DE102021101905B4

DE102021101905B4 - Faserverbundbauteil und daraus hergestellte Fahrzeuginnenverkleidung

Info

Publication number: DE102021101905B4
Application number: DE102021101905.2A
Authority: DE
Inventors: Carsten Born; Olaf Döhring
Original assignee: Ideal Automotive GmbH
Current assignee: Ideal Automotive GmbH
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2024-09-26
Anticipated expiration: 2041-01-29
Also published as: DE102021101905A1; DE202020101433U1

Abstract

Faserverbundbauteil (7), insbesondere für eine akustisch dämpfende Fahrzeuginnenverkleidung, das aus einem unter Wärmezufuhr in einer Form (6) zu einem Formteil gepressten Fasermaterial hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil aus als Faserbällchen (1) ausgebildetem Fasermaterial hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil, insbesondere für eine akustisch dämpfende Fahrzeuginnenverkleidung, das aus einem unter Wärmezufuhr in einer Form zu einem Formteil gepressten Fasermaterial hergestellt ist.
Derartige Faserverbundbauteile sind an sich bekannt und werden unter anderem zur Herstellung von Fahrzeuginnenverkleidungen eingesetzt. Bei dem bekannten Verfahren werden Fasern, die in Form von gepressten Ballen bereitgestellt werden, durchmischt und in eine Form gefüllt. Anschließend werden die Fasern unter Wärmezufuhr zu einem Formteil verfestigt. Das Formteil wird anschließend beschnitten, so dass es einen gewünschten Außenbeschnitt aufweist, gegebenenfalls werden Innenbeschnitte eingebracht. Optional kann das auf diese Weise erhaltene Faserverbundbauteil mit einem Teppichmaterial verbunden werden, wodurch die Fahrzeuginnenverkleidung entsteht.
Allerdings wird es bei dem herkömmlichen Faserverbundbauteil als nachteilig angesehen, dass der Materialbedarf vergleichsweise hoch ist, wenn eine bestimmte Bauteilfestigkeit und/oder Bauteilsteifigkeit erreicht werden muss. Ein hoher Materialbedarf erhöht die Herstellungskosten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Faserverbundbauteil anzugeben, das bei Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften kostengünstiger herstellbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Faserverbundbauteil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Formteil aus als Faserbällchen ausgebildetem Fasermaterial hergestellt ist.
Derartige Faserbällchen und deren Herstellungsverfahren sind beispielsweise aus der EP 0 268 099 B1 bekannt. Die Faserbällchen enthalten ein ineinandergewirrtes Polyester-Fasermaterial, das mit Bindefasern gemischt ist. Das Polyester-Fasermaterial wird herkömmlicherweise als Wattierung für Möbel, Matratzen oder Sitzkissen verwendet.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich durch die Verarbeitung des Fasermaterials zu Faserbällchen deren Eigenschaften in vorteilhafter Weise verbessern lassen. Insbesondere ergibt sich durch die Verwendung von Faserbällchen eine erhöhte Bauteilfestigkeit, Bauteilsteifigkeit, Trittsteifigkeit und Resilienz im Vergleich zu Faserverbundbauteilen, die auf herkömmliche Weise aus „normalen“ Fasern hergestellt sind.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass sich eine höhere Qualitätsanmutung ergibt. Darüber hinaus ist aufgrund der Verwendung der Faserbällchen die Dichte des Faserverbundbauteils geringer als bei herkömmlichen Faserverbundbauteilen, so dass Potenzial zur Gewichtsreduktion besteht.
Aufgrund dieser Vorteile können Faserverbundbauteile kostengünstig hergestellt werden, die selbst gegenüber aus PU-Schaum hergestellten Fahrzeuginnenverkleidungen wettbewerbsfähig sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Faserverbundbauteil wird es bevorzugt, dass die Faserbällchen einen Durchmesser zwischen 0,2 cm und 2 cm aufweisen. Die Faserbällchen werden in an sich bekannter Weise aus einzelnen Fasern hergestellt.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass zur Herstellung des Faserverbundbauteils eine Mischung aus mehreren unterschiedlich großen Faserbällchen verwendet wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Faserbällchen aus PET (Polyethylenterephthalat) bestehen oder PET enthalten. Faserbällchen aus diesem Material besitzen eine geringe Dichte, wodurch die Kosten verringert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Faserverbundteil werden Faserbällchen verwendet, die aus PET-Fasern ohne Silikonisierung hergestellt sind. PET-Fasern, die eine Silikonisierung aufweisen, sind für die Herstellung von erfindungsgemäßen Faserverbundbauteilen nicht geeignet, da das Silikon die gewünschte Haftung bei der Verfestigung der Fasern verhindert.
Optional können die Faserbällchen auch Naturfasern enthalten, vorzugsweise Baumwolle, Kenaf oder Hanf. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Faserbällchen Bikomponentenfasern aufweisen. Als Bikomponentenfasern werden Fasern bezeichnet, die aus zwei verschiedenen, miteinander verbundenen Kunststoffmaterialien bestehen. Der Kern der Bikomponentenfasern besteht aus einem ersten Kunststoffmaterial, während die Hülle aus einem zweiten Kunststoffmaterial hergestellt ist. Die beiden Kunststoffmaterialien werden so ausgewählt, dass die Hülle unter dem Einfluss der während der Verfestigung herrschenden erhöhten Temperatur weich wird oder schmilzt, während der Kern nicht schmilzt. Die Hülle der Bikomponentenfaser besteht somit aus einem „Lowmelt“-Material, d. h. einem bei niedrigen Temperaturen schmelzenden Kunststoff. Durch das Erweichen oder Schmelzen wird die gewünschte Verbindung und Verfestigung der einzelnen Fasern bewirkt, so dass die vorteilhaften Eigenschaften zweier unterschiedlicher Kunststoffmaterialien genutzt werden können.
In diesem Zusammenhang werden bevorzugt Faserbällchen verwendet, deren Bikomponentenfasern eine Copolyester aufweisende Hülle besitzt. Alternativ kann die Hülle der Bikomponentenfasern auch Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polyamid (PA) aufweisen oder daraus bestehen. Die Bikomponentenfasern können so aufgebaut sein, dass der Kern aus Polyethylenterephthalat (PET) besteht.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils sieht vor, dass der Anteil der Bikomponentenfasern 15 % bis 50 % des gesamten Fasermaterials beträgt und das übrige Fasermaterial vorzugsweise aus PET besteht. Diese Zusammensetzung ist jedoch lediglich als Beispiel zu verstehen, da auch Zusammensetzungen mit anderen Anteilen denkbar sind.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fasermaterial teilweise oder vollständig recycelt ist. Beispielsweise können beim Randbeschnitt oder beim Ausstanzen von Öffnungen anfallende Reste zerkleinert und dem Fasermaterial zugemischt werden, so dass Abfall verringert oder vollständig vermieden werden kann.
Das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil kann eine Dichte von weniger als 70 kg/m³ besitzen. Vorzugsweise beträgt die Dichte weniger als 60 kg/m³. Diese Dichte ist wesentlich geringer als die Dichte herkömmlicher Faserverbundbauteile, während gleichzeitig die weiteren Anforderungen wie Steifigkeit und Festigkeit erfüllt werden. Das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil eignet sich somit besonders gut für nach Leichtbaugesichtspunkten hergestellte Fahrzeuginnenverkleidungen.
Die Stauchhärte des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils kann bei einem Raumgewicht < 60 kg/m³ 20 bis 60 kPa betragen. Die Stauchhärte gibt den Widerstand eines Probekörpers gegenüber einer Kompression an. Zur Bestimmung der Stauchhärte wird ein Probekörper so weit zusammengedrückt, bis dieser auf einen bestimmten Anteil seiner ursprünglichen Dicke komprimiert ist. Eine hohe Stauchhärte bedeutet, dass das Faserverbundbauteil eine hohe Steifigkeit aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Faserverbundbauteil beträgt die verbleibende Dickenminderung nach einer Druckbelastung weniger als 10 %.
Daneben betrifft die Erfindung eine Fahrzeuginnenverkleidung, umfassend ein Faserverbundbauteil der betriebenen Art. Das Faserverbundbauteil kann optional auf einer Seite mit einem Teppichmaterial versehen sein. Die Fahrzeuginnenverkleidung ist vorzugsweise als Bodenverkleidung einer Kraftfahrzeugkarosserie ausgebildet, durch die eine Geräuschdämpfung erzielt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 aus Faserbällchen hergestelltes Fasermaterial, das für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils geeignet ist, und
2 die wesentlichen Schritte bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils aus dem als Faserbällchen ausgebildeten Fasermaterial.

