DE4035177A1 - Hitzeschild - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hitzeschild zur Abschirmung von abgasführenden Teilen an einem Kraftfahrzeug, insbesondere von Auspuffleitungen, Auspufftöpfen und/oder Katalysatoren gegenüber der Bodengruppe des Kraftfahrzeugs, mit einem die Schildvorderseite bildenden Reflektorblech.

Derartige Hitzeschilde sind in unterschiedlicher Ausführungsform bekannt. Sie haben die Aufgabe, die von den abgasführenden Teilen durch Strahlung und/oder Konvektion abgegebene Wärme von der Bodengruppe des Kraftfahrzeugs fernzuhalten. Die bekannten, aus einem einfachen Reflektorblech bestehenden Hitzeschilde reichen zur Wärmeabschirmung der abgasführenden Teile jedoch nicht aus, insbesondere weil bei mit Katalysatoren ausgerüsteten Kraftfahrzeugen die Teile der Auspuffanlage des Kraftfahrzeugs und vor allem der Katalysator selbst eine höhere Temperatur haben.

Um eine verbesserte Abschirmung der durch Konvektion übertragenen Wärme zu erreichen, ist es bekannt, das die Schildvorderseite bildende Reflektorblech mit Erhebungen und Vertiefungen zu versehen (DE-GM 88 12 026). An der Rückseite des Reflektorblechs kann eine Isolierschicht aus Mineralschaum oder ähnlichem Material angeordnet und durch eine Blechrückwand bedeckt sein. Die zusätzlich zu der Wärmeabschirmwirkung geforderte Schallabschirmung ist hierbei jedoch nur gering.

Zur Verbesserung der schalldämmenden Eigenschaften derartiger Hitzeschilde ist es bekannt, das Reflektorblech mit einem schalldämmenden Stoff zu beschichten (DE-OS 38 02 993). Hierbei läßt sich eine ausreichende schalldämmende Wirkung zur Fahrgastzelle hin - jedoch keine Schallabsorption zur Minderung des Luftschalls an die Umwelt - aber nur durch verhältnismäßig dicke schalldämmende Schichten erreichen, für die bei der herkömmlichen Bauweise von Personenkraftwagen vor allem im Bereich des Katalysators oftmals kein ausreichender Platz zur Verfügung steht. Das Gewicht derartiger schalldämmender Schichten ist notwendigerweise hoch.

Außerdem wird es zunehmend als nachteilig empfunden, daß derartige Hitzeschilde wegen ihres Verbundaufbaus beim Verschrotten keine Materialrückgewinnung (Recycling) mit vertretbarem Aufwand ermöglichen. Dies gilt auch für andere bekannte Hitzeschilde (DE-GM 87 09 034, DE-OS 37 33 285) der eingangs genannten Bauart, bei denen jeweils ein Reflektorblech mit einer schallabsorbierenden Schicht verbunden ist. Ein Recycling des üblicherweise aus Aluminium bestehenden Reflektorblechs wird aber durch die innige Verbindung mit der nichtmetallischen schallabsorbierenden Schicht erschwert oder in den meisten Fällen sogar unmöglich gemacht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Hitzeschild der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß er ein hohes Schallabsorptionsvermögen aufweist und zugleich so aufgebaut ist, daß er mit geringem Aufwand einer Materialrückgewinnung (Recycling) zugeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Reflektorblech ein Raster von Durchbrechungen aufweist und daß an der Schildrückseite hinter jeder Durchbrechung eine schallabsorbierende Kammer aus Blech angeordnet ist.

Die schallabsorbierende Wirkung des Hitzeschildes wird dabei ohne die üblichen nichtmetallischen Schalldämmaterialien erreicht. Deshalb kann der Hitzeschild ohne Schwierigkeiten dem Recycling zugeführt werden, weil er ausschließlich oder ganz überwiegend aus einem einheitlichen Material besteht.

Durch die Anordnung der schallabsorbierenden Kammern hinter den rasterartig angeordneten Durchbrechungen des Reflektorblechs wird eine hohe Schallabsorptionswirkung erzielt, wobei durch die Größe und Gestaltung der Kammern die Absorptionswirkung auf das jeweilige Schallspektrum abgestimmt werden kann.

