DE10345575B3 - Vorrichtung zur akustischen und thermischen Abschirmung - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung (1) zur akustischen und thermischen Abschirmung weist ein plattenförmiges Element auf. Das plattenförmige Element (2) weist wenigstens eine Schicht (3, 9, 11, 12, 13) eines Metallgewebes (4, 10, 14, 15, 16) mit Kettfäden (5) und Schussfäden (6) auf, wobei die Kettfäden (5) und die Schussfäden (6) an ihren Berührungspunkten (8) durch Versintern miteinander verbunden sind, und wobei das Metallgewebe (4, 10, 14, 15, 16) Poren (7) aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur akustischen und thermischen Abschirmung mit einem plattenförmigen Element.
- Die
DE 30 29 610 A1 beschreibt ein Schallschluckelement, das aus einem dreidimensionalen, textilen Flächengebilde mit einer Metallauflage auf seinen Fasern und/oder Fäden besteht. Des weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen solcher Schallschluckelemente beschrieben, bei welchem Plüschgewebe oder Plüschgestricke metallisiert werden. - Aus der
DE 91 07 484 U1 ist ein Hitzeschild zur Abschirmung von abgasführenden Teilen an einem Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem eine von einem Trägerblech aus Aluminium getragene Isolierschicht eine Einlage aus einem regelmäßigen Maschenwerk aus Aluminium und mindestens eine Aluminium-Folie aufweist. - Ein weiteres Hitzeschild für Kraftfahrzeuge ist aus der
DE 199 39 482 A1 bekannt. Hierbei ist das Hitzeschild als mikroperforiertes Blechformteil ausgebildet, wobei zwischen dem Hitzeschild und einer benachbarten Wand ein Hohlraum besteht. - In der
DE 38 21 468 C2 ist ein Isolierformteil beschrieben, welches eine flexible Isoliermatte und einen flächigen, zum größten Teil mit der Isoliermatte bedeckten Träger aufweist. - Die
DE 81 30 562 U1 beschreibt Schlauchgestricke für Auspufftöpfe, welche aus zwei Aluminiumschläuchen bestehen, von denen einer grobmaschig und der andere feinmaschig ist. - Aus der
DE 199 52 689 A1 ist eine Schalldämmwand bekannt, welche eine Lochwand und eine Rückwand aufweist, welche über ihre Fläche durch eine Vielzahl von Klebepunkten miteinander verbunden sind. - Ein weiteres Schallabschirmelement ist aus der
EP 1 161 360 B1 bekannt. Hierbei ist eine Platte vorgesehen, welche eine Vielzahl kleiner Durchbrechungen aufweist, die zum Erreichen einer Platzersparnis eine bestimmte Größe sowie eine bestimmte Anordnung aufweisen. - Sämtliche der bekannten Lösungen sind jedoch verhältnismäßig speziell, insbesondere sind sie nur in der Lage, entweder eine thermische oder eine akustische Schutzwirkung zu erzielen. Ein weiterer Nachteil ist die meist sehr aufwändige Herstellung der bekannten Elemente.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur akustischen und thermischen Abschirmung zu schaffen, welche mit einfachen und somit kostengünstigen Mitteln hergestellt werden kann und welche zur Abschirmung von Bauteilen gegenüber thermischen und akustischen Einwirkungen flexibel einsetzbar ist.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das plattenförmige Element wenigstens eine Schicht eines Metallgewebes mit Kettfäden und Schussfäden aufweist, wobei die Kettfäden und die Schussfäden an ihren Berührungspunkten durch Versintern miteinander verbunden sind, und wobei das Metallgewebe Poren aufweist.
- Das plattenförmige Element weist erfindungsgemäß ein mit Poren versehenes Metallgewebe auf, bei welchem die Poren aufgrund der sich darin befindlichen Luft zum einen als Wärmeisolator wirken und somit eine thermische Abschirmung bieten. Zum anderen sorgen die Poren für eine Absorption des in diese Poren gelangenden Schalls, sodass die Druckenergie des Schalls in Wärmeenergie umgewandelt wird. Auf diese Weise bildet die erfindungsgemäße Vorrichtung einen akustisch porösen Absorber.
