CN103619652A - 用于安装的加固凸纹 - Google Patents

Abstract

具有至少一个孔的热屏蔽板，其中，凸纹图案围绕所述孔设置，由此所述凸纹图案包括基本上垂直于所述孔的周边延伸或者伸展的多个细长的突出部件。

Description

用于安装的加固凸纹

技术领域

本发明涉及优化用于汽车应用的热保护屏蔽部件上的结构孔的疲劳特性，特别是金属热屏蔽板的安装区域，例如，在发动机舱区域、车身底座区域或者沿着传动系统的部件。

背景技术

当考虑到沿着排气管路例如在发动机舱内部或者汽车底部的较大范围的安装和操作条件时，热屏蔽板以不同的形式用于声音和热隔离。尤其是用于温度敏感部件和系统的保护以防止例如由于发动机和/或排气系统辐射和产生的热量引起的过热。

对于这种热屏蔽板，许多结构是已知的，例如，单层或多层不同材料制成的本体。由于高热负荷，现今使用的主要材料主要是基于金属，例如，钢、铝或合金。

热屏蔽板典型地由金属板材料制成，主要是钢、合金或铝，该材料用于支撑板、护板并且还用于隔离功能。在大多情形下，热屏蔽板的主要区域是凸纹的以增加该部分的表面硬度。金属板材料的凸纹可以在连续的工艺中使用压辊通过板冲压工艺或者压制冲模方法制作。为了增加热屏蔽板的效力并且减小用于屏蔽板的空间，金属板或者板的堆叠的轮廓可以近似于例如排气歧管的外表面的形状。

现今用作凸纹的大多已知的3D结构图案由重复的例如脊部或者突起等单个形式或者地形学部件制成。US6966402公开了一种具有多个几何学形状形成的凹部的图案，该几何学形状选取自包括球形、角锥形、圆锥形或者梯形的组合，其中凹部分布在偏斜或一致的行和列中或者随机的图案中。EP0439046A公开了一种钻石形的交叉图案形式的3D图案，其允许板根据需要被拉伸或者压缩。还公开了褶皱或者凹部的使用，例如，多个例如波浪状的折痕或者脊部。US6821607公开了具有褶皱状或折叠形结构的突起的使用，其增加了对于各个突起的耐压力并因此增加了整个板材料的弯曲强度。WO2010/112354示出了这种具有多个凹口或者凸纹的优化凸纹的示例，由此所有的凸纹朝着垂直于平坦的板材料的表面的相同方向突伸出，该表面由中性面n限定，凸纹远离该中性面基本相同的距离h，由此多个凸纹一起形成矩形网格，从而基本每个凸纹与至少两个另外的凸纹交叉形成联接。

为了围绕热源安装热屏蔽板，一般使用例如螺栓、螺母或者夹紧等标准固定方式，通常结合垫圈或垫片。通过使用这些类型的固定方法，热屏蔽板被刚性地固定到车辆。在热屏蔽板的使用中，当车辆发动机运转和/或车辆行驶时，热屏蔽板可以以频率依赖方式振动，例如与马达的速度、车辆行驶的路面、车辆悬置系统的机械反应等相关。这些振动可能引起固定区域的机械负载，包括在连接固定区域附近的材料中的大弯矩。在车辆的使用寿命中，这些不同振幅和频率的重复振动可能引起热屏蔽板材料中裂缝的发展和增长，最终导致连接区域中的大裂缝或者材料失效，该过程被称作热屏蔽板的疲劳寿命或者耐久性。

疲劳负荷是材料或者结构上引起的重复周期负荷的过程或现象，包括压力或张力，其处于材料的准静态失效极限以下。在例如热屏蔽板等金属板结构中，失效引起的裂缝将通常开始于材料的表面，然后沿着部件表面蔓延，并还穿过板材料的厚度。裂缝的发展和蔓延由于振动负荷引起的材料变形而存在的应力场驱使。最初的表面裂缝很难可见地探测到，但是会引起材料硬度的减小以及热屏蔽板的振动反应的减小。失效受到多个因素影响，包括组件的尺寸、形状和设计或者表面或操作环境的条件。

因此，连接必须考虑到每个热屏蔽板所需的紧固性和稳定性以及影响安装位置的振动，以避免对热屏蔽板的损坏和/或固定件的不必要的分离。

在实践中，围绕该结构孔的区域用于安装热屏蔽板，但是还用于穿过并连接传感器或电缆，凸纹通常不存在或者取消，以获得平坦的区域来增强固定装置以及热屏蔽板之间的接触，由此增强整体固定功能。一般地，连接区域会类似于热屏蔽板的其它区域而凸出，但是在部件形成连接区域的过程中将被平坦的平行板压缩并变平，使凸出的地形压缩至几乎或完全变平。通过使用热屏蔽板的材料和结构，螺钉的拧紧扭矩不必设置地过分高，以避免对热屏蔽板的损害。

