DE102009002536A1

DE102009002536A1 - Faserprodukt, Faserformteil sowie Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102009002536A1
Application number: DE200910002536
Authority: DE
Inventors: Diederik Cuylits
Original assignee: Culimeta Alfons Cuylits-Gesell fur Textilglas Technologie mbH
Current assignee: Culimeta Alfons Cuylits-Gesell fur Textilglas Technologie mbH
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2010-10-28
Also published as: EP2422006A1; CN102414356A; US20120034417A1; KR20120013936A; BRPI1013713A2; WO2010122076A1

Abstract

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die zur thermischen Isolierung geeigneten Faserprodukte, insbesondere Glasfaserprodukte, durch aktivierbare Fixierungsmittel vorübergehend eine eigenstabile Form erhalten können. Dieses ermöglicht ein einfacheres bzw. vollautomatisches Einsetzen der aus den erfindungsgemäßen Faserprodukten hergestellten Faserformteile. Besonders einfach wird die Verarbeitung der Faserprodukte zu einem Formteil, wennn dieses Produkt selber die Fixierungsmittel trägt. Es muss daher nicht in einem separaten Fertigungsschritt ein Fixierungsmittel während des In-die-Form-Bringens zugeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Faserprodukt und Faserformteil sowie Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere kann ein solches Teil als Formteil zur thermischen und/oder akustischen Entkopplung und/oder Fixierung zwischen Bauteilen eingesetzt werden und insbesondere als wärmeisolierende Wanddurchführung, vorzugsweise bei fluidführenden Systemen, wie beispielsweise Komponenten von Abgasanlagen, wie z. B. Katalysatoren und Schalldämpfern mit Außengehäuse aus Kunststoff verwendet werden.
Aus dem Stand der Technik sind neuartige Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren bekannt, bei denen das Außengehäuse aus Kunststoff besteht. Dadurch kann der Dämpfer kleiner und in beliebiger Form zum platzsparenden Einbau gestaltet werden. Kritisch ist dabei die notwendige Wärmeisolation der Wanddurchführung im Kunststoffaußengehäuse, durch die das abgasführende heiße Metallrohr geführt wird. Wegen der bekannten Eigenschaften werden dabei auch Glasfaserprodukte als Isolator eingesetzt. Diese werden häufig beim Einsetzen von Hand in Form gebracht, ggf. unter Verwendung mehrerer Glasfaserprodukte. Zur Erleichterung der Montage können diese Glasfaserprodukte auch zuvor beispielsweise durch Vernähen oder ähnliche Hilfsmittel grob in Form gehalten werden. In einem weiteren Arbeitsschritt sind Dichtungsmittel in den Bereich des Übergangs zwischen heißem Metallrohr und Außengehäuse einzubringen, die dafür sorgen, dass die Abgase nicht zwischen Außengehäuse und Innenrohr entweichen können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Faserprodukt und Faserformteil sowie Verfahren zur Herstellung desselben zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Faserprodukt, Faserformteil sowie Verfahren zur Herstellung desselben mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche sowie der Wanddurchführung bzw. dem Schalldämpfer mit den Merkmalen der Ansprüche 18 bzw. 19.
Zur besseren Verständlichkeit wird im folgenden die Erfindung erläutert anhand des Beispiels „Glasfasern” als eingesetzte Fasern. Der Begriff Glasfaser soll die Erfindung nicht auf Produkte mit dem Werkstoff Glas beschränken. Vielmehr bezieht sich die Erfindung auf alle für den jeweiligen Einsatzzweck geeignete Fasern, nämlich insbesondere: alle organischen oder nichtorganische Fasern, z. B. Mineralfasern, künstliche Mineralfasern, thermoplastische Fasern, Glasfasern, sämtliche vorzugsweise hochtemperaturbeständig über 100°C, vorzugsweise 120°C. Ferner ist es für die Erfindung unwesentlich, ob die Fäden aus endlosen Filamenten oder kurzen Fasern bestehen. Fasern begrenzter Länge sind Stapelfasern, im Prinzip unendlich lange Fasern sind Filamente bzw. Endlos-Fasern. Ein Faserprodukt bzw. -Formteil kann erfindungsgemäß aus kurzen Fasern oder langen Filamenten gebildet werden. Unter textile Flächengebilde im Sinn der Erfindung fallen auch Vliesstoffe, wie z. B. ein Nadelvlies oder Watte. Eine Watte ist grundsätzlich ein loses Gefüge von Fasern oder Fäden, die nur aufgrund der Haftung untereinander ein Flächengebilde oder -gefüge ergeben.
