WO2023152297A1 - Brandschutzelement für ein fahrzeug und verfahren zur herstellung eines brandschutzelements für ein fahrzeug - Google Patents

Brandschutzelement für ein fahrzeug und verfahren zur herstellung eines brandschutzelements für ein fahrzeug Download PDF

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WO2023152297A1
WO2023152297A1 PCT/EP2023/053312 EP2023053312W WO2023152297A1 WO 2023152297 A1 WO2023152297 A1 WO 2023152297A1 EP 2023053312 W EP2023053312 W EP 2023053312W WO 2023152297 A1 WO2023152297 A1 WO 2023152297A1
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fire protection
layer
binder
protection element
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PCT/EP2023/053312
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Michael Terhorst
Markus Juen
Andreas Jochum
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Carcoustics Techconsult Gmbh
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    • C09K21/02—Inorganic materials

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a fire protection element for a vehicle.
  • the present invention also relates to a fire protection element for a vehicle and a vehicle with a fire protection element.
  • Vehicles often have an energy source, such as a fuel reservoir or an electrical energy storage device. Risks can arise from energy stored in the respective energy source, which must be addressed preventively by risk reduction measures. Risks can also arise from energy-converting devices in vehicles, such as an electric motor.
  • batteries or accumulators are regularly used as energy stores.
  • lithium batteries are used, with a large number of individual battery cells being combined into larger units, which in turn are arranged in fireproof housings. If there is a defect in a battery and, in an emergency, a battery fire, high temperatures and gas pressures can develop. In the area of the battery fire, for example, hot gas fountains can develop, which eject hot gases and particles from the battery into the environment at high speed. Cable fires can also occur in electric motors, for example. It is therefore important that the vehicle and, in particular, the people present are protected against such hazards.
  • a protective device is usually required that can safely shield the heat generated by the battery fire and escaping substances for a period of at least 5 minutes. This is intended to give the occupants of the vehicle the opportunity to leave the vehicle safely. Efforts are also being made to design corresponding protective devices in a space-efficient manner. If the protective device is installed in the area of electrical systems, it must also have a high dielectric strength.
  • known protective devices for electric vehicles use materials that contain a so-called mica group and are also known as MICA materials. These materials are usually provided with two-component coatings or additional composite components that are glued to the MICA material. Adhesives used must be able to withstand the high temperatures that are to be expected in a battery fire. The gluing processes required for this are technically very complex.
  • MICA materials offer sufficient heat resistance, sustainability aspects in the degradation of these materials pose a problem. Furthermore, it is also very complex to spatially reshape components made from MICA materials, which reduces the design freedom for such components or requires complex individual production. If, for example, spatially fitted composite components are used, the production costs for the protective device are significantly increased. In addition, as mentioned above, the composite component must be joined to the MICA material using a complex adhesive process.
  • the present invention is therefore based on the object of proposing an improved fire protection element for a vehicle that can be produced efficiently and meets the requirements for thermal and electrical safety and the requirements for flexible design and efficient use of installation space.
  • a fire protection element according to the invention should be suitable in particular for the encapsulation of batteries, for example lithium batteries, for electric vehicles.
  • a first aspect of the invention relates to a method for producing a fire protection element for a vehicle, comprising the following steps:
  • a fire protection layer which consists at least partially of a silicate and is applied directly or indirectly to the recording surface, so that the fire protection layer forms a recording surface facing away from the fire protection surface.
  • the carrier layer essentially gives the fire protection element produced according to the invention its structure and stability, with the silicate-based fire protection layer ensuring effective protection of the carrier layer against temperatures of up to 1200°C.
  • the carrier layer can therefore consist of a large number of different, also less heat-resistant, materials, such as metal, preferably aluminum according to the standard EN AW 1050A (99.5% AI) or a Z alloy such as EN AW 5754
  • the fire protection layer can also be applied directly, ie directly to the receiving surface, or indirectly, ie for example using one or more intermediate layers or intermediate materials, which further increases flexibility.
  • the fire protection layer can have a total thickness of only 1.8 mm, for example, and the carrier layer, which is in the form of sheet metal, for example, can have a thickness of only 0.8 mm, for example. In this purely exemplary configuration, the fire protection element produced according to the invention can have a total thickness of only 2.6 mm.
  • connection of the silicate-based fire protection layer and the carrier layer also ensures a good dielectric strength of at least 15 kV/mm even with small overall thicknesses of the fire protection element.
  • the fire protection element has a specific surface resistance of typically at least 5 ⁇ 10 8 ohms. It can thus be stated that the fire protection element can be produced with little effort and flexibility in the method according to the invention and offers excellent protection not only against thermal influences but also against mechanical influences. This is particularly advantageous in the event of a battery fire, for example, since released and accelerated hot gases and particles can be safely shielded. Above all, it is also advantageous that multi-component coatings and complex gluing processes can be dispensed with in the method of the invention.
  • the excellent heat insulation of the fire protection element produced according to the invention is based, among other things, on the ablation effects of the silicate as a result of external heat exposure. At higher temperatures from 700 °C, there are also glazing effects that absorb a large part of the thermal energy. The heating of the carrier layer can thus be limited to around 100 °C even at external temperatures of around 1200 °C.
  • a fire test and a so-called pyro test can basically be used to validate the heat-insulating properties of the fire protection element produced according to the invention.
  • a defined temperature is generated on the fire protection surface of the fire protection element, for example with a soldering torch. The temperature is maintained until damage can be found on the back of the fire protection element, which is intended to face the areas of the vehicle to be protected from heat and substances.
  • the fire protection test and also the pyro test described below can be carried out at different temperature levels. Temperatures from 1000 °C to 1300 °C are a particularly relevant range for simulating battery fires. At each temperature level that is of interest, for example 1000 °C, 1100 °C, 1200 °C and 1300 °C, the time can be determined before damage to the back of the fire protection element becomes visible (if it occurs).
  • a pyrofountain fireworks
  • the pyrofountain is well suited to simulating not only the temperatures of 1100 °C to 1200 °C that typically occur in a battery fire, but also the mechanical loads resulting from escaping hot gases and particles.
  • the simulation of thermal and mechanical loads should be geared towards the intended use of the fire protection element. In other words, it must be determined in advance which loads the fire protection element can be exposed to as intended during its life cycle.
  • a pyrofountain from the manufacturer WECO® with item number 4851 has proven to be well suited for simulating a battery fire in an electric vehicle.
  • the fire protection layer is produced using a binder that consists at least partially of a silicate and is at least involved in the formation of the fire protection layer by drying.
  • the binder can be easily and flexibly processed in a variety of manufacturing processes. For this purpose, the viscosity of the binder is adjusted accordingly for the selected processing method.
  • the binder which is involved in the formation of the fire protection layer and also wets the carrier layer or, if applicable, an intermediate material, also creates a simple and secure connection between the layers and provides additional mechanical stability after drying.
  • the amount of binder is preferably chosen so that the desired thickness of the fire protection layer is obtained after drying.
  • the binder can also be enriched with a tenside in order to improve the wettability in the case of a metallic and possibly additionally coated carrier layer.
  • the binder can also be enriched with an acrylic in order to additionally crosslink the binder as it dries out and thus to improve the stability and also the adhesion to the carrier layer, which may be coated.
  • the binder can dry independently or be actively dried.
  • the binder can be actively dried with the additional use of heat to reduce the drying time. If temperatures of around 200 °C are reached during the drying of water glass, a silicate foam is formed, which offers additional heat insulation.
  • the fire protection layer or a binder involved in its production is based on water glass.
  • Water glass as such is known and consists, for example, of sodium silicate, potassium silicate or lithium silicate in an aqueous solution or suspension.
  • Water glass is the trivial name for alkali silicates in solid and aqueous form.
  • water glass when used in the context of the present invention, it means an alkali metal silicate in solid or aqueous form.
  • water glass When water glass dries out, it forms a stable and dimensionally stable silica.
  • Water glass has a high pH of around 10 and adheres particularly well to metal, such as aluminum. After drying, it is also safe to touch with bare hands.
  • the water glass preferably used as a binder has good processing properties and can be used as required are provided with different viscosities.
  • the water content which represents the solvent
  • the water glass can also be granulated, for example, and mixed into the water glass applied in an aqueous solution to produce the fire protection element.
  • Sodium water glass (also “sodium-based water glass”) is produced by melting quartz sand (SiO2) and sodium carbonate (Na2CO3) with the formation of carbon dioxide (CO2) at temperatures of 1100-1200°C.
  • a reaction of the quartz sand with sodium hydroxide (NaOH) also occurs of hydrogen (H2) is possible After the melt has cooled, the solid obtained is ground and converted to liquid sodium silicate at high temperatures and pressures (e.g. 150°C / 5 bar).
  • potassium or lithium water/also “potassium-based or lithium-based waterglass”) can also be produced by using appropriate alkali carbonates/alkali hydroxides.
  • potassium-based and in particular lithium-based waterglass can possibly also be advantageous, since these are practically no longer hygroscopic and have negligible solubility in water.
  • water glass is preferably used, which can also be referred to as a binder in the following specification.
  • EN 13501-1/A1 is generally relevant for the specification of the binder.
  • a binder based on sodium silicate which is preferably present in an aqueous dispersion, is used.
  • the chemically bound water content is preferably at most 20% by mass, but in no case more than 50% by mass.
  • the pH is preferably 10, determined according to EN 1245.
  • the density of the binder is preferably 1.4 g/cm 3 , determined according to EN 542.
  • the binder is preferably applied in an amount of 200-450 g/m 2 , related to the surface to be coated.
  • the binder is processed at about 5-30°C.
  • the heat resistance of the binder is preferably 1200°C. After applying the binder, it should be allowed to rest or dry for at least 1 hour. Drying out preferably takes place overnight.
  • the binder dries and thus forms the fire protection layer.
  • the fire protection layer is produced from the binder.
  • a layer of the binder in the desired thickness can be applied to the carrier layer or, if appropriate, the intermediate material and dried in order to produce the fire protection layer.
  • the layer can also be dried first and then another layer can be applied.
  • the overall thickness of the binder on the carrier layer ie the thickness of the layer or of all layers together, can be freely selected to match the desired resistance of the fire protection element, preferably at around 1.8 mm.
  • Such a fire protection element withstands the fire test and the pyro test for at least 10 minutes without critical damage.
  • the total thickness of the binder can also be less or more than 1.8 mm.
  • the binder is preferably sprayed directly onto the carrier layer.
  • the binder with the exception of unavoidable impurities, is free of foreign body components.
  • it is preferably free of fibers such as silicate fibers.
  • the binder is additionally combined with silicate fibers, so that the fire protection layer is formed by the silicate fibers and the binder while the binder dries.
  • the silicate fibers can preferably comprise glass fibers or basalt fibers or consist of glass or basalt fibers. Glass and basalt fibers have good resilience, are easy to process and are inexpensive.
  • the fire protection layer is produced directly or indirectly on the receiving surface, as described above, or that the fire protection layer is produced as a separate component, which is then applied directly or indirectly to the receiving surface.
  • the fire protection layer can be formed as a separate component, for example with the participation of the binder or from the binder, on a suitable non-adherent or poorly adhering substrate and dried.
  • the fire protection layer produced in this way can then be transferred to the carrier layer or the intermediate material.
  • the fire protection layer is produced directly or indirectly on the receiving surface and the fire protection element produced is then produced as a whole is formed or that the fire protection layer is produced as a separate component and formed into an inherently stable part, which is then applied directly or indirectly to the receiving surface.
  • the fire protection layer can, in other words, be formed into a 3D part, for example. This can be done, for example, with the aid of a suitable base in the form of a matrix, which is temporarily coated instead of the carrier layer and has the desired shape, which is preferably matched to the shape of the carrier layer.
  • the 3D part produced in this way can then, as previously described, be transferred to the carrier layer or the intermediate material. If the fire protection element is then formed as a whole, this is preferably done before the binder has completely dried out in order to improve formability. As a separately manufactured component, this is not strictly necessary.
  • the fire protection layer is produced directly on the receiving surface, with at least the binder being applied directly to the receiving surface using a method from the following group: spraying, spraying, brushing, spatula, brushing.
  • the spraying is preferably carried out without the use of compressed air, for example using a worm drive.
  • the spreading is advantageously carried out using a robot equipped with a brush with automatic material feed.
  • a fibrous layer which consists at least partially of a silicate and has a bonding surface and an opposite fire protection surface; - providing the backing layer having the receiving surface;
  • connection surface consists at least partially of a silicate
  • the silicate fibers of the fibrous layer ensure effective protection of the carrier layer against temperatures of up to 1200 °C. Because of the fibers, the fiber-containing layer is particularly flexible and can follow a large number of different shapes of the carrier layer.
  • the binder which wets both the fibrous layer and the carrier layer, creates a secure connection between the layers and also gives the fibrous layer good mechanical stability after drying. This good stability is also related to the fact that the binder is at least partially absorbed by the fibrous layer, ie the fibrous layer is at least partially impregnated. When the binder then dries out, it strengthens the structure of the fibrous layer not only on the fire protection surface and the connection surface but also on the inside.
  • the amount of binder is chosen so that the fibrous layer is impregnated to any degree with the binder.
  • the absorption of the binder by the fibrous layer also means that the binder, depending on the amount used, only has a subordinate effect on the overall thickness of the fire protection element produced according to the invention.
  • the fire protection element can, for example, have a total thickness of only 1.8 mm, neglecting the binder, about 0.8 mm on the carrier layer, which is, for example, a metal sheet, in particular a sheet of aluminum or an aluminum alloy as mentioned above, and about 1 mm account for the fibrous layer.
  • the fire protection element can, for example, also have a total thickness of only 2.6 mm, of which about 0.8 mm is attributable to the binding agent, about 1 mm to the fibrous layer and about 0.8 mm to the carrier layer, which is present as sheet metal, for example.
  • the connection of the fiber-containing layer, the binder and the carrier layer also ensures a good dielectric strength of at least 15 kV/mm, even with small overall thicknesses of the fire protection element.
  • the fibrous layer is completely impregnated with the binder before the binder dries. In this way, optimal mechanical strength of the fire protection element can be achieved.
  • a fleece and/or a woven fabric comprising silicate fibers is used as the fibrous layer.
  • Both the fleece and the fabric offer very good shaping properties due to their flexibility.
  • Another advantage of the fabric is that the mechanical resistance is increased compared to the fleece, for example in the event of a particle attack in a battery fire. If fleece and fabric are combined, ie the fibrous layer comprises a layer of fleece and a layer of fabric, for example, the mechanical resistance is increased even further.
  • the fleece and the fabric can consist of the same material.
  • fibers comprising an alkaline earth metal silicate are preferably used.
  • the fibers are preferably present as a fleece, so that the fibrous layer can also be referred to as a fleece.
  • a fleece can, for example, also be referred to as a paper made from alkaline-earth silicate wool, with the fleece being able to contain additional organic binders.
  • Such a paper preferably has a density of 150 kg/m 3 (+/ ⁇ 10%), determined according to DIN EN ISO 845.
  • Such a paper preferably has a tensile strength of more than 350 kPa, determined according to DIN EN 1094-1.
  • Such a paper preferably has a melting point of more than 1330° C., determined according to DIN EN 1094-1. Such paper also preferably has a loss on ignition of less than 12 m%, determined according to DIN EN1094-1. Furthermore, such paper preferably has a permanent linear shrinkage of less than 4% after 24 hours at 1200°C.
  • the binder is applied to the receiving surface of the carrier layer and then the binding surface of the fibrous layer is applied to the receiving surface or that the binder is applied to the binding surface and then the binding surface to the Recording surface is applied.