使用具有盘形环或者弹簧环(也称作垫片或垫圈)的螺钉的最经济的简单方案也是受限制的，因为它们仅仅允许在螺栓区域下面的表面压力的减小，但是不会影响从垫圈到连接区域的过渡区域，由于振动负荷引起的弯曲，该过渡区域通常是裂缝形成和蔓延的点。并且，使用多个未连接的单独部件连接热屏蔽板自然增加了组装力气和生产成本。

在车辆生产中，对于使用金属板组件的轻重量结构具有显著需求。薄板的使用在获得热屏蔽板的重量减少中是至关重要的。然而，通过减小部件的厚度，部件的刚度减小，对于振动引起的压力的易感性将增加疲劳失效的危险。对于疲劳裂缝的易感性在材料被弯曲、过高宽比几何形状或者形成用于将热屏蔽板安装在位置上的通孔的区域中是最关键的。

发明内容

本发明的目的是要增加在结构通孔区域特别是安装区域中的热屏蔽板的耐久性，使得高性价比并简单的固定件仍然能够使用，同时用于热屏蔽板的金属的厚度能够在重量上减小，维持在振动和热量测试中的相同的整体耐久性。

该目的是通过根据本发明的具有权利要求1特征的热屏蔽板实现的，该热屏蔽板由金属板形成，具有至少一个安装孔，凸纹图案包括基本垂直于孔的周边延伸或伸展的多个细长的突出部件。特别地，通过具有权利要求中提出的图案的加固凸纹，可能增加安装区域的稳定性，同时减小围绕安装区域的裂缝的形成和蔓延，以获得更长的使用寿命。已经发现，不仅减小了裂缝的形成和蔓延，并且减小了发生不必要的分离的可能性。

根据本发明的围绕孔的凸纹包括细长突起的图案，这增加了安装区域的弯曲和扭转刚度。安装区域的增加的硬度减小了在连接处对固定装置例如垫圈或垫片(裂缝通常由此蔓延)的弯曲。在将热屏蔽板安装在其使用位置以后，被固定装置覆盖的凸纹图案能够使用预定的扭矩或冲压工具通过固定装置压缩，使得固定装置下面的可塑区域具有增加的裂缝蔓延抵抗性。

加固凸纹围绕特别用于安装热屏蔽板或者用于穿过并最终安装传感器、电缆或其它装置的结构孔形成。该孔可以是圆形或可替换的形状，以配合所需要的功能。根据本发明的凸纹可以被优化来平衡压力负荷中的局部差异。关于部件而选取的细长形状通过打断该部分的固有应力线而影响裂缝的生长。

围绕金属板上的至少一个该孔的加固凸纹包括从板材料的平面的至少一侧突伸出的多个伸展部件，其具有长度1、宽度w和最大突出高度h的细长形状。细长的突出部件围绕孔从材料的周边伸展或延伸，孔的中心作为突起的圆形阵列的中心点。假如孔是备选形状，那么延伸将以备选形状作为基准基本垂直于孔的周边。例如，如果孔是椭圆形的，那么突起将以椭圆形图案伸展，而不是以圆形图案。

基本垂直延伸还可被限定为基本垂直于孔的周边的切线延伸。优选地，细长部件相对于边缘的周边以90°的角度垂直延伸，但是，垂直角度在大约-45°和+45°之间的偏斜是可能的，取决于各个突起的实际形式。

优选地，凸纹的后表面包括突起的反向图案。如果使用凸模和凹模方法，这是特别可见的。由于安装装置可能位于通孔的两侧上，在板材料的两侧上的突起中均匀地平衡凸纹图案是有利的。特别是在例如使用限定的扭矩固定安装时在材料的两侧上获得一致的整平。

优选地，部件在延长方向上是笔直的、弯曲的、螺旋的、S形、有角的S形或者这些形式的组合。为了增强板材料和安装装置之间的固定和接触，优选地，部件在孔的中心的方向上或者在远离孔的方向上具有增加的厚度。此外，部件可在孔的中心的方向上或者远离孔的方向上具有增加的高度。突出部件的实际形状取决于感兴趣的区域的振动负荷。

