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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hitzeschild, das zur Abschirmung heißer Bereiche, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, eingesetzt wird.
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Derartige Hitzeschilde weisen herkömmlicherweise mindestens eine metallische Blechlage auf. Diese Blechlage verringert die Abstrahlung von Hitze aus einer Warmequelle von der heißen, dem heißen Bereich zugewandten Seite der Blechlage und deren Übertragung zur kalten, dem heißen Bereich abgewandten Seite der Blechlage. Weiterhin dient ein derartiges Hitzeschild nicht nur der Dämpfung der Übertragung von Warme von der heißen zur kalten Seite des Hitzeschildes, sondern auch zur Dämpfung der Ubertragung von Schwingungen von einer Seite des Hitzeschildes zur anderen Seite.
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In weiteren Bauformen weisen derartige Hitzeschilde mindestens zwei Blechlagen auf, die beispielsweise an ihrem Umfangsrand zumindest abschnittsweise miteinander verbunden sind. Eine derartige Verbindung kann beispielsweise durch Umbordeln der einen Lage um den Rand der anderen Lage erfolgen. Die beiden Blechlagen bilden dann ein Gehäuse, in das weitere Zwischenlagen, beispielsweise Weichstoffe, Pappen, Faservliese oder auch Glimmerfilets, Graphit oder geblahter Graphit, eingelagert sein können.
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Herkömmlicherweise weisen derartige Hitzeschilde Bohrungen auf, die durch die mindestens eine metallische Blechlage gehen. In diese Bohrungen können bei der Montage Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben, eingeführt werden, so dass das Hitzeschild beispielsweise an einem Verbrennungsmotor befestigt werden kann. Nachteilig hieran ist, dass bei der Montage des Hitzeschildes an dem Verbrennungsmotor, beispielsweise am Abgaskrümmer oder am Motorblock, der Werker das Hitzeschild positionieren und zugleich aus einem Vorratsbehälter das Befestigungsmittel, beispielsweise eine Schraube, entnehmen und passgerecht einsetzen und verschrauben muss. Dies erfordert zusätzliche Arbeitsschritte bei der Montage des Hitzeschildes. Außerdem ist es erforderlich, in der Endmontage des Hitzeschildes nicht nur die Hitzeschilde vorzuhalten, sondern auch die geeigneten Befestigungsmittel zu bevorraten und am Montageort bereitzustellen. Eine derart aufwandige Lagerhaltung und Disposition beinhaltet jedoch zusätzlich auch das Risiko, dass bei der Montage ein falsches Befestigungsmittel verwendet wird.
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Im Stand der Technik ist es daher bekannt, Hitzeschilde so auszuführen, dass das entsprechende Befestigungsmittel bereits fest mit dem Hitzeschild verbunden, beispielsweise verschweißt oder verlotet ist. Beispielsweise kann an dem Hitzeschild ein Gewindestab angeordnet sein, der bei der Befestigung des Hitzeschildes an einem Bauteil durch eine Öffnung dieses Bauteils geführt und von der Rückseite des Bauteils mit einer Mutter verschraubt wird. Auch hier ist die Lagerhaltung und Disposition der Mutter erforderlich. Als weiterer Nachteil ergibt sich, dass ein derartiger Gewindestab aus dem Hitzeschild hervorsteht und es daher bei nicht passgenauem Einsetzen des Hitzeschildes an seine endgultige Position zu Problemen bei der exakten Positionierung des Hitzeschildes kommt.
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1 zeigt ein Hitzeschild, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Hier wie im Folgenden werden mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen gleiche oder ahnliche Bauelemente bezeichnet.
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1 zeigt ein Hitzeschild 1, das eine einzelne Blechlage 2 aufweist. Diese Blechlage 2 weist eine Durchgangsöffnung 5 auf, durch die eine Schraube 6 geführt werden kann. Die Schraube 6 weist einen Kopf 7 und einen Schaft 8 mit einem Gewinde 9 auf.
