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Die
Erfindung betrifft ein Gelege aus mehreren Metallelementen. Ein
Gelege kann dabei eine unregelmäßige bzw.
wirre oder eine regelmäßige, strukturierte
Anordnung der einzelnen Metallelemente sein, wobei beispielsweise
auch Vliese oder verfilzte Stoffe davon erfasst sind.
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Beispielsweise
beim Hausbau oder beim Fahrzeugbau ist es oftmals erforderlich oder
zumindest wünschenswert,
die in einzelnen Bereichen auftretende Hitze bzw. Geräuschentwicklung
zu absorbieren, zu dämmen
oder andere Bereiche dagegen zu isolieren. Auch werden oft Filtervorrichtungen
eingesetzt, die auf Grund des zu filternden Materials oder der Anordnung
beispielsweise im oder am Abgasstrang oder Motorraum eines Kraftfahrzeugs
erheblichen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt
sind.
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Es
sind verschiedene Dämm-
oder Filtermaterialien mit geeigneten dämmenden oder isolierenden,
bzw. Filter-Eigenschaften
bekannt, die auch bei hohen Temperaturen oder großer mechanischer
Belastung verwendet werden können.
Die Anforderungen an derartige Materialien sind allerdings insbesondere
beim Fahrzeugbau vergleichsweise hoch, da das Material einerseits
kostengünstig
herstellbar und verarbeitbar sein muss, andererseits oftmals auf kleinstem Raum,
bei hoher mechanischer Beanspruchung und großer Hitzeeinwirkung eine möglichst umfassende
Dämm-,
Isolations- oder Filterwirkung wünschenswert
sind. Gleichzeitig soll das Eigengewicht des Materials möglichst
gering sein, um beispielsweise die Fahreigenschaften und den Kraftstoffverbrauch
nicht nachteilig zu beeinflussen. Auch sollte das Material einfach
herstellbar und weiterzuverarbeiten sein und weder bei der Bearbeitung
noch während
der vorgesehenen Verwendung gesundheitsschädlich sein.
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Aus
dem Hausbau sind beispielsweise Dämmschichten aus Glaswolle,
Steinwolle oder aus Keramik bekannt. Neben den möglicherweise zu befürchtenden
gesundheitlichen Beeinträchtigungen bei
der Herstellung und Verarbeitung derartiger Dämmstoffe sind diese nicht oder
nur sehr eingeschränkt
als Dämm-
und Isolierungsmaterial beim Fahrzeugbau verwendbar.
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Auf
Grund der oftmals eingeschränkten
zur Verfügung
stehenden räumlichen
Abmessungen und der oftmals großen
Hitzeeinwirkung können
beispielsweise zur Dämmung
und Isolierung des Abgasstrangs bei Kraftfahrzeugen Drahtgestricke
oder Schichten aus Keramik-Blähton
verwendet werden. Während
Keramik-Blähton
sich nur mit erheblichem Aufwand verarbeiten lässt, sind Drahtgestricke aus Edelstahl
oder anderen geeigneten Materialien mit großen Herstellungskosten verbunden.
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Es
sind aus der Praxis auch Gelege aus Metalldraht bekannt, die mit ähnlich hohen
Herstellungskosten verbunden sind und oftmals schlechtere Eigenschaften
hinsichtlich ihrer thermischen oder mechanischen Belastbarkeit im
Vergleich zu Metallgestricken aufweisen.
