EP0752978A1 - Wärmedämmformteile - Google Patents

Wärmedämmformteile

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Publication number
EP0752978A1
EP0752978A1 EP95908284A EP95908284A EP0752978A1 EP 0752978 A1 EP0752978 A1 EP 0752978A1 EP 95908284 A EP95908284 A EP 95908284A EP 95908284 A EP95908284 A EP 95908284A EP 0752978 A1 EP0752978 A1 EP 0752978A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
molded parts
parts according
fibers
molding
thermal insulation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP95908284A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Kullen
Olaf Schmenkel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ElringKlinger AG
Original Assignee
ElringKlinger AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ElringKlinger AG filed Critical ElringKlinger AG
Publication of EP0752978A1 publication Critical patent/EP0752978A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K21/00—Fireproofing materials
    • C09K21/02—Inorganic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R13/00—Elements for body-finishing, identifying, or decorating; Arrangements or adaptations for advertising purposes
    • B60R13/08—Insulating elements, e.g. for sound insulation
    • B60R13/0876—Insulating elements, e.g. for sound insulation for mounting around heat sources, e.g. exhaust pipes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C04B28/26—Silicates of the alkali metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/08—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by adding porous substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the invention relates to thermal insulation molded parts for motor vehicles with internal combustion engines, in particular for the thermal insulation of exhaust gas-carrying components in the engine compartment and in the area of the exhaust system.
  • thermal insulation molded parts for motor vehicles with internal combustion engines are based on sheet metal parts made of steel or aluminum, which serve as carrier material and give the molded part the necessary strength.
  • the sheet metal parts are glued or clamped with glass fiber fabric, steel wool, aluminum wool etc.
  • the sheet metal parts also function as a fastening part.
  • the sheet metal parts are generally produced by means of a forming or deep-drawing process, which is more complex the more complicated the shape of the sheet metal parts or the heat-insulating molded parts themselves is.
  • the object of the invention is to propose a new type of heat-insulating molded parts which can be manufactured more easily and more cost-effectively.
  • This object is achieved by heat-insulating molded parts which are produced using a curable molding compound which comprises a high-temperature-resistant binder, a particulate component of a pore-containing material and a fibrous or needle-shaped reinforcing component.
  • thermal insulation molded parts can be produced without problems as self-supporting molded parts.
  • the heat-insulating molded parts according to the invention are preferably at most less compressible, more preferably essentially incompressible.
  • the binder will preferably comprise an inorganic reaction mixture forming a ceramic matrix, since moldings of this type can later be easily disposed of with household waste or - as will be described further below - can be recycled in the course of the production of new heat insulation molded parts.
  • the use of a purely inorganic formulation also ensures very environmentally friendly production.
  • Inorganic reaction mixtures which are cold-curing are preferably used, since the tools for such molding compositions can be produced from plastic or wood. This means that expensive production of metal casting molds can be avoided.
  • the molded parts are preferably produced essentially free of organic components.
  • binder systems are described in DE 40 40 180 AI.
  • the molding compositions described there - with or without foaming agents - are not suitable as molding compositions for the present invention, since the molded parts produced in this way do not withstand the mechanical stresses in the motor vehicle, but it has surprisingly been found that the molding compositions according to DE 40 40 180 are good are suitable as a binder system for the present invention.
  • a preferred inorganic reaction mixture contains water glass, potassium hydroxide solution and furnace filter dust from the production of corundum. This dust arises when bauxite is melted in large furnaces. At temperatures of approx. 2,200 ° C, fine particles as well as evaporated and condensed material are whirled up due to the resulting thermals. This dust is then collected in the suction filters.
  • the chemical composition depending on the raw material (bauxite) used, is approximately
  • the grain size varies in large ranges from about 0.1 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the curing time can be set in wide ranges, for example between 5 seconds and 1 hour, by metering in the potassium hydroxide solution. This creates the possibility of optimally adapting the curing time to the existing manufacturing options.
  • Sodium water glass is preferably used as the water glass, since this is not only cheaper than potassium water glass, but also offers the advantage that the ceramic matrix formed has a higher mechanical strength and greater temperature resistance.
  • the self-curing inorganic reaction mixture which forms a ceramic material, is particularly preferred because it forms a matrix which has a comparable strength to sintered ceramic.
  • a warm hardening can be carried out at approximately 70-80 ° C.
  • the particulate component made of porous material, except that it has the lowest possible thermal conductivity.
