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Die Erfindung betrifft ein Abschirmteil, insbesondere Hitzeschild, mit mindestens einem Schirmteil, das mittels Festlegemitteln an Fahrzeug- oder Maschinenteilen festlegbar ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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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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Aus der gattungsbildenden
US 6,702,062 B2 ist ein gattungsgemäßes Abschirmteil bekannt. Ein derartiges Abschirmteil weist quer zu dessen Hauptlängserstreckung verlaufende Sicken auf. Derartige Sicken sind allerdings als Versteifungssicken konzipiert. Eine Wärmeausdehnung des Abschirmteils können diese Sicken nicht kompensieren. Es wird vielmehr bei einer Wärmebeaufschlagung des Abschirmteils zu Verwerfungen im Abschirmteil kommen, da das Abschirmteil im Bereich der Sicken am wärmeabstrahlenden Objekt, z. B. den Auspuffkrümmer festgelegt ist.
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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 jeweilige Kompensationsteil querverlaufend zur Längsrichtung des Schirmteils über die gesamte Breite des Schirmteils im Querschnitt konkav oder konvex verlaufend geführt ist, 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 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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Vorzugsweise ist 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 oder 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 Ausführungsform 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 ”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 Kompensationsteile 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 lang andauernd und funktionssicher nutzbar ist.