DE112014002785T5

DE112014002785T5 - Hitzeschild

Info

Publication number: DE112014002785T5
Application number: DE112014002785.5T
Authority: DE
Inventors: Axel Ritzal; Benjamin Wittmann; Martin Wuchenauer; Alexander Keilich
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2016-03-10
Also published as: WO2014198772A1

Abstract

Hitzeschild (1) zum Abschirmen eines Gegenstandes gegen Hitze und/oder Schall mit wenigstens einer metallischen Lage (2, 3), wobei mindestens eine an einer Oberfläche des Hitzeschildes (1) liegende metallische Lage (2) eine Mikrostrukturierung (29) aufweist, wobei ein flächiges Kennzeichnungselement (11) auf der Oberfläche der mindestens einen mikrostrukturierten Lage (2) und/oder eingebettet in diese angebracht ist, wobei das flächige Kennzeichnungselement (11) mit der mindestens einen mikrostrukturierten Lage (2) des Hitzeschildes (1) form- und/oder kraftschlüssig verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hitzeschild zum Abschirmen eines Gegenstandes gegen Hitze und/oder Schall, wobei der Hitzeschild mindestens eine Lage aufweist. Hitzeschilde dienen beispielsweise in Motorräumen von Fahrzeugen, insbesondere im Bereich des Abgasstrangs dem Schutz von temperaturempfindlichen Bauteilen, die nahe an heißen Bauteilen angeordnet sind, gegen unzulässige Überhitzung. In den meisten Fällen verbessern die Hitzeschilde auch den Schutz gegen Schall.
Üblicherweise sind derartige Hitzeschilde als dreidimensional gebildete Strukturbauteile ausgebildet, mit mindestens einer ausgedehnten Platte, die zumindest eine mikrostrukturierte Lage, beispielsweise eine metallische Lage, und gegebenenfalls weitere metallische oder nichtmetallische Lagen enthält. In einer ersten Ausführungsform ist es bevorzugt, dass zwischen dem abzuschirmenden Gegenstand und dem Hitzeschild als auch zwischen dem wärmeführenden Bauteil und dem Hitzeschild über große Teile der Fläche des Bauteils ein Luftpolster verbleibt, so dass die Wärmeübertragung, die durch direkten Kontakt der Teile verursacht wird, auf ein Minimum verringert werden kann. Derartige Hitzeschilde sind an mindestens einem, vorzugsweise an mindestens zwei Punkten befestigt, wobei die Befestigung üblicherweise an dem wärmeführenden Bauteil erfolgt. Bei einer derartigen Ausführung ergibt sich die dreidimensionale Form des Hitzeschildes üblicherweise aus der Form der wärmeführenden Bauteile und deren Abstand zu den benachbarten Bauteilen. In einer zweiten Ausführungsform liegt der Hitzeschild unmittelbar auf dem wärmeemittierenden Bauteil und kapselt das wärmeemittierende Bauteil nach außen, vorzugsweise auf seiner kompletten Oberfläche, ab. Hierdurch werden die benachbarten Bauteile gegen diese Hitzeabstrahlung abgeschirmt. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der Hitzeschild auch eine Isolationsschicht aufweist, die unermittelbar auf der Wärmequelle aufliegt und die von der mindestens einen mikrostruktuierten Lage überdeckt ist. Die dreidimensionale Form folgt dann unmittelbar aus der Form des umgebenen Bauteils. Zusätzlich zu der tatsächlichen Isolation gegen Wärme und Körperschall führt diese Konstruktion auch zu einer Verringerung der Konvektion der Warmluft. Weiterhin werden Schwingungen absorbiert.
Zur Verbesserung der isolierenden und akustischen Eigenschaften weist zumindest die zu äußerst liegende, insbesondere metallische Lage des Hitzeschildes Mikrostrukturierungen, beispielsweise Noppalierungen und/oder sonstige Prägungen oder Mikroperforationen auf. Noppalierte Hitzeschildlagen verbessern die Stabilität des Hitzeschildes und ermöglichen die Herstellung von Hitzeschilden mit unveränderter Stabilität mit dünneren und daher leichteren Metallblechen.
Bei thermisch und akustisch aktiven Hitzeschilden werden mikroperforierte Schichten vorzugsweise zur Schallquelle ausgerichtet, so dass die Schallwellen durch die Mikroperforationen in die Hitzeschilde eindringen können und dann in dem Innenraum der Hitzeschilde absorbiert werden. In Kombination mit einer mikroperforierten Lage kann eine hinter dieser angeordnete noppalierte Lage, die dann beispielsweise in Richtung der sichtbaren Oberfläche ausgerichtet sein kann, Resonanzräume bilden. In gleicher Weise ist es möglich, eine gute Schallabsorption zu erzielen, wenn eine faserbasierte Isolationslage hinter der mikroperforierten Lage angeordnet ist, da der freie Raum in dieser Isolationslage auch die Bildung von Resonanzräumen ermöglicht.
Während früher Kennzeichnungen durch Beschriftungen an Fahrzeugbauteilen angebracht wurden, wird es zunehmen üblich, derartige Kennzeichnungen, wie beispielsweise den Herstellernamen und/oder den Produktionszeitpunkt und/oder die Teilenummer zu kodifizieren. Es hat sich der sogenannte Data-Matrix-Code, eine zweidimensionale, insgesamt quadratische Anordnung von Punkten oder Quadraten, durchgesetzt, so auch für Hitzeschilde.
Bei Hitzeschilden mit glatter Oberfläche stellt es keine Schwierigkeit dar, diesen Data-Matrix-Code aufzudrucken, einzulasern oder einzuformen. Bei Hitzeschilden mit mikrostrukturierter Oberfläche ist es jedoch nicht möglich, einen Data-Matrix-Code in einer leserlichen Weise anzubringen, da sich seine Strukturen mit der Mikrostruktur der entsprechenden Lage überlappen und miteinander interferieren.
Im Stand der Technik wurde versucht, Kennzeichnungselemente durch adhäsive Verfahren auf mikrostrukturierten Lagen auf der Oberfläche von Hitzeschilden anzubringen. Insbesondere wurde versucht, derartige Kennzeichnungselemente aufzuschweißen. Hierzu sind einerseits zusätzliche Herstellanlagen erforderlich, da die Herstellung von Hitzeschilden üblicherweise ohne Schweißen erfolgt. Daraus folgt ein beträchtlicher Preisanstieg. Andererseits veranlassen Schwingungen, die in dem Motorraum vorliegen, das Kennzeichnungselement sich abzulösen, so dass das Kennzeichnungselement nicht über die Lebensdauer des Hitzeschildes zuverlässig an der Hitzeschildlage befestigt bleibt. Auch hat sich das Schweißen von mikrostrukturierten Lagen, insbesondere von dünnen mikrostrukturierten Lagen als schwierig herausgestellt, da diese lediglich sehr kleine zusammenhängende Bereiche zur Verfügung stellen, in denen die Lagen unmittelbar aufeinander liegen. Die Mikrostrukturierung erzeugt eine große Zahl Bereiche ohne direkten Kontakt zwischen den Lagen. Bei Hitzeschilden mit mindestens einer faserbasierten Isolationslage ist man außerdem dem Risiko ausgesetzt, dass der hohe Energieeintrag zu lokalen Schäden der Isolationsschicht(en) führt.
Ebenfalls wurde versucht, die Kennzeichnungselemente durch gesonderte Befestigungsmittel anzubringen. Auf diese Weise konnte eine bessere Verweilzeit des Kennzeichnungselementes auf der Oberfläche des Hitzeschildes erzielt werden, allerdings hielt dieser Ansatz nicht für die gesamte Lebensdauer des Hitzeschildes. Diese Befestigungsverfahren erfordern ebenfalls zusätzliche Herstellanlagen, die nicht als Standardanlagen bei der Herstellung von Hitzeschilden zur Verfügung stehen und sie erhöhen auf diese Weise die Herstellungsdauer und die Kosten für die Herstellung eines Hitzeschildes. Bevorratung und Anbringung der zusätzlichen Befestigungsmittel, wie beispielsweise Niete, komplizieren zusätzlich die Herstellung des Hitzeschildes und machen sie teurer.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hitzeschild zur Verfügung zu stellen, das mindestens eine mikrostrukturierte Lage aufweist, wobei nichtsdestotrotz eine gut leserliche Kennzeichnung an der mikrostrukturierten Lage angebracht werden kann. Die mikrostrukturierte Lage soll aus herkömmlichem Material herstellbar sein und die Herstellung soll einfach und kostengünstig sein. Es ist vorzuziehen, wenn die Herstellung ohne zusätzliche Schritte wie beispielsweise Schweißen oder Nieten ausgeführt werden kann.
Dies wird mit einem Hitzeschild gemäß Anspruch 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
Die Erfindung betrifft also einen Hitzeschild zum Abschirmen eines Gegenstandes gegen Hitze und/oder Schall mit wenigstens einer metallischen Lage. Mindestens eine metallische Lage, die an der Oberfläche des Hitzeschildes angeordnet ist, enthält eine Mikrostrukturierung. Ein flächiges Kennzeichnungselement wurde auf die Oberfläche aufgebracht oder in die mindestens eine mikrostrukturierte Lage eingesetzt und ist formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der mindestens einen mikrostrukturierten Lage verbunden. Die formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung muss dabei nicht unmittelbar von der mikrostrukturierten Lage und dem Kennzeichnungselement ausgebildet sein. Vielmehr können auch andere Bauteile oder Elemente des Hitzeschildes zu dieser Verbindung beitragen.
Da das flächige Kennzeichnungselement als ein zusätzliches Bauteil ausgebildet sein kann, kann die mikrostrukturierte Lage des Hitzeschildes aus herkömmlichem Material hergestellt werden, wie beispielsweise einem Material, das im Coil mikrostrukturiert wurde. Das Aufbringen oder Einbringen des Kennzeichnungselementes macht es möglich, die Kennzeichnung auf eine nicht strukturierte Oberfläche aufzubringen, so dass diese gut lesbar ist. Die formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung des Kennzeichnungselementes mit dem Hitzeschild oder zumindest seiner mikrostrukturierten Lage ermöglicht es, auf kostspielige Befestigungsverfahren zwischen der ersten metallischen Lage und dem Kennzeichnungselement, wie beispielsweise Schweißen oder Nieten, zu verzichten. Die formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung kann beispielsweise während der dreidimensionalen Verformung des Hitzeschildes eingebracht werden, die sowieso erforderlich ist und daher in den meisten Fällen weder zusätzliche Herstellanlagen, noch verlängerte Taktzeiten bei der Herstellung erfordert. Bei mehrlagigen Hitzeschilden kann das Kennzeichnungselement beispielsweise ebenfalls formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit wenigstens einer dieser Lagen während der Befestigung der Lagen untereinander verbunden werden.
Bei einer ersten Ausführungsform umfasst die Erfindung mehrlagige Hitzeschilde, wobei zumindest eine mikrostrukturierte Lage vorzugsweise auf der äußeren Oberfläche des Hitzeschildes angeordnet ist, während die andere wenigstens eine Lage weiter von der Außenoberfläche des Hitzeschildes entfernt angeordnet ist, vorzugsweise auf der Innenoberfläche des Hitzeschildes. Bei dieser Anordnung von Hitzeschildlagen wird das flächige Kennzeichnungselement an der Oberfläche der mindestens einen mikrostrukturierten Lage auf der Oberfläche, die von der Außenoberfläche des Hitzeschildes weg weist, angebracht, nämlich zwischen der zumindest einen mikrostrukturierten Lage und der zumindest einen weiteren Lage. Wenn keine weitere Lage vorhanden ist, kann das Kennzeichnungselement auch unmittelbar auf dem Teil, das durch den Hitzeschild umgeben ist, liegen.