Erfindungsgemäß wurde zunächst erkannt, dass die zur thermischen Isolierung geeigneten Faserprodukte – im Folgenden beispielhaft als Glasfaserprodukte bezeichnet – durch aktivierbare Fixierungsmittel vorübergehend eine eigenstabile Form erhalten können. Dieses ermöglicht ein einfacheres bzw. vollautomatisches Einsetzen der aus den erfindungsgemäßen Glasfaserprodukten hergestellten Faserformteile – im Folgenden beispielhaft als Glasfaserformteile bezeichnet.
Besonders einfach wird die Verarbeitung der Glasfaserprodukte zu einem Formteil, wenn diese Produkte selber die Fixierungsmittel tragen. Es muss daher nicht in einem separaten Fertigungsschritt ein Fixierungsmittel während des In-die-Form-Bringens zugeführt werden. Die Glasfaserprodukte, also die im wesentlichen flexiblen textilen Flächengebilde sind daher selber Träger des Fixierungsmittels. Dabei kann es sich um Kleber, z. B. reaktive Kleber, Heißkleber, anorganische Kleber, Wasserglas oder geeignete Substanzen, die durch Aufsprayen oder Eintauchen, aufgebracht worden sind, handeln. Entscheidend ist, dass das Fixierungsmittel dann aktiviert werden kann, wenn die Glasfaserprodukte in die entsprechende Form gebracht wurden und dass diese nach der Aktivierung derart aushärten, dass das Glasfaserprodukt die ihm verliehene Form – zumindest bis zum Einbau bzw. erstmaligen Gebrauch – beibehalten kann.
Ein weiteres geeignetes Fixierungsmittel sind Thermoplaste, z. B. PE, die durch Wärme im Sinne der Erfindung aktiviert werden können. Nach dem Unterschreiten der Schmelztemperatur verfestigt sich das Thermoplast.
Die Glasfaserprodukte können beispielsweise aus Glasfaserfäden hergestellt sein, die das o. g. Fixierungsmittel selber tragen. Dies geht dann besonders leicht mit den üblichen in der Textilindustrie eingesetzten Maschinen, wenn jedem Glasfaserfaden ein Fixierungsfaden zugeordnet ist, beispielsweise durch Verzwirbeln, Verdrehen, Mitführen, etc. Der Fixierungsfaden besteht vorzugsweise aus einem Thermoplast. In einer weiteren Ausgestaltung können auch die Glasfaserfäden bzw. Fixierungsfäden eine Vielzahl von Fasern aufweisen, die beispielsweise verzwirbelt werden. Ein einzelner Faden kann sich aus zahlreichen Glasfasern und Fixierungsfasern zusammensetzen, wodurch für den jeweiligen Einsatzzweck geeignete beliebige Masseverhältnisse hergestellt werden können.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Glaserfaserformteile eignen sich im besonderen Maße Gewebe, Gestricke, Rundgestricke, Gewirke, Gelege oder Geflechte aus Glasfasern. Diese lassen sich einfach handhaben und in Form bringen.
Die anspruchsgemäß genannten Anteile des Fixierungsmittels an dem Glasfaserprodukt erwiesen sich in Versuchen als optimal in Bezug auf Handhabung, Festigkeit und Kosten.
