WO2005102782A1 - Isolierung - Google Patents

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WO2005102782A1
WO2005102782A1 PCT/CH2005/000213 CH2005000213W WO2005102782A1 WO 2005102782 A1 WO2005102782 A1 WO 2005102782A1 CH 2005000213 W CH2005000213 W CH 2005000213W WO 2005102782 A1 WO2005102782 A1 WO 2005102782A1
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WO
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elements
insulating
fastening elements
housing
outer skin
Prior art date
Application number
PCT/CH2005/000213
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Wirth
Original Assignee
Etis Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Etis Ag filed Critical Etis Ag
Priority to EP05714751A priority Critical patent/EP1737706A1/de
Publication of WO2005102782A1 publication Critical patent/WO2005102782A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R13/00—Elements for body-finishing, identifying, or decorating; Arrangements or adaptations for advertising purposes
    • B60R13/08—Insulating elements, e.g. for sound insulation

Definitions

  • the invention relates to insulation according to the preamble of claim 1.
  • Insulations with such insulating elements are required as internal insulation, for example for thermal and / or acoustic insulation of internal combustion engines, in particular their exhaust lines, turbochargers, catalysts and mufflers, as well as gas and steam turbines. They can generally be attached to housing parts, in particular to inner surfaces of housings or, if appropriate, only to supporting structures.
  • the insulating elements are preferably arranged on housings or supporting structures which at least partially enclose sound-generating and / or heat-generating devices or system parts, from which vibrations can also emanate.
  • cassette insulation is used for exhaust and turbocharger insulation, which comprises insulating pads, the covers of which are made of glass fiber material and which are filled with insulating mats.
  • WO 97/48943 A1 describes an improved thermal and acoustic insulation for machine components with strong mechanical vibrations and high temperatures. It consists of half-shell-shaped insulating elements, which are spatially designed so that they follow the contours of the body to be insulated exactly.
  • the insulating elements comprise shells and insulating material accommodated therein.
  • the outer skin of the insulating elements, or the shell area facing outwards, is made of a glass fiber material coated with silicone.
  • the inner skin of the insulating elements, or the envelope area directed against the body to be insulated, consists of a glass fiber fabric that is woven with V4A wire.
  • the insulating elements comprise a chromium steel sheet or a chromium steel net as a friction layer, which absorbs a large proportion of the friction between the insulation and the component. Long-fiber silicate fiber wool is used as insulation material.
  • Resistant wires in particular stainless steel wires or wires made of stainless steel, are used to manufacture the textile covers.
  • the inner skin and / or the outer skin is designed as a microfilter metal mesh.
  • Microfilter metal fabrics have very high mesh numbers and are formed from wires with a small cross-section.
  • Such filter wire mesh can have filter finenesses of a few microns - for example of 20 ⁇ - and have correspondingly small air passage cross sections, which ensures that essentially no fibers of the insulating material can escape from the casing.
  • Insulations according to EP 1 097 338 B1 have the disadvantage that they are designed for direct mounting on the component and therefore attachment to housing surfaces is not provided.
  • DE 36 36 341 describes housings in the form of metal cassettes with inwardly projecting webs and with insulating pads inserted into the cassettes.
  • Each insulating cushion consists of an insulation layer and a covering of textile material that encloses it.
  • the insulation pads are attached to the cassette using Velcro fasteners.
  • the webs of the cassettes are thermal and acoustic bridges, which greatly reduce the insulation effects.
  • the Velcro connections are often not sufficiently durable, at least at high temperatures and vibrations.
  • the insulating elements known from WO 00/36239 A1 comprise casings with fiber material arranged therein. In addition to the fiber material, solid flat material is also used in the casing.
  • the insulating elements are not mounted on the inner surfaces of housings, but are connected to one another to form an insulating housing. If necessary, they are built around a holding frame.
  • the insulating elements are connected to one another by means of Velcro connections, which is not suitable at least at high temperatures and vibrations. Fastening to the inside of the housing is not described. Because the elements already have solid flat material in the shell, they are too expensive to assemble on sheet metal housings.
  • DE 102 30294 A1 discloses a soundproofing element with a fiber mat enclosed by a cover.
  • the casing consists of flat plastic material, the back of the casing to be fastened to the housing being formed by a carrier layer with increased stability.
  • Velcro connections and / or bores are provided in a laterally projecting edge region of the carrier layer for fastening the sound insulation elements to an inner surface of the housing.
  • the Velcro fasteners are not suitable for applications with high temperatures and / or vibrations.
  • the protruding edge regions of the carrier layer lead to sub-regions without an insulating fiber layer in the case of adjoining elements, which is undesirable when high demands are placed on heat and sound insulation.
  • simple manufacture is achieved in which the shell parts are connected to one another by means of welding or adhesive.
  • the adhesive or the weldable shell parts are not suitable for applications with high temperatures.
  • EP 448 576 B1 discloses insulation in which bolts protrude from the hot component, to which metal spacers are attached.
  • the spacers have an outer insulation layer.
  • the bolts and the adjoining spacers form thermal and acoustic bridges.
  • the outer ends of the spacers can have extremely high temperatures, which in an environment containing fuel means a
  • Multi-unit spacers protrude inwards from an outer housing with stiffening plates. At the inner end, the spacers are connected with U-shaped mounting rails. Inner guide plates are held between the U-shaped mounting rails and the inner contact surfaces of the spacers. The insulating material is arranged between the outer housing and the inner baffles. Although ceramic washers are used for the screw connections of the multi-part spacers, there are metallic connections from the outer housing to the inner mounting rails that form thermal and acoustic bridges. Therefore, this structure cannot be used if high temperatures and / or vibrations occur inside the insulated housing.
  • the object of the present invention is now to find insulation which avoids thermal and / or sound bridges as far as possible and is simple in construction and stable in operation.
  • the insulating elements mounted on the housing parts are intended to achieve permanently good thermal and / or acoustic insulation properties, in particular also in the case of strong vibrations and high temperatures.
  • insulating elements which are mounted on housing parts, in particular on the inner surfaces of the housing, should include flexible casings and insulating material arranged therein for optimum heat and sound insulation.
  • Explanations of the good insulation effect of flexible casings and the fiber material arranged therein and the effects responsible for this can be found in patent applications by the same applicant, which were published with the documents EP 1 097 338 B1, WO 00/36239 A1 and DE 10230294 A1.
  • the shell of an insulating element basically consists of an outer skin facing the housing part or the inner surface of the housing and an inner skin facing the interior of the housing. Insulating material is placed between the inner skin and the outer skin. So that this insulating material is completely enclosed, connecting surfaces are formed from the inner skin to the outer skin. These connecting surfaces form end faces or long sides of the insulating elements. In order to completely isolate a surface, insulating elements are brought into mutual contact with the connecting surfaces. The connecting surfaces extend transversely, in particular perpendicularly, to the adjacent areas of the inner and outer skin. The structure of the inner skin and the outer skin and the insulating material used are adapted to the respective insulation task.
  • the insulating material can optionally be filled in the form of loose fibers, or in particular of particles, in fiber-tight or particle-tight casings.
  • the shape of the insulating element should be achieved through the dimensional stability of the shell, or the inner skin, outer skin and the connecting surfaces.
  • the dimensional stability of the mat contributes to the dimensional stability of the insulating elements.
  • the preferred fiber mats consist, for example, of long fibers and are very resistant to vibrations with regard to the release of individual fibers. In particular, the fibers are matted to a felt-like mat without binding agent.
  • a fiber mat is preferably used, which is commercially available under the name Superwool® and, due to the classification temperature of 1050 ° C., can be used up to temperatures of 1000 ° C.
  • This mat consists of alkaline earth silicate fibers and is harmless to health because the fibers dissolve through or in body fluids. This is an advantage over the commercially available ceramic fiber mats, which may endanger health.
  • the silicate fiber mat is characterized by low thermal conductivity, low shrinkage and high vibration resistance even in continuous use at high temperatures.
  • the layer thickness to be used depends on the temperature range of the interiors or system parts to be insulated, on the permissible temperature on the housing and on the available space. Good measurement results can be achieved with fiber material with a layer thickness of at least 25mm. The layer thickness is preferably approximately 50 mm.
  • a sheath material with a filter fineness which is sufficiently small is selected that the loose fibers essentially cannot emerge from the sheath.
  • the preferred fiber mat made of silicate fibers has fiber lengths in the range from 30-70 mm, in particular essentially 50 mm, and diameters in the range from 2 ⁇ m to 4 ⁇ m. These fibers are completely retained by both fiberglass and a microfilter metal mesh with a filter fineness of 20 ⁇ m.
  • the outer skin of the insulating element lies against the inside surface of the housing or against another housing part.
  • frictional movements can therefore occur between the housing and the outer skin of the insulating element.
  • at least the outer skin comprises a friction-absorbing layer, in particular a textile material made of wire.
  • a microfilter metal mesh is used both to retain the insulating material and as a friction-resistant layer, then it must be formed from enough hard wire.