  • the method of the invention is thus flexible with regard to the order of the method steps. Since the fibrous layer at least partially absorbs the binder upon contact, reliable wetting is ensured regardless of the order of the process steps. If the amount of binder is chosen so that the absorption leads to such a strong impregnation of the fibrous layer that the binder gets from the bonding surface to the fire protection surface, there is even no need to apply the binder separately to the fire protection surface. It is advantageous to use gravity here, for example by turning the fire protection surface towards the ground.
  • the fire protection surface is provided with the binding agent after the bonding surface has been applied to the receiving surface.
  • the fire protection element produced is formed as a whole. This is possible as long as the binder has not dried out and the fibrous layer is still easily deformable. If the fibrous layer and the carrier layer are deformed together, a particularly dimensionally accurate fire protection element can be produced. This can also be done, for example, in a thermoforming process, in which case the drying of the binder is also accelerated. Such method variants are particularly suitable for automating the production of the fire protection element.
  • a further embodiment of the method of the invention involving silicate fibers provides that the fibrous layer is pre-impregnated with the binder so that it can be formed into an inherently stable part, and that the inherently stable part is then formed and applied to the receiving surface of the backing.
  • the fibrous layer is pre-impregnated, pre-formed into a 3D part and dried.
  • the fibrous layer for example the fleece and/or fabric, must be sufficiently impregnated with the binder so that the fibrous layer becomes the inherently stable part after shaping and drying.
  • a thermoforming process can be considered to promote drying.
  • the support layer is preferably subjected to complementary shaping.
  • the method comprises the following steps:
  • the binder consists at least partially of a silicate and additionally contains silicate fibers
  • the fibrous layer is produced here by applying the binder, which already contains the silicate fibers, directly to the receiving surface of the carrier layer.
  • the dried binder, as a fibrous layer then forms the fire protection surface on the outside and the bonding surface on the receiving surface of the carrier layer.
  • the fire protection element can thus be produced particularly easily and quickly in the method according to the invention.
  • an applied layer of the binder can first be partially dried or fully dried before the next layer is applied.
  • An exemplary combination of features of the method of the invention including silicate fibers in the binder and as a fibrous layer provided, it is also possible, for example, to choose a fleece, woven fabric or other semi-finished product with a silicate fiber density that still leaves a sufficient part of the receiving surface of the carrier layer free , so that the binder together with the silicate fibers it contains can be applied to the receiving surface.
  • silicate fibers additionally contained in the binder in the process of the invention preferably have a length of a few millimeters.
  • the silicate fibers can be 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm or 5 mm long. All values lying between the specified lengths are also disclosed, provided that they can be obtained using known production methods or those described herein.
  • Relatively short silicate fibers permit uniform distribution in the binder, which has a positive effect on the resistance of the fire protection element produced according to the invention in the fire test and in the pyro test.
  • a proportion of the silicate fibers in the binder is preferably 0.1 m% to 2 m%.
  • the proportion can be, for example, 0.2 m%, 0.4 m%, 0.6 m%, 0.8 m%, 1 m%, 1.2 m%, 1.4 m%, 1.6 m% or 1.8 m%. All values lying between the proportions mentioned are also disclosed, provided they can be obtained using known dosing methods.
  • an increase in the proportion of silicate fibers in the binder has a positive effect on the resistance of the fire protection element produced according to the invention in the fire test and in the pyro test.
  • the thickness of the fibrous layer is 1.8 mm or more.
  • the thickness can be 1.9mm, 2mm, 2.1mm, 2.2mm, 2.3mm, 2.4mm, 2.5mm, 2.6mm, 2.7mm, 2, 8 mm, 2.9 mm or 3 mm. All values lying between the stated thicknesses are also disclosed, provided they can be obtained using known or disclosed application methods, optionally with intermediate drying.
  • an increase in the thickness of the fibrous layer has a positive effect on the resistance of the fire protection element produced according to the invention in the fire test and in the pyro test.
  • the length of the silicate fibers, their proportion in the binder and the thickness of the fiber-containing layer are limited by the intended use of the fire protection element and the resulting requirements in the fire test and in the pyro test. At the top, these factors are limited, for example, by the method with which the binder together with the Silicate fibers is applied to the receiving surface of the carrier layer (compare also the comments on spraying the binder).
  • the proportion of silicate fibers in the binder is at most 2 m% and the thickness of the fibrous layer is at least 1.8 mm.
  • a fire protection element produced according to the invention with these parameters is particularly suitable for fire protection in connection with batteries and withstands the fire test and the pyro test over a period of 10 minutes without critical damage. This was confirmed in the applicant's tests for all of the above-mentioned lengths of the silicate fibers.
  • the proportion of silicate fibers in the binder is preferably 2 m% and the thickness of the fibrous layer is 1.8 mm. This has proven to be a particularly advantageous combination, in which a high level of resistance is achieved with a small thickness.
  • the binder with the silicate fibers is sprayed onto the receiving surface.
  • Spraying processes are preferably processes without the additional use of compressed air, for example extrusion spraying.
  • the length of the silicate fibers and their proportion in the binder can have an upper limit due to the spraying process, for example due to the dimensioning of nozzles of a spraying device used.
  • the thickness of the fibrous layer per individual ply sprayed binder can be limited by the spraying process to ensure secure and even adhesion of the binder.
  • silicate fibers in the binder it is provided that at least some of the silicate fibers are freely distributed in the binder. Most of the silicate fibers are preferably freely distributed in the binder, more preferably all of the silicate fibers.
  • the silicate fibers are freely distributed in the binder in that the silicate fibers are not added to the binder in the form of a woven fabric, fleece or other semi-finished product, but are mixed with the binder in loose form.
  • This does not rule out the possibility of local conglomerates forming under the silicate fibers due to accidental adhesion.
  • Such conglomerates can, for example, reinforce the fibrous layer locally in areas that are particularly at risk.
  • Loose silicate fibers in turn, can be produced, for example, by shearing off, cutting up or grinding a semi-finished product of silicate fibers. This can also take place, for example, directly above a reservoir of the binder, so that the isolated silicate fibers can fall into the reservoir. If necessary, a screen or the like can be used to adjust the fiber length.
  • smaller conglomerates of silicate fibers can also be produced in this way, for example by making the shearing, cutting or grinding process for processing the semi-finished product more coarse. This can be aided by a coarser sieve.
  • it is also conceivable to produce such conglomerates from already loose silicate fibers for example by swirling the loose silicate fibers together.
  • the silicate fibers adhere to each other randomly. This can also be supported by adding an adhesive.
  • the size and amount of the conglomerates can be adjusted, for example, by the duration or intensity of the turbulence or by the adhesive.
  • Crushing tools can also be provided in a suction tube.
  • the suction tube can expediently open out at the binder reservoir.
  • a fire protection element free of silicate fibers is particularly easy to produce, since the fire protection layer, for example the binder, can be applied with very little effort.
  • fire protection elements with silicate fibers offer somewhat greater resistance with the same thickness and lower weight. However, these are more complex to produce.
  • a water protection layer which has at least water-repellent properties, is applied to the fire protection surface.
  • the water protection layer is preferably waterproof or has a hydrophobic effect
  • silicate-based materials such as sodium-based water glass
  • the water protection layer effectively counteracts this and significantly increases the reliability of the fire protection elements produced according to the invention.
  • the water protection layer can, for example, be in the form of a plastic film such as polyethylene (PE).
  • PE polyethylene
  • the water protection layer can also be in the form of a paint finish, which can be sprayed on or brushed on, for example.
  • Dispersion-based acrylic paints have proven to be particularly suitable, especially those that use water as the dispersion medium.
  • silanes and their derivatives have proven to be suitable for a water protection layer with a hydrophobic effect, for example potassium methyl siliconate.
  • a water protection layer with a hydrophobic effect can in principle be applied using the same methods, with spraying methods and brushing having proven to be particularly advantageous.
  • the carrier layer is plasma-treated at least in sections and/or is provided with a cathodic dip coating.
  • the carrier layer can be coated, for example, with a cathodic dip coating, which is common in the automotive sector, for example, in the case of sheet metal, in particular made of aluminum or an aluminum alloy, for corrosion protection purposes. Anodizing of the carrier layer is also possible.
  • the plasma treatment offers the particular advantage that it can also be carried out only in sections or locally on the carrier layer with little effort. Corrosion protection, for example, can thus be implemented flexibly and with little effort on a rear side of the carrier layer facing away from the fire protection surface.
  • a further aspect of the invention relates to a fire protection element for a vehicle.
  • the fire protection element comprises:
  • a fire protection layer which consists at least partially of a silicate, is arranged in front of the receiving surface and has a receiving surface facing away from the fire protection surface.
  • the fire protection layer only has to be arranged in front of the receiving surface, a wide variety of configurations are also possible in which the fire protection layer can preferably be attached directly or indirectly to the receiving surface.
  • the fire protection element of the invention has preferably been produced in a method according to the invention in accordance with the present disclosure.
  • this includes:
  • a fibrous layer which consists at least partially of a silicate and has an attachment surface attached to the receiving surface and a fire-protection surface opposite the attachment surface; as well as
  • a binder which consists at least partially of a silicate and is connected at least to the bonding surface, the fire protection surface and the receiving surface.
  • the silicate fibers are contained in the fiber-containing layer as a fleece, fabric or other semi-finished product.
  • the silicate fibers are freely distributed in the fibrous layer.
  • a large part of the silicate fibers is preferably freely distributed in the fibrous layer, particularly preferably all silicate fibers.
  • this is free of silicate fibers and comprises: - a backing layer having a receiving surface;
  • a fire protection layer comprising a binder, which consists at least partially of a silicate, the fire protection layer having an attachment surface and a fire protection surface, and the attachment surface being attached to the receiving surface and the fire protection surface lying opposite the attachment surface.
  • the resistance of such a fire protection element depends directly on the thickness of the layer comprising the binder.
  • the overall thickness of the binder on the carrier layer ie the thickness of the layer or of all layers together, can therefore be freely selected to match the desired resistance, for example 1.8 mm, less or more.
  • the total thickness of the layer comprising the binder is preferably approximately 1.8 mm.
  • the fire protection layer can also comprise several layers of the binder in this preferred embodiment, which are applied one after the other.
  • a layer is preferably at least partially dried after application before a further layer is applied.
  • a multi-layer construction of the fire protection layer has proven to be particularly advantageous in practice, since a local weakening in one layer, which can be caused by blisters or cracks, for example, is compensated for by the surrounding layers. Statistically, it is highly improbable that weakenings in the individual layers will occur at the same point, so that the multi-layer fire protection layer will have homogeneous fire protection properties over its entire surface with a very good level of certainty.
  • the fire protection element is involved in the formation of an element from the following group: a battery housing, a fuel cell housing, a structural element of an electrical circuit, a vehicle floor, a shielding of an electrical machine, a housing of a recorder, a fuel tank.
  • the structural element of the electrical circuit can be, for example, a carrier structure for power electronics.
  • the shielding for the electric machine it can be a shielding for an electric motor or generator, for example.
  • a tachograph or a voice recorder would be mentioned as examples of the recording device.
  • the fuel tank can be a hydrogen tank or an ethanol tank, for example.
  • a further aspect of the invention relates to a battery housing for a battery of an electric vehicle, the battery housing having a fire protection element according to the invention.
  • the fire protection element forms a cover for a plurality of battery cells.
  • the cover is provided in particular for the arrangement between the plurality of battery cells and the passenger compartment of the electric vehicle.
  • a further aspect of the invention relates to a vehicle comprising a fire protection element according to the invention according to the present disclosure.
  • the vehicle is preferably a motor vehicle and particularly preferably an electric vehicle. However, it can also be a different vehicle in the intended use of which the fire protection element of the invention offers a specific advantage.
  • An example would be a sailing boat with a battery or a solar system.
  • the use of the fire protection element according to the invention is also conceivable in the non-vehicle area if shielding from corresponding hazards is desired.
  • the present invention relates to a method for producing a fire protection element for a vehicle, in which a metallic carrier layer is preferably connected directly to a water glass-based fire protection coating, which can contain silicate fibers or preferably be free of silicate fibers.
  • the invention also relates to such a fire protection element and a vehicle with the fire protection element.
  • FIG. 1 shows a vehicle with a fire protection element
  • FIG. 2 shows a fire protection element for a vehicle in a cross-sectional view
  • FIG. 3 shows another fire protection element for a vehicle in a cross-sectional view
  • FIG. 4 shows a block diagram of a method for producing a fire protection element for a vehicle
  • FIG. 5 shows a test arrangement for carrying out a pyrotest
  • FIG. 6 shows a rear side of a fire protection element for a vehicle on which a pyrotest has been carried out.
  • FIG. 1 shows a vehicle 10 according to the invention with a fire protection element 12 according to the invention.
  • the vehicle 10 is an example of an electric vehicle 14 with a battery 16.
  • the fire protection element 12 protects the vehicle 10 in the event of a battery fire and is for this purpose an example of a battery housing 18 educated.
  • a further fire protection element 12 which is part of a vehicle floor 20 is shown purely as an example.
  • FIG. 2 shows a fire protection element 12 according to the invention for a vehicle
  • the fire protection element 12 can be used as shown in Figure 1 described, which is why the same reference numbers are used here. However, the example shown in FIG. 1 is not to be understood as restricting the fire protection element 12 of the invention as such.
  • the fire protection element 12 comprises a carrier layer 22 which has a receiving surface 24 .
  • the receiving surface 24 is preferably opposite a rear side 26 of the carrier layer 22.
  • the fire protection element 12 also includes a fire protection layer 28, which consists at least partially of a silicate and is arranged in front of the receiving surface 24.
  • the fire protection layer 28 has a fire protection surface 32 which faces away from the receiving surface 24 and is referred to as the fire protection surface 32 of the fire protection element 12 .
  • the fire protection layer 28 is formed by a binder 34 which consists at least partially of a silicate and is based on water glass in the present example. It can be seen that in the example shown, several layers 46, 48 and 50 of the binder 34 are applied one on top of the other to the receiving surface 24, which are dried and thus form the multi-layer fire protection layer 28 here. In principle, however, the layer 46 is already sufficient to form the fire protection layer 28, which is preferably applied directly or directly to the carrier layer 22.
  • the carrier layer 22 in turn is preferably metallic or metal-based. For example, layer 46 may be sprayed onto receiving surface 24 or applied by any other suitable method.
  • the optional additional layers 48 and 50 increase the overall thickness of the fire protection layer 28 and thus its resistance to thermal and mechanical stress.
  • the layer 48 can, for example, be sprayed onto the layer 46, preferably at least with the layer 46 drying beforehand.
  • the layer 50 can be applied to the layer 48 analogously.
  • the binder 34 is free of foreign body components and, in particular, free of fibers such as silicate fibers, possibly with the exception of unavoidable impurities.
  • An optional exemplary embodiment is additionally illustrated in FIG. 2, the optional features of which are illustrated with reference symbols placed in brackets. Accordingly, the binder 34 can additionally be combined with silicate fibers 44, which are not shown in detail here (but compare FIG. 3). In this way, the fire protection layer 28 can be formed by the silicate fibers 44 and the binder 34 while the binder 34 is drying.
  • this can be realized by a fibrous layer 48' instead of the layer 48, which consists at least partially of a silicate.
  • the fibrous layer 48' has an attachment surface 30 facing the acquisition surface 24.
  • the fibrous layer 48' has a fire protection surface 32' opposite the tacking surface 30'.
