CN102387945B - 结构化的金属热屏蔽罩 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于车辆的热屏蔽罩，其包括至少一层具有多个凹痕或浮雕压纹(2)的3D的结构化金属板，其中，所有的浮雕压纹朝着与被限定为中性面n的平直板材表面正交并基本上离所述中性面相同距离h的同一方向突出，并且藉此多个浮雕压纹共同形成规则的网状结构，其中基本上每个浮雕压纹与至少两个其他的浮雕压纹相交以形成汇合点(1)。

Description

结构化的金属热屏蔽罩

技术领域

本发明涉及一种用于热屏蔽罩的3D结构化金属板以及用于汽车和卡车工业的热屏蔽罩。

背景技术

在汽车生产中，对于使用金属板元件的轻质结构有很显著的需求。使用较薄的板在实现减轻重量方面是非常重要的。然而，因为成形的零件的刚性随着板的厚度的减少而降低，所以在成形过程中产生了严重的问题。此外，可成形性也随着板厚的减少而变差。

增加金属板元件的刚性同时减轻重量能够通过以铝、镁或钛合金替代钢来实现；或者通过使用三维(3D)的结构化金属板来实现。3D结构主要通过由增加的惯性(结构的惯性越高，板的刚度越大)而增加抗弯刚度来增强元件的力学性能。在结构化过程中发生的应变硬化也提高了产品的刚性。

3D结构的金属板被限定为一种金属板，该金属板具有从该金属板的表面凸起的浮雕(relief)也被称为浮雕压纹(embossments)的金属板。将表面凸起成这些凸饰或隆起能够例如通过压靠在模具辊切(dieroller cut)上来实现的。使浮雕图案制作到金属板上的另一种形式是通过压痕，藉此，小的表面凹陷经击打或压制而制成。在进一步的描述中，词语“浮雕压印(embossing)”和“浮雕压纹”被用于压痕和浮雕压纹的工艺和产品两者。

3D的结构化金属板能够通过通常在两个辊子之间的辊压来生产，其中至少一个辊子具有以想要的3D结构的形式的表面，或通过在两块压板之间的浮雕压印来生产或通过液压成形来生产。辊压是一种连续的工艺而压制仅仅能够以半连续的工艺运行。这些工艺通常产生高的应变硬化。

热屏蔽罩典型地由金属板材制成，主要为钢、合金或铝，用于支撑薄板、盖板以及还用于隔离的材料。然而，特别地，如同隔离材料一样，其他材料诸如玻璃纤维、粘结材料还有特殊的塑料以及矿物泡沫等(也)可以用于抗高温和噪声。例如，美国专利第5,901,428示出了用在热屏蔽罩的3D结构化板的实施例。该3D结构为由浮雕压印的凹痕形成的金字塔状的点的形式且这样形成的板被用在大量的结构化板中从而形成具有间隔的热屏蔽罩以形成气穴。美国专利申请2006/0194025公开了具有在邻近层中形成互补的轮廓或凹痕的多层热屏蔽罩的另一种实施例。这些凹痕用冲模来形成。

为了增加热屏蔽罩的效率并降低屏蔽罩所需的空间，该金属板或大量的金属板的轮廓可以构造成极其类似于例如排气歧管的外表面的形状。为了提供金属板所希望的轮廓，最终的热屏蔽罩的外金属层典型地包括多条皱褶。这些皱褶不仅使外观美感降低，而且它们还是能首先看到产品疲劳的部位。

现在用的大部分熟知的3D结构图案是由重复的单一形状制成的。美国专利US6,966,402公开了一种具有选自一组包含有球形、金字塔形、圆锥形或梯形的几何形状的多个凹痕形状的图案，其中，这些凹痕分布在偏移的或一致的排和列中或以随意的图案分布。欧洲专利EP0439046公开了一种菱形形状的交叉影线图案形式的3D图案，其允许板根据需要被展开或被压缩。同样，公开了皱褶或凹痕的使用，例如，多条诸如呈皱褶形状的褶痕或隆起。美国专利US6,821,607公开了使用具有褶皱状结构或折叠型结构的把手，其为单独的把手增加了抗压力并因此增加了整个板材的抗弯强度。