Um das Kennzeichnungselement aufzunehmen, umfasst die mindestens eine mikrostrukturierte Lage vorzugsweise zumindest einen Aufnahmebereich, wobei die mikrostrukturierte Lage zumindest eine Ausnehmung aufweist, die vergleichbar einem Fenster es ermöglicht, das Kennzeichnungselement, das unterhalb angeordnet ist, zu lesen. Die Randbereiche des Kennzeichnungselementes sind hier in einer rahmenartigen Weise abgedeckt. In der Nachbarschaft der zumindest einen Ausnehmung zeigt der Aufnahmebereich der mikrostrukturierten Lage in einer ersten Variante zumindest eine, vorzugsweise mehrere Durchgangsöffnungen, die insbesondere schlitzförmig oder langlochförmig sind. Bei einer zweiten Variante sind in der Nachbarschaft des Rücksprungs des Aufnahmebereichs Vorsprünge zumindest bereichsweise ausgebildet, welche Vorsprünge vorzugsweise von der Außenoberfläche des Hitzeschildes in Richtung der Innenoberfläche des Hitzeschildes weisen.
Das flächige Kennzeichnungselement hingegen umfasst vorzugsweise an seinem Außenrand zumindest abschnittsweise mindestens eine Auskragung, die nach Verbau des flächigen Kennzeichnungselementes in dem Hitzeschild in die Richtung der Außenoberfläche des Hitzeschildes weist. Die Auskragung ist vorteilhafterweise um einen Winkel von mindestens 60°, vorzugsweise mindestens 80° aus der Ebene des flächigen Kennzeichnungselementes umgebogen, wobei die Umbiegung nicht an einer einzigen Biegelinie erfolgen muss, sondern sich auch über einen Biegebereich erstrecken kann. In ihrem weiteren Verlauf, ausgehend von dem ersten Biegebereich kann eine Auskragung weitere Biegelinien oder Biegebereiche aufweisen. Bei mehreren Umbiegungen kann ihr freier Rand sich auch parallel zu der Ebene des flächigen Kennzeichnungselementes erstrecken. Die Auskragung kann als kurze Lasche ausgebildet sein, sie kann sich jedoch auch längs einer gesamten Außenkante des flächigen Kennzeichnungselementes erstrecken und entsprechend aus der Ebene des Kennzeichnungselementes umgebogen sein.
Wenn, wie zuvor beschrieben, die mikrostrukturierte Lage des Hitzeschildes eine oder mehrere Durchgangsöffnungen aufweist, ist es bevorzugt, wenn die mindestens eine Auskragung durch die mindestens eine Durchgangsöffnung hindurch reicht und zur Erzielung einer Befestigung umgeformt, umgefalzt und/oder auf der Außenoberfläche des Hitzeschildes verpresst ist. Vorzugsweise entspricht die Anzahl an Auskragungen des Kennzeichnungselementes der Anzahl an Durchgangsöffnungen. Alternativ können mehrere Auskragungen, insbesondere solche Auskragungen, die benachbart zueinander angeordnet sind, durch eine einzelne, insbesondere eine längliche Durchgangsöffnung hindurchgeführt werden. Die Umformung wird vorzugsweise so durchgeführt, dass derjenige Teil der Auskragung, der über die Durchgangsöffnung hinausragt, so umgefaltet oder verpresst ist, dass er seitlich über die Durchgangsöffnung hinausragt und so eine formschlüssige Verbindung ermöglicht.
In einer bevorzugten Variante wird der Bereich der Auskragungen, der über die Durchgangsöffnung hinausragt, über die Oberfläche der mikrostrukturierten Lage umgebogen oder zurückgestaucht. In diesem Zusammenhang ist es möglich, dass, wenn der hervorstehende Teil der Auskragung in die Ausnehmung reicht, das freie Ende auf der Oberfläche des flächigen Kennzeichnungselements zu liegen kommt, die durch die Ausnehmung sichtbar ist, und sogar auf diese Oberfläche des Kennzeichnungselementes gepresst werden kann. In letzterem Falle wird, insbesondere wenn die Dicke des Materials des Kennzeichnungselementes gleich ist oder kleiner als die Dicke des Materials der mikrostrukturierten Lage, ein Überstehen des freien Endes der Auskragung vermieden werden, so dass das Risiko einer Körperverletzung minimiert wird. Dies gilt auch bei einem kurzen freien Ende, das abwärts in Richtung des Kennzeichnungselementes längs der Außenkante der mikrostrukturierten Lage umgefaltet ist.
In einer anderen vorteilhaften Variante der Erfindung wird der Teil der Auskragung, der über die Durchgangsöffnung hinausragt, auf die Oberfläche der mikrostrukturierten Lage zurückgestaucht, so dass ein knopfförmiger Bereich entsteht, der auf mindestens zwei Seiten, vorzugsweise umlaufend, die Durchgangsöffnung überdeckt. Es ist auch möglich, dass die Auskragung innerhalb des Teils, der über die Durchgangsöffnung hinausragt, mit einem Schlitz und mit Vorprägungen an den Enden und auf halber Erstreckungslänge des Schlitzes versehen ist. Auf diese Weise kann, wenn der überstehende Teil der Auskragung gestaucht ist, ein Auffalten erzielt werden. Die zwei umgefalteten Abschnitte sorgen ebenfalls für eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kennzeichnungselement und der mikrostrukturierten Lage.
Weist jedoch die mikrostrukturierte Lage des Hitzeschildes wie zuvor beschrieben ebenfalls mindestens einen Vorsprung auf, so ist es bevorzugt, wenn die mindestens eine Auskragung zwischen dem mindestens einen Vorsprung des Aufnahmebereichs in der mikrostrukturierten Lage und der mindestens einen weiteren Lage zu liegen kommt und auf diese Weise auf die mindestens eine weitere Lage durch den Vorsprung geklemmt wird. Es ist vorzuziehen, wenn sowohl der mindestens eine Vorsprung in der Richtung des Kennzeichnungselementes vorverformt ist, als auch die mindestens eine Auskragung in der Richtung der Außenoberfläche des Hitzeschildes vorverformt ist, insbesondere umgefaltet ist. Beim Zusammenbau kann die Vorverformung weiter angepasst werden, beispielsweise verpresst werden. In dieser Variante ist es möglich, dass die mikrostrukturierte Lage mehrere derartige Vorsprünge oder einen länglichen Vorsprung nicht nur an einem Rand der Ausnehmung, sondern vorzugsweise an zwei, insbesondere an zwei Rändern der Ausnehmung, die einander gegenüber angeordnet sind, aufweist. Die Auskragungen können auch aus kurzen Abschnitten bestehen oder als eine langgestreckte Auskragung längs zumindest einer, vorzugsweise jedoch längs zweier Ränder des flächigen Kennzeichnungselementes ausgeführt werden, welche Ränder einander gegenüber angeordnet sind.
Die Befestigung wird verbessert, wenn das flächige Kennzeichnungselement insgesamt oder zumindest die mindestens eine Auskragung des Kennzeichnungselementes zumindest abschnittsweise einen wellenförmigen oder zackenförmigen Rand aufweist. Dieser wellenförmige und/oder zackenförmige Rand kann formschlüssig in die Mikrostrukturierung der mindestens einen mikrostrukturierten Lage eingreifen, wenn die Größe der Wellen oder Berge und deren Abstand an die Mikrostruktur angepasst sind. Auf diese Weise kann ein Lösen der Verbindung verhindert werden.
Als Alternative oder zusätzlich zu dem Vorgenannten kann die Verbindung verbessert werden durch eine geeignete Abstützung der Auskragung(en) oder des Kennzeichnungselementes auf der von dem Kennzeichnungsfeld des Kennzeichnungselementes wegweisenden Seite. In einer ersten Variante ist zumindest abschnittsweise in der mindestens einen mikrostrukturierten Lage benachbart zu dem mindestens einen Vorsprung auf der Seite des Vorsprungs, die von der Ausnehmung weg weist, eine Kröpfung ausgebildet. Folglich bilden die Kröpfung und der Vorsprung zusammen eine mehr oder weniger lange Nut, in der die Auskragung aufgenommen ist.
In einer zweiten Variante erfolgt die Abstützung durch eine weitere Lage des Hitzeschildes. Diese weitere Lage weist im Bereich des Aufnahmebereichs der mikrostrukturierten Lage zumindest abschnittsweise mindestens einen Rücksprung auf. Die mindestens eine Auskragung des flächigen Kennzeichnungselementes ist hier nun vorzugsweise zwischen dem mindestens einen Vorsprung des Aufnahmebereichs der mikrostrukturierten Lage und dem mindestens einen Rand des mindestens einen Rücksprungs aufgenommen. In diesem Zusammenhang kann die Abstützwirkung durch die Seitenränder und/oder den Boden des Rücksprungs bewirkt werden, wenn der Rücksprung im Wesentlichen rechtwinklig ist. Schräge Ränder sind ebenfalls als Abstützung möglich.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Kennzeichnungselement mindestens eine Auskragung aufweist, die anders als in den Ausführungsformen, die vorstehend beschrieben wurden, nicht in Richtung der Außenoberfläche des Hitzeschildes, sondern von der mikrostrukturierten Lage weg weist. Hier ist es vorteilhaft, wenn sich an die Auskragung(en) Fortsätze anschließen, die von dem Kennzeichnungsfeld des Kennzeichnungselementes weg weisen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn einerseits ein Winkel zwischen etwa 80 und 100°, vorzugsweise ein rechter Winkel, zwischen der Oberfläche des Kennzeichnungselementes und den Auskragungen ausgebildet ist und wenn andererseits ein im Wesentlichen entgegengesetzter Winkel zwischen den Auskragungen und deren Fortsätzen ausgebildet ist. Die freien Enden der Fortsetzungen erstrecken sich vorzugsweise zumindest nahezu parallel zu der Oberfläche des Kennzeichnungselementes. Vorzugsweise wird hier auch ein Rücksprung in der Lage, auf der das Kennzeichnungselement liegt, vorgesehen, in den das Kennzeichnungselement aufgenommen und gestützt wird. Diese Lösung ist insbesondere bei Hitzeschilden bevorzugt, die eine mikrostrukturierte Außenlage und eine faserbasierte Isolationslage als Innenlage aufweisen.
