WO2000046493A1 - Verfahren zum herstellen eines schallabsorbierenden isolationsteils und ein nach diesem verfahren hergestelltes isolationsteil - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines schallabsorbierenden isolationsteils und ein nach diesem verfahren hergestelltes isolationsteil Download PDF

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • Such insulation parts are preferably used in the automotive field and are used there, for example, between the hot catalyst and the vehicle floor.
  • WO 91/10560 describes a heat shield with a film package which comprises heat-conducting zones, so-called heat sinks, and heat-insulating zones.
  • the individual foils of the foil package have embossments or knobs which result in the stacked foils being spaced apart from one another.
  • the individual foils can be hermetically sealed together, with the inclusion of a gas, e.g. Xenon, is made possible.
  • the individual foils are perforated to improve the acoustic effectiveness.
  • the edge areas of these film packages are compressed, cut and then flanged, heat-sealed or mechanically connected without significant pressure.
  • US Pat. No. 5,424,139 discloses an insulation part which comprises a stack of several thin metallic sheets, between which sheets a metallic knitted fabric or an expanded metal-like spacer is inserted. It has been shown that the acoustic effectiveness of these film packages essentially depends on the perforation, the choice of material and the mutual distance between the individual films. In order to be able to select these parameters in the desired manner, suitable foils, preferably made of aluminum, are passed over corresponding spiked rollers and / or knobbed rollers. A change of the knob shape or density, the perforation density or the size of the individual perforations desired by the acoustic specialist necessitates complex tool changes.
  • the aim of this method is to be able to change the perforation density and the air flow resistance generated by such a perforation in a simple and inexpensive manner.
  • This object is achieved according to the invention by a method having the features of claim 1, and in particular by a method for producing a sound-absorbing insulating part with at least two metallic sheets, which can have the form of a film or a thin sheet.
  • the material of at least one metallic sheet is studded in one process step and this studded sheet is connected to at least one second metallic sheet in a further process step.
  • the elastic limit of the sheet material is exceeded in such a way that hairline cracks or. Fissures form.
  • thin sheets can be fissured as well as thick foil, or sheets in the form of expanded metal can be used. It is also particularly advantageous if aluminum is used as the material for these sheets.
  • a particularly preferred embodiment of the method according to the invention provides that the individual metallic layers, in particular foils or Sheets, cold welded together.
  • Cold welding is understood in the following to mean a metallurgical connection which is brought about by a plastic deformation of two or more adjacent foils or sheets, in which deformation the metallic material of adjacent sheets is bonded. With aluminum, such a connection can be achieved if, for example, adjacent metal sheets are compressed by approx. 75%.
  • a sound-absorbing insulating part with the features of claim 6, and in particular by a sound-absorbing heat shield which comprises at least two metallic sheets, the at least one metallic sheet having a plurality of knobs and / or
  • the method according to the invention proves to be surprisingly simple and leads to sound-absorbing insulation parts with surprisingly good sound absorption.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of two sheets produced and stacked according to the invention.
  • a web-shaped metal foil 12 is continuously pulled off a roll 13 for the production of the insulation parts according to the invention and is passed through a roller device 14 for nubbing.
  • This roller device 14 essentially comprises a knob roller 15 and a counter roller 16, which is coated with an elastic material, or can be provided with a sieve-like structure interacting with the knob roller 15.
  • This counter roller 16 presses the film 12 against the knobs of the knob roller 15.
  • the knobs of the knob roller 15 and the counter roller 16 are matched to one another such that the
  • Foil material 12 can be influenced in a simple manner.
  • the brittleness or elasticity of the film material to be nubbed also plays a role.
  • the fissured film 13 is then cut 19 and stacked 20 in a known manner. It goes without saying that this method can also be designed discontinuously and the roller device 14 can be replaced by suitable press plates.
  • the fissured sheets are combined with similar or other metallic sheets and shaped and fastened to one another in a known manner.
  • the elastic limit of the metallic material of the film 12 is exceeded during the nub in the roller device 14 in such a way that a large number of irregularly arranged fissures 4, 11 are formed. It turns out to be surprising that these fissures 4 dissipate the acoustic energy better than needled perforations and thus sound-absorbing insulation parts, in particular heat shields, can be produced with improved acoustic effectiveness.
