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Formkörper, bestehend aus unter Druck- und
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Wärmebeaufschlagung verpreßten und oberflächenkaschierten bindemittelhaltigen
faser- bzw.
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partikelförmigen Werkstoffen Die Erfindung bezieht sich auf Formkörper
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Formkörper der hier angesprochenen Art lassen sich grundsätzlich für
eine Vielzahl von Anwendungsinöglichkeiten herstellen, so beispielsweise zu in der
Möbel industrie verarbeitbaren Preßteilen, wie etwa Türfüllungen oder dergleichen,
und sie werden insbesondere in der Fahrzeugindustrie als Innenverkleidungen von
Personenkraftwagen verwendet. Ausgangsprodukt eines solchen Formkörpers ist dabei
eine voluminöse, bei mechanischer Krafteinwirkung nur sehr gering widerstandsfähige,
weil nur im losen Verbund vorliegende Fasermatte aus organischen Materialien, wie
Zellulose- oder
Lignozelluose-Wirrfasermaterial, gegebenenfalls
aber auch teilweise oder vollständig aus partikelförmigem Werkstoff bestehen. Dieses
organische Ausgangsmaterial wird mit einem bis zu 10 %igen Bindemittelanteilzersetzt,
in der vorliegenden Mattenform durch Druck-und Wärmebeaufschlagung zu dem jeweils
gewünschten im wesentlichen dreidimensional verformten Formkörper verpreßt, wobei
das voluminöse Ausgangsmaterial sehr geringer Dichte stark -verdichtet wird. Der
Formkörper bildet nach Abschluß des Preßvorganges ein räumlich selbsttragendes und
durch das Bindemittel, welches meistens ein Gemisch aus thermoplastischen und duroplastischen
Bindemitteln ist,im Verbund gegen die auftretenden mechanischen Belastungen und
andere physikalische Einwirkungen stabilisiertes Formteil. Für Formkörper der hier
angesprochenen Art ist es bekannt, wenigstens die in ihrem Einbauzustand, beispielsweise
als Seitenverkleidung einer Tür eines Personenkraftwagens,sichtbare Fläche mit einer
Oberflächenkaschierung zu versehen.
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Vorzugsweise für den Anwendungsbereich in der Fahrzeugindustrie ist
bei den Formkörpern, die aus organischen bindemittelhaltigen Materialien durch Preßvorgang
hergestellt werden, von erheblicher Bedeutung, daß bei gleichbleibenden mechanischen
Festigkeitswerten und den sonstigen erforderlichen physikalischen Eigenschaften
besser noch bei Erhöhung der Qualität des Formkörpers dessen Gesamtgewicht minimiert
wird.
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Die Verbesserung physikalischer Eigenschaften betrifft hierbei insbesondere
solche Problemkreise,
wie die Schalldämpfung, die Minderung der
Entflammbarkeit der Teile, ihre Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeitsaufnahme
und dergleichen mehr.
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Formkörper, die der Innenverkleidung von Fahrgastzellen in Kraftfahrzeugen
dienen und die aus Wirrfaservliesmatten durch Verpressen derselben hergestellt werden,
besitzen bisher eine Dichte von ca. 0,9 bis 1,1 g/cm³. Ihr Bindemittelanteil,der
etwa 10 % des Gesamtgewichtes des Materials ausmacht, setzt sich zum überwiegenden
Teil aus einer thermoplastischen Komponente und nur zu einem geringen Teil aus einer
duroplastischen Komponente zusammen.
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Die gleichbleibend über die Gesamtheit des Formkörpers vorgegebene
Dichte des verpreßten Materials ist abhängig von dem zur Ausformung aufgewendeten
und für die Herstellung des Formkörpers erforderlichen Preßdruck und bestimmt letztlich
die mechanische Festigkeit des Formkörpers. Bei den gegebenen Ausgangsmaterialien
War es bisher daher nicht möglich, Preßteile mit geringerer als der genannte Dichte
herzustellen, was im Gegensatz zu dem zwingenden Bedarf an Formkörpern mit verringertem
Gewicht und verbesserten akustischen Eigenschaften steht.
