DE9301234U1

DE9301234U1 - Wärme- und Schallisolationsformteil

Info

Publication number: DE9301234U1
Application number: DE9301234U
Authority: DE
Original assignee: Lydall Gerhardi GmbH and Co KG
Current assignee: Lydall Gerhardi GmbH and Co KG
Priority date: 1992-02-20
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 1993-03-18
Anticipated expiration: 2003-01-30

Description

Dr. Werner Haßler

Patentanwalt

Asenberg 62 28. Januar 1993

5880 Lüdenscheid A 92 028

Anmelder: Gerhard! & Cie. GmbH & Co. KG Schlittenbacher Straße 2 5880 Lüdenscheid

Wärme- und Schallisolationsformteil Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Wärme- und Schallisolationsformteil in Form eines Schichtaufbaus aus einem Aluminiumträgerblech, einer Alumiumfolie, einer Isolationsschicht sowie einer weiteren Aluminiumdeckfolie.

Ein derartiges Wärme- und Schallisolationsformteil wird im Folgenden als Abschirmteil bezeichnet.

Solche Abschirmteile finden zur Wärmeisolierung unter anderem im Automobil- und Flugzeugbau als abschirmende Verkleidungen von Auspfuffteilen, Katalysatoren oder Motoren Aiiwendung, um empfindliche Karosserieteile vor kritischer Wärmeeinwirkung zu schützen.

Der Aufbau ist normalerweise so, daß ein geschlossener Träger aus Aluminium, eine isolierende Zwischenschicht und eine meist ebenfalls geschlossene rückseitige Aluminiumfolie als Schichtaufbau kombiniert werden. Je dicker die anorganische Isolationsschicht gewählt werden kann, um so höher bzw. besser wird die thermische Isolierung ausfallen.

Aufgrund der Flächenmasse des Metallträgers ist eine Schalldämmung nach dem Massegesetz zu erreichen, aber weder ein akustischer Sandwich-Isolationseffekt noch die ebenso wichtige Luftschallabsorption lassen sich verwirklichen.

Für die Schallisolierung finden überwiegend Formteile aus hochgefüllten thermoplastischen (sogenannten visco-elastischen Kunststoffen) Kunststoffen mit oder ohne Kaschierung mit natürlichen oder anorganischen Faserstoffen bzw. -filzen oder mit Polyurethan schaum oder als formgeschäumte Polyurethan-Integralschäume Verv/endung.

Optimal gestaltete Schallisolationsteile weisen zur Schalleinfallseite eine hohe Luftschall-Absorption auf, die dadurch erreicht wird, daß man hinter einer dünnen ca. 20 bis 50 pm starken flexiblen Schicht eine Absorptionsschicht aus Faservlies- oder Kunststoffschaum anordnet. Daran schließt sich in der Regel eine schwere Dämmschicht von 3 bis 6 kg/m² an, die mit einer weiteren Faser- oder Schaumschicht kombiniert ein sogenanntes Masse-Feder-System bildet, welches im wichtigen Schallfrequenzbereich von 250 bis 2500 Hz ein Hehrfaches der Isolationswerte der reinen Masseschichten erreicht.

Wegen der ungenügenden Schallisolation bzw. -absorption der bisher bekannten Aluminiumformteile konnten diese nicht annähernd den geforderten Schallschutz erreichen, also keinesfalls beide Aufgaben erfüllen.

Die bisher bekannten Schallisolationsteile mit einer Belastungsgrenze von etwa 120 "C zeigten sich auf der anderen Seite den auftretenden Wärmebelastungen bis über 250 bis 300 ⁰C bei weitem nicht gewachsen.

Die zur Realisierung der Doppel funktion daraufhin entwickelte Kcmbinationslösungen bestehen generell aus laminierten Schichten von schall technisch wirksamen Isolationen mit Schichten aus anorganischen Fasern und Aluminiumabschirmungen zur Seite der Wärmebeanspruchung hin.

Die einfachen Kaschierungen von Schallisolationsteilen mit Aluminiumfolien haben sich als Kompromiß dort bewährt, wo begrenzte Temperaturerhöhungen von 20 bis 40 "C damit abgefangen werden konnten, solange die Aluminiumschicht noch nicht ihr Reflexionsvermögen durch Korrosion oder Verschmutzung verloren hat.

Jede Kaschierung eines Schallabsorberteils durch Laminierung mit Aluminiumfolien führt gleichzeitig zu einer Minderung der geforderten akustischen Eigenschaften.

In unmittelbarer Nähe von Auspuff-, Katalysator- und Motorteilen war allerdings ein Einsatz solcher Kombinationsteile nicht möglich.