  • friction-resistant microfilter metal mesh is very expensive, it is also possible to combine a coarse-pored, friction-resistant textile wire material with a non-friction-resistant but fine-pored wire mesh or with a fabric, especially with fiberglass, on the outer skin.
  • the friction on the housing is taken over by the coarse-pored wire material on the outside.
  • the insulation material is retained in the sheath by the fine-pored wire material or the fabric.
  • the inner skin faces the interior with the heat source and / or the sound or vibration source. You must the dimensional stability of the insulating element against the
  • the dimensional stability of an insulating element, in particular its inner skin, is influenced by the structure of the inner skin and the interaction of the shell, insulating material and fastening. It should also be possible to mount the insulating elements on the interior surfaces of the housing facing downwards. The shape and thus the insulation properties should be essentially the same as when mounting on the wall or on the floor. The weight-related deformation of an inner skin hanging down should be as small as possible and should not cause any significant deformation of the connecting surfaces. The connecting surfaces of adjacent insulating elements should be in contact with one another without gaps.
  • Such first fastening elements are arranged at least at the corners of the insulating elements, but possibly also between the corners at the connecting surfaces, and extend from the outer skin at least over part of the distance to the inner skin.
  • the first fastening elements each abut an alignment surface, or at the corners with two alignment surfaces, on a connection surface or on two connection surfaces.
  • the connecting surfaces are thus given the desired orientation, preferably perpendicular to the outer skin, at least for the first fastening elements.
  • connection of the fastening elements to the housing takes place via connecting elements which are stuck on the one hand on the housing and on the other hand on the fastening element.
  • connecting elements screws are preferably inserted from outside through bores in the housing and screwed onto a thread connected to the fastening element. So that the fastening elements with the threads are arranged at the desired positions in the insulating element during assembly, they are held in pockets leading away from the outer skin. These pockets are formed from a flexible flat material, preferably from a material that is also used to produce the inner or outer skin, and can therefore be easily connected to the outer skin and, if appropriate, to the inner skin.
  • the pockets for the fastening elements extend from the outer skin to the inner skin and are connected to both, they increase the dimensional stability of the insulating element, in particular if they are arranged as pockets for second fastening elements at a distance from the connecting surfaces in the interior of the insulating element.
  • the first and second fastening elements with the pockets provided for this purpose are distributed and formed over the insulating element in such a way that the inner skin runs as parallel as possible to the inner surface of the housing.
  • rectangular insulating elements with a length of essentially 1000 mm and a width of essentially 600 mm, for example, along both narrow sides and along the center line Bags with fastening elements are provided between the two narrow sides, the fastening elements extending over the entire width.
  • the inclusion of the fastening elements in pockets, which correspond to the shape of the fastening elements, in addition to the desired positioning of the fastening elements in the insulating element, has the advantage that vibrational forces between the insulating elements and the fastening elements do not lead to damage to the insulating elements, in particular the sleeves.
  • the form-fitting inclusion of the fastening elements firmly connected to the housing in the pockets connected to the casing prevents the local occurrence of frictional forces.
  • fastening elements extend from the outer skin to the inner skin, they also form alignment surfaces for the outer skin. If fastening elements extend to the inner skin at least at two spaced apart or opposite connecting surfaces, these form a tensioning arrangement for the inner skin, with which the dimensional stability of the inner skin is increased.
  • the inner skin, the outer skin, the connecting surfaces and the pockets are formed, for example, from glass fiber with woven wire (Inconel) and are connected to pockets with pockets by seams.
  • the seams are sewn with wires wrapped with threads.
  • fasteners are made of solid material, they could act as sound bridges or, when using the heat-conducting material, as thermal bridges.
  • insulating material can be arranged between the inner skin and the surface of the fastening elements facing the inner skin.
  • fastening elements made of material with a low thermal conductivity even if they extend from the outer skin to the inner skin, do not lead to a relevant increase in sound or heat transmission.
  • the fastening elements have a low thermal conductivity and if the connecting elements do not extend from the housing to the inner skin. That means that the Ver - Binding elements can be designed as metal screws if they only extend over a portion of the thickness of the insulating elements or the fastening elements.
  • the fastening elements are preferably made from pressed fiberboard, for example from silicate fiberboard. Fibreboards made of inorganic material can be used as insulation material at high temperatures. Calcium silicate sheets are available under the brand name Monolux, which are, for example, heat-resistant up to 1000 ° C, have a low thermal conductivity and are also vibration-resistant. Other heat-resistant fiberboard are available under the brand names Promatec, Duratec, Monalite or Promasil.
  • Suitable threaded inserts can be used in blind holes, for example. Tests have shown that the threaded inserts available under the name Helicoil can guarantee a secure connection to the housing even at high temperatures and strong vibrations.
  • the connecting screws screwed into the threaded inserts through the housing plate should be in the form of long screws, without thread on the screw head, so that no damage occurs in the event of strong vibrations.
  • the inner skin has the function of a damping membrane, which can absorb sound through a damped resonance.
  • a damping membrane which can absorb sound through a damped resonance.
  • the spectral absorption effect of component combinations must be considered.
  • the shell layer facing the sound source is permeable to air
  • the shell is filled with a fiber mat and an airtight reflection surface on the side of the fiber mat facing away from the sound source -
  • the inner surface of the housing - is arranged, a strong increase in the insulation effect can be achieved in the frequency range from 500 to 2000 Hz.
  • a strong absorption in frequency bands below 500 Hz can be achieved by choosing the damping membrane or the structure of the inner skin. It has been shown that fiberglass with woven wire, which material is available, for example, under the name Inconel, is suitable as a damping membrane alone or together with a wire mesh arranged on the outside of the insulating element. The wire mesh also increases the dimensional stability of the entire inner skin. A wire mesh arranged on the inside also has a diffusion effect with regard to thermal radiation, which reduces the passage of thermal energy through the insulating element.
  • An insulating element that can be used at high temperatures and strong vibrations includes, for example, a cover and pockets for the fastening elements made of glass fiber material and a wire mesh that surrounds the glass fiber material on the outside.
  • a fine wire mesh can also be used instead of the glass fiber. If the fine wire mesh is sufficiently robust, you can use a second one
  • Wire mesh can be dispensed with. It goes without saying that wire mesh can be dispensed with in applications with little or no vibration.
  • Flat material made of wire which is used for the inner and optionally for the outer skin, is preferably formed from wire, the diameter of which is in the range from 0.002 mm to 6 mm, in particular from 0.018 mm to 3 mm.
  • the open area of the wire flat material is in the range from 10% to 95%, preferably from 25% to 90% of the total area.
  • the size of the individual openings depends on the respective function of the flat material made of wire. Increasing mesh values correspond to decreasing sieve opening diameters or mesh sizes.
  • a fine wire mesh is used, for example a microfilter metal mesh with a filter fineness of 20 ⁇ , with a warp wire diameter of 0.042mm, a weft wire diameter of 0.125mm and a mesh size of 600x125 per cm 2 .
  • the wires of a particularly suitable microfilter flat material have diameters in the range from 0.02mm to 0.4, in particular from 0.04mm to 0.13mm, and the number of meshes in one direction is in the range from 80 to 1000 meshes / cm.
  • the material of a preferred wire is designated WN1.4539. This material can be used up to temperatures of 1000 ° C, or in continuous operation above 450-800 ° C.
  • the weight of this wire mesh is approximately 0.910kg / m 2 with a wire diameter of approximately 0.25mm.
  • the wire diameter should be at least 0.1 mm, possibly at least 0.2 mm, in particular essentially 0.25 mm. It has been shown that this coarse wire mesh makes it possible to achieve good sound absorption in the low frequency range.
  • the wire mesh can be designed to be friction-resistant by the selection of a suitable wire material and can be used as a friction layer that bears against the component.
  • wire mesh extends from the inner skin and from the outer skin along the connecting surfaces
  • the inner and outer skin can be joined together with insulating material in between such that the protruding wire mesh areas overlap at the connecting surfaces and a weld connection can be formed there.
  • the welded connections are located in an area that is not visible after assembly.
  • Connection surfaces can be formed on flat wire meshes with a deep-drawing step and thus inner and outer skins with connection surfaces can be easily produced. If the inner skin and the outer skin are composed of a fine-pored and a coarse-pored wire mesh, the two layers can be formed together, if necessary. In embodiments without fiberglass, if necessary, the pockets for the fasteners are made of wire mesh and connected to the wire mesh of the outer and inner skin. The wire mesh parts are connected by welding.
  • At least part of the insulating material is introduced into the shells essentially in the form of fibers or bulk material.
  • the shape of the insulating elements is given by the shaping and assembly of the shell elements.
  • the insulating elements are optionally produced directly with a sheet metal or a flat material to which they are attached in the manner described.
  • An assembly of the insulating elements on the housing plate can be carried out much more efficiently, possibly automatically, in the manufacturing plant than on a housing that is already built around the system parts to be insulated.