  • the fire protection surface 32 ′ of the fibrous layer 48 ′ can be involved in the formation of the fire protection surface 32 of the fire protection element 12 or be completely covered on the outside by a layer (layer 50 here, for example) of the binding agent 34 .
  • the bonding surface 30 of the fibrous layer 48' is bonded to the receiving surface 24 of the backing layer 22 by the bonding agent 34, for example by the layer 46 in FIG. Furthermore, by way of example, in FIG. 2 the layer 50 of the binding agent 34 is applied as a fire protection surface 32 of the fire protection element 12 on the fire protection surface 32′ of the fiber-containing layer 48′.
  • the binder 34 of the layers 46 and 50 in embodiments with such a fibrous layer 48' can have at least partially penetrated into the fibrous layer 48', due to the fibrous structure of the fibrous layer 48', if the binder 34 wets them in the manufacturing process.
  • the binder 34 may be present as a comparatively thin layer (or thin layers 46 and 50) relative to the fibrous layer 48' on the bonding surface 30 and the fire protection surface 32' of the fibrous layer 48'.
  • the binder 34 is bonded to the attachment surface 30, the firestop surface 32' of the fibrous layer 48', and the receiving surface 24 in such embodiments.
  • a water protection layer 52 is applied to the fire protection surface 32 of the fire protection element 12 .
  • the water protection layer 52 has at least water-repellent properties and is preferably waterproof in order to protect the often hygroscopic silicate-based fire protection layer 28 .
  • the carrier layer 22 can be plasma-treated at least in sections.
  • protection against corrosion can be produced on the rear side 26 or the adhesion of the binding agent 34 can be improved on the receiving surface 24 .
  • a cathodic dip paint coating can also be provided for corrosion protection, preferably on the rear side 26 .
  • FIG. 3 shows another fire protection element 12 according to the invention for a vehicle 10 in a cross-sectional view.
  • the fire protection element 12 can also be designed here as described in FIG. 1, which is why the same reference numbers are used here as well.
  • the example shown in FIG. 1 is not to be understood as limiting the fire protection element 12 of the invention as such.
  • the fire protection element 12 in FIG. 3 also comprises a carrier layer 22 which has a receiving surface 24 .
  • the receiving surface 24 preferably faces a back surface 26 of the backing layer 22.
  • the fire protection element 12 in FIG. 3 also has a fire protection layer 28 which is formed by a binding agent 34 (as described above).
  • a binding agent 34 as described above.
  • only one layer 46 of the binding agent 34 is applied and dried on the receiving surface 24 and thus forms the single-layer fire protection layer 28 here.
  • the water protection layer 52 described in FIG. 2 and the measures to protect against corrosion and to improve adhesion can be provided analogously here and are not shown again for the sake of simplicity.
  • the fire protection element 12 in Figure 3 can optionally a fibrous
  • the fibrous layer 48' is formed by the dried binder 34 or the fire protection layer 28 comprising the layer 46, which additionally contains silicate fibers 44 (illustrated merely by dash-dot lines).
  • the silicate fibers 44 are essentially freely distributed in the binder 34 or the fiber-containing layer 48'.
  • a proportion of the silicate fibers 44 in the binder 34 is 2 m% here, purely by way of example.
  • a mean length of the silicate fibers 44 is 3 mm here, purely by way of example.
  • the silicate fibers 44 are basalt fibers.
  • the fire protection layer 28 or here the fibrous layer 48 ′ has an attachment surface 30 which faces the receiving surface 24 .
  • the fibrous layer 48 ′ has a fire protection surface 32 ′, which in this example also represents the fire protection surface 32 of the fire protection element 12 and is opposite the attachment surface 30 .
  • the attachment surface 30 of the fibrous layer 48' is bonded to the acquisition surface 24 of the backing layer 22.
  • FIG. A thickness of the fiber-containing layer 48' or the fire protection layer 28 is 1.8 mm here, purely by way of example.
  • the exemplary fire protection elements 12 from FIGS. 2 and 3 are preferably produced in a method according to the invention, which is explained in more detail below with reference to FIG.
  • Figure 4 shows a block diagram of a method according to the invention for producing a fire protection element 12 for a vehicle 10, with reference being made first to the fire protection element 12 and the vehicle 10 from Figures 1 and 2 purely by way of example and without limitation for the method of the invention as such. Reference symbols already used are therefore retained for the explanation with reference to FIGS.
  • the method for producing the fire protection element 12 for the vehicle 10 comprises a first step in which a carrier layer 22 having a receiving surface 24 is provided.
  • the receiving surface 24 is coated with a fire protection layer 28, which consists at least partially of a silicate and is applied directly or indirectly to the receiving surface 24, so that the fire protection layer 28 forms a fire protection surface 32 facing away from the receiving surface 24.
  • the fire protection layer 28 can be produced by spraying a silicate-based, preferably water-glass-based, binder 34 preferably directly onto the receiving surface 24 in the second step. This then dries in a third step and thus forms the fire protection layer 28 which can be seen, for example, as layer 46 in FIG.
  • step 2 described above and designed according to the option as well as step 3 can be repeated, which is indicated by the iteration shown in dash-dot style.
  • the layer 48 is sprayed onto the layer 46 and the layer 50 is then sprayed onto the layer 48 .
  • the previous layer of an iteration should at least dry before the next layer is applied in order to promote stable layer formation.
  • a water protection layer 52 is applied to the fire protection surface 32 .
  • This is preferably waterproof and can be applied as a PE film or as a coating.
  • the back 26 of the fire protection element 12 can preferably be protected against corrosion by plasma treatment.
  • the method described is preferably used to produce a fiber-free fire protection element 12 .
  • a fire protection element 12 including silicate fibers 44 can also be produced.
  • the relevant optional method steps of this embodiment, which can be carried out as alternatives or in addition to the steps already described, are again numbered in brackets in FIG.
  • a fibrous layer 48' can be provided, which consists at least partially of a silicate and has a connecting surface 30 and a fire protection surface 32' opposite this.
  • a binding agent 34 which consists at least partially of a silicate.
  • the binding agent 34 is applied at least to the attachment surface 30 and the receiving surface 24 so that it wets them.
  • the fire protection surface 32' is also wetted with the binder 34, which is not primarily necessary for joining the attachment surface 30 and the receiving surface 24, but is necessary to ensure the mechanical stability of the fibrous layer 48' on the fire protection surface 32'.
  • the binder 34 is then dried, so that the fire protection element 12 receives a permanently and securely coherent structure.
  • the fibrous layer 48' is fully impregnated with the binder 34 in step 2' before the binder 34 dries in step 3'.
  • a corresponding quantity of the binding agent 34 is used for this.
  • Step 2' can be implemented in different ways.
  • the binder 34 can be applied to the receiving surface 24 of the backing layer 22, such as by spraying, and then the bonding surface 30 of the fibrous layer 48' can be applied to the receiving surface 24.
  • the firestop surface 32 is separately provided with the binder 34 after the tacking surface 30 has been applied to the receiving surface 24 .
  • the fibrous layer 48' it is also possible for the fibrous layer 48' to become saturated with a sufficient amount of binding agent 34 from the attachment surface 30 to the fire protection surface 32'.
  • a fleece comprising silicate fibers e.g. basalt fibers
  • water glass as the binding agent 34 .
  • the fibrous layer 48' can already be sufficiently pre-impregnated with the binder 34 in step 1' of the method, so that the fibrous layer 48' can be pre-formed and forms an inherently stable part after sufficient pre-drying.
  • the inherently stable member is then provided in step 1' as the fibrous layer 48' and applied with the attachment surface 30 to the receiving surface 24 of the backing layer 22 as described in step 2'.
  • the amount of binding agent 34 still required for joining can then also turn out to be smaller.
  • the fire protection element 12 from FIG. 3 can also be produced in the method described in FIG. 4 by no further layer of binding agent 34 being applied after the layer 46 .
  • FIG. 4 The block diagram shown in FIG. 4 is explained again in this respect with reference to FIGS. This is again done purely by way of example and without restricting the method of the invention as such to the fire protection element 12 and the vehicle 10 from FIGS. 1 and 3. Reference symbols already used are therefore retained for the explanation with reference to FIGS.
  • the method for producing the fire protection element 12 in turn comprises the first step in which the carrier layer 22 having the receiving surface 24 is provided.
  • the (here fiber-free) binding agent 34 is then applied to the receiving surface 24, which at least partially consists of a silicate.
  • Water glass is preferably used as the binder 34 .
  • the binder 34 is sprayed directly onto the receiving surface 24 .
  • the binder 34 is dried so that it forms the fire protection layer 28 with the fire protection surface 32 which faces away from the receiving surface 24 .
  • a binder 34 with silicate fibers 44 can be used. Then, in the corresponding step 3 ′, the binder 34 is dried so that it forms the fibrous layer 48 ′ with the fire protection surface 32 ′, which faces away from the receiving surface 24 .
  • the fibrous layer 48' has a single-ply structure.
  • steps 2' and 3' of the method from FIG. After a layer of binding agent 34 has been applied, this layer is preferably at least dried before the next layer is applied.
  • FIG. 6 shows a test arrangement for carrying out a pyrotest.
  • the pyrotest can preferably be used to validate the thermal insulation properties of a fire protection element, which is explained below by way of example using two of the previously described fire protection elements 12 according to the invention.
  • a pyrofountain 36 is positioned in front of the fire protection surface 32 of the fire protection element 12 at a distance 38 of 30 mm, with the burning direction 40 normal to the fire protection surface 32.
  • a pyrofountain from manufacturer WECO® with article number 4851 can be used as pyrofountain 36 .
  • a carrier layer 22 was made of a 1.2 mm thick Carrier plate with a material specification EN AW-AI Mg4.5MnO.4 is used.
  • a 1 mm thick layer of the binding agent 34 was applied to the carrier sheet or the carrier layer 22 .
  • a binder according to the specification described above was used as the binder 34 .
  • the binder was followed by a 1 mm thick paper made of alkaline earth silicate wool as a fibrous layer 48', also according to the specification described above, followed by another 1 mm thick layer of the binder as binder 34.
  • fire protection element 12 produced according to the invention without silicate fibers 44, but the test conditions were otherwise essentially identical.
  • the fire protection layer 28 of the fire protection element 12 without silicate fibers 44 made from the same binder, had a total thickness of 1.2 mm.
  • FIG. 6 shows the rear side 26 of the respective fire protection element 12 (with essentially identical results in both tests, which is why only one illustration is given here) on which these pyro tests have been carried out. It can be seen that even after the five pyrofountains 36 had burned down, no critical damage could be detected. Only slight deformations and changes in color 42 on the rear side 26 of the carrier layer 22 were recognizable. The results were essentially identical for both fire protection elements 12 specified above. Reference List

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelements (12) für ein Fahrzeug (10), in dem eine metallische Trägerschicht (22) vorzugsweise direkt mit einer wasserglasbasierten Feuerschutzbeschichtung (28) verbunden wird, die Silikatfasern (44) enthalten kann oder vorzugsweise frei von Silikatfasern (44) sein kann. Die Erfindung betrifft ferner ein solches Brandschutzelement (12) und ein Fahrzeug (10) mit dem Brandschutzelement (12).

Description

Brandschutzelement für ein Fahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelements für ein Fahrzeug
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelements für ein Fahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Brandschutzelement für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit einem Brandschutzelement.
Einleitung
Auf dem technischen Gebiet der Fahrzeugtechnik nehmen Sicherheitsaspekte eine besondere Bedeutung ein. Häufig besitzen Fahrzeuge eine Energiequelle, wie etwa ein Kraftstoffreservoir oder einen elektrischen Energiespeicher. Aus in der jeweiligen Energiequelle gespeicherter Energie können sich Risiken ergeben, die durch Risikoverringerungsmaßnahmen vorbeugend zu adressieren sind. Risiken können sich auch aus energieumsetzenden Einrichtungen von Fahrzeugen ergeben, wie beispielsweise einem Elektromotor.
Auf dem zunehmend an Bedeutung gewinnenden Gebiet von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, mit anderen Worten Elektrofahrzeugen, werden regelmäßig Batterien beziehungsweise Akkumulatoren als Energiespeicher eingesetzt. Gemäß Stand der Technik werden Lithiumbatterien eingesetzt, wobei eine Vielzahl einzelner Batteriezellen zu größeren Einheiten zusammengefasst werden, die ihrerseits in brandgeschützten Gehäusen angeordnet werden. Kommt es in einer Batterie zu einem Defekt und im Ernstfall zu einem Batteriebrand, können sich hohe Temperaturen und Gasdrücke entwickeln. Im Bereich des Batteriebrands können sich dann beispielsweise heiße Gasfontänen entwickeln, die heiße Gase und Partikel aus der Batterie mit hoher Geschwindigkeit in die Umgebung ausstoßen. Auch in beispielsweise Elektromotoren kann es zu Kabelbränden kommen. Es ist daher wichtig, dass das Fahrzeug und insbesondere anwesende Personen gegen derartige Gefahren geschützt werden.
Hierzu existieren vielfältige Anforderungen, die häufig absatzmarktspezifisch sind. Als Vorsorge für einen Batteriebrand wird in der Regel eine Schutzeinrichtung gefordert, welche bei dem Batteriebrand entstehende Hitze und austretende Stoffe für eine Dauer von wenigstens 5 Minuten sicher abschirmen kann. Hierdurch soll den Insassen des Fahrzeugs die Gelegenheit gegeben werden, das Fahrzeug sicher zu verlassen. Ferner wird angestrebt, entsprechende Schutzeinrichtungen bauraumeffizient zu gestalten. Wenn die Schutzeinrichtung im Bereich elektrischer Anlagen verbaut wird, muss zudem eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit gegeben sein.
Bekannte Schutzeinrichtungen für Elektrofahrzeuge greifen hierfür auf Materialien zurück, die eine sogenannte Glimmergruppe beinhalten und auch als MICA- Materialien bekannt sind. Diese Materialien werden in der Regel mit Zwei-Kom- ponenten-Beschichtungen oder zusätzlichen Verbundbauteilen versehen, die auf das MICA-Material aufgeklebt werden. Verwendete Klebstoffe müssen den hohen Temperaturen widerstehen können, die bei einem Batteriebrand zu erwarten sind. Die hierzu erforderlichen Klebeprozesse sind technisch sehr aufwändig.
Zwar bieten MICA-Materialien eine ausreichende Hitzebeständigkeit, jedoch stellen Nachhaltigkeitsaspekte im Abbau dieser Materialien ein Problemfeld dar. Ferner ist es auch sehr aufwendig, aus MICA-Materialien hergestellte Komponenten räumlich umzuformen, was den Gestaltungsspielraum für solche Komponenten verringert oder eine aufwendige Einzelteilanfertigung erfordert. Kommen beispielsweise räumlich eingepasste Verbundbauteile zum Einsatz, wird der Herstellungsaufwand für die Schutzeinrichtung deutlich erhöht. Zudem muss das Verbundbauteil, wie oben angesprochenen, mit Hilfe eines aufwändigen Klebeprozesses mit dem MICA-Material gefügt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Brandschutzelement für ein Fahrzeug vorzuschlagen, das effizient herstellbar ist und den gestellten Anforderungen an die thermische und elektrische Sicherheit sowie den Anforderungen an eine flexible Formgebung und effiziente Bauraumausnutzung Rechnung trägt. Ein erfindungsgemäßes Brandschutzelement soll dabei insbesondere zur Verkapselung von Batterien, beispielsweise Lithiumbatterien, für Elektrofahrzeuge geeignet sein.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1, 12 und 15 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen und weiterhin aus der vorliegenden Offenbarung als Ganzes.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelements für ein Fahrzeug, umfassend folgende Schritte:
- Bereitstellen einer Trägerschicht, die eine Aufnahmeoberfläche aufweist; und
- Beschichten der Aufnahmeoberfläche mit einer Brandschutzschicht, die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und unmittelbar oder mittelbar auf die Aufnahmeoberfläche aufgebracht wird, sodass die Brandschutzschicht eine der Aufnahmeoberfläche abgewandte Brandschutzoberfläche bildet.