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Das Hitzeschild 1 ist auf einem Abgaskrummer 20, der zu einem Verbrennungsmotor 22 gehört, zu befestigen. Der Abgaskrummer 20 weist einen Vorsprung auf, in den eine Gewindebohrung 21 eingebracht ist. Zur Montage des Hitzeschildes 1 wird nun durch die Schraubenöffnung 5 eine Schraube 6 geführt. Diese Schraube liegt in Richtung des Abgaskrümmers 20 über ihren Kopf 7 formschlüssig an dem Hitzeschild 1 an. Das Hitzeschild 1 wird nun zusammen mit der Schraube 6 in Richtung des Abgaskrümmers 20 gefuhrt, so dass die Schraube 6 in die Gewindebohrung 21 eingedreht werden kann. Bei diesem Montageprozess stört die uberstehende Schraube 6 bei der exakten Positionierung des Hitzeschildes, so dass es zu Montagefehlern und verlängerten Montagezeiten kommen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Hitzeschild zur Verfügung zu stellen, das auf einfache Weise und sicher montiert werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe, ein Hitzeschild zur Verfügung zu stellen, mit dem die Lagerhaltung und Disposition sowie der Montageprozess verbessert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch das Hitzeschild nach Schutzanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hitzeschildes werden in den abhangigen Schutzansprüchen gegeben.
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Das erfindungsgemäße Hitzeschild weist ebenso wie die Hitzeschilder nach dem Stand der Technik eine Durchgangsöffnung auf. Erfindungsgemäß ist jedoch in dieser Durchgangsöffnung ein Befestigungsmittel in verliersicherer Weise angeordnet. Dabei ist das Befestigungsmittel bezüglich mindestens eines Freiheitsgrades beweglich.
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Durch diese Anordnung bringt das Hitzeschild bei der Montage bereits das zugehörige Befestigungsmittel mit, wobei das Befestigungsmittel dann jedoch zur Befestigung des Hitzeschildes an dem zugeordneten Bauteil, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, bewegt, z. B. gedreht werden kann, ohne dass das Risiko besteht, das Befestigungsmittel wieder zu verlieren.
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Als Befestigungsmittel werden vorzugsweise Schrauben oder Muttern eingesetzt. Im Falle einer Schraube oder Mutter als Befestigungsmittel sind diese in der Durchgangsöffnung zumindest drehbar gelagert. Vorteilhaft ist es, wenn die Schraube oder Mutter zusätzlich in Durchgangsrichtung der Durchgangsoffnung beweglich ist. Im Falle beispielsweise einer Schraube kann der Werker bei der Montage das erfindungsgemaße Hitzeschild an dem Bauelement ansetzen, wobei die Schraube nicht vorn übersteht und auch nicht hinten herausfallen kann, und anschließend unmittelbar die Schraube in eine entsprechende Gewindebohrung im Bauelement eindrehen.
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Eine Schraube kann erfindungsgemäß in der Durchgangsöffnung dadurch beweglich, jedoch verliersicher angeordnet sein, dass die Schraube einen Schaft aufweist, der an einer Stelle einen geringeren Durchmesser aufweist als der benachbarte Schraubenkopf und das benachbarte Schraubengewinde. Ist dieser verjüngte Bereich in eine entsprechend enge Durchgangsoffnung des Hitzeschildes eingesetzt, so kann die Schraube nicht aus der Durchgangsöffnung gelost werden.
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Zusätzlich ist es moglich, in die Durchgangsoffnung eine Hülse einzusetzen, die ihrerseits verliersicher in der Durchgangsöffnung befestigt ist. Hierzu stehen die Enden der Hülse bevorzugt beidseitig radial über die Durchgangsöffnung über. Dies kann beispielsweise durch Umbördeln bzw. Umfalzen der Hülsenränder erfolgen. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Schraube dabei vor Befestigung der Hülse durch diese durchgeschoben und damit in diese eingesetzt. Auch ein Presssitz der Hülse ist moglich.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist die Schraube als abgesetzter Gewindebolzen ausgefuhrt, d. h. als Gewindebolzen mit zwei Bereichen unterschiedlichen Gewindedurchmessers und wird erst nach Durchfuhren des Gewindebolzens durch das Hitzeschild mit einem Schraubenkopf versehen, beispielsweise verschraubt.