Zusätzlich zu den Verbindungsverfahren, die oben genannt sind, ist es auch möglich, Verbindungselemente zu verwenden, die ohnehin für die Verbindung der Lagen des Hitzeschildes miteinander verwendet werden, um den Formschluss zwischen dem Hitzeschild und dem Kennzeichnungselement zu verstärken. Beispielsweise können als Befestigungselemente Klammern oder Clips verwendet werden. Es ist insbesondere bevorzugt, wenn die Verbindung unter Verwendung von Klammern oder Clips durch das Kennzeichnungselement und einige oder alle Hitzeschildlagen hindurch erfolgt. Für einige Klammern oder Clips kann es notwendig sein, die Lagen des Hitzeschildes so anzupassen, dass die Befestigungselemente äußerst leicht aufgenommen werden können. Es kann beispielsweise erforderlich sein, Rücksprünge vorzusehen, in welchen Teile dieser Befestigungselemente aufgenommen werden. Während einige Befestigungselemente die Lage ohne jede Vorbehandlung durchdringen können, gibt es Kombinationen von Befestigungselementen und Lageneigeschaften, bei denen es erforderlich ist, Löcher für den Durchgang der Befestigungselemente vorzusehen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Kennzeichnungselement auf der äußeren Oberfläche der mindestens einen mikrostrukturierten Lage aufgenommen wird, so dass es von der Außenseite her befestigt wird. Um eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung des Kennzeichnungselementes an dem Hitzeschild zu erzielen, ist es hier bevorzugt, wenn zumindest die mikrostrukturierte Lage des Hitzeschildes einen lokalen Rücksprung aufweist, beispielsweise eine schalenförmige Vertiefung oder einen tiefgezogenen oder geprägten Napf, der das Kennzeichnungselement aufnimmt. Wenn dieser Aufnahmebereich ausgebildet wird, ist es möglich, dass die Mikrostruktur in diesem Bereich verändert wird. Der Rücksprung zeigt zumindest in einer Oberflächendimension eine etwas geringere Erstreckung als das Kennzeichnungselement vor der Befestigung des Kennzeichnungselementes. In der hierzu senkrechten Richtung kann der Rücksprung größer sein, als das Kennzeichnungselement. Das Kennzeichnungselement umfasst Rücksprünge und/oder Auskragungen auf zumindest einem, vorzugsweise mindestens zwei Außenkantenabschnitten, die beim Einsetzen des Kennzeichnungselementes in den Aufnahmebereich in dem Außenrand des Aufnahmebereichs sich verhakt. Auskragungen mit einem wellenförmigen und/oder gezackten Rand verhaken sich besonders bevorzugt. Die Auskragungen verhaken sich zumindest formschlüssig, bei elastischen Materialien des Kennzeichnungselementes auch kraftschlüssig.
In weiteren Ausführungsformen ist das Kennzeichnungselement lediglich formschlüssig mit der mindestens einen mikrostrukturierten Lage des Hitzeschildes verbunden. In diesem Falle ist entweder der gesamte Hitzeschild oder die mikrostrukturierte Lage in mindestens zwei Bereichen derart umgeformt, dass Rücksprünge ausgebildet sind, die das Kennzeichnungselement aufnehmen können. Der Abstand zwischen dem Rücksprung und dem Bereich des Hitzeschildes, der unterhalb des Kennzeichnungselementes zu liegen kommt, muss hier mindestens so groß sein, wie die Dicke des Kennzeichnungselementes. Wenn das Kennzeichnungselement Bereiche mit unterschiedlicher Höhe aufweist, bestimmen diesbezüglich die Bereiche, die durch die Rücksprünge gehalten werden, die Höhe. Die Umformung kann dann derart ausgeführt werden, dass das Kennzeichnungselement an den entsprechenden Stellen unmittelbar vor der Umformung aufgebracht wird und mit dem Hitzeschild oder der mikrostrukturierten Lage während der Umformung verbunden wird. Als eine Alternative, die lediglich mit einem elastischen Kennzeichnungselement verwendet werden kann, kann der Hitzeschild oder seine mikrostrukturierte Lage zuerst umgeformt werden und lediglich nachfolgend das elastische Kennzeichnungselement eingesetzt werden.
Eine besonders stabile Stütze des Kennzeichnungselementes ergibt sich, wenn die mindestens zwei Außenrandbereiche der Kennzeichnungselemente auf ihrer oberen und unteren Seite durch die mikrostrukturierte Lage verklemmt werden. Bezüglich der Akustik wird es hier bevorzugt, wenn der Außenrandabschnitt des Kennzeichnungselementes und die zwei Abschnitte der mikrostrukturierten Lage zumindest abschnittsweise unmittelbar aufeinander zu liegen kommen und kraftschlüssig komprimiert werden. Auf diese Weise kann man vermeiden, dass das Kennzeichnungselement weiterhin sich bewegen und Geräuschschall verursachen kann. Bei dieser Ausführungsform genügt es, wenn zwei Außenrandabschnitte des Kennzeichnungselementes, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, kraftschlüssig verpresst sind, so dass keine seitliche Bewegung möglich ist.
Die Ausführungsformen, bei denen das Kennzeichnungselement an der mikrostrukturierten Lage von derjenigen Seite her befestigt ist, die bei dem fertiggestellten Hitzeschild die äußere Oberfläche ist, sind insbesondere für einlagige Hitzeschilde geeignet.
Bei mehrlagigen Hitzeschilden kann die mindestens eine weitere Lage eine strukturierte oder unstrukturierte metallische Lage sein. Die Stärke dieser mindestens einen Lage im Bereich des mindestens einen Rücksprungs ist dann im Wesentlichen gleich ihrer Dicke außerhalb des mindestens einen Rücksprungs. Der Rücksprung wird also durch eine lokale Auslenkung der metallischen Lage, beispielsweise als eine napfartige Vertiefung ausgebildet oder sie überspannt den Bereich des Kennzeichnungselementes wie ein Bogen.
Die mindestens eine weitere Lage in einem mehrlagigen Hitzeschild kann jedoch auch eine Isolationslage sein. Wie bereits erwähnt, kann die Isolationslage eine unveränderte Stärke in dem Bereich der Ausnehmung der mikrostrukturierten Lage aufweisen. Alternativ ist die Lagenstärke in dem Bereich des mindestens einen Rücksprungs, verglichen mit der Lagenstärke außerhalb des mindestens einen Rücksprungs, vorteilhafterweise reduziert. Wenn die Isolationsschicht aus mehreren Einzelschichten aufgebaut ist, kann zumindest eine dieser Einzellagen im Bereich des Rücksprungs ausgespart werden. Bei einer einlagigen Isolationsschicht, kann die Verringerung der Stärke in dem Bereich des Rücksprungs beispielsweise durch ein lokales Verpressen realisiert werden. Dies kann angewandt werden unabhängig davon, ob das Kennzeichnungselement angebracht oder eingebracht ist.
Bezüglich des Kennzeichnungselementes gibt es mehrere Möglichkeiten für dessen Herstellungsprozess und Gestaltung. Einerseits ist es möglich, dass der Hitzeschild zuerst derart hergestellt wird, dass das flächige Kennzeichnungselement eine nichtstrukturierte Oberfläche aufweist. Dies bedeutet, dass bis dahin noch keine Kennzeichnung aufgebracht wurde. Die endgültige Beschriftung der Kennzeichnung in diesem Falle wird durch den Hersteller des Motors oder des Fahrzeugs vorgenommen.
Andererseits ist es auch möglich, dass das flächige Kennzeichnungselement unmittelbar während der Herstellung des Hitzeschildes beschriftet wird und dass der Hitzeschild somit unmittelbar nach seiner Herstellung eine Kennzeichnung aufweist. Das Kennzeichnungselement kann bereits gekennzeichnet worden sein, bevor es befestigt wird oder erst nach seiner Befestigung. Es ist auch möglich, dass ein Teil der Kennzeichnung während der Herstellung des Hitzeschildes erfolgt und dass der Hersteller des Motors oder Fahrzeugs die Kennzeichnung vervollständigt.
Für das Aufbringen oder Einbringen der Kennzeichnung kann man aus einer großen Vielfalt an Verfahren auswählen. Einerseits gibt es Druckverfahren. Bei diesen muss man darauf achten, dass die Tinte oder andere Farbe, die verwendet wird, eine hinreichende Stabilität gegenüber den Temperaturen besitzt, die während des Betriebs des Hitzeschildes zu erwarten sind, und die, wenn der Hitzeschild Öl ausgesetzt ist, hinreichend stabil gegenüber Öl ist. Andererseits kann die Kennzeichnung in die Oberfläche des Kennzeichnungselementes eingebracht werden, so dass eine Strukturierung der Oberfläche stattfindet. Besonders vorteilhaft ist Kennzeichnung durch Laser. Es ist jedoch auch möglich, die Kennzeichnung einzuprägen oder die Kennzeichnung auszustanzen. Gravieren, beispielsweise unter Verwendung von Nadeln, oder Ätzen sind ebenfalls generell möglich. Gravieren, Prägen, Ausstanzen und Ätzen sind insbesondere vorteilhaft bezüglich ihrer Langzeithaltbarkeit und Lesbarkeit. Es ist auch möglich, dass ein zusätzliches Klebeetikett für Kennzeichnungszwecke während des Herstellungsverfahrens angebracht wird, welches abgezogen werden kann, beispielsweise bei der Endkontrolle am Ende des Herstellungsverfahrens. Das Kennzeichnungselement kann auch mit einer schützenden Klebeschicht versehen werden, die die tatsächliche Kennzeichnung abdeckt, was beispielsweise Schutzzwecken während des Transports oder während der Herstellung dienen kann. Es ist sowohl möglich, dass es in bestimmten Herstellungsstadien, am Ende der Herstellung, abgezogen wird oder dass es in dem fertiggestellten Fahrzeug verbleibt. Derartige Klebeetiketten weisen eine deutlich bessere Anbindung an eine nichtstrukturierte oder lediglich gering strukturierte, beispielsweise bedruckte, Oberfläche wie beispielsweise bei dem Kennzeichnungselement als auf einer mikrostrukturierten Oberfläche auf.
Im Hinblick auf die Temperaturstabilität des gesamten Hitzeschildes ist es vorteilhaft, wenn das Kennzeichnungselement aus Metall, insbesondere aus Stahl oder einer Aluminiumlegierung, besteht oder Metall, insbesondere Stahl oder eine Aluminiumlegierung, enthält. Wenn das Kennzeichnungselement auf der Oberfläche des Hitzeschildes, die von der Wärmequelle weg weist, montiert wird, wie dies insbesondere bei unmittelbar auf dem wärmeemittierenden Gegenstand aufliegenden Hitzeschilden der Fall ist, ist es auch möglich, dass das Kennzeichnungselement aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Werkstoff besteht oder einen thermoplastischen oder duroplastischen Werkstoff enthält.
Man kann auch Kennzeichnungselemente einsetzen, die aus einem Metall-Kunststoffverbund bestehen, beispielsweise eine Scheibe aus Kunststoff, der von einem Metallrahmen umgeben ist. Hierdurch wird die mechanische Festigkeit des Kennzeichnungselementes in den Befestigungsbereichen verbessert, während alle Möglichkeiten der Kennzeichnung von Kunststoffoberflächen verwendet werden können.
Ein weiterer Vorteil der gekennzeichneten Hitzeschilde gemäß der Erfindung ergibt sich, da sie es ermöglicht, eine große Vielfalt an Kennzeichnungselementen anzuordnen oder einzufügen. Dies schließt Kennzeichnungselemente ein, die durch den Hersteller des Motors oder des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, gestaltet oder spezifiziert wurden und die nichtsdestotrotz durch den Hersteller des Hitzeschildes eingebaut werden.
Die Mikrostrukturierung des Hitzeschildes kann durch eine Noppalierung erzeugt werden. Mittels Noppalierung kann der Hitzeschild mit einer Oberfläche und/oder Gesamtform versehen werden, die besonders biegeresistent ist. Die Noppalierung weist vorzugsweise ein regelmäßiges Muster, das jedoch keine regulären Strukturen aufweisen muss, insbesondere in gestreckten oder zusammengedrückten Bereichen des Hitzeschildes, die aus der dreidimensionalen Umformung des gesamten Hitzeschildes sich ergeben, auf.
