DE10345575B3

DE10345575B3 - Vorrichtung zur akustischen und thermischen Abschirmung

Info

Publication number: DE10345575B3
Application number: DE2003145575
Authority: DE
Inventors: Hans A Haerle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: DE10345575C5

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 aus 1;
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 Vorrichtung 1 zur akustischen und thermischen Abschirmung mit einem plattenförmigen Element 2. Das plattenförmige Element 2 weist im vorliegenden Fall eine Schicht 3 eines Metallgewebes 4 auf, welches Kettfäden 5 und im wesentlichen senkrecht zu den Kettfäden 5 verlaufende Schussfäden 6 aufweist. Das Metallgewebe 4 weist des weiteren Poren 7 auf, welche sich zwischen den Kettfäden 5 und den Schussfäden 6 befinden. Die Poren 7 des Metallgewebes 4 dienen dazu, die Druckenergie des Schalls in Wärme umzuwandeln und auf diese Weise die Schallwellen zu absorbieren. Wenn die Dicke des Metallgewebes 4 bzw. der Durchmesser der Kettfäden 5 und/oder der Schussfäden 6 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 Vorrichtung 1 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 Elements 2 an die verschiedensten Formen von Bauteilen zu erreichen, ist es möglich, dass das plattenförmige Element 2 als Lochblech, als Schlitzblech oder als Streckmetall ausgebildet ist. Des weiteren kann das plattenförmige Element 2 durch Umformen, beispielsweise durch Tiefziehen, in eine an das abzuschirmende Bauteil angepasste Form gebracht werden, und zwar ohne dass das plattenförmige Element 2 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 Poren 7 zwischen den Kettfäden 5 und den Schussfäden 6 Luftpolster, die für die notwendige thermische Isolierung sorgen.
Zur Herstellung des Metallgewebes 4 werden die Kettfäden 5 und die Schussfäden 6 in an sich bekannter Weise miteinander verwebt, wobei die Kettfäden 5 und die Schussfäden 6 an ihren jeweiligen Berührungspunkten 8 durch Versintern miteinander verbunden werden. Zum Sintern wird das Metallgewebe 4 beispielsweise in einem Ofen auf die für eine Versinterung erforderliche Temperatur erhitzt. Diese Sintertemperatur hängt von dem Werkstoff der Kettfäden 5 und der Schussfäden 6 ab, wobei dieselben vorzugsweise einen Stahlwerkstoff, einen Kupferwerkstoff oder einen Aluminiumwerkstoff aufweisen. Vorzugsweise bestehen die Kettfäden 5 und die Schussfäden 6 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 Schussfäden 6 an den Berührungspunkten 8 miteinander verlötet, verschweißt, verklebt oder gegebenenfalls auch miteinander vernäht sein. Selbstverständlich sind auch Kombinationen dieser Verbindungsarten denkbar.
Das Metallgewebe 4 des plattenförmigen Elements 2 weist im vorliegenden Fall eine Porosität von 40 bis 60 %, vorzugsweise von 45 bis 55 % auf. Dies bedeutet, dass ungefähr die Hälfte des Metallgewebes 4 von den Kettfäden 5 bzw. den Schussfäden 6 eingenommen wird und die andere Hälfte von den Poren 7. Die Porosität des Metallgewebes 4 kann durch eine Walzbehandlung desselben verändert werden. Alternativ oder zusätzlich lässt sich auch der Abstand der Kettfäden 5 und der Schussfäden 6 verändern, um Einfluss auf die Größe der Poren 7 zu nehmen. Durch diese Veränderung der Größe der Poren 7 kann das Metallgewebe 4 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 Schussfäden 6 im wesentlichen denselben Durchmesser auf. Dies gilt auch für die sehr schematische Schnittdarstellung gemäß 2, obwohl dort ein Durchmesserunterschied erkennbar ist. Selbstverständlich können die Kettfäden 5 und die Schussfäden 6 auch tatsächlich unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß 3 weist das plattenförmige Element