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Die vorliegende Erfindung betrifft Wärme-Abschirmbleche, wie sie beispielsweise aus der Automobiltechnik bekannt sind. Prinzipiell lassen sich Wärme-Abschirmbleche in allen technischen Bereichen einsetzen, in denen sich eine Wärmequelle und wärmeempfindliche Bauteile befinden und voneinander thermisch isoliert werden sollen.
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Wärme-Abschirmbleche werden vorwiegend in der Automobilindustrie eingesetzt. Sie schützen Fahrzeugkomponenten gegen Hitze, die vom Motor, Katalysator, Schalldämpfer, vom Auspuffstrang oder von anderen heißen Komponenten ausgeht. Die zu schützenden Komponenten befinden sich vorwiegend im Motorraum oder im Unterboden. Dies sind beispielsweise Kunststoffteile, Elektronik oder flüssigkeitsgefüllte Leitungen im Motorraum, Kabel, Treibstofftank, Aufhängevorrichtungen der Abgasvorrichtung und Karosserieboden im Unterbodenbereich.
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Im Stand der Technik sind Wärme-Abschirmbleche mit einem Materialaufbau aus zwei Stahl- oder Aluminiumblechen bekannt, die übereinander angeordnet als Wärme-Abschirmblech dienen.
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Wärme-Abschirmbleche werden seit Langem in der Automobilindustrie eingesetzt. Sie können als einfache, einlagige Bleche eingesetzt werden, als isolierte Bleche oder im sogenannten Sandwichaufbau. Isolierte Bleche bestehen aus einem einlagigen Trägerblech, einer hitzebeständigen Isolationsschicht und einer Abdeckschicht.
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Die Abdeckschicht kann eine Folie sein, beispielsweise eine Aluminiumfolie der Stärke 20 bis 50 Mikrometer. Diese Folie kann mittels eines Heißklebers am Trägerblech angebracht sein.
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Ein Wärme-Abschirmblech im Sandwichaufbau kann aus zwei Strukturblechen hergestellt sein, die unabhängig voneinander vor dem Zusammenfügen im Tiefziehverfahren dreidimensional verformt wurden. Zwischen den beiden Strukturblechen kam zusätzlich eine Isolation eingelegt sein. Zudem können Wärme-Abschirmbleche ebenfalls als Schallschutz dienen, wenn das der Lärmquelle ausgesetzte Strukturblech eine Perforation im isolierten Bereich aufweist. Das Wärme-Abschirmblech kann somit ebenfalls als Schallabsorber wirken.
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Wärme-Abschirmbleche sind oft als selbsttragende Konstruktionen ausgeführt und müssen vorwiegend folgende Kriterien erfüllen: Sie müssen genügend Wärme abhalten, im Falle eines Aufpralls Sicherheitsisolationen schaffen zwischen heißen Komponenten und empfindlichen Teilen, den Vibrationen während des Lebenszyklus des Fahrzeuges standhalten und preisgünstig sein. Die akustische Wirksamkeit ist eine zusätzliche positive Eigenschaft eines Wärme-Abschirmbleches.
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Ein Wärme-Abschirmblech im Sandwichbau d. H. ein zweilagiges Wärme-Abschirmblech ist generell steifer und vibrationsbeständiger als ein einlagiges Wärme-Abschirmblech. Der Preis ist aber viel höher, da für jedes Strukturblech ein Werkzeug hergestellt werden muss und da prinzipiell mindestens drei Arbeitsschritte nötig sind, um die beiden Schalen zu verformen und zusammenzufügen.
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Andere Wärme-Abschirmbleche bestehen aus lediglich zwei durch Clinchen zusammengefügten Blechen, die im Wesentlichen keinen Zwischenraum aufweisen. Die Isolation von solchen Wärme-Abschirmblechen ist nicht sehr hoch, da keine Isolation eingelegt werden kann. Zudem können sich die durch Clinchen gefügten Verbindungen bei Dauerbelastung mit Vibrationen locker oder gar lösen. So können Klappergeräusche entstehen, die in einem Fahrzeug unerwünscht sind. Weiterhin kann an scharfkantigen Rändern eine Verletzungsgefahr bestehen. Verschiedene Automobilhersteller verlangen Wärme-Abschirmbleche mit gebördelten Rändern, zumindest in Bereichen, in denen das Wärme-Abschirmblech von einem Monteur montiert werden muss.