所有的这些图案的共同点在于，为形成浮雕压纹，该材料围绕凹痕拉伸，该凹痕被排列为整体图案中的独立部分。通过这样的拉伸，材料远离增加抗弯刚度的扁平金属板的中性面而移动。如果凹痕被布置成彼此足够接近，则凹痕之间的材料相比于平坦金属板的中性面而部分地偏移。这些浮雕压纹的侧面将开始重叠。然而，凹痕的顶点将远离最高的偏移点。由于所用的共同的浮雕压印图案以及所选的凹痕形成的抗弯刚度在平面的一个方向或两个方向上是最佳的，然而牺牲了在相同平面内的其他方向的抗弯刚度，例如通过形成不希望的弯曲线，如使金属板变得易于弯曲的地方的线。

发明内容

因此，本发明的目的是为了获得一种3D结构化的金属板，在板所在平面的多个方向上具有增加的弯曲刚度的使得3D结构化金属板的弯曲刚度在所有方向上是更加均衡的。

这个目的是通过具有权利要求1的3D结构的金属板来实现的。

特别地，通过三维(3D)结构化的金属板，用于使用在具有多个凹痕或浮雕压纹的汽车热屏蔽罩上，其中所有的浮雕压纹朝向同一方向突出，该方向与平直板材的定义为中性面n的表面正交，所有的浮雕压纹实质上远离这个中性面相同的距离h，并且藉此多个浮雕压纹共同形成规则的网状结构，由此实质上每个浮雕压纹与至少两个其他的浮雕压纹交叉从而形成汇合点。

规则的网状结构被定义为规则重复的浮雕压纹图案，该浮雕压纹彼此连接从而形成在金属板表面上方凸出的网状结构。

因此，所形成的3D结构化的金属板在板所在的平面的多个方向上具有增加的弯曲性能。这是由于通过形成螺柱(studs)形成的网状结构以及浮雕压纹的汇合点。这些螺柱将额外地增加可能的弯曲线的弯曲刚度。因此，使用更薄的金属板来减少最终产品的材料重量以及成本是可行的。

根据本发明，具有图案的3D结构板可以用于单层的热屏蔽罩中也可以用于多层热屏蔽罩中。热屏蔽罩自身可以根据热源例如汽车的马达、排气装置或地板的形状而成形。在这种情况下，3D的结构化金属板不再是平坦的而是弯曲的，在这种情况，中性面不再是平面而是沿着弯曲表面。

图1给出了根据本发明的3D结构的一种实施例的示意图。该图用于大体上解释并限定根据本发明的图案的整体参数，而并没有对所示的具体网状结构进行限定。

优选地，浮雕压纹2具有细长形的形状，由此区域4基本上平行于金属板的中性面n的表面而凸起并远离中性面n最大距离h。因此，形成的浮雕压纹1类似中空通道(见图2b和3b)，具有高度h，形成网状结构的骨干。优选地，通道的拱形形状是圆形的或椭圆形的。

两个连接的汇合点之间的距离为浮雕压纹2的长度L。浮雕压纹的形状在纵向上可以是圆形，直线形或曲线形。然而，它们在汇合点与其他浮雕压纹连接从而在金属板的整个表面上形成整个的网状结构。

给定的宽度作为在每个浮雕压纹的侧壁之间的最长距离，藉此，该侧壁被在浮雕压纹的顶部区域4和未凸起而停留于中性面(例如，在这种实施例中的三角形3)上的材料之间的材料替代。

为了形成网状结构，浮雕压纹全部相同并不是必需的。形成具有不同长度和/或具有不同形状的浮雕压纹的规则网状结构也是可行的。可以改变在汇合点汇聚的浮雕压纹的数量而得到规则的网状结构也在本发明的范围内。在图6和图7中给出了不同的网状结构的实施例。示意图给出了所形成的网状结构图案的顶部。

优选地，在任何两个连接的汇合点1之间的距离L是恒定的。然而，网状结构在平面的至少一个方向上展开也是可能的，藉此，主要位于展开方向上的两个连接的汇合点之间的距离L’比在非展开方向上的两个连接的汇合点之间的距离L″更长(参见图4a和图4b)。