Das erfindungsgemäße Glasfaserformteil zeichnet sich dadurch aus, dass es durch die aktivierten Fixierungsmittel zumindest vorübergehend in Form gehalten ist. Dies ermöglicht ein einfaches bzw. vollautomatisches Bereitstellen, Handhaben und Einsetzen des entsprechenden Formteils in andere Produkte. Insbesondere das Durchführen von weiteren Bauteilen durch die Öffnung in dem Glasfaserformteil wird erleichtert, da wegen der glatteren Innenwand ein Verkanten bzw. Herausziehen von Fäden vermieden wird. Erfindungsgemäß kommt es lediglich darauf an, dass das Glasfaserformteil während der Montage ausreichend fest ist. Im eingebauten Zustand wird das Glasfaserformteil durch die Umgebung in Form gehalten, so dass die Fixierungsmittel ihre Funktion verlieren dürfen, z. B. durch thermischen Abbau derselben, ohne dass die thermische Isolierfunktion des Bauteils Schaden nimmt
Das Formteil eignet sich somit zum Einsetzen als Formteil zur thermischen und/oder akustischen Entkopplung und/oder Fixierung zwischen Bauteilen. Es dient als wärmeisolierender Isolator, insbesondere in Gestalt einer Wanddurchführung, und vorzugsweise bei fluidführenden Systemen, wie beispielsweise Komponenten von Abgasanlagen, wie z. B. Katalysatoren und Schalldämpfern mit Außengehäuse aus Kunststoff. Die schädlichen Einflüsse, wie z. B. Temperatur und Schwingungen, werden vom Kunststoff ferngehalten. Das Formteil eignet sich besonders für Komponenten der Abgasanlage von Verbrennungsmotoren, aber auch im Industriellen Bereich, z. B. in Kraftwerken.
Vorzugsweise ist das Glasfaserformteil als sogenannte Wanddurchführung ausgebildet. Diese dient dazu, ein heißes Bauteil durch die Öffnung in einem vor Hitze zu schützenden Bauteil zu isolieren und ggf. zu halten.
Zweckmäßigerweise hat ein derartiges Bauteil eine Innenöffnung zum Durchführen des heißen Bauteils sowie eine Außenkontur, die an der Öffnung in dem zu schützenden zweiten Bauteil anliegt. Das Glasfaserbauteil kann dabei auch eine Stützfunktion haben, dies ist jedoch nicht zwingend.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich eine – meist rotationssymmetrische – Wanddurchführung besonders einfach herstellen lässt, wenn man ein Rundgestrick bzw. einen Schlauch verwendet. Dieser kann beispielsweise von beiden Seite nach Innen eingerollt werden, so dass sich von der Form her ungefähr ein „doppelter Dichtungsring” ergibt. Wenn dabei auf einer Seite mehr Eindrehungen vorgenommen werden, ergibt sich bereits ein flanschartiges Aussehen, also ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Bauteil mit einer Durchführung, einem dünneren Flanschende und dem verdickten Flanschansatz/Flanschfuß. Der äußere Durchmesser des Flanschansatzes kann weiter vergrößert werden, wenn das Glasfaserformteil aus mehreren Glasfaserprodukten zusammengesetzt ist, nämlich den oben beschriebenen nach innen oder außen eingerollten Rundgestricken sowie beispielsweise einem spiralförmig darum gewickelten Flachstrick. Bei der Herstellung kann dazu beispielsweise das vorbereitete Rundgestrick in eine entsprechende flanschartige Negativform eingesetzt werden und im Inneren der Form wird dann der vom Rundgestrick nicht ausgefüllte Teil des Flanschansatzes mit dem Flachstrick ausgefüllt. Nach der Aktivierung des Fixierungsmittels ergibt sich ein Flansch mit breiterem Flanschansatz.
Vorzugsweise ist zumindest ein Teil des Flanschansatzes mit einem druckdichten Material versehen, z. B. einem Elastomer. Dieses sorgt dafür, dass das eingebaute Formteil im verbauten Zustand druckdicht sein kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren – insbesondere zur Herstellung der o. g. Formteile – ermöglicht insbesondere eine kostengünstige, formgenaue Herstellung, sowie ggf. sogar das Anbringen der häufig notwendigen Dichtung in einem einzigen Verfahrensschritt während der Aktivierung.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsbeispiele sind nicht abschließend zu verstehen und haben belspielhaften Charakter.
1 zeigt ein erfindungsgemäß hergestelltes Glasfaserformteil 1 im verbauten Zustand in einem Kunststoffschalldämpfer 2 für Verbrennungsmotoren. Von dem Schalldämpfer ist lediglich der Bereich der Wanddurchführung 21 prinzipskizzenartig dargestellt. Das heiße Innenrohr 3 wird durch die Öffnung 21 des Kunststoffgehäuses 2 des Schalldämpfers geführt, wobei in der Öffnung 21 das erfindungsgemäße Glasfaserbauteil 1 angeordnet ist. Dieses trennt thermisch das Rohr 3 von dem Gehäuse 2. und dient zugleich als Druckdichtung zum Verhindern des Austretens von Gasen im Innenraum 22 des Schalldämpfers.
