DE102007032431A1

DE102007032431A1 - Aufbau zur Wärmeisolierung

Info

Publication number: DE102007032431A1
Application number: DE102007032431A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Stude
Original assignee: HKO Isolier und Textiltechnik GmbH
Current assignee: HKO Isolier und Textiltechnik GmbH
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2008-01-17

Abstract

Es wird ein Aufbau zur Wärmeisolierung insbesondere für einen Motor bzw. einer Abgasanlage vorgeschlagen. Der Aufbau weist eine erste und eine zweite mattenförmige Schicht auf, wobei die zweite Schicht um mindestens 100 K weniger wärmebeständig als die erste Schicht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aufbau zur Wärmeisolierung.
Der Aufbau dient der Wärmeisolierung und ggf. auch Lagerung bzw. Abdeckung, vorzugsweise eines Bauteils eines Motors oder einer Abgasanlage, beispielsweise bei Abgasanlagen eines Verbrennungsmotors bzw. Kraftfahrzeugs, im Motorraum eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen, vorzugsweise eines Elements einer Abgasanlage, insbesondere eines Krümmers, eines Vorrohrs, eines Eingangstrichters, eines Partikelfilters, eines Katalysators, eines Monolithen, eines Schalldämpfers oder dergleichen. Der Aufbau kann auch für jede sonstige Wärmeisolierung und/oder im Hochtemperaturbereich (über 600 bis 700°C, ggf. sogar bis 1000°C oder darüber) eingesetzt werden.
Bei hohen Temperaturen und insbesondere im Hochtemperaturbereich ist es schwierig, einen Aufbau zur Hitze- bzw. Wärmeisolierung zu finden, der eine hohe Temperaturbeständigkeit bei guter Isolierung (insbesondere von mehr als 20 oder 25 K pro Dickenmillimeter) aufweist und kostengünstig herstellbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau anzugeben, der eine gute Wärmeisolierung bei einfacher und/oder kostengünstiger Herstellbarkeit aufweist und insbesondere hochtemperaturbeständig ist.
Die obige Aufgabe wird durch einen Aufbau gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der vorschlagsgemäße Aufbau weist eine erste, insbesondere mattenförmige Schicht und eine zweite, insbesondere ebenfalls mattenförmige Schicht auf. Vorzugsweise sind die beiden Schichten fest miteinander verbunden bzw. bilden einen sandwichartigen Aufbau.
Die erste Schicht ist gegenüber höheren Temperaturen beständiger als die zweite Schicht. Die zweite Schicht weist dagegen bessere Isoliereigenschaften – insbesondere eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf – als die erste Schicht auf. Durch die Kombination der beiden Schichten läßt sich dementsprechend die gewünsch te Temperaturbeständigkeit erreichen, da die erste Schicht einer Abschirmung bzw. Isolierung der für die zweite Schicht zu hohen Temperaturen dient. Die zweite Schicht führt dann zu einer wesentlichen Verbesserung der Wärmeisoliereigenschaften gegenüber der ersten Schicht und damit des gesamten Aufbaus, so daß insgesamt die gewünschten Wärmeisoliereigenschaften, insbesondere von mindestens 20 oder 25 K pro Dickenmillimeter, erreichbar sind. Beim vorschlagsgemäßen Aufbau kann die zweite Schicht wesentlich geringer temperaturbeständig als die erste Schicht ausgeführt sein. Dies gestattet eine wesentlich kostengünstigere Herstellung bzw. den Einsatz wesentlich kostengünstigerer Materialien.
Vorzugsweise wird mikroporöses Material bzw. mikrofeines Faserpapier oder Faserplatten für die zweite Schicht verwendet. Vorzugsweise werden unter "mikroporös" oder "mikrofein" nur wenige μm, insbesondere < 7 μm, verstanden.
Weitere Aspekte, Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt:
einen schematischen Schnitt eines vorschlagsgemäßen Aufbaus.
Die Figur veranschaulicht in einem schematischen Schnitt eine bevorzugte Ausführungsform eines vorschlagsgemäßen Aufbaus 1, der eine erste Schicht 2 und eine zweite Schicht 3 aufweist, insbesondere nur aus diesen Schichten besteht.
Der Aufbau 1 dient der Wärmeisolierung, beispielsweise in einem Schalldämpfer. Beim Darstellungsbeispiel ist der Aufbau 1 zwischen einem ersten Bauteil 4 und einem zweiten Bauteil 5 eingebaut und vorzugsweise gehalten. Die beiden Bauteile 4, 5 bestehen insbesondere aus Metall bzw. zwei Blechen oder dergleichen. Vorzugsweise wird der Aufbau 1 in Doppelwandaufbauten oder -anordnungen eingesetzt.
