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In Fahrzeugen, insbesondere Dieselfahrzeugen, wird durch dessen einzelne Komponenten, wie Motor, Abgasstrang oder dergleichen Wärme und Schall erzeugt, welche in die Umgebung abgegeben werden. Um die abgestrahlte Wärme abzufangen werden Hitzeschilde, auch als Hitzeschutzbleche bezeichnet verwendet. Diese sind aus Akustikgründen zuweilen mehrlagig ausgebildet, strahlen dann aber weiterhin Schall in die Umgebung ab und erhöhen in manchen Situationen sogar die insgesamt abgestrahlte Schallleistung.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Hitzeschild anzugeben, mit möglichst guten Wärme- und Schalldämmeigenschaften.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Hitzeschild mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der Hitzeschild dient zur Abschirmung einer wärme- und schallabstrahlenden Komponente in einem Fahrzeug, insbesondere Dieselfahrzeug. Die Komponenten ist beispielsweise ein Abgaskrümmer, Abgasstrang oder Motor. Der Hitzeschild weist einen Träger auf, der eine Innenseite aufweist, welche in montiertem Zustand der Komponente zugewandt ist. Entsprechend weist der Träger auch eine Außenseite auf, die der Komponenten abgewandt ist. Der Träger verläuft dabei insbesondere entlang einer Trägerfläche, welche die Komponente zumindest teilweise umschließt. Auf der Innenseite ist ein insbesondere durchgängiges Dämmmaterial angeordnet, zur Absorption von Wärme und Schall, welche von der Komponente insbesondere im Betrieb des Fahrzeugs erzeugt werden. Dabei weist der Träger eine Anzahl von Fenstern auf, um eine Schallabstrahlung des Trägers zu reduzieren.
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Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht insbesondere darin, dass die Fenster im ansonsten insbesondere flächigen Träger dessen Schallabstrahlungsverhalten vorteilhaft beeinflussen. Durch die Fenster ist das Schwingungs- oder auch Frequenzantwortverhalten des Trägers zweckmäßigerweise derart modifiziert, dass zumindest eine Schallabstrahlung im für Menschen wahrnehmbaren Frequenzbereich deutlich reduziert ist. Versuche haben bestätigt, dass der erfindungsgemäße Träger mit Fenstern ein deutlich verbessertes Schallverhalten zeigt und damit deutlich weniger durch eintreffenden Schall angeregt wird und entsprechend selbst weniger Schall abstrahlt. Die Fenster verhindern zudem insbesondere eine zu starke Absorption von Wärme durch den Träger, wodurch wiederum die thermische Belastung auf diesen reduziert ist. Dadurch werden vorteilhaft Verspannungen vermieden, welche aufgrund der tragenden Funktion des Trägers zu einer Beschädigung führen könnten. Der Träger dient somit vorteilhaft vorrangig der Halterung des Dämmmaterials und der Montage des Hitzeschildes am Fahrzeug, eine Wärme- und Schallabsorption erfolgt dagegen hauptsächlich durch das Dämmmaterial. Insbesondere ist dadurch dann insgesamt ein akustisch besonders wirksamer Hitzeschutz realisiert.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich insbesondere durch die Kombination mit dem Dämmmaterial. Dieses bildet eine Dämmschicht und dient zweckmäßigerweise gleichzeitig zur Schall- und zur Wärmedämmung und stellt somit insbesondere eine Mehrzweck- oder Multifunktionslage dar. Dadurch, dass nun das Dämmmaterial insbesondere durchgängig auf den Träger aufgebracht ist, d. h. im Wesentlichen lückenlos, und die Fenster im Träger überdeckt, ist auf vorteilhafte Weise auch eine durchgängige, zweifache Dämmwirkung, d. h. eine Dämmung hinsichtlich Wärme und Schall, gewährleistet. Grundsätzlich ist auch eine mehrteilige Ausführung des Dämmmaterials denkbar, mit einer Mehrzahl an Dämmabschnitten. Zweckmäßigerweise ist auch hierbei die Innenseite des Trägers im Wesentlichen vollständig, d. h. durchgängig von Dämmmaterial bedeckt.