Die Noppalierung kann durch die Wahl verschiedener Parameter für den jeweiligen Einsatz optimiert werden. Zusätzlich zu den bevorzugten, im Wesentlichen runden Formen der Noppen sind auch andere, beispielsweise ovale Formen der Noppen möglich. Darüber hinaus sind auch annäherungsweise rechteckige, in einem Schachbrettmuster gegeneinander verformte Prägemuster im Begriff „Noppalierung“ im Sinne dieser Erfindung enthalten. Besonders geeignete Noppengeometrien ergeben sich bei Verwendung eines der folgenden Parameter oder einer Kombination dieser für zumindest eine Noppe:

– eine Höhe der Noppe(n) zwischen 0,8 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 15 mm, besonders vorzugsweise zwischen 3 und 10 mm,
– einen Durchmesser oder Breite der Noppe(n) in der größten Erstreckungsrichtung zwischen 1 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 10 mm,
– eine Ausdehnung einer Noppe auf der Oberfläche zwischen 3 und 500 mm², vorzugsweise zwischen 10 und 70 mm²,
– einen Flankenwinkel der Noppe(n) zwischen 20 und 90°, vorzugsweise zwischen 30 und 60°,
– einen Abstand zwischen den Scheitelpunkten der Noppen zwischen 2,5 und 30 mm, vorzugsweise zwischen 6 und 15 mm und/oder
– eine Dichte der Noppen zwischen 1 und 10, vorzugsweise zwischen 1 und 6 Noppen pro Quadratzentimeter.

Alternativ oder ergänzend kann die Mikrostrukturierung als Mikroperforierung ausgeführt sein. Dies ist insbesondere bei mehrlagigen Hitzeschilden bevorzugt. Durch die Mikroperforierung können Schallwellen zwischen die Lagen des Hitzeschildes eindringen und dann dort absorbiert werden. Die Mikroperforierung kann für den jeweiligen Einsatz durch Wahl einer großen Anzahl von Parametern optimiert werden:

– ein Durchmesser der Mikroperforierung zwischen 0,05 mm und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,08 und 1 mm.
– eine Dichte der Mikroperforierung zwischen 1 und 200, vorzugsweise zwischen 3 und 100 Löchern pro Quadratzentimeter und/oder
– einen Anteil der Fläche der Löcher an der gesamten Oberfläche zwischen 0,1 % und 20 %. Die Mikroperforierungen sind immer kleiner, als die Durchgangsöffnungen, durch die die Auskragungen geführt werden.

Die Dimensionen, die für die Mikrostruktur(en) erwähnt wurden, gelten für das Basismaterial. Durch die dreidimensionale Ausformung des Hitzeschildes können sie gestreckt und/oder gestaucht werden, gelegentlich sogar verzogen werden in den Bereichen des Hitzeschildes, die umgeformt wurden. Folglich gelten die angegebenen Dimensionen lediglich in denjenigen Bereichen, die entweder nicht umgeformt wurden oder lediglich gering umgeformt wurden.
Das Material der mindestens einen mikrostrukturierten Lage ist vorzugsweise eine Aluminiumlegierung oder ein Stahl, insbesondere ein beschichteter Stahl, vorzugsweise ein feueraluminierter oder aluplattierter Stahl. Für viele Anwendungen ist Edelstahl das bevorzugte Material. Die Lagenstärke der mikrostrukturierten Lage beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm.
Der Hitzeschild kann als einlagiger Hitzeschild ausgeführt werden, er besteht dann aus einer einzelnen mikrostrukturierten Lage. Es ist jedoch bevorzugt, wenn der Hitzeschild aus mindestens zwei Lagen besteht. In einer Ausführungsform enthält der Hitzeschild zwei metallische Lagen, von denen mindestens eine mikrostrukturiert ist. Besonders vorteilhafte Absorptionseigenschaften des Hitzeschildes ergeben sich aus einer Kombination einer mikroperforierten Decklage und einer noppalierten Lage, weil sich hierbei Helmholtz Resonatoren ausbilden, deren Hohlräume sowohl hervorragende schallabsorbierende Eigenschaften als auch gute thermische Isolation bieten.
In einer anderen Ausführungsform besteht der Hitzeschild aus mindestens einer metallischen Lage, von denen mindestens eine mikrostrukturiert ist, und einer Lage aus Isolationsmaterial, insbesondere einem faserbasierten Material. Dieses kann ein Gewebe, Gewirk, Gehäkel, Gestrick, Gelege oder Vlies enthalten oder daraus bestehen. Vorzugsweise ist das Isolationsmaterial aus Mineralfasern, Glasfasern, Kohlefasern und/oder Mischfasern hergestellt, die zusätzlich imprägniert und/oder chemisch modifiziert sein können. Das Isolationsmaterial kann weitere Funktionen enthalten, beispielsweise Abschnitte mit unterschiedlichen Dicken und/oder Kanäle für die Durchleitung von Luftströmen. Die gesamte Lagenstärke der Isolationslage außerhalb der Bereiche der Rücksprünge beträgt vorzugsweise zwischen 1 und 100 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 40 mm. Insbesondere die größten Lagenstärken werden lediglich in seltenen Fällen über die gesamte Oberfläche vorliegen, sondern sie werden üblicherweise lediglich einen Teil oder Teile eines größeren Gesamtbereiches ausfüllen. Die Dichte des Isolationsmaterials variiert häufig über seine Oberfläche. Die Dichte von nicht imprägnierten oder chemisch nicht modifizierten faserbasierten Lagen beträgt im eingebauten Zustand im Allgemeinen zwischen 100 und 400 kg/m³, vorzugsweise zwischen 120 und 300 kg/m³. Bei chemisch modifizierten oder imprägnierten faserbasierten Isolationslagen, insbesondere bei Zugabe eines Binders oder eines Stabilisators, beträgt die Dichte im eingebauten Zustand zwischen 110 und 500 kg/m³, vorzugsweise zwischen 150 und 400 kg/m³.
Der Hitzeschild kann derart ausgestaltet sein, dass nach seiner Montage ein Luftpolster zwischen dem Hitzeschild und dem abzuschirmenden Bauteil verbleibt. Allerdings, insbesondere bei Hitzeschilden mit mindestens einer mikrostrukturierten metallischen Lage und einer Isolationslage aus Fasermaterial, wird eine anliegende Abschirmung bevorzugt, da diese es ermöglicht, das abzuschirmende Bauteil, insbesondere eine Wärmequelle, zumindest abschnittsweise und vorzugsweise vollständig einzukapseln. Dabei ist es zu bevorzugen, wenn die Isolationslage, die aus Fasermaterial hergestellt ist, unmittelbar auf dem abzuschirmenden Bauteil ruht und vollständig durch die mikrostrukturierte metallische Lage umgeben ist. Hier ist es möglich, dass der Hitzeschild aus mehreren getrennten Abschnitten besteht, die beim Verbau zusammengesetzt werden. Einzelne Abschnitte können auch miteinander über Scharniere oder Biegelinien in biegbarer Weise verbunden sein. Deren freie Ränder können dann miteinander in Kontakt kommen, wenn der Hitzeschild geschlossen wird. In gleicher Weise ist es möglich, dass der Hitzeschild aus lediglich einem Abschnitt besteht. Dieser einzelne Abschnitt kann individuell für die mindestens eine Isolationsfaserlage und für die mindestens eine mikrostrukturierte metallische Lage ausgebildet werden. Er kann jedoch auch für beide Lagen gemeinsam ausgebildet werden, die beispielsweise vorbefestigt oder vormontiert werden. Auch hier werden die freien Ränder beim Schließen des Hitzeschildes miteinander zumindest abschnittsweise verbunden. Zusätzlich zu den Verbindungsverfahren und –mitteln, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, ist auch eine Verbindung mittels des Kennzeichnungselementes möglich. Nämlich, wenn der Aufnahmebereich der mindestens einen mikrostrukturierten Lage auf zwei Randabschnitte der mikrostrukturierten Lage, welche Randabschnitte miteinander verbunden werden sollen, verteilt ist. Wenn das Kennzeichnungselement mit beiden Randabschnitten in formschlüssiger und/oder kraftschlüssiger Weise verbunden wird, sind diese zwei Randabschnitte miteinander über das Kennzeichnungselement verbunden, so dass die faserbasierte Isolationslage, die auf der Innenseite angeordnet ist, überdeckt und umschlossen wird.
Während der Hitzeschild als solcher vollständig geschlossen sein kann oder unter Auslassung zumindest eines Einlasses und/oder Auslasses im Wesentlichen verschlossen sein kann, ist es auch möglich, dass der Hitzeschild als solcher lediglich eine Halbschale bildet, die durch die Montage geschlossen wird, wenn er in einer solchen Art installiert wird, dass beispielsweise eine Oberfläche, an der er montiert wird, den Hitzeschild vollständig oder im Wesentlichen schließt.
Anstelle eines Data-Matrix-Codes oder zusätzlich zu einem Data-Matrix-Code, kann das Kennzeichnungsfeld des Kennzeichnungselementes auch mit Zahlen- und/oder Buchstabenfolge(n) und/oder mit einem oder mehreren Logo(s) versehen werden. Der Data-Matrix-Code ist vorzugsweise als zweidimensionaler Code ausgeführt, es ist jedoch auch möglich, einen zweidimensionalen Barcode anzubringen. Im Folgenden wird dies in dem Ausdruck „Kennzeichnung“ zusammengefasst und vereinfacht.
Das Kennzeichnungselement muss keine rechtwinklige oder quadratische Grundform aufweisen. Vielmehr kann es vorteilhaft sein, wenn es – abgesehen von den Auskragungen – Vorsprünge und Rücksprünge in seiner Ebene aufweist, die an eine entsprechende Geometrie in der mikrostrukturierten Lage angepasst sind, und die in den meisten Fällen zusätzlich zu der aktuellen Mikrostruktur vorgesehen werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass das Kennzeichnungselement nur in einer Installationsposition/Orientierung eingebaut werden kann. Alternativ oder ergänzend können die Auskragungen relativ zu den Vorsprüngen oder Durchgangsöffnungen so ausgerichtet sein, dass kein falscher Einbau möglich ist. Hierzu ist eine nichtsymmetrische Anordnung der Auskragungen vorteilhaft.
Das Kennzeichnungselement kann auch einen brückenförmigen Abschnitt aufweisen, der nach unten in die mindestens eine weitere Lage hinein verformt werden kann. Wenn es beispielsweise seitliche Auskragungen oder Haken enthält, kann es auf diese Weise zusätzlich mit dem faserbasierten Material der Isolationslage verbunden werden.
Hitzeschilde gemäß der Erfindung werden beispielsweise zur Abschirmung heißer Bereiche in Verbrennungsmotoren, insbesondere von Katalysatoren, Abgaskrümmern, Turboladern, Abschnitten der Abgasleitung und dergleichen, aber auch in der Batteriekonditionierung eingesetzt.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezug auf einige Zeichnungen weiter erläutert. Diese Zeichnungen dienen ausschließlich der Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung; die Erfindung ist nicht durch die Ausführungsformen, die in den Zeichnungen dargestellt werden, beschränkt. Gleiche oder ähnliche Teile in den Zeichnungen werden mit gleichen oder ähnlichen Bezugszahlen bezeichnet und werden nicht notwendigerweise wiederholt beschrieben. Die folgenden Beispiele erläutern eine Vielzahl von einzelnen Eigenschaften, die auch in Ausführungsformen der Erfindung eingesetzt werden können, wenn sie vom Kontext des jeweiligen Beispiels isoliert sind. Die Zeichnungen sind rein schematischer Natur, in den meisten Schnittdarstellungen wird auf die Illustration der Mikrostruktur und der Beschriftung des Kennzeichnungselementes aus Klarheitsgründen verzichtet. Die Zeichnungen sind nur maßstäblich, wenn dies ausdrücklich in der Beschreibung erwähnt ist.
