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Die
vorliegende Erfindung stellt bei zumindest einer Ausführungsform
ein Schallisolierbauteil mit geringem Gewicht zur Verfügung, und
speziell stellt die vorliegende Erfindung eine Armaturenbrettisolierung
mit geringem Gewicht zur Verfügung.
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Die
Verringerung der Geräuschausbreitung in
Kraftfahrzeug-Fahrgasträumen stellt
einen wesentlichen konstruktiven Aspekt dar, da Ruhe im Fahrgastraum
zunehmend Bedeutung bei den Vermarktungsplänen von Fahrzeugherstellern
gewinnt. Ein signifikanter und zunehmender Anteil des Kraftfahrzeug-NVH-Materialmarkts (NVH:
Geräusche, Schwingungen,
Härte)
geht von akustischen Verbundwerkstoffen in Massenfertigung zu Konstruktionen
mit geringem Gewicht über,
die sich nicht auf Sperren mit einer beträchtlichen Masse verlassen. Konstruktionen
mit geringem Gewicht sind normalerweise mehrschichtige Verbundwerkstoffe,
die akustisch ebenso arbeiten, wenn nicht sogar besser, wie bzw.
als Sperrerzeugnisse, bei normalerweise niedrigeren Kosten und einem
Bruchteil des Gewichts. Eine Gewichtsverringerung wird kritischer
in der Kraftfahrzeugindustrie, da seit kurzem die Kraftstoffkosten
explodiert sind, und weitere CAFÉ-Beschränkungen (also Vorschriften
für einen
geringeren Kraftstoffverbrauch) in weitem Ausmaß angenommen werden.
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Zahlreiche
Schallverringerungsbauteile nach dem Stand der Technik setzen Konfigurationen
ein, die aus einer Sperrschicht in der Nähe einer Entkopplungsschicht
bestehen. Bei diesen Konfigurationen sperrt die Sperrschicht Schall
durch Reflexion ab, wogegen die Entkopplungsschichten eine gewisse Dissipationsfunktion
(Schalldämpfungsfunktion)
zur Verfügung
stellen. Weiterhin liegt bei zahlreichen dieser Sperrentkopplungskonfigurationen
nach dem Stand der Technik das Fahrzeugsperrgewicht im Bereich von
minimal 0,5 Pound pro Quadratfuß bis
zu einem Mittelwert von etwa 1,50 Pound pro Quadratfuß. Dies
führt dazu,
dass eine typische Armaturenbrettisolierung Sperrgewichte im Bereich
von 10 bis 30 Pound aufweist. Einige Schalldämpfungsbauteile mit geringem
Gewicht nach dem Stand der Technik beruhen auf einer Mehrschichtkonstruktion
thermoplastischer Schichten, bei denen eine oder mehrere zusätzliche
Schichten vorgesehen sind, normalerweise bezeichnet als Luftfluss-Steuerschichten,
deren Aufgabe darin besteht, den gesamte Luftfluss über den
Verbundwerkstoff einzustellen. Diese Funktion ist deswegen kritisch,
da der Luftflusswiderstand oder Luftflusswiderstandswerte mit der
NVH-Leistung des Materials korreliert sind, beispielsweise einem
Einfügungs-
oder Übertragungsverlust,
einer normalen oder statistischen Schalldämpfung, sowie mit einer für das Fahrzeug
spezifischen Eigenschaft, beispielsweise der Schalldämpfung.
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Im
US-Patent Nr. 6,145,617 (dem
Patent '617) wird
der Einsatz einer dünnen,
steifen Kappenschicht beschrieben, die aus einer komprimierten,
mit Harz getränkten
Baumwollfaser und einer Entkopplungsschicht besteht. Bei einer anderen
Konstruktion nach dem Stand der Technik werden eine Kappenschicht
und eine vertikal überlagerte
Non-Woven-Entkopplungsschicht
zusammen mit einer undurchlässigen
Filmschicht eingesetzt. Bei dieser letztgenannten Konfiguration
wird die Luftfluss-Steuerschicht zwischen der Kappenschicht und
einer vertikal überlagerten
Entkopplungsschicht angeordnet, und erwärmt, um die beiden Schichten
aneinander zu befestigen. Obwohl diese Konfiguration nach dem Stand
der Technik relativ gut arbeitet, sind ein geringeres Gewicht und
Kosteneinsparungen immer noch äußerst wünschenswert.
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Daher
besteht ein Bedürfnis
nach verbesserten Kraftfahrzeuggeräuschbekämpfungsbauteilen mit geringem
Gewicht, welche wirksam die Geräuschpegel
in dem Fahrzeug-Fahrgastraum
verringern.