- Der besondere Vorteil in der Verwendung eines Gewebes für das plattenförmige Element liegt dabei darin, dass ein Gewebe erheblich einfacher und schneller herge stellt werden kann als dies beispielsweise bei Maschenware der Fall ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass für ein Gewebe sehr dünne Drähte verwendet werden können, so dass es möglich ist, äußerst dünne und damit entsprechend flexible plattenförmige Elemente zu bilden. Diese Flexibilität ist dann von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung an bestimmte Wärme und/oder Schall abstrahlende Bauteile, insbesondere im Motorraum eines Kraftfahrzeugs angepasst werden soll.
- Durch das Versintern der Kett- und Schussfäden des Metallgewebes ergibt sich eine besonders sichere und dauerhafte Verbindung, welche trotz der möglichen Flexibilität die Stabilität des plattenförmigen Elements gewährleistet.
- Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch dann eingesetzt werden, wenn lediglich eine akustische oder eine thermische Abschirmung vonnöten ist.
- Aus den unabhängigen Ansprüchen ergeben sich verschiedene Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
- Es zeigt:
-
1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen und akustischen Abschirmung; -
2 einen Schnitt nach der Linie II–II aus1 ; -
3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen und akustischen Abschirmung; -
4 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen und akustischen Abschirmung; -
5 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen und akustischen Abschirmung; -
6 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen und akustischen Abschirmung; -
7 eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen und akustischen Abschirmung; und -
8 eine siebte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen und akustischen Abschirmung. - Die äußerst schematische Darstellung gemäß
1 zeigt eine Draufsicht auf eine grundlegende Ausfüh rungsform einer Vorrichtung1 zur akustischen und thermischen Abschirmung mit einem plattenförmigen Element2 . Das plattenförmige Element2 weist im vorliegenden Fall eine Schicht3 eines Metallgewebes4 auf, welches Kettfäden5 und im wesentlichen senkrecht zu den Kettfäden5 verlaufende Schussfäden6 aufweist. Das Metallgewebe4 weist des weiteren Poren7 auf, welche sich zwischen den Kettfäden5 und den Schussfäden6 befinden. Die Poren7 des Metallgewebes4 dienen dazu, die Druckenergie des Schalls in Wärme umzuwandeln und auf diese Weise die Schallwellen zu absorbieren. Wenn die Dicke des Metallgewebes4 bzw. der Durchmesser der Kettfäden5 und/oder der Schussfäden6 erhöht wird, so steht mehr Masse für eine solche Energieumwandlung zur Verfügung. - Die Vorrichtung
1 kann insbesondere in Motorräumen von Brennkraftmaschinen zur akustischen Abschirmung von Schall abstrahlenden Bauteilen jeglicher Art verwendet werden. Weitere Möglichkeiten zur Verwendung der Vorrichtung1 ergeben sich beispielsweise im Inneren von Schalldämpfern und Abgasanlagen, als Trägermaterial für Motorabdeckungen, als Trägermaterial für dämpfende Dichtungen, als Blech für Helmholtz-Resonatoren ohne und mit Zusatzdämpfung, als Helmholtz-Resonatoren mit Folienabdeckung, als Abdeckung für Helmholtz-Resonatoren, als elastische Widerstandsfolien oder als Platten- und Membran-Absorber. Um eine Anpassung des plattenförmigen Elements2 an die verschiedensten Formen von Bauteilen zu erreichen, ist es möglich, dass das plattenförmige Element2 als Lochblech, als Schlitzblech oder als Streckmetall ausgebildet ist. Des weiteren kann das plattenförmige Element2 durch Umformen, beispielsweise durch Tiefziehen, in eine an das abzuschirmende Bauteil angepasste Form gebracht werden, und zwar ohne dass das plattenförmige Element2 Falten wirft. - Neben der Absorption von Schall dient die Vorrichtung