  • the particulate component need not have any particular mechanical strength, in particular no great compressive strength, and the particulate component also does not require high thermal stability.
  • particulate, pore-containing materials which can also withstand the high-temperature conditions in the engine compartment or along the exhaust system
  • hollow glass spheres, expanded glass, Ver ikulite and / or pearlite being preferred here.
  • expanded glass instead of hollow glass spheres poses no problems, since the closed-pore structure of the hollow glass spheres is not necessary for the particulate, pore-containing component and the open-pore structure of the expanded glass particles does not have a disruptive effect in view of the normally set toughness of the molding composition .
  • Expanded glass is also much cheaper than glass hollow spheres. Vermiculite and pearlite particles are preferred materials because of their very low density, with vermiculite due to its layer structure also from the point of view of a improved acoustic insulation effect can be selected as a particulate component.
  • the possibility is used as a side effect to produce the molded parts with a relatively low specific density, which is preferably ⁇ 2 g / cm ⁇ , more preferably ⁇ 1.5 g / cm3 . Moldings with such a low specific density can be used for thermal insulation on a large scale without causing weight problems in automobile construction.
  • a wide range of reinforcing materials is also available for the reinforcing component, with fibrous reinforcing components not only meaning individual fibers, but also non-woven fabrics, fiber fabrics, knitted fabrics or the like.
  • the needle-shaped reinforcement components are also to be understood as needle fleece or the like.
  • the needle-shaped or fibrous reinforcing component is preferably mixed into the molding composition in the form of individual fibers or individual needles. Needle-shaped wollastonite, glass fibers, mineral fibers, mineral wool and / or metal fibers have proven to be particularly suitable.
  • the needles or fibers of the reinforcing component should preferably have a length in the range from approximately 50 to approximately 200 ⁇ m.
  • the lower limit of approx. 50 ⁇ m results from the fact that no reinforcing effect is achieved with significantly shorter fibers, while mixing of the molding compound becomes problematic with fibers with a significantly greater length than 200 ⁇ m and breakage of the long fibers the production of the molding compound is to be feared.
  • An exception here are glass and metal fibers, which can be up to approx. 15 mm long.
  • the molding composition may optionally contain, for example, a filler which can either be used to improve the properties of the molded parts or simply to reduce the cost of the molding composition material.
  • Talcum powder is a preferred filler, for example, because its platelet structure improves the elasticity of the hardened molding material.
  • Mica can also be used as a filler and is valued for its high heat resistance.
  • a particularly cheap filler is lime, which is used in particular as a substitute for stretching the molding compound.
  • hardened and comminuted molding material itself is also suitable as fillers for newly manufactured molded parts. In this way, used molded parts can be completely reused and do not have to be disposed of with the waste.
  • the molding composition may also contain inorganic pigments, in particular in the form of metal oxides, such as Iron oxides, chromium oxides, etc.
  • the viscosity of the molding compound is - regardless of the type of used binder - preferably adjusted to a viscosity of ⁇ 150 Pas. This not only permits good processing of the molding compound, but also permits gentle mixing of the fibrous or needle-shaped reinforcing materials.
  • thermal insulation molded parts according to the invention are, on the one hand, that they do not have a supporting structure, e.g. Sheet metal parts, need and can be produced in almost any configuration using easily produced shapes. Compared to the previous thermal insulation parts based on sheet metal parts, a much better, i.e. achieved in particular a smoother surface, and all design options are available to enhance the visual appearance. Since the car manufacturers place increasing value on an appealing design of the engine compartment, there is an essential advantage of the thermal insulation molded parts according to the invention over those known from the prior art. It is also very easy to make the molded part surface acoustically favorable, for example by means of a waffle or honeycomb structure.
  • the material that can be used for the production of the thermal insulation molded parts according to the invention is less expensive than for the molded parts according to the prior art, and since the complicated manufacture of formed or deep-drawn sheet metal parts is eliminated, there is also a much more economical manufacture, in particular also because of this, because easily producible plastic and wooden tools are suitable for producing the molded parts.
  • the particulate, pore-containing material essentially serves only to improve the thermal insulation, and in many cases it may already be sufficient if the particulate, pore-containing material forms cavities in the matrix during the solidification and curing of the molding compound and keeps it free while the fate of the particulate, pore-containing material when the thermal insulation molded parts are used in the motor vehicle during the operating period is of lesser importance, since due to the strength of the matrix, the cavities necessary for the thermal insulation are also retained when the particulate , porous material changes over time or should even burn out from the molded parts.
