DE202022002733U1 - Brandschutzelement für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Brandschutzelement (12) für ein Fahrzeug (10), umfassend:
- eine Trägerschicht (22), die eine Aufnahmeoberfläche (24) aufweist;
- eine faserhaltige Schicht (28), die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und eine an die Aufnahmeoberfläche (24) angefügte Anbindeoberfläche (30) sowie eine der Anbindeoberfläche (30) gegenüberliegende Brandschutzoberfläche (32) aufweist; sowie
- ein Bindemittel (34), das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und zumindest mit der Anbindeoberfläche (30), der Brandschutzoberfläche (32) und der Aufnahmeoberfläche (24) verbunden ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brandschutzelement für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit einem Brandschutzelement.
  • Einleitung
  • Auf dem technischen Gebiet der Fahrzeugtechnik nehmen Sicherheitsaspekte eine besondere Bedeutung ein. Häufig besitzen Fahrzeuge eine Energiequelle, wie etwa ein Kraftstoffreservoir oder einen elektrischen Energiespeicher. Aus in der jeweiligen Energiequelle gespeicherter Energie können sich Risiken ergeben, die durch Risikoverringerungsmaßnahmen vorbeugend zu adressieren sind. Risiken können sich auch aus energieumsetzenden Einrichtungen von Fahrzeugen ergeben, wie beispielsweise einem Elektromotor.
  • Auf dem zunehmend an Bedeutung gewinnenden Gebiet von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, mit anderen Worten Elektrofahrzeugen, werden regelmäßig Batterien beziehungsweise Akkumulatoren als Energiespeicher eingesetzt. Kommt es in einer Batterie zu einem Defekt und im Ernstfall zu einem Batteriebrand, können sich hohe Temperaturen und Gasdrücke entwickeln. Im Bereich des Batteriebrands können sich dann beispielsweise heiße Gasfontänen entwickeln, die heiße Gase und Partikel aus der Batterie mit hoher Geschwindigkeit in die Umgebung ausstoßen. Auch in beispielsweise Elektromotoren kann es zu Kabelbränden kommen. Es ist daher wichtig, dass das Fahrzeug und insbesondere anwesende Personen gegen derartige Gefahren geschützt werden.
  • Hierzu existieren vielfältige Anforderungen, die häufig absatzmarktspezifisch sind. Als Vorsorge für einen Batteriebrand wird in der Regel eine Schutzeinrichtung gefordert, welche bei dem Batteriebrand entstehende Hitze und austretende Stoffe für eine Dauer von wenigstens 5 Minuten sicher abschirmen kann. Hierdurch soll den Insassen des Fahrzeugs die Gelegenheit gegeben werden, das Fahrzeug sicher zu verlassen. Ferner wird angestrebt, entsprechende Schutzeinrichtungen bauraumeffizient zu gestalten. Wenn die Schutzeinrichtung im Bereich elektrischer Anlagen verbaut wird, muss zudem eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit gegeben sein.
  • Bekannte Schutzeinrichtungen für Elektrofahrzeuge greifen hierfür auf Materialien zurück, die eine sogenannte Glimmergruppe beinhalten und auch als MICA Materialien bekannt sind. Diese Materialien werden in der Regel mit Zwei-Komponenten-Beschichtungen oder zusätzlichen Verbundbauteilen versehen, die auf das MICA Material aufgeklebt werden. Verwendete Klebstoffe müssen den hohen Temperaturen widerstehen können, die bei einem Batteriebrand zu erwarten sind. Die hierzu erforderlichen Klebeprozesse sind technisch sehr aufwändig. Zwar bieten MICA Materialien eine ausreichende Hitzebeständigkeit, jedoch stellen Nachhaltigkeitsaspekte im Abbau dieser Materialien ein Problemfeld dar. Ferner ist es auch sehr aufwendig, aus MICA Materialien hergestellte Komponenten räumlich umzuformen, was den Gestaltungsspielraum für solche Komponenten verringert oder eine aufwendige Einzelteilanfertigung erfordert. Kommen beispielsweise räumlich eingepasste Verbundbauteile zum Einsatz, wird der Herstellungsaufwand für die Schutzeinrichtung deutlich erhöht. Zudem muss das Verbundbauteil, wie oben angesprochenen, mit Hilfe eines aufwändigen Klebeprozesses mit dem MICA Material gefügt werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Brandschutzelement für ein Fahrzeug vorzuschlagen, das effizient herstellbar ist und den gestellten Anforderungen an die thermische und elektrische Sicherheit sowie den Anforderungen an eine flexible Formgebung und effiziente Bauraumausnutzung Rechnung trägt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Schutzansprüche 1 und 3 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen und weiterhin aus der vorliegenden Offenbarung als Ganzes.
  • Ein erfindungsgemäßes Brandschutzelement kann vorteilhaft gemäß des folgenden Verfahrens zur Herstellung eines Brandschutzelements für ein Fahrzeug hergestellt werden. Dabei umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
    • - Bereitstellen einer faserhaltigen Schicht, die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und eine Anbindeoberfläche sowie eine gegenüberliegende Brandschutzoberfläche aufweist;
    • - Bereitstellen einer Trägerschicht, die eine Aufnahmeoberfläche aufweist;
    • - Benetzung zumindest der Anbindeoberfläche, der Brandschutzoberfläche und der Aufnahmeoberfläche mit einem Bindemittel, das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht;
    • - Fügen der Anbindeoberfläche und der Aufnahmeoberfläche unter Wirkung des Bindemittels; und
    • - Trocknung des Bindemittels.
  • Die Trägerschicht gibt dem nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Brandschutzelement im Wesentlichen seine Struktur und Stabilität, wobei Silikatfasern der faserhaltigen Schicht einen effektiven Schutz der Trägerschicht gegen Temperaturen bis zu 1200 °C gewährleisten. Die Trägerschicht kann daher aus einer Vielzahl von unterschiedlichen, auch weniger hitzeresistenten, Materialien bestehen, wie beispielsweise Metall, vorzugsweise Aluminium, aber auch Kunststoff, Holz, Zement oder Verbundmaterialien. Aufgrund der Fasern ist die faserhaltige Schicht flexibel und kann einer Vielzahl unterschiedlicher Formgebungen der Trägerschicht folgen. Das Bindemittel, welches sowohl die faserhaltige Schicht als auch die Trägerschicht benetzt, stellt eine sichere Verbindung zwischen den Schichten her und gibt der faserhaltigen Schicht nach dem Austrocknen zusätzlich eine gute mechanische Stabilität. Diese gute Stabilität hängt auch damit zusammen, dass das Bindemittel von der faserhaltigen Schicht zumindest teilweise aufgesaugt wird, die faserhaltige Schicht also zumindest teilweise imprägniert. Wenn das Bindemittel dann austrocknet verstärkt es die Struktur der faserhaltigen Schicht neben der Brandschutzoberfläche und der Anbindeoberfläche auch im Innern. Das Bindemittel kann eigenständig trocknen oder aktiv getrocknet werden. Vorzugsweise wird die Menge an Bindemittel so gewählt, dass die faserhaltige Schicht zu einem beliebigen Grad mit dem Bindemittel imprägniert wird. Das Aufsaugen des Bindemittels durch die faserhaltige Schicht führt auch dazu, dass das Bindemittel sich, je nach verwendeter Menge, nur untergeordnet auf eine Gesamtdicke des hergestellten erfindungsgemäßen Brandschutzelements auswirkt. Das Brandschutzelement kann beispielsweise eine Gesamtdicke von nur 1,8 mm aufweisen, wobei unter Vernachlässigung des Bindemittels etwa 0,8 mm auf die Trägerschicht, die beispielsweise als Blech vorliegt und etwa 1 mm auf die faserhaltige Schicht entfallen. Das Brandschutzelement kann beispielsweise auch eine Gesamtdicke von nur 2,6 mm aufweisen, wovon etwa 0,8 mm auf das Bindemittel, etwa 1 mm auf die faserhaltige Schicht und etwa 0,8 mm auf die Trägerschicht, die beispielsweise als Blech vorliegt, entfallen. Die Verbindung der faserhaltigen Schicht, des Bindemittels und der Trägerschicht gewährleistet bereits bei geringen Gesamtdicken des Brandschutzelements auch eine gute elektrische Durchschlagsfestigkeit von wenigstens 15 kV/mm.
