DE112017001474T5

DE112017001474T5 - Isolierter hitzeschild für fahrzeugabgassystem

Info

Publication number: DE112017001474T5
Application number: DE112017001474.3T
Authority: DE
Inventors: Robin Willats; Jerome Brian Hornback; Jeffery Warren Prairie; John G. Rohde; Thibaut Contremoulins; Saur Maria
Original assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2019-01-03
Also published as: CN109072757A; CN109072756A; CN108884744A; CN109072756B; DE112017001501T5; CN108884743A; US10895190B2; DE112017001497T5; CN109072757B; US10648394B2; CN108884743B; WO2017165589A1; CN108884744B; US10544724B2; WO2017165587A1; US20190055876A1; US20190072022A1; WO2017165590A1; DE112017001504T5; WO2017165588A1

Abstract

Eine Abgaskomponentenbaugruppe beinhaltet einen Hitzeschild und eine Montagestruktur zum Befestigen des Hitzeschilds an einem Außengehäuse einer Abgaskomponente. Die Montagestruktur umfasst einen primären Isolator, der sich zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds befindet, und mindestens einen neben dem primären Isolator positionierten sekundären Isolator. Ein Verfahren zur Montage des Hitzeschilds am Außengehäuse der Abgaskomponentenbaugruppe wird ebenfalls offenbart.

Description

VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 24. März 2016 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/312,541 .
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fahrzeuge beinhalten ein Abgassystem, das von einem Verbrennungsmotor erzeugte Abgase an eine Stelle im Fahrzeug befördert, wo die erhitzten Abgase sicher ausgestoßen werden können. Abgassysteme können verschiedene Kombinationen der folgenden Komponenten beinhalten: Rohre, Schläuche, Resonatoren, Konverter, Katalysatoren, Filter, Mischer, Schalldämpfer usw. Das gesamte Abgassystem wird aufgrund der hohen Temperaturen, die bei den die Abgase erzeugenden Verbrennungsvorgängen entstehen, nach einer kurzen Betriebszeit sehr heiß. Daher benutzen eine oder mehrere der Komponenten oft einen äußeren Hitzeschild, um die insgesamt bloßgelegte Außenflächentemperatur der Komponenten zu senken.
Ein typischer Hitzeschild ist ein dünnes Metallblech, das gestanzt oder sonst wie ausgebildet ist, um sich generell der Form der Komponente, wie z. B. eines Schalldämpfers, an welcher der Hitzeschild zu befestigen ist, anzupassen. Der Hitzeschild kann mit Schenkeln oder sonstigen Strukturen ausgebildet sein, die Bereiche zum Befestigen des Hitzeschilds am Schalldämpfer bereitstellen. Verbleibende Abschnitte des Hitzeschilds sind entlang einer Außenfläche des Schalldämpfers beabstandet, um Außenbereiche des Schilds vom Schalldämpfer zu isolieren. Der Hitzeschild wird typisch durch Schweißen am Schalldämpfer gesichert; andere Befestigungsverfahren wie z. B. Riemen, Niete usw. sind jedoch zusätzlich oder alternativ benutzt worden.
In bestimmten Umgebungen ist es wichtig, einen möglichst großen Teil einer heißen Abgaskomponente abzuschirmen. Beispielsweise verlangen einige Spezifikationen, dass bis zu 99 % der Außenfläche der Komponente weniger als eine vorgegebene Temperatur aufweisen. Diese Anforderung kann bei größeren Komponenten und bei Komponenten mit komplexen Formen schwer erfüllbar sein. Ferner bieten die verschiedenen, zum Befestigen des Hitzeschilds an der Komponente verwendeten Befestigungsstrukturen direkte Wärmeübertragungswege zum Hitzeschild, was das Aufrechterhalten einer gewünschten niedrigen Außenflächentemperatur erschweren kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet eine Abgaskomponentenbaugruppe einen Hitzeschild und eine Montagestruktur zum Befestigen des Hitzeschilds an einem Außengehäuse einer Abgaskomponente. Die Montagestruktur umfasst einen primären Isolator, der sich zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds befindet, und mindestens einen neben dem primären Isolator positionierten sekundären Isolator.