Die Trägerschicht gibt dem erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzelement im Wesentlichen seine Struktur und Stabilität, wobei die silikatbasierte Brandschutzschicht einen effektiven Schutz der Trägerschicht gegen Temperaturen bis zu 1200 °C gewährleisten. Die Trägerschicht kann daher aus einer Vielzahl von unterschiedlichen, auch weniger hitzeresistenten, Materialien bestehen, wie beispielsweise Metall, vorzugsweise Aluminium gemäß der Norm EN AW 1050A (99,5% AI) oder einer Z
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ilegierung wie beispielsweise EN AW 5754
(AIMg3), aber auch Kunststoff, Holz, Zement oder Verbundmaterialien. Aufgrund des einfachen und zugleich flexiblen Aufbaus des erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzelements kann dieses einer Vielzahl unterschiedlicher Formgebungen folgen. Auch kann die Brandschutzschicht unmittelbar, also direkt auf die Aufnahmeoberfläche aufgebracht werden oder mittelbar, also beispielsweise unter Verwendung einer oder mehrere Zwischenlagen bzw. Zwischenwerkstoffe, was die Flexibilität weiter steigert. Die Brandschutzschicht kann beispielsweise eine Gesamtdicke von nur 1,8 mm aufweisen und die Trägerschicht, die beispielsweise als Blech vorliegt, kann eine Dicke von beispielsweise nur 0,8 mm aufweisen. Das erfindungsgemäß hergestellte Brandschutzelement kann in dieser rein beispielhaften Konfiguration eine Gesamtdicke von nur 2,6 mm aufweisen. Die Verbindung der silikatbasierten Brandschutzschicht und der Trägerschicht gewährleistet bereits bei geringen Gesamtdicken des Brandschutzelements auch eine gute elektrische Durchschlagsfestigkeit von wenigstens 15 kV/mm. Zugleich weist das Brandschutzelement einen spezifischen Oberflächenwiderstand von typisch mindestens 5 x 108 Ohm auf. Somit lässt sich festhalten, dass das Brandschutzelement aufwandsarm und flexibel in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann und ausgezeichneten Schutz bietet, nicht nur gegen thermische Einflüsse, sondern auch gegen mechanische Einflüsse. Dies ist beispielsweise bei einem Batteriebrand besonders vorteilhaft, da freigesetzte und beschleunigte heiße Gase und Partikel sicher abgeschirmt werden können. Vorteilhaft ist vor allem auch, dass bei dem Verfahren der Erfindung auf Mehr-Komponenten-Beschichtungen und aufwändige Klebeprozesse verzichtet werden kann.
Die ausgezeichnete Hitzedämmung des erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzelements basiert unter anderem auf Ablationseffekten des Silikats infolge externer Hitzeeinwirkung. Bei höheren Temperaturen ab 700 °C kommt es zudem zu Verglasungseffekten, die einen Großteil der Wärmeenergie aufnehmen. Die Erwärmung der Trägerschicht kann somit selbst bei externen Temperaturen um 1200 °C auf etwa 100 °C begrenzt werden.
Zur Validierung der wärmedämmenden Eigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzelements kann grundsätzlich auf einen Brandtest sowie auf einen sogenannten Pyrotest zurückgegriffen werden.
Beim Brandtest wird eine definierte Temperatur auf der Brandschutzoberfläche des Brandschutzelements erzeugt, beispielsweise mit einem Lötbrenner. Die Temperatur wird so lange aufrechterhalten, bis sich Beschädigungen an der Rückseite des Brandschutzelements feststellen lassen, die bestimmungsgemäß den vor Hitze und Stoffen zu schützenden Bereichen des Fahrzeugs zugewandt ist. Der Brandschutztest und auch der weiter unten beschriebene Pyrotest können auf verschiedenen Temperaturniveaus durchgeführt werden. Zur Simulation von Batteriebränden bilden Temperaturen von 1000 °C bis 1300 °C einen besonders relevanten Bereich. Zu jedem Temperaturniveau, das von Interesse ist, beispielsweise 1000 °C, 1100 °C, 1200 °C und 1300 °C, kann die Zeit ermittelt werden, bis Beschädigungen an der Rückseite des Brandschutzelements sichtbar werden (sofern diese entstehen).
Bei dem erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzelement wurden im Rahmen von Versuchen der Anmelderin bei Temperauren von 1100 °C bis 1200 °C auch nach mehr als 12 Minuten keine kritischen Beschädigungen im Brandtest festgestellt.
Von einer kritischen Beschädigung ist, unabhängig von der Testmethode, grundsätzlich im Falle eines Durchbrennens des Brandschutzelements auszugehen.
Beim Pyrotest werden zusätzlich zu den thermischen Belastungen auch mechanische Belastungen simuliert. Hierzu wird vor der Brandschutzoberfläche des Brandschutzelements eine Pyrofontäne (Feuerwerks körper) im Abstand von 30 mm positioniert, mit Abbrennrichtung normal zur Brandschutzoberfläche. Die Pyrofontäne eignet sich gut, um neben den bei einem Batteriebrand typischerweise auftretenden Temperaturen von 1100 °C bis 1200 °C auch die mechanischen Belastungen infolge ausströmender heißer Gase und Partikel zu simulieren.
Zur Simulation thermischer und mechanischer Belastungen gilt, unabhängig von der Testmethode, dass diese auf die bestimmungsgemäße Verwendung des Brandschutzelements hin ausgerichtet sein sollten. Mit anderen Worten muss vorab ermittelt werden, welchen Belastungen das Brandschutzelement im Laufe seines Lebenszyklus bestimmungsgemäß ausgesetzt sein kann. Zur Simulation eines Batteriebrands bei einem Elektrofahrzeug hat sich eine Pyrofontäne des Herstellers WECO® mit der Artikelnummer 4851 als gut geeignet erwiesen.
Bei dem erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzelement konnten im Rahmen von Versuchen der Anmelderin auch nach dem Abbrennen von fünf Pyrofontänen in Folge, mit einer Brenndauer von jeweils 20 Sekunden und kurzen Abkühlungsintervallen zur Erneuerung der Pyrofontäne von 3 bis 7 Sekunden, keine kritischen Beschädigungen im Pyrotest festgestellt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brandschutzschicht unter Einsatz eines Bindemittels hergestellt wird, das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und durch Trocknung an der Bildung der Brandschutzschicht zumindest beteiligt ist.
Das Bindemittel kann in einer Vielzahl von Fertigungsverfahren einfach und flexibel verarbeiten werden. Die Viskosität des Bindemittels wird hierzu entsprechend für den gewählten Verarbeitungsprozess eingestellt. Das Bindemittel, welches sowohl an der Bildung der Brandschutzschicht beteiligt ist, als auch die Trägerschicht oder ggf. einen Zwischenwerkstoff benetzt, stellt auch eine einfache und sichere Verbindung zwischen den Schichten her und gibt nach dem Austrocknen zusätzliche mechanische Stabilität. Vorzugsweise wird die Menge an Bindemittel so gewählt, dass sich nach dem Trocknen die gewünschte Dicke der Brandschutzschicht einstellt.
Das Bindemittel kann auch mit einem Tensid angereichert werden, um die Benetzbarkeit im Falle einer metallischen und gegebenenfalls auch zusätzlich beschichteten Trägerschicht zu verbessern.
Das Bindemittel kann auch mit einem Acryl angereichert werden, um das Bindemittel beim Austrocknen zusätzlich zu vernetzen und damit die Stabilität und auch die Haftung an der gegebenenfalls beschichteten Trägerschicht zu verbessern.
Das Bindemittel kann eigenständig trocknen oder aktiv getrocknet werden. Das Bindemittel kann durch den zusätzlichen Einsatz von Wärme aktiv getrocknet werden, um die Trocknungszeit zu verringern. Wenn bei der Trocknung von Wasserglas Temperaturen um etwa 200 °C realisiert werden, bildet sich ein Silikatschaum, der eine zusätzliche Hitzeisolation bietet.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brandschutzschicht oder ein an ihrer Herstellung beteiligtes Bindemittel wasserglasbasiert ist.
Wasserglas als solches ist bekannt und besteht beispielsweise aus Natriumsilikat, Kaliumsilikat oder Lithiumsilikat in wässriger Lösung oder Suspension. Wasserglas ist der Trivialname für Alkalisilikate in fester und wässriger Form. Wenn im Kontext der vorliegenden Erfindung der Begriff Wasserglas verwendet wird, so ist damit ein Alkalisilikat in fester oder wässriger Form gemeint. Wenn Wasserglas austrocknet, bildet es eine beständige und formstabile Kieselsäure. Wasserglas hat einen hohen pH-Wert von etwa 10 und haftet besonders gut auf Metall, beispielsweise Aluminium. Nach der Austrocknung ist es zugleich unbedenklich bei Berührung mit den bloßen Händen. Das vorzugsweise als Bindemittel verwendete Wasserglas weist gute Verarbeitungseigenschaften auf und kann je nach Bedarf mit unterschiedlichen Viskositäten bereitgestellt werden. Zur Einstellung der Viskosität des Bindemittels für den gewählten Verarbeitungsprozess, kann im Falle von Wasserglas beispielsweise der Wasseranteil, der das Lösungsmittel darstellt, entsprechend gewählt werden. Das Wasserglas kann beispielsweise auch granuliert werden und dem zur Herstellung des Brandschutzelements in wässriger Lösung aufgetragenen Wasserglas beigemischt werden.
Natronwasserglas (auch „natriumbasiertes Wasserglas") wird durch Schmelzen von Quarzsand (SiO2) und Natriumcarbonat (Na2CO3) unter Entstehung von Kohlendioxid (CO2) bei Temperaturen von 1100-1200°C hergestellt. Auch eine Umsetzung des Quarzsandes mit Natriumhydroxid (NaOH) unter Entstehung von Wasserstoff (H2) ist möglich. Nach Abkühlung der Schmelze wird der erhaltene Feststoff gemahlen und unter hohen Temperaturen und Drücken (z.B. 150°C / 5 bar) zu flüssigem Natronwasserglas umgesetzt.
Neben Natronwasserglas sind durch Einsatz entsprechender Alkalicarbonate / Alkalihydroxide auch Kalium- oder Lithiumwasser /auch „kaliumbasiertes bzw. lithiumbasiertes Wasserglas") herstellbar.
Sowohl Natriumcarbonat als auch Natriumhydroxid ist in großen Mengen kostengünstig verfügbar, so dass die Verwendung von natriumbasiertem Wasserglas Kosten vorteile realisiert.
Die Verwendung von kalium- und insbesondere lithiumbasiertem Wasserglas hingegen kann ggf. ebenfalls vorteilhaft sein, da diese praktisch nicht mehr hygroskopisch sind und eine verschwindende Löslichkeit in Wasser aufweisen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise Wasserglas verwendet, dass in der nachfolgenden Spezifikation auch als Binder bezeichnet werden kann. Für die Spezifikation des Binders ist generell die EN 13501-1/A1 beachtlich. In bevorzugter Spezifikation wird ein Binder auf Basis von als in bevorzugt wässriger Dispersion vorliegendem Natriumsilikat verwendet. Vorzugsweise beträgt der chemisch gebundene Wasseranteil maximal 20 m%, jedoch keinesfalls mehr als 50 m%. Der pH-Wert liegt vorzugsweise bei 10, ermittelt nach EN 1245. Die Dichte des Binders liegt vorzugsweise bei 1,4 g/cm3, ermittelt nach EN 542. Der Binder wird vorzugsweise in einer Menge von 200-450 g/m2 aufgetragen, bezogen auf die zu beschichtende Fläche. Vorzugsweise wird der Binder bei etwa 5-30 °C verarbeitet. Die Hitzebeständigkeit des Binders liegt vorzugsweise bei 1200 °C. Nach dem Aufträgen des Binders sollte dieser wenigstens 1 Stunde lang ruhen bzw. trocknen dürfen. Vorzugsweise erfolgt eine Austrocknung über Nacht.
Überraschend hat sich erwiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch die Verwendung von Wasserglas vorteilhaft ist, welches in einem organischen Lösungsmittel dispergiert ist. Wird ein solcher Binder als Schicht auf eine Trägerschicht aufgebracht, so kann bei geeignet gewähltem Lösungsmittel eine deutliche Beschleunigung der Trocknung gegenüber einem Binder erzielt werden, der Wasserglas in wässriger Dispersion enthält. Als geeignete organische Lösungsmittel haben sich beispielsweise Aceton, tert-Butylmethylether, Ethanol oder 2-Propanol erwiesen.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bindemittel trocknet und so die Brandschutzschicht ausbildet. Mit anderen Worten wird die Brandschutzschicht aus dem Bindemittel hergestellt.
Es kann beispielsweise eine Lage des Bindemittels in der gewünschten Dicke auf die Trägerschicht oder ggf. den Zwischenwerkstoff aufgebracht und getrocknet werden, um die Brandschutzschicht herzustellen. Die Lage kann auch zunächst angetrocknet werden und dann eine weitere Lage aufgebracht werden. Die Gesamtdicke des Bindemittels auf der Trägerschicht, also die Dicke der Lage oder aller Lagen zusammen, kann angepasst an die gewünschte Widerstandsfähigkeit des Brandschutzelements frei gewählt werden, vorzugsweise mit etwa 1,8 mm. Ein solches Brandschutzelement übersteht den Brandtest und den Pyrotest wenigstens 10 Minuten lang ohne kritische Beschädigungen. Die Gesamtdicke des Bindemittels kann aber auch weniger oder mehr als 1,8 mm betragen. Sie kann beispielsweise mindestens 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, 3 mm, 3,5 mm, 4 mm, 4,5 mm oder 5 mm betragen. Offenbart werden auch jeweils alle unterhalb, zwischen den oder oberhalb der genannten Dicken liegenden Werte, sofern sie mit bekannten oder hierin offenbarten Aufbringungsverfahren, gegebenenfalls unter Zwischentrocknung, erhältlich sind. Bevorzugt wird das Bindemittel unmittelbar auf die Trägerschicht aufgespritzt. In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bindemittel, mit Ausnahme von nicht vermeidbaren Verunreinigungen, frei von Fremdkörperbestandteilen ist. Insbesondere ist es vorzugsweise frei von Fasern, wie etwa Silikatfasern. Somit ist der Aufbau und die Herstellung des Brandschutzelements besonders effizient und das erfindungsgemäß hergestellte Brandschutzelement hat eine geringe Komplexität und ist günstig.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass das Bindemittel zusätzlich mit Silikatfasern kombiniert wird, sodass die Brandschutzschicht unter Trocknung des Bindemittels durch die Silikatfasern und das Bindemittel ausgebildet wird.
Vorzugsweise können die Silikatfasern Glasfasern oder Basaltfasern umfassen oder aus Glas- oder Basaltfasern bestehen. Glas- und Basaltfasern weisen eine gute Widerstandsfähigkeit auf und sind leicht verarbeitbar sowie günstig erhältlich.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brandschutzschicht unmittelbar oder mittelbar auf der Aufnahmeoberfläche hergestellt wird, wie oben beschrieben, oder dass die Brandschutzschicht als separate Komponente hergestellt wird, die dann unmittelbar oder mittelbar auf die Aufnahmeoberfläche aufgebracht wird.