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Aus dem bisherigen Stand der Technik von Wärme-Abschirmblechen ergibt sich die Aufgabe, die Herstellung von Wärme-Abschirmblechen zu verbessern, die Isolationseigenschaften von Wärme-Abschirmblechen zu verbessern und wie in allen technischen Anwendungen den Materialeinsatz zu optimieren.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wärme-Abschirmblech mit mindestens einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht bereitgestellt, die miteinander verbunden sind, wobei sich zwischen den zwei Schichten eine Isolierschicht befindet, die Granulat und ein hitzebeständiges Bindemittel umfasst, wobei eine mittlere Korngröße des Granulats mindestens einem Viertel einer Dicke der Isolierschicht entspricht.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Wärme-Abschirmblech bereitgestellt, das eine Isolierschicht aufweist, die ein Granulat umfasst. Die mittlere Korngröße des Granulats liegt in der Größenordnung der Dicke der Isolierschicht bzw. minimal bei einem Viertel der Dicke der Isolierschicht. Bei gleichmäßig geformtem Granulat d. h. bei (annähernden) Kugeln, kann die mittlere Korngröße so gewählt sein, dass bei einem Granulat mit Kugeln unterschiedlicher Durchmesser die größten Kugeln einen Durchmesser aufweisen, der etwa der End-Dicke der Isolierschicht entspricht, und andere Kugeln des Granulats können kleiner sein und die Zwischenräume zwischen den großen Kugeln auffüllen. Bei der Verwendung eines ungleichmäßig geformten Granulats, kann die größte Abmessung eines unregelmäßig geformten Korns in etwa der Dicke der späteren Isolationsschicht entsprechen.
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Das Granulat kann in der Isolierschicht vollständig in einer Matrix aus Bindemittel eingebettet sein.
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Das Granulat kann in der Isolierschicht auch nur dünn von dem Bindemittel überzogen sein, sodass zwischen den einzelnen Körnern des Granulats Zwischenräume vorliegen.
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Die Abmessungen des Granulats können so gewählt werden, dass die Isolierschicht nur eine Lage Granulatkörner umfasst. In diesem Fall genügt es, dass die jeweilige Schicht nur in den Bereichen mit Bindemittel versehen ist, mit denen sie mit den Granulatkörnern in Kontakt steht. Diese Ausführungsform kann einfach dadurch erreicht werden, indem die Seiten der Schichten des Abschirmblechs, zwischen denen die Isolationsschicht liegen soll, mit dem Bindemittel beschichtet werden, und dann das Granulat auf die beschichteten Bereiche aufgebracht wird. Wenn die beiden Schichten zusammengefügt werden, wird durch das Bindemittel jedes Korn an mindestens einer Schicht, und viele an beiden Schichten gebunden bzw. mit den Schichten verklebt, wodurch die Schichten ebenfalls miteinander verbunden werden.
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Die letzten beiden Ausführungsformen haben den Vorteil, dass die Isolierschicht Hohlräume umfasst, die das Gewicht des Hitze-Abschirmblechs verringern und gleichzeitig die Isolationseigenschaften verbessern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Wärme-Abschirmblech bereitgestellt, dessen Isolierschicht mindestens einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, wobei die Dicke der Isolierschicht im zweiten Bereich kleiner ist als im ersten Bereich, und wobei die mittlere Korngröße des Granulats im ersten Bereich größer ist als die mittlere Korngröße des Granulats im zweiten Bereich. In dieser Ausführungsform betrifft das Merkmal, dass „eine mittlere Korngröße des Granulats mindestens einem Viertel einer Dicke der Isolierschicht entspricht” die jeweilige lokale Dicke der Isolierschicht, in der das jeweilige Granulat eingesetzt wird. Durch diese Ausführungsform können Wärme-Abschirmbleche mit unterschiedlichen Wärme-Abschirmeigenschaften in unterschiedlichen Bereichen erzeugt werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Wärme-Abschirmblech bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht. Das Verfahren wird fortgeführt durch das Bereitstellen einer Isolierschicht, die Granulat und ein hitzebeständiges Bindemittel, umfasst, wobei eine mittlere Korngröße des Granulats mindestens einem Viertel einer Dicke der Isolierschicht entspricht. Das Verfahren umfasst weiterhin das Verbinden der ersten Schicht, der Isolierschicht und der zweiten Schicht zu einem Wärme-Abschirmblech, wobei die Isolierschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet wird.
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Vereinfacht wird eine Isolierschicht sandwichartig zwischen zwei Schichten eingebettet und die beiden bzw. drei Schichten dann miteinander verbunden. Es ist nicht wichtig, auf welche Weise die erste und die zweite Schicht miteinander verbunden werden. Die beiden äußeren Schichten (i. e. die erste und die zweite Schicht) können beispielsweise durch ein Abbinden eines noch nicht abgebundenen Bindemittels der Isolierschicht miteinander verbunden werden. Die beiden äußeren Schichten können auch durch ein Fügeverfahren miteinander verbunden werden, wobei die Isolierschicht zwischen den Schichten eingeklemmt wird oder ebenfalls durch ein Fügeverfahren fixiert bzw. mit den beiden Schichten verbunden wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Wärme-Abschirmblech, bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst das Bereitstellen einer ersten Schicht und das Versehen der ersten Schicht auf mindestens einer Seite mit einem hitzebeständigen Bindemittel. Weiter umfasst das Verfahren das Aufbringen eines Granulats auf die Seite der ersten Schicht, die mit einem hitzebeständigen Bindemittel versehen ist. Weiterhin umfasst das Verfahren das Bereitstellen einer zweiten Schicht, und das das Versehen der zweiten Schicht auf mindestens einer Seite mit einem hitzebeständigen Bindemittel. Schließlich wird die erste Schicht mit der zweiten Schicht zusammengefügt, sodass das zwischen den Schichten eine Isolierschicht entsteht, die Granulat, und ein hitzebeständiges Bindemittel umfasst, wobei eine mittlere Korngröße des Granulats mindestens einem Viertel einer Dicke der Isolierschicht entspricht. Schließlich wird die erste Schicht, die Isolierschicht und der zweiten Schicht miteinander verbunden.
