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Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrlagiges Hitzeschild. Derartige Hitzeschilde werden eingesetzt, um einen Gegenstand gegen Hitze und/oder Schall abzuschirmen. Sie werden insbesondere bei Kraftfahrzeugen dort eingesetzt, wo heiße Bauteile, wie beispielsweise ein Motorblock oder ein Auspuffkrümmer, unmittelbar benachbart zu wärmeempfindlichen Bauteilen angeordnet sind.
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Derartige Hitzeschilde weisen typischerweise ein oder zwei metallische Lagen, beispielsweise Blechlagen, auf. Bei mehrlagigen Hitzeschilden ist es auch üblich, zwischen den beiden meist metallischen Außenlagen weitere dämmende Zwischenlagen einzufügen.
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Nachteilig an derartigen Hitzeschilden ist, dass diese vollflächig aus mehreren Lagen aufgebaut sind und daher ein hohes Gewicht aufweisen. Dies gilt auch, wenn lediglich in bestimmten Bereichen des Hitzeschildes eine verstärkte Abschirmung gegenüber Hitze oder Schall erforderlich ist.
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Im Stand der Technik gab es bereits verschiedene Versuche, einzelne Lagen eines Hitzeschildes in einem bestimmten Bereich zu verstärken. So zeigt beispielsweise die
DE 20 2004 019 840 U1 ein Hitzeschild, das benachbart zu einem Auspuffkrümmer angeordnet werden kann. An der Stelle mit höchster Schwingungsamplitude ist eine Verstärkungslage mit einzelnen Schweißpunkten aufgeschweißt. Ein derartiges Schweißverfahren erfordert jedoch einen zusätzlichen Aufwand bei der Herstellung und dadurch erhöhte Kosten.
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Auch in der
EP 2 070 771 A1 ist ein derartiges Hitzeschild dargestellt, bei dem in einzelnen Bereichen ein Verstärkungseinsatz in das Hitzeschild eingebracht wird. Hierzu muss passend zum Verstärkungseinsatz die Zwischenlage des Hitzeschilds partiell ausgespart werden. Auch mit diesem Verfahren ist keine einfache und kostengünstige Herstellung eines entsprechend verstärkten Hitzeschildes möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein mehrlagiges Hitzeschild zur Verfügung zu stellen, bei dem der Materialaufwand und damit auch die Kosten minimiert sind, das einfach herzustellen ist und das dennoch hinreichende mechanische, thermische und akustische Eigenschaften aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch das mehrlagige Hitzeschild nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen mehrlagigen Hitzeschildes werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
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Die vorliegende Erfindung schlägt nun vor, dass bei einem mehrlagigen Hitzeschild eine erste, sich über die gesamte flächige Ausdehnung des Hitzeschildes erstreckende metallische Lage vorgesehen wird. Diese erste metallische Lage wird in mindestens einem Bereich ihrer Ausdehnung von einem ihrer Seitenränder zu einem beabstandeten Abschnitt ihres Seitenrands von einer zweiten metallischen Lage überspannt. Diese zweite metallische Lage erstreckt sich nicht über die gesamte Ausdehnung des Hitzeschildes, also die Ausdehnung der ersten Lage, sondern überspannt diese lediglich in einem bestimmten Bereich. Die zweite Lage ist dennoch als flächige Lage vorgesehen, wobei sie mindestens 20% und höchstens 95%, vorteilhafterweise mindestens 30% und höchstens 70%, der flächigen Ausdehnung der ersten Lage überdeckt. Die zweite Lage kann aus zwei oder mehreren voneinander getrennten Abschnitten bestehen.
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Vorteilhafterweise ist die erste metallische Lage jedoch nur in einem Bereich ihrer Ausdehnung von einem ihrer Seitenränder zu einem beabstandeten Bereich ihrer Seitenränder von einer zweiten metallischen Lage überspannt.
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Durch diese Anordnung der zweiten Lage auf der ersten Lage ist es möglich, die zweite Lage an der ersten Lage dadurch zu befestigen, dass die beiden Lagen mittels eines Bördels an voneinander beabstandeten Abschnitten der Seitenränder der ersten Lage miteinander verbunden werden. Dabei können beide Lagen gemeinsam zu einem Bördel umgefalzt werden. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn lediglich die erste Lage um die zweite Lage oder nur die zweite Lage um die erste Lage umgefalzt wird.
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Befindet sich zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage eine weitere Zwischenlage, beispielsweise aus einem Dämmmaterial, wie beispielsweise Pappe, so kann auch diese mit umgefalzt werden.