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Ebenfalls
bekannt ist Metallwolle, die durch Abschaben von Metallfäden von
einem oder mehreren Drähten
hergestellt werden kann. Das Herstellungsverfahren ist vergleichsweise
aufwendig und rohstoffintensiv, da ein Draht nicht vollständig abgeschabt
werden kann und ein nicht verarbeitbarer Drahtrest verbleibt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es demzufolge, ein Gelege aus mehreren
Metallelementen insbesondere für
die Verwendung als Filter-, Dämm-
und Isolierungsmaterial so auszugestalten, dass es kostengünstig herstellbar
ist und vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich der mechanischen
und thermischen Belastbarkeit aufweist. Auch sollte eine Weiterverarbeitung
beispielsweise zu Isolierungskörpern,
Filtern oder Dichtungen mit geringem Aufwand möglich sein.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Metallelemente jeweils abgetrennte Teile einer Metallfolie
sind. Die bekannten Metallgestricke erfordern zunächst die
Herstellung eines möglichst
elastischen und gleichmäßigen Metalldrahts,
was mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist. Dieser Metalldraht
kann dann mit geeigneten Strickmaschinen zu einem Metallgestrick
weiterverarbeitet werden, welches als Ausgangsbasis für beispielsweise
Isolierungskörper
oder Filter dienen kann.
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Es
hat sich jedoch herausgestellt, dass ein Gelege aus einzelnen Teilen
einer zerkleinerten Metallfolie ähnlich
vorteilhafte Dämm-
und Isolierungseigenschaften wie ein Metalldrahtgestrick aufweist. Das
Gelege aus den abgetrennten Teilen einer zerkleinerten Metallfolie
ist jedoch erheblich einfacher und kostengünstiger in der Herstellung.
Die mechanischen Eigenschaften eines derartigen Geleges können dabei über die
Formgebung der einzelnen, abgetrennten Teile der Metallfolie, über das
Ausgangsmaterial der Metallfolie sowie über das jeweils verwandte Verfahren
zur Befestigung der einzelnen Metallelemente zu dem Gelege vorgegeben
und den jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
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Einer
Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass
die Metallelemente jeweils abgetrennte Streifen einer Metallfolie
sind. Das Zerschneiden einer Metallfolie mit einer vorgegebenen
Breite in mehrere Streifen ist ohne größere Schwierigkeiten und mit
handelsüblichen
Schneidwerkzeugen durchführbar.
Die einzelnen Streifen können
dabei im Wesentlichen die Form von Bändern oder flachen Metallfäden aufweisen
und mit den bekannten Verfestigungsverfahren verfilzt, zu einem Vlies
oder auf sonstige Weise verfestigt werden.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Metallelement Metallfolienschnitzel sind.
Metallfolienschnitzel können
in einfacher Weise mit handelsüblichen
Zerkleinerungswerkzeugen hergestellt werden. Dabei können große Mengen
von Metallfolienschnitzel in kurzer Zeit günstig hergestellt und zu einem Gelege
weiterverarbeitet werden. Die Abmessungen der Metallfolienschnitzel, üblicherweise
längliche
Abschnitte mit einer vorgebbaren Breite und Länge, können an die jeweils geforderten Eigenschaften
des Geleges im Hinblick auf den späteren Verwendungszweck angepasst
werden.
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Vorteilhafterweise
ist vorgesehen, dass die Metallelemente aus Aluminium bestehen.
Aluminium hat vergleichsweise günstige
thermische und mechanische Eigenschaften und kann industriell in
großem Maße und kostengünstig gewonnen
und aufbereitet werden. Es hat sich gezeigt, dass bei geeigneten
Abmessungen der Metallelemente aus Aluminium besonders vorteilhafte
akustische Dämm-
und Isolierungseigenschaften erreicht werden können. Auf Grund seiner vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten sind
Aluminiumfolien in verschiedenen Dicken und Abmessungen kostengünstig erhältlich.
Aluminium lässt
sich in einfacher Weise weiter verarbeiten und stellt dabei – anders
als beispielsweise Glaswolle oder Steinwolle – keine gesundheitliche Gefährdung während der
Verarbeitung oder während
der anschließenden
Verwendung dar. Das verwendete Aluminiummaterial kann gegebenenfalls
wieder verwertet und erneut verwendet werden. Aluminiummaterial kann
oftmals gewinnbringend wiederverwertet werden, während beispielsweise Glaswolle
oder hierzu ähnliche
Dämmmaterialien
aufwendig entsorgt werden müssen.