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Dieses Herstellungsverfahren kann durch zwei mit Klebstoff bzw. Bindemittel eingestrichene Platten bzw. Schichten veranschaulicht werden, die mit den Klebeseiten zusammengefügt werden, nachdem ein Granulat auf einer der Platten verteilt wurde. Durch diese Verfahren kann (in einer Ausführungsform) eine Isolierschicht erzielt werden, die fast nur aus Granulat und entsprechenden Zwischenräumen besteht, wobei das Granulat durch den auf die Platten aufgebrachten Klebstoff fixiert wird. Wenn im Wesentlichen runde und gleich große Granulatkörner verwendet werden, kann eine einschichtige Granulatschicht erreicht werden, deren einzelne Körner jeweils an beide Platten durch das Bindemittel angeklebt sind, wodurch die beiden Platten über den Klebstoff und die einzelnen Körner des Granulats miteinander verbunden werden. In diesem Fall würde die mittlere Korngröße im Wesentlichen der Diecke der Isolierschicht entsprechen.
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Die obengenannte Ausführungsform des Herstellungsverfahrens ermöglicht insbesondere eine einfache und schnelle Herstellung von Wärme-Abschirmblechen, wobei auf bekannte Techniken zur Beschichtung von Schichten oder Platten von Wärme-Abschirmblechen zurückgegriffen werden kann. Diese Ausführungsform ermöglicht es auch einfach, Wärme-Abschirmbleche mit lokal unterschiedlichen Isolierschichtdicken zu erzeugen, indem in verschiedenen Bereichen Granulat verschiedener mittlerer Korngröße aufgebracht wird. Es ist ebenso möglich, Bereiche in denen keine Isolierschicht notwendig sind, nicht mit Bindemittel bzw. Klebstoff zu beschichten, sodass in diesen Bereichen kein Granulat haften bleibt, und nicht haftende Granulatkörner durch die Schwerkraft oder einen Luftstrom entfernt werden können.
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Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein zusätzliches Verfahren zum Herstellen eines Wärme-Abschirmblech, bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst das Bereitstellen einer ersten Schicht und das Versehen eines Granulats mit einem hitzebeständigen Bindemittel. Das mit dem hitzebeständigen Bindemittel versehene Granulat wird dann auf eine Seite der ersten Schicht aufgebracht. Weiterhin wird eine zweite Schicht, auf eine Seite der ersten Schicht aufgebracht, auf die das Granulat aufgebracht wurde, und die erste Schicht und die zweite Schicht werden miteinander verbunden, sodass das zwischen den Schichten eine Isolierschicht entsteht, die Granulat, und ein hitzebeständiges Bindemittel umfasst, wobei eine mittlere Korngröße des Granulats mindestens einem Viertel einer Dicke der Isolierschicht entspricht.
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Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist darauf gerichtet, dass jedes Korn des Granulats gelichmäßig mit einer relativ dünnen Schicht aus Bindemittel überzogen ist, sodass zwischen den Körnern noch Hohlräume bestehen bleiben können, die nicht mit Bindemittel gefüllt sind. Man könnte sich die daraus entstehende Isolierschicht als eine Art „Makrosinterwerkstoff” vorstellen, wobei die einzelnen Körner durch eine dünne Schicht Bindemittel miteinander verbunden sind und zwischen den Körnern relativ große Hohlräume bestehen. Diese Ausführungsform gestattet es auch, mehrere Lagen von Körnern übereinander anzuordnen, die eine einzelne Isolationsschicht bilden. Weiterhin können die Hohlräume bei Verwendung einer gelochten Schicht als Resonanzräume genutzt werden, um die Schalldämmungswirkung des Wärme-Abschirmblechs zu verbessern.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst zumindest das erfindungsgemäße Wärme-Abschirmblech oder das Herstellungsverfahren ein Granulat mit einer mittleren Korngröße von 0,25 mm bis 6 mm, bevorzugt eine mittlere Korngröße von 0,5 mm bis 4 mm, und weiter bevorzugt eine mittlere Korngröße von 0,75 mm bis 2 mm.
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Die Dicke der Isolierschicht eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs liegt damit zwischen etwa 0,25 mm bis 24 mmm, bevorzugt zwischen 0,5 mm bis 16 mm, und weiter bevorzugt zwischen 0,75 mm und 6 mm. Noch weiter bevorzugt sind Isolierschichtdicken zwischen 1 mm und 2 mm. Die Dicke der Isolierschicht kann dabei entsprechend den physikalischen Eigenschaften und den Anforderungen an das Wärme-Abschirmblech variiert werden.