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Das erfindungsgemäße Hitzeschild besitzt also in denjenigen Bereichen, in denen eine verstärkte Abschirmung von Hitze oder Schall erforderlich ist, einen verstärkten Bereich, wobei in anderen Bereichen das Hitzeschild nicht verstärkt ist. Durch die reduzierte Ausdehnung der zweiten Lage wird sowohl Material eingespart und so zugleich der Fertigungsaufwand und die Fertigungskosten als auch das Gewicht des Hitzeschildes reduziert. Durch die Befestigung der zweiten Lage an der ersten Lage mittels Bördel an voneinander beabstandeten Abschnitten der Außenkante ist dennoch eine stabile Verbindung der einzelnen Lagen in kostengünstiger Weise möglich.
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Das erfindungsgemäße Hitzeschild kann mindestens ein, vorteilhafterweise jedoch mehrere Befestigungslöcher bzw. Befestigungsöffnungen aufweisen, mit denen das Hitzeschild an einem weiteren Bauteil befestigt werden kann. An diesen Befestigungslöchern können die einzelnen Lagen auch zusätzlich miteinander verbunden werden. Zumindest ist es vorteilhaft, wenn an diesen Befestigungslöchern die erste und die zweite und gegebenenfalls auch noch weitere Lagen umlaufend unmittelbar aufeinander aufliegen. Bei der Befestigung des Hitzeschilds mittels Schrauben und/oder Stecken werden die einzelnen Lagen dann an der Befestigungsöffnung weiter miteinander verbunden. Die Befestigungsöffnung kann hierbei durch eine, zwei oder alle Lagen des Hitzeschildes gehen.
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Die Verbindung mittels Bördel und auch zusätzlich die Verbindung an Befestigungslöchern ermöglicht es bei geeigneter Ausführung der Verbindung, dass die einzelnen Lagen nicht oder nur geringfügig gegeneinander verschieblich sind. Sie ermöglichen daher einen stabilen, dauerhaften Verbund der einzelnen Lagen im Hitzeschild.
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Zusätzlich zu durch die Dichtungslagen hindurchreichenden Befestigungslöchern kann das Hitzeschild auch noch Halter aufweisen, an denen andere Bauteile befestigt werden. Halter werden bevorzugt mittels Nietens, Durchsetzfügens oder Schweißens am Hitzeschild befestigt. Dabei ist es meist vorteilhaft, wenn die Befestigung in einem Abschnitt des Hitzeschildes erfolgt, in dem dieser die maximale Lagenstärke aufweist. Die Befestigung reicht dabei bevorzugt durch alle Lagen hindurch und bewirkt dadurch wie ein Befestigungsloch mit eingeführtem Befestigungsmittel eine zusätzliche Fixierung der Lagen aufeinander.
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Wie bereits erwähnt, können auch weitere Lagen vorgesehen sein, so kann beispielsweise eine weitere zweite äußere Blechlage vorgesehen sein, die die Verstärkungslage mit reduzierter Ausdehnung zwischen der ersten Lage und dieser weiteren Lage einschließt. Es können auch weitere Lagen vorgesehen sein, die Dämmmaterialien enthalten und so die Wärmedämmeigenschaften oder Schalldämmeigenschaften des Hitzeschildes weiter verbessern. Eine derartige Wärme- oder Schalldämmlage muss nicht notwendigerweise auf die Ausdehnung der zweiten Lage mit reduzierter Ausdehnung beschränkt sein. Sie kann auch über diese zweite Lage hinausragen oder gegenüber dieser zurückspringen.
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Selbstverständlich kann die erste Lage oder auch eine der weiteren Lagen auch in denjenigen Bereichen ihrer Außenkante umgebördelt sein, in denen sie nicht mit der zweiten Lage verbördelt ist. Dadurch kann die Außenkante der jeweiligen Lage entschärft und damit die Verletzungsgefahr verringert werden.
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Die erste Lage, die sich vollflächig über das Hitzeschild erstreckt, und auch jede weitere Lage kann im Innern der Fläche der betreffenden Lage einen Versatz bzw. eine Kröpfung aufweisen, die zumindest bereichsweise mit der freien, nicht mit der ersten Lage verbördelten Außenkante der zweiten Lage formschlüssig ist. Dadurch wird die zweite Lage an ihrer nicht mit der ersten Lage verbördelten Kante in die jeweilige benachbarte Lage eingebettet.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite metallische Lage eine mittlere Zone der ersten metallischen Lage überdeckt, wobei die zu der zweiten Lage benachbarten Bereiche der ersten Lage eine Mindestausdehnung aufweisen. So beträgt erfindungsgemäß die flächige Ausdehnung der zweiten Lage mindestens 20% und höchstens 95% der flächigen Ausdehnung der ersten Lage. Vorteilhafterweise beträgt die flächige Ausdehnung der zweiten Lage jedoch mindestens 30% und höchstens 70% der flächigen Ausdehnung der ersten Lage.
