-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Schutzschild, mit mindestens
einer Metalllage, der zur thermischen und akustischen Abschirmung
von Bauteilen einer Verbrennungskraftmaschine, wie zum Beispiel
Turboladern, Katalysatoren, Abgaskrümmern usw. dient.
-
Einige
Bauteile in Kraftfahrzeugen, aber auch in vergleichbaren Maschinen,
wie zum Beispiel Bauteile in Auspuffanlagen, wie Katalysatoren,
Auspuffkrümmer, Turbolader und dergleichen, können
im Betrieb sehr heiß werden. Diese hohen Temperaturen können
andere Bauteile, wie beispielsweise Kunststoffschläuche,
elektrische Leitungen, Motorelektronik beeinträchtigen.
Deshalb ist es unerlässlich, diese temperaturempfindlichen
Bauteile durch thermische Abschirmung vor zu hohen Temperaturen
zu schützen.
-
Eine
weitere Anwendung einer thermischen Abschirmung kann jedoch auch
darin bestehen, ein Bauteil eines Kraftfahrzeugs, z. B. einen Abgaskatalysator
durch thermische Abschirmung auf einer bestimmten Mindesttemperatur
zu halten bzw. ein schnelleres Erreichen der Betriebstemperatur
zu erhalten. Im Falle eines Abgaskatalysators ist z. B. durch ein
schnelleres Erreichen einer Mindesttemperatur eine einwandfreiere
und bestmögliche Funktion des Katalysators möglich,
wodurch die Abgaswerte des entsprechenden Fahrzeugs verbessert werden können.
-
Um
eine thermische Abschirmung zu erreichen, gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Durch Verwendung von Wärme dämmenden Materialien
in einem Schutzschild, wie zum Beispiel schaumartige Materialien
oder Faserwerkstoffe, die wegen ihres vergleichsweise hohen Gehalts
an Luft die Wärme schlecht leiten, kann beispielsweise
einen thermische Abschirmung gewährleistet werden. Eine
weitere oder zusätzliche Möglichkeit besteht darin,
die Wärmestrahlung von heißen Bauteilen an der
Abschirmung zu reflektieren, was etwa durch metallische Beschichtungen
erreicht werden kann. Eine solche reflektierende Abschirmung kann
am einfachsten mit einem massiven Blech erreicht werden. Bei diesen
luft- und somit schallundurchlässigen Blechen wird jedoch
der Schall im Wesentlichen vollständig reflektiert, was
im ungünstigsten Fall eine Resonanz hervorrufen kann, die
sich in Dröhnen oder ähnlichen ungewünschten
akustischen Effekten äußert.
-
Heutzutage
werden hauptsächlich mehrlagige Sandwichbauteile zur Wärmeabschirmung
heißer Bauteile in Fahrzeugen verwendet.
-
Um
den immer strenger werdenden Vorschriften hinsichtlich des Außenschallpegels
von Fahrzeugen zu genügen, sind zusätzlich akustische Abschirmungen
in Fahrzeugen notwendig. Um den durch auftretende Schwingungen entstehenden Schall
wirkungsvoll abzuschirmen, sollten solche Abschirmungen die Geräusche
möglichst absorbieren, d. h. nicht einfach reflektieren.
Eine solche akustische Abschirmung kann durch spezielle Schall schluckende
Oberflächenstrukturen erhalten werden. Dies ist aber in
der Regel schwierig herzustellen und/oder benötigt gewisse
Mindestdicken der entsprechenden Lagen, was bei den teilweise beengten
Verhältnissen in modernen Fahrzeugen nachteilig ist.
-
Eine
weitere Möglichkeit zur akustischen Abschirmung besteht
darin, ein Material mit durchlässigen Poren zu verwenden.
Innerhalb dieser Poren kann die mechanische Energie von Schallwellen durch
Reibung in Wärme umgesetzt werden, wodurch eine akustische
Abschirmung erhalten wird. Durch den Gehalt an Luft in den Poren
wird überdies auch eine thermische Isolation erreicht.
-
Da
die Wärme produzierenden Bauteile in Fahrzeugen oft auch
einen hohen Geräuschpegel verursachen, ist es daher vorteilhaft,
Abschirmungen bereitzustellen, die sowohl gute thermische, als auch gute
akustische Abschirmeigenschaften aufweisen.
