DE60119096T2

DE60119096T2 - Einsatzelement zur abdichtung von hohlträgern

Info

Publication number: DE60119096T2
Application number: DE60119096T
Authority: DE
Inventors: Pierre Daniere; Serge Jambert; Giles Baleydier; Peter Stiefel
Original assignee: Rieter Automotive International AG
Current assignee: Autoneum International AG
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: US20040201258A1; WO2001092063A1; CZ302166B6; ES2261406T3; EP1289800A1; DE60119096D1; CA2410621C; ATE324296T1; CZ20023351A3; EP1289800B1; JP2003534968A; CA2410621A1; PT1289800E; ZA200209675B; PL358890A1; BR0110639A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einsatzstück zur Versiegelung von Hohlräumen in Fahrzeugträgern, insbesondere von Fahrzeugsäulen, gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
Fahrzeuge jeglicher Art weisen Träger oder Stützen in Form von Hohlkörpern auf. Diese Träger sind in der Regel aus zwei geformten oder gepressten Blechteilen zusammengesetzt, welche derart im Fahrzeug angebracht sind, dass eine innere Fläche und eine äussere Fläche definiert werden. Um diese säulenförmigen Hohlkörper zu versteifen, wird in der Regel ein zusätzliches, drittes Blechteil im Innern dieser Hohlkörper angeordnet. Dadurch werden in den hohlen Trägern verschiedene Kavitäten gebildet. Diese Träger und Kavitäten führen dazu, dass Vibrationen und Geräusche durch das ganze Fahrzeug transportiert werden, welche den Komfort für die Passagiere beeinträchtigen, d.h. Vibrationen und Lärm im Fahrzeuginnern erzeugen.
Es werden deshalb in diese Hohlkörper Trennwände eingesetzt, um den Schalltransport zu verhindern und die Vibrationen zu dämpfen. Derartige Einsatzstücke sind dem Fachmann beispielsweise aus der EP 0 730 999 oder US 5,642,914 bekannt. US 5,642,914 beschreibt ein Einsatzelement gemäss Oberbegriff des Anspruch 1. Die in diesen Druckschriften beschriebenen Einsatzstücke weisen im Wesentlichen eine Trägerplatte auf, welche im Innern der Hohlkörper befestigt wird und an ihrer Peripherie ein schäumbares Material trägt, welches bei der Fahrzeugfertigung aufgeheizt wird und dabei aufschäumt. Damit wird eine Zwischenwand im Hohlkörper erzeugt. Diese Zwischenwände dienen zur Dämpfung der Vibrationen der Träger und wirken zudem auch schallisolierend, d.h. sie werfen den in diesen Trägern transportierten Schall wieder zurück. Die Befestigung dieser Einsatzstücke macht es erforderlich, dass in den Trägern Öffnungen eingebracht werden, durch welche geeignete Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben oder Clips, geführt werden können. Es zeigt sich, dass diese Öffnungen bei der Fahrzeugfertigung durch den Aufschäumprozess nicht vollständig abgedichtet werden, was die Wirksamkeit der Schallisolation dieser Zwischenwände und deren Wirksamkeit als Feuchtesperre beeinträchtigt.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Einsatzelement oder Einsatzstück zu schaffen, welches die Nachteile der bekannten Einsatzstücke überwindet. Insbesondere soll ein Einsatzstück zur Hohlraumversiegelung geschaffen werden, mit welchem die akustische Wirksamkeit dieser Teile verbessert wird. Darüber hinaus soll ein Einsatzstück geschaffen werden, welches in kostengünstiger Weise zu fertigen und einfach zu montieren ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Einsatzstück zur Hohlraumversiegelung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und insbesondere durch ein Einsatzstück, auf dessen Rahmen mindestens zwei seitlich und nicht unmittelbar benachbart angeordnete Stützflächen vorgesehen sind. Diese Anordnung ermöglicht das ungehinderte Aufschäumen im peripheren Bereich des Einsatzstücks und führt damit zu einer vollständigen Abdichtung, insbesondere im Bereich der Befestigungsmittel. Darüber hinaus führt diese Anordnung zu einer Erhöhung des mit Schaum ausgefüllten Flächenanteils des abzudichtenden Trägerquerschnitts.