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Die nicht mit der zweiten Lage verbördelten Bereiche der ersten Lage, die sich zwischen den beiden beabstandeten verbördelten Bereichen der ersten Lage erstrecken, können vorteilhafterweise jeweils mindestens 5%, vorteilhafterweise jeweils mindestens 20%, der gesamten Länge der Außenkante der ersten Lage betragen. Absolut betrachtet beträgt der Abstand vorteilhafterweise mindestens 3 cm. Besonders bevorzugt ist es, wenn die beiden verbördelten Bereiche der Außenkante einander gegenüberliegen.
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Insgesamt weist das erfindungsgemäße Hitzeschild ein reduziertes Gewicht auf, wobei durch die zonierte Verstärkung durch eine zweite Lage die thermischen und akustischen Eigenschaften des Hitzeschildes optimiert werden. Durch den verringerten Materialeinsatz ergeben sich bei der Herstellung Kostenvorteile. Durch die erfindungsgemäße Befestigung der zweiten Lage an der ersten Lage durch einen Bördel an voneinander beabstandeten Abschnitten des Außenrandes der ersten Lage wird eine einfache, jedoch sehr stabile Befestigungstechnik gewählt. Der Herstellungsaufwand erhöht sich hierbei gegenüber einem durchgängig einlagigen Hitzeschild nur durch das Zuschneiden und Zuführen der zweiten Lage. Nur in Verbindung mit dieser Befestigungstechnik wird bei weiterhin einfachem Aufbau des Hitzeschildes erreicht, dass die akustischen und thermischen Eigenschaften dennoch optimal ausgebildet sind.
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Im Folgenden werden einige Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Hitzeschilde gegeben. Dabei bezeichnen gleiche oder ähnliche Bezugszeichen durchgängig gleiche oder ähnliche Elemente. Die einzelnen Merkmale der nachfolgenden Beispiele können nicht nur im Gesamtzusammenhang mit sämtlichen Merkmalen des jeweiligen Beispiels realisiert werden, sondern sind auch als solche und unabhängig von den weiteren Merkmalen des jeweiligen Beispiels erfindungswesentlich realisierbar.
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Es zeigen
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1 ein Hitzeschild;
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2 einen Schnitt durch ein Hitzeschild ähnlich 1 längs der Linie A-A;
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3 und 4 Schnitte durch Hitzeschilde ähnlich 1 längs einer Linie B-B;
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5 und 6 jeweils einen Schnitt durch verschiedene Bereiche eines Hitzeschildes;
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7 und 8 Schnitte durch einen Randbereich eines Hitzeschildes; und
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9 einen Schnitt durch einen Randbereich eines Hitzeschildes.
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1 zeigt ein Hitzeschild 1 mit einer ersten, sich vollflächig über das Hitzeschild erstreckenden metallischen Lage 2. Etwa mittig auf der ersten Lage 2 ist eine weitere metallische Lage 3 angeordnet, die als zweite metallische Lage sich von einem ersten Seitenrand 6 der ersten Lage 2 zu einem zweiten Seitenrand 7 der ersten Lage 2 erstreckt. An diesen Seitenrändern 6 und 7 sind die beiden Lagen 2 und 3 längs einer Kante 11a bzw. 11b der ersten Lage 2 und einer Kante 14a bzw. 14b der zweiten Lage 3 miteinander durch einen Bördel 8 verbunden.
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Im Bereich der zweiten Lage 3 sind durch beide Lagen 2 und 3 Befestigungsöffnungen 9a, 9b, 9c und 9d angeordnet. Mittels dieser Befestigungsöffnungen 9a bis 9d kann das Hitzeschild 1 an einem anderen Bauteil befestigt werden, beispielsweise durch Schrauben, oder Stecken. Längs der Kanten der Befestigungslöcher 9a bis 9d liegen die beiden Lagen 2 und 3 unmittelbar aufeinander, so dass sie an diesen Befestigungslöchern 9a bis 9d beim Befestigen des Hitzeschildes 1 an einem weiteren Bauteil weiter miteinander verbunden und fixiert werden. Die Lagen 2 und 3 sind durch die gewählten Befestigungstechniken des Bördelns sowie gegebenenfalls der Befestigung an den Befestigungsöffnungen 9a bis 9d so miteinander verbunden, dass sie nicht bzw. kaum gegeneinander verschieblich sind.
