DE3035449A1 - Selbsttragendes flaechiges bauelement - Google Patents

Selbsttragendes flaechiges bauelement

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DE3035449A1 DE19803035449 DE3035449A DE3035449A1 DE 3035449 A1 DE3035449 A1 DE 3035449A1 DE 19803035449 DE19803035449 DE 19803035449 DE 3035449 A DE3035449 A DE 3035449A DE 3035449 A1 DE3035449 A1 DE 3035449A1
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Description

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MATEC HOLDING AG, Küsnacht (Schweiz) Selbsttragendes flächiges Bauelement
Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbsttragendes, flächiges Bauelement, enthaltend eine Trägerschicht, auf deren beiden Außenflächen Je eine Abdeckschicht angeordnet ist.
Es sind leichte und biegesteife Platten aus Verbundmaterial bekannt und im Handel erhältlich, bestehend aus einer wabenresp. wellenförmigen Leichtschicht, welche mit zwei Folien aus Materialien wie z.B. Kraftpapier, Spanplatten, Holzzementtafeln, Alu- oder Stahlblech, etc. verbunden sind.
Solche Elemente finden z.B. Verwendung als
- Palettenböden
- Türfüllungen
- leichte Wandelemente (Fertigbau)
- Verpackungsmaterial.
Alle bekannten Ausführungen weisen den Nachteil auf, daß sie einerseits nicht verformbar sind und deshalb nicht einer vorgeformten Unterlage (Karosserleteil) angepasst werden können und andererseits keinerlei akustische Wirksamkeit besitzen und sich somit nicht als Lärmbekämpfungsmittel eignen.
Andererseits sind flächige, biegesteife Formteile, z.B. Dachhimmel von Kraftfahrzeugen, mit akustischer Wirksamkeit bekannt, welche aus verpressten und harzgebundenden Filzen bestehen. Diese Teile sind relativ schwer, da zur ausreichenden Versteifung entweder Materialien mit hohem Flächengewicht oder Versteifungselemente eingesetzt werden müssen.
Ferner sind neuerdings biegesteife ,flächige Formteile entwickelt worden, welche aus geschlossenzeiligen Hartschäumen mit undurchlässigen Deckfolien bestehen. Solche Teile, wie z.B. Kraftfahrzeug-Dachhimmel, sind wohl leicht, jedoch we-
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δ - 5 -
gen ihrer hohen Druckempfindlichkeit und mangelnden Flexibilität sehr heikel in der Handhabung und eignen sich deshalb schlecht für eine rationelle Montage. Vor allem jedoch sind sie akustisch unwirksam.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein verformbares, akustisch wirksames Bauelement zu schaffen, das genügend Steifigkeit besitzt, um selbsttragend zu sein, mit möglichst geringem Raumgewicht. Zudem sollte es günstige Eigenschaften im Hinblick auf die rationelle Montage als akustisch wirksames Element im modernen Kraftfahrzeugbau aufweisen.
Erfindungsgemäss wurde diese Aufgabe mit einem Bauelement gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens eine Abdeckschicht luftdurchlässigist, dass die Trägerschicht eine offenzellige Struktur mit quer zur Flächenausdehnung ausgerichteten Zellen aufweist und die Druckfestigkeit der Trägerschicht quer zur Flächenausdehnung grosser ist als die jeder der Abdeckschichten, während die Zugfestigkeit der Trägerschicht in der Richtung der Flächenausdehnung kleiner ist als die jeder der Abdeckschichten, und dadurch, dass die Schichten mindestens im Bereich der Umrandung des Bauelements durch Verdichtung reliefartig verformt sind.
Das neue Bauelement weist dank der Kombination einer luftdurchlässigen Abdeckschicht mit einer gegen die Oberfläche offenen Zellenstruktur von dieser Seite her eine gute Schallabsorption auf. Obwohl die Trägerstruktur entsprechend der Formgebung teilweise eingedrückt ist, bleibt die Offenzelligkeit und die Steifigkeit des Elementes auch an diesen Stellen erhalten.
Nachfolgend werden einige Ausführungen der Erfindung mit Hilfe von Figuren beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch einen vertikalen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt (a) und im Längsschnitt (b).