mehrere Schichten auf. Als erste Schicht 3 ist wiederum das Metallgewebe 4 vorgesehen. Direkt mit dem Metallgewebe 4 ist eine weitere Schicht 9 verbunden, welche als Metallgewebe 10 ausgebildet ist. Das Metallgewebe 10 kann identisch zu dem Metallgewebe 4 ausgeführt sein, ist jedoch um 90° verdreht zu demselben angeordnet. Auf dem Metallgewebe 10 sind drei weitere Schichten 11, 12 und 13 jeweiliger Metallgewebe 14, 15 und 16 aufgebracht. Dabei ist erkennbar, dass die mittlere Schicht 12 des Metallgewebes 15 stärker gewalzt ist als die dem Metallgewebe 10 zugewandte innere Schicht 11 und als die äußere Schicht 13. Die einzelnen Metallgewebe 4, 10, 14, 15 und 16 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 Element 2 derart aufgebaut ist, bietet es sich an, sämtlich Schichten 3, 9, 11, 12 und 13 in einem Verfahrensschritt miteinander zu versintern.
Bei dieser Ausführungsform ist zusätzlich in die Poren 7 des Metallgewebes 4 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 Zusatzmaterial 17 auch in die anderen Schichten 9, 11, 12 und 13 eingelagert sein.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform des plattenförmigen Elements 2 der Vorrichtung 1 weisen die Kettfäden 5 und die Schussfäden 6 der beiden Metallgewebe 4 und 10 Durchmesser von jeweils 0,42 mm auf. Die Metallgewebe 14, 15 und 16 weisen jeweils Kettfäden 5 und Schussfäden 6 mit einem Durchmesser von jeweils 0,1 mm auf. Die abgebildete Vorrichtung 1 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 Metallgewebe 4 und 10 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 Elements 2 der Vorrichtung 1 weist wieder um das Metallgewebe 4 als erste Schicht 3 sowie das Metallgewebe 10 als zweite Schicht 9 auf. Zusätzlich ist statt der drei Schichten 11, 12 und 13 eine weitere Schicht vorgesehen, die als nicht poröse Deckschicht 18 ausgeführt ist und beispielsweise durch eine Folie, ein Blech oder dergleichen gebildet sein kann.
Die Ausführungsform des plattenförmigen Elements 2 gemäß 5 weist zusätzlich zu dem Metallgewebe 4 und dem verdreht dazu angeordneten Metallgewebe 10 eine weitere Schicht, nämlich eine poröse Deckschicht 19 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 Deckschicht 19 kann mit dem Metallgewebe 10 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 Elements 2 gemäß 6 ist zusätzlich zu dem Metallgewebe 4 und dem Metallgewebe 10 eine weitere Absorberschicht 20 vorgesehen, welche auf der dem Metallgewebe 10 gegenüberliegenden Seite mit einer thermischen Isolationsschicht 21 versehen ist. Die thermische Isolationsschicht 21 dient dabei als zusätzliches Hitzeschild und unterstützt somit die thermische Abschirmwirkung der Metallgewebe 4 und 10. Bei der Absorberschicht 20 kann es sich um Mineralfasern, Metallfasern, ein Metallgewirk, ein Drahtgestrick oder dergleichen handeln, welche auch eine thermische Isolationswirkung haben. Für die thermische Isolationsschicht 21 sind beispielsweise mineralische Gewebe, mineralische Papiere, Metallfolien, Strickmetall, gelochtes Blech oder dergleichen denkbar.
Eine weitere Ausführungsform des plattenförmigen Elements 2 zeigt 7. Hierbei sind zwei thermische Isolationsschichten 21 und 22 vorgesehen und das Metallgewebe 10 ist in diesem Fall auf der anderen Seite des Metallgewebes 4, also auf der der Absorberschicht 20 gegenüberliegenden Seite desselben vorgesehen.
Bei der Ausführungsform des plattenförmigen Elements 2 gemäß 7 sind jeweils zwei Schichten 3 des Metallgewebes 4 und zwei hierzu verdrehte Schichten 9 des Metallgewebes 10 sowie eine dazwischenliegende Absorberschicht 20 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

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.