  • the air flow resistance on the surface of an acoustically effective insulation part can be varied in a simple manner and set in such a way that optimal sound dissipation can be achieved for any insulation part of any shape. According to the invention, this optimization or adjustment takes place via the number, density and length of the fissures.
  • the film thickness or sheet thickness and the design of the Roller device 14 can form fissures 4, 11 of different lengths. In this way, a high fissure density with shorter fissures 4 (which occur, for example, at locations with the greatest stretching stress, ie at the nub tips 10) can be achieved, and a lower fissure density with longer fissures 11, which extend over two or more nubs 5, can be produced .
  • the material of the web 12 is cut into predetermined parts and stacked.
  • at least a first sheet fissured in the above manner and a second metallic sheet are placed one above the other for the production of sound-absorbing insulation parts and connected to one another by means of flanging, tacking, gluing or cold welding.
  • a film or sheet can be used as the second metallic sheet, which can be imperforate or perforated, in particular fissured, which can be nubbed, ribbed or undeformed, which can be more or less stiff, can have different thicknesses, or in the form of an expanded metal can be used.
  • cold welding is understood to mean a metallurgical connection which comes about through a plastic deformation of two or more adjacent sheets, during which deformation the metallic material of adjacent sheets is bonded together.
  • Such a connection can be achieved with aluminum if the material is compressed, for example, by approx. 75%.
  • the production method shown here can be automated further, for example by pulling the different sheets simultaneously from different rolls or stacks and then cut, shaped and / or cold welded together.
  • FIG. 2 shows two sheets 2, 3 fissured and stacked according to the invention. These sheets have a plurality of knobs 5 which ensure that the two sheets 2, 3 are spaced apart.
  • the fissures 4, 11 produced in the production method according to the invention are essentially in the area of the pimpled comb 10, since, when pimples, the stretching of the material occurs most pronouncedly in this area and the elastic limit of the material is exceeded according to the invention. It goes without saying that the number and length of the individual fissures 4, 11 can be varied by the choice of the sheet material.
  • the person skilled in the art is also free to design the special shape of the knobs in a suitable manner, i.e. to form the individual knobs 5 as hemispherical, frustoconical, pyramidal, cuboid or cylindrical bulges and to select their density, arrangement and size in the desired manner.
  • the insulation parts according to the invention have at least two sheets 2, 3, at least one of which is fissured according to the invention.
  • These sheets 2, 3 are preferably made of aluminum and can be imperforate or perforated, in particular fissured, nubbed, ribbed or undeformed, more or less stiff, of different thicknesses or in the form of an expanded metal.
  • these sheets can be supplemented with carrier plates of known type or with metallic insulation fabrics or nonwovens.

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Abstract

Bei dem Verfahren zum Herstellen eines schallabsorbierenden Isolationsteiles mit mindestens zwei metallischen Blättern (2, 3) in Form von Folien oder Blechen wird mindestens eines derselben derart genoppt, dass beim Noppungsprozess die Elastizitätsgrenze des betreffenden Blattes (2, 3) überschritten wird und sich Fissuren (4, 11) bilden. Diese Fissuren tragen zur Verbesserung der akustischen Absorptionsfähigkeit des derart hergestellten Isolationsteils wesentlich bei.

Description

Verfahren zum Herstellen eines schallabsorbierenden Isolationsteils und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Isolationsteil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines Isolationsteils gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein damit hergestelltes Isolationsteil gemäss Oberbegriff des Anspruchs 6.
Derartige Isolationsteile finden ihre Verwendung vorzugsweise im Automobilbereich und werden dort beispielsweise zwischen den heiss werdenden Katalysator und dem Fahrzeugboden eingesetzt.
Derartige Isolationsteile sind bekannt und beispielsweise in der PCT-Anmeldung WO 91/10560 oder US 5,424,139 beschrieben. Die WO 91/10560 beschreibt ein Hitzeschild mit einem Folienpaket, welches wärmeleitende Zonen, sogenannte Wärmesenken, und wärmeisolierende Zonen umfasst. Insbesondere weisen die einzelnen Folien des Folienpakets Einprägungen oder Noppen auf, die dazu führen, dass die gestapelten Folien voneinander beabstandet sind. Die einzelnen Folien können hermetisch dicht miteinander verbunden sein, womit der Einschluss eines Gases, z.B. Xenon, ermöglicht wird. In einer Weiterbildung dieses bekannten Hitzeschildes sind, zur Verbesserung der akustischen Wirksamkeit, die einzelnen Folien perforiert. Die Randbereiche dieser Folienpakete werden in der Praxis ohne wesentliche Druckkraft zusammengedrückt, geschnitten und anschliessend gebördelt, heissversiegelt oder mechanisch verbunden.