  • any other pore-containing material can be used which remains stable until the molding compound has cured and thus ensures the formation of pore-shaped cavities in the molding compound matrix.
  • the heat-insulating molded parts can contain molded-in or embedded fastening means which serve to fasten the heat-insulating part as a shield in the engine area or exhaust gas area of the motor vehicle.
  • Fastening parts can in particular be metal parts with an incorporated thread.
  • the thermal insulation parts can have a coating that can be formed by a metallic material or by lacquers.
  • the coating has the function of improving the radiation reflection on the inside in order to lead to even better thermal insulation by the thermal insulation part.
  • Particularly preferred molded thermal insulation parts comprise the reinforcing component in the form of a fiber mat.
  • the fiber mat is impregnated with a residual molding compound and, if necessary, shaped before curing.
  • the residual molding compound does not necessarily contain more reinforcing fibers or needles, but it does contain the remaining constituents defined at the outset, such as binders and the pore-containing material.
  • the figure shows a detail of a sectional view of a thermal insulation component 10 according to the invention, which consists of a with a molding compound impregnated fiber mat 12 according to the invention.
  • a high-temperature-resistant fiber mat (temperature-resistant up to approx. 800 to 1,000 ° C.) made of mineral wool was used as the fiber mat 12, which was briefly immersed in a very low-viscosity formulation for the molding composition.
  • the binder could be applied on one or both sides in a viscous formulation.
  • the "wet" fiber mat produced in this way was pressed into a desired contour using a mold. Since the mat is very flexible due to the impregnation with the molding compound, the simplest shapes and the lowest pressures are sufficient.
  • the ceramic binder hardens in a few minutes at ambient temperature, and the finished molded part can be removed from the mold.
  • the surface can be refined to improve radiation shielding.
  • the advantages of the invention in general lie in particular in the freedom of design in the shaping of the insulation components, in their extremely high strength, their low weight, in particular when using fiber mats as reinforcement and / or carrier material for the molding composition to be used, and high temperature resistance, good thermal insulation properties and good acoustic insulation properties.

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Abstract

Bei Wärmedämmformteilen für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungskraftmaschinen, welche insbesondere zur thermischen Isolierung von abgasführenden Bauteilen im Motorraum und im Bereich der Abgasanlage verwendbar sind, wird zur einfacheren und kostengünstigeren Herstellung vorgeschlagen, diese unter Verwendung einer aushärtbaren Formmasse herzustellen, welche ein hochtemperaturfestes Bindemittel, eine partikelförmige Komponente eines porenhaltigen Materials und eine faser- oder nadelförmige Verstärkungskomponente umfasst.

Description

Wärmedämmformteile
Die Erfindung betrifft Wärmedämmformteile für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere zur thermischen Isolierung von abgaseführenden Bauteilen im Motorraum und im Bereich der Abgasanlage.
Bislang bekannte Wärmedämmformteile für Kraftfahrzeuge mit Ver¬ brennungskraftmaschinen bauen auf Blechteilen aus Stahl oder Aluminium auf, welche als Trägermaterial dienen und dem Form¬ teil die notwendige Festigkeit verleihen. Zur Erzielung der notwendigen Wärmedämmwerte werden die Blechteile mit Glasfaser- gewebe, Stahlwolle, Aluminiumwolle etc. verklebt oder verklam¬ mert. Die Blechteile haben neben ihrer Funktion als Trägermate¬ rial auch die Funktion eines Befestigungsteils.
Die Blechteile werden in der Regel mittels eines Umform- oder Tiefziehprozesses hergestellt, der um so aufwendiger ist, je komplizierter die Gestalt der Blechteile bzw. der Wärmedämm¬ formteile selbst ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Art von Wärmedämmform¬ teilen vorzuschlagen, die einfacher und kostengünstiger her¬ stellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch Wärmedämmformteile gelöst, welche un¬ ter Verwendung einer aushärtbaren Formmasse hergestellt sind, welche ein hochtemperaturfestes Bindemittel, eine partikelför¬ mige Komponente eines porenhaltigen Materials und eine faser- oder nadeiförmige Verstärkungskomponente umfaßt.