  • Somit lässt sich festhalten, dass das Brandschutzelement aufwandsarm und flexibel nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt werden kann und ausgezeichneten Schutz bietet, nicht nur gegen thermische Einflüsse, sondern auch gegen mechanische Einflüsse. Dies ist beispielsweise bei einem Batteriebrand besonders vorteilhaft, da freigesetzte und beschleunigte heiße Gase und Partikel sicher abgeschirmt werden können. Vorteilhaft ist vor allem auch, dass bei dem Verfahren auf Mehr-Komponenten-Beschichtungen und aufwändige Klebeprozesse verzichtet werden kann.
  • Das Bindemittel ist vorzugsweise wasserglasbasiert. Wasserglas als solches ist bekannt und besteht beispielsweise aus Natriumsilikat, Kaliumsilikat oder Lithiumsilikat in wässriger Lösung oder Suspension. Wenn das Wasserglas austrocknet, bildet es eine beständige und formstabile Kieselsäure. Wasserglas hat einen hohen pH-Wert von etwa 10 und haftet besonders gut auf Metall, beispielsweise Aluminium. Nach der Austrocknung ist es zugleich unbedenklich bei Berührung mit den bloßen Händen.
  • Das Bindemittel ist einfach zu verarbeiten und kann beispielsweise aufgespritzt, aufgesprüht, aufgestrichen, gespachtelt oder aufgebürstet werden. Das Aufspritzen erfolgt vorzugsweise ohne den Einsatz von Druckluft, beispielsweise unter Verwendung eines Schneckentriebs. Die Viskosität des Bindemittels wird hierzu entsprechend für den gewählten Verarbeitungsprozess eingestellt. Bei Wasserglas wird beispielsweise der Wasseranteil, der das Lösungsmittel darstellt, entsprechend gewählt.
  • Das Bindemittel kann auch mit einem Tensid angereichert werden, um die Benetzbarkeit im Falle einer metallischen und gegebenenfalls auch zusätzlich beschichteten Trägerschicht zu verbessern.
  • Die Trägerschicht kann beispielsweise auch mit einer kathodischen Tauchlackbeschichtung beschichtet sein, was beispielsweise bei Blechen im Automobilbereich zu Zwecken des Korrosionsschutzes geläufig ist. Auch eine Eloxierung der Trägerschicht ist möglich.
  • Das Bindemittel kann auch mit einem Acryl angereichert werden, um das Bindemittel beim Austrocknen zusätzlich zu vernetzen und damit die Stabilität und auch die Haftung an der gegebenenfalls beschichteten Trägerschicht zu verbessern.
  • Das Bindemittel kann durch den zusätzlichen Einsatz von Wärme aktiv getrocknet werden, um die Trocknungszeit zu verringern. Wenn bei der Trocknung von Wasserglas Temperaturen um etwa 200 °C realisiert werden, bildet sich ein Silikatschaum, der eine zusätzliche Hitzeisolation bietet.
  • Die ausgezeichnete Hitzedämmung des nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Brandschutzelements basiert unter anderem auf Ablationseffekten des Silikats infolge externer Hitzeeinwirkung. Bei höheren Temperaturen ab 700 °C kommt es zudem zu Verglasungseffekten, die einen Großteil der Wärmeenergie aufnehmen. Die Erwärmung der Trägerschicht kann somit selbst bei externen Temperaturen um 1200 °C auf etwa 100 °C begrenzt werden.
  • Zur Validierung der wärmedämmenden Eigenschaften des nach dem vorgenannten hergestellten Brandschutzelements kann grundsätzlich auf einen Brandtest sowie auf einen sogenannten Pyrotest zurückgegriffen werden.
  • Beim Brandtest wird eine definierte Temperatur auf der Brandschutzoberfläche des Brandschutzelements erzeugt, beispielsweise mit einem Lötbrenner. Die Temperatur wird solange aufrechterhalten, bis sich Beschädigungen an der Rückseite des Brandschutzelements feststellen lassen, die bestimmungsgemäß den vor Hitze und Stoffen zu schützenden Bereichen des Fahrzeugs zugewandt ist. Der Brandschutztest und auch der weiter unten beschriebene Pyrotest können auf verschiedenen Temperaturniveaus durchgeführt werden. Zur Simulation von Batteriebränden bilden Temperaturen von 1000 °C bis 1300 °C einen besonders relevanten Bereich. Zu jedem Temperaturniveau, das von Interesse ist, beispielsweise 1000 °C, 1100 °C, 1200 °C und 1300 °C, kann die Zeit ermittelt werden, bis Beschädigungen an der Rückseite des Brandschutzelements sichtbar werden (sofern diese entstehen).
  • Bei dem nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Brandschutzelement wurden im Rahmen von Versuchen der Anmelderin bei Temperauren von 1100 °C bis 1200 °C auch nach mehr als 12 Minuten keine kritischen Beschädigungen im Brandtest festgestellt.
  • Von einer kritischen Beschädigung ist, unabhängig von der Testmethode, grundsätzlich im Falle eines Durchbrennens des Brandschutzelements auszugehen.
  • Beim Pyrotest werden zusätzlich zu den thermischen Belastungen auch mechanische Belastungen simuliert. Hierzu wird vor der Brandschutzoberfläche des Brandschutzelements eine Pyrofontäne (Feuerwerkskörper) im Abstand von 30 mm positioniert, mit Abbrennrichtung normal zur Brandschutzoberfläche. Die Pyrofontäne eignet sich gut, um neben den bei einem Batteriebrand typischerweise auftretenden Temperaturen von 1100 °C bis 1200 °C auch die mechanischen Belastungen infolge ausströmender heißer Gase und Partikel zu simulieren.
  • Zur Simulation thermischer und mechanischer Belastungen gilt, unabhängig von der Testmethode, dass diese auf die bestimmungsgemäße Verwendung des Brandschutzelements hin ausgerichtet sein sollten. Mit anderen Worten muss vorab ermittelt werden, welchen Belastungen das Brandschutzelement im Laufe seines Lebenszyklus bestimmungsgemäß ausgesetzt sein kann. Zur Simulation eines Batteriebrands bei einem Elektrofahrzeug hat sich eine Pyrofontäne des Herstellers WECO® mit der Artikelnummer 4851 als gut geeignet erwiesen.
  • Bei dem nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Brandschutzelement konnten im Rahmen von Versuchen der Anmelderin auch nach dem Abbrennen von fünf Pyrofontänen in Folge, mit einer Brenndauer von jeweils 20 Sekunden und kurzen Abkühlungsintervallen zur Erneuerung der Pyrofontäne von 3 bis 7 Sekunden, keine kritischen Beschädigungen im Pyrotest festgestellt werden.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass die faserhaltige Schicht mit dem Bindemittel vollständig imprägniert wird, bevor das Bindemittel trocknet. So können optimale mechanische Festigkeiten des Brandschutzelements erreicht werden.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass als faserhaltige Schicht ein Vlies und/oder ein Gewebe, umfassend Silikatfasern, verwendet wird und/oder dass Wasserglas als Bindemittel verwendet wird.
