-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Funktionsraumverkleidung für ein Kraftfahrzeug, die einen Funktionsraum des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einen Motorraum, nach außen begrenzt, vorzugsweise vollständig umschließt, und die dazu ausgebildet ist, den Funktionsraum nach außen thermisch zu isolieren, wobei die Funktionsraumverkleidung separat von einer Karosserie des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
-
Derartige Funktionsraumverkleidungen für Kraftfahrzeuge werden derzeit eingesetzt, da eine Verkürzung der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dessen CO
2-Emission reduziert, so dass es vorteilhaft ist, den Motorraum thermisch zu isolieren, um dadurch die unerwünschte Abführung von Motorwärme aus dem Motorraum zu verzögern. Zur thermischen Isolierung des Funktionsraums ist die Verwendung poröser Materialien verbreitet, beispielsweise Schaumstoffen oder Faservliesen, die neben der thermischen Isolierung auch der Dämpfung von unerwünschten Geräuschen dienen. Weiterhin ist aus der Druckschrift
DE 10 2010 029 409 A1 eine gattungsgemäße Funktionsraumverkleidung bekannt, bei der wenigstens ein Verkleidungsbauteil der Funktionsraumverkleidung einen inneren Hohlraum aufweist, der zur thermischen Isolierung, genauer zur Reduzierung der Wärmeleitung aus dem Funktionsraum heraus eingesetzt wird.
-
Neben Wärmestrahlung und der oben erwähnten Wärmeleitung (Konduktion) kann Wärme jedoch auch zusammen mit sich bewegenden Teilchen in Fluiden oder Gasen übertragen werden, also durch Wärmeströmung, d. h. Konvektion.
-
Bei den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Funktionsraumverkleidungen wird die Wärmeübertragung durch Konvektion nur in sehr geringem Maße unterbunden, so dass das mögliche Potenzial an thermischer Isolation bisher nicht ausgeschöpft wird.
-
Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die aus dem Stand der Technik bekannte Funktionsraumverkleidung so weiter zu entwickeln, dass ihre thermoisolierende Wirkung verbessert wird, insbesondere dass Wärmeübertragung durch Konvektion in stärkerem Maße unterbunden wird, als es bisher möglich ist.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine gattungsgemäße Funktionsraumverkleidung weiter eine Konvektionssperre aufweist, die einen spezifischen Strömungswiderstand von mehr als 10 kPas/m aufweist, bevorzugt von mehr als 20 kPas/m, noch mehr bevorzugt von mehr als 50 kPas/m, und die wenigstens einen Bereich einer Funktionsraumverkleidungswand abdeckt, der den Funktionsraum im Betriebszustand nach oben begrenzt.
-
Hierbei begrenzt ein Bereich der Funktionsraumverkleidungswand den Funktionsraum nach oben, wenn in diesem Bereich die Flächennormale auf die dem Funktionsraum zugewandte Seite der Funktionsraumverkleidungswand im Betriebszustand eine nach unten gerichtete vertikale Komponente aufweist, insbesondere vorwiegend oder vollständig nach unten weist. Der Betriebszustand ist der Zustand, in welchem die Funktionsraumverkleidung in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, welches fahrbereit auf einer Fahrbahn steht.
-
Unter dem spezifischen Strömungswiderstand RS einer Materialschicht ist hierbei der Quotient aus der Druckdifferenz ΔP vor und hinter der Materialschicht und der Geschwindigkeit der die Materialschicht längs des Druckgefälles an- bzw. durchströmenden Luft v zu verstehen, also RS = ΔP/v. Eine Messung des spezifischen Strömungswiderstands kann beispielsweise nach der Norm DIN EN 29053 erfolgen, wobei einer zu vermessenden Probe ein konstanter Volumenstrom zugeführt und der sich dabei vor der Probe aufbauende Überdruck gemessen wird. Das Verhältnis von Überdruck und Strömungsgeschwindigkeit ergibt den spezifischen Strömungswiderstand, der bei vielen Materialien unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit ist. Sollte dies nicht zutreffen, wird gemäß der oben bezeichneten Norm das auf eine Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 mm/s extrapolierte Verhältnis RS(v → 0,5 mm/s) als spezifischer Strömungswiderstand bezeichnet.