Diese Wärmedämmformteile lassen sich problemlos als selbsttra¬ gende Formteile herstellen. Bevorzugt sind die erfindungsgemäs- sen Wärmedämmformteile allenfalls wenig kompressibel, weiter bevorzugt im wesentlichen inkompressibel. Bevorzugt wird das Bindemittel eine eine Keramikmatrix bildende anorganische Reaktionsmischung umfassen, da Formteile dieser Art später problemlos mit dem Hausmüll beseitigt werden können oder aber - wie weiter unten noch beschrieben werden wird - im Zuge der Herstellung neuer Wärmedämmformteile recyclebar sind. Durch die Verwendung einer rein anorganischen Rezeptur läßt sich außerdem eine sehr umweltfreundliche Herstellung gewähr¬ leisten.
Bevorzugt werden anorganische Reaktionsmischungen verwendet, die kalt aushärtend sind, da für solche Formmassen die Werkzeu¬ ge aus Kunststoff oder Holz hergestellt werden können. Dies be¬ deutet, daß eine teure Fertigung von metallenen Gießformen ver¬ mieden werden kann.
Im Hinblick auf die angestrebte Hochtemperaturfestigkeit der Formteile werden diese bevorzugt im wesentlichen frei von orga¬ nischen Bestandteilen hergestellt.
Besonders geeignete Bindemittelsysteme sind in der DE 40 40 180 AI beschrieben. Die dort beschriebenen Formmassen - mit oder ohne Schaumbildner - eignen sich zwar nicht als Formmasse für die vorliegende Erfindung, da die so hergestellten Formteile der mechanischen Beanspruchung im Kfz nicht standhalten, jedoch hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Formmassen gemäß der DE 40 40 180 gut als Bindemittelsystem für die vorliegende Erfindung geeignet sind.
Eine bevorzugte anorganische Reaktionsmischung enthält Wasser¬ glas, Kalilauge und Ofenfilterstaub aus der Korundherstellung. Dieser Staub entsteht, wenn Bauxit in großen Öfen aufgeschmol¬ zen wird. Bei Temperaturen von ca. 2.200° C wird aufgrund der entstehenden Thermik feinteiliges Material sowie verdampftes und wieder kondensiertes Material aufgewirbelt. In den Filtern der Absaugung wird dieser Staub dann aufgefan¬ gen. Die chemische Zusammensetzung beträgt, je nach eingesetz¬ tem Rohstoff (Bauxit), etwa
50-70% A1202
20-50% Si02 sowie Zusätze von T±02
Fe203
CaO
MgO
Na20 κ2o
und eventuell weitere Spurenelemente. Die Korngröße variiert in großen Bereichen von etwa 0,1 μm bis 200 μm. Über die Zudosie- rung der Kalilauge läßt sich die Aushärtezeit in weiten Berei¬ chen, beispielsweise zwischen 5 sek und 1 Std., einstellen. Hierüber ist die Möglichkeit geschaffen, die Aushärtezeit opti¬ mal an die bestehenden Fertigungsmöglichkeiten anzupassen.
Als Wasserglas wird vorzugsweise Natron-Wasserglas verwendet, da dieses nicht nur billiger als Kali-Wasserglas ist, sondern darüber hinaus noch den Vorteil bietet, daß die gebildete Kera¬ mikmatrix eine höhere mechanische Festigkeit und größere Tempe¬ raturbeständigkeit aufweist.
Die selbstaushärtende anorganische Reaktionsmischung, welche ein keramisches Material bildet, wird insbesondere deshalb be¬ vorzugt, da sie eine Matrix bildet, die eine vergleichbare Fe¬ stigkeit mit gesinterter Keramik aufweist.
Zur Beschleunigung des Aushärteprozesses der die keramische Ma¬ trix bildenden anorganischen Reaktionsmischung kann eine Warm¬ härtung bei etwa 70 - 80° C erfolgen. An die partikelförmige Komponente aus porenhaltige Material sind zunächst keine besonderen Anforderungen zu stellen, außer der, daß sie eine möglichst geringe thermische Leitfähigkeit aufweist. Insbesondere braucht die partikelförmige Komponente keine besondere mechanische Festigkeit, insbesondere keine gro¬ ße Druckfestigkeit, aufzuweisen, und auch eine hohe thermische Stabilität wird von der partikelförmigen Komponente nicht ver¬ langt. Im Falle, daß sich bei den im Motorraum herrschenden ho¬ hen Temperaturen eine Veränderung der partikelförmigen Kompo¬ nente ergibt, läßt dies im wesentlichen die Funktion des Wärme¬ dämmformteils unberührt, da die die einzelnen Partikel umgeben¬ de Matrix aus dem hochtemperaturfesten Bindemittel die Formhai- tigkeit der Wärmedämmformteile sicherstellt und außerdem ver¬ hindert, daß sich gegebenenfalls bildende Fehlstellen innerhalb der Matrix zu größeren Hohlräumen zusammenschließen, so daß auch im ungünstigen Fall bei der Zerstörung der partikelförmi¬ gen Komponente in Folge der Temperatureinwirkung stets eine Struktur der Formteile, in der eine Vielzahl von Hohlräumen, die der thermischen Isolierung dienen, erhalten bleibt.