  • Insulating elements with the housing plate can be attached directly to the support structures of the housing as insulated housing surfaces. This eliminates the need to mount insulating elements on finished housings and, if necessary, in tight spaces. It is also possible for the housing surfaces fastened to the insulating element to be connected directly to one another and thus to dispense with a support structure.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a housing surface with an insulating element mounted thereon in which a corner is shown cut away
  • FIG. 2 shows a section through an insulating element according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows an enlarged detail from FIG. 2
  • FIG. 4 a section through two adjoining insulating elements
  • Fig. 5 shows a section through an insulating element in which the connecting elements extend only over part of the thickness of the insulating element.
  • Figures 1 to 4 show insulating elements 3, which are mounted on a sheet 1.
  • the sheet metal 1 is part of a housing that at least partially encloses a heat and / or sound source.
  • the insulating element 3 is fastened on the housing inner surface 2 facing the heat and / or sound source.
  • insulating elements 3 are arranged directly next to one another.
  • the Insulating element 3 comprises a sheath which comprises an inner skin 4, an outer skin 5 and connecting surfaces 6 connecting them. Insulating material 7 is arranged in the casing. In the assembled state, the outer skin 5 faces the housing inner surface 2 and the inner skin 4 faces away from it or is directed towards the housing interior.
  • Fastening elements 8 are then arranged in the shell on the outer skin 5.
  • the fastening elements 8 comprise fixing devices 9 for fastening connection elements 10, the fastening elements 8 with the connection elements 10 being mounted on the inner surface 2 of the housing.
  • First fastening elements 8a are arranged at connecting surfaces 6, in particular at least at corners of the insulating elements 3, and extend from the outer skin 5 at least over part of the distance to the inner skin 4.
  • the fastening elements 8a extend from the outer skin 5 to the inner skin 4.
  • Alignment surfaces 11 of the first fastening elements 8a bear against regions of the connection surfaces 6 and thereby achieve a desired alignment of the connection surfaces 6.
  • FIG. 2 shows alignment surfaces 11 in the case of two insulating elements 3 adjoining one another on an angled housing surface, in which the connecting surfaces 6 run at an angle deviating from 90 ° to the associated outer skins 5. The alignment surfaces 11 are aligned accordingly.
  • a certain clamping of the inner skin 4 is to be achieved with the alignment surfaces 11 or with the first fastening elements 8a.
  • This clamping can prevent an undesirably strong sagging of the inner skin between the connecting elements 8a, 8 in the case of insulating elements 3 which are mounted below an inner surface 2 of the housing. 5 does not extend to the inner skin 4, the clamping effect is reduced, which is shown by a deteriorated shape stability of the inner skin 4. In the case of strong vibrations, this reduced clamping can lead to severe deformations of the inner skin 4.
  • the advantage of such a solution is that the fastening elements 8, 8a do not form continuous sound bridges. Which outweighs the disadvantage of poorer shape stability when high demands are placed on sound insulation.
  • pockets 12 are subsequently formed in the shell on the outer skin 5, the pockets 12 preferably being adapted to the fastening elements 8, 8a in a form-fitting manner.
  • the fastening elements accommodated in the pockets 12 can transmit the holding forces to the sheath well via connecting lines. This transfer of forces from surface to surface can prevent damage even with strong vibrations.
  • the insulating element shown in FIG. 1 is rectangular in plan view and has a length in the range from 600 mm to 1600 mm, preferably from essentially 1000 mm, and a width in the range from 400 mm to 1200 mm, preferably from
  • Pockets 12 with fastening elements 8 are arranged along two parallel sides and in particular along the center line between the two sides. In the case of a standard insulating element, these fastening elements 8, 8a extend over the entire side length.
  • the fastening elements 8, 8a are to be formed from insulating material. They are made, for example, from inorganic material, preferably from pressed fiber boards, for example from silicate fiber boards.
  • the fixing devices 9 are formed by blind holes 9a with threaded inserts 9b, preferably with helicoil threaded inserts (FIG. 3). Helicoil thread inserts are suitable for brittle materials because they can guarantee a hold without a radial expansion device.
  • the connecting elements 10 are screws which can be screwed into the threaded inserts 9b through bores in the housing or through the sheet metal 1.
  • the screws lead through openings in the outer skin 5.
  • the helicoil inserts nuts, snap-in parts or clamping parts could possibly also be introduced to the blind holes 9a through side slots. These parts would be held positively in the direction of the blind holes.
  • locking (form-fitting) or clamping (frictional) fixing devices could also be used.
  • two bolts to protrude from the inner surface of the housing, to which the insulating elements could be pinned, in that the bolts get into corresponding fixing devices.
  • the fixing devices 9 for fastening connecting elements 10 are spaced apart from the inner skin 4, so that inserted connecting elements 10 do not extend to the inner skin 4. As a result, thermal bridges and corresponding hot spots can be prevented.
  • the cover 4, 5, 6 and in particular the pockets 12 comprise at least one flat textile material, preferably a glass fiber fabric 13, but optionally a wire mesh, in particular a microfilter metal mesh, for example with a filter fineness of 20 ⁇ m.
  • the inner sides of the envelope and the pockets are formed from fiberglass fabric 13 with woven wire. Starting from blanks, the sleeves and bags are sewn together or, if necessary, welded.
  • the outside of the outer skin 5 and / or the inner skin 4 and / or the connecting surfaces 6 are formed from a flat material made of wire, preferably a coarse wire fabric 14. These wire mesh parts are connected to one another by means of welding.
  • the inner and outer layers 13 and 14 in the area of fastening elements 8 are optionally connected to one another in the area of the inner skin in order to increase the dimensional stability of the inner skin.
  • clamps 15, seams or welds can be used in accordance with the layers to be connected.
  • the insulating material 7 consists of long-fiber glass or ceramic fibers, but preferably of silicate fibers, and is optionally filled in in bulk, but is used in particular in the form of fiber mat blanks.
  • the preferred fiber mat has a thickness of at least 25 mm, in particular essentially 50 mm, and the length of the fibers is in particular greater than 2 cm, preferably essentially 5 cm.

Landscapes

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Abstract

Eine Isolierung zum Anbringen an Gehäuseteilen (2) ist aus Isolierelementen (3) mit einer Hülle und mit in der Hülle angeordnetem Isoliermaterial (7) zusammengestellt. Die Hülle umfasst eine Innenhaut (4), eine Aussenhaut (5) sowie diese verbindende Verbindungsflächen (6), wobei die Aussenhaut (5) im montierten Zustand der Gehäuseinnenfläche (2) zugewandt und die Innenhaut (4) von dieser abgewandt ist. In der Hülle sind an die Aussenhaut (5) anschliessend Befestigungselemente (8, 8a) angeordnet. Die Befestigungselemente (8, 8a) umfassen Festsetzeinrichtungen (9) zum Befestigen von Verbindungselementen (10). Die Befestigungselemente (8, 8a) werden mit den Verbindungselementen (10) an der Gehäuseinnenfläche (2) montiert. Mit dieser Befestigung erzielen die Isolierelemente (3) dauerhaft gute thermische und/oder akustische Isolationseigenschaften auch bei starken Vibrationen und hohen Temperaturen.

Description

Isolierung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Isolierung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Isolierungen mit solchen Isolierelementen werden als Innenisolierungen beispielsweise zum thermischen und/oder akustischen Isolieren von Verbrennungsmotoren, insbesondere deren Auspuff leitungen, Turboladern, Katalysatoren und Schalldämpfern, sowie Gas- und Dampfturbinen benötigt. Sie können allgemein an Gehäuseteilen, insbesondere an Innenflächen von Gehäusen oder gegebenenfalls auch lediglich an Tragkonstruktionen befestigt werden. Die Isolierelemente werden vorzugsweise an Gehäusen oder Tragkonstruktionen angeordnet, die schall- und/oder Hitze erzeugende Geräte oder Anlagenteile, von denen auch Vibrationen ausgehen können, zumindest teilweise um- schliessen.
Bei grossen Schiffsmotoren oder bei stationären Motoren werden zur Auspuff- und Turbo- laderisolierung so genannte Kassettenisolierung eingesetzt, die Isolierkissen umfassen, deren Hüllen aus Glasfaserstoff bestehen und die mit Isoliermatten gefüllt sind. In der WO 97/48943 A1 wird eine verbesserte thermische und akustische Isolierung für Maschinenkomponenten mit starken mechanischen Schwingungen und hohen Temperatu- ren beschrieben. Sie besteht aus halbschalenförmigen Isolierelementen, die räumlich so ausgebildet sind, dass sie exakt den Konturen des zu isolierenden Körpers folgen.