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Die in der Vergangenheit vorgenommenen Versuche, eine Dichteverringerung,
beispielsweise durch vermehrte Zugabe hochwertigerer Bindemittel, zu erreichen,
führten zu keinen, weil wirtschaftlich nicht sinnvollen Ergebnissen.
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Die Dichteverringerung zur Gewichtsminderung von Formkörpern der hier
interessierenden Art und zur Verbesserung ihrer schalldämmenden Eigenschaften bringt
insbesondere Probleme hinsichtlich der Befestigung solcher Formkörper, insbesondere
von Formkörpern für die Innenverkleidung von Kraftfahrzeugen an deren Karosserie,
weil die hierfür verwendeten Befestigungselemente, beispielsweise als Klemm- oder
Schnappverschlüsse aber auch Verschraubungen in Verbindung mit in die Formkörper
eingebrachten Bohrungen infolge der verringerten Materialfestigkeit letztlich nicht
halten und durch die bei einem Kraftfahrzeug gegebenen Erschütterungen sehr bald
ausreißen. Weitere bisher unüberwindliche Schwierigkeiten ergeben sich bei Formkörpern
mit zu stark verringerter Dichte im Bereich von Durchbrüchen, wie sie beispielsweise
im Armaturenbrett aber auch bei Seitenverkleidungen für die Einbringung des Aschenbechers
und dergleichen mehr erforderlich sind, da ein Ausstanzen solcher Durchbrüche aus
einem Formteil verminderter Dichte zu unsauberen Quetschkanten und sogar zum Abreißen
der Kantenbereiche führt.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde
liegt, Formkörper der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art dahingehend weiter
zu entwickeln, daß bei ferSesserten oder zumindest gleichbleibenden physikalischen
Eigenschaften sich dennoch deren jeweiliges Gesamtgewicht herabsetzen läßt, ohne
daß damit eine wirtschaftlich aufwendigere
Fertigung verbunden wäre.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs
1 angegebenen Merkmale erfindungsgemäß erreicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieser Aufgabenlösung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Anpassung der Dichte und damit ihre Verteilung pro Flächeneinheit
in den unterschiedlichen Zonen des Formkörpers an seine jeweilige dort angreifende
Belastung bedeutet letztlich die Beibehaltung der Dichte und damit der Festigkeit
des Formteiles nach dem bisherigen Stand der Technik überall dort, wo sie zwingend
erforderlich ist, und eine Verringerung derselben in solchen Zonen, in denen die
Beanspruchungen des Materials und die geforderten Festigkeiten nicht in dem Maße
erforderlich sind, wodurch sich das Gesamtgewicht eines gegebenen Formkörpers erheblich
vermindern läßt. Neben dem Vorteil der Gewichtsverminderung ergibt sich gleichzeitig
eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften des Formkörpers, dessen Schwingungsverhalten
sich mit bekannten Untersuchungsmethoden über den gesamten auftretenden Frequenzbereich
untersuchen läßt und hierdurch entsprechend den möglichen Schwingungsbäuchen und
Schwingungsknoten wiederum eine Änderung der Dichteverteilung, also die optimalste
Anpassung an dieselbe vornehmen läßt. Entsprechendes gilt für Befestigungselemente
und Durchbrüche der Formkörper, die durch Zonen
mit hohem Verdichtungsgrad
gekennzeichnet werden, wobei die Formgebung solcher Zonen sich entsprechend der
Kraftverteilung,so wie sie sich über die jeweils angrenzenden Flächenbereiche ergibt,
optimieren läßt.
