ШУМОПОГЛОЩАЮЩАЯ ВСТАВКА ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
SHOCK-ABSORBING INSERT FOR VEHICLES AND METHOD OF FABRICATION

Настоящее изобретение относится, с одной стороны, к шумопоглощающей вставке для автомобилей, прежде всего для легковых и грузовых автомобилей. Эта шумопоглощающая вставка в виде формованного материала из стекловолоконного материала существует в намотанной форме материала из бесконечного стекловолокна, причем использованный стекловолоконный материал содержит текстурированное стекловолокно. С другой стороны, заявка направлена на способ изготовления шумопоглощающей вставки, причем стекловолоконный материал как бесконечное волокно, которое является текстурированным стекловолокном, наматывается на основу для образования формованного материала, и этот формованный материал применяется в качестве шумопоглощающей вставки, при необходимости, после дальнейших технологических шагов.
Уровень техники
Глушители шума имеют шумоглушительные, шумопоглощающие и изолирующие материалы. Обычно для этого в качестве волокнистых материалов применяются стекловолоконные материалы. Как альтернатива в качестве шумоглушительных материалов применяются другие минеральные волокна, например, такие как базальтовые волокна и т.п., прежде всего, в глушителях шума (выпуска) для автомобилей.
Возможность введения этих волокнистых материалов состоит в подаче навалом волокон через насадки в промежуточные области собранного глушителя шума. Соответствующие способы описаны, например, в DE 102005009045 или в EP 953736. Недостатки таких способов подачи через насадки состоят в неоптимальном распределении волокнистого материала, прежде всего в таких труднодоступных для подачи через насадки областях, как углы или другие внутренние полости, и в практической реализации способов подачи через насадки для определенных нецилиндрических контуров глушителей шума, а также для так называемых глушителей шума из полуцилиндров.
В качестве альтернативы, волокнистые материалы устанавливаются во время сборки глушителя шума, то есть волокнистые материалы загружаются в корпус глушителя шума до его закрытия. При этом загрузка может происходить различными способами. Так, обычным способом является загрузка насыпного волокнистого материала, прежде всего, стекловолоконного материала, расфасованного в мешки, то есть в пластиковые пакеты, которые при монтаже закладываются в глушители шума. Обычно это пластиковые пакеты, которые могут также быть выполнены как сетка, из полимера или полимерной основы, причем полимер при высоких температурах плавится. При первом вводе в эксплуатацию глушителя шума по мере соответствующего нагревания глушителя шума этот полимер плавится и освобождает насыпной стекловолоконный материал. Однако большой недостаток этого способа в том, что вследствие плавления и обугливания синтетического материала появляется неприятный запах и происходит загрязнение окружающей среды. Еще один недостаток применения расфасованных в мешки насыпных стекловолокон в том, что сложные структуры глушителя шума не могут быть достаточно заполнены волокнами. Кроме того, может происходить смещение шумоизоляционного материала, так что ухудшаются как акустические, так и тепловые свойства стекловолоконного материала. Помимо этого, насыпной стекловолоконный материал через некоторое время может быть унесен потоком газов, так что наряду с ухудшением в плане акустики и тепла может также произойти загрязнение окружающей среды.
В альтернативном способе в глушитель шума в качестве вставки закладываются холсты из стекловолоконных материалов. Затем глушитель шума закрывается. Эти вставки могут быть уплотнены с помощью плавких нитей, как описано в WO 99/23367. Эти плавкие нити выполнены таким образом, что при первом нагревании глушителя шума они плавятся и таким образом вставка может полностью занять свободные пространства глушителя шума.
В EP 1861592 описывается способ заполнения глушителей шума двигателей внутреннего сгорания шумоглушительными материалами. При этом материал сформован из стекловолокон, стекловолокна наматываются на трубе или устройстве для намотки рулонов, чтобы получить массу из стекловолокон в форме трубы. Масса выполнена при этом таким образом, что она по своим габаритам соответствует подлежащему заполнению пространству глушителя шума. Масса в форме трубы после намотки снимается с трубы или устройства для намотки и затем на втором шаге уплотняется в другом устройстве, так что получается сплющенная масса в форме трубы. Эта сплющенная масса упрочняется затем посредством цепочек, образованных необратимо связанными или соединенными стекловолокнами. Затем глушитель шума закрывается.
