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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbindung metallischer Bauteile
in Form von Teilen von Hitzeschildern und/oder Dichtungselementen, insbesondere
an Abgassystemen von Verbrennungsmotoren, wobei am Verbindungsbereich
der Bauteile mindestens ein eine Relativbewegung der Bauteile um
eine Achse ermöglichendes
Verbindungselement vorhanden ist, gemäß der Merkmalsausgestaltung des
Oberbegriffs des Patentanspruches 1.
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Um
metallische Bauteile zu verbinden, die durch eine Relativbewegung
in eine Funktionsstellung zu bringen sind, in der sie relativ zueinander
um eine Achse geschwenkt oder geklappt sind, ist es Stand der Technik,
im Verbindungsbereich der Bauteile eine oder mehrere sog. Klappsicken
auszubilden, die eine Biegelinie bilden, um die die Bauteile durch
Biegen um die Achse der Sicke geschwenkt oder geklappt werden, um
die gewünschte
Funktionsstellung zu erreichen. Eine derartige, dem Stand der Technik
entsprechende Lösung
ist im Dokument
DE
10 2005 012 749 A1 offenbart, das ein Hitzeschild zeigt,
das aus Abschirmbauteilen gebildet ist, die durch Schwenken oder
Klappen um durch Biegesicken gebildete Achsen in eine schalenartige
oder rohrartige Form gebracht sind. Wenn derartige Hitzeschilder
im Bereich des an den Zylinderkopf angeschlossenen Abgaskrümmers von
Verbrennungsmotoren angeordnet sind, können die Hitzeschilder mit Dichtungselementen
der Dichtungsanordnung verbunden sein, die sich zwischen Zylinderkopf
und Anschlußflansch
des Abgaskrümmers
befindet.
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Die übliche Verbindung
der Bauteile über durch
Verformen des Werkstoffs der Bauteile gebildete Sicken, welche Biegelinien
festlegen, ist in mehrerer Hinsicht nachteilig. Zum einen zeigen
die für derartige
Bauteile benutzten Werkstoffe ein erhöhtes Rückfederungsverhalten. Wenn
dem durch entsprechend starke Verformung des Werkstoffes begegnet wird,
besteht die Gefahr der mangelnden Steifigkeit des Biegebereichs.
Zum anderen kann es bei der Formgebung oder der Montage zu einem
Beulen des Materials kommen. Zudem ist die Formhaltigkeit bei Mehrfachmontage
nicht gewährleistet.
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Des
weiteren ist es zumindest seit den 30er Jahren bekannt, zum Abdecken
von Zugangsöffnungen,
wie abklappbaren Piano- und Flügelmechanik-Deckeln, sowie von
Gebäude-
und Wagenzugangsöffnungen,
wie Tür-
und Fensteröffnungen, sog.
Klavierbänder
oder sonstige Scharnierverbindungen als Verbindungselement einzusetzen,
wobei ein Scharnierteil der jeweiligen Scharnierverbindung regelmäßig mit
einem fest angeordneten Bauteil verbunden ist und das andere Scharnierteil
mit einer bewegbaren Baukomponente, wie einem Abschlußdeckel,
wie einem Türblatt
(
US 1 893 592 A )
oder einem Fensterladen (
FR
1 158 092 A ). Bei dem Scharnier gemäß der
FR 1 158 092 A verschränken sich
beim Verdrehen die Enden der Scharnierbänder ineinander, um den aufgeklappten
Fensterladen zu halten, wohingegen beim Scharnier gemäß der
US 1 893 592 A das
Drehlager nicht nur durch das Einrollen der Enden gebildet ist,
sondern hierfür
eine zusätzliche Führung (Flange
11, 22) erforderlich ist.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe,
eine Verbindungsanordnung für
Hitzeschilder und/oder Dichtungselemente zur Verfügung zu
stellen, bei der die eingangs angesprochenen Probleme für eine bekannte
Hitzeschildlösung
weitestgehend vermieden sind.
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Erfindungsgemäß ist diese
Aufgabe durch eine Anordnung gelöst,
die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Danach
besteht gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 eine wesentliche Besonderheit der Erfindung
darin, dass die Enden der Scharnierbänder derart eingerollt sind,
dass sie bei in beiden Drehrichtungen erfolgendem Verdrehen um die
Achse in eine gewünschte
Funktionsstellung bringbar sind. Das erfindungsgemäß gezielt
geformte Einrollen der Enden des Scharniers erlaubt die Einstellung
in die gewünschten
Funktionsstellungen für das
jeweilige Hitzeschild und/oder das jeweilige Dichtungselement ohne
Materialverformung, so dass insoweit auch kein Rückfederungsbestreben vorhanden
ist. Da zur konturhaltigen Umformung geringe Kraftmomente erforderlich
sind, erfolgt kein Beulen des Materials. Somit ist Formhaltigkeit
auch bei mehrfacher Montage gewährleistet.
