DE19716733A1 - Abschirmblech - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Abschirmblech gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Her­ stellung.

Es ist aus vielen Gebieten der Technik bekannt, Gehäuse- bzw. Verkleidungsbleche von Geräten, Maschinen, Fahrzeugen etc. im Bereich von Auflage- oder Befestigungspunkten mit einer form- und/oder materialelastischen Zwischenlage zu versehen, die im Gerät, in der Maschine oder im Fahrzeug erzeugte Schwingungen im Bereich der Befestigungspunkte teilweise absorbiert und deren Übertragung auf das Blech (das in vielen Fällen eine schwingungsverstärkende Reso­ nanzwirkung hätte) somit verhindert. Hierfür haben sich et­ wa Gummi-, Filz- oder Schaumkunststoffelemente bzw. -lagen bewährt. Speziell an Befestigungsschrauben werden vielfach Unterlegscheiben aus solchen oder ähnlichen Materialien eingesetzt.

Diese Lösungen sind für viele Anwendungsfälle erfolgreich, für andere aber wegen der geringen mechanischen Belastbar­ keit, Hitzebeständigkeit oder Dauerhaftigkeit der Materia­ lien nicht brauchbar.

Andererseits ist es eine weitverbreitete Praxis, die Posi­ tion von Auflage- oder Befestigungspunkten nach Möglichkeit in Bereichen von Schwingungsminima der schwingenden Unter­ lage zu wählen, so daß die übertragbare Schwingungsenergie von vornherein gering gehalten wird. Zugleich - aber auch unabhängig hiervon - versucht man häufig, durch eine sehr feste Verbindung zwischen Blech und Unterlage (etwa durch festes Anziehen von Schraubverbindungen) Kopplungszustände zu erzeugen, die einer Schwingungsübertragung abträglich sind.

Auf diese Weise können mechanisch wie thermisch extrem be­ lastbare Halterungen geschaffen werden. Der gewünschte Ef­ fekt der Schwingungsunterdrückung wird aber vielfach in nur unbefriedigendem Maße erreicht und kann sich durch räumli­ che Verschiebung der Schwingungsmaxima und -minima im Laufe des Betriebes des Gerätes, der Maschine oder des Fahrzeu­ ges oder Lockerung der nahezu völlig inelastischen Verbin­ dungen unvorhersehbar und drastisch verschlechtern.

Es ist weiter bekannt, schwingungsanfällige dünnwandige Rohre mit einlagigem Metallgestrick zu ummanteln, um die im Betrieb auftretende Reibung zwischen der dünnen Rohrwandung und dem Mantel sowie zwischen den Maschen des Gestricks zur Reibungsdämpfung der Schwingungen zu nutzen.

Derartige Mantel-Anordnungen sind thermisch hoch belastbar, aber schon in einfachen Grundformen relativ materialaufwen­ dig und kostspielig. Teile mit komplizierterer Form lassen sich in einem solchen Aufbau kaum noch rationell fertigen, zudem treten bei Dauerbeanspruchung Haltbarkeitsprobleme im Verbund und besonders an den Aufhängungen auf.

Aus der DE 44 34 196 A1 ist es bekannt, auf einem schwin­ gungsgefährdeten Konstruktionsteil, beispielsweise einer Abgasleitung oder einem Verkleidungsblech, speziell im Be­ reich eines Schwingungsmaximums mehrere Lagen eines Maschen bildenden, dort elastisch verspannten Metallgestricks zur Schwingungsdämpfung vorzusehen.

Diese Anordnung erfordert eine aufwendige Schwingungsanaly­ se der entsprechenden Teile bzw. Geräte zur Lokalisierung der Schwingungsmaxima und wirft jedenfalls dann auch Kon­ struktionsprobleme auf, wenn aufgrund anderer Konstrukti­ onserfordernisse an diesen Punkten das Metallgestrick nicht ohne weiteres angebracht werden kann. Zudem führen auch hier Veränderungen der Schwingungscharakteristik im Laufe des Betriebes des Teiles oder Gerätes potentiell zu einer Verschlechterung der Schalldämmeigenschaften.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ab­ schirmblech der gattungsgemäßen Art, das thermisch hoch be­ lastbar sowie in variabler Gestalt einfach und kostengün­ stig herzustellen ist und auch im Langzeitbetrieb zuverläs­ sig gute Schalldämmeigenschaften aufweist, sowie ein Ver­ fahren zur Herstellung eines solchen anzugeben.