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Die möglicherweise verbleibenden ungünstigen Schalleigenschaften des Trägers haben durch das vorteilhafte Anbringen des Dämmmaterials auf der Innenseite keine oder nur lediglich eine geringe Auswirkung, da jeglicher Schall und jegliche Wärme von der Komponente ausgehend zunächst dem Dämmmaterial zugeführt werden. Dadurch ist dann auch der Schalleintrag in den Träger deutlich reduziert und somit die Schalldämmung des Hitzeschildes insgesamt deutlich verbessert.
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Der Träger dient insbesondere als mechanische Halterung für das Dämmmaterial und auch zur Montage des Hitzeschildes am Fahrzeug. Dabei ist der Träger vorzugsweise aus Blech gefertigt, beispielsweise Aluminium- oder Stahlblech und somit gleichzeitig hinreichen leicht und kostengünstig als auch hinreichend mechanisch stabil.
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Geeigneterweise weist der Träger eine Wandstärke im Bereich von 0,5 bis 2 mm auf und lässt sich dadurch insbesondere kostengünstig als Tiefziehteil fertigen. Die Fenster sind in einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung ausgestanzt.
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Zur Montage am Fahrzeug weist der Träger zweckmäßigerweise eine Anzahl von Montagelöchern auf, mittels denen der Träger am Fahrzeug oder direkte an der Komponente befestigt wird, beispielsweise geschraubt, gesteckt oder genietet. Im Bereich der Montagelöcher ist das Dämmmaterial dazu ausgelassen, weist also entsprechende Löcher zur Durchführung von Befestigungselementen auf.
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Insbesondere in der Ausgestaltung als Tiefziehteil weist der Träger geeigneterweise eine Trägerkontur auf, welche an eine Kontur der Komponente angepasst ist. Das Dämmmaterial ist dann insbesondere ebenfalls der Kontur folgend auf der Innenseite des Träger montiert. Dadurch ergibt sich eine besonders platzsparende Anordnung.
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Grundsätzlich ist die Verwendung eines Lochblechs als Träger denkbar, da vorteilhafte akustische Eigenschaften insbesondere bereits dadurch erzielt werden, dass der Träger gerade nicht vollflächig ausgeführt ist, sondern eine Anzahl von Ausnehmungen aufweist. Zweckmäßigerweise wird jedoch durch Einbringen der Ausnehmungen, insbesondere in Form von Fenstern, welche insbesondere größer sind als übliche Ausnehmungen in Lochblechen, möglichst viel Material des Trägers entfernt, um entsprechend eine besonders optimale akustische Wirkung zu erzielen. Eine Obergrenze bildet dann insbesondere die mechanische Stabilität des Trägers, die bei Reduzierung der Materialmenge üblicherweise abnimmt. Die Form und die Größe der Fenster ist somit insbesondere von der Form des Hitzeschildes und der abzuschirmenden Komponente abhängig. Generell sind die Fenster vorzugsweise möglichst groß gewählt, unter Berücksichtigung der mechanischen Stabilität des Trägers.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Fenster jeweils eine Größe im Bereich von 5 cm2, insbesondere 10 cm2, bis 500 cm2, insbesondere 100 cm2 auf. Ein solcher Träger weist ein besonders vorteilhaftes Frequenzantwortverhalten auf. Die Größe eines Fensters ist dabei die die jeweils von einem Fenster abgedeckte Fläche. Vorzugsweise sind die Fenster in etwa gleich groß, d. h. unterscheiden insbesondere sich in deren Größe um höchstens einen Faktor 5, insbesondere einen Faktor 2.
