DE102013107727A1 - Dämmschicht für eine flächige Wärmeabschirmeinrichtung - Google Patents

Dämmschicht für eine flächige Wärmeabschirmeinrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dämmschicht (1) für eine flächige Wärmeabschirmeinrichtung. Die erfindungsgemäße Dämmschicht (1) umfasst eine erste Schicht (2) und eine zweite Schicht (3), die partiell miteinander verbunden sind, wobei erste Schicht (2) und zweite Schicht (3) eine Vielzahl von kissenartigen Hohlräumen (4) bilden, die mit einem Granulat (5) gefüllt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dämmschicht für eine Wärmeabschirmeinrichtung gemäß Anspruch 1.
  • Dämmschichten bzw. Dämmelemente sind in vielerlei Ausgestaltungsformen, insbesondere in mehrlagigen Ausführungsformen bekannt und werden beispielsweise zur Wärmeabschirmung von wärmeempfindlichen Teilen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Üblicherweise sind Dämmschichten zwischen Decklagen aus metallischen Werkstoffen in Blechform angeordnet. Zwischen den beiden Decklagen ist eine Zwischenlage mit einem oder mehreren Dämmstoffen angeordnet, wobei der Dämmstoff einen Wärmetransport in Richtung der abzuschirmenden hitzeempfindlichen Teile unterbindet oder erschwert. Abhängig von der Höhe der abzuschirmenden Temperatur bzw. der Höhe des Wärmeeintrags in das Wärmeabschirmteil werden gemäß dem Stand der Technik unter anderem Glasfaservliese oder Silikatvliese als Dämmstoffe bzw. als Zwischenlagen eingesetzt.
  • Aus der KR 10 2004 0004919 ist eine Isolationsstruktur für Schiffe, die verflüssigtes Erdgas transportieren, bekannt. Das Innere der beschriebenen Isolationsstruktur ist mit Aerogel Granulat gefüllt. Ferner enthält die Isolationsstruktur noch eine Vakuumschicht, wodurch diese Isolationsstruktur eine starre Ausprägung aufweist. Eine flexible mechanische Anpassbarkeit an abzuschirmende Strukturen mit geringeren Abmessungen ist nicht gegeben.
  • Die chinesische Patentanmeldung CN 1850502 beschreibt ein Hitzeabschirmschild mit zwei Deckplatten und einer Zwischenschicht aus Aerogel, das auf die Deckplatte aufgesprüht ist. Ein Nachteil an diesem Hitzeabschirmschild ist ebenfalls die nicht vorhandene Biegsamkeit. Eine Verformung, insbesondere eine Biegung des Wärmeabschirmschilds würde die Struktur der Aerogel-Zwischenschicht aufgrund ihrer spröden Struktur zerstören.
  • Die Patentschrift GB 2467442 geht aus von einem System für Hitzeabschirmung, Wärmekonvektion und Wärmedissipation. Das System umfasst unter anderem eine Isolationsschicht, welche ein Aerogel enthält. Die Anwendung dieses Systems erstreckt sich sowohl auf Hitzeabschirmung als auch auf Wärmeübertragung bei Flugzeugbremsen, Fahrzeugbremsen oder Brennstoffdüsen von Gasturbinen. Eine flexible Anpassung bzw. ein flexibler Einbau dieses Systems, insbesondere in den Motorraum von Kraftfahrzeugen ist ebenfalls nicht vorgesehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber Vliesstoffen verbesserte Wärmedämmung mit flexibilisierter mechanischer Belastbarkeit anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Dämmschicht nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind der Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die erfindungsgemäße Dämmschicht für eine flächige Wärmeabschirmeinrichtung umfasst eine erste Schicht und eine zweite Schicht. Die erste Schicht und die zweite Schicht sind zumindest partiell miteinander verbunden, wobei eine Vielzahl von kissenartigen Hohlräumen durch die erste und zweite Schicht gebildet wird und die Hohlräume mit einem Granulat gefüllt sind. Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Dämmschicht sowohl in Direktabschirmungen als auch in doppeltgewandete mehrlagige Wärmeabschirmteile einfach integrierbar.
  • In einem ersten Ausführungsbeispiel ist als Füllstoff ein Granulat vorgesehen, welches bereits in einer Vielzahl von kleinen vorgeformten Kissen-Füllungen in die erfindungsgemäße Dämmschicht integrierbar ist. Vorteilhafterweise lassen sich dadurch lokale Bereiche mit unterschiedlichen Anforderungen an mechanische Belastbarkeit und unterschiedliche Wärmedämmung bzw. Wärmedämpfung festlegen.
  • In einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dämmschicht ist das Granulat für die Füllung der kissenartigen Hohlräume ein Aerogel-Granulat.