Mit der US 5,424,139 wird ein Isolationsteil offenbart, welches einen Stapel aus mehreren dünnen metallischen Blättern umfasst, zwischen welche Blätter ein metallisches Gewirke respektive ein streckmetallartiger Abstandshalter eingesetzt ist. Es erweist sich, dass die akustische Wirksamkeit dieser Folienpakete wesentlich von der Perforation, der Materialwahl und dem gegenseitigen Abstand der einzelnen Folien abhängt. Um diese Parameter in gewünschter Weise wählen zu können, werden geeignete Folien, vorzugsweise aus Aluminium, über entsprechende Stachelwalzen und/oder Noppenwalzen geführt. Eine vom Akustik-Fachmann gewünschte Änderung der Noppenform oder -dichte, der Perforationsdichte oder der Grosse der einzelnen Perforationen, macht aufwendige Werkzeugänderungen erforderlich.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines schallabsorbierenden Isolationsteils, insbesondere eines schallabsorbierenden Hitzeschildes zu schaffen, welches erlaubt, diese in wenigen Verfahrensschritten herzustellen und Anpassungen resp. Änderungen der Folienparameter in einfacher Weise vorzunehmen. Insbesondere soll mit diesem Verfahren die Perforationsdichte und der durch eine solche Perforation erzeugte Luftströmungswiderstand in einfacher und kostengünstiger Weise geändert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere durch ein Verfahren zur Herstellung eines schallabsorbierenden Isolationsteils mit mindestens zwei metallischen Blättern, welche die Form einer Folie oder eines dünnen Blechs aufweisen können. Bei diesem Ver- fahren wird in einem Verfahrensschritt das Material mindestens eines metallischen Blattes genoppt und in einem weiteren Verfahrensschritt dieses genoppte Blatt mit mindestens einem zweiten metallischen Blatt verbunden. Beim Noppen des mindestens einen metallischen Blattes wird die Elastizitätsgrenze des Blattmaterials derart überschritten, dass sich Haarrisse resp. Fissuren bilden. Bei diesem erfindungsgemässen Verfahren können dünne Bleche ebensogut wie dicke Folie fissuriert werden, oder Blätter in Form von Streckmetall verwendet. Des weiteren ist von besonderem Vorteil, wenn Aluminium als Material für diese Blätter verwendet wird.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungs- gemässen Verfahrens sieht vor, dass die einzelnen metallischen Lagen, insbesondere Folien resp. Blätter, mitein- ander kaltverschweisst werden. Unter Kaltverschweissen wird im folgenden eine metallurgische Verbindung verstanden, die durch eine plastische Verformung von zwei oder mehr benachbarten Folien, beziehungsweise Blättern, zustande kommt, bei welcher Verformung sich das metal- lische Material benachbarter Blätter stoffschlüssig verbindet. Bei Aluminium lässt sich eine derartige Verbindung erzielen, wenn benachbarte Metallblätter beispielsweise um ca. 75% komprimiert werden.
Darüberhinaus ist es Aufgabe der Erfindung ein Isolationsteil, insbesondere ein Hitzeschild mit verbesserter und in einfacher Weise optimierbarer akustischer Wirksamkeit zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein schall- absorbierendes Isolationsteil mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst, und insbesondere durch ein schallabsorbierendes Hitzeschild, welches mindestens zwei metallische Blätter umfasst, wobei das mindestens eine metallische Blatt eine Vielzahl von Noppen und/oder
Fissuren aufweist und mit dem mindestens zweiten Blatt verbunden und zu einem geformten Isolationsteil verformt ist. Es ist von besonderem Vorteil, wenn diese metallischen Blätter aus Aluminium bestehen.
Das erfindungsgemässe Verfahren erweist sich als über- raschend einfach und führt zu schallabsorbierenden Isolationsteilen mit einer überraschend guten Schallabsorption.
Der obengenannte Erfindungsgegenstand, die Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beispielhaft erläutert oder gehen offensichtlich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform hervor.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungs- gemässen Herstellungsverfahrens ;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zweier erfindungs- ge äss hergestellter und gestapelter Blätter.