Mindestens eine der Stützflächen ist als Clip ausgebildet. Diese Ausgestaltung erlaubt es, dass beim Aufschäumprozess der Clip vollständig umschäumt wird und damit die Öffnung zur Befestigung der Trägerteile ebenfalls vollständig versiegelt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die den Rahmen füllende Füllung des Trägerteils als Gitter ausgebildet und mit aufschäumbarem Material belegt. Dieses Gitter kann aus einem metallischen Material, insbesondere aus Stahlblech oder Aluminium bestehen, oder aus einem thermoplastischen Polymer, bspw. einem Polyamid oder einem Polypropylen gefertigt sein, welches allenfalls zur kontrollierten Bestimmung der Festigkeit mit Polybutadien versetzt sein kann. Diese Ausführungsform erlaubt es, das verhältnismässig teure Material für die Füllung durch ein billigeres Aufschäummaterial zu ersetzen. Diese Ausführungsform ist vorzugsweise derart gestaltet, dass sich beim Aufschäumen eine kompakte Füllung bildet, deren Haut geometrisch unregelmässig und geschlossenporig ist und damit zu einer weiteren Verbesserung der Schallisolationseigenschaften führt.
Als aufschäumbares Material eignet sich ein thermoplastisches Polymer, insbesondere ein Copolymer von Ethylen und Vinylacetat (PEVA), welchem Copolymer ein Treibmittel, insbesondere Azodicarbonamid und ein Vernetzer, insbesondere Dicumylperoxyd beigemischt ist. Dieses Material bildet beim Aufschäumen einen geschlossenzelligen Schaum, der nicht nur schallisolierend und schallabsorbierend wirkt, sondern sich auch als Feuchtesperre und luftdichte Versiegelung besonders gut eignet.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen weisen die Merkmale der Unteransprüche auf.
In einer weiteren Ausführungsform, weist das Befestigungsmittel ein Befestigungselement auf, welches aus der Randpartie des Einsatzstücks heraus ragt und entweder in einer dazu vorgesehenen Öffnung eingerastet werden oder als Gegenstück in einen Doppelclip eingesteckt werden kann.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Einsatzstücks sind dem Fachmann unmittelbar erkennbar und liegen insbesondere in der sicheren Abdichtung, der signifikanten Erhöhung der Schallabsorption und damit Verbesserung der akustischen Wirksamkeit, sowie in der kostengünstigen Fertigung und Montage.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt:
1 einen Querschnitt durch einen Fahrzeugträger mit einem eingesetzten Einsatzstück;
2 eine Detailansicht eines erfindungsgemässen Einsatzstückes;
3 ein Diagramm mit Schallabsorptionskurven.
1 zeigt einen Querschnitt durch einen Fahrzeugträger 4. Dieser Fahrzeugträger 4 weist ein erstes verformtes Blechteil 1 auf, welches eine äussere Fläche A bildet sowie ein zweites verformtes Blechteil 2, welches eine innere Fläche B bildet. Diese beiden Blechteile 1, 2 sind an ihren Rändern 3 miteinander verschweisst. Zur weiteren Versteifung des Fahrzeugträgers 4 ist in diesem Beispiel ein Zwischenblech 5 eingeschweisst, welches den Innenraum des Fahrzeugträgers 4 in eine äussere Kavität 6 und eine innere Kavität 7 unterteilt. Zur Versiegelung der äusseren Kavität 6 ist ein Einsatzstück 8 am Zwischenblech 5 befestigt. Dazu weist das Einsatzstück 8 ein Befestigungsmittel 9, insbesondere einen Clip, auf, das in eine Öffnung im Zwischenblech 5 greift. Das Einsatzstück 8 weist ein Trägerstück 10 auf, auf welchem ein aufschäumbares Dichtungsmaterial 11 angebracht ist. Um das aufschäumbare Dichtungsmaterial 11 in seiner Position zu halten, weist das Trägerstück 10 mindestens zwei nicht unmittelbar benachbart angeordnete Stützflächen 12 auf. Es ist wesentlich für die Lösung der gestellten Aufgabe, dass diese Stützflächen 12 nicht unmittelbar benachbart angeordnet sind, da sonst das aufschäumbare Dichtungsmaterial nicht frei aufschäumen kann und durchlässige oder undichte Stellen entstehen können. Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemässe Anordnung der Flächenanteil der mit Schaum belegten Kavitätsquerschnittsfläche wesentlich vergrössert, was die akustische Wirksamkeit erheblich verbessert.