-
Der spezifische Strömungswiderstand wächst üblicherweise mit zunehmender Schichtdicke der durchströmten Materialschicht, wobei der Quotient aus dem spezifischem Strömungswiderstand und der Materialdicke in Strömungsrichtung den längenbezogenen spezifischen Strömungswiderstand als Materialkenngröße ergibt.
-
Durch Abdecken von einem Bereich der Funktionsraumverkleidungswand, der den Funktionsraum im Betriebszustand nach oben begrenzt, mit einem Material mit hohem spezifischen Strömungswiderstand, kann das Entweichen von warmer Luft nach oben aus dem Funktionsraum heraus und damit ein Wärmeverlust durch Konvektion auf einfache und effektive Weise minimiert werden.
-
Hierdurch lassen sich der Kraftstoffverbrauch und der CO2-Ausstoß von einem mit der erfindungsgemäßen Funktionsraumverkleidung versehenen Kraftfahrzeug weiter reduzieren.
-
Um die Montage der Funktionsraumverkleidung zu erleichtern, kann diese mehrere, separate Verkleidungsbauteile umfassen, von denen wenigstens eines, vorzugsweise mehrere, mit der Konvektionssperre versehen ist, bzw. sind.
-
Um ein unerwünschtes Entweichen warmer Luft in diesem Fall zu reduzieren, kann weiter eine Dichtungsanordnung vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, ein Austreten von Gas aus dem Funktionsraum nach oben durch einen Zwischenraum zwischen den Verkleidungsbauteilen (an Stoßstellen etc.) zu unterdrücken. Bevorzugt verhindert oder reduziert die Dichtungsanordnung ein Austreten von Gas zwischen den Verkleidungsbauteilen nicht nur nach oben, sondern auch zur Seite, besonders bevorzugt in alle Raumrichtungen.
-
Hierzu kann die Dichtungsanordnung ein oder mehrere elastische Dichtelemente umfassen, beispielsweise eine Kederdichtung oder eine Zwei-Komponenten-Lippe, wobei die Dichtungsanordnung bevorzugt wenigstens ein thermoplastisches Material umfasst.
-
Da warme Luft nach oben steigt, tritt ein Wärmeverlust durch Konvektion in erster Linie in einem oberen Bereich des Funktionsraums auf. Zur Verhinderung unerwünschter Konvektion kann daher vorgesehen sein, dass die Konvektionssperre, ggf. gemeinsam mit der Dichtungsanordnung, den gesamten Bereich der Funktionsraumverkleidungswand abdeckt, der den Funktionsraum im Betriebszustand nach oben begrenzt.
-
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Konvektionssperre eine obere Abdeckung des Funktionsraums bedeckt, zum Beispiel eine Motorhaubenverkleidung.
-
Um die wärmeisolierende Wirkung weiter zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass die Konvektionssperre eine obere Abdeckung des Funktionsraums und weiterhin einen an die obere Abdeckung angrenzenden Bereich einer seitlichen Abdeckung des Funktionsraums bedeckt, der sich im Betriebszustand von der oberen Abdeckung aus nach unten erstreckt und bevorzugt seitlich um den Funktionsraum vollständig umlaufend angeordnet ist.
-
Hierbei kann zur Material- und Gewichtseinsparung vorgesehen sein, dass sich die Konvektionssperre von der oberen Abdeckung aus nur über einen Teil der Höhe des Funktionsraums nach unten erstreckt, da warme Luft nach oben entweicht, so dass eine Konvektionssperre in erster Linie in einem oberen Bereich der Funktionsraumverkleidungswand sinnvoll einzusetzen ist.