Die Aufgabe wird hinsichtlich ihres Vorrichtungsaspektes durch ein Abschirmblech mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrensaspektes durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.

Die Erfindung schließt den Gedanken ein, im wesentlichen ohne Rücksicht auf die räumliche Schwingungscharakteristik des Abschirmblechs im Bereich konstruktiv erforderlicher Befestigungspunkte kleine, bevorzugt dreidimensional ausge­ formte und in vorbestimmtem Grade verdichtete, Elemente aus einem Gestrick (Gewirk) oder ggfs. auch einem Vlies aus Me­ talldrähten oder anorganischen Fasern vorzusehen, die auf­ grund sehr hoher äußerer und innerer Reibungsdämpfung eine nahezu vollständige und nachhaltige Entkopplung des Blechs von der schwingenden Unterlage bewirken.

Der genannte Befestigungsbereich weist in einer praktisch bedeutsamen Ausführung eine Bohrung, ein Langloch oder ei­ nen Ausschnitt zum Eingriff eines Bolzens oder einer Schraube als Befestigungsmittel auf. Das Schwingungsdämm­ element ist hierbei so ausgebildet, daß es im montierten Zustand den Bolzen/die Schraube in einem Abschnitt sei­ ner/ihrer Länge buchsenartig umschließt und damit eine di­ rekte Berührung zwischen Blech, Unterlage und Bolzen bzw. Schraube verhindert.

Es hat insbesondere einen ersten Abschnitt, in dem sein Au­ ßenradius annähernd gleich dem Radius der Bohrung oder dem Krümmungsradius des Langloches/Auschnittes ist, und minde­ stens auf der dem tragenden Teil zugewandten Fläche des Blechs einen zweiten Abschnitt, in dem sein Außenradius größer als im ersten Abschnitt ist. Noch günstiger in Hand­ habung und Versand ist eine Ausbildung, bei der das Schwin­ gungsdämmelement auf der anderen Fläche des Blechs einen dritten Abschnitt hat, in dem sein Außenradius größer als im ersten Abschnitt ist, denn hierdurch ist es formschlüs­ sig fest mit dem Blech verbunden.

Die Abmessungen der (ausgeformten) Schalldämmelemente erge­ ben sich aus denen der Befestigungsmittel bzw. -bereiche und liegen für häufige praktische Anwendungen (siehe weiter unten) in einem Bereich zwischen 10 und 30 mm, insbesondere bei etwa 20 mm, für den Außendurchmesser und zwischen 3 und 20 mm, insbesondere bei etwa 10 mm, für die Gesamthöhe.

Für die meisten praktischen Anwendungen sind mehrere, ins­ besondere drei oder mehr, Befestigungsbereiche vorgesehen, die jeweils ein Schwingungsdämmelement aufweisen. Die An­ zahl und Anordnung folgt (wie oben bereits angemerkt) für den konkreten Einsatzzweck konstruktiven und nicht - jeden­ falls nicht primär - schwingungstechnischen Gesichtspunk­ ten. Entsprechend an sich bekannten konstruktiven Lösungen wird die Befestigung vielfach im Randbereich des Abschirm­ blechs erfolgen.

Bevorzugte Materialien für das Schwingungsdämmelement sind ein Edelstahl-, Monel- oder Inconel-Drahtgewirk, insbeson­ dere mit einem Drahtdurchmesser im Bereich zwischen 0.05 und 0,5 mm. Für spezielle Zwecke kommen aber auch andere Metalle oder Legierungen und Drahtstärken in Frage.