Bevorzugt jedoch werden partikelförmige, porenhaltige Materia¬ lien verwendet, die auch den Hochtemperaturbedingungen im Mo¬ torraum bzw. entlang des Abgassystems standhalten, wobei hier bevorzugt auf Glashohlkugeln, Blähglas, Ver ikulit und/oder Perlit zurückgegriffen wird. Die Verwendung von Blähglas an¬ stelle von Glashohlkugeln stellt keinerlei Probleme dar, da die Geschlossenporigkeit der Glashohlkugeln für die partikelförmi¬ ge, porenhaltige Komponente nicht notwendig ist und die Offen- porigkeit der Blähglaspartikel angesichts der normalerweise eingestellten Zähigkeit der Formmasse sich nicht störend aus¬ wirkt. Blähglas ist außerdem wesentlich billiger als Glashohl¬ kugeln. Vermikulit- und Perlitpartikel sind wegen ihrer sehr geringen Dichte bevorzugte Materialien, wobei Vermikulit auf¬ grund seiner Schichtstruktur auch unter dem Gesichtspunkt einer verbesserten akustischen Dämmwirkung als partikelförmige Kompo¬ nente ausgewählt werden kann.
Neben den Wärmedämmeigenschaften des partikelförmigen, poren¬ haltigen Materials wird als Nebeneffekt die Möglichkeit ge¬ nutzt, die Formteile mit einer relativ geringen spezifischen Dichte herzustellen, welche bevorzugt < 2 g/cm^, weiter bevor¬ zugt < 1,5 g/cm3 beträgt. Formteile mit solch niedriger spezi¬ fischer Dichte können in großem Umfang zur Wärmedämmung einge¬ setzt werden, ohne daß sie zu Gewichtsproblemen im Automobilbau führen.
Für die Verstärkungskomponente steht ebenfalls eine breite Pa¬ lette von Verstärkungsmaterialien zur Verfügung, wobei unter faserförmigen Verstärkungskomponenten nicht nur Einzelfasern, sondern auch Faservliese, Fasergewebe, Gewirke oder dergleichen zu verstehen sind. Ebenso sind unter den nadeiförmigen Verstär¬ kungskomponenten auch Nadelvliese oder dergleichen zu verste¬ hen.
Bevorzugt wird jedoch die nadel- bzw. faserförmige Verstär¬ kungskomponente in die Formmasse in Form von Einzelfasern bzw. Einzelnadeln eingemischt. Als besonders geeignet haben sich na¬ deiförmiger Wollastonit, Glasfasern, Mineralfasern, Mineralwol¬ le und/oder Metallfasern erwiesen.
Die Nadeln bzw. Fasern der Verstärkungskomponente sollten vor¬ zugsweise eine Länge im Bereich von ca. 50 bis ca. 200 μm auf¬ weisen. Die Untergrenze von ca. 50 μm ergibt sich dadurch, daß bei deutlich kürzeren Fasern keine Verstärkungswirkung mehr er¬ zielt wird, während bei Fasern mit einer deutlich größeren Län¬ ge als 200 μm das Mischen der Formmasse problematisch wird und ein Brechen der langen Fasern bei der Herstellung der Formmasse zu befürchten ist. Eine Ausnahme bilden hier Glas- und Metall¬ fasern, die bis zu ca. 15 mm lang sein können. Neben den zuvor beschriebenen, unabdingbaren Komponenten der Formmasse gemäß der vorliegenden Erfindung kann fakultativ in der Formmasse beispielsweise ein Füllstoff enthalten sein, der entweder zur Eigenschaftsverbesserung der Formteile oder aber einfach zur Verbilligung des Formmassenmaterials verwendet wer¬ den kann.