结合附图，从以下对作为非限制性实施例的优选形式的描述将清楚了解本发明的这些特征以及其他特征。

附图说明

图1为根据本发明的3D结构的示意性实施例；

图2a为根据本发明的3D结构的示意性实施例-从顶端看；

图2b为图1沿D-D’的侧视图；

图3a为根据本发明的3D结构的示意性实施例-稍稍倾斜的3D视图；

图3b为图2沿F-F’的侧视图；

图4a为具有六个在每个汇合点相交的浮雕压纹的网状结构的实施例，具有在y-ax方向上展开的图案；

图4b为具有六个在每个汇合点相交的浮雕压纹的网状结构的实施例，具有在x-ax的方向上展开的图案；

图5a为单个的外壳热屏蔽罩的示意图；

图5b-d为双外壳热屏蔽罩的示意图；

图6-7为根据本发明的其他网状结构的示意性实施例；

具体实施方式

图1和图2示出了根据本发明的3D结构化金属板的示意性实施例。x方向和y方向在金属板的中性面n上。z方向为材料从平直板的中性面偏移出去的方向；这可以通过浮雕压印也可以通过凹痕。

相交的浮雕压纹2在金属板的表面上形成连续的3D网状结构。在z方向上，所有的这些浮雕压纹2具有相同的方向以及离该中性面的最大距离h。最大距离h由浮雕压纹的背脊4给定，该背脊与中性面的表面平行。

优选地，浮雕压纹2的长度L使得连接的汇合点1在彼此之间对称地布置。

优选地，给出了在连接的汇合点相交的浮雕压纹的规则图案，例如基本上在每个连接的汇合点处，有六个浮雕压纹2被连接。然而，这也可以是例如为三个、四个、五个、七个、八个或多个。通过使用在每个汇合点相交的基本上六个浮雕压纹，假想的等腰三角形3形成在每三个浮雕压纹之间。这些三角形3的材料是中性面，意味着当这些区域的金属板进行3D结构化时基本上没有材料的运动发生。

相比于现有技术中材料被展开的凹痕图案，在凹痕的顶部形成可以容易地裂开的薄的材料层，根据本发明，在结构化的金属板中的材料被置于网状结构的顶部。尤其是在汇合点的中心，浮雕压纹在那里汇聚，基本上在那里可以发现大部分材料。这是在根据本发明的金属板中所发现的刚性增加以及疲劳性能更好的原因之一。在图1-3中的阴影颜色示出了在最终产品中的材料分布，藉此，较深的颜色表示较薄的区域。

根据在汇合点相交的浮雕压纹的数量，也可以形成非凸起材料的其他图案。在图4a的实施例中，在每个汇合点相交的浮雕压纹的数量为3个并且非凸起材料为六边形。形成3D的藉由浮雕压纹而形成的网状结构的结构化金属板的其他的不规则图案也落入本发明的范围，如所公开的(见图6)。图8示出了根据本发明的图案的另一个实施例，藉此，汇合点包含不同数量的交叉点，在这种情况下，可以是6个也可以是3个。这将增加在平面的不同方向上的刚度以及刚度的均匀度。同时，如果发生破裂，根据现有技术在浮雕压纹上不会发展到更大的破裂。

相比于目前的工艺水平-单一的凹痕形状是凸起的并且网状结构并不是凸起的或仅仅是部分凸起的-根据本发明产生一种反向的浮雕压纹。通过利用根据本发明的这种反向图案，更多的材料从中性平面移到凸起的平面上。这样导致因为成形引起的局部应变硬化，并且提供改进的成核阻力以及不同方向上在抗弯刚度上的整体增加。此外，由于由多向的浮雕压纹形成的3D结构的网状结构，抑制了在金属板中直接的破裂扩散。