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Der kontinuierlich abnehmende bzw. zunehmende Dichteverlauf zwischen
Zonen mit unterschiedlichen Verdichtungsgraden verhindert das Auftreten nachteiliger
Kerbspannungswirkungen, so daß der tibergang von einer Zone mit beispielsweise hohem
Verdichtungsgrad zu einer solchen mit geringerem Verdichtungsgrad keine Schwächungsstellen
im Formkörper bedeuten. Auch hier ist es möglich, je nach den für einen speziellen
Formkörper im Testversuch gefundenen Schwingungseigenschaften und den ihm zugeordneten,
beispielsweise durch Durchbrüche und Befestigungsstellen,definierten Hochverdichtungszonen,
die Art und Weise des jeweiligen Überganges zu der benachbarten Zone mit einem anderen
Verdichtungsgrad optimal zu errechnen, was beispielsweise bedeutet, daß der Ubergang
von einer Zone der Dichte von l g/cm³ zu einer Zone mit einer Dichte von 0,5 g/cm³
nicht linear erfolgen muß, sondern in Form einer anderen sich durch einen kontinuierlichen
Verlauf auszeichnenden mathematischen Funktion, etwa entsprechend einer e-Funktion
oder in Form einer Wendeparabel.
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Nachteile könnten sich durch die Schaffung von Zonen mit geringerer
Verdlchtung in dem Formkörper dadurch ergeben, daß sie eine größere
Saugfähigkeit
und damit erhöhte Feuchtigkeitsaufnahme zeigen und eine zu vermeidende höhere Entflammbarkeit
aufweisen. Hier kann einmal Abhilfe dadurch geschaffen werden, daß dem ohnehin erforderlichen
Bindemittelzusatz zusätzliche preiswerte feuerhemmende und feuchtigkeitsabweisende
Zusätze beigefügt werden. Besonders wirtschaftlich ist es jedoch auch, die in der
Mehrzahl der Fälle nicht zuletzt aus dekorativen Gründen auch bisher bereits vorgesehene
Oberflächenkaschierung für diesen Zweck gleichzeitig zu benutzen. Besonders preisgünstige
Kaschierstoffe für die nicht sichtbare und damit bisher für eine Oberflächenveredelung
nicht vorgesehene Rückseite des Formkörpers sind beispielsweise phenolharzgetränkte
Papiere oder mit feuerhemmenden und feuchtigkeitsabweisenden Mitteln beaufschlagte
Papiervliese.
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Es soll hier Erwähnung finden, daß sowohl für solche Oberflächen abdeckenden
Vliese als auch für das bindemittelhaltige Fasermaterial selbst gilt, daß die Erhöhung
des duroplastischen Bindemittelanteils sowohl zu einer Verbesserung der mechanischen
Belastbarkeit als auch Erhöhung einer schwereren Entflammbarkeit führt.
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Besonders vorteilhaft ist es auch, entweder dem duroplastischen Bindemittel
selbst oder einer speziell präparierten Mittelschicht innerhalb der Faservliesmatte
ein schaumtreibendes Mittel zuzusetzen, vorzugsweise ein solches, das bei den aufgewendeten
Preßtemperaturen bei der Herstellung des Formkörpers, also in
einem
Temperaturbereich von 160 bis 2O00C, aktivierbar ist. Durch die schäumende Wirkung,
das heißt also die Zersetzung dieses Mittels unter gleichzeitigem Freiwerden von
Gas, wird das duroplastisch aushärtende Bindemittel -gleichmäßig im Formkörper verteilt,
was zu Strukturverbesserungen desselben und damit zur Erhöhung seiner Festigkeit
insbesondere dann beiträgt, wenn hierbei mit einem erhöhten Anteil an Duroplastbindemitteln
gearbeitet wird.
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Auch eine ungleichmäßige Verteilung des Schaumtreibmittels über einzelne
Flächenbereiche des Formkörpers ist denkbar und kann je nach gewünschtem Ergebnis
vorteilhaft sein.
