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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Innenverkleidungselement für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft insbesondere einen Dachhimmel eines Kraftfahrzeugs.
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In derzeitigen Fahrzeughimmeln kommen aufgrund der Steifigkeitsanforderungen an den Fahrzeughimmel zur Erzielung der selbsttragenden Eigenschaft des Fahrzeughimmels Polyurethan-(PU)-Schaumträgerplatten (in der Regel 4 bis 10 mm dick) mit Glasfaserschichten zum Einsatz. Dieses Sandwich weist einen hohen Strömungswiderstand auf. Durch den hohen Strömungswiderstand ist eine Schallabsorption durch zum Beispiel nachfolgende Schaumelemente nicht möglich.
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Aus der
WO 2011/088871 A2 sind ein Sandwichbauteil, insbesondere ein Fahrzeughimmel und das Herstellungsverfahren hierfür bekannt. Das Sandwichbauteil umfasst einen Wabenkern aus Cellulose-Material mit einer Vielzahl von Stegen und mindestens eine Deckschicht aus faserverstärktem Halbzeug mit thermoplastischer Kunststoffmatrix. Eine Dekorschicht ist über zumindest einer Deckschicht vorgesehen.
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Aus der
DE 10152759 B4 ist ein Verkleidungselement für den Innenraum eines Fahrzeugs, insbesondere ein Dachhimmel, bekannt, das innenraumseitig mit einem textilen, luftdurchlässigen Flächengebilde verkleidet ist. Hier ist zwischen einer karosserieseitigen, luftundurchlässigen Sperrschicht und einem plattenförmigen Bauteil ein luftdurchlässiger Absorptionskörper, insbesondere aus Polyurethan- oder Polyesterschaum, angeordnet. Der Absorptionskörper ist dabei mindestens einseitig mit einem Vliesmaterial, insbesondere Glasfaservlies, kaschiert.
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Des Weiteren sind aus der
DE 19910274 A1 ein Dachaufbau für Fahrzeuge und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Der Dachaufbau besteht aus mindestens einer Trägerkomponente und mindestens einer Absorberkomponente und dem Dachteil der Karosserie. Die Trägerkomponente umfasst einen Vliesstoff aus Polyesterfasern. Die Absorberkomponente wird aus mit Folie abgedeckten Faserabsorbern aus Schaum- oder Vliesstoff gebildet. Es kommt zusätzlich eine Zwischenschicht und/oder Dekorschicht zum Einsatz.
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Um die Schallabsorption derartiger aus dem Stand der Technik bekannter Innenverkleidungselemente oder Fahrzeughimmel wirksam zu gestalten, muss der aus Polyurethan (PU) bestehende Kern luftdurchlässig gestaltet werden. Auch die zur Versteifung auf den PU-Kern aufgebrachten Glasfasermatten müssen entsprechend luftdurchlässig sein, damit der Fahrzeughimmel eine wirksame akustische Absorptionaufweist. Dazu werden die aus dem PU-Kern und den darauf aufgebrachten Fasermatrix-Matten bestehenden Formkörper herkömmlicher Fahrzeughimmel nach dem Zusammenfügen zu einem Sandwich durch Lochen, Stanzen oder Perforieren bearbeitet. Dieser zusätzliche Bearbeitungsschritt erhöht nicht nur die Herstellungskosten, sondern reduziert zudem die Gesamtsteifigkeit eines derartigen Sandwich-Bauteils. Weiterhin werden in einigen Fällen aus einem aufgeschäumten PU-Klotz einer Produktion Bereiche mit einem hinsichtlich der Luft-Durchströmung geringen Strömungswiderstand zur Weiterverarbeitung als PU-Kern für derartige Innenverkleidungselemente oder Fahrzeughimmel ausgewählt. Da in der Praxis jedoch nur etwa ein Drittel eines produzierten PU-Klotzes einen dafür geeigneten geringen Strömungswiderstand aufweist, sind etwa zwei Drittel eines solchen PU-Klotzes aus akustischer Sicht nicht gut nutzbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Innenverkleidungselement so auszugestalten, dass es besonders wirksame akustische Absorption aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das Innenverkleidungselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass das Kernelement aus einem wabenartigen Material gebildet ist, dessen Waben an der Oberseite und an der Unterseite des Kernelements offen sind, und dass die zumindest eine Decklage von einem Fasermatrix-Material gebildet und luftdurchlässig, beispielsweise porös, ist.
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Eine solche Sandwichkonstruktion aus einem Wabenkern in Kombination mit einer offenporigen Faserschicht weist die geforderte Luftdurchlässigkeit der gesamten Sandwichkonstruktion auf, ohne dass es dazu eines zusätzlichen Bearbeitungsschritts (Lochen, Stanzen oder Perforieren) bedarf.