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Das Granulat kann ein Aluminiumgranulat mit einer Dichte von 2,7 g/cm3, einer Reinheit von ca 97% und einer Wärmeleitfähigkeit von 235 W/K m sein. Ein derartiges Aluminiumgranulat kann als weitere Zusätze bis zu ca. 1% Magnesium, 1% Silizium, 0,5% Kupfer, 0,5% Zink, und 0,5 Kohlenstoff umfassen.
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Das Granulat kann ein Granulat aus einer Aluminiumlegierung wie Duralaluminium mit einer Beimischung von Kupfer, Magnesium und Mangan sein, mit einer Dichte zwischen 2,7 bis 2,78 g/cm3 und einer Wärmeleitfähigkeit von 110 bis 220 W/Km.
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Als Granulat kann ein Eisengranulat, mit einer Dichte von 7,874 g/cm3 und einer Wärmeleitfähigkeit von 80 W/Km verwendet werden.
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Als Granulat kann ebenfalls ein Stahlgranulat verwendet werden, das eine Dichte von 7,85–7,87 g/cm3 und eine Wärmeleitfähigkeit zwischen etwa 15 W/Km (für hoch legierte Stähle) und etwa 42 W/Km (für niedrig legierte Stähle) und 48 bis 58 W/Km (für unlegierte Stähle) besitzt.
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Ein Granulat aus einem Aluminiumschaumwerkstoff mit einer Dichte von 500 kg/m3 und einer Wärmeleitfähigkeit zwischen 5 und 15 W/Km, eignet sich ebenfalls zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmbleche.
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Ein Schaumglas-Granulat, das ebenfalls Verwendung finden kann, weist eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,08 W/Km und eine Dichte von etwa 130 bis 170 kg/m3.
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Diese Granulate können mit einer ersten Schicht beispielsweise aus Aluminium mit einer Dicke zwischen 0,5 mm und 3 mm vorzugsweise zwischen 0,9 und 3 mm kombiniert werden. Wird eine erste Schicht aus Eisen oder Stahlblech verwendet, ist es möglich, Bleche mit einer Dicke zwischen 0,3 mm bis 0,9 mm zu verwenden.
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Als zweite Schicht kann ebenfalls ein Aluminiumblech mit einer Dicke zwischen 0,5 mm und 3 mm oder ein Stahlblech 0,5 mm und 2 mm bis 3 mm verwendet werden. Ist die erste Schicht dicker bzw. stabiler ausgeführt, kann für die zweite Schicht ein dünneres Blech oder eine Folie verwendet werden, das bzw. die lediglich dazu dient, die Rückseite des Wärme-Abschirmblechs bzw. der Isolierschicht abzudecken.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst zumindest eines der vorstehend beschriebenen, Herstellungsverfahren das Verbinden der ersten und der zweiten Schicht durch mindestens ein Fügeverfahren, ausgewählt aus Nieten, Bördeln. Falzen, Clinchen, ToxenTM, Schweißen, Löten oder Kleben.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die erste und die zweite Schicht durch mindestens ein Fügeverfahren ausgewählt aus Nieten, Bördeln. Falzen, Clinchen, ToxenTM, Schweißen, Löten oder Kleben oder Klammern miteinander verbunden.
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In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Granulat ein Metall-Granulat wie Aluminium- oder Eisengranulat, ein Metallschaum-Granulat, ein Kunststoff- oder Kunststoffschaumgranulat, ein Glas oder Glasschaum-Granulat, ein Keramik- oder Keramikschaum- oder ein Mineral- oder Mineralschaum-Granulat oder deren Mischungen.
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Prinzipiell könnte die vorliegende Erfindung mit Stahl- oder Eisengranulat verwirklicht werden, die zwischen zwei Aluminiumplatten in einer Trägermatrix aus einem Bindemittel wie hitzebeständiges Silikonharz eingebettet sind. Bei Verwendung von Kugellagerkugeln mit einem Durchmesser von der Dicke der Isolationsschicht kann eine Isolationsschicht mit definierter Dicke erreicht werden. Bei Verwendung beispielsweise von Eisen oder Stahlblech und einem Aluminiumgranulat könnte auch ein Granulat mit etwas „unrunderen” oder ungleichmäßiger geformten Körnern verwendet werden, da einzelne nicht richtig ausgerichtete Körner beim Fügen der beiden Stahlbleche verformt werden können. Die Verwendung von Schaum-Granulat, wie Metallschaum-, Kunststoffschaum-, Glasschaum-, Keramikschaum- oder Mineralschaum-Granulat, ermöglicht es, Wärmebrücken, die sonst durch die Körner des Aluminiumgranulats entstehen könnten, zu vermeiden. Granulat aus einem Schaumwerkstoff weist zudem den Vorteil auf, dass einzelne Granulatkörner gestaucht werden können, ohne dass sie in seitlicher Richtung mehr Platz beanspruchen. Kunststoff-, Glas-, Keramik- und Mineralgranulat können sich aus Sicht der Materialkosten und der Hitzebeständigkeit als interessant erweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die mittlere Korngröße des Granulats mindestens die Hälfte der Dicke der Isolierschicht des Wärme-Abschirmblechs oder bei der Herstellung des Wärme-Abschirmblechs.
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In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann nur eine Lage des Granulats oder können maximal zwei Lagen des Granulats in der Isolierschicht vorliegen.