-
EP 0 918 581 zeigt ein akustisches
Hitzeschild dessen spezielle Struktur gute thermische, wie auch
akustische Abschirmeigenschaften aufweist. Diese spezielle Struktur
ist in einer Mehrzahl von parallelen, aufwärts stehenden
Rippen geformt, die durch Vertiefungen getrennt sind, wobei die
Vertiefungen einspringende Seitenwände aufweisen und sich
die Rippen in der Breite entlang seiner Länge in einer
regelmäßigen Weise verändern.
-
Die
akustische Abschirmung dieser speziellen Struktur lässt
sich jedoch nur in engen Grenzen den speziellen Frequenzbereichen
der in der Nähe von Verbrennungskraftmaschinen auftretenden
Geräusche anpassen.
-
Daher
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Schutzschild bereitzustellen,
bei dem die Geräusch absorbierenden Eigenschaften von Hitzeschilden
in Leichtbauweise mit integrierter Schallabsorption optimiert werden.
Dieser Schutzschild soll zur Abschirmung von heißen Bauteilen
und allen möglichen Geräuschquellen, insbesondere
im bei Verbrennungskraftmaschinen auftretenden Frequenzbereich,
dienen.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schutzschild
nach Anspruch 1 gelöst.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schutzschild zur thermischen
und akustischen Abschirmung eines Bauteils einer Verbrennungskraftmaschine
bereitgestellt. Dieser Schutzschild umfasst mindestens eine Metalllage, die
eine Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen, senkrecht zur Metalllage
stehende Rippen aufweist. Diese Rippen sind durch flache Abschnitte
getrennt und weisen in Richtung der flachen Abschnitte vorspringende
Seitenwände auf, wodurch sich die Rippen im Querschnitt
verbreitern. Die mindestens eine Metalllage ist zumindest teilweise
mit Perforierungen ausgeführt, wobei der Lochdurchmesser
zumindest einiger Perforierungen 0,2 bis 0,5 mm beträgt.
Bei mehrlagigen Schutzschilden kann jede Metalllage individuell
mit Mikroperforierungen versehen werden bzw. die Mikroperforierung
kann sich auf nur eine Lage beschränken. Üblicherweise
wird die perforierte Schutzschildoberfläche in Richtung
der Schallquelle ausgerichtet. Eine beidseitige Perforierung des Schutzschildes
erlaubt die Absorption von Schallemissionen von zwei Seiten.
-
Bedingt
durch die besondere Formgebung der mikroperforierten Oberflächen
und die spezielle Querschnittsgestaltung dieser Technologie ergeben sich
zusätzliche akustisch optimierte Absorptionseigenschaften.
Die spezielle Verformung bzw. Oberflächengestaltung der
perforierten Bleche bricht den auf der verwinkelten Oberfläche
auftreffenden und über die Mikroperforation eintretenden
Schall gegenüber Glattblech oder normal genoppten Ausführungen
in gesteigertem Umfang und verbessert hierdurch das akustische Schallabsorptionsverhalten.
Bei mindestens zweilagigen Schutzschilden können durch
die Mikroperforation die Schallwellen in den Aufbau eindringen und
werden dort weiter gebrochen. Das gleiche Funktionsprinzip trifft
auch auf die thermische Strahlung zu.
-
Die
Metalllagen werden vorzugsweise als mikroperforierte Lochbleche
gearbeitet. Dadurch bietet dieser Schutzschild in Leichtbauweise
eine wirksame akustische und thermische Abschirmung und die Herstellung
eines solchen Schutzschilds benötigt keine teuren Gerätschaften.
Der Durchmesser der Löcher in dem Lochblech kann den jeweiligen
Frequenzbereichen der Geräusche angepasst werden. Er beträgt
jedoch zumindest teilweise zwischen 0,2 und 0,5 mm. Es hat sich
gezeigt, dass bei Verwendung dieser Durchmesser die höchste
Schallabsorption im gewünschten Frequenzbereich von 200
bis 2000 Hz erzielt wird. Damit können Geräusche
von den meisten Lärmquellen wirksam abgeschirmt werden.
-
Vorzugsweise
sind die Perforierungen zumindest teilweise als regelmäßiges
Lochbild oder als unregelmäßiges Lochbild ausgeführt.
Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich,
bei denen die Perforierungen mindestens einer der Metalllagen zumindest
teilweise als regelmäßiges Lochbild ausgeführt ist
und mindestens eine der anderen Lagen zumindest teilweise als unregelmäßiges
Lochbild ausgeführt ist. Die einzelnen Lagen können
somit je nach abzuschirmendem Frequenzbereich und nach gegebenen
Anwendungsbereichen individuell ausgelegt werden.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schutzschild
aus mindestens zwei Metalllagen gebildet zwischen welchen noch mindestens
eine Zwischenlage zur akustischen oder thermischen Isolierung angeordnet.