  • Sowohl das Vlies als auch das Gewebe bieten aufgrund ihrer Flexibilität sehr gute Formgebungseigenschaften. Vorteil des Gewebes ist ferner, dass die mechanische Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Vlies erhöht ist, beispielsweise im Falle eines Partikelbeschlusses bei einem Batteriebrand. Wenn Vlies und Gewebe kombiniert werden, die faserhaltige Schicht also beispielsweise eine Lage Vlies und eine Lage Gewebe umfasst, wird die mechanische Widerstandsfähigkeit noch weiter erhöht. Das Vlies und das Gewebe können aus demselben Material bestehen.
  • Von einem Vlies ist generell dann die Rede, wenn die darin enthaltenen Fasern ungeordnet vorliegen und dem Vlies durch gegenseitige Anhaftung seinen Zusammenhalt geben. Von einem Gewebe ist generell die Rede, wenn die Fasern miteinander verwoben sind und dem Gewebe primär durch Formschluss seinen Zusammenhalt verleihen.
  • Für das Verfahren werden im Rahmen der Erfindung vorzugsweise Fasern umfassend ein Erdalkalimetallsilikat verwendet. Vorzugsweise liegen die Fasern als Vlies vor, sodass die faserhaltige Schicht auch als Vlies bezeichnet werden kann. Ein solches Vlies kann beispielsweise auch als ein Papier aus Erdalkalien-Silikat-Wolle bezeichnet werden, wobei das Vlies zusätzliche organische Bindemittel enthalten kann. Ein solches Papier hat vorzugsweise eine Dichte von 150 kg/m3 (+/-10 %), bestimmt nach DIN EN ISO 845. Ein solches Papier hat vorzugsweise eine Zugfestigkeit von mehr als 350 kPa, bestimmt nach DIN EN 1094-1. Ein solches Papier hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt von mehr als 1330 °C, bestimmt nach DIN EN 1094-1. Ein solches Papier hat weiterhin vorzugsweise einen Glühverlust von weniger als 12 m%, bestimmt nach DIN EN 1094-1. Ferner hat ein solches Papier vorzugsweise eine dauerhafte lineare Schrumpfung von weniger als 4 % nach 24 Stunden bei 1200 °C.
  • Das vorzugsweise als Bindemittel verwendete Wasserglas weist gute Verarbeitungseigenschaften auf und kann je nach Bedarf mit unterschiedlichen Viskositäten bereitgestellt werden. Das Wasserglas kann beispielsweise auch granuliert werden und dem zur Herstellung des Brandschutzelements in wässriger Lösung aufgetragenen Wasserglas beigemischt werden.
  • Für das vorgenannte Verfahren wird vorzugsweise Wasserglas verwendet, dass in der nachfolgenden Spezifikation auch als Binder bezeichnet werden kann. Für die Spezifikation des Binders ist generell die EN 13501-1/A1 beachtlich. In bevorzugter Spezifikation wird ein Binder auf Basis von als Dispersion vorliegendem Natriumsilikat verwendet. Vorzugsweise beträgt der chemisch gebundene Wasseranteil maximal 20 m%, jedoch keinesfalls mehr als 50 m%. Der pH-Wert liegt vorzugsweise bei 10, ermittelt nach EN 1245. Die Dichte des Binders liegt vorzugsweise bei 1,4 g/cm3, ermittelt nach EN 542. Der Binder wird vorzugsweise in einer Menge von 200-450 g/m2 aufgetragen, bezogen auf die zu beschichtende Fläche. Vorzugsweise wird der Binder bei etwa 5-30 °C verarbeitet. Die Hitzebeständigkeit des Binders liegt vorzugsweise bei 1200 °C. Nach dem Auftragen des Binders sollte dieser wenigstens 1 Stunde lang ruhen bzw. trocknen dürfen. Vorzugsweise erfolgt eine Austrocknung über Nacht.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Bindemittel auf die Aufnahmeoberfläche der Trägerschicht aufgebracht wird und dann die Anbindeoberfläche der faserhaltigen Schicht auf die Aufnahmeoberfläche aufgebracht wird oder dass das Bindemittel auf die Anbindeoberfläche aufgebracht wird und dann die Anbindeoberfläche auf die Aufnahmeoberfläche aufgebracht wird.
  • Das Verfahren ist im Rahmen der Erfindung somit flexibel hinsichtlich der Reihenfolge der Verfahrensschritte. Da die faserhaltige Schicht das Bindemittel bei Kontakt zumindest teilweise aufsaugt, ist eine sichere Benetzung unabhängig von der Reihenfolge der Verfahrensschritte sichergestellt. Wird die Menge des Bindemittels hierbei so gewählt, dass das Aufsaugen zu einer so starken Imprägnierung der faserhaltigen Schicht führt, dass das Bindemittel von der Anbindeoberfläche an die Brandschutzoberfläche gelangt, kann auf ein separates Auftragen des Bindemittels auf die Brandschutzoberfläche sogar verzichtet werden. Es ist vorteilhaft, hierbei die Schwerkraft auszunutzen, beispielsweise indem die Brandschutzoberfläche dem Erdboden zugewandt wird.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass die Brandschutzoberfläche mit dem Bindemittel versehen wird, nachdem die Anbindeoberfläche auf die Aufnahmeoberfläche aufgebracht worden ist.
  • Auf diese Weise ist jedenfalls eine sichere Imprägnierung der Brandschutzoberfläche mit dem Bindemittel gewährleistet und die faserhaltige Schicht kann mit geringem Aufwand beliebig stark imprägniert werden. Eine Benetzung der Brandschutzoberfläche mit dem Bindemittel ist wichtig, damit das Brandschutzelement beziehungsweise die Fasern der faserhaltigen Schicht durch mechanische Belastungen, beispielsweise durch eine Gasfontäne, nicht verlagert werden.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass das hergestellte Brandschutzelement als Ganzes umgeformt wird.
  • Dies ist möglich, solange das Bindemittel noch nicht ausgetrocknet ist und die faserhaltige Schicht insofern noch gut verformbar ist. Wenn die Verformung der faserhaltigen Schicht und der Trägerschicht gemeinsam erfolgt, lässt sich ein besonders maßgenaues Brandschutzelement fertigen. Dies kann beispielsweise auch in einem Thermoformprozess erfolgen, wobei auch die Trocknung des Bindemittels beschleunigt wird. Solche Verfahrensvarianten eignen sich besonders gut für eine Automatisierung der Herstellung des Brandschutzelements.
  • Alternativ zu der Umformung des Brandschutzelements als Ganzes ist in einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass die faserhaltige Schicht mit dem Bindemittel vorimprägniert wird, sodass sie zu einem eigenstabilen Teil geformt werden kann, und dass dann das eigenstabile Teil geformt wird und auf die Aufnahmeoberfläche der Trägerschicht aufgebracht wird.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt wird also die faserhaltige Schicht vorimprägniert, zu einem 3D-Teil vorgeformt und getrocknet. Die faserhaltige Schicht, beispielsweise das Vlies und/oder Gewebe, muss dafür ausreichend mit dem Bindemittel imprägniert werden, sodass die faserhaltige Schicht nach der Formgebung und Trocknung zu dem eigenstabilen Teil wird. Auch hier kann ein Thermoformprozess in Betracht gezogen werden, um die Trocknung zu fördern. Da in diesem Fall das eigenstabile Teil aus der faserhaltigen Schicht separat von der Trägerschicht geformt wird, wird die Trägerschicht vorzugsweise einer komplementären Formgebung unterzogen.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelements für ein Fahrzeug, umfassend folgende Schritte:
    • - Bereitstellen einer Trägerschicht, die eine Aufnahmeoberfläche aufweist;
    • - Aufbringen eines Bindemittels auf die Aufnahmeoberfläche, wobei das Bindemittel zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und zusätzlich Silikatfasern enthält; und
    • - Trocknung des Bindemittels, so dass dieses eine faserhaltige Schicht mit einer der Aufnahmeoberfläche abgewandten Brandschutzoberfläche bildet.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt, wird die faserhaltige Schicht hier durch das Aufbringen des Bindemittels, welches die Silikatfasern bereits enthält, unmittelbar auf der Aufnahmeoberfläche der Trägerschicht hergestellt. Das getrocknete Bindemittel bildet als faserhaltige Schicht dann nach außen hin die Brandschutzoberfläche sowie, zur Aufnahmeoberfläche der Trägerschicht hin, die Anbindeoberfläche. Somit lässt sich das Brandschutzelement in dem vorgenannten Verfahren besonders einfach und schnell herstellen.