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In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung übersteigt eine Abmessung der Korngröße des Granulats die Enddicke der Isolierschicht, und mindestens ein Korn des Granulats wird oder wurde vor oder während des Verbindens der ersten Schicht, der Isolierschicht und der zweiten Schicht auf die Dicke der Isolierschicht gestaucht.
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Durch dieses Verfahren können auch Granulate mir relativ unrunden und ungleichmäßig geformten Körnern verwendet werden, die in einer Abmessung die angestrebte Enddicke der Isolationsschicht überschreiten, da die einzelnen Körner bei der Herstellung des Wärme-Abschirmblechs einfach auf die gewünschte Enddicke gestaucht werden. Es ist ebenfalls möglich, ein Granulat mit unterschiedlich großen Körnern zu verwenden, da größere Körner bei dem Zusammenfügen und Verbinden der ersten und der zweiten Schicht auf die gewünschte Enddicke getaucht werden können. Es kann in Kauf genommen werden, dass die erste und die zweite Schicht leicht gestaucht werden.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die erste Schicht und/oder die zweite Schicht ein Material aus Metallblech oder einem Faserverbundwerkstoff.
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Die der Wärmequelle zugewandte Vorderseite des Wärme-Abschirmblechs kann aus Metall gefertigt sein, während die Rückseite aus einem weniger hitzebeständigen Material wie beispielsweise einem Faserverbundmaterial gefertigt sein kann.
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Im Folgenden wird die Erfindung im Detail anhand der beigefügten Figuren beschrieben, wobei:
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1A bis 1F ein mögliches Herstellungsverfahren einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs zeigen,
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2A bis 2F ein weiteres mögliches Herstellungsverfahren einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs darstellen,
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3A bis 3F ein zusätzliches mögliches Herstellungsverfahren einer zusätzlichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs zeigen, und
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4 stellt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs dar.
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Alle Figuren stellen jeweils schematische, nicht-maßstabsgerechte Querschnittsansichten von Wärme-Abschirmblechen oder von Teilen von Wärme-Abschirmblechen dar.
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Sowohl in der Beschreibung als auch in den Figuren werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder ähnliche Gegenstände zu bezeichnen.
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1A bis 1F stellen in ihrer Reihenfolge ein mögliches Herstellungsverfahren einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs dar. 1E und 1F zeigen eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs.
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1A zeigt als Ausgangspunkt für Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs eine erste Schicht 4, beispielsweise aus Stahl oder Aluminiumblech.
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1B zeigt als einen möglichen zweiten Schritt, indem Granulat 12 mit einer relativ kleinen mittleren Korngröße und großer Streuung der Korngröße auf die erste Schicht 4 aufgebracht wird. Als Granulat 12 kann ein Metallgranulat wie Eisen-, Stahl- oder Aluminiumgranulat verwendet werden. Als Granulat 12 kann ebenfalls ein Granulat aus einem hitzebeständigen Material wie hitzebeständiger Kunststoff wie Polyaryletherketon (PEEK) oder Polyimid (PI), Phenolharz, Glas, Keramik oder einem Mineralstoff verwendet werden. Es ist ebenso vorgesehnen, ein Granulat aus einem Schaumwerkstoff aus den vorstehend genannten Materialien zu verwenden, um das Gewicht des Wärme-Abschirmblechs zu verringern.
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In 1C wird ein Bindemittel 10 auf die erste Schicht 4 und das Granulat 12 aufgetragen, das im Wesentlichen alle Zwischenräume zwischen den Körnern des Granulats 12 auffüllt. Als Bindemittel kann jede Art von temperaturfestem Bindemittel verwendet werden, wie sie beispielsweise als Bindemittel bei temperaturfesten Lacken verwendet werden. Das Bindemittel kann zusätzlich Füllstoffe umfassen. Das Bindemittel 10 und das Granulat 12 bilden zusammen (mit eventuellen weiteren Zusätzen) die Isolierschicht 8.
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In 1D wird eine zweite Schicht 6, die beispielsweise ebenfalls aus Stahl oder Aluminiumblech, auf der Isolierschicht 8 aufgesetzt.
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Die erste Schicht 4 und die zweite Schicht 6 können beispielsweise durch Aushärten eines aushärtbaren Bindemittels miteinander verbunden werden, womit das Wärme-Abschirmblech bereits fertiggestellt wird.
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In 1E wird die erste Schicht 4 mit der zweiten Schicht 6 durch eine am Rand angeordnete Klammer 14 miteinander verbunden. Es sind ebenfalls andere Verbindungstechniken wie Nieten, Bördeln. Falzen, Clinchen, ToxenTM, Schweißen, Löten, und/oder Kleben für alle Ausführungsformen möglich, zur einfacheren Darstellung der Figuren wird jedoch lediglich das Klammern mit Klammern 14 dargestellt.