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Einer
Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass
die Metallelemente aus Edelstahl bestehen. Es sind auch Anwendungsfälle denkbar,
bei denen auf Grund einer besonders hohen thermischen oder chemischen
Beanspruchung beispielsweise durch Reaktionsprodukte oder Schadstoffe,
durch Feuchtigkeit oder im Hinblick auf eine erforderliche Korrosionsfestigkeit
die Verwendung von Edelstahl zweckmäßig oder erforderlich ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen,
dass die Dicke der Metallelemente geringer als 0,1 mm, vorzugsweise
0,005 mm ist. Es hat sich gezeigt, dass trotz des geringen Eigengewichts
der derart dünnen Metallelemente
ein daraus hergestelltes Gelege eine für viele Verwendungen ausreichende
Dämm- oder Isolierungswirkung
aufweist. Metallfolien mit einer Dicke von 0,1 mm oder weniger,
vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 0,050 und 0,006 mm sind dabei
noch hinreichend reißfest,
so dass eine automatisierte und kontrollierbare Zerkleinerung der
Metallfolie in Streifen oder in Metallfolienschnitzel ohne größeren zusätzlichen
Aufwand möglich
ist. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Metallelemente mit einer
Dicke zwischen 0,005 mm und 0,006 mm gute akustische Dämmeigenschaften
aufweisen. Metallelemente mit diesen Abmessungen sind auch zum Filtern
vorteilhaft einsetzbar, da sie ein vorteilhaftes Verhältnis vom
Gesamtgewicht des Filtermaterials zu seiner nutzbaren Oberfläche aufweisen.
Natürlich
können
je nach den Anforderungen und den Eigenschaften der verwendeten
Metallfolien auch Folien mit einer Dicke von weniger als 0,006 mm
verwendet werden.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Metallelemente einseitig oder beidseitig
beschicht sind. Dabei wird die Beschichtung zweckmäßigerweise bereits
auf die Metallfolie aufgetragen. Es ist jedoch auch denkbar, dass
zunächst
das Gelege aus den zerkleinerten Teilen einer unbeschichteten Metallfolie hergestellt
und anschließend
das Beschichtungsmaterial auf das fertige Gelege aufgetragen wird.
Die Beschichtung kann dabei eine Verbesserung der Isolierungs-,
Absorbierungs- oder Filtereigenschaften bezwecken. Es ist auch möglich, die
Metallfolie mit einem gegebenenfalls thermisch aktivierbaren Bindemittel
zu versehen, um dadurch die spätere
Verfestigung der einzelnen Metallelemente zu einem Gelege zu unterstützen oder
zu ermöglichen.
So könnte eine
Beschichtung der Metallelemente vorgesehen sein, welche nach einer
anschließenden
Formgebung des Geleges ein Zusammenbacken, bzw. ein Sintern des
damit gebildeten Formkörpers
ermöglicht oder
unterstützt.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Geleges
aus Metallelementen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Metallfolie
einem Zerkleinerungswerkzeug mit mehreren, im Wesentlichen parallel
angeordneten Trennwerkzeugen zugeführt und von diesem zerkleinert.
Anschließend
werden die erhaltenen Metallelemente zu einem Gelege zusammengefügt.
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Die
Metallfolie kann mit dem Zerkleinerungswerkzeug in einzelne Metallfolienstreifen
oder in Metallfolienschnitzel zerkleinert werden. Ein geeignetes Zerkleinerungswerkzeug
ist beispielsweise eine Anordnung von mehreren parallel ausgerichteten,
gegebenenfalls seitlich versetzten Rollenschneidern oder aber ein
bekanntes Häcksel-Trennwerkzeug. Es
sind auch andere Zerkleinerungsverfahren anwendbar, sofern durch
das Verfahren einigermaßen
gewährleistet
wird, dass die einzelnen Metallelemente die gewünschten und vorgegebenen Abmessungen
aufweisen.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass das Gelege durch Einbringen der Metallelemente
in eine Form und anschließendes
Zusammenfügen
der Metallelemente miteinander hergestellt wird. Die dafür benötigte Form
kann entweder ausschließlich
zur Herstellung des Geleges verwendet werden, so dass nach dem Zusammenfügen der
Metallelemente zu dem Gelege dieses aus der Form entnommen und getrennt
weiterverarbeitet wird oder aber die Form kann teilweise oder vollständig ein
vorgefertigter Bestandteil beispielsweise eines Isolierungskörpers oder
Filterelements sein, für
welches das Gelege vorgesehen ist.