Die in 1 gezeigten Faserbällchen 1 sind aus Fasermaterial hergestellt, bei dem es sich in diesem Fall um eine Bikomponentenfaser handelt, deren Hülle aus Copolyester besteht und die einen Kern aus PET (Polyethylenterephthalat) umgibt. Derartige Faserbällchen sind kommerziell erhältlich und werden zum Beispiel zum Ausstopfen oder als Füllmaterial verwendet. Die Faserbällchen besitzen einen Durchmesser zwischen 0,2 cm und 2 cm. Üblicherweise sind in einer Mischung unterschiedlich große Faserbällchen enthalten.
In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Anteil der Bikomponentenfasern 15 % bis 50 %, während das restliche Fasermaterial aus PET besteht.
2 zeigt die wesentlichen Schritte bei der Herstellung des Faserverbundbauteils aus dem als Faserbällchen ausgebildeten Fasermaterial.
In einem ersten Schritt I wird eine festgelegte Menge bzw. Masse der Faserbällchen 1 in eine untere Formhälfte 2 gegeben. An einer der Öffnung 3 der Formhälfte 2 gegenüberliegenden Seite, d. h. an der Unterseite, sind Öffnungen 4 vorgesehen, durch die die Faserbällchen 1 mit Unterdruck beaufschlagt werden. Durch die Absaugung werden die Faserbällchen 1 in der unteren Formhälfte 2 verdichtet.
In einem weiteren Schritt II wird eine obere Formhälfte 5 der aus den beiden Formhälften 2, 5 bestehenden Form abgesenkt, sodass die Faserbällchen 1 in der geschlossenen Form 6 weiter verdichtet werden, die aus den beiden Formhälften 2, 5 besteht.
In einem sich daran anschließenden dritten Schritt III werden die Faserbällchen 1 mittels Heißluft beheizt, wobei die Temperatur so gewählt wird, dass der Mantel der Faserbällchen 1 in einen zumindest teilweise geschmolzenen bzw. plastifizierten Zustand gebracht wird. Unter der Wirkung des von den Formhälften 2, 5 erzeugten Flächendrucks verbinden sich die Faserbällchen 1 zu einem einteiligen, homogenen Faserverbundbauteil 7.
Im nächsten Schritt IV wird die Form 6 und das darin aufgenommene Faserverbundteil 7 abgekühlt.
Anschließend wird die Form 6 in dem Schritt V geöffnet und das Faserverbundteil 7 entnommen.
Das Faserverbundteil 7 wird auf derjenigen Seite, die im montierten Zustand sichtbar ist, mit einem Teppichmaterial versehen. Zusätzlich wird das Faserverbundteil an den Rändern beschnitten und gegebenenfalls mit Öffnungen versehen, wodurch eine Fahrzeuginnenverkleidung entsteht.
Durch dieses Verfahren wird ein Faserverbundteil bzw. eine Fahrzeuginnenverkleidung erhalten, das bzw. die eine geringere Dichte im Vergleich zu herkömmlichen Bauteilen aufweist, während die Bauteileigenschaften, insbesondere Festigkeit und Steifigkeit, identisch sind. Dadurch kann eine Gewichtsreduktion erzielt werden, die auch in einer Kosteneinsparung aufgrund der verringerten Masse resultiert. Zudem kann recyceltes Material verarbeitet werden, so dass Abfall verringert oder vollständig vermieden werden kann.