  • Vorteilhafterweise besteht das Granulat in einem dritten Ausführungsbeispiel aus keramischen Hohlkugeln, aus mineralischen Hohlkugeln, aus Zeolith oder es enthält eine definierte Mischung aus keramischen, mineralischen oder Zeolith Hohlkugeln bzw. eine Mischung aus zwei der drei Komponenten keramische Hohlkugeln, mineralische Hohlkugeln oder Zeolithe. Dies bringt zusätzlich den Vorteil mit sich, dass die Funktion einer Wärmeabschirmung der erfindungsgemäßen Dämmschicht auf die Funktion einer Wärmespeicherung erweitert ist, so dass eine Entnahme von Wärmeenergie durch Kopplung einer entsprechenden Vorrichtung an den Wärmespeicher mit der erfindungsgemäßen Dämmschicht realisierbar ist.
  • Das vierte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dämmschicht erstreckt sich darauf, dass als Füllmittel ein flexibles Aerogelgranulat, insbesondere ein Kunststoffaerogel oder ein flexibles Silica-Aerogel oder ein Cellulose-Aerogel eingesetzt ist. Dadurch kann die erfindungsgemäße Dämmschicht sehr prall gefüllt sein und dennoch leicht anpassbar bzw. biegsam verbaut werden, ohne dass das Füllmaterial durch Biegebeanspruchung geschädigt wird.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist ein Granulat aus einem Phasenwechselmaterial (PCM). Ein Phasenwechselmaterial ist ein Latentwärmespeicher, das einen hohen Anteil von Wärme- und Kälteenergie speichern und als Wärme je nach Bedarf phasenverschoben wieder abgeben kann. Als geeignetes Phasenwechselmaterial kommen beispielsweise Salze, z. B. Glaubersalz, Natriumacetat oder organische Verbindungen, z. B. Paraffine oder Fettsäuren in Betracht.
  • Je nachdem, welches Material als Phasenwechselmaterial eingesetzt wird, kann dies sinnvoller Weise gekapselt oder ungekapselt zum Einsatz kommen.
  • Oben genannte Materialien, die erfindungsgemäß zur Ausbildung des Granulats geeignet sind, können grundsätzlich in beliebigen prozentualen Anteilen vorhanden sein. Es obliegt dem Fachmann, eine geeignete Granulatmischung oder ein geeignetes Reingranulat, je nach Einsatzzweck, auszuwählen oder zusammenzustellen.
  • Von Vorteil ist außerdem, dass die erste und/oder zweite Schicht der erfindungsgemäßen Dämmschicht aus einem textilen Material, wie beispielsweise aus textilem Kunststoff ausgebildet sind, wobei die beiden Schichten zur Ausbildung der kissenartigen Hohlräume miteinander verklebt, vernäht, vernadelt oder verschweißt sind. Je kleiner die kissenartigen Hohlräume ausgebildet sind, desto flexibler ist die erfindungsgemäße Dämmschicht einsetzbar. Dieser Vorteil kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn als Granulat ein sehr sprödes Material, wie bspw. ein Aerogel Granulat eingefüllt ist. Als textiler Kunststoff kann ein Vlies oder ein Gewebe zur Ausbildung der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht vorgesehen sein. Als Füllstoff kann ebenfalls ein Kunststoffaerogel eingesetzt werden.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst die Anwendung von Schaumstoff als erste und/oder zweite Schicht und Kunststoffaerogel-Granulat als Füllstoff, so dass die Dämmschicht als Wärmeabschirmeinrichtung einfach und flexibel in einem Kfz mit begrenztem Raum eingebaut werden kann.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Wärmeabschirmung sowie die flexible Anpassbarkeit der Dämmschicht vorteilhaft dadurch verbessert, dass die erste und/oder die zweite Schicht aus einem Glasfaservlies oder einem Silicatfaservlies gebildet sind.
  • Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel der Dämmschicht geht davon aus, dass das Aerogel-Granulat ein Silica-Aerogel-Granulat ist.
  • Vorteilhafterweise besitzen die kissenartigen Hohlräume der Dämmschicht in Bereichen höherer thermischer Belastung ein größeres Volumen zur Aufnahme des Granulats als in Bereichen niedrigerer thermischer Belastung, wo die Wärmeabschirmung geringer ausgeprägt sein darf.
  • Zusätzlich ist es von Vorteil, dass eine Wandstärke der kissenartigen Hohlräume der Dämmschicht in Bereichen höherer thermischer Belastung eine größere Dicke der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht aufweisen.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel beschreibt die lokale Infiltration der ersten und/oder der zweiten Schicht mit einem Bindersystem, so dass vorteilhafterweise eine Versteifung der erfindungsgemäßen Dämmschicht gegeben ist, wodurch günstigerweise eine verbesserte mechanische Belastbarkeit gewährleistet ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist diese verbesserte mechanische Belastbarkeit noch dadurch erhöht, dass die mit dem Bindersystem getränkten Schichten zusätzlich noch komprimiert werden bzw. komprimiert sind. Eine alternative Ausführung der erfindungsgemäßen Dämmschicht erstreckt sich auf eine verstärkte Vernadelung eines Vliesstoffs mit der ersten und/oder der zweiten Schicht, wodurch zumindest lokal eine Verstärkung und/oder eine Versteifung festgelegt ist.