In einer anderen Ausführungsform gemäß der vorherigen Ausführungsform umfasst der primäre Isolator eine um das Außengehäuse gewickelte Isoliermatte.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen weist die Isoliermatte einen ersten Rand und einen zweiten Rand entgegengesetzt zum ersten Rand auf, und wobei der mindestens eine sekundäre Isolator mindestens ein erstes Materialstück, das an dem ersten Rand positioniert ist, und ein zweites Materialstück, das an dem zweiten Rand positioniert ist, umfasst.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen umfassen das erste und zweite Materialstück erste und zweite Bänder oder Ringe.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Montage eines Hitzeschilds an ein Außengehäuse einer Abgaskomponentenbaugruppe das Positionieren eines primären Isolators zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds, das Positionieren mindestens eines sekundären Isolators neben dem primären Isolator und das Platzieren des Hitzeschilds über dem primären und sekundären Isolator, so dass der Hitzeschild relativ zum Außengehäuse fest gehalten wird.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen ist der Hitzeschild fest in Kompression gegen das Außengehäuse gehalten.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen ist die Isoliermatte um das Außengehäuse gewickelt und umfasst der mindestens eine sekundäre Isolator ein erstes Band oder einen ersten Ring, das bzw. der neben einem Rand der Isoliermatte positioniert ist, und ein zweites Band oder einen zweiten Ring, das bzw. der neben einem entgegengesetzten Rand der Isoliermatte positioniert ist. Der Hitzeschild ist gegen die Isoliermatte und die ersten und zweiten Bänder oder Ringe komprimiert, und mit mindestens einer Befestigungsstruktur wird der Hitzeschild in Kompression gegen das Außengehäuse gehalten.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen ist die Isoliermatte aus einer Mehrzahl von Materialschichten gebildet, die mindestens eine erste Schicht aus komprimierbarem Material und eine zweite Schicht aus hochwärmedämmendem Material beinhalten.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung können am besten aus der folgenden Patentschrift und den Zeichnungen verstanden werden, von denen das Folgende eine kurze Beschreibung ist.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugabgassystems.
2 ist eine Perspektiv-Schnittansicht eines Beispiels einer Mischer- und Hitzeschildbaugruppe, wie in dem Fahrzeugabgassystem von 2 benutzt.
3 ist eine Schnittansicht eines anderen Beispiels einer Hitzeschild- und Montagebaugruppe für einen Mischer wie z. B. den in 2 dargestellten, wobei sich die Hitzeschild- und Montagebaugruppe in einer komprimierten und abschließenden Installationsposition befindet.
4 ist eine schematische Ansicht der Hitzeschild- und Montagebaugruppe von 3 in einem unkomprimierten Zustand vor der abschließenden Installation.
5 ist eine Schnittansicht eines anderen Beispiels einer Hitzeschild- und Montagebaugruppe.
6 ist eine Schnittansicht eines anderen Beispiels einer Hitzeschild- und Montagebaugruppe.
7 ist eine Schnittansicht eines anderen Beispiels einer Hitzeschild- und Montagebaugruppe.
8 ist eine Schnittansicht eines anderen Beispiels einer Hitzeschild- und Montagebaugruppe.
9 ist eine Schnittansicht eines anderen Beispiels einer Hitzeschild- und Montagebaugruppe.
10 ist eine schematische Ansicht eines aus zwei Schildabschnitten gebildeten Hitzeschilds.
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispielverfahren zur Montage eines Hitzeschilds an eine Abgaskomponente beschreibt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein Fahrzeugabgassystem 10, das von einem Motor 12 erzeugte heiße Abgase durch verschiedene vorgeschaltete Abgaskomponenten 14 leitet, um wie bekannt Emissionen zu reduzieren und Lärm zu begrenzen. Dem Motor nachgeschaltet sind verschiedene vorgeschaltete Abgaskomponenten 14, die eine oder mehrere der folgenden in beliebiger Kombination beinhalten können: Rohre, Filter, Ventile, Katalysatoren, Schalldämpfer usw. In einer Beispielkonfiguration leiten die verschiedenen vorgeschalteten Abgaskomponenten 14 Abgase in einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 16 mit einem Einlass 18 und einem Auslass 20. Dem DOC 16 nachgeschaltet kann es einen Dieselpartikelfilter (DPF) 21 geben, der wie bekannt zum Entziehen von Schadstoffen aus dem Abgas benutzt wird.
Dem DOC 16 und wahlweisen DPF 21 nachgeschaltet ist ein selektiver katalytischer Reduktions(SCR)-Katalysator 22 mit einem Einlass 24 und einem Auslass 26. Der Auslass 26 überträgt Abgase auf nachgeschaltete Abgaskomponenten 28. Wahlweise kann Komponente 22 einen Katalysator umfassen, der konfiguriert ist, um eine selektive katalytische Reduktionsfunktion und eine Partikelfilterfunktion durchzuführen. Die verschiedenen nachgeschalteten Abgaskomponenten 28 können eine oder mehrere der folgenden in beliebiger Kombination beinhalten: Rohre, Filter, Ventile, Katalysatoren, Schalldämpfer usw. Die in 1 gezeigten Komponenten können in verschiedenen Konfigurationen und Kombinationen je nach Fahrzeuganwendung und verfügbarem Bauraum montiert sein.