Die Isolierelemente umfassen gemäss der WO 97/48943 A1 Hüllen und darin aufgenommenes Isoliermaterial. Die Aussenhaut der Isolierelemente, bzw. der nach aussen gerich- tete Hüllenbereich, ist aus einem mit Silikon beschichteten Glasfaserstoff gefertigt. Die Innenhaut der Isolierelemente, bzw. der gegen den zu isolierenden Körper gerichtete Hüllenbereich, besteht aus einem Glasfasergewebe, das mit V4A-Draht durchwoben ist. Die Isolierelemente umfassen zwischen der Hülle und dem zu isolierenden Körper ein Chromstahlblech oder ein Chromstahlnetz als Reibungsschicht, welche die Reibung zwischen der Isolierung und dem Bauteil zu einem grossen Anteil aufnimmt. Als Isoliermaterial wird langfaserige Silikatfaserwolle verwendet. Die Isolierelemente werden bei den Trennfugen durch Lappen aus Glasfaserstoff, die mit einem Klettverschluss versehen sind, zusammengehalten. Langzeittests haben nun aber gezeigt, dass sich Klettverschlüsse zumindest bei einzelnen Anwendungen nicht bewähren. Aus der EP 1 097 338 B1 ist ein weiteres Isoliersystem mit direkt an den heissen Teilen anliegenden Isolierelementen bekannt. Die Abgasleitungen von Motorfahrzeugen werden im wesentlichen direkt von deren Anschlussbereich am Motor mit einer die Leitungen vollständig umschliessenden Isolierung isoliert, um die Wärmeenergie der Heissgase mög- liehst verlustfrei durch den überwiegenden Teil des Abgasleitungssystems zu führen. Mit Isoliermaterial gefüllte Hüllen aus mit Draht hergestelltem Flachmaterial, bzw. textilem Material aus Draht, die an die jeweilige Form der Aussenfläche des Bauteils angepasst sind, haben sehr gute Isolationseigenschaften. Zur Herstellung der textilen Hüllen werden widerstandsfähige Drähte, insbesondere Edelstahldrähte, bzw. Drähte aus rost- freiem Stahl, verwendet. Die Innenhaut und/oder die Aussenhaut ist als Mikrofilter- Metallgewebe ausgebildet. Mikrofilter-Metallgewebe haben sehr hohe Maschenzahlen und werden aus Drähten mit kleinem Querschnitt gebildet. Solche Filter-Drahtgewebe können Filterfeinheiten von wenigen Mikrons - beispielsweise von 20μ - aufweisen, und haben entsprechend kleine Luftdurchtrittsquerschnitte, was gewährleistet, dass im wesentlichen keine Fasern des Isoliermaterials aus der Hülle austreten können. Isolierungen gemäss der EP 1 097 338 B1 haben den Nachteil, dass sie für das direkte Montieren am Bauteil ausgelegt sind und daher eine Befestigung an Gehäuseflächen nicht vorgesehen ist.
Die DE 36 36 341 beschreibt Gehäuse in der Form von Metallkassetten mit nach innen vorstehenden Stegen und mit in die Kassetten eingelegten Isolierkissen. Jedes Isolierkissen besteht aus einer Dämmlage und einer diese umschliessenden Umhüllung aus Textilmate- rial. Die Befestigung der Isolierkissen an der Kassette erfolgt über Klettverbindungen. Die Stege der Kassetten sind Wärme- und Schallbrücken, welche die Dämmwirkungen stark reduzieren. Die Klettverbindungen sind zumindest bei hohen Temperaturen und Vibrationen häufig nicht genügend dauerhaft.
Die aus der WO 00/36239 A1 bekannten Isolierelemente umfassen Hüllen mit darin angeordnetem Fasermaterial. Zusätzlich zum Fasermaterial wird auch festes Flachmaterial in die Hülle eingesetzt. Die Isolierelemente werden nicht an Innenflächen von Gehäusen montiert, sondern miteinander zu einem Isoliergehäuse verbunden. Gegebenenfalls werden sie um ein Haltegestell aufgebaut. Die Isolierelemente werden mittels Klettverbindungen miteinander verbunden, was zumindest bei hohen Temperaturen und Vibrationen nicht geeignet ist. Eine Befestigung an Gehäuseinnenflächen ist nicht beschrieben. Weil die Elemente bereits festes Flachmaterial in der Hülle aufweisen, sind sie für eine Montage an Blechgehäusen zu aufwändig aufgebaut. Aus der DE 102 30294 A1 ist ein Schalldämmelement mit einer von einer Hülle umschlossenen Fasermatte bekannt. Die Hülle besteht aus Kunststoff-Flachmaterial, wobei die am Gehäuse zu befestigende Rückseite der Hülle von einer Trägerschicht mit erhöhter Stabilität gebildet wird. Zur Befestigung der Schalldämmelemente an einer Gehäuseinnenfläche sind Klettverbindungen und/oder Bohrungen in einem seitlich vorstehenden Randbereich der Trägerschicht vorgesehen. Bei Anwendungen mit hohen Temperaturen und/oder Vibrationen sind die Klettverbindungen nicht geeignet. Die vorstehenden Randbereiche der Trägerschicht führen bei aneinander anschliessenden Elementen zu Teilbereichen ohne isolie- rende Faserschicht, was bei hohen Ansprüchen an die Wärme- und Schallisolation unerwünscht ist. Gemäss der der DE 102 30294 A1 wird eine einfache Herstellung erzielt in dem die Hüllenteile mittels Schweissen oder Klebstoff miteinander verbunden werden. Der Klebstoff bzw. die schweissbaren Hüllenteile sind nicht geeignet für Anwendungen mit hohen Temperaturen.
Aus der EP 448 576 B1 ist eine Isolierung bekannt, bei der vom heissen Bauteil Bolzen vorstehen, an denen metallische Distanzhalter befestigt sind. Die Distanzhalter tragen eine äussere Isolationsschicht. Die Bolzen und die daran anschliessenden Distanzhalter bilden Wärme- und Schallbrücken. Die äusseren Enden der Distanzhalter können äusserst hohe Temperaturen aufweisen, was bei einer Brennstoff enthaltenden Umgebung mit einer
Explosionsgefahr verbunden ist. Bei Bauteilen mit starken Vibrationen werden die Verbindungen zwischen den Distanzhaltern und der Isolationsschicht mechanisch stark belastet, was zu einer vorzeitigen Zerstörung führen kann.
In der DE 196 31 291 ist eine Innenisolierung für Heissgaskanäle beschrieben. Dabei stehen von einem äusseren Gehäuse mit Versteifungsblechen mehrgliedrige Distanzkörper nach innen vor. Am inneren Ende sind die Distanzkörper mit u-förmigen Tragschienen verbunden. Zwischen den u-förmigen Tragschienen und inneren Auflageflächen der Distanzkörper sind innerer Leitbleche gehalten. Das Isoliermaterial ist zwischen dem äusseren Ge- häuse und den inneren Leitblechen angeordnet. Obwohl bei den Schraubverbindungen der mehrgliedrigen Distanzkörper Keramikunterlegscheiben eingesetzt sind, gibt es vom äusseren Gehäuse zu den inneren Tragschienen metallische Verbindungen, die Wärme- und Schallbrücken bilden. Daher kann dieser Aufbau nicht eingesetzt werden, wenn im Innern des isolierten Gehäuses hohen Temperaturen und/oder Vibrationen auftreten. Zudem wür- den bei starken Vibrationen die Keramikunterlegscheiben zerstört, was zu einer weiteren Erhöhung der Wärmeleitung durch die Distanzkörper führen würde. Ein weiterer Nachteil der Lösungen mit mehrgliedrigen Distanzkörpern besteht darin, dass sehr viele Distanzhalter eingesetzt werden müssen und somit der Aufwand zum Einsetzen entsprechend gross ist. Die Schalldämpfung des beschriebenen Isolationsaufbaus ist für viele Anwendungen zu schwach.
Es zeigt sich nun, dass keine Innenisolierung bekannt ist, die bei hohen Temperaturen und /oder bei Vibrationen im Inneren eines Gehäuses eine genügende Wärme- und/oder Schalldämmung gewährleistet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Isolierung zu finden, die Wärme- und/oder Schallbrücken möglichst vermeidet und einfach aufgebaut sowie betriebsbeständig ist. Mit den an Gehäuseteilen montierten Isolierelementen sollen dauerhaft gute thermische und/oder akustische Isolationseigenschaften erzielt werden, insbesondere auch bei starken Vibrationen und hohen Temperaturen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte bzw. alternative Ausführungsformen.
In einem ersten Schritt wurde erkannt, dass Isolierelemente, die an Gehäuseteilen, insbesondere an Gehäuseinnenflächen, montiert werden, für eine optimale Wärme- und Schalldämmung flexible Hüllen und darin angeordnetes Isoliermaterial umfassen sollen. Erklärungen zur guten Dämmwirkung von flexiblen Hüllen und darin angeordnetem Fasermaterial bzw. die dafür verantwortlichen Effekte findet man in Patentanmeldungen des gleichen Anmelders, welche mit den Schriften EP 1 097 338 B1 , WO 00/36239 A1 und DE 10230294 A1 veröffentlicht wurden.