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Anhand der beiliegenden Zeichnungen, die beispielsweise Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wiedergeben, soll diese nachfolgend näher erläutert werden.
Es bedeuten: Fig. 1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Formkörpers in schematisch vereinfachter Form; Fig. 2 eine schematische
Aufsicht auf die Ausbildung zweier Zonen mit unterschiedlichem Verdichtungsgrad-und
den zwischen diesen liegenden kontinuierlich geführten Übergangsbereich sowie einer
Befestigungsbohrung innerhalb der Zone mit höherem Verdichtungsgrad;
Fig.
3 eine Darstellung gemäß Fig.- 2 für ein weiteres Ausführungsbeispiel; und Fig.
4 einen Längsschnitt entlang der Linie A-B von Fig. 3.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 soll einen Teil eines sogenannten
PKW-Himmels mit für ein Schiebedach vorgesehenem Ausschnitt darstellen.
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Die hier mechanisch stark beanspruchten Bereiche sind die jeweiligen
den Kanten benachbart liegenden Bereiche, die somit die Zonen 2, 2' mit größerer
Verdichtung definieren. Die mechanisch wesentlich geringer beanspruchten Bereiche,
denen erhöhte akustische Dämpfungseigenschaften eigen sein sollen, sind in dem Ausführungsbeispiel
durch die Zone 1 gebildet und der Übergangsbereich 3 zwischen der Zone 1 mit geringem
Verdichtungsgrad hin zur Zone 2 bzw. 2' verläuft im Ausführungsbeispiel linear.
Für eine optisch übersichtliche Darstellungsweise ist die Zone 2, 2' mit dem höheren
Verdichtungsgrad durch reihenweise Rechteckpunkte markiert, die Zone 1 mit geringem
Verdichtungsgrad durch unregelmäßig unterbrochene Str ichl inienführung und der
Übergangsbereich zwischen den Zonen 1 und 2 durch unregelmäßig aneinander gereihte
bzw.
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im Abstand zueinander liegende runde schwarze Punkte.
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Da beim Herstellen des Formkörpers gemäß Fig. 1 von einer Wirrfaservliesmatte
konstanter Dicke ausgegangen ist, ist die jeweilige Dicke des fert igverpre ßten
Formkörpers jeweils
umgekehrt proportional zu dem vorliegenden
Verdichtungsgrad. In Abweichung von dieser Ausführungsform ist es auch möglich,
zur Erzielung eines Formkörpers gleichbleibender Wandstärke mit den gewünschten
Zonen unterschiedlicher Verdichtung entweder von einer entsprechenden Fasermatte
auszugehen, deren Formgebung von ihrem Verpressen in etwa der Formgebung des fertigverpreßten
Formkörpers nach Fig. 1 besteht, nur mit dann zufolge des voluminöseren Ausgangsfaservlieses
mit erheblich größerer Dicke, oder aber die Bereiche, die in verpreßtem Formkörper
die Zonen mit erhöhtem Verdichtungsgrad kennzeichnen, vor dem Niedergehen des Preßwerzeuges
durch Auflegen von entsprechend ausgeformten Faservliesmattenteilen auf die zu verpressende
Faservliesmatte zu erhöhen.
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Die Fig. 2 bis 4 zeigen zwei Ausführungsbei spiele der Ausbildung
von Zonen mit unterschiedlicher Materialverdichtung benachbart zu einem Befestigungsloch
eines Formkörpers in schematisch stilisierter Form. Eine hoch verdichtete Zone 2
im Randbereich eines nur teilweise wiedergegebenen Formkörpers erstreckt
sich
danach gemäß Fig. 2 in der Umgebung des Befestigungsloches 4 zungenförmig in die
Zone 1 mit geringerem Verdichtungsgrad hinein, wobei der Ubergangsbereich 3 mit
stufenlos sich von dem einen Verdichtungsgrad zum anderen Verdichtungsgrad hin verändernder
Dichte vorteilhaft die wiedergegebene Formgebung aufweist, die die-durch das Befestigungsloch
4 definierte Kräfteverteilung in diesem Bereich berücksichtigt.