In einer Beispielkonfiguration ist ein Mischer 30 dem Auslass 20 des DOC 16 oder DPF 21 nachgeschaltet und dem Einlass 24 des SCR-Katalysators 22 vorgeschaltet positioniert. Der Mischer 30 wird benutzt, um eine Wirbel- oder Drehbewegung der Abgase hervorzurufen. Es kann ein beliebiger Mischelementtyp benutzt werden, wie z. B. der in US 2012/0216513 dargelegte, der dem Anmelder der vorliegenden Erfindung zugewiesen und durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist. Ein Einspritzsystem 32 wird benutzt, um ein Reduktionsmittel, wie z. B. eine Lösung von Harnstoff und Wasser, in den dem SCR-Katalysator 22 vorgeschalteten Abgasstrom einzuspritzen, so dass der Mischer 30 den Harnstoff und die Abgase gründlich vermischen kann. Das Einspritzsystem 32 beinhaltet eine Fluidversorgung 34, einen Dosierer 36 und ein Steuergerät 38, das die Einspritzung des Harnstoffs wie bekannt steuert. Ein derartiges System in Kombination mit einem Mischer ist beispielsweise in US-Anmeldungen Nr. 14/737533 und 14/737546 offenbart, die dem Anmelder der vorliegenden Erfindung zugewiesen und durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind.
In einem Beispiel beinhaltet der Mischer 30 einen Hitzeschild 40, der an ein Außengehäuse 42 des Mischers 30 unter Verwendung einer einzigartigen schwach leitfähigen Stütz-Befestigungskonfiguration montiert ist. Die schwach leitfähige Stützbefestigung ist konfiguriert, so dass die Wärme innerhalb der Abgaskomponente auf den gewünschten Temperaturniveaus gehalten wird, während die Außenfläche der Komponente auf viel kühleren Oberflächentemperaturen gehalten wird. In einer in 2 gezeigten Beispielausführungsform umfasst die schwach leitfähige Stützbefestigung einen primären Isolator 44, der zwischen einer Außenfläche 46 des Außengehäuses 42 und einer Innenfläche 48 des Hitzeschilds 40 befindlich ist, und einen oder mehrere sekundäre Isolatoren 50, die neben entgegengesetzten Seiten des primären Isolators 44 positioniert sind. Der Hitzeschild 40 beinhaltet Öffnungen nach Bedarf, wie z. B. eine Öffnung 40a für eine Montagestruktur wie für den Dosierer 36 wie in 2 dargestellt. Die Kombination aus primärem 44 und sekundärem 50 Isolator wird benutzt, um den Hitzeschild 40 vom Außengehäuse 42 zu isolieren, indem der direkte Kontakt (Leitungsweg) zwischen dem Gehäuse 42 und Hitzeschild 40 weggenommen wird, während auch eine generell konstante Lücke zwischen ihnen beibehalten wird.
3 zeigt eine Schnittansicht des Mischers 30, der Einlass- 52 und Auslass-54 Leitbleche beinhaltet, die von einem Mischerkörper 56 umgeben sind. Der Körper 56 ist innerhalb des Außengehäuses 42 des Mischers 30 montiert. In diesem Beispiel umfasst der primäre Isolator 44 eine die Außenfläche 46 des Gehäuses 42 umgebende Isoliermatte 58. Die sekundären Isolatoren 50 umfassen ein(en) oder mehrere Bänder oder Ringe 60, die in Kombination mit der Isoliermatte 58 benutzt werden, um den Hitzeschild 40 am Gehäuse 42 zu montieren. Im gezeigten Beispiel ist ein Ring 60 an einem Rand der Matte 58 platziert und ist ein anderer Ring 60 an einem entgegengesetzten Rand der Matte 58 platziert. Der Hitzeschild 40 ist über Außenflächen der Matte 58 und Ringe 60 platziert und wird dann radial nach innen komprimiert, um die Matte 58 gegen das Gehäuse 42 zu komprimieren. Eine oder mehrere zusätzliche Befestigungsstrukturen wie z. B. Riemen oder Klemmen 62 werden dann benutzt, um die Matte 58 in Kompression zu halten.
4 zeigt ein Beispiel, wobei sich die Matte 58 in einem unkomprimierten Zustand befindet, und 3 zeigt ein Beispiel der Matte 58, die sich in einem komprimierten Zustand befindet, wobei der Hitzeschild 40 mithilfe von Klemmen 62 gesichert ist. Obwohl Klemmen in 3 gezeigt sind, versteht sich, dass andere Befestigungsstrukturen benutzt werden könnten, um die Matte 58 und den Hitzeschild in Kompression gegen das Außengehäuse 42 zu halten.