Die Hülle eines Isolierelementes besteht grundsätzlich aus einer dem Gehäuseteil, bzw. der Gehäuseinnenfläche, zugewandten Aussenhaut und einer Innenhaut, die dem Innenraum des Gehäuses zugewandt ist. Zwischen der Innenhaut und der Aussenhaut wird Isolier- material angeordnet. Damit dieses Isoliermaterial vollständig umschlossen ist, sind Verbindungsflächen von der Innenhaut zur Aussenhaut ausgebildet. Diese Verbindungsflächen bilden Stirnseiten oder Längsseiten der Isolierelemente. Um eine Fläche vollständig zu isolieren, werden Isolierelemente mit den Verbindungsflächen in gegenseitigen Kontakt gebracht. Die Verbindungsflächen erstrecken sich quer, insbesondere senkrecht, zu den angrenzenden Bereichen der Innen- und der Aussenhaut. Der Aufbau der Innenhaut und der Aussenhaut sowie das verwendete Isoliermaterial sind an die jeweilige Dämmaufgabe angepasst.
Bei bestimmten Anwendungen, insbesondere für Systeme mit geringen Vibrationen, wäre es möglich, die Verbindungsflächen nicht durchgehend, sondern in der Form von Stegen auszubilden, wobei sich diese Stege von der Innen- zur Aussenhaut erstrecken.
Das Isoliermaterial kann gegebenenfalls in der Form von losen Fasern, oder insbesondere von Partikeln, in faserdichte bzw. partikeldichte Hüllen eingefüllt werden. Dabei soll die Form des Isolierelementes durch die Formstabilität der Hülle, bzw. der Innenhaut, Aussenhaut und der Verbindungsflächen erzielt werden. Bei der Verwendung von Fasermatten trägt die Formstabilität der Matte zur Formstabilität der Isolierelemente bei. Die bevorzugten Fasermatten bestehen beispielsweise aus langen Fasern und sind bei Vibrationen bezüglich des Freisetzens von Einzelfasern sehr beständig. Insbesondere sind die Fasern ohne Bin- demittel zu einer filzähnlichen Matte verfilzt.
Bei Ausführungsformen mit schichtförmigem Isoliermaterial wird bevorzugt eine Fasermatte verwendet, die unter dem Namen Superwool® im Handel ist und aufgrund der Klassifikationstemperatur von 1050°C bis zu Temperaturen von 1000°C eingesetzt werden kann. Diese Matte besteht aus Erdalkali-Silikat-Fasern und ist gesundheitlich unbedenklich, weil sich die Fasern durch bzw. in Körperflüssigkeiten auflösen. Dies ist ein Vorteil gegenüber den handelsüblichen Keramik-Fasermatten, die gegebenenfalls die Gesundheit gefährden. Die Silikat-Fasermatte zeichnet sich auch im Dauereinsatz bei hohen Temperaturen durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit, eine geringe Schwindung und eine hohe Vibrationsbestän- digkeit aus. Die zu verwendende Schichtdicke hängt vom Temperaturbereich der zu isolierenden Innenräume bzw. Anlagenteile, von der zulässigen Temperatur am Gehäuse und von den Platzverhältnissen ab. Bereits mit Fasermaterial mit einer Schichtdicke von mindestens 25mm können gute Messresultate erzielt werden. Die Schichtdicke beträgt vorzugsweise ca. 50mm.
Wenn Fasermaterial verwendet wird, bei dem sich Einzelfasern lösen, bzw. das lose Fasern umfasst, so wird ein Hüllenmaterial mit einer genügend kleinen Filterfeinheit gewählt, so dass die losen Fasern im wesentlichen nicht aus der Hülle austreten können. Die bevorzugte Fasermatte aus Silikatfasern hat Faserlängen im Bereich von 30-70mm insbesondere im wesentlichen von 50mm und Durchmesser im Bereich von 2μm bis 4μm. Diese Fasern werden sowohl von Glasfaserstoff als auch von einem Mikrofilter-Metallgewebe mit einer Filterfeinheit von 20μm vollständig zurückgehalten.
Die Aussenhaut des Isolierelementes liegt an der Gehäuseinnenfläche oder an einem anderen Gehäuseteil an. Bei Gehäusen bzw. Tragkonstruktionen, die vibrieren, können daher zwischen dem Gehäuse und der Aussenhaut des Isolierelementes Reibungsbewegungen auftreten. Damit die Hülle durch die Reibung nicht schnell beschädigt wird, umfasst zumindest die Aussenhaut eine reibungsaufnehmende Schicht, insbesondere ein textiles Material aus Draht. Wenn ein Mikrofilter-Metallgewebe sowohl zum Zurückhalten des Isoliermaterials als auch als reibungsfeste Schicht eingesetzt wird, so muss es aus genügend hartem Draht gebildet werden. Weil reibungsfeste Mikrofilter-Metallgewebe sehr teuer sind, ist es auch möglich bei der Aussenhaut ein grobporiges reibungsfestes textiles Drahtmaterial mit einem nicht reibungsfesten aber feinporigen Drahtgewebe oder mit einem Stoff, insbesondere mit Glasfaserstoff, zu kombinieren. Die Reibung am Gehäuse wird vom aussen liegenden grobporigen Drahtmaterial übernommen. Das Zurückhalten des Isoliermaterials in der Hülle wird vom feinporigen Drahtmaterial oder vom Stoff gewährleistet.
Die Innenhaut ist dem Innenraum mit der Hitzequelle und/oder der Schall- bzw. Vibra- tionsquelle zugewandt. Sie muss die Formstabilität des Isolierelementes gegen den
Innenraum hin zumindest teilweise gewährleisten. Zudem muss sie eine gegebenenfalls nötige Hitzebeständigkeit aufweisen. Sie soll so weit wie möglich zur Hitze- und/oder Schalldämmung beitragen.
Die Formstabilität eines Isolierelementes, insbesondere seiner Innenhaut, wird durch den Aufbau der Innenhaut und das Zusammenwirken von Hülle, Isoliermaterial und Befestigung beeinflusst. Die Isolierelemente sollen auch an nach unten gerichteten Gehäuseinnenflächen montiert werden können. Dabei soll die Form und somit die Isolationseigenschaft im Wesentlichen gleich sein, wie bei einer Montage an der Wand oder am Boden. Die gewichtsbedingte Verformung einer nach unten hängenden Innenhaut sollte so klein wie möglich sein und keine wesentliche Verformung der Verbindungsflächen bewirken. Die Verbindungsflächen von benachbarten Isolierelementen sollten spaltfrei aneinander anliegen.
In einem zweiten erfinderischen Schritt wurde nun erkannt, dass die Befestigung der Isolierelemente mit Befestigungselementen erfolgen muss, welche im Isolierelement angeordnet sind und nach der Montage des Isolierelementes an der Gehäuseinnenfläche dem Isolierelement die nötige Formstabilität geben. Es genügt nicht, wenn lediglich die Aussenhaut mit dem Gehäuse verbunden wird. Weil die Formstabilität zumindest teilweise mit dem Verlauf der Verbindungsflächen verbunden ist, müssen erste Befestigungselemente vorgesehen werden, welche die Ausrichtung der Verbindungsflächen zumindest bei diesen ersten Befestigungselementen vorgeben.
Solche ersten Befestigungselemente sind zumindest bei den Ecken der Isolierelemente, gegebenenfalls aber auch zwischen den Ecken bei den Verbindungsflächen, angeord- net und erstrecken sich von der Aussenhaut zumindest über einen Teil des Abstandes zur Innenhaut. Die ersten Befestigungselemente liegen jeweils mit einer Ausrichtungsfläche, oder bei den Ecken mit zwei Ausrichtungsfiächen, an einer Verbindungsfläche bzw. an zwei Verbindungsflächen an. Die Verbindungsflächen erhalten so zumindest bei den ersten Befestigungselementen die gewünschte Ausrichtung, vorzugsweise senkrecht zur Aussenhaut.
Die Verbindung der Befestigungselemente zum Gehäuse erfolgt über Verbindungselemente die einerseits am Gehäuse und andererseits am Befestigungselement festsitzen. Vorzugsweise werden als Verbindungselemente Schrauben von aussen durch Bohrungen im Gehäuse gesteckt und an einem mit dem Befestigungselement verbundenen Gewinde festgeschraubt. Damit bei der Montage die Befestigungselemente mit den Gewinden an den gewünschten Positionen im Isolierelement angeordnet sind, werden sie in von der Aussenhaut wegführenden Taschen gehalten. Diese Taschen sind aus einem flexiblen Flachmaterial gebildet, vorzugsweise aus einem Material das auch zum Herstellen der Innen- oder Aussenhaut eingesetzt wird, und daher einfach mit der Aussenhaut und gegebenenfalls mit der Innenhaut verbunden werden kann.