Die Zeichnungen zeigen schematisch:
1: in zwei Teildarstellungen grundsätzliche Aufbauten von Hitzeschilden mit mikrostrukturierter Außenlage;
2: zwei Draufsichten auf erfindungsgemäße Hitzeschilde im Aufnahmebereich sowie eine zugehörige Querschnittsdarstellung;
3: eine Querschnittsansicht durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hitzeschilds im Aufnahmebereich und dessen Umgebung;
4: eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Hitzeschild sowie zwei entsprechende Querschnitte;
5: Querschnitte durch zwei weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Hitzeschilde;
6: zwei Schrägansichten sowie zwei Querschnitte durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hitzeschilds im eingebauten Zustand;
7: eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hitzeschilds im Aufnahmebereich;
8: Querschnittsansichten des Aufnahmebereichs zweier erfindungsgemäßer Hitzeschilde;
9: zwei Querschnittsdarstellungen eines Aufnahmebereichs einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hitzeschildes, wobei die Querschnitte senkrecht zueinander orientiert sind;
10–17: Aufsichten und Querschnittsdarstellungen von Bereichen verschiedener Ausführungsformen erfindungsgemäßer Hitzeschilder;
18: Querschnittsdarstellungen von erfindungsgemäßen Hitzeschilden mit verschiedenen Ausführungen bezüglich ihrer Lagen; und
19: Eine Aufsicht auf ein Hitzeschild nach dem Stand der Technik.
1-a zeigt einen Ausschnitt einer Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Hitzeschild 1 mit einer mikrostrukturierten Lage 2, wobei die Mikrostrukturierung der Lage 2 eine Mikroperforation mit einem regelmäßigen Raster ist, die sich über das gesamte Hitzeschild 1 zieht. Der Hitzeschild enthält eine zweite Lage 3, die noppaliert ist. Im gezeigten Ausschnitt sind weiterhin zwei Durchgangsöffnungen 5 für den Durchgang von Befestigungsmitteln zu sehen. Das erfindungsgemäße Kennzeichnungselement ist im gezeigten Ausschnitt nicht erkennbar, da es auf der vom Betrachter wegweisenden Seite des Hitzeschildes angebracht ist.
1-b ist ein Hitzeschild 1 gezeigt, der aus zwei Halbschalen besteht, die jeweils aus einer faserbasierten Lage 4a, 4b und einer mikrostrukturierten Metalllage 2a, 2b bestehen. 1-b zeigt die Einzelteile zusammen mit dem abzuschirmenden Gegenstand, 50, einem Katalysator. Alle Teile sind in gesprengter Ansicht dargestellt. Die Metalllage 2a, 2b mit ihrer regelmäßigen Mikrostrukturierung 29, genauer einer Mikroperforation, bildet in beiden Fällen die Außenseite des Hitzeschilds, die faserbasierte Lage 4a, 4b bildet die Innenseite; sie kommt direkt auf dem Katalysator 50 zu liegen. Lediglich die Einlass- und Auslassseiten des Katalysators werden nicht von der faserbasierten Lage überdeckt, sondern nur von der mikroperforierten Metalllage. Die Einlass- und Auslassdurchgänge sind in beiden Lagen freigehalten. Hier ist das erfindungsgemäße Kennzeichnungselement 11 wie im Folgenden beschrieben an der ersten mikrostrukturierten Lage 2a angebracht.
Aus 1-a und 1-b wird angesichts der vollflächigen Mikrostrukturierung auf der Oberfläche des Hitzeschildes deutlich, dass eine unmittelbare Aufbringung einer lesbaren Beschriftung auf der mikrostrukturierten Oberfläche derartiger Hitzeschilde nicht möglich ist, sondern über ein gesondertes Kennzeichnungselement erfolgen muss, das zudem dauerhaltbar am Hitzeschild befestigt oder über die Lebensdauer durch das Hitzeschild aufgenommen werden muss..
2-a stellt einen Querschnitt durch einen Aufnahmebereich 70 eines zweilagigen Hitzeschilds 1 dar. Die Außenoberfläche 61 des Hitzeschilds 1 wird von einer noppalierten Stahllage 2 gebildet, die Noppalierung ermöglicht es dabei, dass ein dünneres Stahlblech verwendet werden kann, als dies bei einem unstrukturierten Metallblech der Fall wäre. Unterhalb der noppalierten Stahllage 2 ist eine glasfaserbasierte Isolationslage 4 angeordnet, die gleichzeitig die Innenoberfläche 62 des Hitzeschilds 1 bildet, mit der der Hitzeschild unmittelbar auf der Oberfläche des abzuschirmenden Gegenstands 50, beispielsweise einem Abgasrohr, aufliegt.
Im Aufnahmebereich 70 liegt ein Kennzeichnungselement 11 zwischen der noppalierten Lage 2 und der Isolationslage 4. Die Isolationslage 4 weist einen Rücksprung 41 auf, in dem das Kennzeichnungselement 11 zumindest abschnittsweise aufgenommen ist. Im Aufnahmebereich 70 ist die Stahllage 2 mit einer Ausnehmung 71 versehen, in dem ein Bereich aus der Stahllage ausgeschnitten ist. Das Kennzeichnungsfeld 80 des Kennzeichnungselements 11 liegt dabei im Bereich der Ausnehmung 71. Die Ränder um die Ausnehmung 71 sind abschnittsweise als Vorsprünge 72 nach unten, in Richtung der Isolierlage 4 verformt; im steilsten Abschnitt der Flanke beträgt der Winkel zur Ebene der Lage 2 im unmittelbar an den Aufnahmebereich 70 anschließenden Bereich zwischen 85° und 90°, im weiteren Verlauf in Richtung der Ausnehmung nimmt der Winkel wieder ab und geht gegen 0°. Die Ränder des Kennzeichnungselements 11 bilden zumindest abschnittsweise Auskragungen 81, die zur Außenoberfläche 61 des Hitzeschilds 1 nach oben gerichtet sind. Hier ist ein stetiges Anwachsen des Winkels zur Ebene des Kennzeichnungsfelds auf nahezu 90° zu sehen. Die Vorsprünge 72 und die Auskragungen 81 sind dabei in ihrer Größe und Umbiegung so aufeinander abgestimmt, dass die Vorsprünge 72 die Auskragungen 81 zumindest abschnittsweise überdecken und auf diese Weise sie nach unten gegen den Rand 42 des Rücksprungs 41 drücken, auch wenn die Explosionszeichnung der 2-a das unmittelbare Anliegen der Elemente nicht wiedergibt.
2-b und 2-c illustrieren Gestaltungsmöglichkeiten für die Vorsprünge 72. Diese können beispielsweise wie in 2-b an allen Außenkanten der Ausnehmung 71 abschnittsweise ausgebildet sein, oder wie in 2-c dargestellt entlang zweier gegenüberliegender Außenkanten über die gesamte Länge der Außenkante. Wesentlich ist, dass die Vorsprünge 72 so angeordnet sind, dass sie die Auskragungen 81 zumindest abschnittsweise überdecken und so einen Formschluss bilden. Hierzu ist es bevorzugt, wenn die Vorsprünge 72 so angeordnet sind, dass sie ein Verrutschen der mikrostrukturierten Lagen relativ zum Kennzeichnungselement 11 verhindern. Ein Lösen oder Lockern der Lagen 2, 4 und damit auch des Kennzeichnungselements 11 wird hier durch die in den 2-b und 2-c nicht dargestellte, aber ohnehin notwendige Befestigung der Lagen 2, 4 untereinander bzw. am Bauteil 50 vermieden. Die Auskragungen 81 können vergleichbar den Vorsprüngen 72 in 2-b als kurze Laschen ausgebildet sein, oder sich wie in 2-c über mindestens eine, bevorzugt über mindestens zweier Außenkanten des Kennzeichnungselements 11 erstrecken. Auch ein komplettes Umlaufen ist möglich, wobei dann aber die Eckbereiche entsprechend umgeformt oder ausgespart sein müssen, damit störende Materialanhäufungen vermieden werden.
In 2-b sind sowohl die Ausnehmung 71 als auch das Kennzeichnungselement 11 – abgesehen von den Vorsprüngen 72 und Auskragungen 81 – im Wesentlichen rechteckig. In 2-c sind zusätzlich noch sechseckige Prägungen 75 in den vorspringenden Abschnitten des Aufnahmebereichs 70 der mikrostrukturierten Lage 2 vorgesehen, das Kennzeichnungselement 11 ist entsprechend in diesem Bereich ausgeschnitten. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Kennzeichnungselement 11 nur in dieser Einbauposition am Hitzeschild 1 eingebaut werden kann und dass die hier bereits mittels Laser angebrachte Beschriftung 19 des Kennzeichnungselements 11 somit immer die gewünschte Orientierung aufweist. Das Kennzeichnungsfeld 80 des Kennzeichnungselements 11 in 2-b ist noch ohne jede Beschriftung, da diese erst beim Verbau des Hitzeschilds 1 aufgebracht werden soll, beispielsweise durch Eingravieren mit Nadeln.
3 zeigt einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Aufnahmebereichs 70 eines erfindungsgemäßen Hitzeschilds 1. Hier geht die Isolationslage 4 ohne jeden Rücksprung durch den Aufnahmebereich 70. Der Aufnahmebereich 70 der mikrostrukturierten Lage 2 weist zusätzlich zu den Vorsprüngen 72 Kröpfungen 73 auf, die auf der von der Ausnehmung 71 entfernten Seite der Vorsprünge 72 vorgesehen sind. Die Vorsprünge 72 und die Kröpfungen 73 bilden somit nutartige Aufnahmeräume für die Auskragungen 81 des Kennzeichnungselements. Durch das Vorsehen einer Kombination von Auskragungen 81 und nutartigen Aufnahmeräumen auf beiden Seiten des Querschnitts und somit auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Aufnahmebereichs 70 zusammen mit der Lage des Kennzeichnungselements 11 zwischen der mikrostrukturierten Lage 2 und der Isolationslage 4, die außerhalb des dargestellten Ausschnitts miteinander verbunden sind, ergibt sich eine formschlüssige Verbindung des Kennzeichnungselements 11 mit der mikrostrukturierten Lage 2.
4 illustriert eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hitzeschilds 1, bei dem die formschlüssige Verbindung unmittelbar zwischen der mikrostrukturierten Lage 2 und dem darunter liegenden Kennzeichnungselement 11 hergestellt ist. Hierzu sind in der mikrostrukturierten Lage an jeder der beiden seitlichen Rändern des Aufnahmebereichs 70 zwei Durchgangsöffnungen 74 vorgesehen, wobei die Auskragungen 81 des Kennzeichnungselements 11 von unten nach oben durch die Durchgangsöffnungen 74 durchgeführt sind. Die freien Enden der Auskragungen 81, die über die Oberkante der Durchgangsöffnungen 74 vorstehen, sind dabei in Richtung der Ausnehmung umgefalzt und liegen somit auf dem Randabschnitt der mikrostrukturierten Lage 2 zwischen der Durchgangsöffnung 74 und der Ausnehmung 71. Die Auskragungen 81, die in 4-a durch die in der Figur im oberen Teil liegenden Durchgangsöffnungen 74 reichen, weisen dabei eine größere Länge auf als diejenigen der beiden in der Figur im unteren Teil liegenden Durchgangsöffnungen 74.
Dies wird auch bei Vergleich der Querschnitte der 4-b und 4-c, die entlang der Linien A-A bzw. B-B der 4-a verlaufen, deutlich. In 4-b reichen die umgefalzten Abschnitte 82 der Auskragungen 81 nicht bis zum Rand der Ausnehmung 71, während sie in 4-c über diesen Rand hinausreichen. Bei derart langen Auskragungen 81 ist es möglich, das freie Ende noch weiter umzubiegen, so dass dieses nicht frei zugänglich auf der Oberfläche liegt, sondern entlang des Randes der Ausnehmung 71 auf die Ausnehmung 71 zurückweist. Diese Umbiegung verbessert weiterhin die Verbindung zwischen dem Kennzeichnungselement 11 und der mikrostrukturierten Lage 2. Wie im Ausführungsbeispiel in 2-a ist auch ein Rücksprung 41 in die Isolationslage 4 eingeformt, in dem der unverformte Abschnitt des Kennzeichnungselements 11 aufgenommen ist. Der Rücksprung ist in die Isolationslage 4 beispielsweise eingeprägt. Die Dicke der Isolationslage 4 beträgt im Bereich des Rücksprungs D4', im Bereich außerhalb des Rücksprungs, insbesondere im an den Rücksprung angrenzenden Bereich, D4. Hierdurch wird ein zusätzlicher Dickenauftrag durch das Kennzeichnungselement 11 minimiert.