Der Hitzeschild 40 kann beispielsweise aus einem metallischen Material wie einem Stahlblech bestehen oder der Hitzeschild 40 kann beispielsweise aus einem nicht-metallischen Material wie Verbund- oder Plastikmaterial bestehen. Die Ringe 60 schützen die Matte 58, sorgen für Strukturabstützung des Hitzeschilds 40 und widerstehen der Bewegung des Hitzeschilds 40 während des Fahrzeugbetriebs. Die Ringe 60 können beispielsweise ein Band aus Fasermatten oder einem faserigen Material wie einem Seil umfassen. Die Ringe 60 umfassen bevorzugt Bänder aus einer hochsteifen Matte, ein Seil aus geflochtenem Seilmaterial, ein Seil aus geflochtenem Drahtmaterial, ein Seil, das Glasfasern beinhaltet, oder andere ähnliche Materialien. Die Ringe 60 können aus einem komprimierbaren oder nicht-kompressiven Material bestehen. In einem Beispiel hat die Matte 58 eine erste Steifigkeit und haben die Ringe 60 eine zweite Steifigkeit, die größer als die erste Steifigkeit ist.
In dem in 3-4 gezeigten Beispiel werden sowohl die Matte 58 als auch Ringe 60 von dem Hitzeschild 40 gegen das Außengehäuse 42 komprimiert. 4 zeigt die Matte 58 mit einer anfänglichen ersten Dicke T1 und die Ringe 60 mit einer anfänglichen zweiten Dicke T2 im unkomprimierten Zustand. Der Hitzeschild 40 wird dann um die Matte 58 und Ringe 60 platziert und wird in einer radialen Einwärtsrichtung komprimiert. Dies bewirkt, dass die Matte 58 auf eine abschließende Dicke T3 komprimiert wird, die weniger als die anfängliche erste Dicke T1 ist, und die Ringe 60 auf eine abschließende Dicke T4 komprimiert werden, die weniger als die anfängliche zweite Dicke T2 ist (3). Die Klemmen 62 werden dann über entgegengesetzten Rändern des Hitzeschilds 40 an radialen Auswärtspositionen gesichert, die jeden der Ringe 60 überlappen, so dass, in dieser abschließenden Installationsposition, der Hitzeschild 40 in Kompression gegen das Gehäuse 42 gehalten wird. Distale Enden 68 des Hitzeschilds 40 blieben von dem Gehäuse 42 beabstandet, wenn komprimiert.
5 zeigt ein Beispiel, wobei Klemmen nicht benutzt werden, um den Hitzeschild 40 in Kompression zu halten. Stattdessen sind Randabschnitte 66 des Hitzeschilds 40 ausgebildet, um sich um die Ringe 60 zu erstrecken. In einem Beispiel sind die Randabschnitte 66 als umfängliche Vertiefungen ausgebildet. Wahlweise könnten die Vertiefungen durch Widerhaken ersetzt werden, um die Ringe 60 in Position zu halten. Diese Randabschnitte 66 können vorgeformt sein und gegen die Matte 58 und Ringe 60 gepresst werden, oder die Randabschnitte 66 können plastisch, d. h. permanent, um die Ringe 60 während der Installation verformt werden, um die Matte 58 und den Hitzeschild 58 in Kompression gegen das Gehäuse 42 zu halten. Die Randabschnitte 66 können walzgeformt, gestanzt, geformt, geschweißt, gegossen usw. sein. Ein vertiefter Bereich 67 zwischen einem Rand der Matte 58 und der gekrümmten Vertiefung hilft beim Auffinden und Definieren einer Grenze zwischen dem Ring 60 und der Matte 58. Die Randabschnitte 66 helfen beim Verhindern einer Bewegung des Hitzeschilds 40, sobald der Schild komprimiert ist. Die Randabschnitte 66 werden verformt, so dass die distalen Enden 68 der Randabschnitte 66 vom Gehäuse 42 beabstandet bleiben, so dass kein direkter Wärmeübertragungskontakt besteht.
In dieser Beispielkonfiguration sorgt die Matte 58 für Strukturabstützung zum Befestigen des Hitzeschilds 40 am Gehäuse 42 ohne die Verwendung irgendwelcher anderen Befestigungsstrukturen. Da Abschnitte des Hitzeschilds 40 um die Matte 58 und gegen das Gehäuse 42 komprimiert sind, werden die Abschnitte anschließend aneinander befestigt, um die Matte 58 und den Schild 40 in Kompression gegen das Gehäuse 42 zu halten. Dies wird nachstehend ausführlicher diskutiert.