Wenn sich die Taschen für die Befestigungselemente von der Aussenhaut bis zur Innenhaut erstrecken und mit beiden verbunden sind, so erhöhen sie die Formstabilität des Isolierelementes, insbesondere wenn sie von den Verbindungsflächen beabstandet im inneren des Isolierelementes, als Taschen für zweite Befestigungselemente angeordnet sind. Die ersten und zweiten Befestigungselemente mit den dafür vorgesehenen Taschen werden so über das Isolierelement verteilt und ausgebildet, dass die Innenhaut möglichst parallel zur Gehäuseinnenfläche verläuft. Bei rechteckigen Isolierelementen mit einer Länge von im Wesentlichen 1000mm und einer Breite von im Wesentlichen 600mm werden beispielsweise entlang beider Schmalseiten und entlang der Mittellinie zwischen den beiden Schmalseiten Taschen mit Befestigungselementen vorgesehen, wobei sich die Befestigungselemente über die ganze Breite erstrecken.
Die Aufnahme der Befestigungselemente in Taschen, welche der Form der Befesti- gungselemente entsprechen, hat nebst der gewünschten Positionierung der Befestigungselemente im Isolierelement den Vorteil, dass vibrationsbedingte Kräfte zwischen den Isolierelementen und den Befestigungselementen nicht zu Beschädigungen der Isolierelemente, insbesondere der Hüllen, führen. Die formschlüssige Aufnahme der fest mit dem Gehäuse verbundenen Befestigungselemente in den mit der Hülle verbun- denen Taschen verhindert das lokale Auftreten von Reibungskräften.
Wenn sich die Befestigungselemente von der Aussenhaut bis zur Innenhaut erstrecken, so bilden sie auch Ausrichtungsflächen für die Aussenhaut. Wenn sich zumindest an zwei voneinander beabstandeten, bzw. einander gegenüberliegenden, Verbindungsflä- chen Befestigungselemente bis zur Innenhaut erstrecken, so bilden diese eine Spannanordnung für die Innenhaut, mit der die Formstabilität der Innenhaut erhöht wird.
Die Innenhaut, die Aussenhaut, die Verbindungsflächen und die Taschen werden beispielsweise aus Glasfaserstoff mit eingewobenem Draht (Inconel) gebildet und sind durch Nähte zu Hüllen mit Taschen verbunden. Die Nähte werden mit Drähten, die von Fäden umwickelt sind, genäht. Dadurch bleiben die Hüllen und die Taschen auch bei hohen Temperaturen und bei starken mechanischen Belastungen intakt.
Weil die Befestigungselemente aus festem Material gebildet werden, könnten diese als Schallbrücken oder bei der Verwendung vom Wärme leitendem Material als Wärmebrücken wirken. Um diese Effekte zu vermindern, kann zwischen der Innenhaut und der, der Innenhaut zugewandten, Oberfläche der Befestigungselemente Isoliermaterial angeordnet werden. Es hat sich aber gezeigt, dass Befestigungselemente aus Material mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit auch wenn sie sich von der Aussenhaut bis zur In- nenhaut erstrecken, nicht zu einer relevanten Erhöhung der Schall- oder Wärmeübertragung führen.
Damit das Entstehen von „hot spots" auf der Gehäuseaussenseite bei den Befestigungselementen vermieden werden kann, ist es vorteilhaft, wenn die Befestigungs- elemente eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen und wenn sich die Verbindungselemente nicht vom Gehäuse bis zur Innenhaut erstrecken. Das heisst, dass die Ver- bindungselemente als Metallschrauben ausgebildet sein können, wenn sie sich nur über einen Teilbereich der Mächtigkeit der Isolierelemente bzw. der Befestigungselemente erstrecken.
Bei Gehäuseinnenräumen mit sehr hohen Temperaturen und gegebenenfalls starken Vibrationen werden die Befestigungselemente vorzugsweise aus gepressten Faserplatten, beispielsweise aus Silikatfaserplatten, hergestellt. Faserplatten aus anorganischem Material sind bei hohen Temperaturen als Isolationsmaterial einsetzbar. Unter dem Markennamen Monolux sind Calciumsilikatplatten erhältlich, die beispielsweise bis 1000°C hitzebeständig sind, eine kleine Wärmeleitfähigkeit aufweisen und auch rüttelbeständig sind. Andere hitzebeständige Faserplatten sind etwa unter den Markennamen Promatec, Duratec, Monalite oder Promasil erhältlich.
Weil diese Faserplatten spröde sind, müssen die Befestigungselemente, so an den Fa- serplatten befestigt werden, dass diese nicht beschädigt werden. Dazu können beispielsweise geeignete Gewindeeinsätze in Sackbohrungen eingesetzt werden. Versuche haben gezeigt, dass die unter der Bezeichnung Helicoil erhältlichen Gewindeeinsätze auch bei hohen Temperaturen und starken Vibrationen eine sichere Verbindung zum Gehäuse gewährleisten können. Die durch das Gehäuseblech in die Gewindeein- sätze eingeschraubten Verbindungsschrauben sollten in der Form von Langschrauben, ohne Gewinde beim Schraubenkopf, ausgeführt sein, damit bei starken Vibrationen keine Beschädigungen auftreten.
Zum Gewährleisten einer hohen Schalldämmung müssen verschiedene Effekte ausge- nützt werden. Die Innenhaut hat die Funktion einer Dämpfungsmembran, welche durch ein gedämpftes Mitschwingen Schall absorbieren kann. Wenn Schall durch Durchtrittsöffnungen der Innenhaut in das unter der Innenhaut liegende Isoliermaterial eintritt, wird ein weiterer Schallanteil im Isoliermaterial absorbiert. An der Gehäuseinnenfläche wird ein weiterer Schallanteil reflektiert.
Weil die Schalldämpfungseffekte jeweils von mehreren Komponenten des Isolierelementes abhängen, muss die spektrale Absorptionswirkung von Komponentenkombinationen betrachtet werden. Mit einem kissenförmigen Aufbau, bei dem die der Schallquelle zugewandte Hüllenschicht luftdurchlässig ist, die Hülle mit einer Fasermatte gefüllt wird und auf der von der Schallquelle abgewandten Seite der Fasermatte eine luftdichte Reflexionsfläche - die Gehäuseinnenfläche - angeordnet ist, kann ein starker Anstieg der Dämmwirkung im Frequenzbereich von 500 bis 2000Hz erzielt werden.
Eine starke Absorption in Frequenzbändern unterhalb von 500Hz kann durch die Wahl der Dämpfungsmembran bzw. des Aufbaus der Innenhaut erzielt werden. Es hat sich gezeigt, dass Glasfaserstoff mit eingewobenem Draht, welcher Stoff beispielsweise unter der Bezeichnung Inconel erhältlich ist, als Dämpfungsmembran alleine oder auch zusammen mit einem auf der Aussenseite des Isolierelementes angeordneten Drahtgewebes geeignet ist. Das Drahtgewebe erhöht zudem die Formstabilität der gesamten Innenhaut. Ein auf der Innenseite angeordnetes Drahtgewebe hat zudem bezüglich Wärmestrahlung eine Diffusionswirkung, die den Durchtritt von Wärmeenergie durch das Isolierelement reduziert.
Bei starken Vibrationen treten auch zwischen den Verbindungsflächen von aneinander anschliessenden Isolierelementen Reibungsbewegungen auf. Daher ist es zumindest für An- Wendungen mit starken Vibrationen vorteilhaft, wenn auch im Bereich der Verbindungsflächen eine Drahtgewebe-Schicht vorgesehen wird. Ein Isolierelement das bei hohen Temperaturen und starken Vibrationen einsetzbar ist, umfasst beispielsweise eine Hülle und Taschen für die Befestigungselemente aus Glasfaserstoff sowie ein Drahtgewebe, das den Glasfaserstoff aussen umgibt. Anstelle des Glasfaserstoffes kann auch ein feines Drahtge- webe treten. Wenn das feine Drahtgewebe genügend robust ist, kann auf ein zweites
Drahtgewebe verzichtet werden. Es versteht sich von selbst, dass bei Anwendungen ohne oder bei geringen Vibrationen auf ein Drahtgewebe verzichtet werden kann.
Bei einer Aussenhaut mit an der Aussenseite angeordnetem textilem Drahtmaterial liegt nur ein minimaler Anteil der Gesamtfläche an der Gehäuseinnenfläche an, weil ja die Oberflächenstruktur einer textilen Fläche nicht eben ist. Bereits ein gerader Draht kann nur linienförmig an einer glatten Oberfläche anliegen. Bei einer textilen Fläche aus Draht werden die vorstehenden Kontaktstellen von gekrümmten Drahtbereichen gebildet und sind somit im Wesentlichen lediglich punktförmig. Daher strömt nur ein mini- maier Anteil der Wärme aufgrund der Wärmeleitung der Aussenhaut vom Isolierelement in das Gehäuse.
Flachmaterial aus Draht, das bei der Innen- und gegebenenfalls bei der Aussenhaut eingesetzt wird, ist vorzugsweise aus Draht gebildet, dessen Durchmesser im Bereich von 0,002mm bis 6mm, insbesondere von 0,018mm bis 3mm liegt. Die offene Fläche des Flachmaterials aus Draht liegt im Bereich von 10% bis 95%, vorzugsweise von 25% bis 90%, der Gesamtfläche. Die Grosse der einzelnen Öffnungen hängt von der jeweiligen Funktion des Flachmateriales aus Draht ab. Zunehmende mesh-Werte entsprechen abnehmenden Sieböffnungs-Durchmessem bzw. Maschenweiten.