Diese Zwischenlage kann aus einlagigem bzw. mehrlagigem, akustischem
und/oder thermischem Isolationsmaterial bestehen und zur weiteren
Verbesserung der akustischen und thermischen Isolationseigenschaften
dienen.
-
Durch
diese Zwischenlagen kann noch besser auf den abzuschirmenden Frequenzbereich
bzw. die Lautstärke der Schallwellen eingegangen werden.
Als Zwischenlagen bieten sich Folien an, die als Membran funktionieren,
oder Fasergewirk.
-
Vorzugsweise
umfasst der Schutzschild mindestens zwei Metalllagen und ist mit
einer einseitigen oder zweiseitigen Mikroperforation versehen. Dadurch
können die einzelnen Lagen je nach abzuschirmendem Frequenzbereich
und nach gegebenen Anwendungsbereichen individuell ausgelegt werden.
-
Zumindest
sollten die Metalllage bzw. eine der Metalllagen aus Aluminium bestehen
oder mit einer Aluminiumbeschichtung versehen sein. In einer bevorzugten
Ausführungsform besteht der Schutzschild aus zwei Aluminiumlagen.
Dies führt zu einer besseren Reflexion der Wärmestrahlung
und zu einer besseren Korrosionsbeständigkeit.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Metalllage
oder die mindestens eine der Metalllagen mit Aluminium beschichtet.
Insbesondere die Lagen, die nicht aus Aluminium bestehen. Durch
die zusätzliche Beschichtung der Blechlagen wird die Reflexion
der Wärmestrahlung erhöht und die Abschirmwirkung
verbessert.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die
Metalllage bzw. zumindest eine der Metalllagen aus Edelstahl, wobei
dann auf die Aluminiumbeschichtung verzichtet werden kann. Durch Verwendung
von temperaturbeständigen Materialien der Einzellagen,
wie Aluminium oder Edelstahl, ist eine direkte Verschraubung auf
den heißen Motorbauteilen wie Turbolader, Krümmer,
Katalysator, Schalldämpfer, etc. möglich. Alle
bisher bekannten akustischen und thermisch wirksamen Abschirmungen
können nur auf kalten Fahrzeugbauteilen wie z. B. Karosserie,
Hauben, Kunststoffteilen, etc. verbaut werden.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform sind im Randbereich Befestigungsmittel
für die Anbringung des Schutzschildes vorgesehen. Damit
kann der Schutzschild sicher und dauerhaft an dem Bauteil der Verbrennungskraftmaschine
befestigt werden.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform ist an der dem Bauteil
zu- oder abgewandten Seite der mindestens einen Metalllage ein Metallnetz
mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen angeordnet.
Dieses Metallnetz trägt zu einer weiteren Verbesserung der
akustischen Eigenschaften des Schutzschilds bei.
-
Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen detaillierter erläutert werden, wobei
-
1 eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Metalllage
im Querschnitt zeigt;
-
2 eine
weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit
zwei Metalllagen im Querschnitt zeigt.
-
In 1 ist
eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Schutzschilds in einer Querschnittsansicht gezeigt, der als Abschirmung
eines Bauteils 8 einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet
ist. Das Bauteil 8 kann beispielsweise ein Turbolader, Katalysator
oder anderes Bauteil sein, das im Betrieb heiß wird, also
eine Wärmequelle darstellt. Mit der Wärmeabgabe
ist häufig auch eine Schallabstrahlung verbunden, wie es
etwa bei Turboladern der Fall ist.
-
An
dem Bauteil bzw. der Wärme- und Schallquelle 8 ist
eine Schutzschild 2 gemäß vorliegender Erfindung
angeordnet. Dieser Schutzschild 2 besteht aus einem Lochblech
mit Perforierungen 30 und ist mit vielen parallelen, aufwärts
stehenden Rippen 10 geformt, die sich in der Breite entlang
ihrer Länge in einer regelmäßigen Weise
verändert. Die Rippen 10 sind durch flache Abschnitte 12 getrennt
und weisen in Richtung der flachen Abschnitte vorspringende Seitenwände 14 auf.
-
Dadurch
ist gewährleistet, dass Wärmestrahlung bzw. Schallwellen
aus verschiedenen Richtungen optimal abgeschirmt werden können.