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Neben den Befestigungsöffnungen 9a bis 9d im von der zweiten Lage 3 überspannten Bereich weist das Hitzeschild 1 noch eine weitere Befestigungsöffnung 29 auf, die sich allerdings in dem Bereich befindet, in dem der Hitzeschild 1 nur die Lage 2 aufweist. Während die Befestigungsöffnungen 9a bis 9d an ein Bauteil angrenzen, das viel Wärme abstrahlt oder stark schwingt, grenzt die Befestigungsöffnung 29 an ein einen Bauteilabschnitt an, der deutlich weniger Wärme abstrahlt oder signifikant weniger stark schwingt.
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Zwischen den Bereichen 11a und 11b, an denen die erste Lage 2 mit der zweiten Lage 3 verbördelt ist, erstrecken sich Bereiche 12a bzw. 12b der Außenkante 10 der Lage 2, an denen die Außenkante 10 zwar unter Bildung eines Bördels 19 umgebördelt ist, um die Verletzungsgefahr beim Handhaben des Hitzeschildes 1 zu verringern, an denen jedoch keine weitere Lage befestigt ist. Diese Bereiche, die sich zwischen den Befestigungskanten 11a und 11b erstrecken, weisen jeweils eine Länge von mindestens 5% der Gesamtlänge der Außenkante 10 der ersten Lage 2 auf.
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In 1 ist zu erkennen, dass das Hitzeschild 1 und die erste Lage 2 eine konvex-konkave Form aufweisen, wobei die Ansicht in 1 auf die konkave Seite 17 gerichtet ist. Lediglich in wenigen Bereichen ist die konvexe Seite 18 des Hitzeschildes 1 zu erkennen. Die zweite Lage 3 ist in 1 auf der konkaven Seite 18 der ersten Lage 2 angeordnet.
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Die Kantenbereiche 15a, 15b der Kante 13 der zweiten Lage 3, die sich zwischen den beiden Bereichen 14a und 14b über die erste Lage 2 hinweg erstrecken, jedoch nicht an der ersten Lage 2 mittels eines Bördels befestigt sind, können beispielsweise in einer Kröpfung 16 der ersten Lage 2 formschlüssig eingebettet sein.
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2 zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A in 1, nunmehr jedoch in einem Ausführungsbeispiel, bei dem zusätzlich eine weitere Lage 5 aus einem dämmenden Pappmaterial zwischen die erste Lage 2 und die zweite Lage 3 eingelegt ist. An der Außenkante 11b der ersten Lage 1 sind sämtliche drei Lagen 2, 3 und 5 miteinander umgebördelt und bilden so den Bördel 8, an dem die Lagen 2, 3 und 5 miteinander verbunden sind. Der in 2 gezeigte Schnitt geht durch ein Befestigungsloch 9b. Die Lagen 3, 5 und 2 liegen am Rand der Befestigungsöffnung 9b unmittelbar aufeinander und werden beim Befestigen des Hitzeschilds 1 beim Anziehen der Befestigungsschraube aufeinander gepresst.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das einem Schnitt längs der Linie B-B in 1 vergleichbar ist. Hier ist zusätzlich zu 1 eine Dämmlage 5 aus Drahtgestrick oder metallkaschiertem Gewebe auf die erste Lage 2 aufgelegt. Im Bereich der Kante 12a, wo die Außenkante 10 der ersten Lage 2 nicht mit der zweiten Lage 3 verbunden ist, ist die erste Lage 2 zur Ausbildung eines Bördels 19 umgefalzt und übergreift dabei die weitere Lage 5. Die zweite Lage 3 ist im Bereich ihrer Kante 15 nicht mit der ersten Lage 2 verbunden.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel ähnlich dem der 3. Auch hier ist zusätzlich zu dem Ausführungsbeispiel in 1 eine weitere Dämmlage 5 vorgesehen. Anders als im Ausführungsbeispiel der 3 erstreckt sich diese jedoch nur zwischen der ersten Lage 2 und der zweiten Lage 3 und weist eine geringere Ausdehnung als die zweite Lage 3 auf. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die zusätzliche Dämmlage 5 aus einem Partikel-basierten Material, nämlich verpresstem expandiertem Glimmer. Die Lage 3 reicht an allen ihren Rändern über die Glimmer-Lage 5 hinaus und deckt deren Ränder ab.
