Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Belastung der Fahrer von LKW ist durch die Einwirkung von Hitze und L\u00e4rm besonders im Fernverkehr sehr hoch. Die Quellen der Umweltbelastung in der Fahrerkabine sind der Motor und die angeschlossenen Aggregate. Grund ist die meist unbefriedigende Isolierung der Fahrerkabine gegen\u00fcber den Antriebsaggregaten, die sich bei modernen LKW meist unmittelbar unter der Fahrerkabine befinden. Die Entwicklung eines metallischen L\u00e4rm- und Hitzeschildes aus Poroblech verspricht hier erhebliche Vorteile gegen\u00fcber den heutigen L\u00f6sungen.
\nKern der angestrebten L\u00f6sung ist eine neuartige Erfindung, das so genannte Poroblech. Bei dem patentierten Material handelt es sich um ein auf definierte Dicke gewalztes Metallgewebe, das auf Grund seiner por\u00f6sen Struktur schalld\u00e4mpfende Eigenschaft besitzt und in Verbindung mit anderen Materialien sehr gut als Schall- und Hitzeschutzschild eingesetzt werden kann. Im beantragten Projekt soll ein modulares L\u00e4rm- und Hitzeschildsystem aus Poroblech entstehen, das sich aus standardisierten Elementen aufbauen l\u00e4sst. Diese L\u00f6sung hat den Vorteil, dass daraus mit geringem Aufwand viele Varianten hergestellt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt wurde in 4 Phasen unterteilt. Jede Projektphase enthielt mehrere Arbeitspakete:
\n1 Planung
\nAP 1.1 Kl\u00e4ren der Aufgabenstellung
\nIm Vorfeld der Entwicklung wurden u.a. Kundenanforderungen hinterfragt. Hierbei wurden auch die Schwachstellen des bisherigen Systems aufgezeigt.
\nDiese Arbeiten wurden in einem interdisziplin\u00e4ren Team durchgef\u00fchrt, das zusammengesetzt wird aus Vertretern der Konstruktion, der Fertigung, der Montage und des Projektpartners Spedition Brucker.
\nAP 1.2 Anforderungsliste
\nDie im AP 1.1 erarbeiteten Informationen und Unterlagen fanden Eingang in eine Anforderungsliste, die die Basis bildete f\u00fcr die Konzeptphase.
\nAP 1.3 Detaillierter Terminplan
\nZur genauen Planung der zeitlichen Abl\u00e4ufe, der verf\u00fcgbaren und ben\u00f6tigten Kapazit\u00e4ten und zur Reservierung der Fertigungsanlagen wurde ein detaillierter Terminplan erstellt.
\n2 Konzeption
\nAP 2.1 Teilfunktionen und Baugruppen
\nDer Schallabsorber besteht aus den Teilsystemen: Absorber und Befestigung \/ Halterung
\nAP 2.2 Suche nach L\u00f6sungsprinzipien
\nF\u00fcr die beiden Teilsysteme wurden basierend auf den Ergebnissen der Ist-Zustandsanalysen L\u00f6sungsprinzipien erarbeitet.
\nF\u00fcr den Absorber sind insbesondere zu betrachten: Materialien, alternative Sandwich-Bauweisen und Oberfl\u00e4chenstrukturen.
\nF\u00fcr die Befestigungssysteme sind die gefundenen Verh\u00e4ltnisse an den LKWs ma\u00dfgebende Einflussgr\u00f6\u00dfen f\u00fcr die geometrische Auslegung. Grundlegend wurde aber untersucht, wie vermieden werden kann, dass sich K\u00f6rperschall von den Anbauteilen auf den Absorber \u00fcbertragen, um zu vermeiden, dass dieser seinerseits zu einer Schallquelle wird. Hierzu wurden spezielle Versuchaufbauten zur Ermittlung des Verlustfaktors der K\u00f6rperschallweiterleitung bei Einsatz von Poroblech hergestellt.
\nAP 2.3 Akustische Modellbildung
\nUntersuchungen zum Wirkprinzip der gefundenen L\u00f6sungsprinzipien und Berechnung am PC f\u00fcr ein- und mehrlagige Absorber. Optimierung hinsichtlich der Parameter der Schichtenfolgen f\u00fcr maximale Absorption und minimale Transmission.
\nAP 2.4 Morphologischer Kasten
\nDie g\u00fcnstigsten L\u00f6sungsprinzipien wurden in einem so genannten morphologischen Kasten zusammengefasst. Hierbei entstand eine Vielzahl von realisierbaren L\u00f6sungen, die hinsichtlich Machbarkeit und erwarteter Zielerreichung bewertet werden.
