Verwendung eines flächigen Mehrschichtverbundsystems als Bauteil im Motorinnenraum eines Kraftfahrzeugs

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Mehrschichtverbundsystems als Bauteil oder als Bauteilkomponente im Motorinnenraum eines Kraftfahrzeugs.

Neben einer ansprechenden Gestaltung der Karosserie und dem Design des Innenraums eines Kraftfahrzeugs gewinnt die optische Gestaltung des Motorinnenraums zunehmend an Bedeutung. Durch geeignete optische Stilelemente soll auch in diesem Bereich ein hochwertiger, exklusiver Eindruck vermittelt werden. Darüber hinaus sollen Motorinnenraumbauteile häufig eine Schallschutz- und eine Hitzeschildfunktion übernehmen, und zwar unabhängig von der jeweiligen Bauteilgröße. Geeignete Bauteile haben dabei in der Weise gestaltet zu sein, daß eine hochwertige Optik auch unter aggressiven thermischen und mechanischen Bedingungen, selbst bei Dauerbelastung, nicht verloren geht.

Derzeitige Lösungen favorisieren hinterspritzte Mehrschichtfoliensysteme mit einer in metallischer Farbe eingefärbten Deckschicht aus einem polymeren Material (s.a. Folienhintersprit- zen geht unter die Haube, G. Fischer und M. Wilmsen, Kunststoffberater 2/2002, 45. Jahrgang, Giesel Verlang, Isernhagen). Derartige Mehrschichtfoliensysteme, wie das sogenannte PFM ^® -System der BASF, sind z.B. der DE 103 06 358 Al und DE 199 28 774 Al zu entnehmen. Hierbei wird üblicherweise ein Foliensystem, umfassend eine Folienträgerschicht, beispielsweise aus einem Styrolcopolymeren, eine eingefärbte Polymethylmethacrylatdeck- schicht und eine Polymethylmethacrylatschutzschicht, mit einem geeigneten Polymermaterial hinterschäumt oder hinterspritzt. Derartige polymere Mehrschichtverbundsysteme sind aber noch stets sehr temperaturempfindlich und finden daher häufig nur bei der Herstellung von Karosserieaußenteilen Verwendung.

Um einen akustisch wirksamen Hitzeschutzschild für den Motorinnenraum zu erhalten, ist gemäß der DE 102 39 631 Al eine feuerhemmende Beschichtung zu wählen, die sich zusammensetzt aus 40 bis 90 Gew.-% eines keramischen Klebstoffs, 5 bis 50 Gew.-% an keramischen Mikrohohlkugeln mit einer Korngröße im Bereich von 0,1 bis 3 mm und 0,1 bis 10 Gew.-% eines unter Wärmeeinwirkung expandierenden Treibmittels. Dieses Isolierbauteil liegt vorzugsweise auf einer Schaumstofflage aus offenporigem Melaminharzschaum vor, welche mit einer sogenannten Sperrschicht eines thermoplastischen Polymers hinterspritzt ist. Derartige Systeme sind komplex im Aufbau, aufwendig herzustellen und liefern ein optisch nicht sehr hochwertiges Erscheinungsbild.

Ein eine Dekorschicht aufweisendes Trennwandmodul für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs hat gemäß der DE 20 2004 011 483 Ul eine bedruckte Folie als Dekorschicht und eine mittels Hinterpressens gefertigte glasfaser- oder langfaserverstärkte Thermoplastschicht zu umfassen. Diesem Dokument sind keine Hinweise auf mögliche Anwendungen im Motorinnenraum zu entnehmen.