In einem Beispiel können die Ringe 60 eine hochsteife, nicht-kompressive Matte umfassen, die auf entgegengesetzten Seiten 70 der Matte 58 platziert ist. Der Hitzeschild 40 wird gegen die Matte 58 komprimiert, wodurch bewirkt wird, dass die Dicke der Matte 58 von der anfänglichen ersten Dicke auf eine kleinere abschließende zweite Dicke abnimmt, während die nicht-kompressive Matte auf jeder der entgegengesetzten Seiten 70 im Wesentlichen die gleiche Dicke beibehält. Klemmen 62 oder andere Befestigungsstrukturen können dann benutzt werden, um den Hitzeschild 40 in Kompression gegen das Gehäuse 42 zu halten.
Die in 2-5 gezeigten Konfigurationen beinhalten jeweils eine zentrale Isoliermatte 58 und zwei Materialstücke wie z. B. geflochtenes Seil, geflochtenen Draht oder eine hochsteife Matte, die an entgegengesetzten Rändern 70 der Matte 58 platziert sind. Die zwei Materialstücke umfassen die Bänder oder Ringe 60, und in einem Beispiel befinden sich diese Ringe 60 in direktem Anstoßkontakt mit den Rändern 70 der Matte, der Außenfläche 46 des Gehäuses 42 und der Innenfläche 48 des Hitzeschilds 40. Ferner bleiben in jedem der Beispiele, sobald der Hitzeschild 40 in Kompression gegen das Gehäuse 42 gehalten wird, die distalen Ränder 68 des Hitzeschilds 40 von der Außenfläche 46 des Gehäuses durch einen Spalt 72 beabstandet.
Wahlweise kann, anstelle der Verwendung einer preisgünstigen Isoliermatte 58, die Matte 58 durch einen Luftspalt 76 (9) ersetzt werden, um Kosten zu senken. Der Luftspalt 76 umfasst den primären Isolator 44 und die Ringe 60 umfassen die sekundären Isolatoren 50, die benutzt werden, um den Hitzeschild 40 in der gewünschten Lage relativ zum Außengehäuse 42 zu halten.
In einem Beispiel wird eine Tragschicht 78 (4) für die Matte 58 und/oder Ringe 60 auf die Außenfläche 46 des Gehäuses 42 appliziert. In einem Beispiel umfasst die Tragschicht 78 eine Schicht Klebematerial, die die Matte 58 und/oder Ringe 60 in Position hält, bis eine Befestigungsstruktur wie z. B. Klemmen 62, Riemen oder Bolzen installiert werden, um den Hitzeschild 40 in Kompression gegen das Gehäuse 42 zu halten. Wahlweise können die Ringe 60 und Matte 58 an der Tragschicht 78 befestigt sein, um eine Baugruppe zu bilden, die dann als Einheit um das Gehäuse 42 gewickelt wird. Die Verwendung der Tragschicht 78 bietet den Vorteil einer unkomplizierten und effektiven Installation des Hitzeschilds 40.
In jedem der Beispiele können die Ringe 60 versiegelte oder unversiegelte Strukturen je nach den gewünschten Spezifikationen sein. Idealerweise sollten die Ringe 60 für Strukturabstützung, Isolierung und Abdichtung an dem Hitzeschild 40 und der Komponentenbaugruppe sorgen. Wenn die Ringe 60 aus einem aus geflochtenen Fasern hergestellten Seil bestehen, kann das Seil beispielsweise mit einer Beschichtung behandelt werden, um wasserdicht zu sein und als Abdichtung zu fungieren. Wenn die Ringe 60 aus einem Band oder Ring bestehen, das bzw. der aus einer wasserempfindlichen Matte hergestellt ist, könnte eine zusätzliche Abdichtung benötigt werden. Diese Abdichtung kann aus Isolierschaum bestehen oder eine mit Wärmeisoliermaterial, wie z. B. Glimmer, hergestellte Dichtung sein.
In einem Beispiel können die zentrale Matte 58 und Ringe 60 als eine Baugruppe zur einfacheren Installation hergestellt sein. Ferner kann die Querschnittsform der Ringe 60 kreisförmig, oval, quadratisch, rechteckig usw. sein.
In einem Beispiel umfassen die Ringe 60 zwei quadratisch oder rechteckig profilierte geflochtene Drahtbänder, die 10-20 mm breit sind und Außenflächentemperaturen von 500-600 Grad Celsius standhalten können. Die polygonal profilierten geflochtenen Drahtbänder sollten eine hohe Dichte/niedrige Kompressibilität aufweisen, so dass, wenn die Bänder komprimiert sind, sie in einer radialen Richtung ungefähr 7 mm dick sind. Das Ringmaterial sollte ein Material mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. weniger als 0,1 W/m.K bei 600 Grad Celsius, umfassen.