Das Ausführungsbeispiel der 5-a unterscheidet sich vom vorhergehenden durch die Gestaltung des Rücksprungs in der Isolationslage 4 und durch die Umformung des freien Endes der Auskragung 81. Die Isolationslage 4 ist hier aus zwei Schichten 4a, 4b aufgebaut, der Rücksprung 41 für die Aufnahme des Kennzeichnungselements 11 entsteht durch eine Aussparung in der Schicht 4a. Wie in 4 sind Auskragungen 81 des Kennzeichnungselements 11 durch Durchgangsöffnungen 74 nach oben geführt. Hier sind die freien Kanten jedoch nicht umgefalzt, sondern knopfartig verpresst, so dass sie verbreiterte Bereiche bilden, die seitlich über die Durchgangsöffnung 74 überstehen – zumindest über einen Rand, in dem angegebenen Beispiel jedoch über beide Ränder der Durchgangsöffnung 74. Wenn die Durchgangsöffnungen 74 in ihrer Erstreckung quer zur Zeichnungsebene nur wenig größer als die Auskragungen 81 sind, so können die Verbreiterungen auch zu allen Seiten der Durchgangsöffnung überstehen und diese nach oben hin komplett verschließen.
5-b basiert auf einer einlagigen Isolationslage 4, bei der die mikrostrukturierte Lage 2 im Aufnahmebereich 70 eine durchgängige Lagenstärke aufweist. Wie in 4 und 5a sind die Auskragungen 81 des Kennzeichnungselements 11 durch die Durchgangsöffnungen 74 nach oben geführt. Hier weist der überstehende Abschnitt der Auskragungen 81 jedoch einen innenliegenden, nahezu knopflochförmigen Schlitz 84c auf, der in der linken Hälfte der 5-b im halbverpressten Zustand der Auskragung 81 gezeigt ist. Bei weiterem Verpressen des freien Endes der Auskragung werden die beiden Abschnitte 84a, 84b des freien Endes, die durch einen Schlitz 84c getrennt sind, so verpresst, dass sie sich in unterschiedliche Richtungen über die Durchgangsöffnung 74 legen, so dass sich im voll verpressten Zustand zwei versetzte Überstände 84 ergeben, die in einer Draufsicht ausgefüllten ersten und dritten oder zweiten und vierten Feldern eines karthesischen Koordinatensystems entsprechen. Auch hiermit wird eine formschlüssige Verbindung erreicht.
6 illustriert in vier Teilbildern die Abschirmung einer Seite eines Bauteils 50 mittels eines erfindungsgemäßen Hitzeschilds 1, 6-c entspricht einer Schnittansicht entlang der Linie C-C der 6-b. 6-d stellt eine andere Ausführungsform der Erfindung an einer vergleichbaren Schnittlinie dar. Dieser Hitzeschild 1 ist auf der betreffenden Seite des Bauteils 50 aufgebracht und schirmt benachbarte Bauteile von im Bauteil 50 erzeugter Wärme ab. Aus 6-a wird deutlich, dass Beschriftungen auf mikrostrukturierten Oberflächen, hier einer noppalierten Oberfläche, nicht leserlich sind. Es ist sogar schwierig, die Verbindungslinien der Bezugszeichen zu identifizieren. Stattdessen erfolgt die Beschriftung – hier nicht mit einem Data Matrix Code, sondern mit Buchstaben und Ziffern – auf einem separaten Kennzeichnungselement 11, das im Aufnahmebereich 70 des Hitzeschilds 1 zwischen der noppalierten Lage 2 und der Isolationslage 4 aufgenommen ist. 6-a und 6-b zeigen denselben Gegenstand aus derselben Perspektive mit dem Unterschied, dass die Mikrostruktur 29 lediglich in 6-a, nicht in 6-b dargestellt ist. Wie in den vorangegangenen Ausführungsformen ist in der noppalierten Lage 2 eine Ausnehmung 71 freigestanzt, die das Kennzeichnungsfeld 80 freilässt. Das Kennzeichnungselement 11 weist neben dem eigentlichen Kennzeichnungsfeld 80 zwei in Richtung der Isolationslage 4 weisende Auskragungen auf, die in seitliche Fortsätze 85 übergehen. Diese Fortsätze 85 werden von den Randabschnitten des Aufnahmebereichs 70 überdeckt, die die Ausnehmung 71 umgeben und so gegen den Rücksprung 41 der Isolationslage 4 gedrückt. Zusätzlich werden die Lagen – wie bei Hitzeschilden, die den wärmeemittierenden Gegenstand unmittelbar und umfassend umgeben, nicht unüblich – durch klammerartige Befestigungsmittel 88 aneinander befestigt. Hier reichen diese klammerartigen Befestigungsmittel 88 auch durch die Fortsätze 85 des Kennzeichnungselements 11 hindurch und fixieren das Kennzeichnungselement 11 zusätzlich an den Lagen 2 und 4. Hierbei entstehen durch die Spitzen der Befestigungselemente 88 in der noppalierten Lage 2 und im Kennzeichnungselement 11 Durchgangsöffnungen 87 und 89, wenn die klammerartigen Befestigungsmittel 88 eingesteckt werden; das Einfügen der klammerartigen Befestigungsmittel 88 in die Isolationslage bildet Sacklöcher. Vergleichbare klammerartige Befestigungsmittel 88 sind in 6-b auch in dem vom Kennzeichnungselement 11 entfernt liegenden Bereich des Hitzeschilds 1 erkennbar.
Eine Variante des in 6-c dargestellten Ausführungsbeispiels ergibt sich, wenn der auf der Unterseite vorhandene Freiraum 86 zwischen dem geraden Bereich des Kennzeichnungselements 11 enthaltend das Kennzeichnungsfeld 80 auf der Oberseite, den beiden Auskragungen 81 auf den Querseiten und der Oberseite der Isolationslage 4 von der Isolationslage 4 aufgefüllt wird. Hierbei wird dann für jeden Fortsatz 85 der Auskragungen 81 ein eigener Rücksprung 41 der Isolationslage 4 vorgehalten.
6-d variiert das Ausführungsbeispiel so, dass anstelle von eingefügten Klammern solche Klammern 88 verwendet werden, die an ihrem freien Ende umgebogen werden und so Widerhaken ausbilden. Um dieses Umbiegen zu realisieren, ist die Isolationsschicht 4 im Bereich der Klammern mit Auswölbungen 48 versehen, an denen auch die Lagenstärke der Isolationsschicht 4 verringert ist. Hierdurch bildet sich ein Freiraum zwischen der Isolationslage 4 und dem darunter liegenden Bauteil 50. Das Kennzeichnungselement 11 wird nicht unmittelbar von den Klammern durchgriffen, sondern die Auswölbungen 48 der Isolationslage 4 greifen durch die Aussparungen 99 in den Fortsätzen 85 des Kennzeichnungselements 11 und bewirken so einen indirekten Formschluss.
Aus 7 wird deutlich, dass das Kennzeichnungselement 11 auch dazu verwendet werden kann, zwei Abschnitte eines Hitzeschilds 1, insbesondere zwei Abschnitte 2a, 2b der an der Außenoberfläche 61 des Hitzeschilds 1 liegenden mikrostrukturierten, hier mikroperforierten, Blechlage 2 zu verbinden. Zwei Ausnahmeabschnitte 71a, 71b zusammen mit den angrenzenden Bereichen bilden den Aufnahmebereich 70. Die zwei Ausnahmeabschnitte 71a, 71b werden jeder durch ein Freimachen ausgehend von den Abschnittskanten 91a, 91b in die Abschnitte 2a, 2b weiter hineinreichend erhalten. Die eigentliche Verbindung kann wie im Ausführungsbeispiel der 4-a erfolgen, so dass jeweils zwei Auskragungen 81 an gegenüberliegenden Rändern des Kennzeichnungselements 11 den Außenrand des Aufnahmebereichs 70 übergreifen. Durch die plastische Verformung der Auskragungen 81 sowie die Stützung durch den Rücksprung 41 der Isolationslage 4 werden die beiden Abschnitte 2a, 2b der Lage 2 entlang der Verbindungslinie 90 zusammengehalten.
In 8 sind zwei Varianten des erfindungsgemäßen Hitzeschilds 1 dargestellt, die jeweils eine mikroperforierte Außenlage 2 und eine noppalierte Innenlage 3 aufweisen. Durch die Öffnungen der Mikroperforation 29 können Schallwellen in den Innenraum des Hitzeschilds 1, insbesondere in die Kammern zwischen den Noppen 39, eindringen und sich in diesem Innenraum totlaufen. Der Rücksprung 41 in der weiteren Lage des Hitzeschilds 1, hier der noppalierten Lage 3, kann dabei so eingeprägt werden, dass die Noppalierung auf der Unterseite des Kennzeichnungselements 11 weitergeführt ist, wie in 8-a dargestellt. Herstelltechnisch vorteilhaft ist es jedoch, den gesamten Aufnahmebereich 70 in der noppalierten Lage 3 so zu prägen, dass er einerseits einen Rücksprung 41 bildet und andererseits eine glatte Auflage für das Kennzeichnungselement 11 bildet, wie in 8-b gezeigt ist. Die Befestigung des Kennzeichnungselements ist in 8-a vergleichbar wie in 4-c realisiert, das freie Ende 83 der Auskragung ist aber nicht nur entlang der Kante der Ausnehmung 71 in Richtung des Kennzeichnungsfelds 80 umgebogen, sondern so verpresst, dass sein freies Ende auf der Oberfläche des Kennzeichnungsfelds ruht und sich parallel zu dessen Ebene erstreckt. In 8-b erfolgt das Umfalzen der über die Durchgangsöffnungen 74 überstehenden Abschnitte der Auskragungen 81 hingegen nach außen, also in von der Ausnehmung 71 wegweisender Richtung. Die umgefalzten Abschnitte kommen auf der Oberfläche der mikroperforierten Lage 2 zu liegen. Verglichen mit den Mikroperforationen sind die Durchgangsöffnungen deutlich größer, insbesondere größer als man dies aus den relativen Größen in 8 ableiten würde. Insbesondere weisen die Durchgangsöffnungen 74 eine Breite auf, die etwas größer ist als die Materialstärke des Kennzeichnungselements 11 oder dessen Auskragungen 81.
Das Ausführungsbeispiel der 9 ist dem in der 2-a gezeigten Querschnitt sehr ähnlich. Hier ist die mikrostrukturierte Lage 2 jedoch mikroperforiert, die Vorsprünge 72 sind deutlich länger als in 2-a, und die freien Enden der Auskragungen 81 verjüngen sich in der Querschnittsbetrachtung. 9-b verdeutlicht die Funktion dieser Verjüngung in einem weiteren Querschnitt durch das Kennzeichnungselement 11 und mikroperforierte Lage 2, der senkrecht zu dem der 9-a durch den Abschnitt Y verläuft. Hier wird deutlich, dass die langgestreckte Auskragung 81 auf ihrer Oberseite einen wellenförmigen Rand aufweist, dessen Wellenberge 13 – vergleichbar mit abgerundeten, gezackten Rändern – in die Mikroperforationen 29 eintauchen. Hierzu ist die Periodenlänge des wellenförmigen Rands auf die Abstände der Mikroperforationen 29 abgestimmt; jeder zweite Wellenberg greift in eine Perforation ein. Selbstverständlich ist es möglich, eine geringere Anzahl Wellenperioden vorzusehen, bei der jeder der Wellenberge in eine Mikroperforation 29 eintaucht. Auch kann eine kleinere Anzahl Wellenberge als Mikroperforationen 29 vorgesehen sein.