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Die
vorliegende Erfindung löst
eines oder mehrere Probleme des Stands der Technik durch Bereitstellung,
bei zumindest einer Ausführungsform, eines
Schallisolierbauteils. Das Schallisolierbauteil dieser Ausführungsform
weist ein geringes Gewicht auf, während hervorragende Schallisoliereigenschaften
bei Einsätzen
bei Kraftfahrzeugen zur Verfügung gestellt
werden. Das Schallisolierbauteil gemäß dieser Ausführungsform
weist eine Entkopplungsschicht auf, die unterhalb einer Kappenschicht
angeordnet ist, die einen thermoplastischen, zellenförmigen Schaum
aufweist. Weiterhin weist die Kappenschicht eine ausreichende Steifigkeit
auf, um eine vorbestimmte Form aufrechtzuerhalten, und weist Luftflusswiderstandswerte
auf, die ein vorbestimmtes Ausmaß eines Luftflusses durch das
Schallisolierbauteil ermöglichen.
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Bei
einer anderen Variation der vorliegenden Erfindung wird ein Hybrid-Schallisolierbauteil
zur Verfügung
gestellt. Das Schallisolierbauteil gemäß dieser Ausführungsform
weist eine Kappenschicht und eine Entkopplungsschicht auf, wobei
dazwischen eine Luftfluss-Steuerschicht angeordnet ist. Die Luftfluss-Steuerschicht
ermöglicht
eine zusätzliche Einstellung
des Luftflusswiderstandes des Schallisolierbauteils, im Vergleich
zur ersten Ausführungsform. Sie
stellt an sich zusätzliche
Schallübertragungsverlusteigenschaften
im Vergleich zur ersten Ausführungsform
zur Verfügung,
wodurch ein stärkerer
Ausgleich zwischen Absorptions- und Transmissionsverlusten erzielt
wird.
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Bei
noch einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung der
voranstehend geschilderten Schallisolierbauteile zur Verfügung gestellt.
Das Verfahren gemäß dieser
Ausführungsform
umfasst einen Schritt, bei welchem eine dünne Schicht aus einem thermoplastischen,
zellenförmigen
Schaum mit einer dünnen
Schicht eines Schalldämpfungsmaterials
verformt wird, um das Schallisolierbauteil auszubilden.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung hervorgehen.
Es zeigt:
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1 einen
schematischen Querschnitt einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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2 einen
schematischen Querschnitt einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, welche eine Luftfluss-Steuerschicht aufweist;
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3A eine
schematische Darstellung einer Einrichtung, die zum Ausformen der
Schallisolierbauteile gemäß der Erfindung
verwendet wird, wobei dünne
Bauteilplatten während
des Ausformens erwärmt
werden; und
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3B eine
schematische Darstellung einer Einrichtung, die zur Ausbildung der
Schallisolierbauteile gemäß der Erfindung
verwendet wird, wobei dünne
Bauteilplatten vor dem Ausformen erwärmt werden.
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In 1 ist
eine Ausführungsform
des Schallisolierbauteils gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Das Schallisolierbauteil 10 weist
eine Kappenschicht 12 und eine Entkopplungsschicht 14 auf.
Die Entkopplungsschicht 14 ist zwischen dem Fahrzeug-Metallblech 16 und
der Kappenschicht 12 angeordnet. Bei einer Abänderung
weist das Schallisolierbauteil 10 einen Luftflusswiderstand
von etwa 400 MKS Rayls bis 4500 MKS Rayls auf. Bei einer anderen
Ausführungsform
weist das Schallisolierbauteil 10 einen Luftflusswiderstand
von 500 MKS Rayls bis 3000 MKS Rayls auf. Bei noch einer anderen
Abänderung
weist das Schallisolierbauteil 10 einen Luftflusswiderstand
von etwa 1200 MKS Rayls bis 1800 MKS Rayls auf. Bei noch einer anderen
Abänderung
weist das Schallisolierbauteil 10 einen Luftflusswiderstand
auf, der größer ist
als 2500 MKS Rayls. Bei einer Abänderung
dieser letztgenannten Variante weist das Schallisolierbauteil 10 einen
Luftflusswiderstand von 3000 MKS Rayls bis 4500 MKS Rayls auf. Das
Schallisolierbauteil 10 kann im Prinzip jede Dicke aufweisen,
die mit dem gewünschten Schallisoliereinsatz
verträglich
ist. Typischerweise ändert
sich die Dicke des Schallisolierbauteils 10 zwischen 0,12
Zoll und 2,0 Zoll.