Ein besonders wichtiges Einsatzfeld für das erfindungsgemä­ ße Abschirmblech ist die Schall- und/oder Wärmedämmung bei Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere die Abschirmung eines Abschnitts einer Abgasanlage - speziell des Abgas­ krümmers - in einem Kraftfahrzeug. Es ist jedoch auch vor­ teilhaft als Hitzeschild und/oder Schalldämmelement an an­ deren schwingungserzeugenden oder -belasteten Maschinen und Anlagen einsetzbar.

Insbesondere für die erstgenannte Anwendung hat das Ab­ schirmblech einen mehrschichtigen Aufbau, welcher zwei Me­ tallbleche und eine mindestens abschnittsweise zwischen den Metallblechen angeordnete, eine Dicke in maximal der Grö­ ßenordnung der Dicke der Metallbleche aufweisende nichtme­ tallische Zwischenschicht umfaßt. Hierdurch wird - in vor­ teilhafter Kombination mit der reibungsdämpfenden Wirkung des elastisch kompressiblen Schwingungsdämpfers an den Hal­ terungspunkten - insgesamt eine sehr hohe Reibungs-Schwin­ gungsdämpfung erzielt. Die Gesamtwirkung wird noch verstärkt durch das Vorsehen mindestens eines die Metall­ bleche verbindenden Umform-Fügebereiches, insbesondere Tox- oder Clinchpunktes, der den Verbund zusätzlich versteift und die Schwingungsübertragung zur Außenseite des Abschirm­ blechs weiter reduziert.

Die Zwischenschicht besteht speziell für Hochtemperaturan­ wendungen aus einem anorganischen oder gemischt orga­ nisch/anorganischen Vliesmaterial - insbesondere glasfaser­ verstärkter Pappe -, Gewebe oder Gewirk.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Abschirmblechs ge­ mäß Anspruch 12 kann im Schritt bzw. den Schritten des formschlüssigen Verbindens des/der Schalldämmelemente(s) mit dem Ausgangs-Blech zugleich eine auf den Einsatzfall und die spezielle Konstruktion abgestimmte Verdichtung des Gewirks oder Vlieses erfolgen. Hierbei wird insbesondere ein Koeffizient der inneren Reibung eingestellt, der (zusammen mit den weniger verdichtungsabhängigen Reibungs­ koeffizienten der äußeren Reibung zwischen Schalldämmele­ ment und Blech, Auflage und Befestigungsmittel) eine opti­ male Schwingungsabsorption gewährleistet.

Insbesondere wird das Schalldämmelement durch einen ein- oder zweischrittigen Formpreßvorgang in die Form einer Muf­ fe gebracht, die die Öffnung im Blech auskleidet und die angrenzenden Oberflächenbereiche bedeckt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusam­ men mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Er­ findung anhand der Fig. näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Wärme- und Schalldämmblech für einen Abgaskrüm­ mer eines Kraftfahrzeugs in perspektivischer Dar­ stellung,

Fig. 2a bis 2d vier Schritte der Herstellung und Anbrin­ gung des Wärme- und Schalldämmblechs nach Fig. 1 in Detail-Querschnittsdarstellungen und

Fig. 3a und 3b eine perspektivische Darstellung ähnlich Fig. 1 sowie eine Detaildarstellung ähnlich Fig. 2c, in denen eine Abwandlung mit einem mehrschich­ tigen Blechaufbau dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt ein Wärme- und Schalldämmblech (Krümmerab­ deckblech) 1 aus Stahl zur Montage auf einem - nicht darge­ stellten - Krümmer eines Kfz-Verbrennungsmotors. Das Krüm­ merabdeckblech 1 weist einen Anschlußstutzen 2 und drei muffenartig geformte Schalldämmelemente 3A, 4A und 5A aus einem Edelstahlgestrick auf, die in zwei Rundlöcher 3 und 4 sowie einen Schlitz 5 des Bleches eingesetzt sind. Über die Schalldämmelemente 3A, 4A und 5A wird das Krümmerabdeck­ blech 1 durch in die Löcher 3 und 4 und den Schlitz 5 ein­ gesetzte Bolzen später auf entsprechende Butzen eines Ab­ gaskrümmers aufgeschraubt; vgl. dazu Fig. 2d. (Anstelle des Schlitzes 5 kann auch eine dritte Bohrung vorgesehen sein).