Alle Kombinationsteile widersprachen zudem den immer wichtiger angesehenen Forderungen der vollen Recyclingfähigkeit aller enthaltenen Komponenten.

Die eingesetzten Werkstoffe waren wie folgt zu beurteilen. Mineralschaum-, Mineralfaser- und Glasfasermatten bieten gute bis ausreichende Wärmeisolierung, weisen jedoch wegen ihrer niedrigen Dichte und hohen Durchlässigkeit für Luft- und Schallkonvektion sehr niedrige Schal 1 dämmwerte auf.

Mit den zum Schutz der Oberflächen notwendigen, geschlossenen Deckschichten wird auch die für dichte Fasermatten bekannte gute Schallabsorption bis auf ein Minimum herabgesetzt, wenn man aus Gründen der erhöhten Schalldämmung die Abdeckung mit der notwendigen Flächenmasse versieht, das heißt, dicker und schwerer macht.

Dämmteile aus mehreren profilierten gelochten bzw. ungelochten Aluminiumschichten erreichen nur ungenügende Schallabsorptionswerte, da nicht genügend reibungsfähige oder schluckende Oberflächen zur Absorption von eindringendem Luftschall vorhanden sind, die Schalldämmwerte erreichen lediglich das niedrige Niveau des Massegesetzes.

Wegen der hohen Leitfähigkeit des Werkstoffes Aluminium in einem Schichtaufbau aus Folien dieses Werkstoffes ist die Forderung der hohen Isolation gegen Wärmeleitung nur schwer zu erfüllen.

Dämmteile aus gelochten Aluminiumschichten mit hinterlegten anorganischen Absorberschichten erreichen nur schlechte Schalldämmwerte, da die Durchlässigkeit für Wärmekonvektion zu hoch war, außerdem waren sie gegen Wassereindringen überhaupt nicht geschützt.

Diese Kombinationslösungen sind neben den schon genannten Nachteilen in akustischer Sicht in der Regel zu dick, zu schwer und, da wegen Verklebung oder Bauart nicht zu trennen, auch nicht recyclingfähig.

Die Veränderungen in der Bauart moderner Automobile mit der Finführung des Katalysators, der aus ökonomischen Gründen angestrebten Leichtbauweise, dem zu senkenden wichtigen Luftwiderstands-Beiwert, was zu flacheren Motorhauben und geringerem Motorraum-Volumen führt, haben die thermischen und akustischen Isolationsanforderungen noch weiter verschärft, ohne eine Lösung zu kennen.

Das US-PS 5 011 743 zeigt Lösungen zur Wärmeisolation mit mehrschichtigen Paketen aus geprägten und/oder perforierten Aluminiumfolien, jedoch ohne schalltechnischen Effekt.

Die DP-PS 548 030 ven/eist auf Kombinationen von polierten Metalldeckschichten zur Wärmeisolierung mit einem selbsttragenden Träger.

— S —

Die DE 37 33 285 zeigt die unterstützende Funktion profilierter und perforierter Aluminium folien im Zusammenwirken mit von der Wärmequelle abgewandtem Vliesmaterial.

In der DE-PS 20 32 992 wird ein versteiftes, speziell stark perforiertes Lochblech mit hinterlegter Kunststoffolie und kaschiertem Absorberteil beschrieben.

Mit der DE 33 34 273 wird eine komplexe akustische Lösung gezeigt, die sowohl Absorber- als auch Masseschichten mit akustischer Wirkung, aber ohne Wärmeabschirmung enthält.

Die OS 26 56 379 beschreibt eine Lösung aus Anordnungen von Leicht- und Schwerschaum mit bestimmten akustischen Efekten, aber ohne Effekte in der Wärmeisolation.

In der PS 25 10 607 wird ein Absorber auf Kunststoffbasis mit mikroporöser Deckschicht gezeigt,

Die PS 32 19 339 weist die verbesserte akustische Wirkung einer Schaumstoff-Profilschicht mit lose überspannender Membranfolie nach.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Abschirmteils, das bei geringem Gewicht allen akustischen und thermischen Anforderungen entspricht und dazu noch voll wiederverwerthar ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen der Isolationsschicht und der Aluminiumabdeckfolie unter Zwischenlage einer Aluminiumfolie ein skelettförmiger Abstandhalter aus Aluminium angebracht ist.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als die Anordnung von poröser, dünner Isolationsschicht, vorzugsweise einer Mineralfaserschaummatte, flächig verbunden mit einem nicht schallaktiven Luftraum, vorzugsweise ausgebildet durch ein gewelltes Aluminiumgestrick, überraschenderweise sowohl eine gute Schalldämmung und hohe Schallabsorption im interessierenden Frequenzbereich als auch eine immer noch hohe Wärmeisolation bei vergleichsweise niedrigem Gewicht erreicht. Die Anordnung ist auch voll recylingfähig.