  • Es ist auch möglich, iterativ mehrere Lagen des Bindemittels übereinander aufzubringen, um zum Beispiel eine faserhaltige Schicht mit einer insgesamt großen Dicke herzustellen. In diesem Zusammenhang kann auch von mehreren übereinanderliegenden faserhaltigen Schichten gesprochen werden. Gegebenenfalls kann eine aufgebrachte Lage des Bindemittels zunächst angetrocknet oder durchgetrocknet werden, bevor die nächste Lage aufgebracht wird.
  • Dies erleichtert die Herstellung der faserhaltigen Schicht bei größerer Dicke oder auch bei geringeren Viskositäten des Bindemittels, da eine Lage des Bindemittels stets die Masse aller weiteren auf ihr aufgebrachten Lagen von Bindemittel tragen muss. Außerdem steigt mit der Dicke einer Lage des Bindemittels auch die Eigenmasse der Lage. Beide Faktoren könne jeweils zu Fließvorgängen im Bindemittel führen und so bspw. eine Tropfenbildung oder andere Formabweichungen bewirken. Solchen unerwünschten Effekten kann mit dem lagenweise zumindest Antrocknen des Bindemittels entgegengewirkt werden. Außerdem kann eine Gesamttrocknungszeit der faserhaltigen Schicht durch das Zwischentrocknen ihrer einzelnen Lagen reduziert werden.
  • Im Übrigen kann das Verfahren des zweiten Aspekts der Erfindung durch die Lehre des Verfahrens des ersten Aspekts der Erfindung ergänzt werden, soweit letztere keine vorgefertigte faserhaltige Schicht voraussetzt. Dies kann auch sinngemäß erfolgen, beispielsweise mit Hinblick auf die Möglichkeit, dass das hergestellte Brandschutzelement als Ganzes umgeformt wird, solange das Bindemittel noch nicht zu sehr getrocknet ist und die faserhaltige Schicht insofern noch gut verformbar ist. Ferner können insbesondere die Trägerschicht, das Bindemittel und der Faserwerkstoff eine oder mehrere Eigenschaften aufweisen, die im Zusammenhang mit dem Verfahren des ersten Aspekts der Erfindung beschrieben worden sind. Besonders bevorzugt ist das Bindemittel auch in dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wasserglasbasiert.
  • Es ist prinzipiell auch möglich, die Verfahren des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung miteinander zu kombinieren. Hierzu kann beispielsweise ein Vlies, Gewebe oder sonstiges Halbzeug mit einer Silikatfaserdichte gewählt werden, die noch einen ausreichenden Teil der Aufnahmeoberfläche der Trägerschicht frei lässt, sodass das Bindemittel zusammen mit den darin enthaltenen Silikatfasern auf die Aufnahmeoberfläche aufgebracht werden kann.
  • Die im Verfahren des zweiten Aspekts der Erfindung verwendeten Silikatfasern weisen vorzugsweise eine Länge von wenigen Millimetern auf. Die Silikatfasern können beispielsweise 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm oder 5 mm lang sein. Offenbart werden auch alle zwischen den genannten Längen liegenden Werte, sofern sie mit bekannten oder hierin beschriebenen Herstellungsverfahren erhältlich sind.
  • Relativ kurze Silikatfasern erlauben eine gleichmäßige Verteilung im Bindemittel, was die Widerstandsfähigkeit des nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Brandschutzelements im Brandtest und im Pyrotest positiv beeinflusst.
  • Vorzugsweise beträgt ein Anteil der Silikatfasern an dem Bindemittel 0,1 m% bis 2 m%. Der Anteil kann beispielsweise 0,2 m%, 0,4 m%, 0,6 m%, 0,8 m%, 1 m%, 1,2 m%, 1,4 m%, 1,6 m% oder 1,8 m% betragen. Offenbart werden auch alle zwischen den genannten Anteilen liegenden Werte, sofern sie mit bekannten Dosierungsverfahren erhältlich sind.
  • Prinzipiell wirkt sich eine Erhöhung des Anteils der Silikatfasern an dem Bindemittel positiv auf die Widerstandsfähigkeit des nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Brandschutzelements im Brandtest und im Pyrotest aus.
  • Vorzugsweise beträgt die Dicke der faserhaltigen Schicht 1,8 mm oder mehr. Die Dicke kann beispielsweise 1,9 mm, 2 mm, 2,1, mm, 2,2 mm, 2,3 mm, 2,4 mm, 2,5 mm, 2,6 mm, 2,7 mm, 2,8 mm, 2,9 mm oder 3 mm betragen. Offenbart werden auch jeweils alle zwischen den genannten Dicken liegenden Werte, sofern sie mit bekannten oder hierin offenbarten Aufbringungsverfahren, gegebenenfalls unter Zwischentrocknung, erhältlich sind.
  • Prinzipiell wirkt sich eine Erhöhung der Dicke der faserhaltigen Schicht positiv auf die Widerstandsfähigkeit des nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Brandschutzelements im Brandtest und im Pyrotest aus.
  • Die Länge der Silikatfasern, ihr Anteil am Bindemittel und die Dicke der faserhaltigen Schicht sind nach unten hin durch die bestimmungsgemäße Anwendung des Brandschutzelements und die sich daraus ergebenden Anforderungen im Brandtest und im Pyrotest limitiert. Nach oben hin sind diese Faktoren beispielsweise durch das Verfahren begrenzt, mit dem das Bindemittel zusammen mit den Silikatfasern auf die Aufnahmeoberfläche der Trägerschicht aufgebracht wird (siehe auch unten zum Aufspritzen des Bindemittels).
  • Der Fachmann ist anhand der vorliegenden Offenbarung befähigt, auf experimentellem Wege selbstständig geeignete Kombinationen zu ermitteln, die für eine vorgegebene Anwendung des Brandschutzelements zu geeigneten Eigenschaften führen.
  • So ist in einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung vorgesehen, dass der Anteil der Silikatfasern an dem Bindemittel höchstens 2 m% beträgt und die Dicke der faserhaltigen Schicht wenigstens 1,8 mm beträgt.
  • Ein mit diesen Parametern hergestelltes Brandschutzelement eignet sich besonders gut für den Brandschutz im Zusammenhang mit Batterien und übersteht den Brandtest und den Pyrotest über eine Dauer von 10 Minuten ohne kritische Beschädigungen. Dies konnte in Versuchen der Anmelderin für alle oben genannten Längen der Silikatfasern bestätigt werden.
  • Besonders bevorzugt beträgt der Anteil der Silikatfasern an dem Bindemittel 2 m% und die Dicke der faserhaltigen Schicht beträgt 1,8 mm. Dies hat sich als besonders vorteilhafte Kombination erwiesen, in der eine hohe Widerstandsfähigkeit bei geringer Dicke erreicht wird.
  • Vorzugsweise können die Silikatfasern Basaltfasern umfassen oder aus Basaltfasern bestehen. Basaltfasern weisen eine gute Widerstandsfähigkeit auf und sind leicht verarbeitbar sowie günstig erhältlich.