-
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Konvektionssperre, ggf. gemeinsam mit der Dichtungsanordnung, den gesamten Bereich der Funktionsraumverkleidungswand abdeckt, der sich oberhalb von etwa 75%, bevorzugt oberhalb von etwa 50% einer gemittelten Höhe oder einer maximalen Höhe der Funktionsraumverkleidungswand befindet. Der Begriff gemittelte Höhe kann sich dabei auf einen (arithmetischen) Mittelwert der Höhe im Betriebszustand über die gesamte Funktionsraumverkleidungswand beziehen.
-
Als Material für die Konvektionssperre kommen beispielsweise Kunststoffe, vorzugsweise Polyolefine wie Polypropylen, aber auch Metalle, wiebeispielsweise Aluminium, in Frage.
-
Insbesondere kann eine konvektionsreduzierende Wirkung, also eine hohe „Gasdichtigkeit” dadurch gewährleistet werden, dass die Konvektionssperre eine oder mehrere Sperrfolien umfasst oder aus dieser bzw. diesen gebildet ist.
-
Unter einer Folie soll hierbei ein flächiges Bauteil mit einer Dicke von weniger als 5 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm, besonders bevorzugt weniger als 500 μm, verstanden werden. Als flächiges Bauteil wird ein Bauteil bezeichnet, dessen Abmessung in jedem Punkt jeweils in einer Richtung (lokalen Dickenrichtung) deutlich kleiner ist, als in den beiden anderen Raumrichtungen. Ein flächiges Bauteil kann eben oder dreidimensional verformt sein.
-
Die oben erwähnte Sperrfolie kann bevorzugt Teil einer mehrschichtigen Struktur sein, da dies insbesondere ermöglicht die Konvektion reduzierende oder unterdrückende Wirkung der Sperrfolie auf vorteilhafte Weise mit anderen erwünschten, z. B. schallabsorbierenden und Wärmeleitung reduzierenden Eigenschaften von weiteren Schichten der mehrschichtigen Struktur zu verbinden. Bevorzugt kann die Konvektionssperre die mehrschichtige Struktur umfassen.
-
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Schicht der mehrschichtigen Struktur durch die wenigstens eine Sperrfolie und wenigstens eine andere Schicht aus einem porösen Material gebildet ist, wobei die Sperrfolie auf einer dem Funktionsraum abgewandten Seite der mehrschichtigen Struktur und die Schicht aus porösem Material auf einer dem Funktionsraum zugewandten Seite vorgesehen ist, da so im Funktionsraum (beispielsweise durch den Motor) erzeugter Schall durch die Schicht aus porösem Material größtenteils absorbiert werden kann und gleichzeitig ein Austreten von Gas und damit ein unerwünschtes Entweichen von Wärme aus dem Funktionsraum heraus durch die Sperrfolie auf der dem Funktionsraum abgewandten Seite der mehrschichtigen Struktur unterdrückt wird.
-
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zwei Schichten der mehrschichtigen Struktur aus Folien gebildet sind, vorzugsweise aus Metall wie Aluminium, wobei eine der Folien auf einer dem Funktionsraum zugewandten Seite der mehrschichtigen Struktur vorgesehen ist und eine Mikroperforation aufweist und die andere Folie auf einer dem Funktionsraum abgewandten Seite der mehrschichtigen Struktur vorgesehen ist, eine geschlossene Oberfläche aufweist und eine Sperrfolie der Konvektionssperre bildet. Zwischen den Folien können dabei bevorzugt eine oder mehrere poröse Schichten vorgesehen sein, beispielsweise Schaumstoff- oder Faservlies-Schichten.
-
Unter Mikroperforation ist dabei eine Anordnung von Löchern mit einem Lochdurchmesser, oder allgemeiner mit einer Schlitzweite von kleiner als 1 mm, bevorzugt von weniger als 0,2 mm zu verstehen.
