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Die
Erfindung betrifft ein Abschirmteil, insbesondere Hitzeschild, mit
mindestens einem Schirmteil, das mittels Festlegemitteln an Fahrzeug-
oder Maschinenteilen festlegbar ist.
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Während die
Wärmeentwicklung,
beispielsweise eines sparsamen leistungsoptimierten Dieselmotors,
am Zylinderkurbelwellengehäuse
sehr gering sein kann, gilt das für „heiße Zonen", wie bei Krümmer, Turbolader, Katalysator
etc., keineswegs. Durch die immer kompaktere Konstruktion der Motoren
geraten zunehmend Komponenten in enge Nachbarschaft, die thermisch
nicht „kompatibel" sind. Demgemäß ist es
notwendig, mit sog. Abschirmteilen, wie Hitzeschildern, thermische
Motorenkomponenten gegenüber
angrenzenden wärmeempfindlichen
Aggregaten, wie Sensoren, Kraftstoffleitungen, Druckdosen, Karosserieteilen
etc., zu schützen.
Die Situation wird durch den Kompaktbau auch insofern verschärft, dass
die hohe Packungsdichte der Aggregate den kühlenden Luftstrom im Motorraum
einengt. Auch Lärmschutzmaßnahmen
können
dazu mit beitragen. So können
beispielsweise Kunstoffbodenplatten, die den Schallaustritt vom
Motorraum zur Fahrbahn vermindern sollen, unter Umständen eine wirkungsvolle
Isolation erzeugen, mit der Wärme
im Motorraum eingeschlossen wird. Katalysatoren zählen wegen
ihrer phasenweisen hohen Oberflächentemperatur zu
den Hitzequellen, die den Einsatz von schützenden Schildbarrieren jedenfalls
erforderlich machen können.
Ein typisches Beispiel hierfür
sind konstruktive Maßnahmen,
wie die Positionierung des Katalysators dicht am Krümmer. Dieses
Bauprinzip, das der schnellen Aufheizung des Katalysators und damit
der Emissionsminderung in der Kaltstartphase dient, verlegt eine
starke Hitzequelle in den Motorraum, wo sich zahlreiche Aggregate
auf engem Raum drängen.
Ebenfalls eine Ursache für
die wachsende Bedeutung von Abschirmteilen, wie Hitzeschildern,
ist der Trend zum Einsatz von Thermoplasten. Die hervorragend formbaren,
leichten und wirtschaftlichen Werkstoffe setzen sich im Motorraum
zusehends durch, erfordern aber ein besonderes Augenmerk im Hinblick
auf die Umgebungstemperaturen am Einsatzort bezogen auf sonstige
thermische Motorenteile (Neue Werkstoffe und Entwicklungs-Tools für den Hitzeschutz
in MTZ 12/2001, Jahrg.72, Seite 1044ff).
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Durch
die
DE 102 47 641 B3 ist ein Blech-Strukturbauteil
bekannt, insbesondere in Form eines schalldämpfenden Abschirmteils, als
Bauteil eines Kraftfahrzeuges. Um bei dem bekannten Abschirmteil
die Schalldämmung
zu verbessern, besteht dieses aus einem Schirmkörper oder Schirmteil mit einem
Basisrand, das randseitig über
winkelförmige
Bügelschenkel
innerhalb des Motorraumes an dortigen feststehenden Teilen festlegbar
ist und thermische Motorenkomponenten gegenüber wärmeempfindlichen Baukomponenten
abschirmt.
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Das
Schirmteil ist in einem Mittelbereich U-förmig gewölbt und ist im übrigen dahingehend symmetrisch
aufgebaut. Der U-förmig
gewölbte
Mittenbereich geht randseitig in Randbereiche stärkerer Krümmung über, wobei an den beiden einander
gegenüberliegenden
Randbereichen die winkelförmigen
Bügel als
Festlegemittel nachträglich
angebracht sind. Das Schirmteil besteht aus zwei Metallblechlagen,
zwischen denen sich eine schalldämmende und/oder
wärmedämmende Dämmschicht
erstreckt, und zum Festlegen der Blechdecklagen aneinander dient
eine Bördelung,
bei der der freie Bördelrand
der einen Decklage den Randbereich der anderen Decklage flächig umfaßt. Um Gewicht
einzusparen, kann das Schirmteil aus Aluminium oder aus einem sonstigen
Leichtmetall aufgebaut sein. Die bekannte Lösung dient vorzugsweise der
Abschirmung einer Kupplung zwischen einem Getriebeflansch und einer Kardanwelle
vor vom Getriebe kommenden Körperschall
sowie einer dauerhaften Beeinflussung der Temperaturstrahlung eines
benachbart verlaufenden Abgasrohres.