  • Überraschend hat sich herausgestellt, dass bei einer ausreichend großen Gesamtdicke einer oder mehrere Lagen des Bindemittels auch auf die Silikatfasern verzichtet werden kann. Die beispielsweise zum Schutz von Batterien erforderliche Widerstandsfähigkeit von wenigstens 10 Minuten im Brandtest und im Pyrotest konnte in Versuchen der Anmelderin dennoch aufrechterhalten werden. Anzumerken ist aber, dass gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung hergestellte Brandschutzelemente bei gleicher Dicke einem silikatfaserfreien Brandschutzelement stets überlegen sind. Dies gilt insbesondere für das Gewicht der Brandschutzelemente, da das Bindemittel ein höheres spezifisches Gewicht hat, als die Silikatfasern. Ein silikatfaserfreies Brandschutzelement ist hingegen besonders einfach herstellbar, da das Bindemittel sich mit sehr geringem Aufwand auftragen lässt.
  • Die Herstellung eines solchen silikatfaserfreien Brandschutzelements stellt einen alternativen Erfindungsgedanken dar. Sie erfolgt vorzugsweise analog zu dem oben beschrieben Verfahren des zweiten Aspekts der Erfindung, jedoch ohne Silikatfasern. Es wird beispielsweise eine Lage des Bindemittels (hier ohne Silikatfasern) auf die Trägerschicht aufgebracht und zunächst angetrocknet, bevor eine weitere Lage aufgebracht wird. Die Gesamtdicke des Bindemittels auf der Trägerschicht, also die Dicke der Lage oder aller Lagen zusammen, kann angepasst an die gewünschte Widerstandsfähigkeit des silikatfaserfreien Brandschutzelements frei gewählt werden, vorzugsweise mit etwa 1,8 mm. Ein solches Brandschutzelement übersteht den Brandtest und den Pyrotest wenigstens 10 Minuten lang ohne kritische Beschädigungen. Die Gesamtdicke des Bindemittels kann aber auch weniger oder mehr als 1,8 mm betragen. Sie kann beispielsweise mindestens 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, 3 mm, 3,5 mm, 4 mm, 4,5 mm oder 5 mm betragen. Offenbart werden auch jeweils alle unterhalb, zwischen den oder oberhalb der genannten Dicken liegenden Werte, sofern sie mit bekannten oder hierin offenbarten Aufbringungsverfahren, gegebenenfalls unter Zwischentrocknung, erhältlich sind. Bevorzugt wird das Bindemittel auf die Trägerschicht aufgespritzt.
  • Im Übrigen kann das Verfahren zur Herstellung eines silikatfaserfreien Brandschutzelements durch die Lehre der Verfahren des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung ergänzt werden, soweit diese keine Silikatfasern voraussetzen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens des zweiten Aspekts der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bindemittel mit den Silikatfasern auf die Aufnahmeoberfläche aufgespritzt wird.
  • Dies stellt eine besonders effiziente Verfahrensweise dar, mit der auch bei komplexeren Formen der Trägerschicht eine gleichmäßige faserhaltige Schicht erhältlich ist. Als Spritzverfahren kommen vorzugsweise Verfahren ohne zusätzlichen Einsatz von Druckluft in Betracht, beispielsweise Extrusionsspritzen.
  • Es ist anzumerken, dass die Länge der Silikatfasern und deren Anteil am Bindemittel nach oben hin durch das Spritzverfahren begrenzt sein können, beispielsweise durch die Dimensionierung von Düsen einer verwendeten Spritzvorrichtung. Auch die Dicke der faserhaltigen Schicht, die pro einzelner Lage aufgespritzten Bindemittels erzielbar ist, kann durch das Spritzverfahren begrenzt sein, um eine sichere und gleichmäßige Anhaftung des Bindemittels zu gewährleisten. Der Fachmann ist anhand der vorliegenden Offenbarung befähigt, diese Faktoren auf ein konkretes Spritzverfahren oder anderes Verfahren hin auszulegen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens einige der Silikatfasern frei in dem Bindemittel verteilt sind. Vorzugsweise ist ein Großteil der Silikatfasern frei in dem Bindemittel verteilt, weiterhin bevorzugt alle Silikatfasern.
  • Mit anderen Worten sind die Silikatfasern frei in dem Bindemittel verteilt, indem die Silikatfasern dem Bindemittel nicht in Form eines Gewebes, Vlieses oder sonstigen Halbzeugs zugegeben werden, sondern dem Bindemittel in loser Form beigemischt werden. Dies schließt nicht aus, dass sich unter den Silikatfasern durch zufällige Anhaftung lokal Konglomerate ausbilden können. Es ist prinzipiell auch möglich, solche Konglomerate gezielt zu erzeugen und diese dem Bindemittel, ggf. zusammen mit weiteren losen Silikatfasern, beizumischen. Solche Konglomerate können die faserhaltige Schicht beispielsweise auch lokal in besonders gefährdeten Bereichen verstärken.
  • Insbesondere zum Aufspritzen des Bindemittels zusammen mit den Fasern kann die zulässige räumliche Ausdehnung solcher Konglomerate jedoch durch die Größe der Spritzdüsen limitiert sein.
  • Lose Silikatfasern wiederum können beispielsweise hergestellt werden, indem ein Halbzeug von Silikatfasern abgeschert, zerschnitten oder zermahlen wird. Dies kann beispielsweise auch direkt oberhalb eines Reservoirs des Bindemittels erfolgen, so dass die vereinzelten Silikatfasern in das Reservoir fallen können. Gegebenenfalls kann ein Sieb oder dergleichen verwendet werden, um die Faserlänge einzustellen.
  • Auf diesem Wege können prinzipiell auch kleinere Konglomerate von Silikatfasern hergestellt werden, indem beispielsweise der Scher-, Schneid- oder Mahlprozess zur Verarbeitung des Halbzeugs gröber ausgelegt wird. Dies kann durch ein gröberes Sieb unterstützt werden.
  • Es ist aber auch denkbar, solche Konglomerate aus bereits losen Silikatfasern herzustellen, indem die losen Silikatfasern beispielsweise miteinander verwirbelt werden. Die Silikatfasern haften dabei zufällig aneinander an. Dies kann auch durch Zugabe eines Haftmittels unterstütz werden. Die Größe und Menge der Konglomerate kann beispielsweis durch die Dauer oder Intensität der Verwirbelung oder auch durch das Haftmittel eingestellt werden.
  • Es ist auch denkbar, Silikatfasern durch ein Saugrohr zu leiten und in dem Saugrohr durch dessen fluiddynamische Gestaltung eine Verwirbelung herbeizuführen und beispielsweis eine Haftmittelzuführung vorzusehen. In einem Saugrohr können aber auch Zerkleinerungswerkzeuge vorgesehen werden. Das Saugrohr kann zweckmäßigerweise bei dem Bindemittelreservoir münden.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Brandschutzelement für ein Fahrzeug. Gemäß der Erfindung umfasst das Brandschutzelement:
    • - eine Trägerschicht, die eine Aufnahmeoberfläche aufweist;
    • - eine faserhaltige Schicht, die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und eine an die Aufnahmeoberfläche angefügte Anbindeoberfläche sowie eine der Anbindeoberfläche gegenüberliegende Brandschutzoberfläche aufweist; sowie
    • - ein Bindemittel, das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und zumindest mit der Anbindeoberfläche, der Brandschutzoberfläche und der Aufnahmeoberfläche verbunden ist.
  • Mit Hinblick auf mögliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brandschutzelements wird angemerkt, dass alle in der Beschreibung der vorgenannten Verfahren offenbarten Merkmale des Brandschutzelements auch als eigenständige Merkmale des Brandschutzelements der Erfindung offenbart werden. Analog werden etwaige in Bezug auf das erfindungsgemäße Brandschutzelement offenbarte Verfahrensmerkmale auch als eigenständige Merkmale möglicher Ausgestaltungen der vorgenannten Verfahren offenbart.