Der Aufbau 1 bzw. die Schichten 2, 3 sind vorzugsweise mattenartig und/oder flexibel ausgebildet. Der Aufbau 1 wird insbesondere in dem schematisch angedeuteten, eingebauten Zustand bzw. durch zugeordnete Bauteile 4, 5 oder dergleichen gehalten.
Die erste Schicht 2 ist vorzugsweise mattenartig bzw. als Isoliermatte ausgeführt. Die zweite Schicht 3 ist vorzugsweise ebenfalls mattenartig bzw. als Isoliermatte ausgeführt. Vorzugsweise sind die beiden Schichten 2 und 3 bzw. Matten fest miteinander verbunden, insbesondere durch Verkleben, Vernadeln, Vernähen und/oder auf sonstige geeignete Weise.
Zum Verkleben der beiden Schichten 2 und 3 bzw. der beiden Isoliermatten wird insbesondere ein anorganischer Klebstoff und/oder Hochtemperatur-Klebstoff eingesetzt, besonders bevorzugt ein Wasserglas-basierter Klebstoff.
Alternativ können die beiden Schichten 2, 3 bzw. Matten auch nur durch den jeweiligen Einbau – beim Darstellungsbeispiel zwischen die beiden Bauteilen 4 und 5 – zusammengehalten sein.
Die erste Schicht 2 liegt auf der Hochtemperaturseite. Die Temperatur auf dieser wärmeren Seite beträgt insbesondere mindestens 600 oder 700°C, beim Darstellungsbeispiel etwa 750°C. Die Temperatur kann aber auch bis zu 1000°C oder 1100°C oder sogar mehr betragen. Das erste Bauteil 4 ist entsprechend temperaturbeständig ausgeführt.
Beim Darstellungsbeispiel ist die erste Schicht 2 vorzugsweise mindestens gegenüber einer ersten Temperatur von 700°C oder mehr temperaturbeständig.
Die erste Schicht 2 ist vorzugsweise aus Fasern hergestellt und besteht vorzugsweise zumindest im wesentlichen daraus.
Die Fasern sind vorzugsweise als Kalziumsilikatfasern, Silikatfasern oder Glasfasern, insbesondere aus E-, ECR- oder R-Glas, oder aus einer Mischung davon ausgebildet.
Die Fasern weisen vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von mindestens 4 μm, insbesondere mindestens 6 μm, ganz besonders bevorzugt im wesentlichen von 8 bis 16 μm, auf.
Die erste Schicht 2 ist insbesondere bindemittelfrei ausgeführt.
Die erste Schicht 2 ist insbesondere als Vlies- und/oder Fasermatte, insbesondere Nadelmatte oder Nähgewirkmatte, ausgebildet. Die erste Matte bzw. Schicht 2 weist vorzugsweise eine Dichte von 120 bis 250 kg/m³, besonders bevorzugt etwa 150 bis 200 kg/m³, auf. Das Flächengewicht beträgt vorzugsweise zwischen 500 und 5000 g/m², insbesondere im wesentlichen 1000 bis 2800 g/m².
Beim Darstellungsbeispiel weist der Aufbau 1 im Einbauzustand eine Dicke von vorzugsweise 10 bis 30 mm auf, insbesondere im wesentlichen 14 bis 20 mm, auf. Durch den Aufbau 1 erfolgt beispielsweise eine derartige Isolierung, daß die Temperatur von etwa 750°C auf etwa 150 bis 200°C abgesenkt wird.
Der vorschlagsgemäße Aufbau 1 ist auch für andere Temperaturbereiche und/oder für andere Anwendungszwecke einsetzbar. Beispielsweise kann der Aufbau 1 bei einer Gesamtdicke von mindestens 50 mm, insbesondere etwa 60 mm, eine Absenkung der hohen Temperatur von etwa 600°C auf etwa 60°C bewirken.
Beim Darstellungsbeispiel ist die erste Schicht 2 – vorzugsweise im Einbauzustand – mindestens 5 mm, insbesondere mindestens 8 mm, besonders bevorzugt etwa 10 bis 14 mm, dick. Die zweite Schicht 3 ist – insbesondere im Einbauzustand – vorzugsweise mindestens 2 mm, insbesondere im wesentlichen 4 bis 7 mm, beim Darstellungsbeispiel etwa 6 mm dick. Die erste Schicht 2 ist also – insbesondere im Einbauzustand – dicker als die zweite Schicht 3, besonders bevorzugt um mindestens 25% oder etwa 50% oder sogar mehr.
Wie bereits erwähnt, ist die erste Schicht 2 gegenüber einer ersten Temperatur bzw. hochtemperaturbeständig ausgebildet. Insbesondere beträgt die erste Temperatur mindestens 700°C, beim Darstellungsbeispiel etwa 750°C. Die zweite Schicht 3 ist gegenüber einer zweiten Temperatur temperaturbeständig ausgeführt. Diese zweite Temperatur ist vorzugsweise jedoch wesentlich niedriger, insbesondere um mindestens 100 K, vorzugsweise um mindestens 200 K oder mehr, als die erste Temperatur. Dies gestattet den Einsatz von geringer temperaturbeständigen Materialien bzw. eine wesentlich kostengünstigere und/oder einfachere Ausbildung der zweiten Schicht 3 im Vergleich zur ersten Schicht 2.