Als separate Komponente kann die Brandschutzschicht, mit anderen Worten ausgedrückt, beispielsweise unter Beteiligung des Bindemittels oder aus dem Bindemittel auf einer geeigneten, nicht oder wenig anhaftenden Unterlage gebildet und getrocknet werden. Die so hergestellte Brandschutzschicht kann dann auf die Trägerschicht oder den Zwischenwerkstoff transferiert werden.
Somit ergeben sich je nach vorliegender Fertigungsart (Einzel-, Serien- oder Massenfertigung) und der damit verbundenen Arbeitsteilung flexible Optionen, um das Verfahren der Erfindung effizient auszuführen.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brandschutzschicht unmittelbar oder mittelbar auf der Aufnahmeoberfläche hergestellt wird und das hergestellte Brandschutzelement dann als Ganzes umgeformt wird oder dass die Brandschutzschicht als separate Komponente hergestellt und zu einem eigenstabilen Teil geformt wird, welches dann unmittelbar oder mittelbar auf die Aufnahmeoberfläche aufgebracht wird.
Als separate Komponente kann die Brandschutzschicht, mit anderen Worten ausgedrückt, beispielsweise zu einem 3D-Teil geformt werden. Dies kann beispiels- weis mit Hilfe einer geeigneten Unterlage in Form einer Matrize erfolgen, die anstelle der Trägerschicht temporär beschichtet wird und die gewünschte Form aufweist, die vorzugswiese auf die Form der Trägerschicht abgestimmt ist. Das so hergestellte 3D-Teil kann dann, wie zuvor beschrieben, auf die Trägerschicht oder den Zwischenwerkstoff transferiert werden. Wenn das Brandschutzelement dann als Ganzes umgeformt wird, erfolgt dies vorzugsweise vor dem vollständigen Austrocknen des Bindemittels, um die Formbarkeit zu verbessern. Als separat hergestellte Komponente ist dies nicht unbedingt erforderlich.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brandschutzschicht unmittelbar auf der Aufnahmeoberfläche hergestellt wird, wobei zumindest das Bindemittel unter Einsatz eines Verfahrens aus der folgenden Gruppe direkt auf die Aufnahmeoberfläche aufgebracht wird: Aufspritzen, Aufsprühen, Aufstreichen, Spachteln, Aufbürsten.
Das Aufspritzen erfolgt vorzugsweise ohne den Einsatz von Druckluft, beispielsweise unter Verwendung eines Schneckentriebs.
Das Aufstreichen erfolgt vorteilhaft unter Einsatz eines mit einem Pinsel mit automatischer Materialzuführung ausgestatteten Roboters.
Im Folgenden werden exemplarisch weitere Ausgestaltungen des Verfahrens der Erfindung beschrieben, in der das Bindemittel zusätzlich mit Silikatfasern kombiniert wird.
In einer solchen Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung sind die folgenden Schritte vorgesehen:
- Bereitstellen einer faserhaltigen Schicht, die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und eine Anbindeoberfläche sowie eine gegenüberliegende Brandschutzoberfläche aufweist; - Bereitstellen der Trägerschicht, die die Aufnahmeoberfläche aufweist;
- Benetzung zumindest der Anbindeoberfläche, der Brandschutzoberfläche und der Aufnahmeoberfläche mit dem Bindemittel, das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht;
- Fügen der Anbindeoberfläche und der Aufnahmeoberfläche unter Wirkung des Bindemittels; und
- Trocknung des Bindemittels.
Die Silikatfasern der faserhaltigen Schicht gewährleisten einen effektiven Schutz der Trägerschicht gegen Temperaturen bis zu 1200 °C. Aufgrund der Fasern ist die faserhaltige Schicht besonders flexibel und kann einer Vielzahl unterschiedlicher Formgebungen der Trägerschicht folgen. Das Bindemittel, welches sowohl die faserhaltige Schicht als auch die Trägerschicht benetzt, stellt eine sichere Verbindung zwischen den Schichten her und gibt der faserhaltigen Schicht nach dem Austrocknen zusätzlich eine gute mechanische Stabilität. Diese gute Stabilität hängt auch damit zusammen, dass das Bindemittel von der faserhaltigen Schicht zumindest teilweise aufgesaugt wird, die faserhaltige Schicht also zumindest teilweise imprägniert. Wenn das Bindemittel dann austrocknet, verstärkt es die Struktur der faserhaltigen Schicht neben der Brandschutzoberfläche und der Anbindeoberfläche auch im Innern. Vorzugsweise wird die Menge an Bindemittel so gewählt, dass die faserhaltige Schicht zu einem beliebigen Grad mit dem Bindemittel imprägniert wird. Das Aufsaugen des Bindemittels durch die faserhaltige Schicht führt auch dazu, dass das Bindemittel sich, je nach verwendeter Menge, nur untergeordnet auf eine Gesamtdicke des erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzelements auswirkt. Das Brandschutzelement kann beispielsweise eine Gesamtdicke von nur 1,8 mm aufweisen, wobei unter Vernachlässigung des Bindemittels etwa 0,8 mm auf die Trägerschicht, die beispielsweise als Metallblech, insbesondere als Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wie vorstehend genannt, vorliegt und etwa 1 mm auf die faserhaltige Schicht entfallen. Das Brandschutzelement kann beispielsweise auch eine Gesamtdicke von nur 2,6 mm aufweisen, wovon etwa 0,8 mm auf das Bindemittel, etwa 1 mm auf die faserhaltige Schicht und etwa 0,8 mm auf die Trägerschicht, die beispielsweise als Blech vorliegt, entfallen. Die Verbindung der faserhaltigen Schicht, des Bindemittels und der Trägerschicht gewährleistet bereits bei geringen Gesamtdicken des Brandschutzelements auch eine gute elektrische Durchschlagsfestigkeit von wenigstens 15 kV/mm. In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung mit faserhaltiger Schicht ist vorgesehen, dass die faserhaltige Schicht mit dem Bindemittel vollständig imprägniert wird, bevor das Bindemittel trocknet. So können optimale mechanische Festigkeiten des Brandschutzelements erreicht werden.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung mit faserhaltiger Schicht ist vorgesehen, dass als faserhaltige Schicht ein Vlies und/oder ein Gewebe, umfassend Silikatfasern, verwendet wird.
Sowohl das Vlies als auch das Gewebe bieten aufgrund ihrer Flexibilität sehr gute Formgebungseigenschaften. Vorteil des Gewebes ist ferner, dass die mechanische Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Vlies erhöht ist, beispielsweise im Falle eines Partikel beseh lusses bei einem Batteriebrand. Wenn Vlies und Gewebe kombiniert werden, die faserhaltige Schicht also beispielsweise eine Lage Vlies und eine Lage Gewebe umfasst, wird die mechanische Widerstandsfähigkeit noch weiter erhöht. Das Vlies und das Gewebe können aus demselben Material bestehen.
Von einem Vlies ist generell dann die Rede, wenn die darin enthaltenen Fasern ungeordnet vorliegen und dem Vlies durch gegenseitige Anhaftung seinen Zusammenhalt geben. Von einem Gewebe ist generell die Rede, wenn die Fasern miteinander verwoben sind und dem Gewebe primär durch Formschluss seinen Zusammenhalt verleihen.
Für das Verfahren der Erfindung unter Einbezug von Silikatfasern werden vorzugsweise Fasern umfassend ein Erdalkalimetallsilikat verwendet. Vorzugsweise liegen die Fasern als Vlies vor, sodass die faserhaltige Schicht auch als Vlies bezeichnet werden kann. Ein solches Vlies kann beispielsweise auch als ein Papier aus Erdalkalien-Silikat-Wolle bezeichnet werden, wobei das Vlies zusätzliche organische Bindemittel enthalten kann. Ein solches Papier hat vorzugsweise eine Dichte von 150 kg/m3 (+/-10 %), bestimmt nach DIN EN ISO 845. Ein solches Papier hat vorzugsweise eine Zugfestigkeit von mehr als 350 kPa, bestimmt nach DIN EN 1094-1. Ein solches Papier hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt von mehr als 1330 °C, bestimmt nach DIN EN 1094-1. Ein solches Papier hat weiterhin vorzugsweise einen Glühverlust von weniger als 12 m%, bestimmt nach DIN EN 1094-1. Ferner hat ein solches Papier vorzugsweise eine dauerhafte lineare Schrumpfung von weniger als 4 % nach 24 Stunden bei 1200 °C.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung mit faserhaltiger Schicht ist vorgesehen, dass das Bindemittel auf die Aufnahmeoberfläche der Trägerschicht aufgebracht wird und dann die Anbindeoberfläche der faserhaltigen Schicht auf die Aufnahmeoberfläche aufgebracht wird oder dass das Bindemittel auf die Anbindeoberfläche aufgebracht wird und dann die Anbindeoberfläche auf die Aufnahmeoberfläche aufgebracht wird.
Das Verfahren der Erfindung ist somit flexibel hinsichtlich der Reihenfolge der Verfahrensschritte. Da die faserhaltige Schicht das Bindemittel bei Kontakt zumindest teilweise aufsaugt, ist eine sichere Benetzung unabhängig von der Reihenfolge der Verfahrensschritte sichergestellt. Wird die Menge des Bindemittels hierbei so gewählt, dass das Aufsaugen zu einer so starken Imprägnierung der faserhaltigen Schicht führt, dass das Bindemittel von der Anbindeoberfläche an die Brandschutzoberfläche gelangt, kann auf ein separates Aufträgen des Bindemittels auf die Brandschutzoberfläche sogar verzichtet werden. Es ist vorteilhaft, hierbei die Schwerkraft auszunutzen, beispielsweise indem die Brandschutzoberfläche dem Erdboden zugewandt wird.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung mit faserhaltiger Schicht ist vorgesehen, dass die Brandschutzoberfläche mit dem Bindemittel versehen wird, nachdem die Anbindeoberfläche auf die Aufnahmeoberfläche aufgebracht worden ist.
Auf diese Weise ist jedenfalls eine sichere Imprägnierung der Brandschutzoberfläche mit dem Bindemittel gewährleistet und die faserhaltige Schicht kann mit geringem Aufwand beliebig stark imprägniert werden. Eine Benetzung der Brandschutzoberfläche mit dem Bindemittel ist wichtig, damit das Brandschutzelement beziehungsweise die Fasern der faserhaltigen Schicht durch mechanische Belastungen, beispielsweise durch eine Gasfontäne, nicht verlagert werden.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung mit faserhaltiger Schicht ist vorgesehen, dass das hergestellte Brandschutzelement als Ganzes umgeformt wird. Dies ist möglich, solange das Bindemittel noch nicht ausgetrocknet ist und die faserhaltige Schicht insofern noch gut verformbar ist. Wenn die Verformung der faserhaltigen Schicht und der Trägerschicht gemeinsam erfolgt, lässt sich ein besonders maßgenaues Brandschutzelement fertigen. Dies kann beispielsweise auch in einem Thermoformprozess erfolgen, wobei auch die Trocknung des Bindemittels beschleunigt wird. Solche Verfahrensvarianten eignen sich besonders gut für eine Automatisierung der Herstellung des Brandschutzelements.
Alternativ zu der Umformung des Brandschutzelements als Ganzes ist in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung unter Einbezug von Silikatfasern vorgesehen, dass die faserhaltige Schicht mit dem Bindemittel vorimprägniert wird, sodass sie zu einem eigenstabilen Teil geformt werden kann, und dass dann das eigenstabile Teil geformt wird und auf die Aufnahmeoberfläche der Trägerschicht aufgebracht wird.
Mit anderen Worten ausgedrückt wird also die faserhaltige Schicht vorimprägniert, zu einem 3D-Teil vorgeformt und getrocknet. Die faserhaltige Schicht, beispielsweise das Vlies und/oder Gewebe, muss dafür ausreichend mit dem Bindemittel imprägniert werden, sodass die faserhaltige Schicht nach der Formgebung und Trocknung zu dem eigenstabilen Teil wird. Auch hier kann ein Thermoformprozess in Betracht gezogen werden, um die Trocknung zu fördern. Da in diesem Fall das eigenstabile Teil aus der faserhaltigen Schicht separat von der Trägerschicht geformt wird, wird die Trägerschicht vorzugsweise einer komplementären Formgebung unterzogen.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung unter Einbezug von Silikatfasern ist vorgesehen, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen der Trägerschicht, die die Aufnahmeoberfläche aufweist;
- Aufbringen des Bindemittels auf die Aufnahmeoberfläche, wobei das Bindemittel zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und zusätzlich Silikatfasern enthält; und
- Trocknung des Bindemittels, so dass dieses eine faserhaltige Schicht mit einer der Aufnahmeoberfläche abgewandten Brandschutzoberfläche bildet. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird die faserhaltige Schicht hier durch das Aufbringen des Bindemittels, welches die Silikatfasern bereits enthält, unmittelbar auf der Aufnahmeoberfläche der Trägerschicht hergestellt. Das getrocknete Bindemittel bildet als faserhaltige Schicht dann nach außen hin die Brandschutzoberfläche sowie, zur Aufnahmeoberfläche der Trägerschicht hin, die Anbindeoberfläche. Somit lässt sich das Brandschutzelement in dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders einfach und schnell herstellen.
Es ist auch möglich, iterativ mehrere Lagen des Bindemittels übereinander aufzubringen, um zum Beispiel eine faserhaltige Schicht mit einer insgesamt großen Dicke herzustellen. In diesem Zusammenhang kann auch von mehreren übereinanderliegenden faserhaltigen Schichten gesprochen werden. Gegebenenfalls kann eine aufgebrachte Lage des Bindemittels zunächst angetrocknet oder durchgetrocknet werden, bevor die nächste Lage aufgebracht wird.
Dies erleichtert die Herstellung der faserhaltigen Schicht bei größerer Dicke oder auch bei geringeren Viskositäten des Bindemittels, da eine Lage des Bindemittels stets die Masse aller weiteren auf ihr aufgebrachten Lagen von Bindemittel tragen muss. Außerdem steigt mit der Dicke einer Lage des Bindemittels auch die Eigenmasse der Lage. Beide Faktoren könne jeweils zu Fließvorgängen im Bindemittel führen und so bspw. eine Tropfenbildung oder andere Formabweichungen bewirken. Solchen unerwünschten Effekten kann mit dem lagenweise zumindest Antrocknen des Bindemittels entgegengewirkt werden. Außerdem kann eine Gesamttrocknungszeit der faserhaltigen Schicht durch das Zwischentrocknen ihrer einzelnen Lagen reduziert werden.
Eine exemplarische Kombination von Merkmalen des Verfahrens der Erfindung unter Einbezug von Silikatfasern im Bindemittel und als bereitgestellte faserhaltige Schicht ist es beispielsweise auch möglich, ein Vlies, Gewebe oder sonstiges Halbzeug mit einer Silikatfaserdichte zu wählen, die noch einen ausreichenden Teil der Aufnahmeoberfläche der Trägerschicht frei lässt, sodass das Bindemittel zusammen mit den darin enthaltenen Silikatfasern auf die Aufnahmeoberfläche aufgebracht werden kann.
Die im Verfahren der Erfindung zusätzlich im Bindemittel enthaltenen Silikatfasern weisen vorzugsweise eine Länge von wenigen Millimetern auf. Die Silikatfasern können beispielsweise 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm oder 5 mm lang sein. Offenbart werden auch alle zwischen den genannten Längen liegenden Werte, sofern sie mit bekannten oder hierin beschriebenen Herstellungsverfahren erhältlich sind.