Die einzelnen Kammern bilden sog. Helmholtz-Resonatoren, deren Verwendung zur Schalldämmung bekannt ist. So ist es bekannt (DE-OS 34 12 432), ein schallabsorbierendes Bauelement auf nebeneinander angeordneten, doppelbecherförmigen Schallabsorptionselementen aufzubauen. Wegen seines verhältnismäßig komplizierten Aufbaus und der ungenügenden Wärmebeständigkeit ist ein solches Bauelement aber nicht als Hitzeschild der eingangs genannten Gattung geeignet.

Bekannt sind auch schallabsorbierende Bauelemente zur Abschirmung des Motorraums eines Kraftfahrzeugs, wobei auf der Rückseite eine Wabenstruktur vorgesehen ist (EP 2 44 755). Die Waben sind mit einer Folie verschlossen. Auch diese Bauelemente haben keine für den genannten Einsatzbereich ausreichende Wärmebeständigkeit und Wärmeabschirmwirkung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die schallabsorbierenden Kammern durch napfförmige Vertiefungen eines an der Rückseite des Reflektorblechs befestigten Kammerblechs gebildet. Damit läßt sich in fertigungstechnisch sehr einfacher Weise ein Hitzeschild herstellen, der gleichzeitig eine hohe Schallabsorptionswirkung hat, ohne daß hierfür die üblichen nichtmetallischen Schalldämmaterialien verwendet werden müßten, die ein Recycling erschweren oder unmöglich machen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hitzeschild,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen unter der Bodengruppe eines Kraftfahrzeugs im Auspufftunnel angeordneten Hitzeschild und

Fig. 3-10 abgewandelte Ausführungsformen von Hitzeschilden in Darstellungen gemäß der Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Abschnitt eines Hitzeschildes in einer grundsätzlichen Ausführungsform im Längsschnitt dargestellt. Die (in den Fig. jeweils untenliegende) Schildvorderseite wird von einem Reflektorblech 1 gebildet, das in einem Raster angeordnete Durchbrechungen 2 aufweist. Das beispielsweise aus Aluminium hergestellte Reflektorblech 2 bildet einerseits das tragende Bauteil des Hitzeschildes; andererseits wirkt das Reflektorblech 1 als Reflektor zur Abschirmung der Wärmestrahlung.

Hinter jeder Durchbrechung 2, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils mit einem sich zur Rückseite erstreckenden Kragen 3 ausgeführt ist, der eine versteifende und akustische Wirkung hat, ist eine schallabsorbierende Kammer 4 angeordnet. Die Kammern 4 werden durch napfförmige runde, quadratische oder anders gestaltete Vertiefungen eines an der Rückseite des Reflektorblechs 1 befestigten Kammerblechs 5 gebildet. Das Kammerblech 5 kann mit dem an der Vorderseite angeodneten Reflektorblech 1 durch Schweißen, durch mechanische Verbindungselemente, wie Schrauben oder Niete 6, oder durch ein mechanisches Fügeverfahren verbunden sein, beispielsweise Bördeln.

Die in die Kammern 4 durch die Durchbrechungen 2 eintretende Schallwellen werden durch Schwingungen der in der Kammer 4 enthaltenen Luftsäule absorbiert. Die Größe der Kammern 4 wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß eine verstärkte Absorption des im Einzelfall auftretenden Schwingungsspektrums erreicht wird. Die Kammern 4 wirken durch ihr Luftvolumen zusätzlich wärmedämmend, ohne daß hierfür ein übliches nichtmetallisches Wärmedämmaterial verwendet werden müßte. Da der gesamte Hitzeschild aus einem einheitlichen Werkstoff hergestellt werden kann, beispielsweise Aluminiumblech, ist ein Recycling ohne Schwierigkeiten möglich.

Das Reflektorblech 1 und das daran angebrachte Kammerblech 5 bilden gemeinsam einen Körper von verhältnismäßig hoher Formsteifigkeit, so daß zur Herstellung dünnes Blech verwendet werden kann. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Gewichtsverringerung.

Fig. 2 zeigt eine spezielle Ausführungsform eines in der beschriebenen Weise aufgebauten Hitzeschildes 7, der in einem Auspufftunnel 8 unter der Bodengruppe 9 eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und zur Abschirmung eines abgasführenden Teils 10 des Kraftfahrzeugs dient, beispielsweise eines Auspuffrohres, das eine Lärm- und Wärmequelle bildet.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind die schallabsorbierenden Kammern 4 unterschiedlich groß ausgeführt. Die Größe der Kammern 4 richtet sich nach der jeweils zu dämmenden Schallfrequenz und wird in optimaler Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raumes gewählt.