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Die
Kappenschicht 12 weist einen thermoplastischen, zellenförmigen Schaum
auf, der eine ausreichende Luftflusswiderstandsfähigkeit aufweist, um ein vorbestimmtes
Ausmaß eines
Luftflusses durch das Isolierbauteil 10 zu ermöglichen.
Bei einer Variante der vorliegenden Ausführungsform weist die Kappenschicht 12 einen Luftflusswiderstand
von 300 MKS Rayls bis 4500 MKS Rayls auf. Bei einer anderen Variante
weist die Kappenschicht 12 einen Luftflusswiderstand von
500 MKS Rayls bis 2500 MKS Rayls auf. Bei noch einer anderen Variante
weist die Kappenschicht 12 einen Luftflusswiderstand auf,
der größer ist
als 2500 MKS Rayls. Bei einer Verfeinerung der letztgenannten Variante
weist die Kappenschicht 12 einen Luftflusswiderstand von
3000 MKS Rayls bis 4500 MKS Rayls auf. Typischerweise weist die
Kappenschicht 12 eine Dicke von 0,04 Zoll bis 0,5 Zoll
nach dem Ausformen auf. Bei einer nützlichen Variante wirkt sich
die Kappenschicht so aus, dass sie sowohl einfallende Schallwellen
absorbiert als auch reflektiert. Bei einigen Varianten ist das Ausmaß der Absorption
von Schall größer als
das Ausmaß der Reflexion
von Schall. Bei anderen Varianten ist das Ausmaß der Reflexion von Schall
größer als
das Ausmaß der
Absorption von Schall.
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Bei
einer anderen Variante der vorliegenden Ausführungsform weist die Kappenschicht 12 eine ausreichende
Steifigkeit auf, um eine vorbestimmte Form aufrechtzuerhalten. Die
Fähigkeit,
eine vorbestimmte Form aufrechtzuerhalten, ermöglicht es dem Schallisolierbauteil 10,
sich an die Form eines Fahrzeugbauteils 16 anzupassen,
das eine flache oder gekrümmte
Oberfläche 18 aufweisen
kann. Typischerweise weist die Kappenschicht 12 einen Schermodul
von 0,1 MPa bis 1,5 MPa auf.
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Geeignete
thermoplastische, zellenförmige Schäume, aus
welchen die Kappenschicht 12 hergestellt wird, umfassen
offenzellige Schäume.
Spezielle Beispiele für
Materialien, aus denen die thermoplastischen, zellenförmigen Schäume hergestellt
werden, umfassen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt, Schäume, die
aus der Gruppe ausgewählt
sind, die aus Polyurethan (PUR) besteht, aus expandiertem Polystyrol (EPS),
aus expandiertem Polypropylen (EPP), aus expandiertem Polyethylen
(EPE), und aus Kombinationen hieraus. Bei einer Variante weist der
thermoplastische, zellenförmige
Schaum eine Volumendichte im Bereich von 1,0 bis 4,0 Pounds/Feet3 auf.
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Das
Schallisolierbauteil 10 weist in vorteilhafter Weise ein
geringeres Gewicht als mehrere der entsprechenden Schallisolierkonstruktionen
nach dem Stand der Technik auf. Zu diesem Zweck weist bei einer
Variante die Kappenschicht 12 eine Oberflächendichte
auf, die kleiner oder gleich 0,055 Pounds/Feet2 ist.
Bei einer Variante weist die Kappenschicht 12 eine Oberflächendichte
auf, die im Bereich von 0,03 Pounds/Feet2 bis
0,055 Pounds/Feet3 liegt. Weiterhin wird
darauf hingewiesen, dass dann, wenn die Kappenschicht 12 die
Entkopplungsschicht 14 berührt, die thermoplastische Eigenschaft
der Kappenschicht 12 unterstützt wird, so dass diese Schichten
miteinander verbunden werden. Die Adhäsion wird während des Erwärmungsprozesses
erzielt, bei welchem das Schallisolierbauteil 10 ausgebildet
wird (vgl. die nachstehenden Ausführungen).
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Die
Entkopplungsschicht
14 weist ein Schallabsorptionsmaterial
auf. Geeignete Materialien zur Ausbildung der Entkopplungsschicht
14 umfassen die
Materialien nach dem Stand der Technik, die zur Ausbildung von Entkopplungsschichten
verwendet werden. Beispiele für
derartige Materialien umfassen jene Materialien, die im
US-Patent Nr. 6,145,617 (dem
Patent '617) für die poröse, elastische
Schicht beschrieben werden. Die gesamte Offenbarung des genannten
Patents wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen.