В DE 20218618 U1 описываются шумопоглощающие вставки, которые изготовляются с помощью связующих материалов и термической обработки.
Цель применения новых формованных материалов, таких как формованные холсты или формованные детали, в качестве шумопоглощающих вставок в глушители шума для легковых и грузовых автомобилей обусловлена необходимостью уменьшить количество использованного материала, чтобы получить облегченную конструкцию. Такая облегченная конструкция позволяет снизить расход топлива. Далее материал внутри шумопоглощающей вставки должен быть выполним с переменной плотностью, а сама шумопоглощающая вставка легко монтируемой в глушителе шума. Само производство должно быть экологически усовершенствовано и, прежде всего, при эксплуатации не должно быть эмиссии вредных для здоровья веществ или она должна быть незначительной, как это бывает в настоящее время при использовании  наполненных насыпным стекловолоконным материалом пакетов. Способ изготовления этих шумопоглощающих вставок должен быть прост в реализации, и сами шумопоглощающие вставки должны обладать улучшенными свойствами, прежде всего, при эксплуатации. Сюда относятся усовершенствованное акустическое действие, снижение веса, а также улучшенное заполнение объема. Далее существует спрос на шумопоглощающие вставки с улучшенной стойкостью к выдуванию, то есть с отсутствием выдувания стекловолокон при эксплуатации, а также улучшенной устойчивостью к деформации, чтобы сохранять акустические и тепловые свойства.
Поэтому в основе изобретения лежит задача изготовления соответствующей родовому понятию шумопоглощающей вставки для автомобилей, а также способ ее изготовления, причем эта шумопоглощающая вставка обеспечивает улучшенные свойства при эксплуатации с одновременным учетом улучшения экономического и экологического аспектов.
Прежде всего, изобретение должно обеспечить шумопоглощающие вставки, которые при минимальном расходе материалов дают требуемые акустические и изолирующие свойства, причем одновременно достигается понижение эмиссии и загрязнения окружающей среды. При этом такая шумопоглощающая вставка обладает большой устойчивостью к деформации даже при эксплуатации, и должны быть минимизированы относительное смещение волокон в формованном материале между собой, а также выдувание стекловолокон, чтобы сохранить тепловые и акустические свойства материала.
Задача изобретения решена согласно изобретению посредством соответствующей родовому понятию шумопоглощающей вставки. Она отличается тем, что стекловолоконный материал представляет собой материал из бесконечного стекловолокна, причем этот стекловолоконный материал является текстурированным стекловолокном.
Описание изобретения
Одним объектом изобретения является шумопоглощающая вставка для автомобилей, прежде всего для легковых и грузовых автомобилей, с двигателями внутреннего сгорания, выполненная из по меньшей мере одного минерального волокнистого материала, причем минеральный волокнистый материал имеет вид намотанного формованного материала, получаемого путем наматывания минерального волокнистого материала по меньшей мере на одну основу, и минеральный волокнистый материал представляет собой бесконечный материал, предпочтительно бесконечный филамент, и содержит текстурированное минеральное волокно. Согласно изобретению намотанный формованный материал имеет вид формованного холста или формованной детали, причем формованный материал не содержит связующего.
Минеральный волокнистый материал может быть выбран из стеклянных волокон, базальтовых волокон, базальтовой ваты, обугленных плавких или хлопчатобумажных нитей. При осуществлении изобретения могут использоваться и любые другие виды минеральных волокнистых материалов. Выражение "по меньшей мере один минеральный волокнистый материал" означает возможность использования смеси или комбинации любых разных минеральных волокнистых материалов, например, минерального стекловолоконного материала самого по себе или в сочетании с другим минеральным волокнистым материалом.