Aus der DE 100 14 046 Al geht ein Schichtverbundmaterial aus einer thermoplastischen Trägerlage, einer darauf angeordneten Zwischenlage und einer auf dieser Zwischenlage aufgebrachten Dekorschicht hervor. Die Dekorschicht hat aus einem verchromten Metall zu bestehen. Optional kann auf der Dekorschicht aus verchromtem Metall eine hitzegehärtete Schicht aufgebracht sein. Gemäß der DE 100 14 046 Al gelingt eine dreidimensionale Verformung der Dekorschicht vorteilhafterweise nach vorangegangener Wärmebehandlung bei Temperaturen im Bereich von 150 bis 300°C. Derartige Verbundsysteme sollen mit Hilfe des Spritzgießens bzw. Hinterspritzens zugänglich sein. Die DE 100 14 046 Al schlägt allerdings für die beschriebenen Schichtverbundmaterialien durchgehend kleinteilige Bauteilanwendungen vor. Es werden eine Toast-Haube, ein lichtdichtes Gehäuse für eine elektrische Zahnbürste, der Aufbau eines bruchsicheren Spiegels, der Aufbau eines Gehäuses/Reflektors für Leuchten und der Aufbau eines elektromagnetisch abgeschirmten Gehäuses beschrieben. Weitergehend findet sich in diesem Dokument allenfalls der Hinweis, daß die offenbarten Schichtverbundmaterialien als isolierendes Teil eines Haushaltsgeräts, eines Möbelstücks oder eines Formteils in der Elektro-, Bau- oder Automobilindustrie oder im Gesundheitsbereich eingesetzt werden können. Zusätzliche Angaben sind diesem Dokument an keiner Stelle zu entnehmen.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Bauteile zu finden, die für den Motorinnenraum geeignet sind, wärme- und/oder schallisolierend wirken und darüber hinaus auch unter Dauerbelastung eine qualitativ äußerst hochwertig anmutende Optik bereitstellen.

Demgemäß wurde die Verwendung eines flächigen Mehrschichtverbundssystems gefunden, umfassend mindestens eine Trägerschicht aus mindestens einem geschäumten oder unge- schäumten thermoplastischen, duroplastischen oder elastomeren Polymeren mit einer ersten Oberfläche und einer dieser ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche und mindestens eine mit der ersten und/oder zweiten Oberfläche der Trägerschicht zumindest bereichsweise haftend verbundene Metallschicht, als Bauteil im Motorinnenraum eines Kraftfahrzeugs oder als Komponente eines solchen Bauteils.

Hierbei ist insbesondere vorgesehen, daß das Bauteil eine Akustikabdeckung, eine Designabdeckung, eine Ladeluftleitung, eine Zylinderkopfabdeckung, eine Reinluftleitung, einen Resonator, eine Elektroleitungummantelung, eine Ansauganlage oder einen Luftfilterkasten oder eine Komponente hiervon darstellt.

Insbesondere bevorzugt ist, daß die die Trägerschicht bildenden geschäumten oder unge- schäumten duroplastischen, thermoplastischen oder elastomeren Polymere mit Fasern- und/oder Füllstoffen verstärkt sind. Geeignete Füllstoffe umfassen z.B. Bariumsulfat, Magnesiumhydroxid, Talkum, Flachs, Kreide und Mischungen hiervon. Unter den geeigneten Fasern seien Glasfasern, beschichtete Glasfasern, Lang- und Kurzglasfasern, Glaskugeln und deren Mischungen genannt. Selbstverständlich kann das Material der Trägerschicht übliche Zusatzstoffe wie Licht-, UV- und Wärmestabilisatoren, Pigmente, Ruße, Gleitmittel, Flammschutzmittel und/oder Treibmittel enthalten. Selbstverständlich können die Trägerschichten auch unverstärkt bzw. ohne irgendein Füllstoffinaterial eingesetzt werden, ohne daß konkreten Anwendungen hierdurch Beschränkungen auferlegt würden.

Als thermoplastische Polymere kommen für die Trägerschicht beispielsweise Polypropylen, Polyethylen, Polyvinychlorid, Polysulfone, Polyetherketone, Polyester, Polycycloolefine, Po- lyarcylate und Polymethacrylate, Polyamide, Polycarbonat, Polyurethane, Polyacetale, z. B. POM, Polybutylenterephthalate, Polystyrole, Polyphenylenether und Styrolcopolymere, wie ABS, ASA und SAN, in Betracht. Die vorangehend genannten thermoplastischen Polymere, auch in faserverstärkter bzw. füllstoffhaltiger Form, sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und kommerziell erhältlich. Besonders bevorzugt wird für die Trägerschicht auf Polyolefine

wie Polyethylen und insbesondere Polypropylen zurückgegriffen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfaßt die Bezeichnung Polypropylen sowohl Homo- als auch Copolymere des Propylens. Für die Herstellung von beispielsweise Polypropylen kann sowohl auf Ziegler- Natta-Katalysatorsysteme als auch auf solche auf der Basis von Metallocenverbindungen zurückgegriffen werden.