Fig. 2 zeigt eine Bördelverbindung 11 der Ränder des Reflektorblechs 1 und des Kammerblechs 5. Dadurch wird eine zusätzliche Versteifung des Hitzeschildes 7 erreicht.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 erfolgt die Verbindung zwischen dem Reflektorblech 1 und dem Kammerblech 5 dadurch, daß die Ränder einiger Durchbrechungen 2, vorzugsweise jeder zweiten Durchbrechung 2, jeweils in ein Loch des Kammerblechs 5 eingreifen und dort mit einer Bördelung 12 befestigt sind. Diese Durchbrechungen 2 münden in schallabsorbierende Kammern 4′, die zwischen dem Kammerblech 5 und einem an der Rückseite angebrachten Deckblech 5a gebildet werden.

Gegenüber der einfachen Ausführungsform nach Fig. 1 hat die Ausführung nach Fig. 3 den Vorteil, daß die gesamte Rückseite des Reflektorblechs 1 mit schallabsorbierenden Kammern 4 bzw. 4′ besetzt ist, wodurch nicht nur eine besonders hohe Schallabsorptionwirkung, sondern auch eine wesentlich erhöhte Wärmedämmwirkung erzielt wird. Die Verbindung des Kammerblechs 5 mit dem Deckblech 5a kann auch hier in der bereits beschriebenen Weise erfolgen, beispielsweise durch Schweißen oder durch Niete 6′.

Hiervon unterscheidet sich die Ausführung nach Fig. 4 nur dadurch, daß das zweite, hintere Deckblech 5a′ ebenfalls Vertiefungen 13 aufweist, durch die die Kammern 4′ vergrößert werden. Da die nach vorn ragenden Vorsprünge 14 des Deckblechs 5a schmal sind und daher nur eine geringe Berührungsfläche mit dem Kammerblech 5 haben, wird die mögliche Wärmeleitung zwischen dem Kammerblech 5 und dem Deckblech 5a verringert. Dies führt zu einer Erhöhung der Wärmedämmwirkung des Hitzeschildes.

Eine andere Maßnahme, die Wärmeabstrahlung an der Rückseite des Hitzeschildes zu verringern, besteht darin, an der Rückseite des Hitzeschildes eine Verkleidung 15 anzubringen (Fig. 5), die zusätzlich zu dem Deckblech 5a bzw. 5b oder anstelle dieses Deckblechs unmittelbar an der Rückseite des Kammerblechs 5 angebracht werden kann. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel in Fig. 5 besteht diese Verkleidung 15 aus mehreren strukturierten, geprägten Folien. Um die Möglichkeit des Recycling zu erhalten, besteht auch diese Verkleidung 15 aus demselben Material wie das Reflektorblech 1 und das Kammerblech 5, vorzugsweise Aluminium.

Das in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 nur dadurch, daß die Durchbrechungen 2 durch eine schalldurchlässige dünne Folie 16 verschlossen sind, die zwischen dem Reflektorblech und dem Kammerblech 5 als durchgehende Folie angeordnet ist. Es handelt sich dabei vorzugsweise um eine dünne Aluminiumfolie oder um ein Aluminiumvlies.

Fig. 7 zeigt eine demgegenüber abgewandelte Ausführungsform, bei der die Folie 16 glatt an der Rückseite der ohne Rand ausgeführten Durchbrechungen 2 anliegt. In beiden Fällen bewirkt die Folie 16, daß die Kammern 4 gegen Schmutzeintritt verschlossen sind, wobei aber der Schall durch die dünne Folie 16 im wesentlichen unbehindert eintreten kann. Eine weitere Wirkung der Folie 16 besteht darin, daß sie die Wärmereflexion auf den Bereich der Durchbrechungen 2 ausdehnt. Durch den Verschluß der Kammern 4 wird auch deren Wärmedämmwirkung erhöht.

Die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 4 nur dadurch, daß zwischen dem Kammerblech 5 und dem profilierten Deckblech 5b eine dünne und deshalb nur wenig Masse aufweisende Wärmedämmschicht 17 aus einem wärmeisolierenden Werkstoff angeordnet ist. Diese Wärmedämmschicht 17 besteht beispielsweise aus Polyimid, gegebenenfalls mit einer Verstärkungseinlage aus Glasfasern oder anderem Material. Beim Recycling-Vorgang wird das Material der Wärmedämmschicht 17 beim Einschmelzen als Schlacke abgesondert.