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Vorzugsweise ist die Oberseite und die Unterseite des Formteils jeweils mit zumindest einer luftdurchlässigen Decklage aus einem Fasermaterix-Material gebildet. In dieser Kombination aus Wabenkern und luftdurchlässigen Faser-Prepregs ist auch der Strömungswiderstand deutlich reduziert, ohne dass die Steifigkeit des Gesamt-Sandwichs dadurch beeinträchtigt wird.
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Die luftdurchlässige Decklage ist besonders bevorzugt aus gitterförmigem Fasermaterix-Material-Halbzeug gebildet. Diese Variante bringt ohne Beeinträchtigung der Steifigkeit des Gesamtsandwichs eine spürbare Gewichtsreduzierung mit sich.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die luftdurchlässige Decklage aus duroplastischem Fasermaterix-Material-Halbzeug gebildet.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist die luftdurchlässige Decklage aus thermoplastischem Fasermaterix-Material-Halbzeug gebildet.
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Die Fasern des Fasermaterix-Materials können auch als Faser-Bündel ausgebildet sein. Die Anbindung der Fasern beziehungsweise die dafür verwendete Klebstoffmenge ist so auszulegen, dass das gebildete Gesamtsandwich luftdurchlässig, zum Beispiel porös, bleibt.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass das Fasermatrix-Material Glasfasern und/oder Kohlefasern aufweist. Die Kohlefasern werden dabei bevorzugt aus Kohlefaser-Recyclat gewonnen. Das Kohlefaser-Recyclat kann entweder Kohlefasern aufweisen, die ”trocken” sind, also noch nicht mit einem Matrix-Material in Kontakt geraten sind, wie dies beispielsweise der Fall ist bei Verschnittmaterial, das bei der Herstellung von Kohlefaser-Formteilen anfällt, das Kohlefaser-Recyclatmaterial kann aber auch über einen Recyclingprozess bereits verarbeiteter Kohlefasern gewonnen werden.
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Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn auf der vom Kernelement abgewandten Seite der oberen Decklage ein Schallabsorber vorgesehen ist, der vorzugsweise einen Absorptionsschaum aufweist. Ein solcher Schallabsorber schluckt den Luftschall der in den Wabenkern eintretenden und durch diesen hindurchtretenden Luft, so dass durch diese vorteilhafte Weiterbildung die akustischen Absorptionseigenschaften des Innenverkleidungselements wesentlich verbessert werden.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn auf der von der oberen Decklage abgewandten Seite des Schallabsorbers direkt oder mit Abstand vom Schallabsorber eine luftundurchlässige Abschlussschicht vorgesehen ist. Diese luftundurchlässige Abschlussschicht verhindert, dass in die offenporige Sandwich-Konstruktion auf der Unterseite eintretende akustisch schwingende Luft auf der Oberseite austritt und sorgt somit dafür, dass dieser Luftschall im Schallabsorber wirksam absorbiert wird.
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Zur Verbesserung der optischen Gestaltung kann vorteilhafterweise auf die vom Kernelement abgewandte Seite der unteren Decklage eine luftdurchlässige Dekorschicht aufgebracht sein. Diese ist vorzugsweise auf die luftdurchlässige untere Decklage aufkaschiert.
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Die Erfindung ist auch auf ein Fahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen Innenverkleidungselement gerichtet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:
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1 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Innenverkleidungselement und
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2 eine gitterförmige Decklage in schematischer Darstellung.
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1 zeigt in schematischer Weise einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß aufgebautes Innenverkleidungselement 1, nämlich einen Dachhimmel, in einem nicht näher dargestellten Fahrzeug 2. Von dem Fahrzeug 2 ist lediglich das Fahrzeugdach 20 schematisch dargestellt. Das Innenverkleidungselement 1 ist in dem von der Fahrzeugaußenseite A abgewandten Fahrzeuginnenraum I mit Abstand zur Außenhaut 20' des Fahrzeugdachs 20 auf dem Fachmann allgemein bekannte Weise angeordnet.
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Das als Sandwich-Element aufgebaute Innenverkleidungselement 1 ist in 1 zur Vereinfachung des Verständnisses mit voneinander separierten Schichten des Sandwich-Aufbaus gezeigt. In der Realität sind diese einzelnen Schichten des Sandwich-Aufbaus miteinander verbunden.
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Der Sandwich-Aufbau des Innenverkleidungselements 1 weist ein Kernelement aus wabenartigem Material, beispielsweise einem Honigwabenmaterial aus Papier, aus Kunststoff (z. B. Polypropylen) oder aus Leichtmetall, auf. Dieses wabenartige Kernelement 10 ist mit einer zur Karosseriewandung, hier zum Fahrzeugdach 20, weisenden Seite, hier der Oberseite 11, sowie einer von der Karosseriewandung (Fahrzeugdach 20) weg weisenden Seite, hier der Unterseite 12, versehen. Die Waben des wabenartigen Kernelements 10 sind an der Oberseite 11 und an der Unterseite 12 des Kernelements 10 offen.