Beim Darstellungsbeispiel dient die erste Schicht 2 einer Absenkung der ersten Temperatur bzw. Hochtemperatur auf eine Temperatur unter der zweiten Temperatur und/oder um mindestens 100 K, vorzugsweise etwa 200 K oder mehr.
Die zweite Temperatur beträgt beim Darstellungsbeispiel vorzugsweise etwa 400 bis 600°C. Die erste Schicht 2 dient insbesondere einer Absenkung der Temperatur bzw. Hochtemperatur von 750°C auf etwa 500 bis 550°C.
Die von der ersten Schicht 2 abgesenkte Temperatur an der Grenzfläche 6 zwischen den beiden Schichten 2 und 3 liegt vorzugsweise im Bereich von 400 bis 600°C und beträgt beim Darstellungsbeispiel im wesentlichen 500 bis 550°C. Jedoch sind auch andere Werte realisierbar.
Die zweite Schicht 3 dient dann einer weiteren Absenkung der Temperatur auf unter 200°C und/oder um mindestens 200 K, vorzugsweise etwa 300 K oder mehr. Die Temperaturabsenkung durch die zweite Schicht 3 ist vorzugsweise größer als durch die erste Schicht 2.
Die zweite Schicht 3 ist vorzugsweise aus Fasern hergestellt und besteht insbesondere zumindest im wesentlichen daraus. Bei der zweiten Schicht 3 brauchen die Fasern nicht hochtemperaturbeständig sein.
Insbesondere weisen die Fasern einen mittleren Durchmesser von 1 bis 8 μm, vorzugsweise von höchstens 6 μm, auf. Besonders bevorzugt werden für die zweite Schicht 3 Fasern mit einem Durchmesser von im wesentlichen 1 bis 3 μm oder 1 bis 6 μm eingesetzt.
Die Fasern der zweiten Schicht 3 können als Kalziumsilikatfasern, Silikatfasern oder Glasfasern oder aus einer Mischung davon ausgebildet sein. Vorzugsweise werden für die zweite Schicht 3 Glasfasern, insbesondere aus C-, R- oder E-Glas, bzw. daraus hergestellte Matten bzw. Papiere eingesetzt. Der Anteil an Bor beträgt vorzugsweise etwa 7 Gew.-% und/oder an Barium vorzugsweise etwa 0,1 Gew.-%.
Die zweite Schicht 3 ist vorzugsweise aus löslichen, insbesondere biolöslichen, Mineralfasern hergestellt, besteht insbesondere zumindest im wesentlichen dar aus. Besonders bevorzugt werden zumindest für die zweite Schicht 3 biolösliche Magnesium-Silikatfasern und/oder Fasern mit einem Anteil von 15 bis 25 Gew.-% an Al₂O₃, eingesetzt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung enthalten die Fasern der zweiten Schicht 3 in Gew.-% im wesentlichen SiO₂ 50 bis 68, Na₂O 0 bis 18, Al₂O₃ 3 bis 25, CaO 3 bis 25, B₂O₃ 3 bis 11 und/oder MgO 1 bis 6, Reststoffe jeweils vorzugsweise unter 1, sowie vorzugsweise eine Schlichte von 1 bis 10 Gew.-%.
Die zweite Schicht 3 ist vorzugsweise mikroporös und/oder als Papier, insbesondere als Faserpapier, ausgebildet. Die zweite Schicht 3 ist vorzugsweise bindemittelfrei ausgeführt.
Für die zweite Schicht 3 wird vorzugsweise das unter der Handelsmarke "Multitherm 550" von der Firma Techno-Physik Engineering GmbH, Essen, Deutschland, erhältliche Material oder das unter dem Handelsnamen "Keratech KT T-Grade 550" erhältliche Material der Keratech Group a.s., Steti, Tschechische Republik, erhältliche Material eingesetzt.
Die zweite Schicht 3 kann grundsätzlich auch aus einem steifen oder plattenförmigen Material oder dergleichen hergestellt sein. Vorzugsweise wird die zweite Schicht 3 jedoch aus einem flexiblen, insbesondere als Rollenware erhältlichen und/oder mattenartigen und/oder papierartigen Material hergestellt.
Die spezifische Wärmeleitfähigkeit der ersten Schicht 2 ist vorzugsweise größer als diejenige der zweiten Schicht 3. Die spezifische Wärmeleitfähigkeit der ersten Schicht 2 ist insbesondere größer als 0,08 Wm^–1K^–1, besonders bevorzugt größer als 0,1 Wm^–1K^–1. Die spezifische Wärmeleitfähigkeit der zweiten Schicht 3 beträgt vorzugsweise weniger als 0,1 Wm^–1K^–1, insbesondere weniger als 0,08 Wm^–1K^–1, ganz bevorzugt weniger als 0,06 Wm^–1K^–1 und insbesondere im wesentlichen etwa 0,05 Wm^–1K^–1.