Relativ kurze Silikatfasern erlauben eine gleichmäßige Verteilung im Bindemittel, was die Widerstandsfähigkeit des erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzelements im Brandtest und im Pyrotest positiv beeinflusst.
Vorzugsweise beträgt ein Anteil der Silikatfasern an dem Bindemittel 0,1 m% bis 2 m%. Der Anteil kann beispielsweise 0,2 m%, 0,4 m%, 0,6 m%, 0,8 m%, 1 m%, 1,2 m%, 1,4 m%, 1,6 m% oder 1,8 m% betragen. Offenbart werden auch alle zwischen den genannten Anteilen liegenden Werte, sofern sie mit bekannten Dosierungsverfahren erhältlich sind.
Prinzipiell wirkt sich eine Erhöhung des Anteils der Silikatfasern an dem Bindemittel positiv auf die Widerstandsfähigkeit des erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzelements im Brandtest und im Pyrotest aus.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der faserhaltigen Schicht 1,8 mm oder mehr. Die Dicke kann beispielsweise 1,9 mm, 2 mm, 2,1, mm, 2,2 mm, 2,3 mm, 2,4 mm, 2,5 mm, 2,6 mm, 2,7 mm, 2,8 mm, 2,9 mm oder 3 mm betragen. Offenbart werden auch jeweils alle zwischen den genannten Dicken liegenden Werte, sofern sie mit bekannten oder hierin offenbarten Aufbringungsverfahren, gegebenenfalls unter Zwischentrocknung, erhältlich sind.
Prinzipiell wirkt sich eine Erhöhung der Dicke der faserhaltigen Schicht positiv auf die Widerstandsfähigkeit des erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzelements im Brandtest und im Pyrotest aus.
Die Länge der Silikatfasern, ihr Anteil am Bindemittel und die Dicke der faserhaltigen Schicht sind nach unten hin durch die bestimmungsgemäße Anwendung des Brandschutzelements und die sich daraus ergebenden Anforderungen im Brandtest und im Pyrotest limitiert. Nach oben hin sind diese Faktoren beispielsweise durch das Verfahren begrenzt, mit dem das Bindemittel zusammen mit den Silikatfasern auf die Aufnahmeoberfläche der Trägerschicht aufgebracht wird (vergleiche auch Ausführungen zum Aufspritzen des Bindemittels).
Der Fachmann ist anhand der vorliegenden Offenbarung befähigt, auf experimentellem Wege selbstständig geeignete Kombinationen zu ermitteln, die für eine vorgegebene Anwendung des Brandschutzelements zu geeigneten Eigenschaften führen.
So ist in einer Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung vorgesehen, dass der Anteil der Silikatfasern an dem Bindemittel höchstens 2 m% beträgt und die Dicke der faserhaltigen Schicht wenigstens 1,8 mm beträgt.
Ein mit diesen Parametern erfindungsgemäß hergestelltes Brandschutzelement eignet sich besonders gut für den Brandschutz im Zusammenhang mit Batterien und übersteht den Brandtest und den Pyrotest über eine Dauer von 10 Minuten ohne kritische Beschädigungen. Dies konnte in Versuchen der Anmelderin für alle oben genannten Längen der Silikatfasern bestätigt werden.
Bevorzugt beträgt der Anteil der Silikatfasern an dem Bindemittel 2 m% und die Dicke der faserhaltigen Schicht beträgt 1,8 mm. Dies hat sich als besonders vorteilhafte Kombination erwiesen, in der eine hohe Widerstandsfähigkeit bei geringer Dicke erreicht wird.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung mit Silikatfasern im Bindemittel ist vorgesehen, dass das Bindemittel mit den Silikatfasern auf die Aufnahmeoberfläche aufgespritzt wird.
Dies stellt eine besonders effiziente Verfahrensweise dar, mit der auch bei komplexeren Formen der Trägerschicht eine gleichmäßige faserhaltige Schicht erhältlich ist. Als Spritzverfahren kommen vorzugsweise Verfahren ohne zusätzlichen Einsatz von Druckluft in Betracht, beispielsweise Extrusionsspritzen.
Es ist anzumerken, dass die Länge der Silikatfasern und deren Anteil am Bindemittel nach oben hin durch das Spritzverfahren begrenzt sein können, beispielsweise durch die Dimensionierung von Düsen einer verwendeten Spritzvorrichtung. Auch die Dicke der faserhaltigen Schicht, die pro einzelner Lage aufgespritzten Bindemittels erzielbar ist, kann durch das Spritzverfahren begrenzt sein, um eine sichere und gleichmäßige Anhaftung des Bindemittels zu gewährleisten. Der Fachmann ist anhand der vorliegenden Offenbarung befähigt, diese Faktoren auf ein konkretes Spritzverfahren oder anderes Verfahren hin auszulegen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung mit Silikatfasern im Bindemittel ist vorgesehen, dass wenigstens einige der Silikatfasern frei in dem Bindemittel verteilt sind. Vorzugsweise ist ein Großteil der Silikatfasern frei in dem Bindemittel verteilt, weiterhin bevorzugt alle Silikatfasern.
Mit anderen Worten sind die Silikatfasern frei in dem Bindemittel verteilt, indem die Silikatfasern dem Bindemittel nicht in Form eines Gewebes, Vlieses oder sonstigen Halbzeugs zugegeben werden, sondern dem Bindemittel in loser Form beigemischt werden. Dies schließt nicht aus, dass sich unter den Silikatfasern durch zufällige Anhaftung lokal Konglomerate ausbilden können. Es ist prinzipiell auch möglich, solche Konglomerate gezielt zu erzeugen und diese dem Bindemittel, ggf. zusammen mit weiteren losen Silikatfasern, beizumischen. Solche Konglomerate können die faserhaltige Schicht beispielsweise auch lokal in besonders gefährdeten Bereichen verstärken.
Insbesondere zum Aufspritzen des Bindemittels zusammen mit den Fasern kann die zulässige räumliche Ausdehnung solcher Konglomerate jedoch durch die Größe der Spritzdüsen limitiert sein.
Lose Silikatfasern wiederum können beispielsweise hergestellt werden, indem ein Halbzeug von Silikatfasern abgeschert, zerschnitten oder zermahlen wird. Dies kann beispielsweise auch direkt oberhalb eines Reservoirs des Bindemittels erfolgen, so dass die vereinzelten Silikatfasern in das Reservoir fallen können. Gegebenenfalls kann ein Sieb oder dergleichen verwendet werden, um die Faserlänge einzustellen.
Auf diesem Wege können prinzipiell auch kleinere Konglomerate von Silikatfasern hergestellt werden, indem beispielsweise der Scher-, Schneid- oder Mahlprozess zur Verarbeitung des Halbzeugs gröber ausgelegt wird. Dies kann durch ein gröberes Sieb unterstützt werden. Es ist aber auch denkbar, solche Konglomerate aus bereits losen Silikatfasern herzustellen, indem die losen Silikatfasern beispielsweise miteinander verwirbelt werden. Die Silikatfasern haften dabei zufällig aneinander an. Dies kann auch durch Zugabe eines Haftmittels unterstütz werden. Die Größe und Menge der Konglomerate kann beispielsweis durch die Dauer oder Intensität der Verwirbelung oder auch durch das Haftmittel eingestellt werden.
Es ist auch denkbar, Silikatfasern durch ein Saugrohr zu leiten und in dem Saugrohr durch dessen fluiddynamische Gestaltung eine Verwirbelung herbeizuführen und beispielsweis eine Haftmittelzuführung vorzusehen. In einem Saugrohr können aber auch Zerkleinerungswerkzeuge vorgesehen werden. Das Saugrohr kann zweckmäßigerweise bei dem Bindemittelreservoir münden.
Im direkten Vergleich weisen Ausführungsformen des Verfahrens der Erfindung mit und ohne Silikatfasern und die entsprechenden Brandschutzelemente jeweils spezifische Vorteile auf.
So ist ein silikatfaserfreies Brandschutzelement besonders einfach herstellbar, da sich die Brandschutzschicht, beispielsweise das Bindemittel, mit sehr geringem Aufwand auftragen lässt. Die beispielsweise zum Schutz von Batterien erforderliche Widerstandsfähigkeit von wenigstens 10 Minuten im Brandtest und im Pyrotest konnte in Versuchen der Anmelderin dabei stets aufrechterhalten werden. Hingegen bieten Brandschutzelemente mit Silikatfasern, bei gleicher Dicke und geringerem Gewicht, eine etwas größere Widerstandsfähigkeit. Diese sind aber aufwendiger in der Herstellung.
Grundsätzlich ist es bevorzugt, dass im Verfahren der Erfindung eine Wasserschutzschicht, die zumindest wasserabweisende Eigenschaften aufweist, auf die Brandschutzoberfläche aufgebracht wird. Vorzugsweise ist die Wasserschutzschicht wasserdicht oder hat eine hydrophobisierende Wirkung
Einige silikatbasierte Werkstoffe, wie etwa natriumbasiertes Wasserglas, können hygroskopische Eigenschaften aufweisen. Dies kann zu einer unerwünschten Wasseraufnahme führen, beispielsweise wenn Kondenswasser an oder in einem Fahrzeug auftritt. Da derartige Silikatbasierte Werkstoff oftmals auch eine gewisse Wasserlöslichkeit aufweisen, was insbesondere für natriumbasiertes Wasserglas zutrifft, kann ein Kontakt mit Wasser, beispielsweise mit Kondenswasser, zu einer Verringerung der Schichtdicke der Brandschutzschicht oder gar zu deren lokalen Auflösung führen. Die Wasserschutzschicht wirkt dem effektiv entgegen und erhöht die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzelemente signifikant.
Die Wasserschutzschicht kann beispielsweise als Kunststofffolie, wie etwa aus Polyethylen (PE), ausgebildet sein. Die Wasserschutzschicht kann aber auch als Lackierung ausgebildet sein, die beispielsweise aufgesprüht oder aufgestrichen werden kann. Als besonders geeignet haben sich dispersionsbasierte Acryllacke erwiesen, insbesondere solche, die Wasser als Dispersionsmedium verwenden.
Für eine Wasserschutzschicht mit hydrophobisierender Wirkung haben sich insbesondere Silane und deren Derivate als geeignet erwiesen, beispielsweise Kalium- methylsilikonat. Eine Wasserschutzschicht mit hydrophobisierender Wirkung kann grundsätzlich mittels der gleichen Verfahren aufgebracht werden, wobei sich Sprühverfahren und Aufstreichen als besonders vorteilhaft erwiesen haben.
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trägerschicht zumindest abschnittsweise plasmabehandelt und/oder mit einer kathodischen Tauchlackbeschichtung versehen ist.
Die Trägerschicht kann beispielsweise mit einer kathodischen Tauchlackbeschichtung beschichtet sein, was im Automobilbereich beispielsweise bei Blechen insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zu Zwecken des Korrosionsschutzes geläufig ist. Auch eine Eloxierung der Trägerschicht ist möglich.
Die Plasmabehandlung bietet den besonderen Vorteil, dass sie mit geringem Aufwand auch nur abschnittsweise bzw. lokal an der Trägerschicht vorgenommen werden kann. An einer der Brandschutzoberfläche abgewandten Rückseite der Trägerschicht kann so aufwandsarm und flexibel beispielsweise ein Korrosionsschutz realisiert werden.
An der Aufnahmeoberfläche wiederum kann mittels Oberflächenaktivierung durch die Plasmabehandlung die Anhaftung der Brandschutzschicht verbessert werden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Brandschutzelement für ein Fahrzeug. Gemäß der Erfindung umfasst das Brandschutzelement:
- eine Trägerschicht, die eine Aufnahmeoberfläche aufweist; und
- eine Brandschutzschicht, die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht, vor der Aufnahmeoberfläche angeordnet ist und eine der Aufnahmeoberfläche abgewandte Brandschutzoberfläche aufweist.
Da die Brandschutzschicht lediglich vor der Aufnahmeoberfläche angeordnet sein muss, sind im Weiteren vielfältige Ausgestaltungen möglich, in denen die Brandschutzschicht vorzugsweise unmittelbar oder mittelbar an der Aufnahmeoberfläche befestigt sein kann.
Bevorzugt ist das Brandschutzelement der Erfindung in einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt worden.
In einer Ausgestaltung des Brandschutzelements der Erfindung umfasst dieses:
- eine Trägerschicht, die eine Aufnahmeoberfläche aufweist;
- eine faserhaltige Schicht, die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und eine an die Aufnahmeoberfläche angefügte Anbindeoberfläche sowie eine der Anbindeoberfläche gegenüberliegende Brandschutzoberfläche aufweist; sowie
- ein Bindemittel, das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und zumindest mit der Anbindeoberfläche, der Brandschutzoberfläche und der Aufnahmeoberfläche verbunden ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des Brandschutzelements der Erfindung ist vorgesehen, dass die Silikatfasern als Vlies, Gewebe oder sonstiges Halbzeug in der faserhaltigen Schicht enthalten sind.
In einer weiteren Ausgestaltung des Brandschutzelements der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest einige der Silikatfasern frei verteilt in der faserhaltigen Schicht vorliegen. Vorzugsweise liegt ein Großteil der Silikatfasern frei verteilt in der faserhaltigen Schicht vor, besonders bevorzugt alle Silikatfasern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Brandschutzelements der Erfindung ist dieses silikatfaserfreie und umfasst: - eine Trägerschicht, die eine Aufnahmeoberfläche aufweist; und
- eine Brandschutzschicht umfassend ein Bindemittel, das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht, wobei die Brandschutzschicht eine Anbindeoberfläche und eine Brandschutzoberfläche aufweist und wobei die Anbindeoberfläche an die Aufnahmeoberfläche angefügte ist und die Brandschutzoberfläche der Anbindeoberfläche gegenüber liegt.
Die Widerstandsfähigkeit eines solchen Brandschutzelements hängt direkt von der Dicke der Schicht, umfassend das Bindemittel, ab. Die Gesamtdicke des Bindemittels auf der Trägerschicht, also die Dicke der Lage oder aller Lagen zusammen, kann daher angepasst an die gewünschte Widerstandsfähigkeit frei gewählt werden, beispielsweise mit 1,8 mm, weniger oder mehr.
Vorzugsweise beträgt die Gesamtdicke der Schicht, umfassend das Bindemittel, bei einem solchen Brandschutzelement ohne Silikatfasern etwa 1,8 mm.
Grundsätzlich kann die Brandschutzschicht auch in dieser bevorzugten Ausgestaltung mehrere Lagen des Bindemittels umfassen, die nacheinander aufgebracht werden. Bevorzugt wird eine Lage nach dem Aufbringen zumindest partiell getrocknet, bevor eine weitere Lage aufgebracht wird. Ein mehrlagiger Aufbau der Brandschutzschicht hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen, da eine lokale Schwächung in einer Lage, die beispielsweise durch Blasen oder Risse verursacht werden kann, durch die umgebenden Lagen kompensiert werden. Statistisch ist es höchst unwahrscheinlich, dass Schwächungen in den einzelnen Lagen jeweils an derselben Stelle auftreten, so dass die mehrlagige Brandschutzschicht mit sehr guter Sicherheit über ihre gesamte Fläche homogene Brandschutzeigenschaften aufweist.
