DE112017001504T5

DE112017001504T5 - Isolierter verbund-hitzeschild für fahrzeugabgassystem

Info

Publication number: DE112017001504T5
Application number: DE112017001504.9T
Authority: DE
Inventors: Robin Willats; Jerome Brian Hornback; Jeffery Warren Prairie; John G. Rohde; Thibaut Contremoulins; Maria Saur
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: 2019-01-10
Also published as: US10544724B2; US20190101041A1; CN109072756B; DE112017001501T5; US20190085749A1; CN109072757A; US10648394B2; CN109072757B; WO2017165590A1; DE112017001497T5; WO2017165587A1; US10895190B2; WO2017165588A1; CN108884743A; CN108884743B; CN108884744B; US20190072022A1; CN108884744A; US10927744B2; US20190055876A1

Abstract

Eine Abgaskomponentenbaugruppe beinhaltet einen Hitzeschild, der aus einem Verbundmaterial gebildet ist, und eine Montagestruktur, die den Hitzeschild an einem Außengehäuse einer Abgaskomponente befestigt. Die Montagestruktur umfasst einen Isolator, der sich zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds befindet. Ein Verfahren zum Montieren des Verbund-Hitzeschilds an das 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, der aus einem Verbundmaterial gebildet ist, und eine Montagestruktur, die den Hitzeschild an einem Außengehäuse einer Abgaskomponente befestigt. Die Montagestruktur umfasst einen Isolator, der sich zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds befindet.
In einer anderen Ausführungsform gemäß der vorherigen Ausführungsform definiert die Abgaskomponente eine Mittelachse und weist der Hitzeschild eine Außenfläche auf, die radial nach außen von der Innenfläche des Hitzeschilds beabstandet ist. In einem Beispiel ist eine zusätzliche Schicht Isoliermaterial an der Innen- und/oder Außenfläche des Hitzeschilds befestigt.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen umfasst der Hitzeschild mindestens einen internen Hohlraum, der innerhalb des Hitzeschilds gekapselt ist.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen umfasst der Isolator einen primären Isolator und mindestens einen neben dem primären Isolator positionierten sekundären Isolator.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Montieren eines Hitzeschilds an ein Außengehäuse einer Abgaskomponentenbaugruppe das Bereitstellen eines Hitzeschilds, das aus einem Verbundmaterial gebildet ist, und das Abstützen des Hitzeschilds an einer Montagestruktur, die ausgebildet ist, um den Hitzeschild an einem Außengehäuse einer Abgaskomponente zu befestigen, wobei die Montagestruktur einen Isolator umfasst, der sich zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds befindet.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen ist der Hitzeschild gegen das Außengehäuse komprimiert.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen wird der Hitzeschild durch Thermoformen, Spritzen oder additive Fertigung hergestellt.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen sind ein oder mehrere Vorsprünge integral mit dem Hitzeschild gebildet, um sich aus einer Außenfläche des Hitzeschilds zu erstrecken.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung können am besten aus der folgenden Beschreibung 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 gezeigten, 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 schematische Schnittansicht eines anderen Beispiels einer Hitzeschild- und Montagebaugruppe.
8A ist eine Perspektivansicht eines Beispiels für das Verbinden von Schildabschnitten miteinander.
8B ist eine Seitenschnittansicht von 8A.
8C ist eine Perspektiv-Schnittansicht von 8A.
8D ist eine Explosionsansicht.
9 ist eine Seitenschnittansicht, die ein Beispiel für das Abschirmen um Ansätze herum zeigt.
10 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 umfasst der Mischer 30 einen Hitzeschild 40, der an ein Außengehäuse 42 des Mischers 30 unter Verwendung einer einzigen schwach leitfähigen Tragstützenkonfiguration 43 montiert ist. Die schwach leitfähige Tragstütze 43 ist ausgebildet, 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 Tragstütze 43 einen primären Isolator 44, der sich zwischen einer Außenfläche 46 des Außengehäuses 42 und einer Innenfläche 48 des Hitzeschilds 40 befindet, und mindestens einen sekundären Isolator 50, der neben dem primären Isolator 44 positioniert ist. Der Hitzeschild 40 umfasst Öffnungen nach Bedarf, wie z. B. eine Öffnung 40a für eine Montagestruktur wie für den Dosierer 36 wie in 2 gezeigt. 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, die 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 an das 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 der Matte 58 in einem unkomprimierten Zustand und 3 zeigt ein Beispiel der Matte 58 in einem komprimierten Zustand, wobei der Hitzeschild 40 mit Klemmen 62 gesichert ist. Obwohl Klemmen in 3 dargestellt 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 ist aus einem nicht-metallischen Material wie z. B. Verbund- oder Plastikmaterial gebildet. 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 nichtkompressiven Material bestehen. In einem Beispiel hat die Matte 58 eine erste Steifheit und haben die Ringe 60 eine zweite Steifheit, die größer als die erste Steifheit ist.