Das Formteil 1 ist aus zwei Glasfaserprodukten 11, 12 zusammengesetzt, nämlich einem nach innen gerollten Rundgestrick 11 sowie einem spiralförmig darum gelegten Flachstrick 12. Das Rundgestrick 11 umfasst eine obere Einrollung 111 und eine untere Einrollung 112, wobei die obere Einrollung 111 mehr Wicklungen umfasst und somit mehr Volumen beansprucht. Beim Einbringen in eine entsprechende – hier flanschartige – Form ergibt sich somit bereits eine flanschartige Außenkontur, so dass die obere Einwicklung 111 bereits Teile des Flanschansatzes bildet. Zur Vergrößerung des Flanschansatzes dienen die weiteren Wicklungen des Flachstricks 112.
Diese Verbreiterung des Flanschansatzes ist aus thermischen Gründen nötig, die mit dem notwendigen Durchmesser der metallischen Druckplatte 31 zusammenhängen, die fest mit dem Innenrohr 3 verbunden ist. Diese Platte 31 ist notwendig um die Druckabdichtung herbeizuführen. Je größer die Platte ist, um so kälter ist das äußere Ende der Platte. Dies senkt die thermische Belastung der notwendigen Druckdichtung 13 in diesem Bereich, die sich am äußeren Teil des Flanschansatzes 12 befindet. Die Dichtung 13 wurde durch Einspritzen von Dichtmaterial bei der Herstellung an das äußere Flanschende angeformt und hat die Aufgabe für einen druckdichten Abschluss zwischen Platte 31 und Innenkontur der Öffnung 21 des Außengehäuses 2 zu sorgen.
Zur Montage des Schalldämpfers werden zwei napfartige Halbschalen als Außengehäuse 2 bereitgestellt. In die Öffnung des Außengehäuses 2 werden die erfindungsgemäß hergestellten Glasfaserformteile 1 eingesetzt. So dann werden beide Halbschalen 2 über die gegenüberliegenden freien Enden des inneren Rohres 3 gezogen und miteinander verbunden. Dadurch wird der notwendige Druck zwischen Platte 31, Innenöffnung 21 und Dichtung 13 des Glasfaserformteils hergestellt.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist die einteilige Bauform mit integrierter Dichtung 13. Die Dichtung kann jedoch auch separat als Dichtring bereitgestellt werden. Angesichts der hohen Anforderung an die Hitzebeständigkeit des Dichtmaterials bietet sich jedoch bei der einstückigen Bauweise gemäß der Erfindung der Vorteil, dass nur vergleichsweise wenig Dichtmaterial benutzt wird, da dieses größtenteils um das Glasfaserprodukt herum anliegt.
Vorzugsweise steht die obere Oberfläche des Dichtmaterials 13 über die Oberseite des Glasfasermaterials, damit ein optimaler und unterbrechungsfreie Kontakt des Dichtmaterials mit der Platte 31 gewährleistet wird. Bei der Herstellung wird dies vorteilhafterweise durch entsprechende Ausnehmungen für das Dichtmaterial in der Negativform erreicht. Diese nehmen das Material auf, geben ihm im ausgehärteten Zustand eine definierte und geeignete Oberfläche und sorgen dafür, dass das Glasfasermaterial im Dichtmaterial gut verborgen ist.

Claims

Faserprodukt, z. B. Glasfaserprodukt, insbesondere textiles Flächengebilde, mit aktivierbaren Fixierungsmitteln, welches derart ist, dass das in einer Form gehaltene Faserprodukt nach Aktivierung der Fixierungsmittel und nach Wegname der Form seine Form beibehalten kann.
Faserprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserprodukt Fäden, insbesondere Glasfaserfäden aufweist, die das Fixierungsmittel tragen.
Faserprodukt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierungsmittel als Fixierungsfäden ausgebildet ist, die am, im, um und/oder neben den Fäden geführt sind.
Faserprodukt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Faden aus einer Vielzahl von Fasern, insbesondere verzwirbelten, besteht und/oder jeder Fixierungsfaden aus einer Vielzahl von Fixierungsfasern, insbesondere verzwirbelten, besteht.