In einem Beispiel umfasst die Matte 58 eine Fasermatte, die 10-15 mm dick ist, wenn unkomprimiert (T1), und ungefähr 7 mm ist, wenn komprimiert (T3). Wie vorstehend diskutiert kann eine Klebstoffschicht oder -folie auf das Gehäuse 42 als Tragschicht 78 appliziert werden und können die Matte 58 und Bänder 60 dann als Einheit oder individuell auf direkte Weise am Klebstoff befestigt werden. Wahlweise können die Matte 58 und Bänder 60 an der Klebstofffolie vor Befestigung am Gehäuse 42 befestigt werden, wobei die Komponenten dann als Baugruppe um das Gehäuse 42 gewickelt sind. Sobald die Matte 58 und Bänder 60 am Gehäuse in Position sind, wird der Hitzeschild 40 installiert, so dass die Bänder und Matte komprimiert sind.
Die 2-5 zeigen ein Beispiel, wobei die Isoliermatte 58 aus einer einzelnen Materialschicht besteht. 6 zeigt ein Beispiel einer Matte 80, die aus einer Mehrzahl von Materialschichten besteht. In dieser Konfiguration können bestimmte Schichten eine komprimierbarere Rolle spielen, während andere Schichten eine höhere Qualität der bzw. ein höheres Maß an Wärmeisolierung bieten können. In einem Beispiel besteht die Matte 80 aus einer ersten Schicht 82 aus komprimierbarem Material wie z. B. Fasermaterial und einer zweiten Schicht 84 aus hochwärmedämmendem Material wie z. B. mikroporösem Material. Beispiele für hochwärmedämmendes Material sind beispielsweise nicht-faseriges Material mit einer hohen Porosität (mikroporös), Aerogele geringer Dichte (Silica-Aerogele), poröses faseriges Material, Schäume mit keramischem Anteil, poröses Keramikmaterial (Tonerde/Silica-Produkte) oder andere ähnliche Materialien. Die Bänder oder Ringe 60 sind auf entgegengesetzten Seiten 86 der Matte 80 positioniert.
In dem in 6 gezeigten Beispiel ist die mikroporöse zweite Schicht 84 direkt zwischen der Außenfläche 46 des Gehäuses 42 und der ersten Schicht 82 positioniert. 7 zeigt ein Beispiel, wobei die mikroporöse zweite Schicht 84 direkt zwischen der Innenfläche 48 des Hitzeschilds 40 und der ersten Schicht 82 positioniert ist. 8 zeigt ein Beispiel, wobei die mikroporöse zweite Schicht 84 direkt zwischen zwei Schichten 82 des komprimierbaren Materials positioniert ist. In jeder der Ausführungsformen sind polygonale oder kreisförmige Bänder oder Ringe 60 wie oben beschrieben auf den entgegengesetzten Seiten 86 der Matte 80 positioniert.
In einem Beispiel besteht der Hitzeschild 40 aus zwei C-förmigen Hitzeschildabschnitten 90 (10), die aneinander befestigt sind, wenn ein Druck während der Montage ausgeübt wird. Zu den möglichen Befestigungsarten zählen das Klemmen, Klammern, Hartlöten oder Schweißen der beiden Abschnitte aneinander. In einem Beispiel sind die Hitzeschildabschnitte 90 um die Matte 58, 80 und Ringe 60 gewickelt und werden gegen das Gehäuse 42 unter einem Druck komprimiert, der ausreicht, um die Matte 58, 80 auf ein gewünschtes Niveau zu komprimieren. Ränder der Hitzeschildabschnitte 90 können dann aneinander befestigt werden, so dass der Hitzeschild 40 in Kompression gegen das Gehäuse 42 gehalten wird.
Daher wird die gesamte Mischerbaugruppe 30 in Kompression zusammengehalten. Der Hitzeschild 40 wird unter einem definierten und kontrollierten Druck in Position gebracht, wie oben diskutiert. Die Hitzeschildabschnitte 90 werden aneinander befestigt, wenn der Druck ausgeübt wird. Wenn die Druckkraft nicht ausreicht, um die Baugruppe bei Axialbelastung in Position zu halten, können einige Merkmale zum Gehäuse 42 hinzugefügt werden, um das Inpositionhalten der Baugruppe zu unterstützen, wie z. B. mechanische Anschläge. Wenn die Druckkraft nicht ausreicht, um die Baugruppe bei Radialbelastung in Position zu halten, können zusätzliche Montagestrukturen wie z. B. Riemen oder Klemmen 62 installiert werden.