Um die Fasern oder Partikel des Isoliermaterials zurück zu halten, wird etwa ein feines Drahtgewebe eingesetzt, beispielsweise ein Mikrofilter-Metallgewebe mit der Filterfeinheit von 20μ, mit einem Kettdraht-Durchmesser von 0.042mm, einem Schussdraht- Durchmesser von 0.125mm und einer Maschenzahl von 600x125 pro cm2 . Die Drähte eines besonders geeigneten Mikrofilter-Flachmaterials haben Durchmesser im Bereich von 0.02mm bis 0.4, insbesondere von 0.04mm bis 0.13mm und die Maschenzahl in einer Richtung liegt im Bereich von 80 bis 1000 Maschen/cm. Der Werkstoff eines bevorzugten Drahtes wird mit WN1.4539 bezeichnet. Dieser Werkstoff kann bis zu Temperaturen von 1000°C, bzw. im Dauerbetrieb über 450-800°C, eingesetzt werden.
Als grobes Drahtgewebe wird bevorzugt ein Drahtgewebe mit weniger als 400, insbesondere mit im Wesentlichen 130 Maschen/cm2 (mesh/ cm2) und einer offenen Fläche im Bereich von 40-55%, beispielsweise von ca. 51% eingesetzt. Das Gewicht dieses Drahtgewebes beträgt ca. 0.910kg/m2 bei einem Drahtdurchmesser von ca. 0.25mm. Der Drahtdurchmesser soll mindestens 0.1mm, gegebenenfalls mindestens 0.2mm insbesondere im We- sentlichen 0.25mm betragen. Es hat sich gezeigt, dass dieses grobe Drahtgewebe eine gute Schallabsorption im tiefen Frequenzbereich erzielbar macht. Zudem kann das Drahtgewebe durch die Wahl eines geeigneten Drahtmateriales reibungsfest ausgebildet und als Reibungsschicht, die am Bauteil anliegt, eingesetzt werden.
Wenn sich Drahtgewebe von der Innenhaut und von der Aussenhaut entlang der Verbindungsflächen erstreckt, so kann die Innen- und die Aussenhaut mit dazwischen liegendem Isoliermaterial so ineinander gefügt werden, dass sich die vorstehenden Drahtgewebebereiche bei den Verbindungsflächen überlappen und dort eine Schweissverbindung ausgebildet werden kann. Dabei liegen die Schweissverbindungen in einem nach der Montage nicht sichtbaren Bereich.
An flachen Drahtgeweben können mit einem Tiefziehschritt Verbindungsflächen ausgebildet werden und somit Innen- und Aussenhäute mit Verbindungsflächen einfach hergestellt werden. Wenn die Innenhaut und die Aussenhaut aus einem feinporigen und einem grobpori- gen Drahtgewebe zusammengestellt sind, können gegebenenfalls die beiden Lagen je zusammen umgeformt werden. Bei Ausführungsformen ohne Glasfaserstoff werden gege- benenfalls auch die Taschen für die Befestigungselemente aus Drahtgewebe hergestellt und mit den Drahtgeweben der Aussen- und der Innenhaut verbunden werden. Die Drahtgewebeteile werden mittels Schweissen verbunden.
Bei einem weiteren bevorzugten Herstellungsverfahren wird, wie bereits oben beschrieben, zumindest ein Teil des Isoliermaterials im Wesentlichen in der Form von Fasern bzw. Faserschüttgut in die Hüllen eingebracht. Die Form der Isolierelemente wird durch das Formen und Zusammenstellen der Hüllenelemente gegeben.
Die Isolierelemente werden gegebenenfalls direkt mit einem Blech bzw. einem Flachmaterial, an dem sie in der beschriebenen Weise befestigt sind, hergestellt. Eine Montage der Isolierelemente am Gehäuseblech kann beim Herstellungsbetrieb deutlich effizienter, gegebenenfalls automatisiert, durchgeführt werden als an einem Gehäuse, das bereits um die zu isolierenden Anlageteile aufgebaut ist. Isolierelemente mit dem Gehäuseblech können direkt als isolierte Gehäuseflächen an Trägerstrukturen des Gehäuses befestigt werden. Dadurch fällt das Montieren von Isolierelementen an fertigen Gehäusen und gegebenenfalls in engen Verhältnissen weg. Es ist auch möglich, dass die am Isolierelement befestigten Gehäuseflächen direkt miteinander verbunden werden und somit auf eine Trägerstruktur verzichtet werden kann.
Die Zeichnungen erläutern die erfindungsgemässe Isolierung anhand eines Ausführungsbeispieles. Dabei zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Gehäusefläche mit einem daran mon- tierten Isolierelement bei dem eine Ecke aufgeschnitten dargestellt ist, Fig. 2 einen Schnitt durch ein Isolierelement gemäss Fig. 1, Fig. 3 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt durch zwei aneinander anschliessende Isolierelemente, und Fig. 5 einen Schnitt durch ein Isolierelement bei dem sich die Verbindungselemente nur über einen Teil der Dicke des Isolierelementes erstrecken.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen Isolierelemente 3, die an einem Blech 1 montiert sind. Das Blech 1 ist ein Teil eines Gehäuses, das eine Hitze- und/oder Schallquelle zumindest teilweise umschliesst. Das Isolierelement 3 ist an der der Hitze- und/oder Schallquelle zugewandten Gehäuseinnenfläche 2 befestigt. Um eine Isolierung der gesamten Gehäuseinnenfläche 2 bereitzustellen, werden direkt aneinander anschliessend Isolierelemente 3 angeordnet. Das Isolierelement 3 umfasst eine Hülle, die eine Innenhaut 4, eine Aussenhaut 5 sowie diese verbindende Verbindungsflächen 6 umfasst. In der Hülle ist Isoliermaterial 7 angeordnet. Die Aussenhaut 5 ist im montierten Zustand der Gehäuseinnenfläche 2 zugewandt und die Innenhaut 4 ist von dieser abgewandt bzw. gegen den Gehäuseinnenraum gerichtet.
In der Hülle sind an die Aussenhaut 5 anschliessend Befestigungselemente 8 angeordnet. Die Befestigungselemente 8 umfassen Festsetzeinrichtungen 9 zum Befestigen von Verbindungselementen 10, wobei die Befestigungselemente 8 mit den Verbindungselementen 10 an der Gehäuseinnenfläche 2 montiert werden.
Erste Befestigungselemente 8a sind bei Verbindungsflächen 6, insbesondere zumindest bei Ecken der Isolierelemente 3, angeordnet und erstrecken sich von der Aussenhaut 5 zumindest über einen Teil des Abstandes zur Innenhaut 4. Bei den Ausführungen ge- mäss der Figuren 1 bis 4 erstrecken sich die Befestigungselemente 8a von der Aus- senhaut 5 bis zur Innenhaut 4. Ausrichtungsflächen 11 der ersten Befestigungselemente 8a liegen an Bereichen der Verbindungsflächen 6 an und erzielen dabei eine gewünschte Ausrichtung der Verbindungsflächen 6. In der Figur 2 sind Ausrichtungsflächen 11 dargestellt, die senkrecht zur Aussenhaut 5 verlaufen. Fig. 4 zeigt bei zwei an einer abgewinkelten Gehäusefläche aneinander anschliessenden Isolierelementen 3 Ausrichtungsflächen 11 bei denen die Verbindungsflächen 6 unter einem von 90° abweichenden Winkel zu den zugehörigen Aussenhäuten 5 verlaufen. Die Ausrichtungsflächen 11 sind entsprechend ausgerichtet.
Mit den Ausrichtungsflächen 11 bzw. mit den ersten Befestigungselementen 8a soll eine gewisse Einspannung der Innenhaut 4 erzielt werden. Durch diese Einspannung kann bei Isolierelementen 3, die unterhalb einer Gehäuseinnenfläche 2 montiert sind, ein unerwünscht starkes Durchhängen der Innenhaut zwischen den Verbindungselementen 8a, 8 verhindert werden. Wenn sich die Befestigungselemente 8a gemäss Fig. 5 nicht bis zur Innenhaut 4 erstrecken, so ist der Einspanneffekt reduziert, was sich durch eine verschlechterte Formstabilität der Innenhaut 4 zeigt. Bei starken Vibrationen kann diese reduzierte Einspannung zu starken Verformungen der Innenhaut 4 führen. Der Vorteil einer solchen Lösung besteht darin, dass die Befestigungselemente 8, 8a keine durchgehenden Schallbrücken bilden. Was bei hohen Anforderungen an die Schalldämmung gegebenenfalls den Nachteil der verschlechterten Formstabilität überwiegt. Zur Aufnahme der Befestigungselemente 8, 8a sind in der Hülle an die Aussenhaut 5 anschliessend Taschen 12 ausgebildet, wobei die Taschen 12 vorzugsweise formschlüssig an die Befestigungselemente 8, 8a angepasst sind. Die in den Taschen 12 aufgenommenen Befestigungselemente können die Haltekräfte über Verbindungslinien gut an die Hülle übertragen. Durch diese Kräfteübertragung von Fläche zu Fläche können Beschädigungen auch bei starken Vibrationen verhindert werden.