Bei einer Variante weist die Entkopplungsschicht
14 einen formbaren,
thermoplastischen Schaum auf. Der formbare, thermoplastische Schaum
kann beispielsweise eine Dichte von 1,0 bis 3,5 Pounds/Feet
3 aufweisen. Bei einer anderen Variante besteht
die Entkopplungsschicht
14 aus einem thermoplastischen Fasermaterial.
Spezielle Materialien, aus denen die Entkopplungsschicht
14 bestehen
kann, können
umfassen, wobei sie nicht darauf beschränkt sind, dünne Polyurethanschichten oder
ausgeformte Schäume,
PET, PET/Baumwollmischungen, Polypropylen, Polypropylen/PET-Fasermischungen,
Non-Woven, vertikal überdeckend
ausgebildetes PET oder PET-Baumwollmischungen, und Kombinationen
hieraus. Typischerweise weist die Entkopplungsschicht
14 eine
Dicke von etwa 0,08 Zoll bis etwa 1,5 Zoll (nach dem Ausformen)
auf. Die Entkopplungsschicht
14 weist typischerweise eine
Oberflächendichte
von etwa 0,08 Pounds/Feet
2 bis etwa 0,3
Pounds/Feet
2 und einen Luftflusswiderstand
von etwa 100 MKS Rayls bis etwa 500 MKS Rayls auf.
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Wie
in 1 gezeigt, wird das Schallisolierbauteil 10 in
vorteilhafter Weise zur Bereitstellung einer Schallisolierung in
einem Automobil eingesetzt. Daher befindet sich bei einer Variante
der vorliegenden Ausführungsform
das Schallisolierbauteil 10 in der Nähe eines Fahrzeugbauteils 16.
Bei dieser Variante ist die Entkopplungsschicht 14 in der
Nähe einer flachen
oder gekrümmten
Oberfläche 18 angeordnet. 1 zeigt
das Schallisolierbauteil 10, das als ein Armaturenbrettisolator
verwendet wird, jedoch umfassen Beispiele für andere Einsätze des
Bauteils 10, sind jedoch nicht hierauf beschränkt, die
Schallisolierung von Radkästen,
geviertelten Innenausstattungsfeldern, Bauteile für die Seite
der Brennkraftmaschine, der Fahrzeugbodengruppe, des Kofferraums,
sowie Tür-
und Seitenabdeckungen. Das Schallisolierbauteil 10 ist
besonders nützlich
für Armaturenbrettisolatoranwendungen.
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Gemäß 2 wird
eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Ausführungsform
zur Verfügung
gestellt. Ein Hybrid-Schallisolierbauteil 30 weist eine
Luftfluss-Steuerschicht 32 auf,
die zwischen der Entkopplungsschicht 14 und der Kappenschicht 12 angeordnet
ist. Die Einzelheiten in Bezug auf geeignete Materialien und physikalische
Vorgaben der Kappenschicht 12 und der Entkopplungsschicht 14 sind
ebenso wie jene, die voranstehend anhand der Beschreibung von 1 erläutert wurden.
Die Luftfluss-Steuerschicht 32 ist besonders nützlich dazu,
eine weitere Abstimmung des Luftflusswiderstands des Hybrid-Schallisolierbauteils 30 zu
ermöglichen,
und daher der NVH-Eigenschaften des Materials. Bei einer Variante
der vorliegenden Ausführungsform
weist die Luftfluss-Steuerschicht 32 einen Luftflusswiderstand
von 300 MKS Rayls bis 4500 MKS Rayls auf. Bei einer anderen Variante weist
die Luftfluss-Steuerschicht 32 einen Luftflusswiderstand
von mehr als 4500 MKS Rayls auf. Bei dieser letztgenannten Variante
dient die Luftfluss-Steuerschicht 32 als
eine Sperre, die hauptsächlich
auftreffende Schallwellen reflektiert. Geeignete Materialien, aus
welchen die Luftfluss-Steuerschicht 32 hergestellt wird,
umfassen thermoplastische Polymere wie Polyethylen und Polypropylen, und
Kombinationen hieraus. 2 zeigt das Schallisolierbauteil 30,
das als ein Armaturenbrettisolator verwendet wird, jedoch umfassen
Beispiele für
andere Anwendungen des Bauteils 30, sind jedoch nicht hierauf
beschränkt,
die Schallisolierung von Radkästen,
geviertelten Innenausstattungsfeldern, Bauteile für die Seite
der Brennkraftmaschine, der Fahrzeugbodengruppe, und des Kofferraums,
sowie Tür-
und Seitenabdeckungen. Das Schallisolierbauteil 30 ist besonders
nützlich
für Anwendungen
als Hybrid-Armaturenbrettisolator.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
wird ein Verfahren zur Ausbildung des voranstehend geschilderten
Schallisolierbauteils zur Verfügung
gestellt. In den 3A und 3B sind
Varianten der vorliegenden Ausführungsform
schematisch dargestellt. 3A zeigt
schematisch eine erste Variante, bei welcher während des Ausformens eine Erwärmung erfolgt,
während 3B schematisch
zeigt, dass eine Erwärmung
vor dem Ausformen erfolgt. Die Verfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfassen
jeweils unabhängig
einen Schritt, in welchem eine dünne
Schicht 50 aus einem thermoplastischen, zellenförmigen Schaum
auf eine dünne Schicht 52 eines
Schalldämpfungsmaterials
aufgebracht wird, um das Schallisolierbauteil 10 auszubilden.