-
Die Verwendung von Metallfolien, insbesondere von Aluminiumfolien, ermöglicht weiterhin eine Unterdrückung von Wärmeverlust durch Wärmestrahlung, wobei durch die Mikroperforation der dem Funktionsraum zugewandten Seite erreicht wird, dass im Funktionsraum erzeugter oder auftretender Schall in das Innere der mehrschichtigen Struktur eindringen und dort absorbiert werden kann.
-
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Funktionsraumverkleidung eine Luftklappenanordnung aufweist, welche eine Trägerstruktur mit einer darin vorgesehenen Durchgangsöffnung und wenigstens eine zur Variation eines Strömungsquerschnitts der Durchgangsöffnung verstellbar in der Trägerstruktur vorgesehene Luftklappe umfasst. Auf diese Weise kann einerseits bei geschlossener Luftklappe eine thermische Isolierung des Funktionsraums erreicht werden und somit beispielsweise eine Kaltstartphase des Motors verzögert werden, und andererseits kann bei Bedarf durch Öffnen der Luftklappe(n) dem Funktionsraum Kühlluft zugeführt oder/und Warmluft daraus abgeführt werden, so dass ein Überhitzen von Bauteilen innerhalb des Funktionsraums vermieden werden kann.
-
Um ein unerwünschtes Austreten von warmer Luft im Bereich der Luftklappe(n) zu vermeiden, kann insbesondere vorgesehen sein, dass an der wenigstens einen Luftklappe wenigstens ein Abschnitt der Konvektionssperre, vorzugsweise eine Sperrfolie, vorgesehen ist. Beispielsweise kann eine im geschlossenen Zustand der Luftklappe dem Funktionsraum zugewandte Seite der Luftklappe mit einer Sperrfolie beklebt oder beschichtet sein.
-
Insgesamt kann vorgesehen sein, dass die Konvektionssperre oder/und die Funktionsraumverkleidung eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,1 W/mK, vorzugsweise von weniger als 0,05 W/mK, aufweist. Die Konvektionssperre kann insbesondere dann eine Wärmeleitfähigkeit in dem vorstehend erwähnten Bereich aufweisen, wenn sie eine mehrschichtige Struktur umfasst, wie sie oben beschrieben wurde.
-
Schließlich wird ebenfalls Schutz beantragt für ein Kraftfahrzeug mit einer Funktionsraumverkleidung, insbesondere einer Motorraumverkleidung, bevorzugt nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
-
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den beiliegenden Figuren dargestellt ist. Dabei zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf Teile eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Funktionsraumverkleidung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
-
2 den Gegenstand von 1 in einer Seitenansicht.
-
Bei den Figuren handelt es sich um stark vereinfachte Schemazeichnungen, die in erster Linie das Prinzip der vorliegenden Erfindung erläutern sollen und insbesondere nicht maßstäblich zu verstehen sind.
-
Die Pfeile V, O und R geben dabei die Richtungen vorne, oben und rechts im Betriebszustand des Kraftfahrzeugs und vom Fahrer aus gesehen an.
-
Die 1 zeigt in einer Draufsicht Teile eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer erfindungsgemäßen Funktionsraumverkleidung 10 nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
-
Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Funktionsraum 12 um einen Motorraum 14 des Kraftfahrzeugs 1, in dem unter anderem, in den Figuren nur schematisch angedeutet, der Motor 13 des Kraftfahrzeugs 1 und ein Wärmetauscher 15 angeordnet sind.
-
Die Funktionsraumverkleidung 10, die vorliegend aus mehreren separaten Verkleidungsbauteilen 16 aufgebaut sein kann, ist separat von einer Karosserie 18 des Kraftfahrzeugs 1 (z. B. den Domträgern 18.1 und der Motorhaube 18.2) ausgebildet und isoliert den Funktionsraum 12 thermisch nach außen.