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In
einfacher Weise kann eine vorgegebene Menge, beispielsweise ein
bestimmtes Volumen oder Gesamtgewicht an zerkleinerter Metallfolie
in die Form hineingeschüttet
und in dieser zusammengefügt
oder verfestigt werden. Dabei können
die das Gelege bildenden Metallelemente mit einem vorgebbaren Druck
miteinander verpresst werden, so dass das Gelege dauerhaft eine
an die spätere
Verwendung angepasste Gestaltung aufweist. Es sind auch Anwendungsbereiche
denkbar, bei denen eine lose Schüttung
der einzelnen Metallelemente ausreichen könnte und eine anschließende Verfestigung
nicht unbedingt erforderlich ist.
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Einer
Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass
das Gelege beispielsweise durch Verfilzung, durch Flechten oder durch
Herstellung eines Vlieses verfestigt wird. Es ist auch denkbar,
dass das Gelege durch die Zugabe eines Bindemittels, welches entweder
nachträglich
in das Gelege eingebracht oder vorher als Beschichtung auf die Metallfolie
aufgetragen wurde, zusätzlich verfestigt
wird.
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Die
Erfindung betrifft auch einen Formkörper aus Metall, der ein vorangehend
beschriebenes Gelege aufweist. Ein erfindungsgemäßer Formkörper kann beispielsweise eine
Isolierung, eine Dämmvorrichtung
oder eine Filtervorrichtung sein.
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Vorzugsweise
weist der Formkörper
zusätzlich
zu dem Gelege eine oder mehrere Schichten aus Metall oder Kunststoff
auf.
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Es
hat sich herausgestellt, dass derartige Formkörper mit einem Gelege aus Metallelementen aus
einer zerkleinerten Metallfolie vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich
der Schall- und Wärmedämmung sowie
der Filterwirkung aufweisen und insbesondere auf Grund der hohen
thermischen und mechanischen Belastbarkeit für eine Verwendung bei Kraftfahrzeugen
geeignet sind. Durch die Kombination mehrerer Schichten gegebenenfalls
aus verschiedenen Materialien kann der Formkörper sehr vielseitig verwendbar
gestaltet und an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
Ein komplex aufgebauter Formkörper
könnte
beispielsweise aus einem Trägerblech
bestehen, auf welchem übereinander
einzelne Schichten aus einem Gelege aus Metallelementen, aus Polyimidfasern,
aus Polyesterfasern und aus Polypropylenfasern angeordnet sind.
Einzelne Schichten können
je nach den Anwendungserfordernissen für den Formkörper aus Metall, aus Kunststoff
oder aus organischem, bzw. anorganischem Material bestehen.
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Einer
Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass
der Formkörper teilweise
oder vollständig
von einer Hülle
umgeben ist. Diese Hülle
könnte
beispielsweise eine geschlossene Metallfolie sein, welche das Eindringen
von störenden
Partikeln in das Gelege verhindert und das Gelege zusätzlich vor
mechanische Beanspruchung schützt.
