DE202011109219U1

DE202011109219U1 - Hitzeschild

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Publication number: DE202011109219U1
Application number: DE202011109219U
Authority: DE
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2021-12-17

Abstract

Hitzeschild (1) zum Abschirmen eines Gegenstandes (7) gegen Hitze und/oder Schall mit wenigstens einer metallischen Lage (14, 15) und mindestens zwei Durchgangsöffnungen (4, 4') für Befestigungsmittel, wobei in mindestens einer Durchgangsöffnung (4) genau eine aus massivem Metall gebildete Hülse (5) angeordnet ist, deren erstes Ende einen Bund (25) aufweist, der auf einer ersten Oberfläche (12) des Hitzeschildes (1) anliegt, wobei auf der zweiten Oberfläche (13) des Hitzeschilds im Bereich der mindestens einen Durchgangsöffnung (4) ein aus einem flexiblen Material gebildeter Ring (8) angeordnet ist, der die Hülse (5) umlaufend und zumindest über einen achsialen Abschnitt der Hülse (5) umgibt, wobei die Hülse (5) eine nach außen ragende Auskragung (35) aufweist, deren Aussendurchmesser (DA35) größer als der geringste Innendurchmesser (DI48) des Rings (8) ist und wobei die mindestens eine vom Ring (8) umgebene Hülse (5) in der Durchgangsöffnung (4) des Hitzeschildes (1) im nicht-verbauten Zustand des Hitzeschilds radial beweglich gelagert...

Description

Die Erfindung betrifft ein Hitzeschild zum Abschirmen eines Gegenstandes gegen Hitze und/oder Schall mit mindestens einer Lage. Hitzeschilde dienen zum Beispiel in Motorräumen von Kraftfahrzeugen, insbesondere im Bereich des Abgasstrangs, dem Schutz nahe bei heißen Bauteilen gelegener temperaturempfindlicher Bauteile und Aggregate gegenüber unzulässiger Erhitzung. Meist verbessern die Hitzeschilde dabei auch den Schallschutz.
Üblicherweise sind derartige Hitzeschilde dreidimensional verformte Strukturbauteile, die an mindestens einem, bevorzugt jedoch an mindestens zwei Punkten, üblicherweise an mindestens einem der wärmeführenden Bauteile befestigt sind. Die dreidimensionale Form ergibt sich dabei üblicherweise aus der Form der wärmeführenden Bauteile und deren Abstand zu benachbarten Bauteilen. Das Hitzeschild besteht dabei in seiner Grundform aus einer oder mehreren flachen Lagen, die sich in zwei Dimensionen deutlich weiter erstrecken als in der dritten, diese Grundform wird zur Herstellung des dreidimensionalen Hitzeschilds dreidimensional verformt. Meist ist es bevorzugt, wenn sowohl zwischen dem mindestens einen abzuschirmenden Bauteil und dem Hitzeschild als auch zwischen dem mindestens einen wärmeführenden Bauteil und dem Hitzeschild über einen großen Flächenbereich ein Luftpolster verbleibt, damit Wärmeübertragung durch direkten Kontakt auf ein Minimum reduziert werden kann. Alternativ kann es auch vorteilhaft sein, wenn das Hitzeschild der Form des wärmeemittierenden Bauteils folgt und lediglich eine Isolationsschicht, oftmals temperaturstabiles Vlies, beispielsweise Glasfaser- oder Mineralfaservlies zwischen der mindestens einen Lage des Hitzeschilds und dem Bauteil vorgesehen ist, wobei sowohl zwischen Bauteil und Vlies einerseits und zwischen Vlies und Hitzeschild-Lage andererseits zumindest abschnittsweise flächiger Kontakt besteht.
Im Betrieb kommt es bei den wärmeführenden Bauteilen zu Ausdehnungen, die bei entsprechender Anordnung der Anbindepunkte des Hitzeschilds auch zu einer Vergrößerung von deren Abstand zueinander führen. Durch den geringeren Wärmeeintrag in das Hitzeschild selbst dehnt sich das Hitzeschild nicht im selben Maße aus und es kommt, begünstigt auch durch die im Fahrzeug herrschenden Vibrationen, zu Rissen im Hitzeschild, meist im Randbereich der Anbindepunkte.