Fig. 2a zeigt in einer Querschnittsdarstellung den Bereich des Rundloches 3 in einem ersten Schritt der Anbringung des dort vorgesehenen Schalldämmelementes am Ausgangs-Krüm­ merabdeckblech 1/a. Es ist zu sehen, daß ein vorgefer­ tigtes hohlzylindrisches Edelstahl-Gewirkelement 3A/a in das Loch eingesetzt ist. Fig. 2b zeigt, daß dieses Gewirke­ lement 3A/a in einem ersten Umformschritt auf einer (in der Figur der unteren) Fläche des Ausgangs-Bleches 1/a ge­ staucht wurde, so daß es sich auf dieser Fläche über die Umgebung des Loches 3 erstreckt. Fig. 2c zeigt, daß in ei­ nem weiteren Umformschritt eine analoge Stauchung auf der Oberseite des Bleches erfolgt ist, so daß das Schalldämm­ element 3A nunmehr mit einem Mittelbereich 3A.1 und zwei auskragenden Außenbereichen 3A.2 und 3A.3 derart fertig ausgeformt ist, daß es sich aus dem Rundloch 3 auf beide Flächen des fertigen Krümmerabdeckbleches 1 erstreckt und formschlüssig fest mit diesem verbunden ist. Geeignete Um­ formwerkzeuge zur Durchführung des Verfahrens sind dem Fachmann bekannt; die Formgebung des Schalldämmelementes kann im übrigen auch in einem einzigen Umformschritt erfol­ gen.

Fig. 2d zeigt, wie das Blech 1 über das Schalldämmelement 3A schließlich mittels eines Bolzens 6 und einer Unterleg­ scheibe 7 auf einen Butzen 8a eines Abgaskrümmers 8 aufge­ schraubt ist. Es ist zu erkennen, daß im dargestellten Bei­ spiel - nachdem bei der Umformung bereits eine gesteuerte Verdichtung des Metallgewirks erfolgen konnte - bei der Montage durch Wahl eines geeigneten Anzugs-Drehmomentes ei­ ne weitere Verdichtung des Materials erfolgt ist. Je nach Ausgangsmaterial und Anwendungsfall kann auf die zusätzli­ che Verdichtung aber auch verzichtet werden.

Fig. 3a und 3b zeigen als gegenüber Fig. 1 und 2 modifi­ zierte Ausführung ein Krümmerabdeckblech 1', das (wie Fig. 3b zeigt) einen mehrschichtigen Aufbau hat. Es besteht aus zwei Stahlblechen 1.1' und 1.2' und einer dazwischen ange­ ordneten Lage 1.3' aus glasfaserverstärkter Pappe. Die Schichten sind (wie Fig. 3a zeigt) durch Umform-Fügepunkte 1A' bis 1D' formschlüssig miteinander verbunden, um die Haltbarkeit und Steifigkeit und damit die Schalldämmeigen­ schaften des Aufbaus zu verbessern. Die in Fig. 3b mit gleicher Stärke gezeigten Bleche können - je nach Anwen­ dungsfall - auch unterschiedliche Stärken aufweisen und aus anderem Material als Stahl (beispielsweise Aluminium oder einer Al-Legierung) bestehen. Auch die Zwischenschicht kann aus einem anderen gemischt organisch-anorganischen oder auch einem rein anorganischen Material bestehen, so­ lange dieses bei niedrigen Kosten hohe Schalldämmwirkung und (jedenfalls in der Ausführung als Krümmerblech) Hitze­ beständigkeit aufweist.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispie­ le. Vielmehr ist im Schutzbereich der Ansprüche eine Viel­ zahl von Varianten realisierbar, welche von der dargestell­ ten Lösung auch bei anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. So liegt - neben weiter oben genannten Alternativen - eine Ausführung des Schalldämmelementes aus vliesartigem Metalldraht- bzw. -fasermaterial ohne regulären Flächenver­ bund oder einem ähnlichen Vlies aus anorganischen Fasern (etwa Mineral- oder Keramikfasern) ebenso im Bereich der Erfindung wie eine andere Ausbildung der Befestigungsberei­ che - etwa für Niet-, Klemm-, Füge- oder auch stoffschlüs­ sige Verbindungen - und eine daran angepaßte Ausformung des/der Schalldämmelemente(s).