Die Herstellung geschäumter Thermoplaste ist dem Fachmann hinlänglich bekannt. Exemplarisch sei auf die DE 1 669 733 US sowie die DE 698 23 091 D2 verwiesen.

Als duroplastische Polymere kommen beispielsweise solche in Betracht, die durch Polykon- sensation von Formaldehyd-Formmassen, z.B. Harnstoff-Formaldehyd, erhalten werden. Ferner geeignet sind ungesättigte Polyesterharze, Epoxidharze, Phenolharze, Aminoplastharze, Polyurethanharze, Melaminharze, beispielsweise Melamin-Phenolharz-, Melamin- Polyesterharz- und Melamin-Formaldehyd-Formstoffe, Siliconharze und Vinylesterharze, beispielsweise Phenylacrylatharze und Vinylesterurethane.

Für die Herstellung geschäumter duroplatischer Polymere kann auf bekannte Verfahren zurückgegriffen werden. Die Herstellung erfolgt beispielsweise in Gegenwart von physikalischen oder chemischen Treibmitteln.

Geeignete elastomere Polymere umfassend beispielsweise natürliche und synthetische Kautschuke sowie Polymerisate aus konjugierten Dienen, z.B. Isopren, Butadien oder Chlor- Butadien, sowie Copolymerisate aus konjugierten Dienen und Vinylderivaten, wie Styrol und Acrylnitril. Exemplarisch seinen Naturkautschuk, Isoprenkautschuk, Butadienkautschuk, Chloroprenkautschuk, Styrolbutadienkautschuk (SBR), Nitrilbutadienkautschuk (NBR), auch in hydrierter Form, Ethylen-Propylen-(Dien)-Kautschuk (EPM, EPDM), Ethylenvinylacetat- Kautschuk und Silikon- sowie Flüssigsilikonkautschuk genannt. Ferner sind als elastomere Polymere die zur Klasse der thermoplastischen Elastomere gehörenden Substanzen mit umfaßt. Hierbei handelt es sich im allgemeinen um Pfropf- oder Copolymere mit thermoplastischen und elastomeren Sequenzen, die miteinander im allgemeinen unverträglich sind und sich demgemäß lokal entmischen. Hierbei bilden sich harte thermoplastische Sequenzblöcke, die in einer kontinuierlichen Matrix aus weichen Elastomersequenzen vorliegen. Diese weichen elastomeren Sequenzen befinden sich im allgemeinen bei Gebrauchstemperatur oberhalb ihrer Glastemperatur, die harten thermoplastischen Sequenzen hingegen unterhalb ihrer Glasbzw. Schmelztemperatur.

Thermoplastische Polyamidelastomere umfassen beispielsweise Blockcopolymere mit harten Polyamidblöcken und weichen Polyether- und/oder Polyesterblöcken. Thermoplastische Co- polyesterelastomere basieren im allgemeinen auf Blockcopolymeren aus Weichsegmenten aus Polyalkylenetherdiolen und/oder langkettigen aliphatischen Dicarbonsäureestern mit teilkristallinen Polybutyleneterephthalatsegmenten. Bei Polyolefinelastomeren handelt es sich zumeist um Blends auf der Basis von isotaktischem Polypropylen und Ethylen-Propylen- Kautschuken (EPDM). Bei thermoplastischen Polystyrolelastomeren (TPS), üblicherweise mittels anionischer Polymerisation hergestellt, liegen Blöcke aus Styrol und Butadien sowie gegebenenfalls nochmals aus Styrol vor. Thermoplastische Polyurethanelastomere können durch Polyaddition langkettiger Diole, wie 1,4-Butandiol oder 1,6-Hexandiol, Polyetherdio- len, Polyesterdiolen oder Polycarbonatdiolen, mit aliphatischen Diisocyanaten, beispielsweise HDI oder IPDI, gewonnen werden. Die Herstellung geschäumter Elastomere bzw. geschäumter thermoplastischer Elastomere ist dem Fachmann hinlänglich bekannt, beispielsweise aus der EP 406 227 A2.

Die Trägerschicht kann beispielsweise durch Hinterschäumen, Hinterspritzen oder thermisches Verpressen mit der Metallschicht erhalten werden. Besonders bevorzugt ist hierbei, das flächige Mehrschichtverbundsystem mittels Hinterspritzens mit, insbesondere faser- und/oder füllstoffhaltigen, thermoplastischen Polymeren herzustellen.