  • Es ist jedoch bevorzugt, dass das Brandschutzelement der Erfindung auch in einem der vorgenannten Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt worden ist.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Brandschutzelements der Erfindung ist vorgesehen, dass die Silikatfasern als Vlies, Gewebe oder sonstiges Halbzeug in der faserhaltigen Schicht enthalten sind. Ein solches Brandschutzelement kann vorzugsweise in einem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt werden.
  • In alternativ bevorzugter Ausgestaltung des Brandschutzelements der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest einige der Silikatfasern frei verteilt in der faserhaltigen Schicht vorliegen. Ein solches Brandschutzelement kann vorzugsweise in einem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung hergestellt werden. Vorzugsweise liegt ein Großteil der Silikatfasern frei verteilt in der faserhaltigen Schicht vor, besonders bevorzugt alle Silikatfasern.
  • Die zwei zuvor genannten Ausgestaltungen des Brandschutzelements der Erfindung lassen sich auch miteinander kombinieren. Die Herstellung kann dann vorzugsweise in einem Verfahren erfolgen, das Merkmale der Verfahren des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung zweckmäßig kombiniert.
  • Überraschend hat sich herausgestellt, dass auch ein Brandschutzelement für ein Fahrzeug, bei dem auf die Zugabe von Silikatfasern verzichtet wird, eine hohe Widerstandsfähigkeit im Brandtest und im Pyrotest von 10 Minuten aufweisen kann.
  • Ein solches Brandschutzelement ohne Silikatfasern bzw. silikatfaserfreies Brandschutzelement stellt einen alternativen Erfindungsgedanken dar. Es kann wie weiter oben beschrieben hergestellt werden und insofern die weiter oben im Zusammenhang mit der Herstellung offenbarten Erzeugnismerkmale umfassen. Umgekehrt kann das weiter oben beschriebene Herstellungsverfahren für das silikatfaserfreie Brandschutzelement auch verfahrensrelevante Merkmale umfassen, die hier in Bezug auf das silikatfaserfreie Brandschutzelement offenbart sind.
  • Ein solches silikatfaserfreies Brandschutzelement umfasst wenigstens:
    • - eine Trägerschicht, die eine Aufnahmeoberfläche aufweist; und
    • - eine Schicht umfassend ein Bindemittel, das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht, wobei die Schicht eine Anbindeoberfläche und eine Brandschutzoberfläche aufweist und wobei die Anbindeoberfläche an die Aufnahmeoberfläche angefügte ist und die Brandschutzoberfläche der Anbindeoberfläche gegenüber liegt.
  • Die Widerstandsfähigkeit eines solchen Brandschutzelements hängt direkt von der Dicke der Schicht, umfassend das Bindemittel, ab. Die Gesamtdicke des Bindemittels auf der Trägerschicht, also die Dicke der Lage oder aller Lagen zusammen, kann daher angepasst an die gewünschte Widerstandsfähigkeit frei gewählt werden, beispielsweise mit 1,8 mm, weniger oder mehr.
  • Vorzugsweise beträgt die Gesamtdicke der Schicht, umfassend das Bindemittel, bei einem solchen Brandschutzelement ohne Silikatfasern etwa 1,8 mm. Die Schicht kann auch mehrere Lagen des Bindemittels umfassen.
  • Im Übrigen kann das Brandschutzelement ohne die Silikatfasern durch die Lehre des Brandschutzelements des dritten Aspekts der Erfindung ergänzt werden, soweit diese keine Silikatfasern voraussetzt.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Brandschutzelements der Erfindung ist vorgesehen, dass das Brandschutzelement an der Bildung eines Elements aus der folgenden Gruppe beteiligt ist: ein Batteriegehäuse, ein Brennstoffzellengehäuse, ein Strukturelement einer elektrischen Schaltung, ein Fahrzeugboden, eine Abschirmung einer elektrischen Maschine, ein Gehäuse eines Aufzeichnungsgeräts, ein Kraftstofftank.
  • Bei dem Strukturelement der elektrischen Schaltung kann es sich beispielsweise um eine Trägerstruktur für eine Leistungselektronik handeln. Im Falle der Abschirmung für die elektrische Maschine, kann es sich beispielsweise um eine Abschirmung für einen elektrischen Motor oder Generator handeln. Als Beispiele für das Aufzeichnungsgerät wären ein Fahrtenschreiber oder auch ein Voicerecorder zu nennen. Bei dem Kraftstofftank kann es sich beispielsweise um einen Wasserstoff- oder auch Ethanoltank handeln.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes Brandschutzelement gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • Bevorzugt handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Kraftfahrzeug und besonders bevorzugt um ein Elektrofahrzeug. Es kann sich jedoch auch um ein anderes Fahrzeug handeln, bei dessen bestimmungsgemäßen Gebrauch das Brandschutzelement der Erfindung einen spezifischen Vorteil bietet. Beispielhaft wäre hier ein Segelboot mit einer Batterie oder einer Solaranlage zu nennen. Auch im Nicht-Fahrzeugbereich ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Brandschutzelements denkbar, wenn eine Abschirmung entsprechender Gefahren gewünscht ist.
  • Nochmals mit anderen Worten zusammengefasst, betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelements für ein Fahrzeug, in dem eine Vlies oder Gewebe aus Silikatfasern mit Wasserglas imprägniert wird und unter Trocknung des Wasserglases fest mit einer metallischen Trägerschicht verbunden wird und/oder in dem mit Silikatfasern versetztes Wasserglas unmittelbar auf eine Trägerschicht aufgespritzt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein solches Brandschutzelement und ein Fahrzeug mit dem Brandschutzelement.
  • Grundsätzlich gilt, dass alle Merkmale, die hierin mit Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform offenbart werden, auch mit anderen Ausführungsformen der Erfindung kombinierbar sind. Dies gilt insbesondere auch auszugsweise für einzelne Merkmale, solange hierin nicht explizit darauf hingewiesen wird, dass zwischen bestimmten Merkmalen ein untrennbarer funktional-technischer Zusammenhang besteht, der zur Ausführung der Erfindung beibehalten werden muss.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und schematischen Zeichnungen exemplarisch erläutert. Hierbei zeigen:
    • 1 ein Fahrzeug mit einem Brandschutzelement;
    • 2 ein Brandschutzelement für ein Fahrzeug in einer Querschnittsansicht;
    • 3 ein Blockschema eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Brandschutzelements für ein Fahrzeug;
    • 4 eine Testanordnung zur Durchführung eines Pyrotests;
    • 5 eine Rückseite eines Brandschutzelements für ein Fahrzeug, an dem ein Pyrotest durchgeführt worden ist;
    • 6 ein weiteres Brandschutzelement für ein Fahrzeug in einer Querschnittsansicht; und
    • 7 ein Blockschema eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines Brandschutzelements für ein Fahrzeug.
  • 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 mit einem erfindungsgemäßen Brandschutzelement 12. Bei dem Fahrzeug 10 handelt es sich exemplarisch um ein Elektrofahrzeug 14 mit einer Batterie 16. Das Brandschutzelement 12 schützt das Fahrzeug 10 im Falle eines Batteriebrands und ist zu diesem Zweck exemplarisch als Batteriegehäuse 18 ausgebildet. Zusätzlich ist rein exemplarisch ein weiteres Brandschutzelement 12 gezeigt, das Teil eines Fahrzeugbodens 20 ist.