Выражение «текстурированный» означает, что стекловолокно и/или другое минеральное волокно, существующее в виде ровинга, пряжи или крученой нити, прежде всего филамента, раскрывается с помощью известных способов. Текстурированные стекловолокна известны из уровня техники.
Текстурированные волокна отличаются тем, что путем раскрытия волокон достигается увеличение объема. Текстурированные таким образом волокна благодаря своей объемности обладают улучшенными термическими и акустическими свойствами.
Обычно текстурированные волокна получают способом обработки нитей струей воздуха. С его помощью могут быть достигнуты различные уровни текстурирования и, тем самым, различные плотности стекловолоконного материала.
В предпочтительном варианте осуществления речь в случае стекловолоконного материала идет о фасонно-текстурированном стекловолокне. Под выражением «фасонно-текстурированное стекловолокно» в данном случае понимается, что вокруг каркасной или базовой нити или же ровинга наматывается вторая нить или ровинг (стержневая нить). При этом как намотанная, так и базовая нить могут быть соответственно текстурированы, то есть раскрыты. В случае стекловолоконного материала речь предпочтительно идет о невитом материале, таком как ровинг и бесконечный филамент. Однако пряжи и нити, в случае которых речь идет о витых и крученых материалах, могут применяться в текстурированной и, прежде всего, в фасонно-текстурированной форме.
Как указано выше, согласно изобретению базовая нить может представлять собой или содержать плавкую нить или хлопчатобумажную нить, которая при нагреве обугливается или плавится. Такие варианты осуществления охватываются термином «минеральное волокно».
В другом варианте осуществления данного изобретения формованный материал получают путем намотки стекловолоконного материала по меньшей мере на две основы. По меньшей мере две основы образованы при этом таким образом, что они предпочтительно имеют возможность перемещения, чтобы давать возможность изготовлять соответствующий формованный материал в виде намотанных заготовок различных размеров. Волокнистый материал может быть намотан по меньшей мере на три или более основы, чтобы производить формованный материал в форме корпусов, прежде всего, полых корпусов. Эти по меньшей мере три основы, расположенные на расстоянии между собой, предпочтительно имеют возможность перемещения, чтобы обеспечивать различные размеры полученного формованного материала. Основы могут быть выполнены при этом как стержни или трубы. В качестве альтернативы основы могут представлять собой металлические листы или основы других размеров. Если применяется только одна основа, то она предпочтительно выполнена как цилиндр, при необходимости полый. Основы могут также иметь прерывистый диаметр. Основы могут быть далее прямыми или изогнутыми, чтобы придавать формованному материалу заданную форму. Основы, как и соответствующие стержни, при этом могут быть соответственно изогнуты и иметь прерывистый диаметр, так что намотанной заготовке придаются соответственно требуемые структура и форма.
Вследствие текстурирования минерального волокна, прежде всего, вследствие фасонного текстурирования стекловолокна, возможно изготовлять намотанные заготовки как намотанный формованный материал из стекловолоконного материала, который вследствие сцепления и взаимодействия с близлежащими волокнами препятствует разрыву намотанной структуры и, тем самым, ухудшению тепловых и акустических свойств при эксплуатации. Смещение стекловолокон, вследствие которого в формованном материале могут возникать нагромождения и свободные пространства, вызванные, например, сотрясениями и вибрациями при эксплуатации, тем самым уменьшается, и улучшаются требуемые свойства шумопоглощающей вставки на протяжении времени эксплуатации.
В другом предпочтительном варианте осуществления формованный материал в виде намотанной заготовки подвергается долговременному упрочнению, чтобы получить упрочненный формованный материал. Предпочтительно это последующее упрочнение намотанной заготовки происходит на основах. Посредством такого упрочнения структура и форма соответственно сохраняются, т.к. намотанная заготовка во время упрочнения еще остается на формообразующих основах. Соответственно простым образом возможно придать намотанной заготовке прочную форму в виде формованного холста или формованного изделия, прежде всего в виде полого изделия. При этом предпочтительно, чтобы упрочнение проводилось без связующего. Такие связующие требуют дополнительной термической обработки и невыгодны с точки зрения экономики и экологии.