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In einer geeigneten Ausgestaltung weist der Träger wenigstens 2 und höchstens 30, insbesondere höchstens 15 Fenster auf. Auf diese Weise ist insbesondere gleichzeitig gewährleistet, dass der Träger sowohl geeignete Schalleigenschaften als auch geeignete mechanische Eigenschaften aufweist. Allgemein ist die genaue Anzahl an Fenstern von der Gesamtgröße des Trägers und der abzuschirmenden Komponente abhängig. In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Gesamtoberfläche etwa 0,4 m2 groß und in den Träger sind dann etwa 20 bis 30 Fenster eingebracht.
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Das Dämmmaterial ist bevorzugterweise ein biegeweiches Material, welches dann vorteilhaft konturangepasst auf der Innenseite des Trägers montiert ist und somit zu einer besonders platzsparenden Ausführung des Hitzeschildes führt. Als Dämmmaterial sind insbesondere Mineralfasern oder ein Mineralfaservlies besonders geeignet, da mit diesen eine besonders hohe Dämmwirkung sowohl für Schall als auch für Wärme realisiert ist.
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Das Dämmmaterial wird vorzugsweise als Lage oder dicke Schicht mit einer Schichtstärke im Bereich von beispielsweise 1 bis 3 cm auf der Innenseite des Trägers angebracht, beispielsweise geklebt oder gesteckt oder geklemmt.
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In einer geeigneten Variante ist zusätzlich das Dämmmaterial auch außenseitig auf dem Träger zumindest teilweise, beispielsweise als Faserstreifen aufgebracht, um insbesondere an besonders stark Wärme und Schall abgebenden Stellen der Komponente eine verbesserte Dämmung zu erzielen. Alternativ oder zusätzlich sind auf diese Weise auch montage- oder toleranzbedingte Spalte durch zusätzliches Dämmmaterial abgedeckt.
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Um insbesondere bei der Verwendung von Mineralfasern einen Verlust von Fasern und allgemein um einen Verlust von Dämmmaterial zu verhindern, ist auf das Dämmmaterial zweckmäßigerweise innenseitig eine Decklage aufgebracht. Die Decklage dient somit insbesondere als Schutzhülle und gewährleistet den Zusammenhalt des Materials, insbesondere in Hinblick auf eine mögliche starke mechanische Belastung im Betrieb. In einer geeigneten Weiterbildung ist die Decklage beidseitig aufgebracht, d. h. sowohl innenseitig zur Komponente hingewandt als auch außenseitig, d. h. zum Träger hingewandt.
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Die Decklage ist in einer bevorzugten Ausgestaltung als Lochblech, Geflecht oder Gitter ausgebildet. Dadurch ist einerseits ein geeigneter Zusammenhalt des Dämmmaterials gewährleistet, andererseits aber weiterhin ein hinreichender Eintrag von Schall und Wärme durch das Lochblech, Geflecht oder Gitter hindurch und in das Dämmmaterial zwecks Absorption. Dabei die Verwendung eines Lochblechs, Geflechts oder Gitters sind insbesondere sogenannte akustische Kurzschlüsse realisiert, wodurch die Schallabstrahlung vorteilhaft reduziert wird. Das Lochblech, Geflecht oder Gitter ist beispielsweise aus Stahl oder Aluminium gefertigt und weist beispielsweise eine Stärke im Bereich von 0,3 bis 2 mm auf. Das Lochblech, Geflecht oder Gitter weist zudem eine Vielzahl von Löchern auf, die geeigneterweise jeweils einen Durchmesser von etwa 0,5 bis 2 mm haben.
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Insbesondere zum Schutz des Dämmmaterials vor Feuchtigkeit aus der Umgebung ist in einer bevorzugten Weiterbildung zwischen dem Träger und dem Dämmmaterial eine wasserabweisende Folie als Wassereintrittsschutz angeordnet. Die Folie ist insbesondere direkt auf das Dämmmaterial aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt. Vorzugsweise dient die Folie gleichzeitig als außenseitige Decklage, wie oben bereits beschrieben.