Für die Herstellung der erfindungsge ässen Isolations- teile wird in einer bevorzugten Ausführungsform eine bahnförmige Metallfolie 12 von einer Rolle 13 kontinuierlich abgezogen und zur Noppung durch eine Walzenvorrichtung 14 geführt. Diese Walzenvorrichtung 14 umfasst im wesentlichen eine Noppenwalze 15 und eine Gegenwalze 16, welche mit einem elastischen Material ummantelt, oder mit einer, mit der Noppenwalze 15 zusammenwirkenden siebartigen Struktur versehen sein kann. Diese Gegenwalze 16 drückt die Folie 12 gegen die Noppen der Noppenwalze 15. Erfindungsgemäss sind die Noppen der Noppenwalze 15 und die Gegenwalze 16 so aufeinander abgestimmt, dass die
Folie 12 bei der Noppung in dieser Walzenvorrichtung 14 partiell aufreisst. Durch einfache Wahl des elastischen Materials des Mantels der Gegenwalze 16 oder durch geeignete Beabstandung der Walzen kann die Anzahl und Grosse der beim Noppen auftretenden Fissuren 4, 11 im
Folienmaterial 12 in einfacher Weise beeinflusst werden. Dabei spielt auch die Sprödigkeit respektive Elastizität des zu noppenden Folienmaterials eine Rolle. Die derart fissurierte Folie 13 wird anschliessend in bekannter Weise zugeschnitten 19 und gestapelt 20. Es versteht sich, dass dieses Verfahren auch diskontinuierlich ausgelegt sein kann und die Walzenvorrichtung 14 durch geeignete Pressplatten ersetzt werden kann.
Zur Herstellung eines erfindungsgemässen Isolationsteils werden die fissurierten Blätter mit gleichartigen oder anderen metallischen Blättern kombiniert und in bekannter Weise geformt und aneinander befestigt.
Erfindungsge äss wird also während des Noppens in der Walzenvorrichtung 14 die Elastizitätsgrenze des metallischen Materials der Folie 12 derart überschritten, dass sich eine Vielzahl von unregelmässig angeordneten Fissuren 4, 11 bildet. Es erweist sich als überraschend, dass diese Fissuren 4 im Vergleich zu genadelten Perfora- tionen, die akustische Energie besser dissipieren und sich damit schallabsorbierende Isolationsteile, insbesondere Hitzeschilde mit einer verbesserten akustischen Wirksamkeit herstellen lassen. Darüberhinaus lässt sich mit derartigen fissurierten Folien der Luftströmungs- widerstand an der Oberfläche eines akustisch wirksamens Isolationsteils in einfacher Weise variieren und so einstellen, dass für jedes beliebig geformte Isolationsteil eine optimale Schalldissipation erzielt werden kann. Diese Optimierung oder Einstellung erfolgt erfindungs- gemäss über die Anzahl, Dichte und Länge der Fissuren.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein sprödes und damit leicht reissendes Material verwendet wird, weil sich damit während des Noppens eine gute Fissurenbildung erzielen lässt. Abhängig von der Materialwahl, der Folienstärke bzw. Blechdicke und der Gestaltung der Walzenvorrichtung 14 lassen sich Fissuren 4, 11 mit unterschiedlicher Länge bilden. Dabei kann eine hohe Fissurendichte mit kürzeren Fissuren 4 (welche z.B. an Orten grosster Streckbelastung, d.h. an den Noppenspitzen 10 auftreten) , erzielt werden, und lässt sich eine niedrigere Fissurendichte mit längeren Fissuren 11, die sich über zwei oder mehr Noppen 5 erstrecken, erzeugen.
Nach dem Noppen wird das Material der Bahn 12 in vorge- gebene Teile geschnitten und gestapelt. Für die Herstellung von schallabsorbierenden Isolationsteilen werden in einer einfachsten Ausführungsform mindestens ein erstes, in obiger Weise fissuriertes Blatt und ein zweites metallisches Blatt übereinander gelegt und mittels Bördeln, Heften, Kleben oder Kaltverschweissen miteinander verbunden. Dabei kann als zweites metallisches Blatt eine Folie oder ein Blech verwendet werden, welche unperforiert oder perforiert, insbesondere fissuriert sein können, welche genoppt, gerippt oder unverformt sein können, welche mehr oder weniger steif sein können, verschiedene Dicken aufweisen können oder in Form eines Streckmetalls verwendet werden können.