伸展的细长部件优选直接开始于通孔处的板材料的边缘。这些部件可靠近接触直接围绕孔的相邻部件。该部件的脊部可以是圆形的或锐边的，由此突起形成圆弧状。

优选地，至少5到10个部件，优选6到8个部件围绕至少一个孔布置。这些部件围绕孔的中心以圆形阵列布置，使得这些部件沿着孔的周边均匀地散布。优选地，细长部件的分布围绕孔以对称的形式在明显圆形的阵列中延伸，以在平行于板材料的最初平面的所有方向上、在孔的中心的方向上获得相似的刚度。但是，形成围绕孔的加固凸纹的单个部件的长度可以是不同的，例如，用来补偿孔周围的非平衡的负荷分配。

具有用于将热屏蔽板固定到使用位置的固定装置的热屏蔽板包括至少一个孔，用于使用固定装置安装热屏蔽板，由此，优选地，凸纹阵列的直径是固定装置的直径的至少2倍。因此，根据本发明，用来固定的垫圈、垫片或螺母的边缘终止于凸纹区域。而且，用来固定安装装置的扭矩可以足以使被安装装置覆盖的区域变平，由此增加接触区域以及固定区域，同时还减小了裂缝形成和蔓延的可能性。

可选地，凸纹图案至少部分再次变平，以增加与固定装置的可能的接触区域，并使热屏蔽板到其使用位置的安装容易。在安装热屏蔽板之前，被固定装置所覆盖的区域至少部分再次变平或者减小凸起(de-embossed)。

本发明的这些和其它特征将根据下面参考附图作为非限制性实施例给出的优选形式的说明而变得清楚。附图仅仅是示意性的，并非按照比例。

附图说明

图1示出了具有安装孔的热屏蔽板的典型示例。

图2A示出了根据本发明的凸纹的俯视图。

图2B示出了图2A的凸纹部件的尺寸。

图2C示出了图2A的凸纹的3D图。

图3A示出了根据本发明的可替换的凸纹的俯视图。

图3B示出了图3A的凸纹部件的尺寸。

图3C示出了图3A的凸纹的3D图。

图4A示出了根据本发明的可替换的凸纹的俯视图。

图4B示出了图4A的单个凸纹部件。

图5A示出了根据本发明的可替换的凸纹的俯视图。

图5B1和图5B2示出了凸纹的各个部件的横截面的可替换方案。

图6、图7和图8示出了根据本发明的可替换的凸纹图案。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的具有安装孔的热屏蔽板的示例。安装区域位于没有凸纹的分离的平坦区域。

图2A-2B示出了根据本发明的凸纹的最简化形式，其具有杆状部件3，杆状部件3围绕具有中心1的圆孔2径向地延伸。外径d大于被强调为有待通过固定装置(例如，通过垫片或垫圈或者直接通过螺栓或螺母)覆盖的区域5。优选地，该覆盖的区域至少是围绕孔的全部凸纹区域的至少一半。通过虚线4显示了这些部件的脊部。在脊部处，凸纹的高度h是最大的。这还在图2B中用横截面I-II特别图示。这些部件具有长度1和宽度w。图2C示出了板材料6的3D视图，该板材料优选是金属，例如钢、铝或其它合适的金属合金，其具有孔2以及围绕该孔2的根据本发明的凸纹的实例，设有具有脊部4的多个单一部件3。在这些凸纹部件之间的区域7将形成反向的图案，该反向的图案优选也在板的反面突伸出。

图3A至图3C示出了可替换的凸纹，其具有多个弧形、S形的细长形式的部件。附图标记的说明与图2A至图2C保持一致。

图4A至图4B示出了可替换的凸纹，其具有拐角的细长形状。在该示例中，凸纹部件相对于孔的周边的切线成一角度。

图5A至图5B示出了另一可替换的凸纹，其具有多个锥形的细长形式的突出部件。在图5B1和图5B2中，示出了穿过这些部件的长度的可替换横截面。在图5B1中，部件的高度在部件的长度上从h1减小到h2，而在图5B2中，高度基本保持一致。这些高度上的变化还可用于例如根据图2、图3、图4的可替换的部件形状中。

独立于围绕结构孔的凸纹，热屏蔽板的主要区域可以使用相似或不同图案的凸纹，以增加热屏蔽板的整体硬度和耐久性。例如，这可以与WO2010/112354中公开的不具有凸纹或者具有凸纹的热屏蔽板一起使用。该凸纹可用于单层材料上，或者直接用于堆叠在一起的多层材料上。