  • Vorteilhaft ist auch, dass die Dämmschicht, insbesondere die Zwischenschicht zur Ausbildung einer Wärmeabschirmeinrichtung zwischen zwei metallischen und/oder keramischen Decklagen angeordnet ist.
  • In einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel besteht die erste Schicht und/oder die zweite Schicht aus kombinierten Verbünden, wie beispielsweise einem PP-Faserverbund mit einem Glasfaserverbund, einem Aluminiumfolien-Schaumstoffverbund, einem PES-Deckvlies-Schaumstoffverbund oder einem PP-Deckflies-Glasfaserverbund.
  • Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1: eine perspektivische Ansicht (von schräg oben) einer erfindungsgemäßen Dämmschicht;
  • 2: einen vergrößerten Ausschnitt eines mit Granulat gefüllten kissenförmigen Hohlraums.
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht (von schräg oben) einer erfindungsgemäßen Dämmschicht 1 für eine flächige Wärmeabschirmeinrichtung. Die Dämmschicht 1 umfasst eine erste Schicht 2 und eine zweite Schicht 3, die partiell entlang von Linien 4a miteinander verbunden sind.
  • Die Verbindung der Deckschichten 2, 3 entlang von Linien 4a (gerade oder gebogen) gewährleistet eine zumindest in Grenzen vorhandene gelenkige Lagerung zweier benachbarter Hohlräume 4, so dass die Dämmschicht 1 als ganzes biegbar ist, obwohl als Wärmedämmmittel sehr spröde Materialien zum Einsatz kommen können.
  • Die erste Schicht 2 und die zweite Schicht 3 bilden eine Vielzahl von kissenartigen Hohlräumen 4. Zur Verbesserung der Wärmeisolierenden Eigenschaften sind die kissenartigen Hohlräume 4 zumindest teilweise mit einem Granulat 5 gefüllt. Das Granulat 5 kann auch als in einer Vielzahl von kleinen vorgeformten bzw. vorgefertigten Kissen in die erfindungsgemäße Dämmschicht integriert werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist das Granulat 5 ein Aerogel-Granulat und besteht aus Hohlkugeln auf keramischer Basis mit einer Größe bis zu 10mm.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Dämmschicht 1 besteht die Füllung aus mineralischen Hohlkugeln.
  • Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dämmschicht 1 nutzt als Granulat 5 Zeolithmaterial, welches zwischen die erste Schicht 2 und die zweite Schicht 3 eingefüllt ist.
  • Ein flexibles Aerogel, insbesondere ein Kunststoffaerogel kann ebenfalls als Füllstoff-Granulat 5 eingesetzt sein.
  • Eine Mischung aus keramischen, mineralischen und Zeolithhohlkugeln ist Merkmal eines weiteren Ausführungsbeispiels.
  • Die erfindungsgemäße Dämmschicht 1 umfasst in einem weiteren Ausführungsbeispiel textiles Material oder textilen Kunststoff. Diese Materialien bilden die erste Schicht 2 und die zweite Schicht 3 der Dämmschicht 1. Das textile Material ist – wie in 1 gezeigt – zur Ausbildung der kissenartigen Hohlräume 4 entlang der Linien 4a miteinander verklebt, vernäht, vernadelt oder verschweißt.
  • Die aus textilen Kunststoff, insbesondere aus einem Vlies oder einem Gewebe bestehenden Schichten 2, 3 können ebenfalls mit einem Kunststoffaerogel gefüllt sein.
  • Die erste und/oder zweite Schicht können aus einem Schaumstoff gefertigt sein und als Füllung ebenfalls ein Kunststoffaerogel aufweisen.
  • Die in 1 gezeigte Dämmschicht 1 ist in einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel so ausgestaltet, dass die erste Schicht 2 und/oder die zweite Schicht 3 aus einem Glasfaservlies oder einem Silicatfaservlies bestehen. Das eingefüllte Aerogel-Granulat kann ein Silica-Aerogel-Granulat sein. In Bereichen höherer thermischer Belastung ist bei der erfindungsgemäßen Dämmschicht 1 ein größeres Volumen oder eine größere Dicke der Wandstärke der kissenartigen Hohlräume 4 zur Aufnahme des Granulats 5 vorgesehen als in Bereichen niedrigerer thermischer Belastung.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die zumindest partielle Verstärkung von erster Schicht 2 und/oder zweiter Schicht 3 mittels eines Bindersystems, welches die Schicht 2, 3 bzw. die Schichten 2, 3 zumindest lokal tränkt und versteift. Zur Verbesserung dieser lokalen Verstärkung bzw. Versteifung kann die Schicht 2, 3 bzw. können die Schichten 2, 3 zumindest lokal komprimiert sein.