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Die Kraftaufnahmeverteilung der in Fig. 3 dargestellten Umgebung des
Befestigungsloches 4 ist ähnlich derjenigen von Fig. 2.
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Die kraftaufnehmende Zunge der hoch verdichteten Zone 2 umfaßt bei
dieser Ausführungsform in der Mitte den Bereich 3' mit kontinuierlich abnehmender
Verdichtung. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel geht die hohe Verdichtung der Zone
2 in den Formteilbereich der Zone 1 mit niedriger Verdichtung in einer stetigen
Funktion, nämlich etwa sinusförmig, über. Die der Befestigungsbohrung 4 vorgelagerte
Zone 3' niedrigerer Verdichtung hat zur Folge, daß die in die Kraftverteilungszunge
eingeleiteten Spannungen teilweise seitlich an der Befestigungsbohrung 4 vorbeigeleitet
werden und deren Spannungsbelastung mindern.
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Die sich hieraus ergebende günstigere Spannungsverteilung verbessert
das Dauerschwingverhalten des Formteils.
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Fig. 4 zeigt den Schnitt A/B in Fig. 3 und verdeutlicht den Dickenverlauf
im Formteil im Bereich der Krafteinleitung, der den jeweils erreichten Verdichtungen
entspricht.
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Die in den Fig. 1 bis 4 erläuterten Beispiele enthalten die Dichteunterschiede
in Form von Dickenunterschieden im Formkörper, wobei diese bei der Verpressung von
einer voluminösen Fasermatte gleicher Dicke ausgehend durch ein Preßwerkzeug mit
entsprechend ausgearbeiteter Werkzeugkontur erreicht wird. Für den Fall, daß dort,
wo im Formkörper hohe Dichte gewünscht wird, Zusatzmaterial in Form von vorgefertigten
Streifen, Ringen oder anderweitigen Konturen vor dem Verpressen auf die Fasermatte
gleicher Dicke aufgelegt werden, und der Formkörper dann mit gleichmäßiger Dicke
verpreßt wird, kann von einer Fasermatte mit entsprechend reduzierter Ausgangsdicke
ausgegangen werden. An den Stellen, an denen Zusatzmaterial aufgelegt wird, weist
der Formkörper dann entsprechend höhere Verdichtung auf, ohne daß seine gegenüber
bisher'bekannten Formkörpern reduzierte Dicke verändert ist.
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Der Ubergangsbereich zwischen den Bereichen unterschiedlicher Dichte
im Formkörper kann dadurch erreicht werden, daß die vor dem Verpressen aufgelegten
Zuschnitte des Zusatzwerkstoffes eine entsprechende Dickenverteilung bereits besitzen.
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Die Herstellung des Halbzeugs Fasermatte kann für eine solche der
vorstehend beschriebenen Ausbildung auch noch vereinfacht werden durch die bereits
genannte, dem Dichteverteilungsmuster entsprechende aufschäumbare Mittelschicht.
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Darüber hinaus können auf diese Weise Formkörper erhalten werden,
deren Oberflächenschichten einen höheren Anteil an Zellulose-
oder
Lignozellulosefasern enthalten. Der erhöhte Fasergehalt der Oberflächenschichten
führt neben einem verbesserten Festigkeitsverhalten, verursacht durch diese Sandwich-Bauweise,
vor allem zu verbesserten Haftbedingungen für die dekorative Kaschierung.
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Die Haltbarkeit von Durchbrüchen, die später Befestigungselemente
aufnehmen durch hoch verdichteten Werkstoffbezirk im Bereich dieser Durchbrüche
mit anderer Umrißkontur als derjenige der Durchbrüche selbst, vermindert die Spannungsbelastung
in diesem kritischen Formteilbezirk erheblich.
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