Anstelle einer in der Art eines Biegegelenkes für ein Hitzeschild und/oder
ein Dichtungselement gestalteten Verbindung, bei der Schwenk- oder
Klappbewegungen einen Biegevorgang des Werkstoffes der Bauteile
erfordern, die im Verbindungsbereich miteinander zusammenhängend sind,
ist für
das Einnehmen der jeweiligen Funktionsstellung die Scharnierverbindung mit
gesonderten Scharnierteilen vorgesehen.
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Die
Anordnung ist derart getroffen, dass zur Bildung der Achse des jeweiligen
Scharniers für
das Hitzeschild und/oder das Dichtungselement jedes Scharnierteil
am Ende seines Scharnierbandes zu einem zumindest teilweisen Hohlzylinder
eingerollt ist, die, ineinander eingreifend, die Achse festlegen
und durch ihren Eingriff das Drehlager bilden. Die in Axialrichtung
ineinander eingeschobenen Hohlzylinder, die durch die eingerollten
Enden beider Scharnierbänder
gebildet sind, ergeben somit ein Scharnier mit einem keinen Scharnierstift
erfordernden Drehlager.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Bauform kann das Scharnierband zumindest
eines Scharnierteils durch ein einstückiges Flächenteil des zugehörigen Bauteils
gebildet sein, nämlich
durch ein Flächenteil
eines Abschirmbauteils eines ein- oder mehrlagigen Hitzeschildes,
oder bei einer ein- oder mehrlagigen Dichtungsanordnung durch einen
Flächenfortsatz
einer betreffenden Dichtungslage.
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Erstes
und zweites Bauteil können
je ein Abschirmbauteil sein, die in einer einer gewünschten Drehstellung
um die Achse entsprechenden Funktionsstellung das betreffende Hitzeschild
bilden. Bei einem derartigen Einsatz eröffnet sich die vorteilhafte Möglichkeit,
eine praktisch geschlossene Konstruktion zu verwirklichen, indem
die in Richtung der Achse gemessene Länge zumindest eines Scharnierbandes
einem Großteil
der Länge
des Verbindungsbereichs der Abschirmbauteile entspricht, so dass über diesen
Längenbereich
kein Spalt im Verbindungsbereich vorhanden ist.
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Bei
dem ersten und dem zweiten Bauteil kann es sich auch um je eine
Dichtungslage einer mehrlagigen Dichtungsanordnung handeln, wobei bei
der Funktionsstellung mit aneinanderliegenden Dichtungslagen die
Scharnierbänder
der Scharnierteile einander eng angenähert sind. Die neben der Dichtungsanordnung
freiliegenden, das Drehlager bildenden, ineinandergesteckten Hohlzylinder
können
als Anbringpunkte für
weitere, zu befestigende Bauteile dienen oder auch für die Sichtkontrolle
zur Verifizierung des Montagezustandes.
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Je
nachdem, ob die Enden der Scharnierbänder so eingerollt sind, dass
die Krümmung
der Rolle unmittelbar von der Ebene des Scharnierbandes ausgeht,
oder sich an die Ebene des Scharnierbandes eine erste Gegenkrümmung anschließt, die der
Krümmung
der Rolle entgegengesetzt ist, kann das Scharnier so gestaltet sein,
dass die Scharnierbänder
in eingeklappter Stellung in Aneinanderlage und in aufgeklappter
Stellung in eine gemeinsame Ebene bringbar sind, oder dass die Scharnierbänder in
eine Funktionsstellung bringbar sind, in der sich die Bänder, bezogen
auf die Achse in Radialrichtung gemessen, in einem Abstand voneinander
befinden, der zumindest näherungsweise
dem Durchmesser des Drehlagers entspricht.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im
einzelnen erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
teils abgebrochen gezeichnete Draufsicht eines Hitzeschildes, bestehend
aus Abschirmbauteilen, die mittels einer dem Stand der Technik entsprechenden
Verbindungsanordnung miteinander verbunden sind;
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2 eine
schematisch vereinfacht gezeichnete perspektivische Schrägansicht
einer zweilagigen Dichtungsanordnung, deren Dichtungslagen mittels
einer einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung entsprechenden Verbindungsanordnung miteinander verbunden
sind;
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3 eine
abgebrochen gezeichnete Teildarstellung in perspektivischer Schrägansicht,
wobei Scharnierteile eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Anordnung
in auseinandergenommenem Zustand dargestellt sind;
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4 eine
perspektivische Darstellung, in der die Abschirmbauteile von 3 in
zusammengefügtem
Zustand dargestellt sind, und
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5 eine
gegenüber
den 3 und 4 in vergrößertem Maßstab gezeichnete, perspektivische
Darstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung.