Als Hülle
ist auch ein festes Gehäuse
denkbar, in welchem das Gelege angeordnet ist und durch welches
das Gelege eine vorgegebene Gestalt bekommt.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass mindestens eine Seite des Formkörpers von
einer mikroperforierten Hülle,
beispielsweise einem mikroperforierten Blech oder einer mikroperforierten
Folie bedeckt ist. Es hat sich gezeigt, dass die Kombination einer mikroperforierten
Hülle mit
einem unmittelbar benachbart angeordneten Gelege aus Metallelementen besonders
vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich der Schalldämmung aufweist.
Die beiden Bestandteile des Formkörpers können so ausgestaltet sein,
dass sie eine große
Hitzebeständigkeit
aufweisen. Der Formkörper
kann deshalb auch zur Schalldämmung von
sehr heißen
Geräuschquellen
verwendet werden. Da ein derartiger Formkörper gute Schalldämmungseigenschaften
auch bei kleinem Eigenvolumen ermöglicht, ist er insbesondere
zur Verwendung im Fahrzeugbau geeignet. Anstelle einer mikroperforierten
Hülle sind
auch Anwendungen denkbar, für welche
die Verwendung einer makroperforierten Hülle geeignet und vorteilhaft
wäre. Eine
solche makroperforierte Hülle
mit Perforationen, bzw. Löchern
von etwa 0,8 mm2, bzw. einem Durchmesser
von 1 mm oder mehr könnte
auch eine gelochte Metallfolie oder ein gelochtes Blech, bzw. Streckmetall
sein. Insbesondere bei einer vorgesehenen Verwendung des Formkörpers als
Wrasenfilter ist es vorteilhaft, wenn zwei gegenüberliegende Seiten des Formkörpers mit Streckmetall
bedeckt sind.
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Ein
erfindungsgemäßes Gelege
lässt sich auch
bei der Herstellung von Filterelementen, insbesondere Rußfiltern,
für den
Abgasstrang der Dieselfahrzeuge sowie für die Herstellung und/oder
Lagerung von Katalysatoren verwenden. Es sind auch Verwendungen
im Zusammenhang mit im Haushalt einsetzbaren Filtervorrichtungen,
insbesondere Wrasenfiltern sowie industriell eingesetzten Reinigungs- und Filteranlagen
denkbar.
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Eine
weitere und in vielerlei Hinsicht vorteilhafte Verwendung eines
erfindungsgemäßen Geleges
aus Metallelementen ist im Zusammenhang mit dem Explosionsschutz
von Tanks oder Behältern denkbar,
bei welchen die Behälter
mit explosiven bzw. brennbaren Flüssigkeiten oder Gasen befüllt sind.
Es ist bekannt, dass herkömmlich
hergestellte und ausgestaltete Metallgestricke oder Metallwolle als
unlöslicher
und nicht brennbarer Zusatz im Behälterinneren eine Explosionsgefahr
erheblich verringert. Durch die Verwendung und Anordnung von erfindungsgemäßen Metallelementen,
bzw. entsprechenden Formkörpern
im Behälterinneren
kann die Explosionsgefahr vergleichbar gemindert, bzw. beseitigt
werden, wobei merklich weniger Volumen und Gewicht an erfindungsgemäßen Metallelementen
erforderlich sind. Sowohl durch die einfache Herstellung als auch
durch den geringeren Materialeinsatz ergeben sich Vorteile hinsichtlich
der Kosten sowie der Transport- und Lagerungseigenschaften derart gegen
Explosionen geschützter
Behälter.
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Nachfolgend
sind einige Ausführungsbeispiele
näher erläutert, die
in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:
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1 schematisch
ein Verfahren zur Herstellung von Metallelementen durch die Zerkleinerung
einer Metallfolie, die anschließend
zu einem Gelege zusammengefügt
werden können,
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2 den
schematischen Aufbau eines Formkörpers
mit einer Trägerschicht,
einem Gelege aus Metallelementen und einer Deckschicht und
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3 einen
Formkörper
mit einem mikroperforierten Blech und einem Gelege aus Metallelementen.
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In 1 ist
schematisch dargestellt, wie eine Rolle einer Metallfolie 1 kontinuierlich
abgewickelt und dabei einem Zerkleinerungswerkzeug 2 zugeführt wird.