  • Eine alternative Ausführung einer zumindest lokalen Verstärkung erstreckt sich auf eine Vernadelung eines Vliesstoffes, welche auch partiell ausgeführt sein kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dämmschicht 1 nutzt diese zur Ausbildung einer Wärmeabschirmeinrichtung, wobei die Dämmschicht 1 zwischen zwei metallischen und/oder keramischen Decklagen angeordnet ist.
  • Ein letztes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dämmschicht umfasst die Anwendung von kombinierten Verbünden für die erste Schicht 2 und/oder die zweite Schicht 3. Dabei kann der kombinierte Verbund ein PP-Faser Verbund mit einem Glasfaserverbund, ein Aluminiumfolien-Schaumstoffverbund, ein PES-Deckflies-Schaumstoffverbund oder einen PP-Deckvlies-Glasfaserverbund sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Dämmschicht
    2
    erste Schicht
    3
    zweite Schicht
    4
    Hohlraum
    4a
    Linien
    5
    Granulat
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 1020040004919 [0003]
    • CN 1850502 [0004]
    • GB 2467442 [0005]

Claims (20)

  1. Dämmschicht (1) für eine flächige Wärmeabschirmeinrichtung aufweisend eine erste Schicht (2) und eine zweite Schicht (3), die partiell miteinander verbunden sind und die erste und zweite Schicht (2) eine Vielzahl von kissenartigen Hohlräumen (4) bilden, wobei die Hohlräume (4) mit einem Granulat (5) gefüllt sind.
  2. Dämmschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat als Füllstoff in einer Vielzahl von kleinen vorgeformten Kissen-Füllungen in die Dämmschicht integriert ist.
  3. Dämmschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) ein Aerogel-Granulat ist.
  4. Dämmschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) aus keramischen oder mineralischen Hohlkugeln oder aus Zeolith besteht oder diese enthält.
  5. Dämmschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat ein flexibles Aerogel, insbesondere ein Kunststoffaerogel oder ein flexibles Silica-Aerogel oder ein Cellulose-Aerogel ist.
  6. Dämmschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht und/oder die zweite Schicht aus textilem Kunststoff, insbesondere aus einem Vlies oder einem Gewebe besteht.
  7. Dämmschicht nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat als Füllstoff ein Kunststoffaerogel ist.
  8. Dämmschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht und/oder die zweite Schicht aus Schaumstoff besteht.
  9. Dämmschicht nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat als Füllstoff ein Kunststoffaerogel ist.
  10. Dämmschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (2) und zweite Schicht (3) aus einem textilen Material ausgebildet sind und zur Ausbildung der kissenartigen Hohlräume (4) miteinander verklebt, vernäht, vernadelt oder verschweißt sind.
  11. Dämmschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (2) und/oder die zweite Schicht (3) aus einem Glasfaservlies oder einem Silicatfaservlies gebildet sind.
  12. Dämmschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerogel-Granulat ein Silica-Aerogel-Granulat ist.
  13. Dämmschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kissenartigen Hohlräume (4) in Bereichen höherer thermischer Belastung ein größeres Volumen zur Aufnahme des Granulats (5) besitzen als in Bereichen niedrigerer thermischer Belastung.
  14. Dämmschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke der kissenartigen Hohlräume (4) in Bereichen höherer thermischer Belastung eine größere Dicke zur Aufnahme des Granulats (5) besitzen als in Bereichen niedrigerer thermischer Belastung.
  15. Dämmschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht und/oder die zweite Schicht mit einem Bindersystem zumindest lokal infiltriert und versteift ist.
  16. Dämmschicht nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht und/oder die zweite Schicht mit einem Bindersystem zumindest lokal infiltriert und zumindest lokal komprimiert und versteift ist.
  17. Dämmschicht nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht und/oder die zweite Schicht durch eine lokal verstärkte Vernadelung eines Vliesstoffs zumindest lokal verstärkt ist.
  18. Dämmschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämmschicht zur Ausbildung einer Wärmeabschirmeinrichtung zwischen zwei metallischen und/oder keramischen Decklagen angeordnet ist.
  19. Dämmschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht und/oder die zweite Schicht aus kombinierten Verbünden besteht.
  20. Dämmschicht nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der kombinierte Verbund einen PP-Faser Verbund mit einem Glasfaserverbund oder einen Aluminiumfolien-Schaumstoffverbund oder ein PES-Deckflies-Schaumstoffverbund oder einen PP-Deckvlies-Glasfaserverbund umfasst.
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