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Es kann notwendig sein, den Rand des Wärme-Abschirmblechs in allen Ausführungsformen zu verschließen, um ein Austreten einer eventuell noch nicht ausgehärteten Isolierschicht 8 bzw. eines nicht ausgehärteten Bindemittels 10 zu verhindern. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde dies jedoch nicht in den Figuren dargestellt. Der Rand kann durch Umfalzen oder Umbördeln der ersten und der zweiten Schicht 4, 6 oder durch eine Folie verschlossen werden.
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1F stellt ist ein Schnitt durch ein gebogenes Wärme-Abschirmblech dar. Das Wärme-Abschirmblech kann beispielsweise kurz vor dem Abbinden des Bindemittels 10 beispielsweise in einer Presse gebogen werden. Es ist ebenfalls möglich, das Wärme-Abschirmblech aus bereits vorgebogenen Schichten 4 und 6 zusammenzusetzen.
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Es ist, abweichend von den in den 1A bis 1F dargestellten Verfahren, ebenfalls möglich, das Granulat 12 und das Bindemittel 10 zu mischen und dann gemeinsam auf die Schicht 4 aufzutragen.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird bei allen Figuren und Ausführungsformen darauf verzichtet, Durchführungen und Befestigungselemente darzustellen, die das Wärme-Abschirmblech ebenfalls umfassen kann.
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2A bis 2F stellen in ihrer Reihenfolge ein mögliches Herstellungsverfahren einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs dar. 2E und 2F zeigen eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs.
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2A zeigt als Ausgangspunkt für Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs eine erste Schicht 4, beispielsweise aus Stahl oder Aluminiumblech.
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In 2B wird ein Bindemittel 10 auf die erste Schicht 4 aufgetragen.
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In 2C wird ein Granulat 12 mit einer relativ großen mittleren Korngröße und geringer Streuung der Korngröße auf das Bindemittel 10 aufgebracht. Die Bindemittelschicht 10 ist so dünn ausgeführt, dass die Körner des Granulats 12 nur mit ihrer Unterseite mit dem Bindemittel in Kontakt stehen. Die Bindemittelschicht ist zu dünn, um die Zwischenräume zwischen den Körnern des Granulats 12 aufzufüllen. Somit verbleiben zwischen den Körnern des Granulats 12 Zwischenräume.
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In 2D wird eine zweite Schicht, die ebenfalls mit Bindemittel 10 versehen ist, auf die Oberseite des Granulats 12 aufgelegt und in Pfeilrichtung angepresst. Bei Verwendung eines Granulats mit nahezu runden Körnern genügt ein relativ leichtes Anpressen der zweiten Schicht, da lediglich die Granulatkörner in das Bindemittel 10 der zweiten Schicht 6 eingedrückt werden müssen. Bei Verwendung sehr ungleichmäßig geformter Granulatkörner kann es notwendig sein, einzelne Granulatkörner bei dem Anpressen in eine flache Lage zu drücken, was einen höheren Anpressdruck erfordert. Bei sehr ungleichmäßig geformten Granulatkörnern kann es zudem notwendig sein, zu große Granulatkörner bei dem Anpressen flach zudrücken oder zu stauchen, wobei „zu große” Granulatkörner auf die gewünschte Enddicke der Isolierschicht zusammengepresst werden.
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Es ist daher für diese Ausführungsform vorteilhaft, sehr gleichmäßig geformte Granulatkörner zu verwenden. Es kann jedoch ebenfalls hilfreich sein, ein Granulat 12 aus einem Material zu verwenden, das weicher ist, als das Material der Schichten 4, 6.
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In 2E wird die erste Schicht 4 mit der zweiten Schicht 6 durch eine, am Rand angeordnete Klammer 14 miteinander verbunden. Es ist bei dieser Ausführungsform möglich, dass zwischen den Körnern des Granulats 12 Hohlräume bestehen bleiben. Dies ist aus Sicht eines verringerten Materialaufwands eines geringeren Gewichts und einer besseren Isolation auch wünschenswert. Wenn zwischen den Körnern des Granulats 12 Hohlräume bestehen bleiben, ist lediglich eine Lage Granulatkörner (und maximal zwei Lagen Granulatkörner) zu bevorzugen, da es sonst möglich ist, dass nicht durch das Bindemittel 10 gebundene Granulatkörner sich zwischen den beiden Schichten 4 und 6 bewegen können.
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In 2F ist ein Schnitt durch ein gebogenes Wärme-Abschirmblech dargestellt. Das Wärme-Abschirmblech kann beispielsweise kurz vor dem Abbinden des Bindemittels 10 gebogen werden. Es ist ebenfalls möglich, das Wärme-Abschirmblech aus bereits vorgebogenen, beschichteten Schichten 4 und 6 zusammenzusetzen.
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Die in den 2A bis 2F dargestellte Ausführungsform eines Wärme-Abschirmblechs eignet sich besonders für den Einsatz von großen, weichen Granulatkörnern. Granulat aus Schaumwerkstoffen kann in dieser Ausführungsform besonders gut eingesetzt werden, da zu erwarten ist, dass ein Granulat aus einem Schaumwerkstoff sich besonders leicht verformen lässt. Ein Granulat aus einem Schaumwerkstoff kann zudem unter Volumenverringerung verformt bzw. gestaucht werden.