Im Stand der Technik wurde versucht, dem Hitzeschild selbst Dehnfähigkeit zu verleihen, indem geradlinig oder gekrümmt verlaufende, die Verbindungslinien zwischen den Anbindepunkten des Hitzeschildes schneidende sickenförmige Profilierungen in das Hitzeschild eingeformt wurden. Dies hat aber zur Folge, dass die Steifigkeit des Hitzeschilds quer zur Sicke stark reduziert wird. Die Eigenfrequenz des Hitzeschildes reduziert sich und die Schwingungsamplitude erhöht sich, was wiederum bewirkt, dass zwar die Spannungen im Bauteil aufgrund der Dehnung geringer werden, die Spannungen aufgrund der Schwingung werden jedoch höher, so dass die Rissanfälligkeit des Hitzeschilds effektiv nicht reduziert wird.
Im Stand der Technik wurde versucht, durch Verwendung mindestens eines Langlochs im Hitzeschild als Anbindepunkt diesen von der wärmebedingten Ausdehnung des wärmeführenden Bauteils, an dem er befestigt ist, zu entkoppeln, so dass das Verbindungselement bei Ausdehnung des wärmeführenden Bauteils im Langloch wandern kann und so Risse des Hitzeschildes vermieden werden. Dies hat allerdings den Nachteil, dass das Hitzeschild entweder nicht mit dem angesichts der Vibration des Verbrennungsmotors notwendigen Moment angezogen werden kann, so dass sich das Hitzeschild nach und nach lösen kann oder aber die Umgebung der Durchgangsöffnung auf Dauer abgescheuert oder verschlissen wird und es so zu Rissen und/oder Brüchen im Hitzeschild kommen kann.
Im Stand der Technik sind weiterhin Entkopplungselemente bekannt, die die Übertragung von Schwingungen und/oder Wärme von einem Bauteil über das Befestigungsmittel in das Hitzeschild vermindern, beispielsweise in der DE 100 21 575 A1 . Diese sind jedoch sehr aufwändig in ihrer Herstellung und Montage. Zudem führen die vielen zusammenzufügenden Teile auch zu hohen Kosten.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Hitzeschild anzugeben, das im verbauten Zustand eine gute thermische und Schwingungs-Entkopplung aufweist, das der wärmebedingten Ausdehnung des wärmeführenden benachbarten Bauteils folgen kann und dabei seine Steifigkeit im Wesentlichen behält. Die Herstellkosten und der Aufwand bei der Herstellung und Montage dürfen sich dabei gegenüber den Hitzeschilden des Stands der Technik nicht wesentlich erhöhen.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit dem Hitzeschild gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft also ein Hitzeschild zum Abschirmen eines Gegenstandes gegen Hitze und/oder Schall, wobei das Hitzeschild wenigstens eine metallische Lage aufweist sowie mindestens zwei Durchgangsöffnungen für Befestigungsmittel. in mindestens einer dieser Durchgangsöffnungen ist genau eine aus massivem Metall gebildete Hülse angeordnet. Das erste Ende der Hülse weist einen Bund auf, der auf einer ersten Oberfläche des Hitzeschildes anliegt, nämlich auf der Oberfläche, von der die Hülse in die Durchgangsöffnung eingeführt wurde. Auf der zweiten Oberfläche des Hitzeschilds ist im Bereich mindestens einer der zwei Durchgangsöffnungen ein aus einem flexiblen Material gebildeter Ring angeordnet. Dieser Ring umgibt die Hülse umlaufend und zumindest über einen Höhenabschnitt der Hülse. Die Hülse weist eine nach außen ragende Auskragung auf, deren Aussendurchmesser größer als der geringste Innendurchmesser des Rings ist. Durch die Flexibilität des Ring-Materials lässt sich der Ring dennoch problemlos über die Auskragung der Hülse stülpen. Bei der Auswahl des Ring-Materials ist jedoch darauf zu achten, dass das Material nicht so nachgiebig ist, als dass er sich selbsttätig von der Hülse lösen könnte. Die Größe der Auskragung sollte auf das Ring-Material abgestimmt werden. Auf diese Weise hält, wenn keine externen Kräfte einwirken, die Auskragung der Hülse den Ring auch im noch nicht installierten Zustand des Hitzeschilds fest. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Hülse und der Ring nicht erst beim Verbau des Hitzeschilds montiert werden, sondern das Hitzeschild mit montierter Hülse und montiertem Ring an die Verbaustelle angeliefert werden soll.