-
Erfindungsgemäß weist die Funktionsraumverkleidung 10 eine Konvektionssperre 20 auf, die einen spezifischen Strömungswiderstand von mehr als 10 kPas/m (10000 Pas/m) aufweist, bevorzugt von mehr als 20 kPas/m, und noch mehr bevorzugt von mehr als 50 kPas/m.
-
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Konvektionssperre 20 in eines oder mehrere der Verkleidungsbauteile 16 integriert sein, vorliegend zum Beispiel in eine thermoakustische Seitenwandisolation 16.1, in eine thermoakustische Motorhaubenisolation 16.2, in eine hintere thermoakustische Stirnwandisolation 16.3 und in eine Luftklappenanordnung 22. Im vorliegenden Beispiel ist eine Unterbodenverkleidung 16.4 der Funktionsraumverkleidung 10 nicht mit der Konvektionssperre 20 versehen, dies soll jedoch auch nicht ausgeschlossen sein.
-
Die Konvektionssperre 20, die in den Figuren durch fette Linien veranschaulicht ist, kann beispielsweise durch eine oder mehrere Sperrfolien, etwa aus Polypropylen oder Aluminium gebildet sein. Sie deckt erfindungsgemäß wenigstens einen Bereich einer Funktionsraumverkleidungswand 10w ab, der den Funktionsraum 12 im Betriebszustand nach oben begrenzt.
-
Wie einleitend erläutert, ist darunter zu verstehen, dass die Konvektionssperre 20 zumindest einen Bereich der Funktionsraumverkleidungswand 10w abdeckt, dessen Flächennormale N auf der inneren Seite wenigstens eine nach unten weisende Komponente aufweist, wie am Beispiel der in die Motorhaubenisolation 16.2 integrierten Konvektionssperre 20 in 2 veranschaulicht ist.
-
Da warme Luft nach oben steigt und gerade ein Entweichen dieser warmen Luft durch die Konvektionssperre 20 verhindert werden soll, ist die Konvektionssperre 20 zumindest in dem vorgenannten Bereich vorgesehen. Es soll aber auch nicht ausgeschlossen sein, die gesamte Funktionsraumverkleidungswand 10w, die den Funktionsraum 10 bevorzugt vollständig umschließt, mit der Konvektionssperre 20 zu bedecken.
-
Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Funktionsraumverkleidung 10 durch mehrere separate Verkleidungsbauteile 16 gebildet ist, kann weiterhin eine Dichtungsanordnung 24 vorgesehen sein, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere, in den Figuren nur schematisch angedeutete Dichtelemente 26 umfassen kann, und die dazu ausgebildet ist, ein Austreten von Gas aus dem Funktionsraum zumindest nach oben durch ein Zwischenraum zwischen den Verkleidungsbauteilen (beispielsweise zwischen der Motorhaubenisolation 16.2 und den Bauteilen der Seitenwandisolation 16.1 sowie der Stirnwandisolation 16.3 zu unterdrücken.
-
Bei Dichtelementen 26 kann es sich um elastische Dichtelemente handeln, die einen Toleranzausgleich zwischen den Verkleidungsbauteilen 16 ermöglichen und die beispielsweise eine Kederdichtung oder eine Zwei-Komponenten-Lippe sowie bevorzugt wenigstens ein thermoplastischen Material umfassen können.
-
Die Verkleidungsbauteile 16 können jeweils beispielsweise an Teilen der Karosserie 18, aneinander oder/und auch an Bauteilen im Funktionsraum (etwa dem Motor 13) befestigt sein.
-
Wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, kann die Funktionsraumverkleidung eine Luftklappenanordnung 22 aufweisen, wobei die Luftklappenanordnung 22 eine Trägerstruktur 30 mit einer darin vorgesehenen Durchgangsöffnung 300 (vgl. 2) und wenigstens eine zur Variation eines Strömungsquerschnitts der Durchgangsöffnung verstellbar an der Trägerstruktur 30 vorgesehene Luftklappe 28 (vorliegend beispielhaft drei Luftklappen) umfassen kann.