In dem in 3-4 gezeigten Beispiel sind sowohl die Matte 58 als auch Ringe 60 vom 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 entgegengesetzte Ränder 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, gespritzt, 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 entgegengesetztem Seiten 70 der Matte 58 platziert sind. 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 Rändern 68 des Hitzeschilds 40 von der Außenfläche 46 des Gehäuses durch einen Spalt 72 beabstandet (5).
6 zeigt ein Beispiel eines Hitzeschilds 40, der aus einem Verbundmaterial gebildet ist. Das Verbundmaterial kann ein faserverstärktes Polymer- oder Plastikmaterial, ein mehrlagiges Verbundmaterial usw. umfassen. Beispielsweise kann der Hitzeschild 40 ein massives Teil sein, ein aus mehreren Lagen hergestelltes Teil sein oder eine Wabenstruktur umfassen.
Der Hitzeschild 40 kann als eine oder mehrere Verbund-Schildabschnitte 80 (nur einer ist in 6 gezeigt) gebildet sein, die konfiguriert sind, um das eine zentrale Achse A definierende Außengehäuse 42 zu umgeben. Die Abschnitte 80 können durch Verfahren wie z. B. Spritzen, Thermoformen oder additive Fertigung hergestellt werden.
6 zeigt ein Beispiel eines C-förmigen Verbund-Schildabschnitts 80. Der Verbund-Schildabschnitt 80 beinhaltet eine Innenfläche 86 und eine Außenfläche 88, die radial nach außen von der Innenfläche 86 beabstandet ist. Die Distanz zwischen der Innen- 86 und Außen- 88 Fläche definiert eine Dicke 90 des Verbund-Schildabschnitts 80. An bestimmten Stellen ist der Verbund-Schildabschnitt 80 über die gesamte Dicke 90 massiv. Der Verbund-Schildabschnitt 80 kann jedoch einen oder mehrere diskrete interne Hohlräume 92 beinhalten, die innerhalb des Verbund-Schildabschnitts 80 gekapselt sind.
In einem Beispiel umfasst einer oder umfassen mehrere der Hohlräume 92 eine interne Lufttasche 92a, die benutzt wird, um die Isoliereigenschaften weiter zu verbessern und/oder um den Hitzeschild 40 leichter zu machen. In einem anderen Beispiel ist einer oder sind mehrere der Hohlräume 92b mit einem Material gefüllt, um die Isoliereigenschaften weiter zu verbessern und/oder den Hitzeschild 40 zu versteifen und zu verstärken. Das die Hohlräume 92b füllende Material kann auch ein Verbundmaterial sein oder kann ein Strukturmaterial wie z. B. Stahl, Drahtgitter usw. sein. Das die Hohlräume 92 füllende zusätzliche Material kann durch Überspritzen, Umspritzen, additive Fertigung oder andere ähnliche Verfahren einbezogen werden.
In einem Beispiel kann der Verbund-Schildabschnitt 80 wahlweise eine zusätzliche Schicht Isoliermaterial 94 beinhalten, die an einem oder beiden der Innen- 86 und Außen- 88 Fläche des Verbund-Schildabschnitts 80 befestigt ist. Die zusätzliche Schicht Isoliermaterial 94 kann beispielsweise ein Drahtgitter, ein Metallblech, eine Folienbahn usw. umfassen. Evtl. deckt die zusätzliche Schicht Isoliermaterial 94 eine gesamte Oberfläche des Verbund-Schildabschnitts 80 oder nur bestimmte Stellen am Verbund-Schildabschnitt 80 ab. Beispielsweise kann die zusätzliche Schicht Isoliermaterial 94 in identifizierten Heißbereichen 96, die auf Basis von Komponententyp und Anwendung bestimmt werden, hinzugefügt werden.
In einem in 7 gezeigten Beispiel kann der Verbund-Schildabschnitt 80 auch wahlweise eine oder mehrere Rippen oder Vorsprünge 98 beinhalten, die sich nach außen von der Außenfläche 88 des Verbund-Schildabschnitts 80 erstrecken. Bestimmte Vorsprünge 98, wie z. B. Rippen, können die Reduktion der Wärmeübertragung weiter begünstigen, während andere Vorsprünge als Abstandshalter oder Montagepfosten benutzt werden können, um andere Komponenten wie z. B. Kabel, Verdrahtung, Sensoren usw. am Mischer 30 befestigen zu können. In einem Beispiel sind die Vorsprünge 98 integral als einteilig mit dem Verbund-Schildabschnitt 80 ausgebildet, um eine unitäre, monolithische Struktur bereitzustellen.