In einer Weiterbildung dieses erfindungsgemässen Einsatzstückes ist das Befestigungsmittel 9 derart ausgebildet, dass sich daran ein weiteres Einsatzstück von der Gegenseite befestigen lässt.
2 macht die erfindungsgemässe Gestaltung des Einsatzstückes 8 deutlich. Das Trägerstück 10 umfasst im wesentlichen einen Rahmen 13 und eine Füllung 14. An dem Rahmen seitlich und nicht unmittelbar gegenüberliegend angeordnet sind Stützflächen 12 vorgesehen. Eine dieser Stützflächen ist als Befestigungsmittel ausgebildet und zeigt im Ausführungsbeispiel gemäss 2 die Form eines Clips 9. In dieser Figur ist ein Stück des Zwischenblechs 5 dargestellt, um die Funktionsweise des Clips 9 zu verdeutlichen. Über dem Rahmen 13 des Trägerstücks 10 liegt ein Band mit aufschäumbaren Dichtungsmaterial 11, welches von den Stützflächen 12 in Position gehalten wird. Diese Anordnung erlaubt es, dass beim Aufschäumprozess das Dichtungsmaterial den Clip 9 vollständig umschäumt und vollständig in die Öffnung des Zwischenbleches 5 für die Aufnahme des Befestigungsmittels 9 fliessen kann. Damit wird sichergestellt, dass diese Öffnungen beim Aufschäumen luft- und schalldicht verschlossen werden. In einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Einsatzstückes ist die Füllung 14 durch ein Gitter ersetzt, welches wiederum als Träger für ein aufschäumbares Dichtungsmaterial dient. Beim Aufschäumprozess wird dabei der Flächenanteil der mit Schaum belegten Kavitätsquerschnittsfläche weiter vergrössert, was die akustische Wirksamkeit, insbesondere die Schallabsorptionsfähigkeit erheblich verbessert. Darüber hinaus versteht es sich, dass das aufgeschäumte Material eine luftdichte Haut aufweist, um als Feuchtesperre dienen zu können. Der Akustikfachmann kann ohne weiteres erfinderisches Dazutun das erfindungsgemässe Einsatzstück derart dimensionieren, dass für die spezifische Verwendung eine Optimierung von akustischer Isolation und Absorption erreicht wird. Bei dieser Ausführungsform mit einer gitterartigen Füllung 14 des Trägerstücks 10 kann das für die Füllung benötigte Material, konventionellerweise Polyamid, wesentlich reduziert werden und kann deshalb das gesamte Einsatzstück kostengünstiger hergestellt werden, da das erfindungsgemäss verwendete aufschäumbare Material wesentlich günstiger ist als Polyamid. Eine gitterartige Füllung des Trägerstücks 10 erlaubt es auch, dieses aus kostengünstigem Polypropylen anstelle des konventionellerweise verwendeten Polyamids zu fertigen. Obwohl Polypropylen einen tieferen Schmelzpunkt als Polyamid aufweist und deshalb als Trägerstückmaterial nicht geeignet ist, kann es für eine gitterartige Füllung verwendet werden, da die für den Aufschäumprozess benötigte Temperatur von 160°C bis 200°C durch das aufschäumende Material 11 wieder gesenkt wird.