Erfindungsgemäß ist die mindestens eine vom Ring umgebene Hülse nach Zusammensetzen von Hitzeschild, Hülse und Ring, aber vor Befestigung des Hitzeschilds am betreffenden Bauteil, in der Durchgangsöffnung des Hitzeschildes radial zumindest in eine Richtung beweglich gelagert. Hierdurch wird die Montage des Hitzeschilds vereinfacht, da das Befestigungsmittel mit der Hülse in der Durchgangsöffnung verschoben werden kann. Das Hitzeschild kann somit spannungsfrei verbaut werden, wodurch seine Langzeitstabilität deutlich verbessert wird.
Weiter sorgen die Kombination aus elastisch-vorgespannter Verbauung und Montage im Langloch dafür, dass bei großen Krafteinwirkungen aufgrund von temperaturbedingten Teileausdehnungen das Hitzeschild sich gegenüber seinem Anbindepunkt kontrolliert und begrenzt bewegen kann und dadurch spannungsbedingte Schäden vermieden werden. Gleichzeitig erlaubt die Montage mit massiver Hülse und elastischem Ring, dass das Hitzeschild mit dem notwendigen Drehmoment befestigt werden kann, so dass es sich auch bei Einwirkung von Vibrationen nicht von selbst lösen kann.
Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die vom Ring umgebene Hülse zumindest in dem durch die Durchgangsöffnung des Hitzeschilds ragenden Abschnitt einen Aussendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Aussendurchmesser der Hülse um mindestens 5%, bevorzugt um mindestens 10%, kleiner ist als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung des Hitzeschilds. Andererseits ist es natürlich notwendig, dass die Hülse an ihrem anderen Ende mit ihrem Bund soweit radial übersteht, dass der Bund eine ausreichende Auflage findet.
Eine andere vorteihafte Möglichkeit, die verschiebliche Lagerung der Hülse in der Durchgangsöffnung des Hitzeschilds zu realisieren, ergibt sich, wenn die betreffende Durchgangsöffnung eine Form aufweist, die von der Kreisform abweicht, während die Hülse zumindest in ihrem durch die Durchgangsöffnung ragenden Bereich im Wesentlichen kreisrund ist. In vorteilhaften Ausführungsformen ist die nicht-kreisrunde Durchgangsöffnung oval, langlochförmig oder elliptisch. Entscheidend ist, dass der Aussendurchmesser der Hülse im Bereich der nicht-kreisrunden Durchgangsöffnung geringer ist als die Erstreckung der Durchgangsöffnung in entsprechender Richtung.
Weitere Form-Kombinationen sind prinzipiell vorstellbar, etwa mit hexagonalen Hülsen, im Wesentlichen kreisrunde Hülsen lassen sich aber mit weniger Aufwand fertigen.
Unabhängig von der Wahl der Querschnittsform von Durchgangsöffnung und Hülse ist es bevorzugt, wenn der Ring nach Zusammensetzen von Hitzeschild, Hülse und Ring, aber vor Befestigung des Hitzeschilds am betreffenden Bauteil, achsial über das freie Ende der Hülse übersteht. Dies ermöglicht es zusammen mit der Flexibilität des Ring-Materials, dass beim Befestigen des Hitzeschilds am Bauteil die vom Hitzeschild wegweisende Oberfläche dabei in Richtung des Hitzeschildes gedrückt wird. Dadurch wird der Ring verpresst und erhält eine Vorspannung. Die Verpressung erfolgt aber nicht komplett, vielmehr verbleibt das Material des Rings in seinem elastischen Bereich. Hierdurch ist es möglich, dass im montierten Zustand des Hitzeschilds das Befestigungsensemble aus Ring, Hülse und Befestigungsmittel sich zusammen innerhalb des Langlochs begrenzt verschieben können, um den Ausdehnungen des Bauteils, an dem das Hitzeschild befestigt ist, zu folgen. Die Verpressung beträgt bei den für Hitzeschilde für Verbrennungsmotoren üblichen Dimensionen vorteilhafterweise 0,5 bis 3 mm, besonders bevorzugterweise 1 bis 2 mm.