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1 zeigt
die Außenseite
eines Hitzeschildes 1 aus metallischem Werkstoff, wobei
es sich um ein Edelstahlblech handelt. Das Hitzeschild 1 ist
vorzugsweise mehrlagig aufgebaut, wobei eine innere Wärmeisolationsschicht
vorhanden ist. Bei dem in 1 gezeigten
Beispiel besteht das Hitzeschild 1 aus drei Abschirmbauteilen,
die mittels einer dem Stand der Technik entsprechenden Verbindungsanordnung
miteinander verbunden sind. Dabei handelt es sich um ein im großen Ganzen
ebenflächiges Hauptteil 3,
ein gewölbtes
und aus der Hauptebene des Hauptteils 3 abgewinkeltes Seitenteil 5 und
ein gegenüber
dem Hauptteil 3 ebenfalls abgewinkeltes Befestigungsteil 7 mit
Befestigungslöchern 9.
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Das
Hauptteil 3 ist ebenfalls durch ein Befestigungsloch 9 durchbrochen.
Im übrigen
befinden sich im Hauptteil 3 muldenartige Einprägungen 11 und 13 zur
Erhöhung
der Steifigkeit des Hauptteils 3 und zur Vibrationsdämpfung.
Eine entsprechende, muldenartige Einprägung 15 befindet sich
im Seitenteil 5.
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Entsprechend
dem Stand der Technik sind für
die Abwinkelung von Seitenteil 5 und Befestigungsteil 7 gegenüber dem
Hauptteil 3 zwischen diesen genannten Abschirmbauteilen
Biegelinien vorgegeben, bei denen es sich um eine Biegesicke 17 bzw. eine
Biegesicke 19 handelt. Die den Hauptteil 3 mit dem
Seitenteil 5 verbindende Biegesicke 17 legt die Biegelinie
fest, d. h. die Achse für
die Abwinkelung des Seitenteils 5. Die Biegesicke 19 legt
die Biegelinie für
die Abwinkelung des Befestigungsteils 7 fest.
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2 verdeutlicht
ein Anwendungsbeispiel für
die erfindungsgemäße Anordnung,
wobei zwei Dichtungslagen 21 und 23 aus Stahlblech,
die eine zweilagige Dichtungsanordnung bilden, mittels der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung
klappbar miteinander verbunden sind, wobei zwei Scharniere 25 vorhanden
sind, deren jedes in einem Endbereich der Dichtungsanordnung gelegen
ist. Diese ist in 2 in einem Zustand dargestellt,
in dem die Dichtungslagen 21, 23 noch nicht in
die Funktionsstellung aneinander angeklappt sind, also noch nicht im
Einbauzustand sind, bei dem sie als Dichtelement für drei Abgasports
zwischen einem Zylinderkopf (nicht gezeigt) und einem Abgaskrümmer (nicht
gezeigt) angeordnet sind. Wie bereits erwähnt, eignet sich die Erfindung
auch für
die Verbindung von Abschirmbauteilen zur Bildung eines Hitzeschildes,
wobei die Scharniere 25 die Funktion der in 1 gezeigten
Biegesicken 17 und 19 übernehmen. Gemäß 2 weisen
die Scharniere 25 als voneinander gesonderte, relativ zueinander
drehbare oder klappbare Scharnierteile je ein Scharnierband 27 und 29 auf, von
denen die Scharnierbänder 27 mit
der Dichtungslage 21 und die Scharnierbänder 29 mit der Dichtungslage 23 verbunden
sind. Bei dem Beispiel von 2 sind die
Scharnierbänder 27, 29 dünne Stahlblechbänder, die
mit der jeweiligen Dichtungslage 21, 23 verbunden
sind, beispielsweise durch Anschweißen. Alternativ könnten die
Scharnierbänder 27, 29, in
gleicher Weise wie bei der Verbindung von Abschirmbauteilen, nicht
als Einzelteile, sondern als einstückig Bestandteil der zu verbindenden
Bauteile gebildet sein.
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Die 3 bis 5 verdeutlichen
nähere Einzelheiten
der Gestaltung der Scharniere 25. Wie am deutlichsten den 3 und 5 entnehmbar ist,
ist das für
die Drehbewegung um die Scharnierachse 31 dienende Drehlager 33,
das keinen inneren Scharnierstift enthält, durch die hohlzylinderartig
eingerollten Enden 35 bzw. 37 der Scharnierbänder 27 bzw. 29 gebildet,
wobei die Wickeldurchmesser an den eingerollten Enden 35, 37 so
gewählt
sind, dass die Scharnierbänder 27, 29 entsprechend
der in 3 mit Pfeil 39 angedeuteten Axialrichtung
ineinander einsteckbar sind, so dass sich eine Konfiguration entsprechend
den 2, 4 und 5 ergibt.