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Eine Mutter kann erfindungsgemaß in der Durchgangsöffnung dadurch beweglich, jedoch verliersicher angeordnet sein, dass sie als schaftformiges Bauteil mit Innengewinde ausgeführt ist und die Enden des Schafts im eingebauten Zustand radial über die Durchgangsoffnung überstehen, beispielsweise umgefaltet oder umgebördelt sind. Hierbei ist es jedoch notwendig, dass ausreichender Spielraum zwischen den überstehenden Enden des Schafts und dem Hitzeschild verbleibt, um die Drehbewegung zuzulassen. Im Falle einer Mutter als Befestigungsmittel wird beispielsweise das Hitzeschild auf einen am Bauelement befestigten Gewindestab aufgesetzt und die Mutter auf den Gewindestab aufgedreht.
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Vorteilhafterweise ist das Befestigungsmittel, beispielsweise die Schraube in Richtung ihres Schraubenkopfes, vorgespannt, beispielsweise auf einer Feder gelagert. Dadurch wird die Schraube innerhalb der Durchgangsoffnung zurückgedrückt, so dass bei geeigneter Wahl der Länge des Schraubenschaftes der Schraubenschaft auf der dem Bauteil zugewandten Seite des Hitzeschildes nicht über die Durchgangsöffnung vorsteht. Dadurch wird vermieden, dass bei der Montage die Schraube auf der Bauteilseite übersteht und die exakte Positionierung des Hitzeschildes behindern kann. Anschließend kann dann die Schraube gegen die Vorspannung in eine dazugehörige Gewindebohrung am Bauteil eingedreht werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei ebener oder nach unten gerichteter Montage, wenn ohne solche Federn die Schwerkraft die Schraube in Richtung des Bauteils bewegen würde.
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Eine derartige Feder gibt eine weitere Möglichkeit, um die Schraube drehbar, jedoch verliersicher in der Durchgangsbohrung zu befestigen. Dazu kann die Feder form- oder stoffschlüssig sowohl mit dem Schraubenkopf als auch mit der Durchgangsbohrung oder mit einer in die Durchgangsbohrung eingesetzten Hulse verbunden werden. Die Schraube drückt dann den Schraubenkopf und damit die gesamte Schraube von der Blechlage des Hitzeschildes weg, verhindert jedoch, dass die Schraube aus der Durchgangsbohrung fällt.
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Bei einem zweilagigen oder mehrlagigen Hitzeschild ist es vorteilhaft, wenn die Durchgangsoffnung in einem Bereich angeordnet ist, in dem zwischen den zwei Blechlagen des Gehäuses keine weitere Zwischenlage angeordnet ist. Dadurch lasst sich ein guter Kraftschluss zwischen dem Befestigungsmittel und dem Bauteil, an dem das Hitzeschild befestigt wird, herstellen.
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Vorteilhafterweise ist weiterhin zwischen dem Hitzeschild und dem Befestigungsmittel, zwischen dem Hitzeschild und einer Hülse oder auch zwischen dem Befestigungsmittel und einer Hülse ein- oder beidseitig ein Entkopplungselement angeordnet. Als Entkopplungselemente konnen hier Tellerfedern (eine oder mehrere benachbart angeordnet), Drahtkissen oder auch elastomere Elemente verwendet werden. Weitere Entkopplungselemente zur zumindest teilweisen Entkopplung oder Dampfung der Übertragung von Schwingungen oder von Wärme zwischen den dem Entkopplungselement benachbarten Elementen sind ebenfalls moglich.
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Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemaßer Hitzeschilde gegeben. Dabei stellen auch einzelne für ein jeweiliges Beispiel beschriebene Elemente jeweils auch einzeln Elemente der vorliegenden Erfindung dar und sind nicht lediglich im Gesamtzusammenhang der folgenden beispielhaften Darstellung zu betrachten.