  • In 2 wird ein erfindungsgemäßes Brandschutzelement 12 für ein Fahrzeug 10 näher beschrieben. Das Brandschutzelement 12 kann wie in 1 beschrieben ausgebildet sein, weshalb hier die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Das in 1 gezeigte Beispiel ist jedoch nicht beschränkend für das Brandschutzelement 12 der Erfindung als solches zu verstehen.
  • Generell umfasst das Brandschutzelement 12 eine Trägerschicht 22, die eine Aufnahmeoberfläche 24 aufweist. Die Aufnahmeoberfläche 24 liegt vorzugsweise gegenüber einer Rückseite 26 der Trägerschicht 22. Das Brandschutzelement 12 umfasst ferner eine faserhaltige Schicht 28, die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht. Die faserhaltige Schicht 28 weist eine Anbindeoberfläche 30 auf, die der Aufnahmeoberfläche 24 zugewandt ist. Außerdem weist die faserhaltige Schicht 28 eine Brandschutzoberfläche 32 auf, die der Anbindeoberfläche 30 gegenüber liegt. Die Anbindeoberfläche 30 der faserhaltigen Schicht 28 ist mit der Aufnahmeoberfläche 24 der Trägerschicht 22 durch ein Bindemittel 34 verbunden.
  • Das Bindemittel 34 ist in 1 als Schicht, sowohl zwischen der Aufnahmeoberfläche 24 und der Anbindeoberfläche 30, als auch angrenzend an die Brandschutzoberfläche 32, illustriert. Es soll jedoch klargestellt werden, dass diese Illustration stark vereinfacht ist. In der Tat ist das Bindemittel 34 nämlich zumindest teilweise in die faserhaltige Schicht 28 eingedrungen, was aufgrund der Faserstruktur der faserhaltigen Schicht 28 erfolgt, wenn das Bindemittel 34 diese im Herstellungsprozess benetzt. Auch kann das Bindemittel 34 im Verhältnis zur faserhaltige Schicht 28 als vergleichsweise dünne Schicht auf der Anbindeoberfläche 30 und der Brandschutzoberfläche 32 vorhanden sein.
  • Das Bindemittel 34 besteht zumindest anteilig aus einem Silikat und ist mit der Anbindeoberfläche 30, der Brandschutzoberfläche 32 und der Aufnahmeoberfläche 24 verbunden.
  • Vorzugsweise ist das Brandschutzelement 12 in einem Verfahren hergestellt worden, das im Folgenden anhand von 3 näher erläutert wird. 3 zeigt ein Blockschema eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Brandschutzelements 12 für ein Fahrzeug 10, wobei rein exemplarisch und ohne Beschränkung des Verfahrens auf das Brandschutzelement 12 und das Fahrzeug 10 aus den 1 und 2 bezuggenommen wird. Bereits verwendete Bezugszeichen werden daher für die Erläuterung entsprechend mit Verweis auf die Figure 1 und 2 beibehalten.
  • Das Verfahren zur Herstellung des Brandschutzelements 12 für das Fahrzeug 10 umfasst einen ersten Schritt, in dem eine faserhaltige Schicht 28 bereitgestellt wird, die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und eine Anbindeoberfläche 30 sowie eine dieser gegenüberliegende Brandschutzoberfläche 32 aufweist.
  • In einem zweiten Schritt, der zweckmäßigerweise parallel zu dem ersten Schritt ausgeführt werden kann, erfolgt eine Bereitstellung einer Trägerschicht 22, die eine Aufnahmeoberfläche 24 aufweist.
  • In einem dritten Schritt erfolgt dann ein Fügen der Anbindeoberfläche 30 und der Aufnahmeoberfläche 24 unter Einsatz eines Bindemittels 34, das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht. Das Bindemittel 34 wird zum Fügen zumindest auf die Anbindeoberfläche 30 und die Aufnahmeoberfläche 24 aufgebracht, sodass es diese benetzt. Ebenfalls wird die Brandschutzoberfläche 32 mit dem Bindemittel 34 benetzt, was jedoch nicht primär zum Fügen der Anbindeoberfläche 30 und der Aufnahmeoberfläche 24 erforderlich ist, jedoch zur Gewährleistung der mechanischen Stabilität der faserhaltigen Schicht 28 an der Brandschutzoberfläche 32 erforderlich ist.
  • In einem vierten Schritt erfolgt dann eine Trocknung des Bindemittels 34, sodass das Brandschutzelement 12 eine dauerhaft und sicher zusammenhängende Struktur erhält.
  • Bevorzugt wird die faserhaltige Schicht in Schritt 3 mit dem Bindemittel 34 vollständig imprägniert, bevor das Bindemittel 34 in Schritt 4 trocknet. Hierfür wird eine entsprechende Menge des Bindemittels 34 verwendet. Der dritte Schritt kann dabei auf unterschiedliche Weise realisiert werden. So kann beispielsweise das Bindemittel 34 auf die Aufnahmeoberfläche 24 der Trägerschicht 22 aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufspritzen und dann kann die Anbindeoberfläche 30 der faserhaltigen Schicht 28 auf die Aufnahmeoberfläche 24 aufgebracht werden. Es ist aber auch möglich, das Bindemittel 34 auf die Anbindeoberfläche 30 aufzubringen und dann die Anbindeoberfläche 30 auf die Aufnahmeoberfläche 24 aufzubringen. Vorzugsweise wird die Brandschutzoberfläche 32 separat mit dem Bindemittel 34 versehen, nachdem die Anbindeoberfläche 30 auf die Aufnahmeoberfläche 24 aufgebracht worden ist. Prinzipiell ist es aber auch möglich, dass sich die faserhaltige Schicht 28 bei ausreichender Menge an Bindemittel 34 von der Anbindeoberfläche 30 her selbst bis zur Brandschutzoberfläche 32 durchtränkt.
  • Als faserhaltige Schicht 28 wird bevorzugt ein Vlies umfassend Silikatfasern verwendet, welches mit Wasserglas als Bindemittel 34 imprägniert wird.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann die faserhaltige Schicht 28 bereits im ersten Schritt des Verfahrens mit dem Bindemittel 34 ausreichend vorimprägniert werden, sodass die faserhaltige Schicht 28 vorgeformt werden kann und nach ausreichender Vortrocknung ein eigenstabiles Teil bildet. Das eigenstabile Teil wird dann in Schritt 1 als die faserhaltige Schicht 28 bereitgestellt und wie beschrieben in Schritt 3 mit der Anbindeoberfläche 30 auf die Aufnahmeoberfläche 24 der Trägerschicht 22 aufgebracht. Die noch benötigte Menge an Bindemittel 34 zum Fügen kann dann auch geringer ausfallen.
  • 4 zeigt eine Testanordnung zur Durchführung eines Pyrotests. Der Pyrotest kann bevorzugt zur Validierung der wärmedämmenden Eigenschaften eines Brandschutzelements verwendet werden, was nachfolgend exemplarisch anhand des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Brandschutzelements 12 erläutert wird.
  • Für den Pyrotest wird vor der Brandschutzoberfläche 32 des Brandschutzelements 12 eine Pyrofontäne 36 im Abstand 38 von 30 mm positioniert, mit Abbrennrichtung 40 normal zur Brandschutzoberfläche 32.
  • Beispielsweise zur Simulation eines Batteriebrands bei einem Elektrofahrzeug 14 (vergleiche 1) kann als Pyrofontäne 36 eine Pyrofontäne des Herstellers WECO@ mit der Artikelnummer 4851 verwendet werden.