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Wie
aus dem Vergleich der 3 bis 5 entnehmbar
ist, kann das Scharnier 25 unterschiedlich gestaltet sein,
wobei sich unterschiedliche Eigenschaften ergeben, und zwar abhängig davon,
wie die Enden 35 und 37 der Scharnierbänder 27 und 29 gerollt
sind. Beim Beispiel von 3 und in Übereinstimmung mit dem in 5 gezeigten
Fertigzustand, ist das Scharnierband 27 an seinem Ende 35 derart gerollt,
dass das Ende des Bandes 27 unmittelbar in die Rollkrümmung des
Hohlzylinders übergeht.
Dagegen ist das Scharnierband 29 am anderen Ende 37 derart
gerollt, dass das Scharnierband 29 nicht unmittelbar in
die Rollkrümmung übergeht,
sondern zuvor bei 41 eine Gegenkrümmung besitzt, an die sich sodann
die Rollkrümmung
des Hohlzylinders anschließt.
Entsprechendes ist auch aus 5 entnehmbar.
Bei dieser Formgebung erstrecken sich die Scharnierbänder 27, 29 bei „aufgeklapptem” Scharnier,
wie in 5 gezeigt, in einer gemeinsamen Ebene. Wird das
Scharnier in die „geschlossene” Stellung
geklappt, indem das Scharnierband 27, bei Blickrichtung
entsprechend 5, entgegen dem Uhrzeigersinn
geschwenkt wird, dann kann das Scharnierband 27 eine Funktionsstellung
einnehmen, in der es sich in zum Scharnierband 29 paralleler
Ebene erstreckt, wobei sich jedoch zwischen diesen Ebenen ein Abstand
befindet, der in etwa dem Durchmesser des Drehlagers 33 entspricht.
In ähnlicher
Weise läßt sich,
wie dies in 4 dargestellt ist, durch beidseitig
der Rollkrümmung
vorausgehende Gegenkrümmungen 43 und 45 erreichen,
dass in einer Funktionsstellung die Bänder 27 und 29 bündig aneinanderliegen.
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Durch
Wahl der Länge
und Anzahl der gerollten Windungen 47 (s. 5)
lassen sich die gewünschten
Struktureigenschaften des Scharnier 25 realisieren, beispielsweise
Formsteifigkeit, Drehwiderstand u. dgl., wobei diese Eigenschaften
auch von den Werkstoffeigenschaften abhängig sind. Bei dem in 2 gezeigten
Anwendungsfall zur Verbindung von Dichtungslagen 21 und 23 befindet
sich zwischen den Scharnieren 25 ein verhältnismäßig großer Zwischenraum.
Bei einem Einsatz zur Verbindung von Abschirmbauteilen eines Hitzeschildes kann
die Anordnung so getroffen sein, dass sich die auf die Achse 39 bezogene
Länge der
Scharnierbänder 27, 29 über einen
Großteil
der Länge
des Verbindungsbereichs oder über
den gesamten Verbindungsbereich erstreckt, so dass am fertigen Hitzeschild
kein Verbindungsspalt zwischen den angrenzenden Abschirmbauteilen
vorhanden ist.
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Ein
sehr bedeutsamer Vorteil der Erfindung, der insbesondere bei einem
Einsatz der Erfindung zur Verbindung von Bauteilen in Heißzonen gegeben ist,
also in Verbindung mit Hitzeschildern oder Dichtungsanordnungen
an Abgassystemen von Verbrennungsmotoren, besteht darin, dass die
Scharnierbauweise bei der Erfindung eine Axialverschiebung der Scharnierteile
und damit der verbundenen Bauteile zuläßt. Dadurch ist die Gefahr
verringert, dass durch unterschiedliche thermische Belastungen verursachte
unterschiedliche Wärmeausdehnungen
zu Werkstoffverformungen führen.
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Des
weiteren sind die erfindungsgemäß ausgebildeten
Scharnierverbindungen sowohl lösbare als
auch am Einbauort zusammenbaubare Verbindungen. Es besteht daher
sowohl die Möglichkeit,
die einzelnen Bauteile gesondert am Montageort anzuliefern, als
auch einzelne Bauteile, die in einem betreffenden Gesamtverbund
Verschleißteile
sind, durch Lösen
der Verbindung, also durch Außereingriffbringen
der Scharnierteile, einzeln auszutauschen, ohne dass in einem Servicefall
der Gesamtverbund ausgewechselt werden müßte.