Der Lochdurchmesser der Perforierungen 30 der Metalllage
beträgt zwischen 0,2 und 0,5 mm. Dadurch wird die höchste Schallabsorption
im gewünschten Frequenzbereich von 200 bis 2000 Hz erzielt.
Der Abstand der Löcher kann sowohl regelmäßig
als auch unregelmäßig ausgeführt sein,
je nach Anwendungsbereich. Die Metalllage 2 kann entweder
aus Aluminium oder Edelstahl bestehen oder ist mit Aluminium beschichtet,
zur besseren Reflexion der Wärmestrahlen und zur Korrosionsbeständigkeit.
-
Der
erfindungsgemäße Schutzschild besitzt eine doppelte
Abschirmwirkung gegen Wärme- und Schallabstrahlung. Dabei
ist anzumerken, dass für Wärmestrahlung eine andere
Art der Abschirmung gewünscht ist als für Schall.
Während es bei der Wärmestrahlung wünschenswert
ist, diese in einem möglichst großen Ausmaß zu
reflektieren, d. h. an die Umwelt abzugeben, ist bei Schall genau
der gegenteilige Effekt erwünscht. Schallwellen sollen
nicht reflektiert werden, was die Außengeräusche
des Fahrzeugs erhöhen würde und auch in ungünstigen
Fällen zu Resonanzen („Dröhnen") führen
kann, sondern stattdessen möglichst vollständig
absorbiert werden.
-
Einerseits
werden in den mikroperforierten Metalllagen 2 (mechanische)
Schallwellen durch Reibung in Wärme umgewandelt, andererseits
wird auch durch den nicht durchlässigen Anteil der Fläche
der Metalllagen 2 (elektromagnetische) Wärmestrahlung zu
einem gewissen Grad reflektiert. Dieser Effekt kann durch geeignete
Beschichtung noch verstärkt werden.
-
Durch
den besonderen Durchmesser der Perforierungen 30 des Lochblechs
und den Abstand zwischen diesen kann die Wirksamkeit der Abschirmung
für bestimmte Frequenzbereiche angepasst werden. Kleine
Lochdurchmesser z. B. verschieben die Frequenzabsorptionskurve hin
zu niedrigeren Frequenzen und umgekehrt. Dies ist vorteilhaft, da
je nach abzuschirmendem Bauteil ein spezifischer Frequenzbereich
abgedeckt werden kann. So treten beispielsweise bei Turboladern
aufgrund deren hoher Drehzahl eher hohe Frequenzen auf („Pfeifen"),
während andere Abschnitte der Auspuffanlage vergleichsweise
niedrigere Frequenzen erzeugen.
-
In 2 ist
eine alternative Ausführungsform des Schutzschildes von 1 gezeigt.
Hier besteht der Schutzschild aus zwei Metalllagen 2 und 4,
die formschlüssig ineinander angeordnet sind. Beide Metalllagen
sind als Lochbleche mit Perforierungen 30, 32 ausgeführt,
die einen Lochdurchmesser zwischen 0,2 und 0,5 mm aufweisen. Alternativ
wäre es jedoch auch möglich z. B. nur die dem
Bauteil 8 zugewandte Metalllage mit einer Mikroperforierung
zu versehen, wenn z. B. zu dieser Seite eine größere Wärmeisolierung
nötig wäre.
-
Die
dem Bauteil 8 zugewandte Metalllage 2 des Schutzschilds
ist auch hier mit vielen parallelen, aufwärts stehenden
Rippen 10 geformt, die sich in der Breite entlang ihrer
Länge in einer regelmäßigen Weise verändert.
Die Rippen 10 sind durch flache Abschnitte 12 getrennt
und weisen in Richtung der flachen Abschnitte vorspringende Seitenwände 14 auf.
-
Die
dem Bauteil abgewandte Metalllage 4 des Schutzschilds ist
ebenfalls mit vielen parallelen, aufwärts stehenden Rippen 16 geformt,
die sich entsprechend der Metalllage 2 in der Breite entlang
ihrer Länge in einer regelmäßigen Weise
verändert. Die Rippen 16 sind durch flache Abschnitte 18 getrennt und
weisen in Richtung der flachen Abschnitte vorspringende Seitenwände 20 auf.
-
Die
jeweiligen Rippen 10 bzw. 16, flachen Abschnitte 12 bzw. 18 und
die in Richtung der flachen Abschnitte vorspringenden Seitenwände 14 bzw. 20 sind
so geformt, dass die beiden Lagen 2 und 4 aufeinander
angeordnet werden können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-