  • Die Anmelderin hat auf Basis dieses Versuchsaufbaus Pyrotests an dem nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Brandschutzelement 12 vorgenommen. Dabei kam konkret für den Pyrotest eine Trägerschicht 22 aus einem 1,2 mm starken Trägerblech mit eine Materialspezifikation EN AW-AI Mg4,5Mn0,4 zum Einsatz. Auf das Trägerblech beziehungsweise die Trägerschicht 22 war eine 1 mm dicke Schicht des Bindemittels 34 aufgetragen. Als Bindemittel 34 wurde ein Binder gemäß der weiter oben beschriebenen Spezifikation verwendet. An den Binder schloss sich als faserhaltige Schicht 28 ein 1 mm dickes Papier aus Erdalkalien-Silikat-Wolle, ebenfalls gemäß der weiter oben beschriebenen Spezifikation an, gefolgt von einer weiteren 1 mm dicken Schicht des Binders als Bindemittels 34.
  • Im Rahmen der Versuche der Anmelderin wurden fünf Pyrofontänen 36 in Folge abgebrannt, mit einer Brenndauer von jeweils 20 Sekunden bei etwa 1200 °C.
  • Das Abbrennen wurde nur durch kurze Abkühlungsintervalle zur Erneuerung der Pyrofontäne 36 unterbrochen, die 3 bis 7 Sekunden dauerten.
  • 5 zeigt die Rückseite 26 des Brandschutzelements 12, an dem diese Pyrotests durchgeführt worden sind. Es ist erkennbar, dass auch nach Abbrennen der fünf Pyrofontänen 36 keine kritischen Beschädigungen festgestellt werden konnten. Es waren lediglich leichte Verformungen und farbliche Veränderungen 42 an der Rückseite 26 der Trägerschicht 22 erkennbar.
  • 6 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Brandschutzelement 12 für ein Fahrzeug 10 in einer Querschnittsansicht. Das Brandschutzelement 12 kann auch hier wie in 1 beschrieben ausgebildet sein, weshalb auch hier die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Das in 1 gezeigte Beispiel ist wiederum nicht beschränkend für das Brandschutzelement 12 der Erfindung als solches zu verstehen.
  • Auch das Brandschutzelement 12 in 6 umfasst eine Trägerschicht 22, die eine Aufnahmeoberfläche 24 aufweist. Die Aufnahmeoberfläche 24 liegt vorzugsweise gegenüber einer Rückseite 26 der Trägerschicht 22.
  • Das Brandschutzelement 12 umfasst ferner eine faserhaltige Schicht 28, die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht. Die faserhaltige Schicht 28 weist eine Anbindeoberfläche 30 auf, die der Aufnahmeoberfläche 24 zugewandt ist. Außerdem weist die faserhaltige Schicht 28 eine Brandschutzoberfläche 32 auf, die der Anbindeoberfläche 30 gegenüber liegt. Die Anbindeoberfläche 30 der faserhaltigen Schicht 28 ist mit der Aufnahmeoberfläche 24 der Trägerschicht 22 verbunden.
  • Die faserhaltige Schicht 28 wird bei diesem Brandschutzelement 12 durch ein getrocknetes Bindemittel 34 gebildet, welches zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und zusätzlich Silikatfasern 44 enthält. Wie in 6 gut erkennbar, sind die Silikatfasern 44 im Wesentlichen frei in dem Bindemittel 34 bzw. der faserhaltigen Schicht 28 verteilt. Ein Anteil der Silikatfasern 44 an dem Bindemittel 34 beträgt hier rein exemplarisch 2 m%. Eine mittlere Länge der Silikatfasern 44 beträgt hier rein exemplarisch 3 mm. Ferner rein exemplarisch handelt es sich bei den Silikatfasern 44 um Basaltfasern.
  • Das getrocknete Bindemittel 34 mit den Silikatfasern 44 bildet als faserhaltige Schicht 28 die Brandschutzoberfläche 32 sowie die Anbindeoberfläche 30, welche mit der Aufnahmeoberfläche 24 der Trägerschicht 22 verbunden ist. Eine Dicke der faserhaltigen Schicht 28 beträgt hier rein exemplarisch 1,8 mm.
  • Vorzugsweise ist das Brandschutzelement 12 aus 6 nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt worden, das im Folgenden anhand von 7 näher erläutert wird.
  • 7 zeigt ein Blockschema eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Brandschutzelements 12 für ein Fahrzeug 10. Dabei wird rein exemplarisch und ohne Beschränkung des Verfahrens auf das Brandschutzelement 12 und das Fahrzeug 10 aus den 1 und 6 bezuggenommen. Bereits verwendete Bezugszeichen werden daher für die Erläuterung entsprechend mit Verweis auf die Figure 1 und 6 beibehalten.
  • Das Verfahren zur Herstellung des Brandschutzelements 12 umfasst einen ersten Schritt, in dem ein Bereitstellen der Trägerschicht 22 erfolgt, welches die Aufnahmeoberfläche 24 aufweist.
  • In einem zweiten Schritt erfolgt dann ein Aufbringen des Bindemittels 34 auf die Aufnahmeoberfläche 24, das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und zusätzlich die Silikatfasern 44 enthält. Bevorzugt wird Wasserglas als Bindemittel 34 verwendet. Weiterhin bevorzugt wird das Bindemittel 34 mit den Silikatfasern 44 unmittelbar auf die Aufnahmeoberfläche 24 gespritzt.
  • Dann erfolgt in einem dritten Schritt eine Trocknung des Bindemittels 34, so dass dieses die faserhaltige Schicht 28 mit der Brandschutzoberfläche 32 bildet, welche der Aufnahmeoberfläche 24 abgewandt ist.
  • In 6 ist erkennbar, dass die faserhaltige Schicht 28 einen einlagigen Aufbau aufweist. Es ist optional aber möglich, die faserhaltige Schicht 28 aus mehreren Lagen des Bindemittels 34 herzustellen. Hierzu können beispielsweise die Schritte 2 und 3 des Verfahrens aus 7 beliebig oft wiederholt werden, wobei die jeweils zuvor aufgebrachte Lage des Bindemittels 34 eine Aufnahmeoberfläche für die nachfolgende Lage von Bindemittel 34 darstellt. Nach dem Aufbringen einer Lage von Bindemittel 34 erfolgt bevorzugt zumindest ein Antrocknen dieser Lage, bevor die nächste Lage aufgebracht wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Fahrzeug
    12
    Brandschutzelement
    14
    Elektrofahrzeug
    16
    Batterie
    18
    Batteriegehäuse
    20
    Fahrzeugboden
    22
    Trägerschicht
    24
    Aufnahmeoberfläche
    26
    Rückseite
    28
    faserhaltige Schicht
    30
    Anbindeoberfläche
    32
    Brandschutzoberfläche
    34
    Bindemittel
    36
    Pyrofontäne
    38
    Abstand
    40
    Abbrennrichtung
    42
    Verformungen/farbliche Veränderungen
    44
    Silikatfaser

Claims (3)

  1. Brandschutzelement (12) für ein Fahrzeug (10), umfassend: - eine Trägerschicht (22), die eine Aufnahmeoberfläche (24) aufweist; - eine faserhaltige Schicht (28), die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und eine an die Aufnahmeoberfläche (24) angefügte Anbindeoberfläche (30) sowie eine der Anbindeoberfläche (30) gegenüberliegende Brandschutzoberfläche (32) aufweist; sowie - ein Bindemittel (34), das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und zumindest mit der Anbindeoberfläche (30), der Brandschutzoberfläche (32) und der Aufnahmeoberfläche (24) verbunden ist.
  2. Brandschutzelement (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brandschutzelement (12) an der Bildung eines Elements aus der folgenden Gruppe beteiligt ist: ein Batteriegehäuse (18), ein Brennstoffzellengehäuse, ein Strukturelement einer elektrischen Schaltung, ein Fahrzeugboden (20), eine Abschirmung einer elektrischen Maschine, ein Gehäuse eines Aufzeichnungsgeräts, ein Kraftstofftank.
  3. Fahrzeug (10), umfassend ein Brandschutzelement (12) nach einem der Ansprüche 1 oder 2.
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