Bei der Ausführung nach Fig. 9 ist an der Rückseite eines gemäß Fig. 1 aufgebauten Hitzeschildes eine herkömmliche wärme- und schalldämmende Schicht 18 angeordnet, beispielsweise eine Glasfasermatte, die eine ähnliche Wirkung hat wie die Verkleidung 15 bei der Ausführung nach Fig. 5. Beim Recycling-Vorgang wird diese Wärmedämmschicht 18 entweder vor dem Einschmelzen des Hitzeschildes entfernt oder nach dem Einschmelzen als Schlacke abgezogen.

Bevorzugt wird aber eine Ausführung, bei der alle Teile aus einem einheitlichen Werkstoff bestehen, um den Recycling-Vorgang zu erleichtern. So können beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 die Blechteile 1 und 5 aus Aluminiumblech und die Wärmedämmschicht 18 aus Aluminiumwolle, gegebenenfalls mit Aluminiumfolie, ausgeführt sein.

Eine weitere abgewandelte Ausführungsform ist in Fig. 10 dargestellt. Hierbei werden die Kammern 4 durch eine Wabenstruktur gebildet. Zwischen dem vorderen, mit den Durchbrechungen 2 versehenen Reflektorblech 1 und dem hinteren Kammerblech 5 erstrecken sich Trennwände 19, die die einzelnen Kammern 4 gegeneinander abschotten. Die Trennwände 19 können mit dem Reflektorblech 1 oder mit dem Kammerblech 5 einstückig ausgebildet sein, so daß ein Wabenmaterial entsteht, dessen Waben die Kammern 4 bilden.

Obwohl in diesem Zusammenhang bisher von "Blech" bzw. "Reflektorblechen" gesprochen wurde, ist darauf hinzuweisen, daß stattdessen auch Kunststoffe verwendet werden können, beispielsweise Formteile aus Polyimid sowie Folien und Vliese aus Polyimid. Auch hierbei wird aber darauf geachtet, daß alle Teile aus einem einheitlichen Werkstoff bestehen, damit die Recycling-Möglichkeit gegeben ist.

Claims (11)

1. Hitzeschild zur Abschirmung von abgasführenden Teilen an einem Kraftfahrzeug, insbesondere von Auspuffleitungen, Auspufftöpfen und/oder Katalysatoren gegenüber der Bodengruppe des Kraftfahrzeugs, mit einem die Schildvorderseite bildenden Reflektorblech, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflektorblech (1) ein Raster von Durchbrechungen (2) aufweist und daß an der Schildrückseite hinter jeder Durchbrechung (2) eine schallabsorbierende Kammer (4, 4′) aus Blech angeordnet ist.

2. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schallabsorbierenden Kammern (4) durch napfförmige Vertiefungen eines an der Rückseite des Reflektorblechs (1) befestigten Kammerblechs (5) gebildet werden.

3. Hitzeschild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflektorblech (1) mit dem Kammerblech (5) durch Schweißen verbunden ist.

4. Hitzeschild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflektorblech (1) mit dem Kammerblech (5) durch mechanische Verbindungselemente (6) verbunden ist.

5. Hitzeschild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflektorblech (1) mit dem Kammerblech (5) durch mechanische Fügeverfahren verbunden ist.

6. Hitzeschild nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflektorblech (1) mit dem Kammerblech (5) durch Bördelung (12) an Durchbrechungen (2) verbunden ist, hinter denen durch ein Deckblech (5a) ebenfalls jeweils eine schallabsorbierende Kammer (4′) gebildet ist.

7. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rückseite des Hitzeschildes eine Verkleidung (15, 18) angebracht ist.

8. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (2) durch eine schalldurchlässige Folie (16) verschlossen sind.

9. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem mit dem Reflektorblech (1) verbundenen Kammerblech (5) ein Deckblech (5a bzw. 5b) angebracht ist.

10. Hitzeschild nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kammerblech (5) und dem Deckblech (5b) eine dünne Wärmedämmschicht (17) angeordnet ist.

11. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Kammern (4) durch eine Wabenstruktur des Reflektorblechs (1) oder des Kammerblechs (5) gebildet werden (Fig. 10).