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Bei
der statischen Anordnung von Schirmteilen mit winkelförmigen Bügeln als
Festlegemittel kommt es bei der Anwendung zu einem entsprechenden
Wärmeeintrag,
was zu einer Wärmeausdehnung des
Schirmteils führt.
Die dahingehende Wärmeausdehnung
ist von den stationär
angeordneten Festlegebügeln
aufzunehmen, was zum einen die dahingehenden Festlegemittel beansprucht
und aufgrund der stationären
und statischen Anordnung kann es zum Beulen des Schirmteils kommen
mit der Folge, des Verklemmens des Schirmteils zumindest im Bereich der
angesprochenen bügelartigen
Festlegemittel. Dieses Verhalten wird auch noch dadurch begünstigt, dass
das Schirmteil regelmäßig ein
anderes Wärmeausdehnungsverhalten
aufweist als die sich anschließenden
Festlegemittel, hier in Form der Bügel. Da regelmäßig unterschiedliche
Materialien eingesetzt werden für
die Festlegemittel sowie für
das Material des Schirmteils, kommt es auch insoweit insbesondere
im Verbindungsbereich zu einer materialbedingten Korrosion.
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Zwar
sind im Stand der Technik schon sog. Federklammer-Verbindungslösungen vorgeschlagen
worden; allein die dahingehende Verbindungslösung erlaubt nur in sehr geringem
Umfang eine Kompensation der Wärmeausdehnung
des Schirmteils im Betrieb mit dem Risiko, dass bei größer auftretenden Wärmeausdehnungen
die Federklammer-Verbindung versagt und im übrigen sind vergleichbar den Festlegebügeln zusätzliche
Bauteile notwendig, hier in Form der Federklammern, um die Festlegung
an Maschinen- und Motorteilen sowie Fahrzeugchassisteilen zu ermöglichen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik stellt sich daher die Erfindung die
Aufgabe, ein Abschirmteil unter Beibehalten seiner Vorteile, nämlich eine
sehr gute Schall- und Wärmeisolation
sicherzustellen, dahingehend weiter zu verbessern, dass der Herstell-
und Montageaufwand für
das Schirmteil reduziert ist und dass ein funktionssicherer und
lang andauernder Betrieb möglich
ist. Eine dahingehende Aufgabe löst
ein Abschirmteil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner
Gesamtheit.
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Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 das Schirmteil mit mindestens einem
Kompensationsteil versehen ist, das temperaturbedingte, unterschiedliche
Materialausdehnungen ausgleicht, bleibt das Schirmteil auch im Betrieb
an einer Wärme
abstrahlenden Motoren-, Maschinen- oder Fahrzeugkomponente in seiner
mittels der Festlegemittel vorgegebenen Lage und beim Auftreten
von Wärmeausdehnungen
des Schirmteilmaterials gleicht das jeweilige Kompensationsteil die
damit einhergehende „Materialverdrängung" aus, ohne dass dies
die stationäre
Lage des Schirmteils beeinträchtigt.
Im umgekehrten Fall, also bei entsprechenden Schrumpfungsvorgängen während des
Abkühlvorganges,
also nach Erkalten des Maschinen- oder Motorenteils, kann das Kompensationsteil
den Ausgleich in umgekehrter Richtung vornehmen und dergestalt sicherstellen,
dass an den Festlegestellen des Schirmteils es zu keiner unerwünschten
schädigenden
Krafteinleitung kommt oder dass gar das Schirmteil selbst sich verwerfen
oder beulen würde.
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Das
jeweilige Kompensationsteil besteht vorzugsweise aus einer sickenartigen
Einformung im Schildteil und ist dergestalt einstückiger Bestandteil desselben.