In einem Beispiel kann der Hitzeschild 40 mehrere Schichten wie z. B. einen äußeren Schildabschnitt 40a und einen inneren Schildabschnitt 40b beinhalten. Die Vorsprünge 98 in diesem Beispiel sind im äußeren Schildabschnitt 40a gebildet. Ferner kann dieser Schildtyp 40 in beliebigen der offenbarten Beispiele benutzt werden. Außerdem kann die Matte 58 einen oder mehrere gekapselte Hohlräume 100 (7) beinhalten, die leere Lufttaschen oder mit Material wie z. B. mikroporösem Material gefüllt sein können. Diese Art von Matte 58 könnte auch in beliebigen der offenbarten Beispiele benutzt werden.
Die 8A-8D zeigen ein Beispiel für das Aneinanderbefestigen von Schildabschnitten 80. Ein Schildabschnitt 80 beinhaltet ein oder mehrere Befestigungselemente 102 und der andere Schildabschnitt 80 beinhaltet entsprechende Öffnungen 108 zum Aufnehmen der Befestigungselemente 102. In einem Beispiel erstrecken sich die Befestigungselemente zu einem distalen Greiffinger 104, der vom Schildabschnitt 80 beabstandet ist, um eine Nut 106 zu bilden, die einen entsprechenden Abschnitt des passenden Schildabschnitts 80 aufnimmt.
9 zeigt ein Beispiel für das Abschirmen, das um mit dem Gehäuse 42 assoziierte Ansätze 110 herum zur Anwendung kommt. Ausgesparte Bereiche 112 sind um die Ansätze 110 herum gebildet. Diese Bereiche 112 können leer sein oder ferner nach Bedarf mit Isoliermaterial gefüllt sein.
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 gebildet sein 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. Die Matte könnte auch aus einer Mehrzahl von Materialschichten bestehen. Beispiele für mehrlagige Matten sind in der am ##. März 2017 eingereichten Parallelanmeldung ##/###,### zu finden, die dem Anmelder der gegenständlichen Erfindung zugewiesen und durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
10 zeigt ein Beispiel-Montageverfahren, das einen Tourniquetvorgang umfasst. In diesem Beispiel beinhaltet das Verfahren beispielsweise einen Schritt zum Formen 400 der Hitzeschildabschnitte 80 wie oben beschrieben und beinhaltet dann den Schritt des Wickelns 402 der Abschnitte 80 um die interne Isolierbaugruppe 44, 50 und das Mischergehäuse 42. Die Abschnitte 80 werden dann um die interne Isolierbaugruppe festgezogen 404 und werden an einer Stelle gehalten, wo die Abschnitte 80 einander überlappen, wie beispielsweise in 7 gezeigt. Die Abschnitte 80 werden festgezogen, bis ein gewünschtes Niveau an Druckkraft für die gegenständliche Komponentenanwendung erzielt wird, und werden dann an der Überlappung miteinander verbunden 406, um beispielsweise durch Schweißen oder Hartlöten, oder durch Befestigen der Befestigungselemente 102 in den Öffnungen 108, versiegelt zu werden. Weitere Möglichkeiten zur Befestigung der Abschnitte 80 aneinander beinhalten das Binden, Klemmen, Klammern, Hartlöten oder Schweißen der Abschnitte 80 aneinander. Es versteht sich, dass dies lediglich ein Beispiel für ein Montageverfahren ist und dass andere Verfahren zum Komprimieren der internen Isolierbaugruppe 44, 50 benutzt werden können.
Sobald die Abschnitte 80 aneinander befestigt sind, wird die gesamte Mischerbaugruppe 30 in Kompression zusammengehalten. 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, Befestigungselemente oder Klemmen 62 am Hitzeschild 40 installiert werden.
Es versteht sich, dass, obwohl der Hitzeschild 40 und die einzigartige schwach leitfähige Tragstützenkonfiguration 43 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 43 für einen Hitzeschild 40 aus einem Verbundmaterial, wobei die Montagestruktur 43 einen Isolator, der den Verbund-Hitzeschild abstützt, umfasst. Ein beispielhafter Isolator umfasst einen primären Isolator 44 in Kombination mit einem oder mehreren sekundären Isolatoren 50 wie oben beschrieben. Die primären Isolatoren 44 werden als Strukturabstützung zum Befestigen des Hitzeschilds 40 am Außengehäuse 42 benutzt. Die sekundären Isolatoren 50 sind konfiguriert, um den Hitzeschild 40 und primären Isolator 44 in Position relativ zum Außengehäuse 42 zu halten. Die sekundären Isolatoren umfassen Materialstücke, Bänder oder Ringe 60, die für einen steiferen Bereich als beim primären Isolator 44 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 Verbund-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, was eine bedeutende Verbesserung gegenüber existierenden Hitzeschildkonfigurationen darstellt.
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 62/312541 [0001]
US 2012/0216513 [0016]
US 14/737533 [0016]
US 14737546 [0016]