Talkumpulver stellt beispielsweise einen bevorzugten Füllstoff dar, da es aufgrund seiner Plättchenstruktur die Elastizität des ausgehärteten Formmassenmaterials verbessert.
Glimmer kommt ebenfalls als Füllstoff infrage und wird wegen seiner großen Hitzebeständigkeit geschätzt.
Ein besonders billiger Füllstoff ist Kalk, welcher insbesondere als Ersatzstoff zum Strecken der Formmasse Verwendung findet.
Als Füllstoffe für neu herzustellende Formteile eignet sich je¬ doch auch ausgehärtetes und zerkleinertes Formteilmaterial selbst. Auf diese Weise können ausgebrauchte Formteile voll¬ ständig wiederverwendet werden und müssen nicht mit dem Müll entsorgt werden.
Bei den Füllstoffen wird vorzugsweise darauf geachtet, daß die Korngröße der Füllstoffpartikel von ca. 0 bis ca. 200 μm, bei einer möglichst breiten Korngrößenverteilung, reicht. Dies be¬ deutet, daß eine sehr enge Verteilung innerhalb des Bereichs 0 bis 200 μm Korngröße vorzugsweise vermieden wird.
Die Formmasse kann ferner anorganische Pigmente enthalten, ins¬ besondere in Form von Metalloxiden, wie z.B. Eisenoxide, Chrom¬ oxide, etc.
Die Viskosität der Formmasse wird - unabhängig von der Art des verwendeten Bindemittels - vorzugsweise auf eine Viskosität von < 150 Pas eingestellt. Dies erlaubt nicht nur eine gute Verar¬ beitung der Formmasse, sondern erlaubt auch ein schonendes Un¬ termischen der faserförmigen oder nadeiförmigen Verstärkungsma¬ terialien.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Wärmedämmformteile liegen zum einen darin, daß sie keine tragende Struktur, wie z.B. Blechteile, benötigen und über leicht herzustellende Formen in nahezu beliebiger Ausgestaltung herstellbar sind. Gegenüber den bisherigen, auf Blechteilbasis aufgebauten Wärmedämmteilen wird eine wesentlich bessere, d.h. insbesondere glattere Oberfläche erzielt, und zur Aufwertung des optischen Erscheinungsbildes stehen sämtliche Gestaltungsmöglichkeiten offen. Da die Kfz-Hersteller immer mehr Wert auf eine ansprechende Gestaltung des Motorraumes legen, liegt hier ein wesentlicher Vorzug der erfindungsgemäßen Wärmedämmformteile gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten. Auch ist es sehr einfach möglich, die Formteil-Oberfläche akustisch günstig zu gestalten, zum Beispiel durch eine Waffel- oder Wabenstruktur.
Insgesamt ist das für die Herstellung der erfindungsgemäßen Wärmedämmformteile verwendbare Material kostengünstiger als bei den Formteilen gemäß dem Stand der Technik, und da die kompli¬ zierte Herstellung von umgeformten oder tiefgezogenen Blechtei¬ len entfällt, ergibt sich auch eine wesentlich kostengünstigere Herstellung, insbesondere auch deshalb, weil sich leicht her¬ stellbare Kunststoff- und Holzwerkzeuge zur Herstellung der Formteile eignen.
Nur bei der Verwendung von Korund-Ofenfilterstaub ist in Ver¬ bindung mit einer speziellen Rezeptur (s.u. ) eine so schnelle Aushärtung gewährleistet, daß eine Großserienfertigung möglich ist (Beispiel 160.000 Teile/Jahr). Außerdem gewährleistet nur diese spezielle Rezeptur und die Verwendung von genau aufein¬ ander abgestimmten Füllstoffen und Fasern eine so große Festig¬ keit und Rißzähigkeit, daß ein Einsatz in Kraftfahrzeugen (Vibrationen! ) möglich ist.