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Um einen besonders umfassenden Wassereintrittsschutz zu gewährleisten ist die Folie zweckmäßigerweise durchgängig ausgebildet, d. h. insbesondere ohne Perforationen oder Löcher, mit Ausnahme im Bereich der Montagelöcher.
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Insgesamt ergibt sich für den Hitzeschild dann in einer bevorzugten Ausgestaltung beginnend von der Komponente aus folgender mehrschichtiger Aufbau: Lochblech als Decklage, Dämmmaterial zur Schall- und Wärmeabsorption, Folie als Wassereintrittsschutz und insbesondere auch als außenseitige Decklage, Träger mit Fenster. Dieser insbesondere vierschichtige Aufbau vereint borteilhaft alle benötigten Funktionalitäten des Hitzeschildes in besonders kompakter Weise bei gleichzeitig besonders guten Schall- und Wärmedämmeigenschaften.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Träge mit Fenstern eine Gesamtoberfläche auf und die Fenster eine gemeinsame Fensterfläche, die wenigstens 5%, vorzugsweise wenigstens 30% und vorzugsweise höchstens 90%, insbesondere höchstens 80% der Gesamtoberfläche beträgt. Dadurch weist der Träger gleichzeitig sowohl eine hinreichende mechanische Stabilität auf als auch verbesserte Schalleigenschaften, insbesondere im Sinne eines verbesserten Frequenzantwortverhaltens. Die Gesamtoberfläche des Trägers setzt sich zusammen aus der Fensterfläche, d. h. der Summe von Einzelfensterflächen jedes einzelnen der Fenster, und der verbleibenden Trägerfläche, welche tatsächlich Material enthält und eine Art Fachwerk oder Gerüst bildet.
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In einer geeigneten Ausgestaltung erstreckt sich der Träger in einer Längsrichtung und die Fenster sind durch Streben voneinander beabstandet, wobei die Streben quer zur Längsrichtung verlaufen. Ein solcher Hitzeschild eignet sich besonders für langegestreckte Komponenten. Der Träger weist dann insbesondere einen Rahmen oder eine Umrandung auf, innerhalb derer sich die Streben nach Art von Rippen quer zur Längsrichtung erstrecken und dabei die Fenster ausbilden und entsprechend beabstanden.
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Generell ist die Anordnung von Fenstern und Streben jedoch von der konkreten Form der Komponente und der Ausdehnung des Trägers abhängig, sodass in einer geeigneten Variante die Streben nicht alle zueinander parallel verlaufen
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sind zumindest zwei Fenster durch eine Strebe voneinander beabstandet und die Strebe weist eine Strebenbreite auf, die zwischen 0,5 und 5 cm, beträgt. In dieser Ausgestaltung weist der insbesondere aus Blech gefertigte Träger eine besonders gute Stabilität auf und es sind dennoch geeignet große Fenster realisiert. Insbesondere weist die Strebe eine Strebenbreite auf und die Fenster in gleicher Richtung gemessen jeweils eine Fensterbreite und die Strebenbreite beträgt wenigstens 10% und höchstens 30% der Fensterbreite.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
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1 einen Hitzeschild in einer perspektivischen Ansicht und
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2 einen Schichtaufbau des Hitzeschildes im Querschnitt.
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In 1 ist in einer Schrägansicht ein Hitzeschild 2 dargestellt, welcher zur Wärme- und Schalldämmung einer Komponente 3 in einem nicht gezeigten Fahrzeug dient. Der Hitzeschild 2 weist einen Träger 4 auf, welcher sich in einer Längsrichtung L erstreckt und mehrere, hier fünf in dieser Längsrichtung L hintereinander angeordnete Fenster 6 aufweist. Aufgrund der Fenster 6 weist der Träger 4 ein deutlich verbessertes Schallantwortverhalten auf, d. h. eine Schallübertragung und Abgabe von der Komponente 3 über den Träger 4 ist aufgrund der Fenster 6 deutlich reduziert. Die Fenster 6 sind durch eine Anzahl von quer zur Längsrichtung L verlaufenden Streben 8 beabstandet. Zur Montage des Hitzeschildes 2 sind in die Streben 8 zusätzlich eine Anzahl von Montagelöchern 10 eingebracht.