\nAP 2.5 Konzeptvarianten
\nEs wurden die aussichtsreichsten Konzeptionen die unterschiedliche Einbauverh\u00e4ltnisse untersucht. Trotz der Vorgabe, einen modularer Aufbau und m\u00f6gliche bzw. notwendige Standardisierung der Module zu erreichen, zeigte sich sehr schnell die Notwendigkeit einer sp\u00e4teren Variantenkonstruktion.
\nAP 2.6 Patent- und Schutzrechte
\nBestehenden Schutzrechte und eine erg\u00e4nzende Patent- und Gebrauchsmusterrecherche wurden durchgef\u00fchrt.
\nAP 2.7 Anfertigung und schalltechnische Untersuchung von Versuchsmustern
\nBasierend auf den Vorarbeiten wurden f\u00fcr die aussichtsreichsten Varianten Versuchsmuster hergestellt, die dann im Labor schalltechnisch untersucht wurden.
\nEin Abbruch des Projektes wurde aufgrund der Erfolg versprechenden Konzeptionen ausgeschlossen.
\nAP 2.8 Prototyp
\nNach Vermessung der hergestellten Handmuster wurde ein einbauf\u00e4higer Prototyp hergestellt und nach Einbau in ein Fahrzeug einem realit\u00e4tsnahen Praxistest unterzogen. Insbesondere wurden w\u00e4hrend der Probefahrten L\u00e4rm- und Temperaturmessungen in der Kabine vorgenommen und mit identischen Messungen vor Einbau des Schallabsorbers – Prototyps verglichen. Zus\u00e4tzlich wurde eine Testreihe im Labor der Daimler AG durchgef\u00fchrt.
\nAP 2.9 Kundenbefragung
\nDas Projekt wurde verschiedenen Anwendern vorgestellt. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse wurden in das bestehende Konzept eingearbeitet.
\nAP 2.10 Pflichtenheft
\nNach der Festlegung des endg\u00fcltigen Konzepts und der Ber\u00fccksichtigung der Kundenw\u00fcnsche aus der Kundenbefragung wurde die bestehende Anforderungsliste zu einem detaillierten Pflichtenheft erweitert.<\/p>\n
3 Entwurf
\nAP 3.1 Ma\u00dfst\u00e4blicher Entwurf
\nIm endg\u00fcltigen ma\u00dfst\u00e4blichen Entwurf wurde das Konzept soweit konkretisiert, dass die notwendigen Fertigungsdokumente wie Einzelteilzeichnungen, Aufbaupl\u00e4ne und CAD-Produktmodelle abgeleitet werden konnten. Dabei zeigte sich auch die M\u00f6glichkeit einer Variantenkonstruktion.
\nAP 3.2 Materialfestlegung und Dimensionierung
\nHier erfolgte die Festlegung der zu verwendenden Materialien und die Dimensionierung der Bauteile.
\nAP 3.3 Festigkeitsberechnungen, Strukturuntersuchungen
\nNach Festlegung der wichtigsten Parameter insbesondere f\u00fcr die Befestigungselemente wurden diese auf ihre Belastbarkeit hin \u00fcberpr\u00fcft. Dabei wurde festgestellt, dass diese den spezifischen Anforderungen im LKW gen\u00fcgen.
\nAP 3.4 Fertigungspr\u00fcfung
\nDie vorhandenen Betriebsmittel sind f\u00fcr die Herstellung der Einrichtungsteile geeignet.
\nAP 3.5 Endg\u00fcltiger Entwurf
\nIm endg\u00fcltigen Entwurf wurden alle Erkenntnisse der Arbeitspakete 3.2 bis 3.4 eingearbeitet.
\nAP 3.6 Prototypenpr\u00fcfung
\nDie Prototypenpr\u00fcfung ber\u00fccksichtigte die Vorgaben des vorher festgelegten Erprobungsprogrammes. Aufgrund der gewonnen Erkenntnisse wurde zu diesem Zeitpunkt auch die wirtschaftliche Komponente des Projektes betrachtet. Dabei zeigten sich vor allem in Bezug auf die Materialkosten gro\u00dfe Defizite bzgl. der Vermarktung eines solchen L\u00e4rm- und Hitzeschildes.<\/p>\n
4 Dokumentation
\nAP 4. Projektdokumentation und Schlussbericht
\nIm Schlussbericht wurden alle gewonnenen Ergebnisse zusammenfassend dokumentiert.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Das Projekt zielte darauf ab, einen L\u00e4rm- und Hitzeschild f\u00fcr LKW Fahrerh\u00e4user zu entwickeln. Die dabei durchgef\u00fchrten Testreihen und Versuchsaufbauten zeigten in Bezug auf die Hitzeschildfunktion deutliche Fortschritte durch den Einsatz von Poroblech. In Bezug auf die Thermoergebnisse zeigte der Einbau der Einsatz des Unterbodens bestehend aus Poroblech und einer Aluminium – Knitterfolie eine starke Temperaturabsenkung von \u00fcber 25 C\u00b0. Dies werten wir als erheblichen Fortschritt.
