner Herstellung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines schallisolierenden Formteils, das als Motorkapselung in einem Kraftfahrzeug zur Anwendung gelangt.

Fig. 2 die Einzelheit "Z" aus Fig. 1 in stark vergrößerter Darstellung.

Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines schallisolierenden Formteils ge zeigt, das im wesentlichen aus einem Tragteil 1 und einem Luftschallabsorber 2 besteht. Das Tragteil 1 besteht aus einem metallischen Werkstoff, beispielswei se einem Stahlblech, das durch Umformen in die hier gezeigte Form gebracht ist. Der Luftschallabsorber 2 besteht aus einem thermoplastischen Polyolefin schaum, wobei das Tragteil 1 und der Luftschallabsorber 2 durch die Ultra schall-Schweißverbindungen 4 miteinander verschweißt sind. Um eine haftende Verbindung zwischen dem metallischen Tragteil 1 und dem Polyolefinschaum des Luftschallabsorbers 2 zu erreichen, ist es erforderlich, das Tragteil 1 vor dessen Verschweißung mit dem aus Kunststoff bestehenden Haftvermittler 3 zu beschichten, wobei der Haftvermittler 3 in diesem Ausführungsbeispiel ein Co polymerisat auf Polyamidbasis mit einem Schmelzpunkt von 120°C ist.

Zunächst wird der Haftvermittler 3 auf das Tragteil 1 aufgebracht, wobei das Tragteil 1 grundiert und/oder lackiert sein kann. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Haftvermittler 3 im Hotmelt-Verfahren auf das Tragteil 1 aufgesprüht, wobei das Tragteil 1 zunächst durch induktive Erwärmung von Raumtemperatur auf etwa 200°C Oberflächentemperatur erwärmt wird. Durch die vorgewärmte Oberfläche des Tragteils 1 verbindet sich diese mit dem aufgesprühten Haft vermittler 3. Anschließend wird der Luftschallabsorber 2 auf das mit dem Haft vermittler 3 beschichtete Tragteil 1 gelegt und im Bereich des Haftvermittlers durch zumindest eine Ultraschallsonotrode mit diesem verschweißt.

Der Luftschallabsorber 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit mehreren, be cherförmigen Vertiefungen 5, 6 versehen, die jeweils in Richtung des Tragteils 1 offen sind, wobei jede der hier gezeigten Vertiefungen 5, 6 mit dem Tragteil Kammern bilden, die ein Volumen aufweisen, das von den anderen, jeweils benachbarten Vertiefungen abweichend ist. Dadurch wird eine breitbandige Schallabsorption erzielt.

In Fig. 2 ist die Einzelheit Z aus Fig. 1 in stark vergrößerter Darstellung schematisch gezeigt. Es ist zu erkennen, daß im Bereich der Schweißverbin dung der Schaum des Luftschallabsorbers 2 stark verdichtet und durch den Haftvermittler 3 mit dem Tragteil 1 verschweißt ist.

Claims

1. Schallisolierendes Formteil, umfassend ein Tragteil (1) aus metallischem Werkstoff und einen Luftschallabsorber (2) aus thermoplastischem Werkstoff, wobei das Tragteil (1) und der Luftschallabsorber (2) verbunden sind, wobei das Tragteil (1) auf der dem Luftschallabsorber (2) zugewandten Seite nur im Bereich der Schweißverbindung mit einem Haftvermittler (3) beschichtet ist, der durch ein Copolymerisat auf Polyamidbasis gebildet ist und wobei das Tragteil (1) und der Luftschallabsorber (2) mittels des Haftvermittlers (3) durch zumindest eine Schweißverbindung (4) miteinander verschweißt sind.

2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißverbindung (4) als Schweißpunkt ausgebildet ist.

3. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißverbindung (4) als Schweißnaht ausgebildet ist.

4. Formteil nach einem der Absprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler (3) ein Copolymerisat auf Polyamidbasis ist.

5. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler (3) auf dem beschichteten Tragteil (1) eine Dicke von höchstens 400 µm aufweist.

6. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler (3) das Tragteil (1) nur im Bereich der Schweißverbindung (4) überdeckt.

7. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil (1) durch ein Blech gebildet ist.

8. Formteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech grundiert und/oder lackiert ist.

9. Formteil nach einem der Absprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftschallabsorber (2) mit zumindest zwei becherförmigen Ver tiefungen (5, 6) versehen ist, die in Richtung des Tragteils (1) offen sind und mit diesem Kammern begrenzen, wobei die Kammern voneinander abweichende Volumina aufweisen.

10. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftschallabsorber (2) folienartig ausgebildet ist eine Dicke von 2 bis 6 mm aufweist.

11. Verwendung eines Formteils nach einem der Ansprüche 1 bis 10, als luftschallabsorbierende Abschottung für schallabstrah lende Maschinen.

12. Verwendung eines Formteils nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Verwendung als Motorkapselung in einem Kraftfahrzeug.

13. Verfahren zur Herstellung eines schallisolierenden Formteils nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem ein Tragteil aus metallischem Werkstoff mit einem Luftschallabsorber aus thermoplastischem Werkstoff verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil (1) zunächst zumindest teilweise mit einem Haftvermitt ler (3) beschichtet wird, daß der Luftschallabsorber (2) dann auf das be schichtete Tragteil (1) gelegt und unter Aufschmelzen des Haftvermittlers (3) mit dem Tragteil (1) verschweißt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Haft vermittler (3) ein Copolymerisat auf Polyamidbasis im Hotmelt-Verfahren auf das Tragteil (1), das induktiv auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Copolymerisats erwärmt wurde, aufgebracht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Haft vermittler (3) eine pulverförmiges Copolymerisat auf Polyamidbasis auf das Tragteil (1) aufgebracht wird und daß das Tragteil (1) vor oder nach dem Aufbringen des Copolymerisats zum Sintern des Pulvers auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Pulvers erwärmt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Haft vermittler (3) eine Paste oder Stange auf Polyamidbasis zur Anwendung gelangt, die auf das auf erwärmte Tragteil aufgebracht wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeich net, daß der Luftschallabsorber (2) durch Ultraschallverschweißung im Bereich des Haftvermittler (3) mit dem Tragteil (1) verschweißt wird.