Faserprodukt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Fasern und zumindest eine Fixierungsfaser miteinander verzwirbelt sind und gemeinsam den Faden bilden.
Faserprodukt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungsfäden aus einem Thermoplast bestehen oder einen solchen aufweisen.
Faserprodukt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserprodukt ein Faden, Gewebe, Gestrick, Rundgestrick, Flachstrick, Gewirk, Gelege, Parallelgeflecht. Watte, Vlies oder Geflecht aus Glasfasern oder Glasfaserfäden ist.
Faserprodukt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fixierungsmittel ein Kleber vorgesehen ist.
Faserprodukt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Fixierungsmittels am Faserprodukt 1–30 Gew.-%, vorzugsweise 3–15 Gew.-% und insbesondere vorzugsweise 4–10 Gew.-% beträgt.
Faserformteil, z. B. Glasfaserformteil, insbesondere Wärmeisolierung mit einem Faserprodukt nach einem der vorherigen Ansprüche, welches durch die aktivierten Fixierungsmittel in Form gehalten ist.
Formteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil eine Innenöffnung zum Durchführen und Halten eines hitzeführenden Bauteils sowie eine Außenkontur zum Halten der Wärmeisolierung in einem zweiten Bauteil, welches vor der Hitze des hitzeführenden Bauteils zu schützen ist, aufweist.
Formteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil ein Rundgestrick als Faserprodukt aufweist, welcher von einem oder beiden Enden nach innen oder außen aufgerollt ist.
Formteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil aus mehreren Faserprodukten zusammengesetzt ist.
Formteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil in der Form eines Flansches ausgebildet ist.
Formteil nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch ein Rundgestrick, welches von einem oder beiden Enden nach innen oder außen aufgerollt ist, aufweist und der Flanschansatz zumindest teilweise aus einem weiteren Faserprodukt, insbesondere aus einem um den Flansch gewickelten Flachgestrick, besteht.
Formteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Teil des Flanschansatzes mit einem druckdichten Material, z. B. einem temperaturbeständigen Elastomer, wie Silikonkautschuk, derart versehen ist, dass in einem verbauten Zustand der Flanschansatz druckdicht ist.
Formteil zur thermischen und/oder akustischen Entkopplung und/oder Fixierung zwischen Bauteilen, z. B. wärmeisolierende Wanddurchführung, vorzugsweise bei fluidführenden Systemen, wie beispielsweise Komponenten von Abgasanlagen, wie z. B. Katalysatoren und Schalldämpfern, insbesondere mit Außengehäuse aus Kunststoff.
Wanddurchführung in einer Wand zum Durchführen und Halten eines hitzeführenden Bauteils in einem zweiten Bauteil, welches vor der Hitze des hitzeführenden Bauteils zu schützen ist, mit einem Formteil nach einem der vorherigen Ansprüche.
Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren mit einem abschnittsweise gelochten Innenrohr aus Metall, einem Außengehäuse aus Kunststoff, dämmenden Materialien zwischen Innenrohr und Außengehäuse sowie einer das Innenrohr haltenden und gegenüber dem Außengehäuse isolierenden Formteil oder Wanddurchführung nach einem der vorherigen Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen eines Formteils, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, mit folgenden Schritten: a. Bereitstellen eines oder mehrerer Faserprodukte nach einem der vorherigen Ansprüche 1–10; b. Einbringen der Faserprodukte in eine Negativform, die der Form des herzustellenden Faserproduktes entspricht; c. Aktivierung der Fixierungsmittel. d. Entfernung der Form, nachdem die Aktivierungsmittel den Zustand erreicht haben, der es ermöglicht, dass die Faserprodukte nach Wegnahme der Form ihre Form behalten.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei als Fixierungsmittel Thermoplaste eingesetzt werden und die Aktivierung durch Hitzeeinbringung und Schmelzen der Thermoplaste erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Form bei der Aktivierung unter Druck gesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen Schritt b) und d) zusätzlich zu Schritt c) eine am fertigen Formteil als Druckdichtung dienende Beschichtung eingebracht wird, z. B. durch Einspritzen in die Form.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Beschichtung bei der Aktivierung des Fixierungsmittels aushärtet, beispielsweise durch einen Vulkanisierungsprozess.