Möglich, aber nicht explizit dargestellt, ist ein vergleichbares Eintauchen der wellen- bzw. zackenförmigen Spitzen der Auskragungen 81 in die Vertiefungen des noppalierten Metallblechs. Bei thermoplastischen Rändern des Kennzeichnungselements wäre auch ein Aufschmelzen von Randabschnitten möglich, wobei das geschmolzene Material dann in die Mikrostrukturierung einfließt und beim Verfestigen die Verbindung ausbildet.
10-a zeigt einen abschnittsweisen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hitzeschild 1, der zwei metallische Lagen 2, 3 enthält. Auf eine Darstellung der Mikrostrukturierung der Lage 2 wurde aus Übersichtlichkeitsgründen verzichtet. Die Lage 3 ist als Lage aus nicht strukturiertem Material ausgebildet. Im gezeigten Abschnitt bildet der Hitzeschild 1 mit seinen beiden Lagen 2, 3 eine schalenförmige Vertiefung 18 aus, so dass sich in beiden Lagen 2, 3 Anschlagswände 20, 30 ausbilden. Das Kennzeichnungselement 11 besteht aus einer Metallscheibe aus federhartem Stahl und ist zwischen die Anschlagswände 20 der oberen, mikrostrukturierten Lage 2 des Hitzeschildes 1 geklemmt. Das Kennzeichnungselement 11 weist dabei einen bogenförmigen Querschnitt auf. Bei dieser form- und kraftschlüssigen Verbindung zwischen Kennzeichnungselement 11 und der mikrostrukturierten Lage 2 des Hitzeschilds 1 ist es besonders bevorzugt, wenn die Klemmung auch die Mikrostrukturierung einschließt. Also dass der Außenrand 12 des Kennzeichnungselements 11 in die Noppen oder Perforationen einhakt.
In 10-b ist ein Detail des Hitzeschilds aus 10-a in Draufsicht wiedergegeben. Die oben liegende Hitzeschildlage 2 ist nun mit ihrer Mikrostrukturierung 29, hier einer Noppalierung, sichtbar. Die Mikrostrukturierungen sind im Bereich der schalenförmigen Vertiefung 18 mit einer anderen Struktur 29' dargestellt, um die Verzerrung, Verstreckung und/oder Stauchung des Noppen-Rasters im verformten Bereich der schalenförmigen Vertiefung 18 zu unterstreichen. Das Kennzeichnungselement 11 ist hier ohne jede Kennzeichnung dargestellt und weist abgesehen von seiner gebogenen Form eine glatte Oberfläche auf. In dieser Draufsicht wird deutlich, dass die an den Anschlagswänden 20 zu liegen kommenden Außenränder 12 des Kennzeichnungselements 11 nicht als glatte Linie ausgeführt sind, sondern vielmehr zackenförmige Vorsprünge 13 aufweisen, die sowohl das Einführen des Kennzeichnungselements 11 als auch dessen Befestigung erleichtern. Demgegenüber sind die quer zu den Anschlagswänden 20 verlaufenden Außenränder 15 des Kennzeichnungselements 11 glatt ausgeführt und benötigen auch kein weiteres Anschlagelement, da das Kennzeichnungselement 11 durch die Klemmung dauerhaft und sicher am Hitzeschild befestigt ist.
In einem Querschnitt und in einer Draufsicht zeigen die 11-a und 11-b einen Hitzeschild mit einem Kennzeichnungselement aus Kunststoff, das wiederum an zwei seiner Außenkanten einen gezackten Außenrand aufweist. Durch die Materialwahl weist dieses Kennzeichnungselement 11 eine geringere Elastizität auf als das Kennzeichnungselement in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, das aus Federstahl hergestellt wurde. Um dennoch eine zufriedenstellende und dauerhafte Befestigung des Kennzeichnungselementes 11 an dem Hitzeschild 1 zu erreichen, wird hier das Kennzeichnungselement 11 mit ausreichender Kraft in die schalenförmige Vertiefung 18 hineingedrückt. Die gezackten Außenwandbereiche 13 haken sich dabei in die Anschlagswand und biegen sich aus der Grundebene 16 des Kennzeichnungselementes 11 heraus. Dadurch bilden sie die Biegelinie 17. Der Hitzeschild 1 selbst ist hier aus einer einzigen mikrostrukturierten Metalllage 2 gebildet.
11-c zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Hier enthält der Hitzeschild eine mikrostrukturierte metallische Lage 2, insbesondere eine mikroperforierte Lage, und eine Isolationslage 4, die auf einem imprägnierten Fasermaterial basiert mit einem Rücksprung 41 in dem Bereich, wo die schalenförmige Vertiefung 18 mit dem Kennzeichnungselement 11 aufgenommen wurde. Wie in der Ausführungsform in 11-a und 11-b, besteht das Kennzeichnungselement aus Kunststoffmaterial, insbesondere einem Polyamid. Hier sind die Spitzen 13‘ der äußeren Kantenbereiche 12 aufgeheizt worden und das geschmolzene Material ist in die Mikroperforierungen eingedrungen. Auf diese Weise wurde das Kennzeichnungselement 11 mit der mikroperforierten Lage 2 verbunden.
Beim Ausführungsbeispiel der 12 wurde das Kennzeichnungselement bereits auf die einzige mikrostrukturierte Lage 2 des Hitzeschilds 1 aufgelegt, bevor die mikrostrukturierte Lage 2 dreidimensional verformt wurde. Bei der dreidimensionalen Verformung des Hitzeschilds 1 wurde sowohl die schalenförmige Vertiefung 18 ausgeformt, als auch das Kennzeichnungselement 11 in die schalenförmige Vertiefung 18 eingebracht und mit der Anschlagswand 20 verstemmt. Wiederum zeigt das Kennzeichnungselement 11 zwei Außenkanten 12 mit zackenförmigen Vorsprüngen 13, über die die Verstemmung realisiert werden kann. Die Draufsicht zeigt auch die Beschriftung 19 des Kennzeichnungselements 11, die hier als Data-Matrix-Code ausgeführt ist. Die im Wesentlichen kreisrunde Vertiefung 18 bietet gegenüber den vorhergehenden Ausführungsbeispielen den Vorteil, dass ein rotationssymmetrisches Kennzeichnungselement ohne Berücksichtigung seiner Rotationsposition eingebracht werden kann.
13 illustriert ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem einlagigen Hitzeschild 1 und einem rechteckigen Kennzeichnungselement 11. Das Kennzeichnungselement 11 weist wiederum einen Data-Matrix-Code als Beschriftung 19 auf, die mit Nadeln eingraviert wurde. Die Anschlagswand 20 der schalenförmigen Vertiefung 18 ist hier mit einem Rücksprung 23 und einem über dem Rücksprung 23 angeordneten Vorsprung 22 ausgeführt. Der Außenrand 12 des Kennzeichnungselementes 11 wird vom Rücksprung 23 aufgenommen und in seinem Außenrandbereich 14 vom Vorsprung 22 übergriffen. Die Befestigung erfolgt formschlüssig, so dass sich das Kennzeichnungselement 11 nicht vom Hitzeschild 1 lösen kann.
Das in 14 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen dreilagigen Hitzeschild 1 mit zwei außen liegenden metallischen Lagen 2, 3 und einer zwischen der Metalllage 2, 3 angeordneten partikel-basierten Isolationsschicht 4. Wie im Beispiel der 13 bildet die Anschlagswand 20 der schalenförmigen Vertiefung 18 einen Rücksprung 23 sowie einen darüber angeordneten Vorsprung 22. Die Anschlagswand 20 wird nicht nur von der mikrostrukturierten Lage 2 gebildet, sondern die beiden anderen Lagen 3, 4 folgen ebenfalls dieser Form. Das bereits beschriftete Kennzeichnungselement 11 ist zwischen dem Rücksprung 23 und dem Vorsprung 22 aufgenommen. Hier wird der Außenrandbereich 14 durch den Vorspung festgeklemmt, so dass ein Formschluss entsteht und das bogenförmige, aus federhartem Stahl hergestellte Kennzeichnungselement 11 unter Spannung zwischen den Anschlagswänden 20 gehalten, so dass sich seine Außenkanten 12 gegen die Anschlagswand 20 pressen und zusätzlich eine kraftschlüssige Verbindung herstellen.
15 stellt schließlich ein einlagiges Hitzeschild 1 dar, bei dem die Anschlagswände kaum einen senkrechten Anteil aufweisen, sondern im Wesentlichen s-förmig verlaufen. Die mikrostrukturierte Lage 2 ist dabei auf sich selbst zurückgebogen. Das Kennzeichnungselement 11 liegt unmittelbar auf dem Abschnitt 24 der Lage 2 auf und wird auf der Oberseite seiner Außenrandbereiche 14 von den umgefalzten Vorsprüngen 22a, 22b der mikrostrukturierten Lage 2 übergriffen. Die Vorsprünge sind hier so umgefalzt, dass der Abstand zwischen der Unterseite der Vorsprünge und der Oberseite des Abschnitts 24 genau der Dicke des Kennzeichnungselements 11 entspricht oder geringfügig kleiner ist, so dass das Kennzeichnungselement 11 kraftschlüssig- und formschlüssig gehalten wird. Die Außenränder liegen dabei frei in den rückspringenden Falzbereichen 23.
16 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels der 11 in Querschnittsansicht. Hier ist das Kennzeichnungselement 11 jedoch aus Federstahl gebildet. Verglichen mit der Variante in den 11-a und 11-b bietet sich diese Ausführungsform insbesondere dann an, wenn nur ein Rücksprung 18 mit geringer Tiefe zur Verfügung steht oder wenn der Rücksprung 18 an einer schwer zugänglichen Position angeordnet ist. Dabei kann sich das Kennzeichnungselement 11 mit Biegekanten 11 leichter in der Wand 20 verhaken als im Falle des glatt abgerundeten Kennzeichnungselementes 11 aus 10.
In 17 ist eine Variante des mehrlagigen Hitzeschilds aus 14 in Querschnittsansicht dargestellt. Hier ist die Vertiefung 18 nur in der Lage 2 ausgeformt, während die übrigen Lagen 3, 4 den Bereich der Vertiefung aus sparen. Die nichtmetallische Lage 4 ist hier aus einem temperaturstabilen Papier gebildet, so dass die freien Kanten dieser Lage 4 am Rand der Aussparung keine Nachteile mit sich bringen.
18 stellt beispielhafte Aufbauten mehrlagiger erfindungsgemäßer Hitzeschilde 2 dar. Im Ausführungsbeispiel der 18-a besteht der Hitzeschild 1 aus einer mikroperforierten Lage 2 sowie einer Lage 3 aus einem geformten Duroplast, die nicht als glatte Lage, sondern als Lage mit Pföstchen 33 ausgebildet ist. Die Pföstchen 33 spannen dabei die Resonanzkammern 34 auf, so dass eine gute Schallabsorption ermöglicht wird. Das Ausführungsbeispiel der 18-b kombiniert eine mikroperforierte Außenlage 2 mit einem Paket aus noppalierten Lagen 3. Am Beispiel der 18-b wird auch deutlich, dass bei der Herstellung von Hitzeschilden mehrere Umformvorgänge erforderlich sind, wie etwa das Umlegen des Bördels 7 an der äußeren Kante um die übrigen Lagen, was zu einer Verbindung aller Lagen führt. Dies unterstreicht, dass die kraftschlüssige- und/oder formschlüssige Befestigung des Kennzeichnungselements 11 am Hitzeschild 1 gewöhnlich keine zusätzlichen Arbeitsschritte erfordert. 18-c kombiniert schließlich eine noppalierte Blechlage 2 mit einer mikroperforierten Blechlage 3. Das Raster der Noppalierung ist um etwa das 5-fache größer als die Mikroperforierung im dargestellten Beispiel.