Das in
Fig. la schematisch und ausschnittweise im Querschnitt dargestellte erfindungsgemässe Bauelement, welches als Dachhimmel für Kraftfahrzeuge
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ausgebildet ist, besteht aus einer wabenförmigen Trägerschicht 1 , z.B. einem im Handel erhältlichen verklebten Kartongebilde, das beim Auseinanderziehen Waben bildet, einer mit ihr verbundenen luftdurchlässigen Schicht aus harzgebundenem Wirrfaservlies oder Nadelfilz 2 , einer harzgebundenen Abdeckschicht aus Wirrfaservlies oder Nadelfilz 3 und einer luftdurchlässigen Dekorschicht 6 .
Zur besseren Verdeutlichung der Wabenanordnung in der Trägerschicht 1 wurde in Fig. Ib über den Bereich B-s-s-B ein Längsschnitt A—A dargestellt. Dabei sieht man deutlich die gegen die Deckschichten offenen Hohlräume 4 der Wabenzellen. Am Rand 5 und in einem Bereich, wo z.B. eine Deckenleuchte eingebaut werden soll ,5 , ist der Dachhimmel zu einer geschlossenen Schicht verpresst.
Eine einfache textile Dekorschicht .6 ist auf der Seite des Fahrzeugraumes mit der Faservliesschicht >Z durch einen Kleber luftdurchlässig verbunden.
Bei der Montage wird der Dachhimmel am verpressten Rand mit dem Karosserieblech verbunden, wobei zur leichteren Befestigung die Randpartien des Dachhimmels auch gestanzte Löcher aufweisen können.
Selbstverständlich kann die Trägerschicht auch aus Kunststoff bestehen oder aus einer Wellpappenstruktur, wie sie anhand des folgenden Ausführungsbeispiels erklärt wird.
In einer weiteren Ausführungsform, die ausschnittweise in Fig. 2a im Querschnitt gezeigt wird, ist das neue Bauelement als ein Dachhimmel ausgebildet, welcher konturgetreu zum Blech des Autodaches geformt ist, mit welchem er bei der Montage verklebt wird. In diesem Fall kann die zweite Abdeckschicht "3; aus einer dünnen reissfesten Folie aus Kraftpapier oder Kunststoff bestehen.
Die Trägerschicht :i' besteht in diesem Beispiel aus einer Mehrzahl miteinander verbundener Well kartonschichten, welche z.B. zusätzlich mit einem flammhemmenden Mittel imprägniert sein können oder einem Kunstharz. Zur besseren Veranschaulichung ist diese Ausführung in Fig. 2b schematisch im Längsschnitt A--A über den Bereich B-m-B gezeichnet.
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Die Dekorschicht 6 besteht aus einer perforierten PVC-FoIie, die mit offenzelligem PU-Schaum kaschiert ist.
Durch die Verklebung des Bauelementes gemäss obiger Ausführungsform mit dem Autodach wird zusätzlich zur Absorption von Schallenergie aus dem Fahrgastraum eine Dämpfung lärmerzeugender Biegeschwingungen des Dachblechs erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform des Bauelementes wird dieses so ausgebildet, dass eine Abdeckschicht aus einem faserverstärkten Kunststoff oder einem anderen Material hoher Zugfestigkeit besteht und die andere Abdeckschicht aus einem verpressten, harzgebundenen Wirrfaservlies oder Nadelfilz konturgerecht zum Karosserieblech geformt ist. Dieses Bauelement, das mit dem Karosserieblech fest verbunden wird, bewirkt eine starke Dämpfung von Resonanzschwingungen des so ausgerüsteten Bleches. Damit können vor allem stark störende niederfrequente Lärmquellen von Kraftfahrzeugen, jedoch auch von stationären Maschinen und Geräten reduziert werden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform wird das Bauelement analog zum vorherigen Beispiel ausgeführt, mit dem Unterschied jedoch, dass die eine Abdeckschicht aus einer Schwerfolie statt faserverstärktem Kunststoff besteht. Ein solches Element bewirkt, wenn es mit der Schwerschicht nach aussen auf eine schallabstrahl ende Oberfläche gebracht wird, eine sehr gute Schalldämmung bzw. -isolation. Es kann damit die Luftschal!übertragung von einer störenden Schallquelle, z.B. dem Motor eines Kraftfahrzeugs, in dem Passagierraum weitgehend unterbunden wird.