Die gemessene hohe Schalldämmung ist umso beachtlicher, als sie sich in einem anwendungsbezogen besonders wichtigen Frequenzbereich von 250 bis 2500 Hz zeigt.

Obwohl jeder Werkstoff einzeln die thermischen und akustischen Anforderungen nicht erfüllt, genügt der Kombinations-Schichtaufbau beiden Anforderungen.

Obwohl wegen fehlender Verklebung nach Aufschneiden der Ränder und Absaugen des leichten Isolationswerkstoffes eine leichte Trennung vorstellbar wäre, erlaubt der erfindungsgemäß geringe Anteil am Gesamtgewicht des Bauteils von höchstens 5 I der mineralischen Isolationsschicht ein komplettes Einschmelzen des gesamten Schichtaufbaues.

Ein besonders vorteilhafte akustische Wirkung wird erzielt, wenn Isolationsschicht und Aluminiumgestrick etwa gleiche Dicke aufweisen, obwohl zu erwarten wäre, daß die mineralische Isolationsschicht möglichst dick und der Luftspalt möglichst dünn sein sollte.

Die Gesamtschichtdicke läßt sich dadurch gering halten, daß die Dicke der Isolationsschicht und des sinusförmig gewellten Aluminiumgestricks jeweils etwa 3 mm beträgt.

Dies bedeutet, daß gegenüber einer sonst erforderlichen 6 mm starken Mineralfasermatte keine Dicken- bzw. Volumenvergrößerung erfolgt.

Als Isolationsschicht ist eine dünne Matte aus Mineralwolle, Mineralschaum oder Galsfaservlies besonders geeignet.

Für eine gute Recyclierbarkeit ist es wichtig, daß das Abschirmten möglichst nur aus einem Stoff besteht. Dieses Ziel läßt sich dadurch annähern, daß die Isolationsschicht aus einem Aluminiumwerkstoff mit großer spezifischer Oberfläche wie offenporigem Aluminiumschaum, Alumiumwolle, Aluminiumfasern besteht.

Die Erfindung zeichnet im einzelnen dadurch aus, daß die Dicke der Isolationsschicht und des skelettförmigen Abstandhalters in bestimmtem Verhältnis aufeinander abgestimmt sind und daß dieses Verhältnis bei einer Dichte der Isolationsschicht von ca. 100 - 140 g/m² etwa 1:1 beträgt;

daß die Isolationsschicht aus Mineralschaum, Mineralwolle, Glasfaservlies oder Mineral faservlies besteht und 1 bis 4 mm dick ist; daß das Aluminiumträgerblech gelocht ist und die Perforation einen Lochanteil von 15 bis 25 ? aufweist;

daß die Isolationsschichten ohne Verklebung nur durch mechanischen Kraftschluß verbunden sind;

daß der skelettförmige Abstandhalter aus einem gleichförmigen oder gewellten Aluminiumgestrick, einer geprägten Aluminiumlochfolie oder einem geprägten Aluminiumschaum mit einer Stärke von 2 bis 4 mm besteht;

daß der Anteil der nichtmetallischen Werkstoffe nicht mehr als 5% des Gesamtgewichts des Formteils betragt;

-S-

daR alle Schichten im Recyclingprozeß leicht trennbar und damit voll aufarbe!tbar sind;

daß der Schichtaufbau sowohl gute Wanne- als auch Schallisolationseigenschaften erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, in denen darstellen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Abschirmteil, Fig. 2 Schallabsorptionskurven und

Fig. 3 Isolationsmeßergebnisse.

Das Abschirmten nach Fig. 1 hat folgenden Sch ichtauf bau. Auf ein O, 5 mm dickes, gelochtes Aluminiumblech 1, welches den Träger darstellt, ist eine 20 pm dicke Aluminiumfolie 2 gelegt. Darauf ist eine 3 mm dicke Isolationsschicht 3 aus Mineralschaum, Mineralwolle, Glasfasern oder einem ähnlichen Stoff angeordnet. Dann folgt erneut eine 20 pm dicke Aluminiumfolie 4 und dann ein mattenförmiges, gewelltes Aluminiumgestrick 5 von 3 mm Dicke, und den Abschluß bildet eine 50 pm dicke Aluminiumfolie 6.

Das Abschirmteil ist nach der jeweiligen Verwendung zugeschnitten und geformt. An den Rändern ist die Deckfolie 6 durch Umfalten, Kleben oder andere mechanische Techniken mit dem Trägerblech 1 verbunden.