Claims

Aufbau (1) zur Wärmeisolierung, insbesondere eines Bauteils (4, 5) eines Motors oder einer Abgasanlage, mit einer ersten, insbesondere mattenförmigen Schicht (2), die gegenüber einer ersten Temperatur hitzebeständig ist, und mit einer zweiten, insbesondere mattenförmigen Schicht (3), die gegenüber einer zweiten Temperatur hitzebeständig ist, die um mindestens 100 K geringer als die erste Temperatur ist.
Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (2) aus Fasern hergestellt ist, insbesondere zumindest im wesentlichen daraus besteht.
Aufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern hochtemperaturbeständig sind.
Aufbau nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern als Kalziumsilikatfasern, Silikatfasern oder Glasfasern oder aus einer Mischung davon ausgebildet sind.
Aufbau nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen mittleren Durchmesser von mindestens 4 μm, vorzugsweise mindestens 6 μm, insbesondere im wesentlichen 8 bis 16 μm, aufweisen.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (2) als Vlies und/oder Fasermatte, insbesondere Nadelmatte oder Nähgewirkmatte, ausgebildet ist.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (2) bindemittelfrei ist.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (2) – insbesondere im Einbauzustand – mindestens 5 mm, insbesondere mindestens 8 mm, dick ist.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (2) – insbesondere im Einbauzustand – dicker als die zweite Schicht (3) ist, insbesondere um mindestens 25%, besonders bevorzugt um etwa 50% oder mehr.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (2) zur Absenkung einer hohen Temperatur, die insbesondere in der Nähe der ersten Temperatur liegt, auf eine Temperatur unter der zweiten Temperatur und/oder um mindestens 100 K, vorzugsweise 200 K oder mehr, ausgebildet ist.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Temperatur mindestens 600 oder 700°C beträgt.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (3) aus Fasern hergestellt ist, insbesondere zumindest im wesentlichen daraus besteht.
Aufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der zweiten Schicht (3) geringer temperaturbeständig als die erste Schicht (2) sind.
Aufbau nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern als Kalziumsilikatfasern, Magnesium-Silkatfasern, Silikatfasern oder Glasfasern oder aus einer Mischung davon ausgebildet sind.
Aufbau nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen mittleren Durchmesser von 1 bis 8 μm, vorzugsweise höchstens 6 μm, aufweisen.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (3) mikroporös ausgebildet ist.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (3) als Papier, insbesondere als Faserpapier, ausgebildet ist.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (3) bindemittelfrei ist.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (3) – insbesondere im Einbauzustand – mindestens 2 mm, insbesondere im wesentlichen 4 bis 7 mm, dick ist.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (3) zur Absenkung einer Temperatur, die insbesondere in der Nähe der zweiten Temperatur liegt, auf unter 200°C und/oder um mindestens 200 K, vorzugsweise um etwa 300 K oder mehr, ausgebildet ist.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Temperatur 400 bis 600°C beträgt.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturabsenkung bzw. Wärmeisolierung durch die zweite Schicht (3) größer als durch die erste Schicht (2) ist.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Schicht (3) kleiner als der ersten Schicht (2) ist.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schichten (2, 3) fest und/oder vollflächig miteinander verbunden sind.
Aufbau nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schichten (2, 3) miteinander verklebt, vernadelt und/oder vernäht sind.