Zur Herstellung eines Dachhimmels für Kraftfahrzeuge gemäss der in Fig. la,b schematisch dargestellten Ausführung, werden beispielsweise mit Phenolharz vom Novolake-Typ durch Teil vernetzung gebundene Wirrfaservliesmatte aus z.B. Baumwollfasern von 300 g/m , ein flächiges, ca. 1 cm hohes, zur Verstärkung mit Kunstharz imprägniertes Wabengebilde, wie es im Handel als ausziehbares verklebtes Krafpapiergebilde erhältlich ist, und zuoberst nochmals eine vor-
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gehärtete Wirrfaservliesmatte von 300 g/m in eine beheizte Pressform eingebracht und 21/2 Minuten bei 18O0C verpresst und ausgehärtet. Die Verpressung erfolgt dabei im wesentlichen nur bis zu einer Gesamtdicke von ca. 1,5 cm. Das so erhaltene Formteil wird konturgestanzt und anschliessend mit einer textlien Dekorschicht verklebt. Man erhält so einen selbsttragenden schall absorbierenden Dachhimmel für einen Mittelklassewagen mit dem erstaunlich niedrigen Flächengewicht von nur ca. 1,1 kg/m . Herrkömm-
2 liehe akustisch wirksame selbsttragende Dachhimmel wiegen demgegenüber 2-3 kg/m
Die Schallabsorptionswirkung des so erhaltenen Dachhimmels ist ausgezeichnet und kommt im mittleren Frequenzbereich (500 - 1500 Hz) etwa derjenigea einer harzgebundenen Wirrfasermatte für Absorptionszwecke derselben Dicke und Grammatur gleich, während sie im Bereich höherer (1500 - 2000 Hz) und tieferer Frequenzen (100 - 500 Hz) sogar leicht darüber liegt. Demgegenüber ist eine solche Fasermatte gegen 1000-fach weniger steif, ausgedrückt als Elastitizätsmodul.
In einem weiteren Beispiel soll die Herstellung eines erfindungsgemässen Elementes zur Schall reduktion im Motorraum eines Personenwagens beschrieben werden.
Es werden dazu der Reihe nach eine phenol harzgebundene Baumwoll-Wirrfaser-
2
vliesmatte von 300 g/m , eine Trägerschicht mit Bienenwabenstruktur von
2
ca. .600 g/m und ca. 2,5 cm Dicke, eine weitere Fasermatte wie oben und
2 ein Nadelfilz aus Polyesterfaser von ca. 200 g/m in eine beheizte Presse eingelegt und ca. 3 Minuten bei 18O0C bis auf eine Maximaldicke von ca. 4 cm verformt und ausgehärtet. Nach erfolgtem Formstanzen wird das erhaltene Motorraum-Absorptionselement 1 auf Biegefestigkeit und Schallabsorptionsvermögen untersucht. Zum Vergleich werden zwei Motorraum-Absorptionselemente 2,3 von gleicher Grosse und Form, jedoch anderem Aufbau hergestellt. Das eine 2> besteht aus zwei phenol harzgebundenen Wirrfaservliesen, wie oben
2
verwendet, jedoch zu je 1500 g/m und demselben genadelten Polyesterfaservlies
2
von 200 g/m . Das andere 3" wird analog zum erfindungsgemässen Bauelement,
3 jedoch mit einer Schicht offenzelligem PU-Weichschaum von 15 kg/m und
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ca. 3 cm Dicke hergestellt, wobei allerdings eine Maximaldicke von ca. 5 cm statt 4 cm und eine schlechte Konturtreue in bezug auf die Elementdicke resultiert.
Fig. 3 zeigt die Ergebnisse der HalIraununessungen zur Bestimmung des statischen Schallabsorptionskoeffizienten oca gemäß Methode DIn 52212, wobei je 10 gleiche Proben auf 4 cm hohen Holzrahmen auf dem Hallenboden verteilt werden.
Man stellt fest, daß im Bereich niedriger Frequenzen das schwerste Element aus reiner Fasermatte 2 am wirksamsten ist, während bei mittleren Frequenzen das erfindungsgemäße Element 1 unddis schaumgefüllte Teil 3 leicht überlegen sind. Bei hohen Frequenzen stellt man durchschnittlich eine etwa gleichartige Absorption aller drei Elemente fest. Beim Vergleich der Resultate ist noch in Rechnung zu stellen, daß das Teil 2 schwerer und Teil 3 dicker als Teil 1 sind.
Zum Vergleich der Durchbiegesteifigkeit der Elemente werden diese am Rande aufgestützt und jeweils in Längs- und Querrichtung auf
2
Steifigkeit, ausgedrückt in N/mm getestet.