1 auch zur thermischen Abschirmung, insbesondere wiederum zur Verwendung an bzw. in Verbindung mit Bauteilen von Brennkraftmaschinen, wie z.B. Auspuffkrümmern, Abgasleitungen, Turboladern, Katalysatoren oder anderen wärmeabstrahlenden Bauteilen. Hierzu bilden die Poren7 zwischen den Kettfäden5 und den Schussfäden6 Luftpolster, die für die notwendige thermische Isolierung sorgen. - Zur Herstellung des Metallgewebes
4 werden die Kettfäden5 und die Schussfäden6 in an sich bekannter Weise miteinander verwebt, wobei die Kettfäden5 und die Schussfäden6 an ihren jeweiligen Berührungspunkten8 durch Versintern miteinander verbunden werden. Zum Sintern wird das Metallgewebe4 beispielsweise in einem Ofen auf die für eine Versinterung erforderliche Temperatur erhitzt. Diese Sintertemperatur hängt von dem Werkstoff der Kettfäden5 und der Schussfäden6 ab, wobei dieselben vorzugsweise einen Stahlwerkstoff, einen Kupferwerkstoff oder einen Aluminiumwerkstoff aufweisen. Vorzugsweise bestehen die Kettfäden5 und die Schussfäden6 aus demselben Material, es kann jedoch auch unterschiedliches Material verwendet werden. Bei einem Stahlwerkstoff, insbesondere bei Edelstahl, beträgt die Sintertemperatur z.B. bis zu 1400°C, bei einem Kupferwerkstoff ca. 800°C und bei einem Aluminiumwerkstoff ca. 600°C. - Zusätzlich zu der Versinterung können die Kettfäden
5 und die Schussfäden6 an den Berührungspunkten8 miteinander verlötet, verschweißt, verklebt oder gegebenenfalls auch miteinander vernäht sein. Selbstverständlich sind auch Kombinationen dieser Verbindungsarten denkbar. - Das Metallgewebe
4 des plattenförmigen Elements2 weist im vorliegenden Fall eine Porosität von 40 bis 60 %, vorzugsweise von 45 bis 55 % auf. Dies bedeutet, dass ungefähr die Hälfte des Metallgewebes4 von den Kettfäden5 bzw. den Schussfäden6 eingenommen wird und die andere Hälfte von den Poren7 . Die Porosität des Metallgewebes4 kann durch eine Walzbehandlung desselben verändert werden. Alternativ oder zusätzlich lässt sich auch der Abstand der Kettfäden5 und der Schussfäden6 verändern, um Einfluss auf die Größe der Poren7 zu nehmen. Durch diese Veränderung der Größe der Poren7 kann das Metallgewebe4 an die zu erwartende Wellenlänge des eingestrahlten Schalls angepasst werden. Auf diese Weise lässt sich in einem Bereich zwischen 1 und 5 Kilohertz beispielsweise eine Geräuschabsorption von bis zu 80 % erreichen. - Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Kettfäden
5 und die Schussfäden6 im wesentlichen denselben Durchmesser auf. Dies gilt auch für die sehr schematische Schnittdarstellung gemäß2 , obwohl dort ein Durchmesserunterschied erkennbar ist. Selbstverständlich können die Kettfäden5 und die Schussfäden6 auch tatsächlich unterschiedliche Durchmesser aufweisen. - Bei der Ausführungsform der Vorrichtung
1 gemäß3 weist das plattenförmige Element mehrere Schichten auf. Als erste Schicht3 ist wiederum das Metallgewebe4 vorgesehen. Direkt mit dem Metallgewebe4 ist eine weitere Schicht9 verbunden, welche als Metallgewebe10 ausgebildet ist. Das Metallgewebe10 kann identisch zu dem Metallgewebe4 ausgeführt sein, ist jedoch um 90° verdreht zu demselben angeordnet. Auf dem Metallgewebe10 sind drei weitere Schichten11 ,12 und13 jeweiliger Metallgewebe14 ,15 und16 aufgebracht. Dabei ist erkennbar, dass die mittlere Schicht12 des Metallgewebes15 stärker gewalzt ist als die dem Metallgewebe10 zugewandte innere Schicht11 und als die äußere Schicht13 . Die einzelnen Metallgewebe4 ,10 ,14 ,15 und16 sind im vorliegenden Fall jeweils um 90° verdreht zueinander angeordnet. Gegebenenfalls kann es sich hierbei auch um einen Winkel handeln, der von 90° verschieden ist. Wenn das plattenförmige Element2 derart aufgebaut ist, bietet es sich an, sämtlich Schichten3 ,9 ,11 ,12 und13 in einem Verfahrensschritt miteinander zu versintern. - Bei dieser Ausführungsform ist zusätzlich in die Poren