在根据图5的可替换方案中，例如根据图1A的根据本发明的凸纹的第一部件9之间设置有第二细长突出部件10。这些部件同样垂直于孔的周边延伸。但是，这些部件并没有从材料的边缘直接开始，而是稍微在上述固定部件覆盖范围的末端之前开始。该部件的较小长度将被例如垫圈或垫片等固定部件覆盖，由此进一步提高了直接围绕固定装置的区域的硬度。

在根据图7到图9的另一替换实施例中，附加的第三细长突出部件11设置在垂直的第一突出部件9和/或垂直的第二突出部件10之间。但是，这些部件并非垂直于孔的周边延伸，而是它们通向相邻的第一部件或第二部件并将这些部件连接。任一部件12连接两个垂直的第一部件(图7)。

或者优选地，两个这种第三部件设置在两个垂直的第一部件之间并连接这些第一部件，由此两个垂直的第三部件形成具有大约55°到35°优选大约45°的肘部，弯曲部12的内部位置指向结构安装孔2的中心(图8)。

取决于结构孔或连接处以及使用的连接材料上的局部负荷要求和可能的垫片、环和/或螺栓的尺寸和形状，所有三种突出部件可用于任何组合中。这些附图仅仅示出了可能的组合的示例和突起的主要组合，它们并不是组合数目的穷尽，可能的组合远比图示的多。该图案取决于使用的实际需求还可以是非对称的或对称的。

图9示出了根据本发明的所有部件的组合：

·垂直的第一突出部件9；

·垂直的第二突出部件10；以及

·垂直的第三突出连接部件12。

通过使用这些局部加固凸纹来对抗局部的压力负荷，使得可以在产品的主要区域上使用较少的材料，由此减少了重量并减小了材料成本。并且，该部分的寿命能够增加。通过组合所有三组部件，使用的垫片、垫圈或螺母可能在固定和使用中更稳固。

Claims (15)

1.热屏蔽板，其具有至少一个孔，其特征在于，凸纹图案围绕所述孔设置，由此所述凸纹图案包括基本上垂直于所述孔的周边延伸或者伸展的多个细长的突出部件。

2.根据权利要求1所述的热屏蔽板，其特征在于，所述突出部件相对于所述孔的周边的切线以45°和135°之间的角度延伸。

3.根据前述权利要求中任一项所述的热屏蔽板，其特征在于，所述细长的突出部件在延伸方向上以直线、弧形、S形、有拐角的S形或者其组合形成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的热屏蔽板，其特征在于，所述凸纹图案围绕所述孔对称地排列。

5.根据前述权利要求中任一项所述的热屏蔽板，其特征在于，通过调整各个所述突出部件的长度1来平衡所述凸纹，以反映期望的局部负荷。

6.根据前述权利要求中任一项所述的热屏蔽板，其特征在于，所述突出部件起始于所述孔的周边。

7.根据权利要求6所述的热屏蔽板，其特征在于，所述凸纹包括相对于所述孔的周边垂直或者径向延伸的附加的细长的突出部件，由此这些附加的部件位于其它部件之间，并起始于离所述周边一段距离处。

8.根据前述权利要求中任一项所述的热屏蔽板，其特征在于，所述凸纹包括附加的细长的突出部件，由此至少一个附加的部件位于其它部件之间并且连接相邻的所述其它部件。

9.根据前述权利要求中任一项所述的热屏蔽板，其特征在于，所述热屏蔽板或者由单层金属形成或者由多个层堆叠形成，其中至少一个外层由金属形成。

10.根据权利要求9所述的热屏蔽板，其特征在于，所述金属是铝或其合金、钢或者不锈钢中的一种。

11.根据前述权利要求中任一项所述的热屏蔽板，其特征在于，还包括用于固定热屏蔽板或将装置固定到热屏蔽板的安装装置，优选是螺栓螺母、夹子、夹具，更优选结合垫圈或垫片，由此被所述安装装置覆盖的所述凸纹的表面按覆盖比例是全部凸纹图案的至少50％。

12.根据权利要求11所述的热屏蔽板，其特征在于，被所述安装装置覆盖的所述表面位于被所述凸纹图案覆盖的所述表面内，按覆盖比例优选不超过全部凸纹图案的95％。

13.根据权利要求12结合权利要求7或8所述的热屏蔽板，其特征在于，所述附加的突出部件至少部分被所述安装装置覆盖。

14.根据权利要求11、12或13所述的热屏蔽板，其特征在于，所述安装装置使用预定的扭矩来固定，以使得被所述安装装置覆盖的所述凸纹的区域变平。

15.根据前述权利要求中任一项所述的热屏蔽板，其特征在于，所述凸纹的区域通过使用冲压工具至少部分被变平成基本上平坦的区域。

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