Schließlich sei noch eine beispielhafte Rezeptur einer Formmas¬ se für die Herstellung von erfindungsgemäßen Wärmedämmformtei¬ len genannt:
1 Teil Si02 als Bezugsgrundlage 1,4 bis 2,7 Teile H20 Bindemittel
0,25 bis 0,5 Teile Na20
12 bis 20 Teile Korund-Ofenfilterstaub
2 bis 8 Teile Verstärkungsfasern 0,5 Teile Glashohlkugeln
Wichtig ist, daß das Bindemittel zusammen mit der Verstärkungs¬ komponente eine ausreichend feste und schnell aushärtende Ma¬ trix bildet, die den zum Teil heftigen Erschütterungen, die in Kraftfahrzeugen beim üblichen Betrieb auftreten, standhalten. Das partikelförmige, porenhaltige Material dient im wesentli¬ chen lediglich der Verbesserung der Wärmedämmung, und es kann in vielen Fällen bereits ausreichend sein, wenn das partikel¬ förmige, porenhaltige Material während der Verfestigung und Aushärtung der Formmasse Hohlräume in der Matrix bildet und freihält, während das Schicksal des partikelförmigen, porenhal¬ tigen Materials beim Einsatz der Wärmedämmformteile im Kfz wäh¬ rend der Betriebsdauer von geringerer Bedeutung ist, da auf¬ grund der Festigkeit der Matrix die für die Wärmedämmung not¬ wendigen Hohlräume auch erhalten bleiben, wenn das partikelför¬ mige, porenhaltige Material sich im Laufe der Zeit verändert oder gar aus den Formteilen ausbrennen sollte. Dies bedeutet, daß anstelle der bereits zuvor genannten partikelförmigen, po¬ renhaltigen Materialien jedes andere porenhaltige Material ver¬ wendet werden kann, das bis zum Zeitpunkt der Aushärtung der Formmasse stabil bleibt und so für die Bildung von porenförmi- gen Hohlräumen in der Formmassenmatrix sorgt.
Die Wärmedämmformteile können Befestigungsmittel eingeformt oder eingebettet enthalten, die der Befestigung des Wärmedämm¬ teiles als Abschirmung im Motorbereich oder Abgasbereich des Kfzs dienen. Befestigungsteile können insbesondere Metallteile mit eingearbeitetem Gewinde sein.
Zusätzlich können die Wärmedämmteile je nach Einsatzfall eine Beschichtung aufweisen, die durch ein metallisches Material oder aber durch Lacke gebildet werden kann. Die Beschichtung hat insbesondere die Funktion, die Strahlungsreflexion innen zu verbessern, um so zu einer noch besseren Wärmedämmung durch das Wärmedämmteil zu führen.
Besonders bevorzugte Wärmedämmformteile umfassen die Verstär¬ kungskomponente in Form einer Fasermatte. Die Fasermatte wird mit einer Restformmasse getränkt und gegebenenfalls vor dem Aushärten geformt. Die Restformmasse enthält dabei nicht unbe¬ dingt mehr Verstärkungsfasern oder -nadeln, jedoch die restli¬ chen, eingangs definierten Bestandteile, wie Bindemittel und das porenhaltige Material.
Anhand der Zeichnung, welche ein besonders bevorzugtes erfin¬ dungsgemäßes Formteil in Schnittansicht zeigt, werden einige Aspekte der Erfindung noch näher erläutert.
Die Figur zeigt im Ausschnitt eine Schnittansicht, eines erfin¬ dungsgemäßen Wärmedämmbauteiles 10, welches aus einer mit einer erfindungsgemäßen Formmasse getränkten Fasermatte 12 besteht.
Als Fasermatte 12 wurde eine hochtemperaturbeständige Faser¬ matte (temperaturbeständig bis ca. 800 bis 1.000° C) aus Mine¬ ralwolle verwendet, welche kurzzeitig in eine sehr dünnflüssige Rezeptur für die Formmasse getaucht wurde. Alternativ könnte das Bindemittel in einer dickflüssigeren Rezeptur ein- oder beidseitig aufgebracht werden.
Die so erzeugte "nasse" Fasermatte wurde mit Hilfe einer Form in eine gewünschte Kontur gepreßt. Da die Matte aufgrund der Tränkung mit der Formmasse sehr flexibel ist, reichen hierfür einfachste Formen und geringste Drücke. Das keramische Binde¬ mittel härtet bei Umgebungstemperatur in wenigen Minuten aus, das fertige Formteil kann der Form entnommen werden.
Bei dem in der Figur gezeigten Wärmedämmbauteil wurde über dem Formteilquerschnitt ein Formmassengradient erzeugt, d.h. die Anteile der Formmasse an der Gesamtmasse des Dämmbauteils sind an den Oberflächen 14 und 15 des Dämmbauteils 10 größer als im mittleren Bereich 16. Diese Verteilung der Formmasse über den Bauteilquerschnitt ermöglicht nicht nur die Einsparung an Form¬ masse bei der Herstellung der Dämmbauteile, sondern verbessert zum einen die thermischen Isolationseigenschaften und erstaun¬ licherweise auch die akustischen Dämmeigenschaften und ergibt natürlich ein geringeres Gewicht.