С помощью шумопоглощающей вставки согласно изобретению даже сложные требуемые формы демпферной камеры в глушителе шума могут быть заполнены формованным материалом. Соответственно можно изготовлять шумопоглощающие вставки (заготовки и детали), в которых использованное количество волокнистого материала сокращено, чтобы позволить получить облегченную конструкцию. Такая облегченная конструкция ведет к тому, что достигаются экологические преимущества, такие, как снижение расхода топлива и т.д. Далее благодаря применению текстурированного волокна, используемого как бесконечный материал, получается отличная устойчивость к деформации.
Возможное, дальнейшее упрочнение полученного в форме намотанной заготовки формованного материала может происходить посредством извивания струей воздуха, сшивания, объединения в цепочку, связывания, иглопробивания, свойлачивания или сцепления, при этом упрочнение намотанной заготовки, предпочтительно, происходит непосредственно на основе. Однако предпочтительно также, что формованный материал не имеет никакого дополнительного упрочнения и сохраняет при этом устойчивость к деформации.
Прежде всего, предпочтительно, что шумопоглощающая вставка не имеет связующего.
Упрочнение, прежде всего бесконечное упрочнение, предпочтительно выполнено долговременным. Под выражением «долговременный» в данном случае понимается, что упрочнение происходит, по меньшей мере, до тех пор, пока шумопоглощающая вставка не будет смонтирована и закрыта в глушителе шума. При определенных обстоятельствах в случае применения таких соответствующих материалов, как плавкая нить или хлопчатобумажная нить с низкими температурами плавления или разрушения, может по меньшей мере частично происходить уменьшение упрочнения после монтажа, так что шумопоглощающая вставка может полностью заполнить демпферную камеру внутри корпуса.
Однако в еще одном варианте осуществления даже при эксплуатации упрочнение, предпочтительно, по меньшей мере отчасти, является непрерывным, чтобы обеспечить устойчивость к деформации и стойкость волокон к износу. Согласно изобретению шумопоглощающей вставке может быть далее придана требуемая форма путем обвязывания шпагатом. Это обвязывание шпагатом производится предпочтительно плавкой нитью или хлопчатобумажной нитью, чтобы придать шумопоглощающей вставке предпочтительную форму для монтажа в глушителе шума. При вводе в эксплуатацию глушителя шума она уничтожается. Соответствующее обвязывание шпагатом обеспечивает таким образом простоту монтажа шумопоглощающей вставки в демпферной камере. При удалении обвязки шпагатом демпферная камера может быть целиком заполнена шумопоглощающей вставкой. Подходящие материалы и способы специалисту известны.
Шумопоглощающая вставка согласно изобретению в предпочтительном варианте осуществления отличается тем, что не имеет связующего. Тем самым можно избежать технологических шагов при изготовлении. Также могут быть сокращены производственные расходы и загрязнение окружающей среды при эксплуатации. Намотанный формованный материал получают путем наматывания стекловолоконного материала по меньшей мере на одну основу. При этом волокнистый материал предпочтительно наматывают винтообразно, прежде всего с шагом >3%. Посредством соответствующей подачи каретки намоточного устройства при наматывании можно получать соответствующие намотанные заготовки. В качестве альтернативного варианта осуществления волокна можно подавать по существу параллельно. Волокна могут быть намотаны в один или предпочтительно в несколько слоев, причем намотка может также быть встречной, как это известно специалисту.