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Durch die Fenster 6 hindurch ist ein innenseitig, d. h. auf einer Innenseite des Trägers 4, montiertes Dämmmaterial 12 sichtbar. Dieses ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als Mineralfaservlies ausgeführt und weist besonders gute Wärme- und Schalldämmeigenschaften, d. h. insbesondere Wärme- und Schallabsorptionseigenschaften auf. Das Dämmmaterial 12 ist insbesondere durchgängig ausgebildet, d. h. überdeckt die Innenseite I vollständig mit Ausnahme der Montagelöcher 10. Das Dämmmaterial 12 überdeckt somit die Fenster 6 innenseitig und ist über die Streben 8 am Träger 4 gehaltert. Das Dämmmaterial 12 ist im hier gezeigten Ausführungsbeispiel einteilig ausgebildet, in einer nicht gezeigten Alternative jedoch mehrteilig.
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Die Streben 8 weisen jeweils in Längsrichtung L eine Strebenbreite SB auf, welche hier etwa dem 2- bis 4-Fachen einer Fensterbreite FB der Fenster 6 entspricht. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Streben 8 insbesondere eine Strebenbreite SB im Bereich von 1 bis 5 cm auf, die Fensterbreite FB ist dann entsprechend zwei- bis viermal so groß, je nach Fenster 6. Insgesamt weisen die Fenster 6 dann jeweils eine Größe im Bereich von 50 cm2 bis 100 cm2 auf und machen somit etwa 60% bis 70% einer Gesamtoberfläche O des Trägers 4 aus.
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2 zeigt schematisch den mehrschichtigen Aufbau des Hitzeschildes 2. Dieser ist derart orientiert, dass die Innenseite I zur Wärme- und Schall abstrahlenden Komponente 3 hinweist und die Außenseite A von dieser weg und zur Umgebung. Von der Innenseite I ausgehend ist zunächst als innerste Schicht oder Lage eine Decklage 14 angeordnet, welche auf das darauffolgende Dämmmaterial 12 aufgebracht ist, um dieses zusammen zu halten und einen Verlust von Fasern über Zeit zu vermeiden. Die Decklage 14 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als Lochblech ausgebildet und ermöglicht auf diese Weise gleichzeitig ein Zusammenhalten des Dämmmaterials 12 als auch einen besonders effizienten Eintritt von Schall und Wärme, welche von der Komponente 3 abgestrahlt werden. Außenseitig auf das Dämmmaterial ist eine Folie 16 aufgebracht, die wasserabweisend ist und als Wassereintrittsschutz dient, zum Schutz des Dämmmaterials 12 vor von außen eintretender Feuchtigkeit. Der Stapel aus Decklage 14, Dämmmaterial 12 und Folie 16 ist schließlich innenseitig am außen angeordneten Träger 4 angebracht. Der Träger 4 ist hier aus einem Blech gefertigt, mit einer Wandstärke W von etwa 1 mm. In 2 deutlich erkennbar ist auch ein Fenster 6, welches von zwei Streben 8 des Trägers 4 berandet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Hitzeschild
- 3
- Komponente
- 4
- Träger
- 6
- Fenster
- 8
- Strebe
- 10
- Montageloch
- 12
- Dämmmaterial
- 14
- Decklage
- 16
- Folie
- A
- Außenseite
- FB
- Fensterbreite
- I
- Innenseite
- L
- Längsrichtung
- O
- Gesamtoberfläche
- SB
- Strebenbreite