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Im gezeigten Beispiel sind sowohl die Oberseite 11 als auch die Unterseite 12 des Kernelements 10 mit einer Decklage 14 beziehungsweise 16 versehen, die aus einem Fasermatrix-Material gebildet und luftdurchlässig ist. Diese Decklagen 14, 16 sind mit der zugeordneten Seite 11, 12 des Kernelements 10 zur Bildung eines Sandwich-Aufbaus fest verbunden.
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Auf der vom Kernelement 10 abgewandten Seite der unteren Decklage 16 ist eine luftdurchlässige Dekorschicht 18 vorgesehen. Diese luftdurchlässige Dekorschicht 18 ist auf die untere Decklage 16 fest aufgebracht, beispielsweise aufkaschiert.
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Auf der vom Kernelement 10 abgewandten Seite der oberen Decklage 14 ist ein Schallabsorber 17 vorgesehen. Dieser Schallabsorber 17 weist Schall-Absorptionsschaum auf oder ist aus einem solchen Schaum gebildet. Der Schallabsorber 17 liegt entweder fest auf der oberen Decklage 14 auf oder ist mit dieser verbunden, beispielsweise verklebt, insbesondere partiell verklebt, oder er ist mit Abstand zur oberen Decklage 14 angeordnet.
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Auf der von der oberen Decklage 14 abgewandten Seite des Schallabsorbers 17 ist eine luftundurchlässige Abschlussschicht 19 vorgesehen. Diese Abschlussschicht ist entweder unmittelbar auf die von der oberen Decklage 14 abgewandte Seite des Schallabsorbers 17 aufgebracht, beispielsweise aufkaschiert, oder sie ist in einem Abstand vom Schallabsorber 17 angeordnet.
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Die jeweilige Decklage 14, 16 weist Glasfasern und/oder Kohlefasern auf, die aus einem Kohlefaser-Recyclat gewonnen werden und die vorwiegend Kohlenstoff-Langfasern oder vorwiegend Kohlenstoff-Kurzfasern oder ein Gemisch von beiden Faser-Arten aufweisen. Die Kohlenstoff-Langfasern weisen eine Länge von 30 mm bis 70 mm, vorzugsweise von 40 mm bis 60 mm, weiter vorzugsweise von 50 mm auf. Die Kohlenstoff-Kurzfasern weisen eine Länge von 10 mm bis 30 mm, vorzugsweise von 20 mm auf.
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Die Decklage kann entweder als vorgefertigtes Fasermatrix-Material-Halbzeug vorgesehen sein, welches mit der betreffenden Seite 11, 12 des Kernelements 10 verbunden, beispielsweise verklebt, ist. Ein solches Fasermatrix-Material-Halbzeug ist beispielsweise ein Kohlefaser-Prepreg oder ein Kohlefaser-Organoblech, das als flächiges Halbzeug-Bauteil oder als gitterförmiges Halbzeug-Bauteil (Kohlefaser-Gitterprepreg oder Kohlefaser-Gitterorganoblech) ausgebildet sein kann. Die gitterförmige Variante führt zu einer Reduzierung des Strömungswiderstandes (in Durchströmungsrichtung des Sandwich-Aufbaus) gegenüber einer Variante mit flächigen Decklagen. Zusätzlich wird eine Gewichtsersparnis gegenüber der Variante mit flächigen Decklagen erzielt.
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Alternativ kann das Fasermatrix-Material der jeweiligen Decklage 14, 16 auch Kohlefaser-Bündel (Kohlefaser-Rovings) als Kurzfaser- oder Langfaser-Bündel aufweisen, die im Herstellungsprozess des Innenverkleidungselements auf die entsprechende Seite 11, 12 des Kernelements 10 aufgestreut und mit einem entsprechenden Matrixmaterial mit dem Kernelement 10 verklebt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der jeweiligen Decklage 14, 16 ist in 2 dargestellt, wo als Beispiel eine Draufsicht auf die untere Decklage 16 in Richtung des Pfeils II in 1 dargestellt ist. Die Decklage 16 besteht aus einem gitterförmigen Fasermatrix-Material-Halbzeug, beispielsweise aus einem Kohlefaser-Gitter-Prepreg oder aus einem Kohlefaser-Gitter-Organoblech. Dieses gitterförmige Halbzeug-Bauteil verleiht der jeweiligen Decklage 14, 16 die erforderliche mechanische Stabilität durch die gitterartige Struktur des Fasermatrix-Materials, wobei zwischen den einzelnen Gittensträngen 16', 16'' Öffnungen 16''' vorgesehen sind, die dieses gitterförmige Halbzeug-Bauteil luftdurchlässig machen.
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Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
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Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/088871 A2 [0003]
- DE 10152759 B4 [0004]
- DE 19910274 A1 [0005]