Claims

Faserverbundbauteil (7), insbesondere für eine akustisch dämpfende Fahrzeuginnenverkleidung, das aus einem unter Wärmezufuhr in einer Form (6) zu einem Formteil gepressten Fasermaterial hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil aus als Faserbällchen (1) ausgebildetem Fasermaterial hergestellt ist.
Faserverbundbauteil nach Anspruch 1, wobei die Faserbällchen (1) einen Durchmesser zwischen 0,2 cm und 2 cm aufweisen.
Faserverbundbauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Faserbällchen (1) aus PET (Polyethylenterephthalat) bestehen oder PET enthalten.
Faserverbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Faserbällchen (1) Bikomponentenfasern aufweisen.
Faserverbundbauteil nach Anspruch 4, wobei die Bikomponentenfasern eine Hülle aus Copolyester, Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polyamid (PA) aufweisen.
Faserverbundbauteil nach Anspruch 5, wobei der Kern der Bikomponentenfasern aus PET besteht und von Copolyester, Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polyamid (PA) umgeben ist.
Faserverbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anteil der Bikomponentenfasern 15 % bis 50 % des gesamten Fasermaterials beträgt und das übrige Fasermaterial vorzugsweise aus PET besteht.
Faserverbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fasermaterial teilweise oder vollständig recycelt ist.
Faserverbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es eine Dichte von weniger als 70 kg/m³, vorzugsweise weniger als 60 kg/m³, aufweist.
Faserverbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Stauchhärte 20 bis 60 kPa beträgt.
Faserverbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Faserbällchen (1) Naturfasern, vorzugsweise Baumwolle, Kenaf, Hanf enthalten.
Fahrzeuginnenverkleidung, umfassend ein Faserverbundbauteil (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, das vorzugsweise auf einer Seite mit einem Teppichmaterial versehen ist.