Das in Fig. 1 dargestellte Isolierelement ist in der Draufsicht rechteckig und hat eine Länge im Bereich von 600mm bis 1600mm, vorzugsweise von im Wesentlichen 1000mm, und eine Breite im Bereich von 400mm bis 1200mm, vorzugsweise von im
Wesentlichen 600mm. Entlang von zwei parallelen Seiten und insbesondere entlang der Mittellinie zwischen den beiden Seiten sind Taschen 12 mit Befestigungselementen 8 angeordnet. Bei einem Standard-Isolierelement erstrecken sich diese Befestigungselemente 8, 8a über die gesamte Seitenlänge.
Die Befestigungselemente 8, 8a sollen aus isolierendem Material gebildet sein. Sie werden beispielsweise aus anorganischem Material, vorzugsweise aus gepressten Faserplatten, beispielsweise aus Silikatfaserplatten, hergestellt. Die Festsetzeinrichtungen 9 werden von Sacklöchern 9a mit Gewindeeinsätzen 9b, vorzugsweise mit Helicoil Gewindeeinsätzen, gebildet (Fig. 3). Helicoil Gewindeeinsätze eignen sich bei spröden Materialien, weil sie einen Halt ohne eine radial wirkende Spreizvorrichtung gewährleisten können.
Die Verbindungselemente 10 sind Schrauben, die durch Bohrungen im Gehäuse bzw. durch das Blech 1 in die Gewindeeinsätze 9b eingeschraubt werden können. Die Schrauben führen dabei durch Öffnungen in der Aussenhaut 5. Es versteht sich von selbst, dass anstelle der Helicoil Einsätze gegebenenfalls auch durch seitliche Schlitze Muttern, Einrastteile oder Klemmteile zu den Sacklöchern 9a eingeführt werden könnten. Diese Teile wären in Richtung der Sacklöcher formschlüssig gehalten. Bei Anwen- düngen ohne starke Vibrationen könnten auch einrastende (formschlüssige) oder klemmende (reibungsschlüssige) Festsetzeinrichtungen eingesetzt werden. Dabei wäre es auch möglich, dass von der Gehäuseinnenfläche 2 Bolzen vorstehen, an welche die Isolierelemente festgesteckt werden könnten, indem die Bolzen in entsprechende Festsetzeinrichtungen gelangen. Die Festsetzeinrichtungen 9 zum Befestigen von Verbindungselementen 10 sind von der Innenhaut 4 beabstandet, so dass sich eingesetzte Verbindungselemente 10 nicht bis zur Innenhaut 4 erstrecken. Dadurch können Wärmebrücken und entsprechen auch das Entstehen von hot spots verhindert werden.
Die Hülle 4, 5, 6 und insbesondere die Taschen 12 umfassen mindestens ein textiles Flachmaterial, vorzugsweise ein Glasfasergewebe 13, gegebenenfalls aber ein Drahtgewebe, insbesondere ein Mikrofilter-Metallgewebe, beispielsweise mit einer Filterfeinheit von 20μm. In den dargestellten Ausführungsformen sind die Innenseiten der Hülle und die Taschen von Glasfasergewebe 13 mit eingewobenem Draht gebildet. Ausgehend von Zuschnitten werden die Hüllen und Taschen zusammengenäht oder gegebenenfalls ge- schweisst. Die Aussenseite der Aussenhaut 5 und/oder der Innenhaut 4 und/oder der Verbindungsflächen 6 werden von einem aus Draht hergestellten Flachmaterial, vorzugsweise einem groben Drahtgewebe 14, gebildet. Diese Drahtgewebeteile werden mittels Schweissen miteinander verbunden.
Bei Ausführungen mit einer zweilagigen Hülle werden gegebenenfalls bei der Innenhaut die innere und die äussere Schicht 13 und 14 im Bereich von Befestigungselementen 8 miteinander verbunden, um die Formstabilität der Innenhaut zu erhöhen. Dazu können entsprechend den zu verbindenden Schichten Klammern 15, Nähte oder auch Schweissungen eingesetzt werden.
Das Isoliermaterial 7 besteht aus langfasrigen Glas- oder Keramikfasern, vorzugsweise aber aus Silikatfasern und ist gegebenenfalls schüttgutförmig eingefüllt, insbesondere aber in der Form von Fasermatten-Zuschnitten eingesetzt. Die bevorzugte Fasermatte hat eine Dicke von mindestens 25mm, insbesondere von im Wesentlichen 50mm und die Länge der Fasern ist insbesondere grösser als 2cm, vorzugsweise im Wesentlichen 5cm.

Claims

Patentansprüche
1. Isolierung zum Anbringen an Gehäuseteilen (2), zusammengestellt aus Isolierelementen (3) mit einer Hülle, die eine Innenhaut (4), eine Aussenhaut (5) sowie diese verbindende Verbindungsflächen (6) umfasst, und mit in der Hülle angeordnetem Isoliermaterial (7), wobei die Aussenhaut (5) im montierten Zustand den Gehäuseteilen (2) zugewandt und die Innenhaut (4) von diesen abgewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hülle an die Aussenhaut (5) anschliessend Befestigungselemente (8, 8a) angeordnet sind und die Befestigungselemente (8, 8a) Festsetzeinrichtungen (9) zum Befestigen von Verbindungselementen (10) umfassen, wobei die Befestigungselemente (8, 8a) mit den Verbindungselementen (10) an den Gehäuseteilen (2) montiert werden können.
2. Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erste Befestigungs- elemente (8, 8a) bei Verbindungsflächen (6), insbesondere zumindest bei Ecken der Isolierelemente (3), angeordnet sind und sich von der Aussenhaut (5) zumindest über einen Teil des Abstandes zur Innenhaut (4), vorzugsweise bis zur Innenhaut (4), erstrecken, wobei Ausrichtungsflächen (11) der Befestigungselemente (8, 8a) an Bereichen der Verbindungsflächen (11) anliegen und dabei eine gewünschte Ausrichtung der Verbindungsflächen (6), vorzugsweise senkrecht zur Aussenhaut (5), erzielen.
3. Isolierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hülle an die Aussenhaut (5) anschliessend zur Aufnahme der Befestigungselemente (8, 8a) Taschen (12) ausgebildet sind, wobei die Taschen (12) vorzugsweise formschlüssig an die Befestigungselemente (8, 8a) angepasst sind.
4. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierelemente (3) in der Draufsicht rechteckig sind, insbesondere mit einer Länge im Bereich von 600mm bis 1600mm, vorzugsweise von im Wesentlichen 1000mm, und einer Breite im Bereich von 400mm bis 1200mm, vorzugsweise von im Wesentlichen 600mm, wobei gegebenenfalls entlang von zwei parallelen Seiten und insbesondere entlang der Mittellinie zwischen den beiden Seiten Taschen (12) mit Befestigungselementen (8, 8a) angeordnet sind.
5. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Festsetzeinrichtungen (9) zum Befestigen von Verbindungselementen (10) von der Innenhaut (4) beabstandet ist, so dass sich eingesetzte Verbindungselemente (10) nicht bis zur Innenhaut (4) erstrecken.
6. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (8, 8a) aus anorganischem Material, vorzugsweise aus ge- pressten Faserplatten, beispielsweise aus Silikatfaserplatten, hergestellt sind und die Festsetzeinrichtungen (9) von Sacklöchern (9a) mit Gewindeeinsätzen (9b), vorzugsweise mit Helicoil Gewindeeinsätze, gebildet werden, wobei die Verbindungselemente (10) in der Form von Schrauben durch Bohrungen (1a) im Gehäuse in die Gewindeeinsätze (9b) eingeschraubt werden können.
7. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (4, 5, 6) und insbesondere die Taschen (12) mindestens ein textiles Flachmaterial umfassen, vorzugsweise ein Glasfasergewebe (13), gegebenenfalls aber ein Drahtgewebe, insbesondere ein Mikrofilter-Metallgewebe, beispielsweise mit einer Filterfeinheit von 20μm.
8. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenseite der Aussenhaut (5) und/oder der Innenhaut (4) und/oder der Verbindungsflächen (6) von einem aus Draht hergestellten Flachmaterial, vorzugsweise einem groben Drahtgewebe (14), gebildet wird.
9. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliermaterial (7) aus langfasrigen Glas- oder Keramikfasern, vorzugsweise aber aus Silikatfasern besteht und gegebenenfalls schüttgutförmig eingefüllt, insbesondere aber in der Form von Fasermatten-Zuschnitten eingesetzt ist, wobei die Fasermatte vorzugsweise eine Dicke von mindestens 25mm, insbesondere von im Wesentlichen 50mm hat und die Länge der Fasern insbesondere grösser als 2cm, vorzugsweise im Wesentlichen 5cm ist.
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