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Es zeigt
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1 die Montage eines Hitzeschildes nach dem Stand der Technik;
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2 die Befestigung einer Schraube in einem Hitzeschild nach der vorliegenden Erfindung;
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3 einen Ausschnitt aus einem Hitzeschild nach der vorliegenden Erfindung;
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4 bis 7 Ausschnitte aus Hitzeschilden nach der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Hitzeschild mit einer einzelnen Blechlage 2. Dieses Hitzeschild ist zur Befestigung an einem heißen Bauteil vorgesehen. In der Blechlage 2 ist ein Schrauben-Durchgangsloch 5 vorgesehen, in das eine Hulse 10 eingesetzt ist. Die Hülse 10 ist zu beiden Seiten der Blechlage 2 derart umgebördelt, dass sie bauteilseitig einen Bund 11 und schraubenkopfseitig einen Bund 12 ausbildet. Vorteilhafterweise wird der Bund 11 erst geformt, nachdem die Schraube 6 bereits eingeführt wurde. Damit ist die Hulse verliersicher in der Durchgangsöffnung 5 der Blechlage 2 angeordnet. In diese Hülse 10 ist eine Schraube 6 eingesetzt. Die Schraube 6 weist einen geschlitzten Schraubenkopf 7 und einen Schaft 8 auf. Am freien Ende des Schaftes 8 ist ein Gewinde 9 angeordnet.
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Die Darstellung der 2 zeigt sowohl die Blechlage 2 als auch die Hülse 10 und die Schraube 6 in einer Schnittansicht, wobei jedoch der Schaft 8 in Aufsicht und nicht in geschnittener Ansicht dargestellt ist. Dies dient der besseren Darstellung des Gewindes 9. In 2 ist die Schraube also in Richtung der Blechlage 2 gedrückt dargestellt, sie fällt bei Überkopf-Montage automatisch so weit in Richtung des Schraubenkopfes 7 zuruck, dass sie beim Positionieren mit ihrem Schaft 8 nicht störend über die Blechlage 2 ubersteht.
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Die Schraube 6 ist in der Hülse 10 und damit in der Blechlage 2 in verliersicherer Weise befestigt, da der Schaft 8 der Schraube 6 zwischen dem Schraubenkopf 7 und dem Gewinde 9 einen verjüngten Bereich aufweist. In diesem Bereich umgreift die Hülse 10 den Schaft 8 mit einer lichten Weite, die geringer ist als der Durchmesser des Schraubenkopfes 7 und der Durchmesser des Gewindes 9. Im weiter vom Schraubenkopf 7 entfernten Bereich, nämlich im Bereich des Gewindes 9, ist der Durchmesser also wieder größer als der der Hülse 10. Damit ist die Schraube 6 in verliersicherer Weise angeordnet, jedoch sowohl in Durchgangsrichtung der Öffnung 5 beweglich als auch drehbar.
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3 zeigt ein Hitzeschild 1 im Ausschnitt. Dieses Hitzeschild 1 weist mindestens eine Blechlage 2 auf, die eine Durchgangsöffnung 5 besitzt. In diese Durchgangsöffnung 5 ist eine Hulse 10 eingebracht, in der wiederum eine Schraube 6 in verliersicherer Weise, jedoch drehbar und in Längsrichtung beweglich, angeordnet ist. Die Ausgestaltung der Durchgangsöffnung 5, der Hülse 10 und der Schraube 6 erfolgt wie in 2 dargestellt.
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In 4 ist dieselbe Anordnung wie in 2 dargestellt, wobei hier jedoch lediglich die Blechlage 2 geschnitten und die Hülse 10 sowie die Schraube 7 und die Feder 13 in Aufsicht dargestellt sind. In 4 ist die Schraube 6 in vorgespanntem Zustand gezeigt. Hier ist zu erkennen, dass im unbelasteten vorgespannten Zustand die Schraube 6 nicht über den Bund 11 übersteht. Damit weist die dem aufnehmenden Bauteil zugewandte Seite der Blechlage 2 keine wesentlichen Vorsprünge auf. Eine Montage des Hitzeschildes 1 an dem Bauteil wird daher nicht wesentlich durch Vorsprünge behindert oder gestort.