7 des Metallgewebes4 eingelagert. Hierbei kann es sich um Silikon handeln, welches gegebenenfalls metallisches Pulver enthalten kann. Alternativ kann das Zusatzmaterial auch Gummi, Kunststoff, Keramik oder ein anderes zur akustischen und/oder thermischen Abschirmung geeignetes Material sein. Selbstverständlich kann das Zusatzmaterial17 auch in die anderen Schichten9 ,11 ,12 und13 eingelagert sein. - In der in
3 dargestellten Ausführungsform des plattenförmigen Elements2 der Vorrichtung1 weisen die Kettfäden5 und die Schussfäden6 der beiden Metallgewebe4 und10 Durchmesser von jeweils 0,42 mm auf. Die Metallgewebe14 ,15 und16 weisen jeweils Kettfäden5 und Schussfäden6 mit einem Durchmesser von jeweils 0,1 mm auf. Die abgebildete Vorrichtung1 weist eine Dicke von 1,7 mm, eine Dehnung von 15 %, eine Porosität von 28 %, eine Dichte von 5,67 g/cm3, eine Dehngrenze von 60 N/mm2, eine Streckgrenze von 120 N/mm2 und eine Bruchspannung von 220 N/mm2 auf. Vorzugsweise können als Werkstoffe die Stähle mit den DIN-Nummern 1.4404, 1.4539 und 1.4016 verwendet werden. Alternativ kommen auch Aluminium-, Kupfer-, Messing, und Kohlefaserwerkstoffe in Frage. Die eingesetzten Metallgewebe4 und10 besitzen eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine große Kühloberfläche, sodass sie die auf sie einwirkende Wärme sehr schnell abführen. - Die in
4 dargestellte Ausführungsform des plattenförmigen Elements2 der Vorrichtung1 weist wieder um das Metallgewebe4 als erste Schicht3 sowie das Metallgewebe10 als zweite Schicht9 auf. Zusätzlich ist statt der drei Schichten11 ,12 und13 eine weitere Schicht vorgesehen, die als nicht poröse Deckschicht18 ausgeführt ist und beispielsweise durch eine Folie, ein Blech oder dergleichen gebildet sein kann. - Die Ausführungsform des plattenförmigen Elements
2 gemäß5 weist zusätzlich zu dem Metallgewebe4 und dem verdreht dazu angeordneten Metallgewebe10 eine weitere Schicht, nämlich eine poröse Deckschicht19 auf, welche einerseits metallisch in Form von Pulver, Fasern oder Spänen oder andererseits mineralisch in Form von Granulat, Pulver, Fasern oder dergleichen ausgebildet sein kann. Die poröse Deckschicht19 kann mit dem Metallgewebe10 beispielsweise durch Aufspritzen, Aufwalzen, Aufstreichen, Versintern, Verkleben, Verschmelzen, im Siebdruckverfahren Auftragen oder in ähnlicher Weise verbunden werden. - Bei der Ausführungsform der Vorrichtung
1 bzw. des plattenförmigen Elements2 gemäß6 ist zusätzlich zu dem Metallgewebe4 und dem Metallgewebe10 eine weitere Absorberschicht20 vorgesehen, welche auf der dem Metallgewebe10 gegenüberliegenden Seite mit einer thermischen Isolationsschicht21 versehen ist. Die thermische Isolationsschicht21 dient dabei als zusätzliches Hitzeschild und unterstützt somit die thermische Abschirmwirkung der Metallgewebe4 und10 . Bei der Absorberschicht20 kann es sich um Mineralfasern, Metallfasern, ein Metallgewirk, ein Drahtgestrick oder dergleichen handeln, welche auch eine thermische Isolationswirkung haben. Für die thermische Isolationsschicht21 sind beispielsweise mineralische Gewebe, mineralische Papiere, Metallfolien, Strickmetall, gelochtes Blech oder dergleichen denkbar. - Eine weitere Ausführungsform des plattenförmigen Elements
2 zeigt7 . Hierbei sind zwei thermische Isolationsschichten21 und22 vorgesehen und das Metallgewebe10 ist in diesem Fall auf der anderen Seite des Metallgewebes4 , also auf der der Absorberschicht20 gegenüberliegenden Seite desselben vorgesehen. - Bei der Ausführungsform des plattenförmigen Elements
2 gemäß7 sind jeweils zwei Schichten3 des Metallgewebes4 und zwei hierzu verdrehte Schichten9 des Metallgewebes10 sowie eine dazwischenliegende Absorberschicht20 vorgesehen. - Die einzelnen in den oben erläuterten Ausführungsbeispielen vorgesehenen Schichten können jeweils so kombiniert werden, dass mit dem plattenförmigen Element
2 bestimmte Frequenzen absorbiert werden können, sodass eine Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall gegeben ist.