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Brandschutzelements der Erfindung ist vorgesehen, dass das Brandschutzelement an der Bildung eines Elements aus der folgenden Gruppe beteiligt ist: ein Batteriegehäuse, ein Brennstoffzellengehäuse, ein Strukturelement einer elektrischen Schaltung, ein Fahrzeugboden, eine Abschirmung einer elektrischen Maschine, ein Gehäuse eines Aufzeichnungsgeräts, ein Kraftstofftank. Bei dem Strukturelement der elektrischen Schaltung kann es sich beispielsweise um eine Trägerstruktur für eine Leistungselektronik handeln. Im Falle der Abschirmung für die elektrische Maschine, kann es sich beispielsweise um eine Abschirmung für einen elektrischen Motor oder Generator handeln. Als Beispiele für das Aufzeichnungsgerät wären ein Fahrtenschreiber oder auch ein Voicerecorder zu nennen. Bei dem Kraftstofftank kann es sich beispielsweise um einen Wasserstoff- oder auch Ethanoltank handeln.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs, wobei das Batteriegehäuse ein erfindungsgemäßes Brandschutzelement aufweist. In einer bevorzugten Ausgestaltung bildet das Brandschutzelement eine Abdeckung für eine Mehrzahl von Batteriezellen aus. Dabei ist die Abdeckung insbesondere zur Anordnung zwischen der Mehrzahl von Batteriezellen und dem Fahrgastraum des Elektrofahrzeugs vorgesehen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes Brandschutzelement gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Kraftfahrzeug und besonders bevorzugt um ein Elektrofahrzeug. Es kann sich jedoch auch um ein anderes Fahrzeug handeln, bei dessen bestimmungsgemäßen Gebrauch das Brandschutzelement der Erfindung einen spezifischen Vorteil bietet. Beispielhaft wäre hier ein Segelboot mit einer Batterie oder einer Solaranlage zu nennen. Auch im Nicht-Fahrzeugbereich ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Brandschutzelements denkbar, wenn eine Abschirmung entsprechender Gefahren gewünscht ist.
Nochmals mit anderen Worten zusammengefasst, betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelements für ein Fahrzeug, in dem eine metallische Trägerschicht vorzugsweise direkt mit einer wasserglasbasierten Feuerschutzbeschichtung verbunden wird, die Silikatfasern enthalten kann oder vorzugsweise frei von Silikatfasern sein kann. Die Erfindung betrifft ferner ein solches Brandschutzelement und ein Fahrzeug mit dem Brandschutzelement.
Grundsätzlich gilt, dass alle Merkmale, die hierin mit Bezug auf bestimmte Aspekte oder Ausführungsformen offenbart werden, auch mit anderen Aspekten oder Ausführungsformen der Erfindung technisch sinnvoll kombinierbar sind. Dies gilt auch über unterschiedliche technische Gegenstände und Gegenstandskategorien hinweg. Insbesondere gilt dies auch auszugsweise für einzelne Merkmale, solange hierin nicht explizit darauf hingewiesen wird oder es durch einen technischen Widerspruch offensichtlich ist, dass zwischen bestimmten Merkmalen ein untrennbarer funktional-technischer Zusammenhang besteht, der zur Ausführung der Erfindung beibehalten werden muss.
Ausführungsbeispiele
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und schematischen Zeichnungen exemplarisch erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1 ein Fahrzeug mit einem Brandschutzelement;
Figur 2 ein Brandschutzelement für ein Fahrzeug in einer Querschnittsansicht;
Figur 3 ein weiteres Brandschutzelement für ein Fahrzeug in einer Querschnittsansicht;
Figur 4 ein Blockschema eines Verfahrens zur Herstellung eines Brandschutzelements für ein Fahrzeug;
Figur 5 eine Testanordnung zur Durchführung eines Pyrotests; und
Figur 6 eine Rückseite eines Brandschutzelements für ein Fahrzeug, an dem ein Pyrotest durchgeführt worden ist.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 mit einem erfindungsgemäßen Brandschutzelement 12. Bei dem Fahrzeug 10 handelt es sich exemplarisch um ein Elektrofahrzeug 14 mit einer Batterie 16. Das Brandschutzelement 12 schützt das Fahrzeug 10 im Falle eines Batteriebrands und ist zu diesem Zweck exemplarisch als Batteriegehäuse 18 ausgebildet. Zusätzlich ist rein exemplarisch ein weiteres Brandschutzelement 12 gezeigt, das Teil eines Fahrzeugbodens 20 ist.
In Figur 2 wird ein erfindungsgemäßes Brandschutzelement 12 für ein Fahrzeug
10 näher beschrieben. Das Brandschutzelement 12 kann wie in Figur 1 beschrieben ausgebildet sein, weshalb hier die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Das in Figur 1 gezeigte Beispiel ist jedoch nicht beschränkend für das Brandschutzelement 12 der Erfindung als solches zu verstehen.
Generell umfasst das Brandschutzelement 12 eine Trägerschicht 22, die eine Aufnahmeoberfläche 24 aufweist. Die Aufnahmeoberfläche 24 liegt vorzugsweise gegenüber einer Rückseite 26 der Trägerschicht 22. Das Brandschutzelement 12 umfasst ferner eine Brandschutzschicht 28, die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und vor der Aufnahmeoberfläche 24 angeordnet ist. Die Brandschutzschicht 28 weist eine der Aufnahmeoberfläche 24 abgewandte Brandschutzoberfläche 32 auf, welche als Brandschutzoberfläche 32 des Brandschutzelements 12 bezeichnet wird.
In dem in Figur 2 vordergründig illustrierten Beispiel wird die Brandschutzschicht 28 durch ein Bindemittel 34 ausgebildet, das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und im vorliegenden Beispiel wasserglasbasiert ist. Es ist erkennbar, dass in dem gezeigten Beispiel mehrere Lagen 46, 48 und 50 des Bindemittels 34 übereinander auf der Aufnahmeoberfläche 24 aufgebracht sind, die getrocknet sind und so die hier mehrlagige Brandschutzschicht 28 ausbilden. Prinzipiell genügt aber bereits die Lage 46 zur Ausbildung der Brandschutzschicht 28, die vorzugsweise unmittelbar bzw. direkt auf der Trägerschicht 22 aufgebracht ist. Die Trägerschicht 22 wiederum ist vorzugsweise metallisch oder metallbasiert. Die Lage 46 kann beispielsweise auf die Aufnahmeoberfläche 24 aufgespritzt sein oder mit einem anderen geeigneten Verfahren aufgebracht sein.
Die optionalen zusätzlichen Lagen 48 und 50 erhöhen die Gesamtdicke der Brandschutzschicht 28 und damit ihre Widerstandsfähigkeit gegen thermische und mechanische Beanspruchung. Die Lage 48 kann beispielsweis auf die Lage 46 aufgespritzt sein, vorzugsweise zumindest unter vorheriger Antrocknung der Lage 46. Analog kann die Lage 50 auf die Lage 48 aufgebracht sein.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Bindemittel 34, gegebenenfalls mit Ausnahme von nicht vermeidbaren Verunreinigungen, frei von Fremdkörperbestandteilen und insbesondere frei von Fasern wie Silikatfasern. In Figur 2 ist zusätzlich ein optionales Ausführungsbeispiel illustriert, dessen optionale Merkmale mit in Klammern gesetzten Bezugszeichen dargestellt sind. Demnach kann das Bindemittel 34 zusätzlich mit Silikatfasern 44 kombiniert sein, die hier nicht im Einzelnen gezeigt sind (vergleiche jedoch Figur 3). Auf diese Weise kann die Brandschutzschicht 28, unter Trocknung des Bindemittels 34, durch die Silikatfasern 44 und das Bindemittel 34 ausgebildet werden.
Dies kann rein beispielhaft durch eine faserhaltige Schicht 48' anstelle der Lage 48 realisiert werden, die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht. Die faserhaltige Schicht 48' weist eine Anbindeoberfläche 30 auf, die der Aufnahmeoberfläche 24 zugewandt ist. Außerdem weist die faserhaltige Schicht 48' eine Brandschutzoberfläche 32' auf, die der Anbindeoberfläche 30 gegenüber liegt. Die Brandschutzoberfläche 32' der faserhaltigen Schicht 48' kann an der Bildung der Brandschutzoberfläche 32 des Brandschutzelements 12 beteiligt sein oder von einer Lage (hier exemplarisch Lage 50) des Bindemittels 34 nach außen hin vollständig bedeckt sein.
Die Anbindeoberfläche 30 der faserhaltigen Schicht 48' ist mit der Aufnahmeoberfläche 24 der Trägerschicht 22 durch das Bindemittel 34, in Figur 2 exemplarisch durch die Lage 46, verbunden. Ferner exemplarisch ist in Figur 2 die Lage 50 des Bindemittels 34 als Brandschutzoberfläche 32 des Brandschutzelements 12 auf der Brandschutzoberfläche 32' der faserhaltigen Schicht 48' aufgebracht.
Trotz der gewählten Illustration soll jedoch klargestellt werden, dass das Bindemittel 34 der Lagen 46 und 50 in Ausführungsformen mit einer solchen faserhaltigen Schicht 48' zumindest teilweise in die faserhaltigen Schicht 48' eingedrungen sein kann, bedingt durch die Faserstruktur der faserhaltigen Schicht 48', wenn das Bindemittel 34 diese im Herstellungsprozess benetzt. Auch kann das Bindemittel 34 im Verhältnis zur faserhaltige Schicht 48' als vergleichsweise dünne Schicht (bzw. dünne Lagen 46 und 50) auf der Anbindeoberfläche 30 und der Brandschutzoberfläche 32' der faserhaltigen Schicht 48' vorhanden sein. Das Bindemittel 34 ist in solchen Ausführungsbeispielen mit der Anbindeoberfläche 30, der Brandschutzoberfläche 32' der faserhaltigen Schicht 48' und der Aufnahmeoberfläche 24 verbunden. Generell bevorzugt ist ferner, dass eine Wasserschutzschicht 52 auf die Brandschutzoberfläche 32 des Brandschutzelements 12 aufgebracht ist. Die Wasserschutzschicht 52 weist zumindest wasserabweisende Eigenschaften auf und ist vorzugsweise wasserdicht, um die häufig hygroskopische silikatbasierte Brandschutzschicht 28 zu schützen.
Weiterhin vorteilhaft, kann die Trägerschicht 22 zumindest abschnittsweise plasmabehandelt sein. So kann beispielsweise an der Rückseite 26 ein Korrosionsschutz erzeugt werden oder an der Aufnahmeoberfläche 24 die Haftung des Bindemittels 34 verbessert werden. Für den Korrosionsschutz, vorzugsweise an der Rückseite 26, kann auch eine kathodischen Tauchlackbeschichtung vorgesehen sein.
Figur 3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Brandschutzelement 12 für ein Fahrzeug 10 in einer Querschnittsansicht. Das Brandschutzelement 12 kann auch hier wie in Figur 1 beschrieben ausgebildet sein, weshalb auch hier die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Das in Figur 1 gezeigte Beispiel ist wiederum nicht beschränkend für das Brandschutzelement 12 der Erfindung als solches zu verstehen.
Auch das Brandschutzelement 12 in Figur 3 umfasst eine Trägerschicht 22, die eine Aufnahmeoberfläche 24 aufweist. Die Aufnahmeoberfläche 24 liegt vorzugsweise gegenüber einer Rückseite 26 der Trägerschicht 22.
Auch das Brandschutzelement 12 in Figur 3 weist eine Brandschutzschicht 28 auf, die durch ein Bindemittel 34 (wie oben beschrieben) ausgebildet ist. In diesem Beispiel ist erkennbar, dass nur eine Lage 46 des Bindemittels 34 auf der Aufnahmeoberfläche 24 aufgebracht und getrocknet ist und so die hier einlagige Brandschutzschicht 28 ausbildet.
Die in Figur 2 beschriebene Wasserschutzschicht 52 und die Maßnahmen zum Korrosionsschutz sowie zur Haftungsverbesserung können hier analog vorgesehen sein und sind zur Vereinfachung nicht erneut dargestellt.
Auch das Brandschutzelement 12 in Figur 3 kann optional eine faserhaltige
Schicht 48' aufweisen, wobei die Bezugszeichen zu den betreffenden optionalen Merkmalen wiederum in Klammern illustriert sind. Die faserhaltige Schicht 48' wird bei diesem Brandschutzelement 12 durch das getrocknete Bindemittel 34 bzw. die Brandschutzschicht 28 umfassend die Lage 46 gebildet, welche zusätzlich Silikatfasern 44 (illustrativ lediglich durch Strich-Punkt-Linien angedeutet) enthält.
Wie in Figur 3 gut erkennbar ist, sind die Silikatfasern 44 im Wesentlichen frei in dem Bindemittel 34 bzw. der faserhaltigen Schicht 48' verteilt. Ein Anteil der Silikatfasern 44 an dem Bindemittel 34 beträgt hier rein exemplarisch 2 m%. Eine mittlere Länge der Silikatfasern 44 beträgt hier rein exemplarisch 3 mm. Ferner rein exemplarisch handelt es sich bei den Silikatfasern 44 um Basaltfasern.
Die Brandschutzschicht 28 bzw. hier die faserhaltige Schicht 48' weist eine Anbindeoberfläche 30 auf, die der Aufnahmeoberfläche 24 zugewandt ist. Außerdem weist die faserhaltige Schicht 48' eine Brandschutzoberfläche 32' auf, die in diesem Beispiel zugleich die Brandschutzoberfläche 32 des Brandschutzelements 12 darstellt und der Anbindeoberfläche 30 gegenüber liegt. Die Anbindeoberfläche 30 der faserhaltigen Schicht 48' ist mit der Aufnahmeoberfläche 24 der Trägerschicht 22 verbunden. Eine Dicke der faserhaltigen Schicht 48' bzw. der Brandschutzschicht 28 beträgt hier rein exemplarisch 1,8 mm.
Vorzugsweise werden die exemplarischen Brandschutzelemente 12 aus den Figuren 2 und 3 in einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, das im Folgenden anhand von Figur 4 näher erläutert wird.
Figur 4 zeigt ein Blockschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Brandschutzelements 12 für ein Fahrzeug 10, wobei rein exemplarisch und ohne Beschränkung für das Verfahrens der Erfindung als solches zunächst auf das Brandschutzelement 12 und das Fahrzeug 10 aus den Figuren 1 und 2 bezuggenommen wird. Bereits verwendete Bezugszeichen werden daher für die Erläuterung entsprechend mit Verweis auf die Figuren 1 und 2 beibehalten.
Das Verfahren zur Herstellung des Brandschutzelements 12 für das Fahrzeug 10 umfasst einen ersten Schritt, in dem eine Bereitstellung einer Trägerschicht 22 erfolgt, die eine Aufnahmeoberfläche 24 aufweist. In einem zweiten Schritt wird die Aufnahmeoberfläche 24 mit einer Brandschutzschicht 28 beschichtet, die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und unmittelbar oder mittelbar auf die Aufnahmeoberfläche 24 aufgebracht wird, sodass die Brandschutzschicht 28 eine der Aufnahmeoberfläche 24 abgewandte Brandschutzoberfläche 32 bildet.
Optional, jedoch bevorzugt, kann die Brandschutzschicht 28 hergestellt werden, indem ein silikatbasiertes, vorzugsweise wasserglasbasiertes, Bindemittel 34 im zweiten Schritt vorzugsweise direkt auf die Aufnahmeoberfläche 24 aufgespritzt wird. Dieses trocknet dann in einem dritten Schritt und bildet so die Brandschutzschicht 28 aus, die bspw. als Lage 46 in Figur 2 erkennbar ist.