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3A bis 3F stellen in dieser Reihenfolge ein weiteres mögliches Herstellungsverfahren einer zusätzlichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs dar. 3E und 3F zeigen eine zusätzliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs.
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3A zeigt als Ausgangspunkt für Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärme-Abschirmblechs eine erste Schicht 4.
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3B zeigt das Aufbringen eines Granulats 12, dessen Körner mit einer dünnen Schicht Bindemittel 10 überzogen sind. Die Menge des Bindemittels 10 reicht nicht aus, um alle Zwischenräume zwischen den Körnern des Granulats 12 aufzufüllen, sodass zwischen den Körnern Hohlräume verbleiben. Je größer die mittlere Korngröße ist, desto eher bleiben die Hohlräume bestehen.
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In 3C verbindet das Bindemittel 10 die einzelnen Granulatkörner durch Zusammenlaufen miteinander und mit der ersten Schicht 4. Es ist ebenfalls möglich, eine dünne Lage Bindemittel 10 oder Haftvermittler auf die erste Schicht 4 aufzutragen, um die Haftung der Granulatkörner 12 auf der ersten Schicht 4 zu verbessern. Das Bindemittel 10 und das Granulat 12 bilden zusammen (mit eventuellen weiteren Zusätzen) eine Isolierschicht 8, die eine schwammartige Struktur mit vielen Hohlräumen aufweist.
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In 3D wird eine zweite Schicht 6, beispielsweise ebenfalls aus Stahl oder Aluminiumblech auf der Isolierschicht 8 aufgesetzt. Es ist ebenfalls möglich, eine dünne Lage Bindemittel 10 oder Haftvermittler auf die zweite Schicht 6 aufzutragen, um die Haftung der Granulatkörner 12 auf der zweiten Schicht 6 zu verbessern. Die erste Schicht 4 und die zweite Schicht 6 können beispielsweise durch Aushärten eines aushärtbaren Bindemittels miteinander verbunden werden, womit das Wärme-Abschirmblech bereits fertiggestellt wäre.
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In 3E wird die erste Schicht 4 mit der zweiten Schicht 6 durch eine am Rand dargestellte Klammer 14 miteinander verbunden.
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In 3F ist ein Schnitt durch ein gebogenes Wärme-Abschirmblech dargestellt. Das Wärme-Abschirmblech kann beispielsweise kurz vor, während oder auch nach dem Abbinden des Bindemittels 10 gebogen werden. Es ist ebenfalls möglich, das Wärme-Abschirmblech aus bereits vorgebogenen Schichten 4 und 6 gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zusammenzusetzen.
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In 4 ist ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Wärme-Abschirmblechs dargestellt. Das Wärme-Abschirmblech von 4 entspricht vom Aufbau der in den 2A bis 2F dargestellten Ausführungsform. Das Wärme-Abschirmblech von 4 kann aber auch der in den 2A bis 2F dargestellten Ausführungsform einer Isolationsschicht verwendet werden.
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Das Wärme-Abschirmblech von 4 weist zwei benachbarte Bereiche auf, in denen Granulat mit verschiedenen Korngrößen verwendet wird. Die mittlere Korngröße des Granulats entspricht dabei etwa jeweils der lokalen Dicke der Isolierschicht 8.
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Es ist bei diesem Aufbau sehr leicht möglich, die Dicke der Isolationsschicht zu variieren, indem ein weiteres Granulat mit einer anderen mittleren Korngröße aufgebracht wird. Wenn die Dichte und die Festigkeit des Granulats richtig gewählt sind, ist es ebenfalls möglich, das Wärme-Abschirmblech in einem Arbeitsgang mit einer Presse zu formen, wobei die Granulatkörner 12 zwischen den Schichten 4, 6 als Kern fungieren, der verhindert, dass die beiden Schichten 4, 6 weiter als gewünscht zusammengedrückt werden.
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In 4 ist ebenfalls schematisch ein Granulatkorn aus einem Schaumwerkstoff dargestellt, das in der Schnittansicht mehrere Blasen aufweist. Mit Granulatkörnern aus Schaumwerkstoffen kann das Gewicht, der Materialaufwand und auch die Wärmeleitfähigkeit der Isolierschicht 8 verringert werden.
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Durch den porösen Aufbau des Wärme-Abschirmblechs können diese Hohlräume ebenfalls zur Schallisolierung genutzt werden. Wenn die erste Schicht 4 mit Bohrungen 16 versehen wird, von denen sich einige bis in die Hohlräume erstrecken können die Hohlräume auch als Resonanzkörper dienen.
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Als Material für die erste und die zweite Schicht können Aluminiumbleche, Eisenbleche oder Stahlbleche verwendet werden. Es ist ebenso möglich, die erste und/oder die zweite Schicht aus einem Kompositmaterial herzustellen.
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Das Granulat kann eine mittlere Korngröße von 0,25 mm bis 6 mm aufweisen. Es ist ebenfalls möglich, für große Wärme-Abschirmbleche ein Granulat mit einer mittleren Korngröße zwischen 4 mm und 12 mm oder zwischen 12 mm und 40 mm zu verwenden. Für den Automobilbereich sind jedoch mittlere Korngrößen zwischen 0,5 mm und 4 mm bevorzugt. Für PKW's eignet sich ebenfalls eine mittlere Korngröße zwischen etwa 0,75 mm bis etwa 2 mm.