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5 zeigt einen Schnitt durch ein Hitzeschild ähnlich dem in 1 gezeigten Hitzeschild, wobei der Schnitt sich entsprechend in Fortsetzung der Linie A-A quer über die gesamte Lage 1 erstreckt. Im Unterschied zu 1 ist jedoch in dem Schnitt keine Befestigungsöffnung 9b vorgesehen. In dieser Darstellung sind die beiden Bördel 8 zu erkennen, die durch Umfalzen der ersten Lage 2 um die zweite Lage 3 erzeugt werden. Im Unterschied zum Hitzeschild in 2 ist also die zweite Lage 3 an den Rändern 14a und 14b selbst nicht mit umgefalzt. Beide Lagen 2, 3 weisen über weite Abschnitte einen zueinander parallelen Verlauf auf. Die Abstände und Dimensionen in 5 und 6 sind nicht maßstäblich.
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In 6 ist ein weiterer Schnitt durch das Hitzeschild aus 5 dargestellt. Der Schnitt in 6 verläuft parallel zum Schnitt in 5, jedoch außerhalb des Bereiches, in dem die zweite Lage 3 angeordnet ist. Ein solcher Schnitt kann beispielsweise benachbart zu der Kröpfung 16 in 1 geführt werden.
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7 zeigt einen Ausschnitt aus einem Hitzeschild 1, wobei lediglich ein Schnitt durch den Randbereich 11 dargestellt ist, an dem die erste Lage 2 mit der zweiten Lage 3 mittels eines Bördels 8 verbunden ist. Die Kante 14 der zweiten Lage 3 ist nicht mit umgebördelt. Weiterhin ist eine weitere Lage 5 vorgesehen, die sich von der Kante 11 nahezu über die gesamte Ausdehnung der zweiten Lage 3 erstreckt.
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Die erste Lage 2 weist nun einen Rücksprung 16 auf, der ähnlich einer Sicke ausgebildet ist. Im ersten Bereich der Sicke 16, die als Kröpfung betrachtet werden kann, weist auch die zweite Lage 3 und die weitere Lage 5 jeweils eine Kröpfung 20 bzw. 21 auf. Die Kröpfungen 20 und 21 entsprechen dem Verlauf der Sicke 16, so dass die zweite Lage 3 und die weitere Lage 5 formschlüssig in die Sicke 16 eingebettet sind.
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In einem weiteren Beispiel ist in 8 das Hitzeschild der 7 abgewandelt, insofern sich die zweite Lage 3 über die Sicke 16 und damit längs des in 8 dargestellten Schnittes vollständig erstreckt. Durch die Ausbildung der Sicke 20 in der zweiten Lage 3, die formschlüssig zur Sicke 16 in der ersten Lage 2 verläuft, wird eine weitere Fixierung der zweiten Lage 3 an der ersten Lage 2 bewirkt. Insbesondere ist in den 7 und 8 die zweite Lage 3 gegenüber der ersten Lage 2 nicht mehr verschieblich.
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9 zeigt eine weitere abschnittsweise Darstellung eines Schnitts durch ein erfindungsgemäßes Hitzeschild 1. Das Hitzeschild besteht aus den metallischen Lagen 2 und 3 und verzichtet auf eine Isolationslage. Zusätzlich zu mindestens einer – hier nicht dargestellten – Befestigungsöffnung weist das Hitzeschild einen Halter 23 mit einer Gewindeöffnung 24 auf. Der Halter 23 dient zur Montage eines anderen Bauteils. Der Halter 23 weist entgegen dem umgebördelten Bereich der Lage 2 zur Außenseite des Hitzeschildes. Der Halter ist mittels zweier Niete 25 abschnittsweise flächig auf dem Hitzeschild 1 befestigt. Die Niete sind in einem Bereich angeordnet, in denen die Lage 3 die Lage 2 überspannt, sie greifen an zwei Befestigungsstellen 26 durch beide Lagen und fixieren diese zusätzlich zum im vorliegenden Schnitt nicht sichtbaren Lagenbefestigungs-Bördel aufeinander.
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Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass durch die vorliegende Erfindung ein Hitzeschild zur Verfügung gestellt wird, das einfach und kostengünstig hergestellt werden kann, wobei die thermischen und akustischen Eigenschaften erhalten bleiben oder weiter optimiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202004019840 U1 [0004]
- EP 2070771 A1 [0005]