Claims (28)
- Vorrichtung zur akustischen und thermischen Abschirmung mit einem plattenförmigen Element, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige Element (
2 ) wenigstens eine Schicht (3 ,9 ,11 ,12 ,13 ) eines Metallgewebes (4 ,10 ,14 ,15 ,16 ) mit Kettfäden (5 ) und Schussfäden (6 ) aufweist, wobei die Kettfäden (5 ) und die Schussfäden (6 ) an ihren Berührungspunkten (8 ) durch Versintern miteinander verbunden sind, und wobei das Metallgewebe (4 ,10 ,14 ,15 ,16 ) Poren (7 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgewebe (
4 ,10 ,14 ,15 ,16 ) gewalzt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige Element (
2 ) mehrere Schichten (3 ,9 ,11 ,12 ,13 ,18 ,19 ,20 ,21 ,22 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Schichten (
3 ,9 ,11 ,12 ,13 ) des plattenförmigen Elements (2 ) als Metallgewebe (4 ,10 ,14 ,15 ,16 ) ausgebildet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Metallgewebe (
4 ,10 ,14 ,15 ,16 ) gegeneinander verdreht sind. - Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine nicht poröse Deckschicht (
18 ) vorgesehen ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine poröse Deckschicht (
19 ) vorgesehen ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass eine Absorberschicht (
20 ) vorgesehen ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine thermische Isolationsschicht (
21 ,22 ) vorgesehen ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettfäden (
5 ) und die Schussfäden (6 ) aus demselben Material bestehen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettfäden (
5 ) und die Schussfäden (6 ) einen Stahlwerkstoff aufweisen. - sVorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettfäden (
5 ) und die Schussfäden (6 ) einen Kupferwerkstoff aufweisen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettfäden (
5 ) und die Schussfäden (6 ) einen Aluminiumwerkstoff aufweisen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettfäden (
5 ) und die Schussfäden (6 ) miteinander verlötet sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettfäden (
5 ) und die Schussfäden (6 ) miteinander verschweißt sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettfäden (
5 ) und die Schussfäden (6 ) denselben Durchmesser aufweisen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettfäden (
5 ) und die Schussfäden (6 ) unterschiedliche Durchmesser aufweisen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgewebe (
4 ,10 ,14 ,15 ,16 ) des plattenförmigen Elements (2 ) eine Porösität von 40 bis 60 %, vorzugsweise 45 bis 55 %, aufweist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren (
7 ) des Metallgewebes (4 ,10 ,14 ,15 ,16 ) zumindest teilweise mit einem Zusatzmaterial (17 ) verschlossen sind. - Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial (
17 ) Silikon ist. - Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikon metallische Pulverkörner aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial (
17 ) Gummi ist. - Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial (
17 ) Kunststoff ist. - Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial (
17 ) Keramik ist. - Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 zur thermischen und akustischen Abschirmung eines Wärme und/oder Schall abstrahlenden Bauteils in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs.
- Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 im Inneren von Schalldämpfern und/oder Abgasanlagen.
- Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 als Trägermaterial für Motorabdeckungen.
- Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 für einen Helmholtz-Resonator.
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R206 | Amended patent specification |
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