Wie bereits oben erläutert wurde, wird unter Kaltver- schweissen eine metallurgische Verbindung verstanden, die durch eine plastische Verformung von zwei oder mehr benachbarten Blättern zustandekommt, bei welcher Verformung sich das metallische Material benachbarter Blätter stoffschlüssig verbindet. Bei Aluminium lässt sich eine derartige Verbindung erzielen, wenn das Material beispielsweise um ca. 75% komprimiert wird.
Es versteht sich, dass das hier aufgezeigte Herstellungsverfahren weiter automatisiert werden kann, indem bei- spielsweise die verschiedenen Blätter gleichzeitig von unterschiedlichen Rollen oder Stapeln abgezogen werden und dann gemeinsam zugeschnitten, geformt und/oder kalt- verschweisst werden.
Figur 2 zeigt zwei erfindungsgemäss fissurierte und ge- stapelte Blätter 2, 3. Diese Blätter weisen eine Vielzahl von Noppen 5 auf, welche sicherstellen, dass die beiden Blätter 2, 3 voneinander beabstandet sind. Die bei dem erfindungsgemässen Herstellungsverfahren erzeugten Fissuren 4, 11 liegen im wesentlichen im Bereich des Noppenkamms 10, da, beim Noppen, in diesem Bereich die Streckung des Materials am ausgeprägtesten auftritt und erfindungsgemäss die Elastizitätsgrenze des Materials überschritten wird. Es versteht sich, dass durch die Wahl des Blattmaterials die Anzahl und Länge der einzelnen Fissuren 4, 11 variiert werden kann. Ebenso ist der Fachmann frei, die besondere Form der Noppen in geeigneter Weise zu gestalten, d.h. die einzelnen Noppen 5 als halbkugelförmige, kegelstumpfförmige, pyramidale, quader- förrαige oder zylindrische Auswölbungen auszubilden und deren Dichte, Anordnung und Grosse in gewünschter Weise auszuwählen.
Die erfindungsgemässen Isolationsteile weisen mindestens zwei Blätter 2, 3 auf, von denen mindestens eines erfindungsgemäss fissuriert ist. Diese Blätter 2, 3 sind bevorzugterweise aus Aluminium hergestellt und können unperforiert oder perforiert, insbesondere fissuriert sein, genoppt, gerippt oder unverformt, mehr oder weniger steif, verschiedene Dicken aufweisen oder in Form eines Streckmetalls sein. Bei Verwendung dieser Isolationsteile als Hitzeschilde können diese Blätter mit Trägerblechen bekannter Art oder mit metallischen Isolationsgeweben, -vliesen ergänzt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines schallabsorbierenden Isolationsteils, insbesondere eines schallab- sorbierenden Hitzeschildes, mit mindestens zwei metallischen Blättern in Form von Folien oder Blechen, von denen mindestens eines genoppt wird, und welche Blätter miteinander verbunden und verformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein fissuriertes Blatt (2) erzeugt wird, indem beim Noppen des Materials des mindestens einen metallischen Blattes die Elastizitätsgrenze desselben derart überschritten wird, dass sich Fissuren (4) bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Blatt in Form eines Streckmetalls verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Noppen des Materials des mindestens einen Blattes kegelstumpfförmige Noppen erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass Aluminium als Material für die Blätter verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Blätter im Randbereich miteinander kaltverschweisst werden.
6. Schallabsorbierendes Isolationsteil, insbesondere schallabsorbierendes Hitzeschild, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass dieses mindestens zwei metallische Blätter in Form von Folien oder Blechen umfasst, von denen mindestens eines eine Vielzahl von Noppen (5) und Fissuren (4, 11) aufweist und welche Blätter (2, 3) miteinander verbunden sind.
7. Isolationsteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mindestens ein Blatt in Form eines Streckmetalls aufweist.
8. Isolationsteil nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen kegelstumpfför ig sind.
9. Isolationsteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Blätter aus Aluminium bestehen.
10. Isolationsteil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen
Blätter im Randbereich miteinander kaltverschweisst sind.
PCT/CH2000/000058 1999-02-02 2000-02-02 Verfahren zum herstellen eines schallabsorbierenden isolationsteils und ein nach diesem verfahren hergestelltes isolationsteil WO2000046493A1 (de)

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