Die jeweilige Einformung in der Art einer materialverbrauchenden
Sicke läßt sich
während
der Umformung des Schirmteils unmittelbar mit dem zuordenbaren Formstempel
einbringen, so dass sich dergestalt mit geringem formtechnischen
Aufwand das Schirmteil kostengünstig
herstellen läßt. Auf
Zusatzbauteile zum Festlegen des Schirmteils, wie bügelartige
Schenkelstücke
oder Federklammern, kann verzichtet werden und das erfindungsgemäße Schirmteil
kann direkt mit den üblichen
Verbindungstechniken, wie Schrauben, Schweißen, Nieten od. dgl., an seinem
vorgesehenen Aufstell- und Betriebsort angebracht werden.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Abschirmteils
ist vorgesehen, dass im Querschnitt betrachtet die jeweilige Einformung
konvex oder konkav verlaufend im Schirmteil angeordnet ist. Vorzugsweise
ist dabei ein Paar an Einformungen im Querschnitt gesehen jeweils
konvex und konkav verlaufend im Schirmteil angeordnet, was zu besonders
guten Ergebnissen bei der Kompensation der jeweils auftretenden
Wärmeausdehnung
führt.
Für den
dahingehenden konvexen oder konkaven Sickenverlauf werden großdimensionierte
Radien angestrebt, um eine das Material schädigende Kraftwirkung an der
Stelle der jeweiligen Sicke mit Sicherheit ausschließen zu können.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Abschirmteils
sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
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Im
folgenden wird das erfindungsgemäße Abschirmteil
anhand eines Ausführungsbeispiels nach
der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
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1 eine
perspektivische Draufsicht auf das Abschirmteil;
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2 einen
teilweisen Schnitt längs
der Linie I-I in 1.
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Das
erfindungsgemäße Abschirmteil
betrifft ein Hitzeschild, wie es bei der Anwendung im Kraftfahrzeugbereich
zur Wärme-
und Schallisolierung bei Motorenkomponenten üblich ist. Das Abschirmteil weist
ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Schirmteil auf, das
mittels Festlegemitteln an Fahrzeug- oder Maschinenteilen (nicht dargestellt)
festlegbar ist. Von den genannten Festlegemitteln sind in der 1 nur die
Durchgriffsöffnungen 12 dargestellt
für den
Eingriff nicht näher
dargestellter Verbindungsmittel, wie Festlegeschrauben od. dgl..
Des weiteren weist das Schirmteil 10 bei der Ausführungsform
nach den 1 und 2 zwei sog.
Kompensationsteile 14, 16 auf, die dazu dienen,
temperaturbedingte unterschiedliche Materialausdehnungen des Schirmteils 10 auszugleichen,
was im folgenden noch näher
erläutert
werden wird.
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Das
jeweilige Kompensationsteil 14, 16 besteht aus
einer Einformung im zuordenbaren Schirmteil 10, wobei in
der Produktion während
der Umformung des eigentlichen Schirmteils 10 der dahingehende
Formstempel auch gleichzeitig die angesprochenen Einformungen vornehmen
kann, was sich günstig
auf die Herstellkosten auswirkt.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
sind zwei Einformungen mit verschiedenen Formrichtungen im Schirmteil 10 angeordnet,
wobei das Kompensationsteil 14 in Blickrichtung auf die 1 gesehen
nach außen
hin vorsteht und das weitere Kompensationsteil 16 in derselben
Blickrichtung nach innen eingewölbt
ist. Es ist für
einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Blechumformtechnologie überraschend,
dass er mit gegenläufigen
Formrichtungen für
die Einformungen eine verbesserte Wärmeausdehnungskompensation
erreichen kann denn mit gleich gerichteten Einformungen.
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Insbesondere
ist das jeweilige Kompensationsteil 14, 16 in
Form der Einformungen als Sicke eines Blechumformteils ausgebildet,
wobei gemäß der Schnittdarstellung
nach der 2 und von der Umgebung her betrachtet
das Kompensationsteil 14 im Querschnitt gesehen konvex
ausgebildet ist und das Kompensationsteil 16 konkav. Um
eine mögliche Kerbwirkung
im Blechformmaterial zu vermeiden, sind die dahingehenden konvex
oder konkav eingebrachten Einformungen mit großdimensionierten Radien versehen,
insbesondere sind gegenüber
dem Außenmantel
des Schirmteils 10 die konvexen und konkaven Einformungen
mit einem ansteigenden Flankenwinkel von etwa jeweils 30° ausgestattet
und die Breite einer Sicke entspricht einem Mehrfachen der eingebrachten
maximalen Erhöhung
an der jeweiligen Sattelstelle 18 einer jeden Einformung.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, mindestens ein
Paar an im Querschnitt gesehen gleichen Einformungen im Schirmteil 10,
wie aufgezeigt, anzuordnen, wobei das Schirmteil 10 bei
der vorliegenden Ausfüh rungsform
in einer Längsrichtung
ausgerichtet ist und wobei das jeweilige Kompensationsteil 14, 16 querverlaufend
dazu über
die gesamte Breite des Schirmteils 10 gleichfalls bogenförmig geführt ist.