\nAllerdings zeigten die Schallpegelergebnisse bei den durchgef\u00fchrten Messungen am Fahrzeug nur eine leichte Innenger\u00e4uschreduzierung im Fahrerhaus, die jedoch nicht den Erwartungen entspricht und deshalb in einer weiteren Optimierungsschleife noch verbessert werden m\u00fcssen.
\nDie durchgef\u00fchrte Variantenkonstruktion f\u00fcr unterschiedliche LKW-Baureihen muss f\u00fcr eine Serientauglichkeit eines L\u00e4rm- und Hitzeschildes auf Basis von Poroblech weiterverfolgt werden, allerdings ist vor allem in Bezug auf die Reduzierung der Herstellkosten ein wesentlicher Fokus zu setzen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
keine<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das entwickelte L\u00e4rm- und Hitzeschild zielt darauf ab, L\u00e4rm- und Hitzeeinwirkung der Antriebsaggregate eines LKW auf den Innenraum des Fahrerhauses zu reduzieren. L\u00e4rm wird dabei nicht nur zur\u00fcck gehalten sondern absorbiert. Die aus den Antriebsaggregaten kommende W\u00e4rme wird dabei schnellstm\u00f6glich an die Umgebung abgeleitet, respektive vom Fahrerhaus fern gehalten. Die Messergebnisse zeigen dabei eine Absenkung der Temperatur um \u00fcber 25\u00b0C. Dieses Entwicklungsziel ist deshalb als Erfolg zu bewerten.
\nDie Reduzierung des Schalls innerhalb des Fahrerhauses bzw. an die Umgebung abstrahlenden L\u00e4rms ist in den ersten Versuchsreihen nicht in dem erhofften Ausma\u00df gelungen. Gr\u00fcnde hierf\u00fcr sind vor allem in dem breiten Frequenzspektrum zu sehen, das von den Antrieben und Fahrger\u00e4uschen erzeugt wird und mit einfachen Mitteln nicht absorbiert werden kann. Die Schallabsorption gelingt bei den so genannten ?\/4-Absorbern nur, wenn die die Schallwellen bremsenden Poren im Abstand von einem Viertel der Wellenl\u00e4nge wirksam werden. Bei niederfrequentem Schall f\u00fchrt dies entweder zu erheblichen Baugr\u00f6\u00dfen oder deutlichem Verlust an Effizienz. Bei hochfrequentem Schall sind dagegen nur geringe Baugr\u00f6\u00dfen notwendig. Der ben\u00f6tigte Kompromiss in der Bauart muss in weiteren Versuchsaufbauten genauere analysiert werden, um allen Einfluss- und Zielgr\u00f6\u00dfen gerecht zu werden. Dies erfordert sowohl die weitere Suche nach geeigneten Materialien, als auch Optimierung von Porengr\u00f6\u00dfe, Oberfl\u00e4chenstruktur, Geometrie, Anzahl von absorbierenden Lagen und F\u00fcllstoffen. Daraus l\u00e4sst sich voraussichtlich f\u00fcr bestimmte Frequenzen ein Ergebnis finden, das den Zielvorstellungen gerecht wird.
\nAuf Grund der bisher gemachten positiven Versuchsergebnisse, sind wir der Auffassung, dass mit dem Aufbau einer weiteren Entwicklungsschleife akustische Hitzeschilder schon in einem Versuchsfahrzeug dauerhaft getestet werden k\u00f6nnen.
\nBez\u00fcglich der Vermarktung ist ein wesentlicher Risikofaktor der Preis f\u00fcr die eingesetzten Materialien, insbesondere f\u00fcr Metalle, der sich derzeit st\u00e4ndig ver\u00e4ndert. Preissteigerungen m\u00fcssen auf die Endprodukte umgelegt werden. Bei deutlich h\u00f6heren Verkaufspreisen w\u00fcrde die Akzeptanz der Leichtbauprodukte im Kundenkreis schwinden.
\nBei der aktuellen Literatur- und Patentrecherche sind uns von dritter Seite bisher keine ad\u00e4quaten akustischen Hitzeschilder f\u00fcr LKW- Fahrerh\u00e4user bekannt geworden.
\nWir haben geplant, den akustischen Hitzeschild nach vorgeschrittener Entwicklung beim Deutschen Patent und Markenamt anzumelden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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