In einem Beispielverfahren, bei dem ein Tourniquetvorgang zur Anwendung kommt, beinhaltet das Verfahren einen Schritt zum Formen 400 (11) der Hitzeschildabschnitte 90 beispielsweise durch Vorwalzen der Abschnitte 90 und anschließendes Wickeln 402 der Abschnitte 90 um die interne Isolierbaugruppe 44, 50 und das Mischergehäuse 42. Die Abschnitte 90 werden dann um die interne Isolierbaugruppe festgezogen 404 und aneinander heftgeschweißt - an einer Stelle, wo die Abschnitte 90 einander überlappen. Die Abschnitte 90 werden festgezogen, bis ein gewünschtes Niveau an Druckkraft für die gegenständliche Komponentenanwendung erzielt wird. Als Nächstes werden die Hitzeschildabschnitte 90 an einer Überlappungsnaht miteinander verbunden 406, die beispielsweise durch Schweißen oder Hartlöten versiegelt wird. Es versteht sich, dass dies lediglich ein Beispiel für ein Montageverfahren ist und dass andere Verfahren zum Komprimieren der internen Isolierbaugruppe benutzt werden können.
Es versteht sich, dass, obwohl der Hitzeschild 40 und die einzigartige schwach leitfähige Stütz-Befestigungskonfiguration in diesem Beispiel als an einen Mischer 30 montiert dargestellt sind, der gegenständliche Hitzeschild und die zugehörige Montagekonfiguration mit einer beliebigen anderen Fahrzeugabgassystem-Komponente nach Bedarf benutzt werden können. Beispielsweise könnten die gegenständlichen Hitzeschild-Montagekonfigurationen mit Schalldämpfern, DOCs, DPFs, Abgasendrohren usw. benutzt werden. Ferner könnten die gegenständlichen Hitzeschild-Montagekonfigurationen mit größeren kastenförmigen Systemkomponenten benutzt werden, die flache Seiten beinhalten, wobei der Hitzeschild vorgeformt würde, um in Kompression überzugehen.
Die gegenständliche Erfindung benutzt eine einzigartige Montagestruktur für einen Hitzeschild 40, wobei die Montagestruktur einen primären Isolator 44 in Kombination mit einem oder mehreren sekundären Isolatoren 50 wie oben beschrieben umfasst. Die Isoliermatten 58, 80 dienen als die primären Isolatoren und werden als Strukturabstützung zum Befestigen des Hitzeschilds 40 am Außengehäuse 42 benutzt. Die sekundären Isolatoren 50 sind konfiguriert, um den Hitzeschild 40 und die Matte 58, 80 in Position relativ zum Außengehäuse 42 zu halten. Die sekundären Isolatoren umfassen Bänder oder Ringe 60, die für einen steiferen Bereich als bei der Matte sorgen.
Wie oben diskutiert können Temperaturen an der Außenfläche 46 des Gehäuses 42 bis zu 600 Grad Celsius hoch sein. In jedem der offenbarten Beispiele wirken der Hitzeschild und die Montagestruktur zusammen, um bis zu 90-99 % einer Außenfläche des Hitzeschilds auf einer Temperatur zu halten, die beispielsweise so niedrig wie ungefähr 300 Grad Celsius oder sogar so niedrig wie 200 Grad Celsius sein kann, worin eine bedeutende Verbesserung gegenüber existierenden Hitzeschildkonfigurationen besteht.
Die vorangehende Beschreibung ist beispielhafter statt einschränkender Art. Variationen und Modifikationen der offenbarten Beispiele können für einen Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich werden, die nicht notwendigerweise vom Geist dieser Offenbarung abweichen. Der dieser Offenbarung gewährte Schutzumfang kann nur durch Untersuchung der folgenden Ansprüche bestimmt werden.