Die dünne
Schicht 50 aus thermoplastischem, zellenförmigem Schaum
bildet die Kappenschicht 12, während die dünne Schicht 52 aus
Schalldämpfungsmaterial
die Entkopplungsschicht 14 bildet, wie dies im Zusammenhang
mit den Beschreibungen der 1 und 2 erläutert wurde.
Wie in 3A dargestellt, werden die dünnen Schichten 50, 52 von Rollen 56, 58 in
ein erwärmtes
Formwerkzeug 80 eingebracht, das in einer Formpresse 60 angebracht
ist. Die erwärmte
Form 80 bringt Wärme
auf die dünnen Schichten 50, 52 auf,
um die dünnen
Schichten in die endgültige
Form des ausgeformten Schallisolierbauteils 10 auszuformen.
Bei einer anderen Variante wird das Formwerkzeug 80 elektrisch
oder mit warmem Öl erwärmt. Dann,
nach dem Entfernen vom Formwerkzeug 80, werden die Teile
abgekühlt
und in Form gebracht. Bei einer Variante werden die dünnen Schichten 50, 52 etwa
30 bis 60 Sekunden lang in dem erwärmten Formwerkzeug 80 gelassen.
Wie in 3B gezeigt, werden die dünnen Schichten 50, 52 von Rollen 56, 58 in
einen Ofen 64 verbracht, in welchem Wärme auf die dünnen Schichten 50, 52 einwirkt.
Der Ofen 64 kann eine herkömmliche Ofenerwärmungstechnik
(beispielsweise Infrarot, Konvektion, oder Kontakterwärmung) einsetzen,
um die Erwärmung
zu erzielen. Die erwärmten
dünnen
Schichten 50, 52 werden dann einem wassergekühlten Formwerkzeug 90 zugeführt, das
sich in einer Formpresse 66 befindet, um das ausgeformte
Schallisolierbauteil 10 mit der vorbestimmten, endgültigen Form
auszuformen. Wiederum werden nach Entfernen von dem Formwerkzeug 90 die
Teile in die endgültige
Form gebracht. Wenn eine Luftfluss-Steuerschicht eingesetzt wird,
wie bei der im Zusammenhang mit 2 geschilderten
Ausführungsform,
wird die dünne
Schicht 70, die von der Rolle 72 geliefert wird,
zwischen den dünnen
Schichten 50, 52 vor der Erwärmung angeordnet. Bei jeder
dieser Varianten weist die dünne Schicht 50 typischerweise
eine Dicke zwischen 0,08 Zoll und 0,5 Zoll vor dem Ausformen auf,
was dazu führt,
dass die Kappenschicht 12 eine Dicke von 0,04 Zoll bis
0,5 Zoll nach dem Ausformen aufweist. Entsprechend weist die Entkopplungsschicht 14 typischerweise
eine Dicke von bis zu etwa 2,0 Zoll vor dem Ausformen auf, was zu
einer Dicke von etwa 0,8 Zoll bis 1,5 Zoll nach dem Ausformen führt.
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Zwar
wurden Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt und beschrieben, jedoch sollen diese Ausführungsformen
nicht sämtlichen
möglichen Arten
der Erfindung darstellen und beschreiben. Stattdessen sind die in
der Beschreibung verwendeten Begriffe eher beschreibende als einschränkende Begriffe,
und es wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen.