隔离构件，特别是隔热屏.pdf

本发明涉及一种隔离构件，特别是隔热屏，包括一具有隔离层(14)和遮盖层(10)的两层结构，其中隔离层由一网格状结构构成，它设计为自身稳定的、却可变形的扁平式形成物，并且至少部分地在边缘侧上被遮盖层(10)包围嵌接，它基本上在整面的紧贴下沿隔离层(14)的其中一侧延伸。

1.  隔离构件，特别是隔热屏，包括一带有隔离层(14)和遮盖层(10)的两层结构，其中隔离层(14)由一网格状结构构成，该网格状结构设计为自身稳定的、但可变形的扁平式成形物，并且至少部分地在边缘侧上被遮盖层(10)包围嵌接，所述遮盖层在整面紧贴的情况下基本上沿隔离层(14)的其中一侧延伸。

2.  按权利要求1所述的隔离构件，其特征在于，所述网格状结构由开孔泡沫构成。

3.  按权利要求1所述的隔离构件，其特征在于，所述网格状结构由空心球结构构成。

4.  按权利要求1所述的隔离构件，其特征在于，所述网格状结构由蜂窝状结构构成。

5.  按权利要求1所述的隔离构件，其特征在于，所述网格状结构由丝网印刷结构构成。

6.  按权利要求1至5任一项所述的隔离构件，其特征在于，用于构成网格状结构使用的材料以铁、钢、钛、钴、镍、铝、铜、镁以及优质钢为基包括其合金、金属间化合物以及所有可烧结的材料。

7.  按权利要求1至6任一项所述的隔离构件，其特征在于，网格状结构的孔(18)设有填充介质。

8.  按权利要求1至7任一项所述的隔离构件，其特征在于，遮盖层(10，12)由一可变形的金属板材构成。

隔离构件，特别是隔热屏
技术领域
本发明涉及一种隔离构件，特别是隔热屏，包括一隔离层和一遮盖层。
背景技术
此类隔离构件以不同的实施方式已知，特别是在汽车技术上得到广泛应用。作为隔热屏，此类构件的任务在于，阻挡马达及其部件例如涡轮增压器、催化剂等等通过射束和/或对流释放的热量。因为要考虑的需要隔离的部件不仅是热源，而且还是声源，所以，除了阻挡热量之外，一有利的声音隔离性能为也极其重要。
为了满足这些要求，在DE 41 37 706 A1中已经建议，作为用于隔离部件的声吸收的隔热设备，设置一个透声的金属载体作为遮盖层，以及一在载体上设置的以隔离层为形式的隔离金属。在已知的方案中，一由石英砂组成的固体用作隔离材料，其晶粒直径为大约0.8至2mm。石英砂材料能够较好地进入载体的已有的空隙处中，并被金属载体包围；但由于使用固体，已知的方案具有大的重量，并且只要隔离部件设计成多层的构造，除了制造成本外，也增加了制造耗费。
DE 102 53 508 B3也示出了可比较的方案，它使用高弥散的硅酸作为在构造为遮盖层的金属片之间的隔离层，它和石英砂一样不可压缩，并保证良好的热量阻挡；DE 42 11 409 A1也示出了可比较的方案，它使用玻璃纤维束作为汽车内燃发动机外覆件的隔热层和隔声层，该玻璃纤维束还添加了矿化填料，如石英砂或者玄武岩矿棉。
在按上述DE 102 53 508 B3已知的方案中，在一平的金属片上，在一由金属片形成的结构构件的、在后来运行使用时承受热负荷的区域内加设一作为隔热屏的、由隔热材料制成的层，所述隔热材料优选形式为高弥散的硅酸的材料。然后，所述层由一金属片薄膜遮盖，它借助其凸起的边缘环绕地通过点焊接与金属片相连。接着，如此展开的金属片输送给一压力机，而且使得具有遮盖金属片薄膜的区域和由隔离材料组成的层进入一深冲压力机的相应的空隙中。通过深冲过程，金属片变形为结构构件，例如形式为一壳形的、具有隔离材料和遮盖的优选地外部镜面化的金属片薄膜的壳形区域在隔离构件的运行使用中面向热源。
由于上述的点焊接，特别是在强烈的热负荷变换中，失效不能排除，并且由于隔离层只沿板遮盖层的一部分延伸，所以，在一定程度上，隔离构件在其边缘范围内与良好的隔热有关地还无法满足愿望。此外，已知的方案在制造中很昂贵。
由DE 298 18 694 U1已知一轻型构件，它特别用于汽车的隔热屏，它由多个互相相连的层组成。于是，作为本身的载体层，使用一在两个互相垂直延伸的方向上起波纹和穿孔的栓钉板，在其上侧在中间连接一膜状遮盖层的情况下设置一由纤维材料组成的混合物，在上面设置另一至少三层的隔离层，该隔离层由一在两个光滑的薄膜层之间设置的网膜层组成，该网膜层由另一遮盖板层隔离，它在至少两个相对的边缘上通过在边缘侧的搭接与由板材料组成的载体层相连。已知的方案虽然具有良好的隔热和隔声值，但是，由于多个构件在制造中很昂贵，因此由于在遮盖层之间紧固的隔离层结构很难作为整体成形。
此外，由DE 699 003 418 T2还已知一种用于制造作为隔离层的耐热的刚性板材的方法，其中，一所谓蛭石-颗粒通过一陶瓷黏合剂涂层，并且如此固化的、预先涂层的蛭石-颗粒在制成情况下进一步用一陶瓷黏合剂涂层。此前制造的板制品保持高达1000℃的温度，并且与机械应力相比极其稳定，因此在固化状态下不会变形。该已知方案也在制造中非常复杂和昂贵。
发明内容
以该现有技术为出发点，本发明的目的在于，在保留已知方案的优点、即保证良好的吸收声和热的情况下，如此进一步改进，使得在制造成本很小时实现隔离构件的轻型结构方式，另外，它在可预先规定的范围内能够自由地变形。具有按权利要求1所述特征的隔离构件在其整体上实现该目的。
按本发明的隔离构件，特别是隔热屏，包括一具有隔离层和遮盖层的两层结构，其中隔离层由一网格状结构构成，它设计为自身稳定的、但却可变形的扁平式成形物并且至少部分地在边缘侧上由一遮盖层包围嵌接，它基本上在整面紧贴的情况下沿隔离层的一侧延伸。因此，由一网格状结构构成的隔离层在构成结合(Verband)的情况下由互相作用的各个单元格组成，其中各个“单元格壁”使整个结构加固，即隔离构件作为为整体加固，单元格壁之间的空间设计为空腔，减轻用于隔离构件的重量，使得它能够构成为轻型构件。
此外，与例如由紧密的金属、纤维复合材料或者固体矿化物床如石英砂构成的实心隔离层不同，网格状结构还具有一明显改进的消声和减震功能。通过隔离构件的网格状结构，在同时提升抗拉强度和抗压强度值时，减少密度。尽管提升强度值，但是隔离层要么能够与遮盖层分开要么与其一起相连地毫无问题地成型为可预先规定的三维的隔热屏形式，例如借助一深冲过程。在一定程度上，隔离构件的网格状结构也允许加强对形变能的吸收，这不仅对在可能的变形过程时而且也对在使用隔离构件时的变形性能产生积极的影响。
相应使用的网格状结构构成一自身稳定的层，并与遮盖层一起构成作为整体的可操作的隔离构件，隔离层沿着该遮盖层基本上在整面紧贴的情况下以其一个表面延伸，由于整面的两层结构，隔离层能够在整个遮盖层上起隔离作用。在提及基本上整面的紧贴时，这意味着，遮盖层为了额外的加固也能够设有槽或者其他筋条曲线，其中，隔离层在必要时从其中突起并跟随遮盖层的平面或者弯曲的表面走向。通过遮盖层在边缘侧上至少部分地包围嵌接隔离层，如此自身稳定的结合在热负荷变换时能够工作，使得层能够互相推移，而不会导致不希望的层分离，就像例如通常在焊接连接时能够的那样。网格状结构能够如此设计，使得它抗磨损并且因此抗机械损坏。
此外，被证明特别有利的是，网格状结构由一开孔泡沫、一空心球结构、一蜂窝状结构或者一丝网印刷结构构成。借助所述网格状结构，也能够制造几何上复杂形成的隔离层，使得对隔离构件的结构构造几乎没有限制，这在设计为隔热屏的隔离构件直接在热量产生的地方跟随复杂的三维外部几何形状时会发挥作用，就像它例如通过发电机组、涡轮增压器、催化器的构造所设置的那样。
在具有高强度值的优化的轻型结构方式中，证明是有利的是，对于隔离层使用一金属泡沫。在一夹层结构方面上再次证明是特别有利的是，对于泡沫使用一开放多孔的结构，它特别在出现交变压力或者类似情况时保证在同时的强度时的高弹性。
按本发明隔离构件的其他有利的构造是其他从属权利要求的对象。
附图说明
以下借助于一按附图的实施方式进一步说明按本发明的隔离构件。其中以原理性且非按比例的图示出：
图1示出设计为隔热屏的隔离构件的透视俯视图，其中面向观察者示出一板遮盖层，它在其下方朝上遮盖一隔离层；
图2示出包括面向观察者的隔离层的按图1的隔离构件的底视图，该隔离层至少部分地在边缘侧上被按图1的板遮盖层搭接；
图3示出按图1和2的方案的原理图，其中在边缘侧上板遮盖层搭接所使用的隔离层；
图4和图5示出各个结构单元格作为开孔泡沫和空心球结构的一部分的剖视图；
图6示出一蜂窝状结构或者一丝网印刷结构的透视俯视图。
具体实施方式
在图1和2中示出的一隔离构件的实施例设计为隔热屏的形式，如人们通常在汽车领域中需要的那样，其中由网格状结构构成的隔离层14沿一遮盖层10延伸。如特别是图2所示，隔离层14在边缘侧上至少部分地被板遮盖层10搭接，并如此地面状地保持在遮盖层10上。遮盖层10能够与隔离层14一起被面状地切开，以便然后在组合中共同变形地形成一个具有冲压的加固槽16和通孔18的三维的隔热屏方案，它们后来用于将隔热屏固定汽车内部中。
翻边的固定状态在图3中以原理性的剖视图示出。对于按图2的隔离层14来说，使用一所谓的空心球结构，其中可确定地制造的各个单元格优选地由金属空心球19组成，以便网格状结构相连。金属空心球(如对于单个单元格它们在图5中示范地以切开的方式示出)除了使用烧结过程能够通过对有机载体如泡沫聚苯乙烯球的涂层和接下来的分离(Entbindern)制造。其中壳层厚度在20至500μm之间且直径在1.5至10mm之间的球形成为网格状结构的单元格壁22。作为涂层材料，除了铁粉外，其他金属粉也适合，它们借助一粘接剂也能够形成一悬浮体。
按此原因，如此的空心球结构也能够通过一陶瓷的材料得到，但对于空心球结构使用金属的优点在于，隔离层14的结构可压缩到某一程度。如此构成的空心球复合物也被证明是在机械和热学上稳定的并且能抗磨损的影响。由此，也存在这样的可能性，即在去除板遮盖层10情况下，通过变形构成和使用展开的空心球结构14作为直接用于隔热屏的隔离层。但正是通过板遮盖层10和隔离层14的组合，一方面，隔离层14免于磨损的影响，特别是在隔离层14薄的结构上，它能够比遮盖层10的厚度还薄，遮盖层10有利于整个隔热屏的稳定，并简化隔热屏在汽车内部范围如发动机空间等中的安装。
除了上述的空心球结构外，它也能够由一个空心蜂窝状结构或者类似结构组成，特别是以一开孔泡沫为形式的金属泡沫能够用作隔离层14。除了金属泡沫之外，也能够在使用热稳定的塑料材料情况下使用一复合泡沫(Kompositeschaum)用于隔离层14，和能够进行烧结以便进行制造的陶瓷泡沫一样，与优选使用的金属泡沫不同，所述复合泡沫不具有任何弹性挠曲的伸展性能或者压缩性能，这本身就是所希望的，以便隔离构件或者隔热屏在热应力的情况下相应地在热量影响下能够可逆地伸展。
为了得到金属泡沫，例如，也能够使用用于制造多孔的金属体的方法，如DE 40 18 360 C1所规定的那样。在已知的方法上，首先，制造一由金属粉和一气体排出的膨胀剂粉组成的混合物。接着，该混合物在一温度下热压缩形成为半成品，在该温度下金属粉粒子的连接首先通过扩散实现并在选择如此高的压力下，使得阻碍膨胀剂的分解。受热压缩如此长时间地进行，直到金属粒子相互紧密地结合并在这方面构成为用于膨胀剂的气体粒子的不透气的闭塞。然后，如此制造的半成品加热到高于膨胀剂分解温度的温度，接着如此冷却发泡的体。其中，金属氢化物例如钛氢化物或者碳酸盐能够作为膨胀剂使用，但是，也可以使用容易汽化的以粉状有机物质为形式的材料。这里，作为金属特别考虑的是纯铝粉，但也可以考虑铜粉等。用于制造的具体的细节从上述专利文献中得出。
用于制造钢泡沫、特别是以铝和镍泡沫为形式的另一方法通过在所谓沉积物反应泡沫烧结方法(SRSS)中得出，其中发泡通过一化学反应在室温下进行。其中，金属粉和分散剂首先在构成一硅酸盐层情况下混合，其中根据金属粉的合金含量，能够添加非常精细反应金属粉(例如形式为羰基铁)的膨胀剂。接着，向溶剂(水和/或酒精)添加浓缩的磷酸，其中酸在水中分解。因此，产生一种沉积物状悬浮物，其中两个反应平行发生，即一方面，在化学反应时在反应的金属粒子和酸之间产生氢气泡，它们造成沉积物的直接发泡。此外，形成一金属磷酸盐，它承担粘合剂的作用并且稳定泡沫结构。如此得到的坯件在减少大气压的情况下烧结成一开放多孔的金属泡沫(为此也可参看DE 197 16 514 C1)。
此外，开孔泡沫能够再次通过涂层方法由聚合物泡沫在使用金属粉如铁粉情况下得到。所述的制造方法再次与在使用随后的分离(Entbinderung)以及烧结情况下用于制造各个空心球结构的方法相应。在此优选地使用的材料是钢或者以镍、钴和钛为基础的合金。同样，也能够使用金属间化合物。如此制造的开孔泡沫或者开放多孔泡沫除了高的渗透性之外，还具有一大的单位表面积，因此具有一高的排热能力。开孔泡沫能够设计为小孔或者大孔。开孔导致用于泡沫材料的小的使用重量，因此导致用于整个隔离构件的轻的重量。由于多孔结构，相应的金属泡沫是弹性挠曲的，并能够如此明显地补偿热引起的长度或者容量变化。此外，还得到一种非常抗压的、可承受负荷的用于各个希望的隔离构件的整个结构。
用于上述开放多孔的泡沫的各个单元格与其孔20以及限制孔20的单元格壁22在图4中以一种半球形式的剖视图示出。所述的单元格也能够用作自由的松散材料。
在使用金属的情况下，为了得到一希望的网格状结构作为例如形式为按图6所示的蜂窝状结构的空心结构，另一可能性又在于，将一金属粉、例如以铝粉为形式与一适合的润滑剂粉均匀地混合，该润滑粉作为不透气的预制材料(半成品)如此加热，使得在金属熔点之上产生金属泡沫。然后，如果液体的泡沫通过低于金属熔化温度的迅速冷却转为固态阶段，那么，就形成固态金属泡沫及一封闭的蜂窝状外壳，其具有一位于其中的封闭孔的内部结构。
按图6的蜂窝状结构也能够通过一所谓金属的丝网印刷结构得到，其中在各个步骤上得到一用于蜂窝状结构的分层结构。然后，隔离层14的显著的结构化能够通过掩膜变形实现。接下来的分离和烧结在大批量的范围内导致具有有针对性的、极其多样的孔样式的隔离层14。
此外，通过隔离层14的网格状结构构成的空腔(孔)也能够设有其他填充体材料，例如纤维材料、固体等。由此，其他与热的情况的匹配能够实现和/或能够继续加固上述结构。
在使用用于隔离构件如隔热屏的蜂窝状隔离层时，除了一良好的隔热和一由高的声吸收能量造成的突出的声吸收之外，相对于震动和碰撞达到良好的机械阻尼，使得如此设计的隔热屏能够对于以后的使用被认为是非常耐用的。