Das Zerkleinerungswerkzeug 2 besteht aus mehreren im Abstand
zueinander parallel angeordneten Rollenschneidern 3 und
einer Andruckwalze 4. Die Metallfolie 1 wird zwischen
der Andruckwalze 4 und den Rollenschneidern 3 hindurchgeführt und
dabei von den sich mitdrehenden Rollenschneidern 3 in einzelne
Metallelemente 5 in Form von dünnen Streifen zertrennt. Die
Andruckwalze 4 kann dabei auch als Antriebswalze dienen
und eine gleichmäßige und
kontinuierliche Zuführung
der Metallfolie 1 zu dem Zerkleinerungswerkzeug 2 bewirken.
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Zusätzlich zu
den dargestellten Rollenschneidern 3 können weitere, nicht dargestellte Trennwerkzeuge
vorgesehen sein, mit welchen die einzelnen Streifen weiter zerkleinert
werden können. Anstelle
der Rollenschneider 3 kann auch ein Stanz- oder Häcksel-Werkzeug
verwendet werden. Die dadurch erhaltenen Metallelemente 5 werden
anschließend
zu einem wirren oder geordneten Gelege zusammengefügt und können zusätzlich verfestigt
werden.
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Ein
in 2 dargestellter Formkörper 6 weist ein metallisches
Blech als Trägerschicht 7 auf.
Auf der Trägerschicht 7 ist
ein Gelege 8 aus Metallelementen angeordnet. Zum Schutz
vor äußeren Einflüssen ist
das Gelege 8 auf der der Trägerschicht 7 abgewandten
Seite mit einem Gewebe 9 aus Kunststofffasern 9 abgedeckt.
Durch eine entsprechende Ausgestaltung des Metallblechs als Trägerschicht 7 kann
der Formkörper 6 eine
gebogene, gekrümmte, abgewinkelte
bzw. nahezu beliebig komplexe Gestaltungsform aufweisen. Anstelle
des in der 2 dargestellten Aufbaus aus
drei Schichten kann der Formkörper 6 auch
weniger oder mehr Schichten aus verschiedenen Materialien aufweisen
und lässt
sich deshalb in Verbindung mit seiner im Wesentlichen frei vorgebbaren
Formgebung an die unterschiedlichsten Anforderungen und Verwendungszwecke anpassen.
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In 3 wird
schematisch ein anderer Formkörper 10 dargestellt,
der besonders vorteilhafte Schalldämmungs-Eigenschaften aufweist. Als Trägerschicht
dient ein mikroperforiertes Blech 11, wobei das Blech 11 durch
die Mikroperforation kleine und kleinste Öffnungen aufweist, durch welche
der auf das mikroperforierte Blech 11 auftreffende Schall hindurchtreten
kann. Auf der Rückseite
des mikroperforierten Blechs 11 ist eine Aluminiumfolie 12 entlang
des seitlich umlaufenden Randes dauerhaft mit dem mikroperforierten
Blech 11 verbunden.
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Zwischen
der Aluminiumfolie 12 und dem mikroperforierten Blech 11 ist
ein Gelege 13 aus Aluminiumfolienschnitzel angeordnet.
Das mikroperforierte Blech 11 weist eine Dicke von 0,5
mm und die Aluminiumfolie weist eine Dicke von 0,05 mm auf. Das
Volumen des Geleges 13 aus Aluminiumfolienschnitzel kann
an die jeweiligen Anforderungen angepasst sein, wobei das Gelege 13 üblicherweise
eine Schichtdicke von einigen Millimetern bis einigen Zentimetern
aufweist. Der durch die Mikroperforierung des mikroperforierten
Blechs 11 eintretende Schall wird in dem Gelege 13 aus
Aluminiumfolienschnitzel weitgehend absorbiert, so dass dadurch
eine wirksame Schalldämmung
erfolgt.