Die in 3 gezeigten Kurven sind Ergebnisse einer Vergleichsmessung. Dabei wurde ein konventionelles Einsatzstück mit einer geschlossenen Füllung 14 und einer nutförmigen Stützflächenanordnung in einem Impedanzrohr nach D45 5430 gemessen. Die erhaltene Messkurve C zeigt, dass der Wert des Absorptionskoeffizienten für Frequenzen unterhalb 3150 Hz kleiner als 0.1 ist und für Frequenzen im Bereich zwischen 3150 bis 5000 Hz ein Maximum von 0.23 erreicht. Die Messkurve D für ein erfindungsgemässes Einsatzstück zeigt demgegenüber ein deutlich verbessertes Absorptionsverhalten bei Frequenzen oberhalb 1250 Hz, d.h. weist in diesem Bereich einen Absorptionskoeffizienten von ca. 0.58 auf. Durch eine Erhöhung des mit Schaum gefüllten Flächenanteils lässt sich der Absorptionskoeffizient auch auf einen Wert von ca. 0.8 verbessern. Diese Vergleichsmessung macht deutlich, dass durch die besondere Gestaltung des Trägerstücks 10 und der dadurch erzielten Erhöhung des mit Schaummaterial gefüllten Flächenanteils der versiegelten Querschnittsfläche die akustische Absorption wesentlich verbessert wird, ohne dabei die akustische Isolation zu vermindern.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als aufschäumbares Material ein thermoplastisches Polymer verwendet, insbesondere ein Copolymer von Ethylen und Vinylacetat (PEVA), welchem Copolymer ein Treibmittel, insbesondere Azodicarbonamid und ein Vernetzer, insbesondere Dicumylperoxyd beigemischt ist. Dieses Material bildet beim Aufschäumen einen geschlossenzelligen Schaum, der sich als Feuchtesperre und luftdichte Versiegelung besonders gut eignet.

Claims

Einsatzelement (8) zur Versiegelung von Hohlräumen (6, 7) in Fahrzeugträgern mittels eines Schäumungverfahrens, insbesondere von Fahrzeugsäulen (4), mit Mitteln zur Abdichtung mit einem aufschäumbaren Material (11) und mit Mitteln (9) zur Befestigung derselben in den Hohlräumen (6, 7), wobei das Einsatzelement (8) ein Trägerstück (10) für das aufschäumbare Material (11) umfasst, welches Trägerstück (10) einen Rahmen (13) und eine Füllung (14) aufweist, wobei der Rahmen (13) mindestens zwei seitlich und nicht unmittelbar gegenüberliegend angeordnete Stützflächen (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Stützflächen (12) als Befestigungsmittel (9), insbesondere als Clip, ausgebildet ist, welche Befestigungsmittel (9) derart angeordnet sind, dass das aufschäumbare Material (11) den Clip während des Schäumungsverfahrens vollständig einhüllt und somit in eine Öffnung zur Aufnahme der Befestigungsmittel (9) fliesst, um sicher zu stellen, dass diese Öffnung gegen Luft und Geräusche undurchdringlich versiegelt ist.
Einsatzstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Clip als Doppelclip ausgebildet ist.
Einsatzstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung (14) des Trägerstücks (10) gitterförmig ausgebildet ist.
Einsatzstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Füllung (14) des Trägerstücks (10) aus einem metallischen Material oder aus Polypropylen besteht.
Einsatzstück nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung (14) mit einem aufschäumbaren Material belegt ist, welches mindestens die Füllung (14) nach einem Aufschäumprozess vollständig schliesst.
Einsatzstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das aufschäumbare Material (11) aus einem thermoplastischen Polymer, beispielsweise ein Copolymer von Ethylen und Vinylacetat (PEVA), gebildet ist, welchem Copolymer ein Treibmittel, zum Beispiel Azodicarbonamid und ein Vernetzer, zum Beispiel Dicumylperoxyd, beigemischt sind.