Die Dicke des Abschirmteils üherssteigt nicht die Dicke vergleichbarer herkömmlicher Dämmteile. Auch das Gesamtgewicht ist nicht höher.

Fig. 2 zeigt Messungen der Luftschallabsorption im Kundtschen Rohr nach DIN 52 215-63. Die gestrichelte Kurve zeigt die Absorption einer 6 mm dicken Mineralschaummatte, Die ausgezogene Kurve gehört zu einem Abschirmteil nach der Erfindung. Man erkennt, daß das Abschirmteil nach der Erfindung insbesondere im Bereich zwischen 250 und 2000 Hz einen gleichmäßigen und ausgeprägt höheren Absorptionsverlauf aufweist. Der mittlere Absorptionskoeffizient zwischen 250 und 2000 Hz beträgt für das bisher übliche Dämmteil (Mineralschawnmatte von 6 mm Dicke) 13,6 %, für das erfindungsgemäße Abschirmteil jedoch 26,2 §. Dieses bedeutet eine wesentliche und überraschende Steigerung.

Die Wärmedämmung wird nach einer Prüfvorschrift eines bedeutenden Automobilherstellers gemessen. Auf der Warmseite, also auf der Seite des Trägerblechs, wird das Abschirmteil mit einem Heißluftstrahl beaufschlagt. Die Temperatur auf der Kaltseite wird gemessen und bestimmt den Isolationswert. Fig. 3 zeigt einen Vergleich der erreichten Wärmedämmng (Isolationsmeßergebnisse) mehrerer Isolationsschichtkor-

per. Die Temperatur auf der Kaltseite ist bei dem Abschirmteil A nach der Erfindung nicht größer als bei einem vergleichbaren Teil mit einer Mineral schaummatte von 6 mm Dicke B.

Das Abschirmteil nach der Erfindung ist voll recyclierbar, da der Fremdanteil der Mineralstoffmatte bezogen auf den Aluminiumanteil des Abschirmteils weniger als 5 ? beträgt. Dieser Wert ist beim Einschmelzen der Aluminiumlegierung tolerierbar.

Claims

Dr. Werner Häßler Patentanwalt Asenberg 62 28. Januar 1993 5880 Lüdenscheid A 92 001 Anmelder: Gerhardi & Cie. GmbH &■ Co. KG Schlittenbacher Straße 2 58S0 Lüdenscheid Wänve- und Schallisolationsformteil ·- ifansprüche

1. Wärme- und Schallisolationsformteil in Form eines Schichtaufbaus aus einem Aluminiumträgerblech, einer Alumiumfolie, einer Isolationsschicht sowie einer weiteren Aluminiumabdeckfolie, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Isolationsschicht (3) und der Aluminiumabdeckfolie (6) unter Zwischenlage einer Aluminiumfolie (4) ein skelettförmiger Abstandhalter (5) aus Aluminium angeordnet ist.

2. Wärme- und Schallisolationsformteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Isolationsschicht (3) und des skelettförmigen Abstandhalters (5) in bestimmtem Verhältnis aufeinander abgestimmt sind und daß dieses Verhältnis bei einer Dichte der Isolationsschicht (3) von ca. 100 - 140 g/m² etwa 1:1 beträgt.

3. Wärme- und Schallisolationsformteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht aus Mineral schaum, Mineralwolle, Glasfaservlies oder Mineral faservlies besteht und 1 bis 4 rmn dick ist.

4. Wärme- und Schallisolationsformteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht aus einem Aluminiumwerkstoff mit großer spezifischer Oberfläche wie offenporigem Aluminiumschaum, Alumiumwolle, Aluminiumfasern besteht.

5. Wärme_ und Schallisolationsformteil nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumträgerblech gelocht ist und die Perforation einen Lochanteil von 15 bis 25 % aufweist.

6. Wärme- und Schallisolationsformteil nach einem eier Ansprüche &Iacgr; bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschichten ohne Verklebung nur durch mechanischen Kraftschluß verbunden sind.

7. Wärme- und Schallisolations formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der skelettförmige Abstandhalter aus einem gleichförmigen oder gewellten Aluminiumgestrick, einer geprägten Aluminiumlochfolie oder einem geprägten Aluminiumschaum mit einer Stärke von 2 bis 4 mm besteht.

8. Wärme- und Schallisloationsforniteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der nichtmetallischen Werkstoffe nicht mehr als 5% des Gesamtgewichts des Formteils beträgt.

9. Wärme- und Schallisloationsformteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schichten im Recyclingprozeß leicht trennbar und damit voll aufarbeitbar sind.

10. Wärme- und Schallisolationsformteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtaufbau sowohl gute Wärme- als auch Schallisolationseigenschaften hat.