Zur optionalen Herstellung der in Figur 2 gezeigten Lagen 48 und 50 können der zuvor beschriebene und gemäß der Option ausgestaltete Schritt 2 sowie Schritt 3 wiederholt werden, was durch die Strich-Punkt-artig dargestellte Iteration angedeutet ist. Dabei wird die Lage 48 auf die Lage 46 aufgespritzt und die Lage 50 dann auf die Lage 48 aufgespritzt. Zweckmäßigerweise sollte die vorhergehende Lage einer Iteration jeweils zumindest antrocknen, bevor die nächste Lage aufgebracht wird, um eine stabile Schichtbildung zu fördern.
In einem vierten Schritt wird, vorzugsweise nach vollständiger Trocknung der Brandschutzschicht 28 in Schritt 3, eine Wasserschutzschicht 52 auf die Brandschutzoberfläche 32 aufgebracht. Diese ist vorzugsweise wasserdicht und kann exemplarisch als PE-Folie oder als Lackierung aufgetragen werden. Die Rückseite 26 des Brandschutzelements 12 kann vorzugsweise durch Plasmabehandlung vor Korrosion geschützt werden.
Das beschriebene Verfahren wird vorzugsweise zur Herstellung eines faserfreien Brandschutzelements 12 verwendet.
Es kann aber auch ein Brandschutzelement 12 unter Einbezug von Silikatfasern 44 hergestellt werden. Die betreffenden optionalen Verfahrensschritte dieser Ausführungsform, die alternativen oder ergänzend zu den bereits beschriebenen Schritten durchgeführt werden können, sind in Figur 4 wiederum in Klammern gesetzt nummeriert. So kann in einem Schritt 1', der zweckmäßigerweise parallel zu dem ersten Schritt ausgeführt werden kann, eine faserhaltige Schicht 48' bereitgestellt werden, die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und eine Anbindeoberfläche 30 sowie eine dieser gegenüberliegende Brandschutzoberfläche 32' aufweist.
In einem Schritt 2' erfolgt dann ein Fügen der Anbindeoberfläche 30 und der Aufnahmeoberfläche 24 unter Einsatz eines Bindemittels 34, das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht. Das Bindemittel 34 wird zum Fügen zumindest auf die Anbindeoberfläche 30 und die Aufnahmeoberfläche 24 aufgebracht, sodass es diese benetzt. Ebenfalls wird die Brandschutzoberfläche 32' mit dem Bindemittel 34 benetzt, was jedoch nicht primär zum Fügen der Anbindeoberfläche 30 und der Aufnahmeoberfläche 24 erforderlich ist, jedoch zur Gewährleistung der mechanischen Stabilität der faserhaltigen Schicht 48' an der Brandschutzoberfläche 32' erforderlich ist.
In einem Schritt 3' erfolgt dann eine Trocknung des Bindemittels 34, sodass das Brandschutzelement 12 eine dauerhaft und sicher zusammenhängende Struktur erhält.
Bevorzugt wird die faserhaltige Schicht 48' in Schritt 2' mit dem Bindemittel 34 vollständig imprägniert, bevor das Bindemittel 34 in Schritt 3' trocknet. Hierfür wird eine entsprechende Menge des Bindemittels 34 verwendet. Der Schritt 2' kann dabei auf unterschiedliche Weise realisiert werden. So kann beispielsweise das Bindemittel 34 auf die Aufnahmeoberfläche 24 der Trägerschicht 22 aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufspritzen und dann kann die Anbindeoberfläche 30 der faserhaltigen Schicht 48' auf die Aufnahmeoberfläche 24 aufgebracht werden. Es ist aber auch möglich, das Bindemittel 34 auf die Anbindeoberfläche 30 aufzubringen und dann die Anbindeoberfläche 30 auf die Aufnahmeoberfläche 24 aufzubringen. Vorzugsweise wird die Brandschutzoberfläche 32 separat mit dem Bindemittel 34 versehen, nachdem die Anbindeoberfläche 30 auf die Aufnahmeoberfläche 24 aufgebracht worden ist. Prinzipiell ist es aber auch möglich, dass sich die faserhaltige Schicht 48' bei ausreichender Menge an Bindemittel 34 von der Anbindeoberfläche 30 her selbst bis zur Brandschutzoberfläche 32' durchtränkt. Als faserhaltige Schicht 48' wird bevorzugt ein Vlies umfassend Silikatfasern (bspw. Basaltfasern) verwendet, welches mit Wasserglas als Bindemittel 34 imprägniert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann die faserhaltige Schicht 48' bereits im Schritt 1' des Verfahrens mit dem Bindemittel 34 ausreichend vorimprägniert werden, sodass die faserhaltige Schicht 48' vorgeformt werden kann und nach ausreichender Vortrocknung ein eigenstabiles Teil bildet. Das eigenstabile Teil wird dann in Schritt 1' als die faserhaltige Schicht 48' bereitgestellt und wie beschrieben in Schritt 2' mit der Anbindeoberfläche 30 auf die Aufnahmeoberfläche 24 der Trägerschicht 22 aufgebracht. Die noch benötigte Menge an Bindemittel 34 zum Fügen kann dann auch geringer ausfallen.
Auch das Brandschutzelement 12 aus Figur 3 kann in dem in Figur 4 beschriebenen Verfahren hergestellt werden, indem nach der Lage 46 keine weitere Lage von Bindemittel 34 mehr aufgetragen wird.
Das in Figur 4 gezeigte Blockschema wird diesbezüglich erneut unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 3 erläutert. Dies erfolgt wiederum rein exemplarisch und ohne Beschränkung des Verfahrens der Erfindung als solches auf das Brandschutzelement 12 und das Fahrzeug 10 aus den Figuren 1 und 3. Bereits verwendete Bezugszeichen werden daher für die Erläuterung entsprechend mit Verweis auf die Figure 1 und 3 beibehalten.
Das Verfahren zur Herstellung des Brandschutzelements 12 umfasst wiederum den ersten Schritt, in dem ein Bereitstellen der Trägerschicht 22 erfolgt, welches die Aufnahmeoberfläche 24 aufweist.
In dem zweiten Schritt erfolgt dann ein Aufbringen des (hier faserfreien) Bindemittels 34 auf die Aufnahmeoberfläche 24, das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht. Bevorzugt wird Wasserglas als Bindemittel 34 verwendet. Weiterhin bevorzugt wird das Bindemittel 34 unmittelbar auf die Aufnahmeoberfläche 24 gespritzt. Dann erfolgt in dem dritten Schritt eine Trocknung des Bindemittels 34, so dass dieses die Brandschutzschicht 28 mit der Brandschutzoberfläche 32 bildet, welche der Aufnahmeoberfläche 24 abgewandt ist.
Optional kann ein Bindemittel 34 mit Silikatfasern 44 verwendet werden. Dann erfolgt im entsprechenden Schritt 3' eine Trocknung des Bindemittels 34, so dass dieses die faserhaltige Schicht 48' mit der Brandschutzoberfläche 32' bildet, welche der Aufnahmeoberfläche 24 abgewandt ist.
Bezüglich dieser Option ist in Figur 3 erkennbar, dass die faserhaltige Schicht 48' einen einlagigen Aufbau aufweist. Es ist optional aber möglich, die faserhaltige Schicht 48' aus mehreren Lagen des Bindemittels 34 herzustellen (analog zu den Lagen 46, 48 und 50). Hierzu können beispielsweise die Schritte 2' und 3' des Verfahrens aus Figur 4 beliebig oft wiederholt werden, wobei die jeweils zuvor aufgebrachte Lage des Bindemittels 34 eine Aufnahmeoberfläche für die nachfolgende Lage von Bindemittel 34 darstellt. Nach dem Aufbringen einer Lage von Bindemittel 34 erfolgt bevorzugt zumindest ein Antrocknen dieser Lage, bevor die nächste Lage aufgebracht wird.
Figur 6 zeigt eine Testanordnung zur Durchführung eines Pyrotests. Der Pyrotest kann bevorzugt zur Validierung der wärmedämmenden Eigenschaften eines Brandschutzelements verwendet werden, was nachfolgend exemplarisch anhand zweier der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Brandschutzelemente 12 erläutert wird.
Für den Pyrotest wird vor der Brandschutzoberfläche 32 des Brandschutzelements 12 eine Pyrofontäne 36 im Abstand 38 von 30 mm positioniert, mit Abbrennrichtung 40 normal zur Brandschutzoberfläche 32.
Beispielsweise zur Simulation eines Batteriebrands bei einem Elektrofahrzeug 14 (vergleiche Figur 1) kann als Pyrofontäne 36 eine Pyrofontäne des Herstellers WECO® mit der Artikelnummer 4851 verwendet werden.
Die Anmelderin hat auf Basis dieses Versuchsaufbaus Pyrotests an dem erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzelement 12 vorgenommen. Dabei kam konkret für den Pyrotest eine Trägerschicht 22 aus einem 1,2 mm starken Trägerblech mit eine Materialspezifikation EN AW-AI Mg4,5MnO,4 zum Einsatz. Auf das Trägerblech beziehungsweise die Trägerschicht 22 war eine 1 mm dicke Schicht des Bindemittels 34 aufgetragen. Als Bindemittel 34 wurde ein Binder gemäß der weiter oben beschriebenen Spezifikation verwendet. An den Binder schloss sich als faserhaltige Schicht 48' ein 1 mm dickes Papier aus Erdalkalien- Silikat-Wolle, ebenfalls gemäß der weiter oben beschriebenen Spezifikation an, gefolgt von einer weiteren 1 mm dicken Schicht des Binders als Bindemittels 34.
Ergänzend wurden Pyrotests mit einem erfindungsgemäß hergestelltes Brandschutzelement 12 ohne Silikatfasern 44 durchgeführt, wobei sonst jedoch im Wesentlichen identische Testbedingungen vorlagen. Die Brandschutzschicht 28 des Brandschutzelements 12 ohne Silikatfasern 44, hergestellt aus demselben Binder, hatte eine Gesamtdicke von 1,2 mm.
Im Rahmen der Versuche der Anmelderin wurden fünf Pyrofontänen 36 in Folge abgebrannt, mit einer Brenndauer von jeweils 20 Sekunden bei etwa 1200 °C. Das Abbrennen wurde nur durch kurze Abkühlungsintervalle zur Erneuerung der Pyrofontäne 36 unterbrochen, die 3 bis 7 Sekunden dauerten.
Figur 6 zeigt die Rückseite 26 des jeweiligen Brandschutzelements 12 (mit im Wesentlichen identischen Ergebnissen in beiden Tests, weshalb hier nur eine Illustration gegeben ist), an dem diese Pyrotests durchgeführt worden sind. Es ist erkennbar, dass auch nach Abbrennen der fünf Pyrofontänen 36 keine kritischen Beschädigungen festgestellt werden konnten. Es waren lediglich leichte Verformungen und farbliche Veränderungen 42 an der Rückseite 26 der Trägerschicht 22 erkennbar. Die Ergebnisse waren für beide oben spezifizierten Brandschutzelemente 12 im Wesentlichen identisch. Bezugszeichenliste
10 Fahrzeug
12 Brandschutzelement
14 Elektrofahrzeug
16 Batterie
18 Batteriegehäuse
20 Fahrzeugboden
22 Trägerschicht
24 Aufnahmeoberfläche
26 Rückseite
28 Brandschutzschicht
30 Anbindeoberfläche
32 Brandschutzoberfläche (des Brandschutzelements)
32' Brandschutzoberfläche (der faserhaltigen Schicht)
34 Bindemittel
36 Pyrofontäne
38 Abstand
40 Abbrennrichtung
42 Verformungen/farbliche Veränderungen
44 Silikatfaser
46 Lage
48 Lage
48' faserhaltige Schicht
50 Lage
52 Wasserschutzschicht

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelements (12) für ein Fahr-zeug (10), umfassend folgende Schritte:
- Bereitstellen einer Trägerschicht (22), die eine Aufnahmeoberfläche (24) aufweist; und
- Beschichten der Aufnahmeoberfläche (24) mit einer Brandschutzschicht (28), die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und unmittelbar oder mittelbar auf die Aufnahmeoberfläche (24) aufgebracht wird, sodass die Brandschutzschicht (28) eine der Aufnahmeoberfläche (24) abgewandte Brandschutzoberfläche (32) bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brandschutzschicht (28) unter Einsatz eines Bindemittels (34) hergestellt wird, das zumindest anteilig aus einem Silikat besteht und durch Trocknung an der Bildung der Brandschutzschicht (28) zumindest beteiligt ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brandschutzschicht (28) oder ein an ihrer Herstellung beteiligtes Bindemittel (34) wasserglasbasiert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (34) trocknet und so die Brandschutzschicht (28) ausbildet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (34), mit Ausnahme von nicht vermeidbaren Verunreinigungen, frei von Fremdkörperbestandteilen (44) ist.
6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (34) zusätzlich mit Silikatfasern (44) kombiniert wird, sodass die Brandschutzschicht (28) unter Trocknung des Bindemittels (34) durch die Silikatfasern (44) und das Bindemittel (34) ausgebildet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brandschutzschicht (28) unmittelbar oder mittelbar auf der Aufnahmeoberfläche (24) hergestellt wird oder dass die Brandschutzschicht (28) als separate Komponente hergestellt wird, die dann unmittelbar oder mittelbar auf die Aufnahmeoberfläche (24) aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brandschutzschicht (28) unmittelbar oder mittelbar auf der Aufnahmeoberfläche (24) hergestellt wird und das hergestellte Brandschutzelement (12) dann als Ganzes umgeformt wird oder dass die Brandschutzschicht (28) als separate Komponente hergestellt und zu einem eigenstabilen Teil geformt wird, welches dann unmittelbar oder mittelbar auf die Aufnahmeoberfläche (24) aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brandschutzschicht (28) unmittelbar auf der Aufnahmeoberfläche (24) hergestellt wird, wobei zumindest das Bindemittel (34) unter Einsatz eines Verfahrens aus der folgenden Gruppe direkt auf die Aufnahmeoberfläche (24) aufgebracht wird: Aufspritzen, Aufsprühen, Aufstreichen, Spachteln, Aufbürsten.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserschutzschicht (52), die zumindest wasserabweisende Eigenschaften aufweist, auf die Brandschutzoberfläche (32) aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (22) zumindest abschnittsweise plasmabehandelt und/oder mit einer kathodischen Tauchlackbeschichtung versehen ist.
12. Brandschutzelement (12) für ein Fahrzeug (10), umfassend:
- eine Trägerschicht (22), die eine Aufnahmeoberfläche (24) aufweist; und
- eine Brandschutzschicht (28), die zumindest anteilig aus einem Silikat besteht, vor der Aufnahmeoberfläche (24) angeordnet ist und eine der Aufnahmeoberfläche (24) abgewandte Brandschutzoberfläche (32) aufweist. Brandschutzelement (12) nach Anspruch 12, hergestellt in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11. Brandschutzelement (12) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Brandschutzelement (12) an der Bildung eines Elements aus der folgenden Gruppe beteiligt ist: ein Batteriegehäuse (18), ein Brennstoffzellengehäuse, ein Strukturelement einer elektrischen Schaltung, ein Fahrzeugboden (20), eine Abschirmung einer elektrischen Maschine, ein Gehäuse eines Aufzeichnungsgeräts, ein Kraftstofftank. Batteriegehäuse (18) für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (18) ein Brandschutzelement (12) nach einem der Ansprüche 12 bis 14 aufweist. Fahrzeug (10), umfassend ein Brandschutzelement (12) nach einem der Ansprüche 12 bis 14.
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