Шумопоглощающие вставки согласно изобретению из текстурированного стекловолокна или текстурированных других минеральных волокон, прежде всего из фасонно-текстурированного стекловолокна, отличаются уменьшенным весом, улучшенным заполнением объема, улучшенным термическим и акустическим воздействием. Манипуляция со шумопоглощающей вставкой при монтаже в глушитель шума улучшена благодаря устойчивости к деформации. При монтаже изделие приятно на ощупь. Прежде всего, благодаря применению бесконечного материала уменьшено вредное воздействие мелких кусочков стекловолокна на рабочих. Благодаря применению бесконечного материала улучшена далее устойчивость шумопоглощающей вставки к деформации. Смещение волокнистого материала в глушителе шума не происходит, так что акустические и тепловые свойства шумопоглощающего материала при эксплуатации сохраняются. Наконец, вследствие применения бесконечного материала и благодаря образованию цепочек и соединения текстурированных волокон между собой эта шумопоглощающая вставка имеет улучшенную надежность относительно выдувания стекловолокон. Прежде всего, это достигается без дальнейших технологических шагов, таких как иглопробивание.
Соответственно, шумопоглощающие вставки согласно изобретению имеют как экологические, так и экономические преимущества по сравнению с известными шумопоглощающими вставками.
Объектом изобретения является также способ изготовления шумопоглощающей вставки для глушителя шума для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, содержащей шумоглушительный, шумопоглощающий или изолирующий формованный материал из по меньшей мере одного минерального волокнистого материала, представляющего собой материал из бесконечного текстурированного, прежде всего фасонно-текстурированно, минерального волокна, характеризующийся тем, что по меньшей мере один минеральный волокнистый материал наматывают по меньшей мере на одну основу с получением шумоглушительного, шумопоглощающего или изолирующего формованного материала в виде намотанной заготовки. Согласно изобретению намотанной заготовке придают долговременную форму в виде формованного холста или формованной детали, и при изготовлении шумопоглощающей вставки не используют связующее.
При осуществлении способа особенно предпочтительно применять однонитевый фасонно-текстурированный бесконечный филамент.
Способ согласно изобретению осуществляется, предпочтительно, таким образом, что минеральный волокнистый, в частности стекловолоконный, материал наматывается по меньшей мере на две основы. В другом варианте осуществления могут применяться по меньшей мере три основы или более. Основы при этом могут быть такими, как описано выше.
Намотка стекловолоконного материала может при этом происходить винтообразно, прежде всего с шагом 3%. В качестве альтернативы, может иметь место по существу параллельная намотка. При этом способ может быть выполнен для изготовления намотанного формованного материала как бесконечного формованного материала. В качестве альтернативы способ согласно изобретению допускает образование формованного материала определенного размера. Прежде всего, возможны подогнанные по размеру формованные материалы, такие как формованные холсты или формованные детали. Полученные таким образом детали могут быть при этом осесимметричными или неосесимметричными деталями.
При изготовлении бесконечного формованного материала продукт может наматываться как изделие на катушке или с помощью соответствующего устройства нарезаться на требуемые конечные контуры. Резка может происходить с заданным углом или с другим контуром. Вид намотки, плотность намотки и при необходимости последующее упрочнение могут влиять на объем изготовленной шумопоглощающей вставки. Прежде всего, если в качестве волокнистого материала применяются фасонно-текстурированные материалы, в которых стержневая нить без натяжения текстурирована вокруг базовой нити, то тем самым достигается положительное воздействие на увеличение объема.
В варианте осуществления данного изобретения способ может также содержать шаг долговременного упрочнения имеющейся на опоре намотанной заготовки для образования шумоглушительного, шумопоглощающего или изолирующего формованного материала. Полученный таким образом формованный материал на другом шаге путем обвязывания шпагатом может быть приведен в требуемую форму, как сказано выше, прежде всего, продолжительное упрочнение является видом упрочнения, которое проводится без связующего.
Наконец, согласно изобретению глушитель шума изготовляется со шумопоглощающей вставкой согласно изобретению. Эта шумопоглощающая вставка может быть получена посредством способа согласно изобретению. Изготовление шумопоглощающей вставки может происходить с помощью устройства, допускающего наматывание с одновременным текстурированием стекловолокон, прежде всего ровингов или монофиламента. Тем самым возможно в одном способе на шаге d) изготовлять шумопоглощающие вставки согласно изобретению из текстурированных, прежде всего фасонно-текстурированных, стекловолокон.