19 illustriert, dass das direkte Aufbringen einer Kennzeichnung 119 auf ein herkömmliches Hitzeschild mit einer nicht strukturierten Blechlage als Außenlage 102 ohne Schwierigkeiten zu realisieren ist. Es ist gleichzeitig offensichtlich, dass ein entsprechendes direktes Aufbringen einer Kennzeichnung auf ein Hitzeschild mit einer mikrostrukturierten Außenlage keine leserliche Beschriftung und insbesondere keine maschinenlesbare Beschriftung zur Folge hat.

Claims

Hitzeschild (1) zum Abschirmen eines Gegenstandes gegen Hitze und/oder Schall mit wenigstens einer metallischen Lage (2, 3), wobei mindestens eine an einer Oberfläche des Hitzeschildes (1) liegende metallische Lage (2) eine Mikrostrukturierung (29) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein flächiges Kennzeichnungselement (11) auf der Oberfläche der mindestens einen mikrostrukturierten Lage (2) und/oder eingebettet in diese angebracht ist, wobei das flächige Kennzeichnungselement (11) mit der mindestens einen mikrostrukturierten Lage (2) des Hitzeschildes (1) form- und/oder kraftschlüssig verbunden ist.
Hitzeschild (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzeschild (1) mindestens eine weitere Lage (3, 4) enthält, wobei die mindestens eine mikrostrukturierte Lage (2) auf einer Außenoberfläche (61) des Hitzeschildes (1) angeordnet ist und die mindestens eine weitere Lage (3, 4) vorzugsweise auf einer Innenoberfläche (62) des Hitzeschildes (1) angeordnet ist.
Hitzeschild (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Kennzeichnungselement (11) auf der Oberfläche der mindestens einen mikrostrukturierten Lage (2), die von der äußeren Oberfläche (61) des Hitzeschildes (1) wegweist, zwischen der mindestens einen mikrostrukturierten Lage (2) und der mindestens einen weiteren Lage (3, 4) angeordnet ist.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine mikrostrukturierte Lage (2) einen Aufnahmebereich (70) aufweist, in welchem Aufnahmebereich (70) die mikrostrukturierte Lage (2) mindestens eine Ausnehmung (71) aufweist, wobei der Aufnahmebereich (70) eine oder mehrere Durchgangsöffnungen (74) oder zumindest abschnittsweise Rücksprünge benachbart zu der Ausnehmung (71) aufweist, wobei die Vorsprünge (72) von der Außenoberfläche (61) des Hitzeschildes (1) in Richtung einer Innenoberfläche (62) des Hitzeschildes (1) weisen.
Hitzeschild (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Kennzeichnungselement (11), bevorzugt an seinem Außenrand, zumindest abschnittsweise eine Auskragung (81) aufweist, wobei die mindestens eine Auskragung (81) bei Anordnung des flächigen Kennzeichnungselementes (11) zwischen der mindestens einen mikrostrukturierten Lage (2) und der mindestens einen weiteren Lage (3, 4) in Richtung der Außenoberfläche (61) des Hitzeschildes (1) weist, wobei die mindestens eine Auskragung (81) derart angeordnet ist, dass sie – zwischen mindestens einem Vorsprung (72) des Aufnahmebereichs der mindestens einen mikrostrukturierten Lage (2) und der mindestens einen weiteren Lage (3, 4) liegt, und/oder – durch die mindestens eine Durchgangsöffnung (74) hindurch reicht und bevorzugt auf der Außenoberfläche (61) des Hitzeschildes (1) umgeformt und/oder verpresst ist, wobei die mindestens eine mikrostrukturierte Lage (2) vorzugsweise eine zu mindestens einem Vorsprung (72) des Aufnahmebereichs (70) benachbarte Kröpfung (73) aufweist, wobei die Kröpfung vorzugsweise auf der von der Ausnehmung (71) wegweisenden Seite des Vorsprungs (72) angeordnet ist und wobei die mindestens eine Auskragung (81) des Kennzeichnungselementes (11) vorzugsweise zwischen dem Vorsprung (72) und der Kröpfung (73) angeordnet ist.
Hitzeschild (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Lage (3, 4) im Bereich des Aufnahmebereiches (70) der mindestens einen mikrostrukturierten Lage (2) zumindest abschnittsweise mindestens einen Rücksprung (41) aufweist, wobei die mindestens eine Auskragung (81) des flächigen Kennzeichnungselementes (11) vorzugsweise zwischen mindestens einem Vorsprung (72) des Aufnahmebereichs (70) der mindestens einen mikrostrukturierten Lage (2) und mindestens einem Rand (42) des mindestens einen Rücksprungs (41) der mindestens einen weiteren Lage (3, 4) angeordnet ist.
Hitzeschild (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Lage (3, 4) – eine strukturierte oder unstrukturierte metallische Lage (3) ist, wobei die Lagenstärke (D3‘) der mindestens einen weiteren Lage im Bereich des mindestens einen Rücksprungs (41) im Wesentlichen identisch ist mit der Lagenstärke (D3) der mindestens einen weiteren Lage (3, 4) außerhalb des mindestens einen Rücksprungs (41) und/oder eine Isolationsschicht (4) ist, wobei die Lagenstärke (D4‘) der Isolationsschicht (4) in dem Bereich des mindestens einen Rücksprungs (41) verglichen mit der Lagenstärke (D4) der Isolationsschicht (4) außerhalb des mindestens einen Rücksprungs (41) reduziert ist.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeschild (1) eine geschlossene Form aufweist mit mindestens einer Verbindungslinie (90), an der sich zwei Randabschnitte (91a, 91b) zweier Abschnitte (21, 2b) der mindestens einen mikrostrukturierten Lage (2) zumindest abschnittsweise berühren, wobei der Aufnahmebereich (70) in dem Bereich der mindestens einen Verbindungslinie (90) liegt, wobei das Kennzeichnungselement (11) vorzugsweise die zwei Randabschnitte (91a, 91b) der mindestens einen mikrostrukturierten Lage (2) formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbindet.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeschild (1) mindestens zwei Lagen (2, 3, 4) aufweist, wobei die Lagen miteinander unter Verwendung mindestens eines Befestigungselementes verbunden sind, vorzugsweise eines Clips oder einer Klammer, wobei das zumindest eine Befestigungselement derart an den Hitzeschildlagen (2, 3, 4) befestigt ist, dass es durch das flächige Kennzeichnungselement (11) hindurch ragt.
Hitzeschild (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine mikrostrukturierte Lage (2) eine lokale Vertiefung (18) aufweist, wobei das Kennzeichnungselement (11) in der Vertiefung (18) aufgenommen ist, wobei die lokale Vertiefung (18) zumindest in einer Flächendimension eine etwas reduzierte Erstreckung aufweist, verglichen mit dem Kennzeichnungselement (11) in derselben Flächendimension.
Hitzeschild (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zumindest eine mikrostrukturierte Lage (2) des Hitzeschildes (1) oder der gesamte Hitzeschild (1) mindestens zwei Abschnitte (22a, 22b) aufweist, in denen die mindestens eine mikrostrukturierte Lage (2) oder der gesamte Hitzeschild unter Zwischenfassung des Kennzeichnungselementes (11) zwischen der Lage und dem rückgefalteten Bereich auf sich selbst zurückgefaltet ist.
Hitzeschild (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Außenrandabschnitte (12) des Kennzeichnungselementes (11) auf einer Ober- und einer Unterseite durch die mikrostrukturierte Lage (2) eingeklemmt sind, wobei jedes Mal die Außenrandabschnitte (12) des Kennzeichnungselementes (11) und beide Abschnitte (22a, 22b) der mikrostrukturierten Lage (2) vorzugsweise zumindest abschnittsweise unmittelbar aufeinander liegen.
Hitzeschild (1) nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Lage (3, 4) einen thermoplastischen oder einen duroplastischen Kunststoff mit oder ohne metallische Beschichtung oder Laminierung enthält oder daraus besteht.
Hitzeschild (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Lage (3, 4) eine Isolationsschicht ist und ein gewebtes Material, ein Gewirk, ein Gehäkel, ein Gestrick, ein Gelege oder ein Vlies, vorzugsweise aus Mineralfasern, Glasfasern, Kohlefasern und/oder Mischfasern mit oder ohne Imprägnierung und/oder einer chemischen Modifikation hiervon oder temperaturstabiles Fasermaterial enthält oder daraus besteht oder verdichtete mineralische Partikel aufweist oder hieraus besteht.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzeschild mindestens zwei Durchgangsöffnungen für Befestigungsmittel (5) aufweist.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Kennzeichnungselement (11) eine nicht strukturierte Oberfläche aufweist.
Hitzeschild (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Kennzeichnungselement (11) eine Beschriftung (19) aufweist, wobei die Beschriftung (19) vorzugsweise mittels – Lasers und/oder – eines Druckverfahrens, insbesondere durch Tintenstrahldrucken, und/oder – eines Prägeverfahrens und/oder – eines Stanzverfahrens und/oder – Gravur, vorzugsweise mit Nadeln, und/oder – Ätzen aufgebracht und/oder eingebracht ist.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennzeichnungselement (11) aus Stahl, insbesondere Stahl oder einer Aluminiumlegierung besteht oder Metall, insbesondere Stahl oder eine Aluminiumlegierung, enthält.
Hitzeschild (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennzeichnungselement (11) aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Material besteht oder ein thermoplastisches oder duroplastisches Material enthält.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der mindestens einen mikrostrukturierten Lage (2) ausgewählt ist aus einer Aluminiumlegierung oder einem Stahl, insbesondere einem beschichteten Stahl, insbesondere einem feueraluminierten oder aluminiumplattierten Stahl oder in einem rostfreien Stahl.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturierung (29) eine Noppalierung ist, wobei – die Höhe zumindest einer Noppe zwischen 0,8 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 15 mm, besonders vorzugsweise zwischen 3 und 10 mm, beträgt und/oder – der Durchmesser mindestens einer Noppe zwischen 1 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 10 mm beträgt und/oder – der Oberflächenbereich mindestens einer Noppe zwischen 3 und 500 mm², vorzugsweise zwischen 10 und 70 mm² beträgt und/oder – der Winkel einer Flanke mindestens einer Noppe zwischen 20 und 90°, vorzugsweise zwischen 30 und 60° beträgt und/oder – der Abstand der Scheitelpunkte der Noppen zwischen 2,5 und 30 mm, vorzugsweise zwischen 6 und 15 mm beträgt und/oder – die Dichte der Noppen zwischen 1 und 10, vorzugsweise zwischen 1 und 6 Noppen pro Quadratzentimeter beträgt.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturierung (29) eine Mikroperforierung ist, wobei insbesondere – der Durchmesser mindestens einer Mikroperforierung zwischen 0,05 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,08 und 1 mm beträgt und/oder – die Dichte der Mikroperforierungen zwischen 1 und 200, vorzugsweise zwischen 3 und 100 Löchern pro Quadratzentimetern beträgt und/oder – die Fläche, die durch die Löcher eingenommen wird, zwischen 0,1 % und 20 %, insbesondere zwischen 0,2 und 10 % der Gesamtfläche der mikrostrukturierten Lage (2) liegt.