Obwohl eine Kombination von Merkmalen in den veranschaulichten Beispielen gezeigt ist, müssen nicht alle von ihnen kombiniert sein, um die Vorteile verschiedener Ausführungsformen dieser Offenbarung zu realisieren. Mit anderen Worten beinhaltet ein gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung gestaltetes System nicht unbedingt alle der Merkmale, die in einer beliebigen der Figuren oder allen der schematisch in den Figuren dargestellten Abschnitte gezeigt sind. Zudem können ausgewählte Merkmale einer Beispielausführungsform mit ausgewählten Merkmalen anderer Beispielausführungsformen kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62312541 [0001]
US 2012/0216513 [0016]
US 14737533 [0016]
US 14/737546 [0016]

Claims

Abgaskomponentenbaugruppe, umfassend: einen Hitzeschild; und eine Montagestruktur zum Befestigen des Hitzeschilds an einem Außengehäuse einer Abgaskomponente, wobei die Montagestruktur einen primären Isolator, der sich zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds befindet, und mindestens einen neben dem primären Isolator positionierten sekundären Isolator umfasst.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der primäre Isolator eine um das Außengehäuse gewickelte Isoliermatte umfasst.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die Isoliermatte einen ersten Rand und einen zweiten Rand entgegengesetzt zum ersten Rand aufweist und wobei der mindestens eine sekundäre Isolator mindestens ein erstes Materialstück, das an dem ersten Rand positioniert ist, und ein zweites Materialstück, das an dem zweiten Rand positioniert ist, umfasst.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 3, wobei der Hitzeschild über Außenflächen des ersten und zweiten Materialstücks und der Isoliermatte platziert ist und von mindestens einer Befestigungsstruktur in Kompression gegen das Außengehäuse gehalten wird.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 4, wobei die mindestens eine Befestigungsstruktur mindestens eine Klemme bzw. einen Riemen umfasst, die bzw. der den Hitzeschild in Kompression gegen das erste und zweite Materialstück und die Isoliermatte hält.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 4, wobei, wenn der Hitzeschild von der mindestens einen Befestigungsstruktur in Kompression gehalten wird, die Isoliermatte und das erste und zweite Materialstück von einer anfänglichen Dicke auf eine abschließende Dicke, die weniger als die anfängliche Dicke ist, komprimiert werden.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 4, wobei das erste und zweite Materialstück erste und zweite Ringe oder Bänder umfassen.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 7, wobei die Isoliermatte eine erste Steifigkeit aufweist und wobei die ersten und zweiten Ringe oder Bänder eine zweite Steifigkeit, die größer als die erste Steifigkeit ist, aufweisen.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 7, wobei die Isoliermatte eine erste Dicke aufweist und wobei die ersten und zweiten Ringe oder Bänder eine zweite Dicke, die weniger als die erste Dicke ist, aufweisen.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Ringe oder Bänder ein faseriges Material, ein geflochtenes Seilmaterial oder ein geflochtenes Drahtmaterial umfassen.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 4, wobei die mindestens eine Befestigungsstruktur einen Abschnitt des Hitzeschilds umfasst, der ausgebildet ist, um das erste und zweite Materialstück in Kompression gegen das Außengehäuse zu halten.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die Isoliermatte aus einer Mehrzahl von Materialschichten besteht, die mindestens eine erste Schicht aus komprimierbarem Material und eine zweite Schicht aus hochwärmedämmendem Material beinhalten.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Hitzeschild und die Montagestruktur zusammenwirken, um mehr als 90 % einer Außenfläche des Hitzeschilds auf einer so niedrigen Temperatur wie 200 Grad Celsius zu halten.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der primäre Isolator einen Luftspalt umfasst und wobei der mindestens eine sekundäre Isolator mindestens einen ersten Ring oder ein erstes Band, der bzw. das an einem Rand des Luftspalts positioniert ist, und einen zweiten Ring oder ein zweites Band, der bzw. das an einem gegenüberliegenden Rand des Luftspalts positioniert ist, umfasst.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Abgaskomponente einen Mischer mit einem Einlass, der Abgase von einem Fahrzeugmotor entgegennimmt, und einem Auslass, der ein Gemisch von Abgasen und Reduktionsmittel zu einer nachgeschalteten Abgaskomponente leitet, umfasst.
Verfahren zur Montage eines Hitzeschilds an ein Außengehäuse einer Abgaskomponentenbaugruppe, umfassend die folgenden Schritte: Positionieren eines primären Isolators zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds; Positionieren mindestens eines sekundären Isolators neben dem primären Isolator; und Platzieren des Hitzeschilds über dem primären und sekundären Isolator, so dass der Hitzeschild relativ zum Außengehäuse fest gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 16 umfassend Komprimieren des Hitzeschilds gegen das Außengehäuse.
Verfahren nach Anspruch 17 umfassend Verformen eines Abschnitts des Hitzeschilds um den mindestens einen sekundären Isolator, um den sekundären Isolator in Kompression gegen das Außengehäuse zu halten.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der primäre Isolator eine Isoliermatte umfasst und der mindestens eine sekundäre Isolator mindestens erste und zweite Bänder oder Ringe umfasst, und einschließlich der folgenden Schritte: Wickeln der Isoliermatte um das Außengehäuse, Positionieren des ersten Bands oder Rings neben einem Rand der Isoliermatte, Positionieren des zweiten Bands oder Rings neben einem entgegengesetzten Rand der Isoliermatte, Komprimieren des Hitzeschilds gegen die Isoliermatte und ersten und zweiten Bänder oder Ringe, und Halten des Hitzeschilds in Kompression gegen das Außengehäuse mit mindestens einer Befestigungsstruktur.
Verfahren nach Anspruch 19 einschließlich Formen der Isoliermatte aus einer Mehrzahl von Materialschichten, die mindestens eine erste Schicht aus komprimierbarem Material und eine zweite Schicht aus hochwärmedämmendem Material beinhalten.