Darüber hinaus führt dies bei sparsamem Einsatz der Formmasse zu einer optisch akzeptablen Oberfläche und zu einer sehr ge¬ ringen Aufnahme von Wasser und Öl durch das Bauteil 10.
Bei Bedarf kann zur Verbesserung der Strahlungsabschirmung eine Veredelung der Oberfläche vorgenommen werden. Die Vorteile der Erfindung ganz allgemein liegen insbesondere in der Gestaltungsfreiheit bei der Formgebung der Dämmbauteile, in deren extrem hoher Festigkeit, deren geringem Gewicht, ins¬ besondere bei Verwendung von Fasermatten als Verstärkung und/oder Trägermaterial für die zu verwendende Formmasse, eine hohe Temperaturbeständigkeit, gute Wärmedämmeigenschaften und gute akustische Dämmeigenschaften.
Insbesondere ist herauszuheben, daß bislang erstmalig ein zur Tränkung von Fasermatten geeignetes Formmassematerial vorge¬ schlagen wird, welches extrem temperaturbelastbar ist, d.h. bis zu 1.000° C temperaturbeständig bleibt und das außerdem bei Umgebungstemperatur in wenigen Minuten aushärtbar ist und des¬ halb eine Großserienfertigung der Dämmbauteile erlaubt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Wärmedämmformteile für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungs¬ kraftmaschinen, insbesondere zur thermischen Isolierung von abgaseführenden Bauteilen, wobei die Formteile unter Verwendung einer sehr schnell aushärtbaren Formmasse her¬ gestellt sind, welche ein hochtemperaturfestes Bindemit¬ tel, eine partikelförmige Komponente eines porenhaltigen Materials und eine faser- oder nadeiförmige Verstärkungs¬ komponente umfaßt.
2. Formteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel eine eine Keramikmatrix bildende anorga¬ nische Reaktionsmischung umfaßt.
3. Formteile nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Reaktionsmischung selbständig aushärtend ist, wobei durch eine exotherme Reaktion Temperaturen bis 80° C entstehen.
4. Formteile nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Reaktionsmischung Wasserglas, KOH und Ofenfilterstaub der Korund-Herstellung umfaßt.
5. Formteile nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserglas im wesentlichen aus Natron-Wasserglas be¬ steht.
Formteile nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die partikelförmige Komponente aus po- renhaltigem Material, Glashohlkugeln, Blähglas, Vermiku¬ lit und/oder Perlit umfaßt.
Formteile nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß ihre spezifische Dichte < 2 g/cm^, vor¬ zugsweise < 1,5 g/cm^ beträgt.
Formteile nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Verstärkungskomponente nadeiförmi¬ gen Wollastonit, Glasfasern, Mineralfasern, Mineralwolle und/oder Metallfasern umfaßt.
9. Formteile nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln bzw. Fasern der Verstärkungskomponente eine Länge im Bereich von ca. 50 bis ca. 200 μm, im Falle von Glas- und Metallfasern bis ca. 15 mm aufweisen.
10. Formteile nach einem der voranstehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Formmasse ferner einen Füllstoff enthält.
11. Formteile nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Talkum, Glimmer, Kalk und/oder recycliertes Formteilmaterial in Pulverform umfaßt.
12. Formteile nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Korngröße des Füllstoffs von 0 bis ca. 200 μm bei einer breiten Korngrößenverteilung reicht.
13. Formteile nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Formmasse anorganische Pigmente, insbesondere auf der Basis von Metalloxiden, umfaßt.
14. Formteile nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Viskosität der Formmasse < 150 Pas beträgt.
15. Formteile nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Formteil die faser- oder nadeiför¬ mige Verstärkungskomponente als eine hochtemperaturfeste Fasermatte umfaßt, welche mit der sehr schnell aushärt¬ baren Restformmasse getränkt und noch vor dem Aushärten der Formmasse modelliert wurde.
16. Formteile nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächennahen Bereiche der Formteile einen höheren Formmassenanteil umfassen, als von der Oberfläche ent¬ fernt liegende.
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