Das Schirmteil 10 ist dergestalt als Halbschale ausgebildet
und die querverlaufenden Kompensationsteile 14, 16 erlauben über die
gesamte wirksame Fläche
des Schirmteils 10 die angesprochene Wärmeausdehnungskompensation.
Die dahingehenden Kompensationsteile 14, 16 dienen
insbesondere dazu, ein über
die Festlegemittel festgelegtes Schirmteil 10 im Betrieb
beulsteif zu halten, indem bei einer Wärmeausdehnung des Schirmteils 10 sich
durch die Wärmeausdehnung „verdrängtes Material" von den Kompensationsteilen 14, 16 ausgleichen
läßt und dergestalt
zu einer Verflachung der Sickenquerschnitte führt, ohne dass die Außenkontur des
Schirmteils 10 sich beulend verformt und/oder es an den
Stellen der Festlegemittel zu ungewollten Krafteinleitungen kommt,
die gegebenenfalls zum Einreißen
des Schirmteils 10 führen
können
oder zum Versagen der Festlegung. Im umgekehrten Fall, also bei
Abkühlung,
ziehen sich die Ausgleichssicken in Richtung ihrer ursprünglichen
Form wieder zusammen und die Kompensationsteile 14, 16 nehmen
dergestalt das „verdrängte Material" wieder auf, so dass eine
Verformungsänderung,
insbesondere Längenänderung,
bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung über die
sickenförmigen
Kompensationsteile 14, 16 wirksam kompensiert
ist.
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Die
Kompensationsteile 14, 16 brauchen nicht im Sinne
eines ringförmigen
Querverlaufs das gesamte Schirmteil 10 zu überdecken,
sondern in Abhängigkeit
der Flächengestaltung
des jeweiligen Schirmteils sind hier auch andere Lösungen denkbar, bei
denen die Kompensationsteile in der Art von Einprägungen (nicht
dargestellt) eben eine Art Materialreservoir ausbilden können, von
dem aus bei der Ausdehnung Material abrufbar und bei der Abkühlung wieder
einbringbar ist. Vorzugsweise haben die Kompensations teile aber
eine Art Federcharakteristik, wobei die Kompensationsteile 14, 16 als
Federn mit ihrer Rückstellwirkung
den Ausgleich der thermisch bedingten Verformung vornehmen. Dergestalt entsteht
eine Art Kompensationsfederbalg mit wellenförmig alternierend angeordneten
Sickenstrukturen als Ausgleichsfederelemente.
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Mit
der erfindungsgemäßen Abschirmteillösung lassen
sich vollautomatisch ein- aber auch mehrlagige Hitzeschilder in
der Pressenstraße
ohne weitere Zusatzteile erhalten, wobei bei einem mehrlagigen Schirmteilaufbau
regelmäßig eine
wärmedämmende Isolationsschicht
zwischen zwei Blechdecklagen aufgenommen ist. Der dahingehende Aufbau
ist üblich,
so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. Des weiteren
benötigt die
erfindungsgemäße Lösung keine
Zusatzbauteile zum Festlegen, was wiederum die Montagekosten reduzieren
hilft. Da das Schirmteil auch nach einer Vielzahl thermischer Lastwechsel
formstabil bleibt, läßt es sich
jederzeit gut, beispielsweise zu Wartungszwecken, am Motor entfernen
und wieder anbringen, ohne dass hierfür aufwendige Nacharbeiten notwendig
wären.
Da im wesentlichen durchgehend dieselben Materialien einsetzbar
sind, ist im übrigen die
Korrosionsgefahr reduziert, so dass das Abschirmteil langandauernd
und funktionssicher nutzbar ist.