Claims (13)

1. Abschirmblech (1; 1') mit mindestens einem Befesti­ gungsbereich (3, 4, 5), der zur Aufnahme eines Mittels (6) zur Befestigung an einem tragenden Teil (8) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Befestigungsbereich ein diesen im wesentlichen bedeckendes, dreidimensional ausge­ formtes Schwingungsdämmelement (3A, 4A, 5A) aus einem ela­ stisch kompressiblen Vlies oder Gewirk aus Metalldraht oder anorganischen Fasern vorgesehen ist.

2. Abschirmblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Befestigungsbereich eine Bohrung (3, 4), ein Langloch oder einen Ausschnitt (5) zum Eingriff eines Bol­ zens (6) oder einer Schraube als Befestigungsmittel auf­ weist und das Schwingungsdämmelement (3A, 4A, 5A) so ausge­ bildet ist, daß es im montierten Zustand den Bolzen/die Schraube in einem Abschnitt seiner/ihrer Länge buchsenartig umschließt.

3. Abschirmblech nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schwingungsdämmelement (3A) einen ersten Ab­ schnitt (3A.1), in dem sein Außenradius annähernd gleich dem Radius der Bohrung (3) oder dem Krümmungsradius des Langloches/Auschnittes ist, und mindestens auf der dem tra­ genden Teil zugewandten Fläche des Blechs (1) einen zweiten Abschnitt (3A.2) hat, in dem sein Außenradius größer als im ersten Abschnitt ist.

4. Abschirmblech nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schwingungsdämmelement (3A) auf der dem tra­ genden Teil zugewandten Fläche des Blechs einen dritten Ab­ schnitt (3A.3) hat, in dem sein Außenradius größer als im ersten Abschnitt ist.

5. Abschirmblech nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, insbesondere drei oder mehr, Befestigungsbereiche (3, 4, 5) vorgesehen sind, die jeweils ein Schwingungsdämmelement (3A, 4A, 5A) aufwei­ sen.

6. Abschirmblech nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens ein Teil der Befestigungsbereiche nahe seines Außenrandes angeordnet ist.

7. Abschirmblech nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsdämmelement (3A, 4A, 5A) aus einem Edelstahldrahtgewirk, insbesondere mit einem Drahtdurchmesser im Bereich zwischen 0.05 und 0,5 mm, besteht.

8. Abschirmblech nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Schall- und/oder Wärmedämmblech (1; 1') für eine Verbrennungskraft­ maschine, insbesondere zur Abschirmung eines Abschnitts ei­ ner Abgasanlage.

9. Abschirmblech nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch einen mehrschichtigen Aufbau, welcher zwei Metallbleche (1.1', 1.2') und eine mindestens abschnittsweise zwischen den Metallblechen angeordnete, ei­ ne Dicke in maximal der Größenordnung der Dicke der Metall­ bleche aufweisende nichtmetallische Zwischenschicht (1.3') umfaßt.

10. Abschirmblech nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch mindestens einen die Metallbleche verbindenden Umform-Füge­ bereich, insbesondere Tox- oder Clinchpunkt (1A' bis 1D').

11. Abschirmblech nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenschicht ein Vliesmaterial, insbesondere glasfaserverstärkte Pappe (1.3'), oder ein Ge­ webe oder Gewirk aufweist.

12. Verfahren zur Herstellung eines Abschirmblechs nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Bohrung (3), ein Langloch oder einen Ausschnitt ei­ nes Ausgangs-Abschirmblechs (1/a) ein im wesentlichen hohlzylindrisches Ausgangs-Schwingungsdämmelement (3A/a) eingesetzt und dieses anschließend durch mindestens einen Umformvorgang in eine Form (3A) überführt wird, in der es mit dem Abschirmblech formschlüssig fest verbunden ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsdämmelement durch einen ein- oder zwei­ schrittigen Formpreßvorgang in die Form einer Muffe ge­ bracht wird.