在浮雕压印和抗弯刚度以及抗拉强度实现之前，浮雕压纹的实际长度、宽度以及高度取决于板的厚度。

优选地，长度L比浮雕压纹的宽度w和高度h大的多。

如果使用相同图案的模具，浮雕压纹的宽度将由于移动到这些区域的材料的增加量而随着厚度的增加而增加。

热屏蔽罩的设计根据在车辆的每个区域所需要的功能以及构造空间而变化。这个空间正常达到几毫米，例如2-3mm。根据本发明的3D结构化金属板能够用于例如作为形成支撑板1的单一外壳热屏蔽罩(图5a)。最后，隔离材料可以通过密封箔连接到这个单一的外壳热屏蔽罩上。单一的外壳热屏蔽罩可以具有起皱褶的边缘(未示出)，用于在生产汽车组件期间强化外轮廓并使零件的处理增强。此外，可以根据待保护的物体(诸如马达或排气系统的零件)的形状来成形材料。根据本发明的具有浮凸的网状结构的3D结构化金属板也可以用在双外壳的热屏蔽罩中(图5b-d)。这些热屏蔽罩由支撑板1和盖板2制成，并具有夹在这两块板之间的隔离材料3的形状。盖板用作连接隔离材料并增加元件的刚度。隔离材料也可以为气穴4的形式。

双外壳的热屏蔽罩几乎总是起皱褶的(未示出)，主要用来固定位于两个外板之间的隔离材料。取决于功能，支撑板和/或盖板可以是根据本发明的3D结构化金属板。此外，根据本发明的多块至少两层的结构化金属板也可以被用作热屏蔽罩。

优选地，根据本发明的结构化金属板仅仅是部分浮凸的和/或局部浮凸的以得到刚度增加的区域，在那里，需要保持其他区域以弯曲成希望的热屏蔽罩的形状。

优选地，根据本发明的结构化金属板是具有大穿孔或微穿孔的仅仅部分穿孔和/或局部穿孔。穿孔的热屏蔽罩在本领域同样是熟知的，并用在例如声隔离所用的多层热屏蔽罩中。

所有的方向应理解为用于对形成的网状图案的解释，其并不作为生产创造性的结构化金属材料板的实际方式的表示。

根据本发明的3D结构化金属能够用根据现有技术的标准工艺生产，具体地，该板能够通过辊压来生产，辊压通常在两个辊子之间，至少一个辊子具有想要的3D结构形式的表面，或通过在两个压板之间进行浮雕压印-所谓的线性浮雕压印-或通过液压成形。辊压是一种连续的工艺而压制仅仅能够在半连续工艺中运行。这些工艺通常产生高的应变硬化。

Claims (10)

1.三维(3D)的结构化金属板，用于汽车的热屏蔽罩中，具有多个浮雕压纹，其特征在于，所有的所述浮雕压纹朝着与被限定为中性面n的平直板材表面正交并离所述中性面同一距离h的同一方向突出，并且其中所述多个浮雕压纹共同形成规则的网状结构，其中每个浮雕压纹与至少两个其他的浮雕压纹相交以形成汇合点。

2.根据权利要求1所述的三维的结构化金属板，其特征在于，任何两个连接的汇合点之间的距离是恒定的。

3.根据权利要求1或2所述的三维的结构化金属板，其特征在于，所述浮雕压纹在纵向上的形状是细长的。

4.根据权利要求3所述的三维的结构化金属板，其特征在于，所述浮雕压纹在纵向上的形状是笔直的或圆形的或曲线形的。

5.根据权利要求1或2所述的三维的结构化金属板，其特征在于，在每个汇合点处有至少3个浮雕压纹汇聚。

6.根据权利要求5所述的三维的结构化金属板，其特征在于，在每个汇合点处有6个浮雕压纹汇聚。

7.根据权利要求1或2所述的三维的结构化金属板，其特征在于，汇聚到汇合点的浮雕压纹的数量能够在形成的所述网状结构的图案上变化。

8.根据权利要求7所述的三维的结构化金属板，其特征在于，所述汇聚到汇合点的浮雕压纹的数量是3个或6个，其形成规则的网状图案。

9.用于车辆的热屏蔽罩，其包括至少一层具有多个浮雕压纹的三维的结构化金属板，其特征在于，所有的浮雕压纹朝着与被限定为中性面n的平直板材表面正交并离所述中性面同一距离h的同一方向突出，并且其中所述多个浮雕压纹共同形成规则的网状结构，其中每个浮雕压纹与至少两个其他的浮雕压纹相交以形成汇合点。

10.根据权利要求9所述的热屏蔽罩，其特征在于，所述至少一层三维的结构化金属板仅部分地覆盖有所述规则的网状结构。