-
Um insbesondere dann, wenn die Luftklappen 28 geschlossen sind, ein unerwünschtes Austreten von warmer Luft aus dem Funktionsraum 12 zu vermindern, kann auch an den Luftklappen 28 wenigstens ein Abschnitt der Konvektionssperre 20, vorzugsweise eine Sperrfolie, vorgesehen sein. Auch sind an der Luftklappenanordnung 22 bevorzugt (nicht gezeigte) Dichtelemente der Dichtungsanordnung 24 vorgesehen, welche die Luftklappen 28 im geschlossenen Zustand gegeneinander und gegenüber der Durchgangsöffnung 300 so abdichten, dass das Austreten von warmer Luft unterdrückt oder verhindert wird.
-
Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, ist die Konvektionssperre 20 so vorgesehen, dass sie einen oberen Bereich der Funktionsraumverkleidungswand 10w abdeckt. Genauer kann vorgesehen sein, dass die Konvektionssperre 20, ggf. gemeinsam mit der Dichtungsanordnung 24, den gesamten Bereich der Funktionsraumverkleidungswand 10w bedeckt, der sich oberhalb von etwa 75%, bevorzugt oberhalb von etwa 50% einer gemittelten Höhe oder einer maximalen Höhe H der Funktionsraumverkleidungswand 10w befindet. Unter der gemittelten Höhe H (vgl. 2) ist hierbei die über die gesamte Funktionsraumverkleidungswand 10w gemittelte Höhe im Betriebszustand zu verstehen.
-
In anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Konvektionssperre nicht nur eine obere Abdeckung (Motorhaubenisolation 16.2) des Funktionsraums 12 bedeckt, sondern auch einen Bereich der übrigen Funktionsraumverkleidungswand 10w, der sich an die obere Abdeckung anschließt und den Funktionsraum 12 zur Seite hin begrenzt. Im vorliegenden Fall bedeckt die Konvektionssperre 20 die Funktionsraumverkleidungswand 10w ungefähr auf der oberen Hälfte der gemittelten Höhe H des Funktionsraums 12.
-
Die dargestellte Konvektionssperre 20 kann beispielsweise eine oder mehrere Sperrfolien umfassen oder daraus bestehen, beispielsweise aus Polypropylen oder Aluminium. Die Sperrfolien können Teil einer mehrschichtigen Struktur sein, die insbesondere auch poröse Materialien wie Schäume oder/und Faservliese sowie auf solchen basierende Materialsysteme umfassen kann, um nicht nur Konvektion, sondern auch Wärmeleitung zu unterdrücken und weiterhin schalldämmend zu wirken. Hierbei werden Schichten aus porösem Material vorzugsweise auf einer dem Funktionsraum 12 zugewandten Seite der mehrschichtigen Struktur vorgesehen, die Sperrfolie(n) auf einer dem Funktionsraum abgewandten Seite.
-
Beispielsweise können mit einer Sperrfolie versehene Multischichtsysteme auf Basis von thermoplastischen Materialien bzw. Fasern verwendet werden.
-
Insgesamt kann vorgesehen sein, dass sich eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,1 W/mK, vorzugsweise von weniger als 0,05 W/mK für die Konvektionssperre ergibt, insbesondere, wenn hierfür eines der oben beschriebenen Multischichtsysteme zum Einsatz kommt.
-
Mit der in den Figuren dargestellten erfindungsgemäßen Funktionsraumverkleidung kann ein unerwünschter Wärmeverlust durch Konvektion auf einfache und wirkungsvolle Weise unterdrückt werden, und damit kann der Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emission von einem mit einer solchen Funktionsraumverkleidung versehenen Kraftfahrzeug 1 wirkungsvoll reduziert werden.
-
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
-
- DE 102010029409 A1 [0002]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