Claims

Abgaskomponentenbaugruppe, umfassend: einen Hitzeschild, der aus einem Verbundmaterial gebildet ist; und eine Montagestruktur zum Befestigen des Hitzeschilds an einem Außengehäuse einer Abgaskomponente, wobei die Montagestruktur einen Isolator umfasst, der sich zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds befindet.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Hitzeschild mindestens eine Rippe aufweist.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Abgaskomponente eine Mittelachse definiert und wobei der Hitzeschild eine Außenfläche aufweist, die radial nach außen von der Innenfläche des Hitzeschilds beabstandet ist, und eine zusätzliche Schicht Isoliermaterial umfassend, die an der Innen- und/oder Außenfläche des Hitzeschilds befestigt ist.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 3, wobei die zusätzliche Schicht Isoliermaterial ein Drahtgitter, ein Metallblech oder eine Folienbahn umfasst.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Hitzeschild mindestens einen internen Hohlraum aufweist, der innerhalb des Hitzeschilds gekapselt ist.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine Hohlraum eine Mehrzahl von diskreten internen Hohlräumen umfasst, die innerhalb des Hitzeschilds gekapselt sind.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine interne Hohlraum mit einem Isoliermaterial gefüllt ist.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Verbundmaterial ein faserverstärktes Verbundmaterial umfasst.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 8, wobei der Hitzeschild aus einem oder mehreren vorgeformten Schildabschnitten besteht, die zusammenwirken, um das Außengehäuse zu umgeben.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Hitzeschild mindestens einen Vorsprung aufweist, der sich nach außen von einer Außenfläche des Hitzeschilds erstreckt, wobei der Vorsprung ausgebildet ist, um eine sekundäre Komponente abzustützen.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Isolator einen primären Isolator und mindestens einen neben dem primären Isolator positionierten sekundären Isolator umfasst.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 11, wobei der primäre Isolator eine um das Außengehäuse gewickelte Isoliermatte umfasst und wobei der mindestens eine sekundäre Isolator mindestens ein erstes Materialstück, das nahe einem Rand der Matte positioniert ist, und ein zweites Materialstück umfasst, das nahe einem entgegengesetzten Rand der Isoliermatte positioniert ist.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Abgaskomponente einen Mischer mit einem Einlass, der Abgase aus einem Fahrzeugmotor entgegennimmt, und einen Auslass umfasst, der ein Gemisch von Abgasen und eingespritztem Fluid zu einer nachgeschalteten Abgaskomponente leitet.
Verfahren zum Montieren eines Hitzeschilds an ein Außengehäuse einer Abgaskomponentenbaugruppe, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Hitzeschilds, der aus einem Verbundmaterial hergestellt ist; und Abstützen des Hitzeschilds an einer Montagestruktur, die ausgebildet ist, um den Hitzeschild an einem Außengehäuse einer Abgaskomponente zu befestigen, wobei die Montagestruktur einen Isolator umfasst, der sich zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds befindet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Isolator einen primären Isolator und mindestens einen sekundären Isolator umfasst, und umfassend Positionieren des primären Isolators zwischen der Außenfläche des Außengehäuses und der Innenfläche des Hitzeschilds, Positionieren des mindestens einen 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 15, umfassend Komprimieren des Hitzeschilds gegen das Außengehäuse.
Verfahren nach Anspruch 14 umfassend Herstellen des Hitzeschilds durch Thermoformen, Spritzen oder additive Fertigung.
Verfahren nach Anspruch 14 umfassend Formen mindestens eines internen Hohlraums, der innerhalb des Hitzeschilds gekapselt ist.
Verfahren nach Anspruch 14 umfassend Hinzufügen einer Materialschicht auf der Außen- und/oder Innenfläche des Hitzeschilds.
Verfahren nach Anspruch 14 umfassend Integralformen eines oder mehrerer sich aus einer Außenfläche des Hitzeschilds erstreckende Vorsprünge.