Besonders bevorzugte Anwendungen zeichnen sich dadurch aus, daß das Mehrschichtverbundsystem über eine Metallschicht verfügt, die erhabene und/oder eingelassene Bereiche aufweist.

Indem mit einer dreidimensional strukturierten Metallschicht gearbeitet wird, kann diese sowohl über Segmente verfügen, die dem Motorinnenraum zugewandt sind, als auch solche, die auf der dem Motorinnenraum abgewandten Seite der Trägerschicht angebracht vorliegen. Für diese Ausführungsform kann beispielsweise auf ein einstückiges Metallbauteil zurückgegriffen werden. Alternativ kann selbstverständlich auch mit zweien oder einer Vielzahl an Metallschichtbauteilen gearbeitet werden. Diese sind dann je nach funktioneller Erforderlichkeit unterhalb, d.h. dem Motorinnenraum zugewandt, oder oberhalb der Trägerschicht anzubringen. Auf diese Weise wird nicht nur dem Designer ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit ermöglicht, sondern es kann auch allen technischen Erfordernissen in vollem Umfang Rechnung getragen werden.

Die Designvielfalt bzw. - freiheit, die das flächige Mehrschichtverbundsystem der vorliegenden Erfindung zuläßt, ermöglicht erstmalig auch sehr anspruchsvolle, komplexe Anwendungen im Motorinnenraum zu verwirklichen. Beispielsweise ist es nicht nur möglich, ohne weiteres Schriftzüge, Logos oder andere konturenscharfe Designelemente kenntlich zu machen, sondern gleichzeitig kann das Mehrschichtverbundsystem als Schallschutz und auch Hitzeschild dienen. Diese Funktionen werden bislang nur durch jeweils separat hierfür vorgesehene Bauteile erfüllt. So ist es jetzt unter anderem möglich, eine Motorabdeckung zur Verfügung zu stellen, die sowohl auf der Sichtseite eine Metallschicht aufweist, vorzugsweise designerisch ausgeformt, als auch auf der Rückseite, wo sie als Hitzeschild dient. Dabei können ober- und unterseitige Metallschichten in einer Ausführungsform beidseitig auf der Trägerschicht vorliegen. In einer weiteren Ausgestaltung können ober- und unterseitig vorliegende Metallschichten überhaupt keine überlappenden Bereiche aufweisen. Selbstverständlich sind auch teilweise überlappende Bereiche von oben- und unterseitig auf einer Trägerschicht angebrachten Metallschichten möglich.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Trägerschicht nebeneinander geschäumte oder ungeschäumte thermoplastische, duroplastische und/oder elastomere Segmente, z.B. thermoplastische und geschäumte duroplastische Segmente. Während die geschäumten Segmente der Trägerschicht beispielsweise in solchen Bereichen mit der Metallschicht verbunden sind, die in besonderem Maße Schall absorbieren sollen, kann das ungeschäumte thermoplastische Segment der Trägerschicht konstruktive Funktion übernehmen. Ein weiterer Vorteil der im Sinne der vorliegenden Erfindung eingesetzten flächigen Mehrschichtverbundsysteme ergibt sich dadurch, daß die hieraus hervorgehenden Bauteile im Motorinnenraum unproblematisch und trotzdem zuverlässig eingebaut werden können, beispielsweise mit Hilfe von Klippverbindungen. Aufwendige Schraub- oder Nietverbindungen können somit entfallen.

Insbesondere wenn sehr ausgeprägte erhabene oder eingelassene Bereiche gefordert werden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Metallschicht vor dem Hinterspritzen, Hinterschäumen oder Hinterprägen in einem separaten Arbeitsgang vorzuprägen. Dieses kann beispielsweise auch in dem Hinterspritz-, Hinterschäum- oder Hinterprägewerkzeug geschehen.

Für die Metallschicht kann auf alle gängigen Metalle zurückgegriffen werden, beispielsweise Edelstahl, Eisen, Kupfer, Nickel, Zinn, Zink oder Legierungen dieser Metalle.

Die Metallschicht weist üblicherweise eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 1,5 mm auf. Demgemäß kann auf alle geeigneten Metallbleche und Metallfolien, insbesondere auch Aluminiumfolien, zurückgegriffen werden. Ferner seien als konkrete Anwendungen ebenfalls Stahlbzw. Edelstahlbleche und Kupferfolien genannt. Selbstverständlich kommen insbesondere für anspruchsvolle Designanwendungen auch verchromte Metallschicht oder solche mit einem chromähnlichen Erscheinungsbild in Betracht.