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Bei einem Granulat mit einer mittleren Korngröße zwischen 0,25 mm bis 6 mm ergibt sich eine Dicke der Isolierschicht zwischen minimal 0,25 mm bis 6 mm und maximal 1 mm bis 24 mm.
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Diese Granulate können mit einer ersten Schicht aus Aluminium mit einer Dicke zwischen 0,5 mm und 2 mm bis 3 mm kombiniert werden. Bei Verwendung einer ersten Schicht aus Eisen oder Stahlblech ist es möglich, dünnere Bleche mit einer Dicke zwischen 0,3 mm uns 0,9 mm zu verwenden. Als zweite Schicht kann ebenfalls ein Aluminiumblech mit einer Dicke zwischen 0,5 mm und 3 mm oder ein Stahlblech mit einer Dicke zwischen 0,3 mm und 0,9 mm dienen. Wenn als erste Schicht ein dickeres bzw. stabileres Blech verwendet wird, kann die zweite Schicht dünner ausgeführt werden (Ca 0,1 mm) und lediglich dazu dienen, die Rückseite des Wärme-Abschirmblechs bzw. der Isolierschicht abzudecken.
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Vorzugsweise sollte das Material des Granulats oder das Granulat selbst eine geringere Festigkeit aufweisen, als das Material der ersten oder der zweiten Schicht. Als Material für die erste und die zweite Schicht können Aluminiumbleche, Eisenbleche oder Stahlbleche verwendet werden. Es ist ebenso möglich, die erste oder die zweite Schicht aus einem Kompositmaterial herzustellen, sofern dieses den Anforderungen bezüglich Festigkeit und oder Temperaturbeständigkeit genügt.
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Das Material des Granulats oder das Granulat selbst kann auch eine höhere Festigkeit als das Material der ersten und/oder der zweiten Schicht aufweisen. Hat nur das Material der zweiten Schicht eine geringere Festigkeit als das Material des Granulats, kann es notwendig sein, die Isolierschicht 8 vor dem Aufsetzen der zweiten Schicht beispielsweise mit einer Presse so zusammenzupressen, dass eine im Wesentlichen glatte Oberfläche entsteht. Auf diese im Wesentlichen glatte Oberfläche kann zweite Schicht aufgebracht werden ohne, dass bei dem Aufbringen einzelne Granulatkörner gestaucht oder verformt werden müssen. Hat das Material der ersten und der zweiten Schicht eine geringere Festigkeit als das Granulat, ist es ebenfalls möglich, zuerst die Isolierschicht aus Granulat und Bindemittel herzustellen. Dies kann durch Mischen (mindestens) des Granulats mit dem Bindemittel, dem Formen der Mischung und dem Härten bzw. dem Verfestigen des Bindemittels erfolgen. Auf die so hergestellte Isolierschicht können dann auch jeweils eine erste Schicht und eine zweite Schicht aus weicherem Material, beispielsweise durch Kleben, aufgebracht werden.
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Es ist also möglich Aluminiumbleche für die erste und zweite Schicht zu verwenden und diese dann mit einer Isolierschicht zu kombinieren, die ein Eisen- oder Stahlgranulat umfasst.
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Es ist ebenso möglich Aluminiumbleche für die erste und zweite Schicht zu verwenden und diese dann mit einer Isolierschicht zu kombinieren, die ein Granulat aus Metall-, Kunststoff-, Keramik-, Glas oder Mineralschaum umfasst.
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Als Material für die erste und die zweite Schicht können Aluminiumbleche, Eisenbleche oder Stahlbleche verwendet werden. Es ist ebenso möglich, die erste oder die zweite Schicht aus einem Kompositmaterial herzustellen, sofern es den Anforderungen bezüglich Festigkeit und oder Temperaturbeständigkeit genügt.
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Weiterhin ist vorgesehen, die erste Schicht mit einer hitzebeständigen Beschichtung zu versehen. Zudem kann die zweite Schicht mit einer hitzebeständigen Beschichtung versehen werden. Die erste Schicht kann weiter mit mindestens einer Haftvermittlerschicht versehen sein, um die Haftung zwischen der ersten Schicht und der Isolierschicht und/oder der einer hitzebeständigen Beschichtung zu verbessern. Die zweite Schicht kann ebenfalls zusätzliche Haftvermittlerschichten umfassen, um die Haftung zwischen der ersten Schicht und der Isolierschicht und/oder der einer hitzebeständigen Beschichtung zu verbessern.
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Die vorliegende Anmeldung umfasst anhand von Beispielen die Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen, in der die vorliegende Erfindung realisiert werden kann. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass diese Beispiele nicht dazu dienen sollen, den Schutzumfang wie der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, einzuschränken. Schutzumfang wird durch die beigefügten Ansprüche definiert und soll sich auch auf Weiterentwicklungen und Kombinationen der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen erstrecken. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sollen lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung dienen.