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5 zeigt dieselbe Vorrichtung wie in 4 dargestellt. In 5 ist jedoch die Schraube 6 bereits in Richtung des Bauteils, an dem das Hitzeschild 1 befestigt wird, gegen die Vorspannung der Feder 13 gedrückt. Dementsprechend ragt das Gewinde 9 der Schraube 6 über den Bund 11 der Hülse 10 hinaus. Die in 5 dargestellte Position der Schraube 6 wird hergestellt, wenn das Hitzeschild 1 bereits korrekt auf dem Bauteil, beispielsweise dem Verbrennungsmotor, positioniert ist und anschließend an diesem Bauteil verschraubt werden soll. Dazu wird die Schraube 6 dann in Richtung der Durchgangsöffnung gegen die Vorspannung der Schraube 13 gedrückt und in einer komplementaren Gewindebohrung drehend verschraubt.
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6 zeigt eine ähnliche Anordnung wie in 5. Allerdings ist das Hitzeschild 1 hier mit zwei metallischen Blechlagen 2 und 3, die sich parallel zueinander erstrecken, ausgestaltet. Auch in diesem zweilagigen Hitzeschild 1 ist eine Durchgangsbohrung 5 für eine Hülse 10 und eine Schraube 6 vorgesehen. Allerdings ist die Hülse 10 nunmehr so lang, dass zwischen dem Bund 12 und der freien Oberflache der Blechlage 2 sowie zwischen der freien Oberflache der Blechlage 3 und dem Bund 11 der Hulse 10 ausreichend Raum verbleibt, um Entkopplungselemente 14 und 15 anzuordnen. Im vorliegenden Beispiel sind als Entkopplungselemente 14 und 15 Drahtkissen vorgesehen. Diese dienen sowohl der Schwingungsentkopplung zwischen der dem Bauteil zugewandten Seite und der dem Bauteil abgewandten Seite des Hitzeschildes 1 sowie der Entkopplung zwischen dem Befestigungsmittel (Hülse 10 und Schraube 6) und dem Hitzeschild 1. Die Schraube 6 ist fest mit dem Bauteil, beispielsweise einem Motorblock, verbunden und würde ohne eine derartige Entkopplung uber die Befestigungsmittel sowohl Schwingungen als auch Warme unmittelbar auch auf das Hitzeschild und auf die dem Bauteil abgewandte Seite der Blechlage 2 des Hitzeschildes 1 übertragen.
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Die Schraube 6 ist in 6 im voll montierten Zustand dargestellt, ohne dass die 6 auch die zum Gewinde 9 komplementäre Gewindebohrung am Bauteil selbst zeigen würde.
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7 stellt einen Ausschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Hitzeschilds 1 dar, wobei zwischen den beiden metallischen Blechlagen 2, 3 eine Fullung 4 zur thermischen Entkopplung und Schwingungsentkopplung, beispielsweise eine temperaturstabile Faserpappe als weitere Lage, angeordnet ist. Ebenso wie in den zuvor beschriebenen Hitzeschilden ist auch in diesem dreilagigen Hitzeschild 1 eine Durchgangsbohrung 5 für eine Schraube 6 vorgesehen, die allerdings ohne Hülse 10 auskommt. Die Verliersicherung der Schraube 6 beruht hier auf einer Feder 13, die sowohl am Schraubenkopf 7 als auch an mindestens einer Lage des Hitzeschilds 1 befestigt ist. Im vorliegenden Beispiel ist die Feder 13 mittels Schweißverbindung, also stoffschlüssig, am Schraubenkopf 7 befestigt, während die Verbindung an der vom Schraubenkopf entfernten Lage 3 des Hitzeschilds 1 über eine Steckverbindung 16, also formschlüssig gewährleistet ist. Die Feder 13 bewirkt bei entsprechender Auslegung gleichzeitig die Vorspannung der Schraube 6.