ökologisch vorteilhaft ist, daß für die Trägerschicht ohne weiteres auch auf Rezyclate, zumindest anteilig, zurückgegriffen werden kann.

Eine Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung sieht ferner vor, daß die Metallschicht zumindest bereichsweise mindestens eine Schutzschicht aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine hitzegehärtete Schicht handeln. Als Materialien hierfür kommen unter anderem Acrylharze, Phenolharze, Melaminharze und Harnstoffharze, beispielsweise in Form eines mit diesem Material getränkten Papiers, das durch Druck- und Hitzeeinwirkung während der Herstellung des Schichtverbundsmaterials vernetzt wird, in Betracht. Für die erfindungsgemäße Anwendung kann die Schutzschicht ohne weiteres sehr selektiv und damit materialsparend aufgebracht werden. Beispielsweise reicht zur Temperaturabschirmung die Metallschicht als solche bereits völlig aus.

Insbesondere um die Anbindung zwischen der Trägerschicht und der Metallschicht zu erhöhen, kann zwischen diesen eine Haftschicht als Zwischenlage vorgesehen sein. Als Materialen für diese Haftschicht kommen z.B. die bereits vorangehenden beschriebenen thermoplastischen Polymere in Frage. Besonders bevorzugt sind Polypropylen, Polyethylen, Styrolcopo- lymere, Polyoxymethylen und Polybutylenterephthalat.

Das beschriebene Mehrschichtverbundsystem weist üblicherweise eine Dicke im Bereich von 1 bis 4 mm auf. Selbstverständlich lassen sich auch ohne weiteres Dicken im Bereich von 1 bis 3 mm realisieren.

Der vorliegenden Erfindung lag die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß die geschilderten flächigen Mehrschichtverbundssysteme, enthaltend eine polymere Trägerschicht und eine Metallschicht in Form einer Folie oder eines Metallblechs, als Bauteile bzw. Bauteilkomponenten für alle gängigen Anwendungen im Motorinnenraum eingesetzt werden können und hierbei gleichzeitig höchstens gestalterischen und auch Hitze- und Schallschutzanforderungen

genügen. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit, optisch hochwertige Motorinnenraumbauteile mittels eines vielstufigen, kostenintensiven und ökologisch unvorteilhaften Lackierprozesses zu erhalten. Weiterhin hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß sich die geschilderten Mehrschichtverbundsysteme, insbesondere auch wenn großteilig vorliegend, auf einfache Weise anbringen und befestigen lassen, beispielsweise über Klippverbindungen.

Weitere Details und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der in der beiliegenden Abbildung wiedergegebenen Ausführungsform hervor. Die Abbildung zeigt ein flächiges Mehrverbundsystem in der erfindungsgemäßen Anwendung einer Motorabdeckung.

Die Motorabdeckung 100 verfügt auf ihrer Oberseite über Bereiche 1, 2 und 3, die auf eine Metallschicht zurückgehen. Die zwischen diesen Bereichen und auch außerhalb derselben vorliegenden Areale 4, 5, 6, 7 und 8 werden durch das thermoplastische Material der Trägerschicht ausgefüllt und liegen mit ihrer Oberfläche in etwa auf der gleichen Höhe wie die Bereiche der Metallschicht vor. Zusätzlich liegt das Material der Trägerschicht auch unterhalb der Metallschichtbereiche 1, 2 und 3 und flächig verbunden mit diesen vor. Das abgebildete Bauteil wird mittels der Hinterspritztechnologie erhalten. Metallische Bereiche 9 und 10 (durch gestrichelte Linien angedeutet) liegen ferner auf der Unterseite der Trägerschichtbereiche 4 und 6 vor. Somit bilden die Bereiche 1, 2, 3, 9 und 10 ein durchgängiges Metallbauteil. Anders als bei herkömmlichen Motorabdeckungen kann die Abdeckung 100 im wesentlichen in einem einzigen Verfahrensgang hergestellt werden kann. Allenfalls besonders stark kontu- rierte Designelemente sind mittels Vorprägens der Metallschicht vorzubreiten.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.