Dabei findet man folgende Werte:
Teil
Fläche pro Teil (m2)
Masse pro Teil(g)
Steifigkeit (N/mni ) längs quer
0,81
0,81
0,81
1800 2600 1650
0,93 0,84 0,06
5,6 4,3 3,9
Die großen Unterschiede zwischen Längs- und Querrichtung der Steifig« keit kommen dahe,r,daß das Formteil in Querrichtung eine Pressrippe aufweist.
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ORIGINAL INSP
PFCTEE
.AO- - -10-
Wie man sieht, versagt beim Festigkeitstest das Weichschaumelement 3 vollständig, entsprechend einem starken Durchhängen in einer Richtung. Eine Anwendung als selbsttragendes Teil kommt deshalb nicht in Frage. Anderseits weist die schallabsorptionsmässig etwa gleichwertige Struktur 2 ein bedeutend höheres Gewicht bei ca. 4 χ geringerer Steifigkeit auf.
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Claims (12)

3088 PATENTANSPRÜCHE:
1. Selbsttragendes, flächiges Bauelement, enthaltend eine Trä- \y gerschicht, auf deren beiden Außenflächen je eine Abdeckschicht angeordnet ist, dadurch gekennze i chne t, daß mindestens eine Abdeckschicht luftdurchlässig ist, daß die Trägerschicht eine offenzellige Struktur mit quer zur Flächenausdehnung ausgerichteten Zellen aufweist und die Druckfestigkeit der Trägerschicht quer zur Flächenausdehnung größer ist als die jeder der Abdeckschichten, während die Zugfestigkeit der Trägerschicht in der Richtung der Flächenausdehnung kleiner ist als die jeder der Abdeckschichten, und dadurch, daß die Trägerschicht mindestens im Bereich der Umrandung des Bauelements durch Verdichtung reliefartig verformt ist.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht aus ggf. imprägniertem Kraftpapier oder Pappe besteht und eine Wabenstruktur aufweist, deren einzelne Zellen zu den Oberflächen der Schicht offen sind.
3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht aus einer Mehrzahl aneinanderliegender und miteinander verbundener Wellkartonschichten gebildet ist, wobei die Hohlräume des Wellkartons von der einen Außenfläche der Trägerschicht zur anderen verlaufen.
4. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die luftdurchlässige Abdeckschicht als ein verdichtetes und mit einem Kunstharz gebundenes Faservlies, vorzugsweise ein Wirrfaservlies, Nadelfilz oder Walkfilz ausgebildet ist.
5. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Außenseite der Trägerschicht eine als dünne Folie ausgebildete
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ORlGiNAL INSPECTED
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Abdeckschicht vorzugsweise aus Kraftpapier oder Pappe angeordnet ist.
6. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Abdeckschichten mehrlagig ist und aus einem luftdurchlässigen, verdichteten, mit einem Kunstharz gebundenen Faservlies, vorzugsweise einem Wirrfaservlies, Nadelfilz oder Walkfilz besteht, auf dessen der Trägerschicht abgewandten Aussenflache ein Ueberzug aus einem textlien Flächengebilde oder einer porösen PVC-FoIie angeordnet ist, welche letzteren gegebenenfalls auf der Trägerschicht zugewandten Seite schaumkaschiert sind.
7. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Abdeckschicht eine Schwerfolie ist.
8. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Abdeckschicht ein faserverstärktes Kunstharz umfasst.
9. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements gemäss dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schichten in der vorgegebenen Reihenfolge in eine heizbare Presse eingelegt und im gleichen Arbeitsgang verdichtet, verformt, verfestigt und miteinander verbunden werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung der Schichten im wesentlichen senkrecht zur Flächenausdehnung und zum überwiegenden Teil nur soweit erfolgt, dass die Gesamtdicke der verdichteten Schichten grosser ist als die Dicke der Trägerschicht.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig oder anschliessend an die Verdichtung und Formgebung auf die luftdurchlässige Abdeckschicht ein Ueberzug aus einem textlien Flächengebilde oder einer PVC-FoIie aufgebracht wird, welcher gegebenenfalls auf der Rückseite schaumkaschiert ist.
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12. Verwendung des Bauelements gemäss dem Anspruch 1 zur passiven Lärmbekämpfung und insbesondere zum Verkleiden des Motorraums oder der Fahrgastkabine eines Kraftfahrzeuges.
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