Der Ring wird besonders gut festgehalten, wenn sich die Auskragung am freien Ende der Hülse befindet. Die Auskragung kann sich über den gesamten Umfang der Hülse, also über 360° erstrecken. Sie kann jedoch auch nur in einem oder mehreren Kreissegmenten vorstehen. Ebenso ist es möglich, dass sie nur aus einem oder mehreren in ihrer Umfangserstreckung auf ein Minimum begrenzten lokalen Vorsprüngen besteht. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Hülse Auskragungen an mehreren Stellen ihres axialen Verlaufes aufweist, dies ist jedoch herstellungstechnisch nicht bevorzugt. Der Ring kann auch aus mehreren übereinander gestapelten Ringen besteht, wobei die Teilung zwischen den Ringen im Zustand, in dem Hülse und Ring auf dem Hitzeschild befestigt sind, im Bereich zwischen dem dem Hitzeschild zugewandtem Ende der Auskragung und dem Hitzeschild liegen muss.
Die Gestaltung von Hülse und Ring mit Hülsen-Bund, Hülsen-Auskragung und abschnittsweise vergrößertem Innendurchmesser des Rings stellt einerseits ein besonders einfach herzustellendes und zu montierendes Entkopplungssystem für das Hitzeschild dar. Andererseits erlaubt die elastische Vorspannung des Rings im installierten Zustand des Hitzeschilds zusammen mit der vergrößerten Gestaltung der Durchgangsöffnung für das Befestigungsmittel eine flexible Befestigung des Hitzeschilds mit ausreichend hohem Schraubenanzug, die dennoch eine Anpassung des Abstands des betreffenden Befestigungspunktes zu anderen Befestigungspunkten erlaubt.
Um die vorteilhaften flexiblen Eigenschaften zu erreichen, ist es bevorzugt, dass der Ring aus einem Drahtgestrick, Drahtgeflecht oder Elastomer besteht oder Drahtgestrick, Drahtgeflecht oder Elastomer enthält. Dadurch lässt sich die vorgenannte Vorspannung besonders einfach erzielen.
Die erfindungsgemäßen Hitzeschilde weisen in einer Ausführungsform lediglich eine metallische Lage auf. Hierzu wird üblicherweise ein Stahlblech oder ein Aluminiumblech verwendet, das mittels geeigneter Beschichtungen beispielsweise in seinem Reflexionsverhalten an die individuellen Anforderungen angepasst werden kann. So werden Stahlbleche häufig mit Aluminium(-legierungen) beschichtet. Oft sind die einlagigen Hitzeschilde durch die Dicke ihrer Lage hindurch oder auch nur an mindestens einer ihrer Oberflächen mikrostrukturiert, beispielsweise in Form von Noppen oder lokal begrenzten Rippen. Dieselben Materialien lassen sich für die Metalllagen von mehrlagigen, meist zweilagigen Hitzeschilden einsetzen. Hierbei lassen sich beispielsweise mittels umlaufender Lagenverbindung, etwa durch Schweißen oder Umbördeln, auch isolierende Luftpolster zwischen den Metalllagen realisieren.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen umfassen beispielsweise Hitzeschilde mit mindestens zwei Lagen, bei denen mindestens eine Lage aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff mit oder ohne Metallbeschichtung/-kaschierung oder aus imprägniertem und/oder modifiziertem Glasfasergewebe besteht. Ebenso können Ausführungsformen vorteilhaft sein, bei denen das Hitzeschild mindestens eine faser-basierte Lage oder eine Lage aus verdichteten mineralischen Partikeln aufweist. Bei letzteren wird die partikelbasierte Lage vorteilhafterweise zwischen zwei Metallblechlagen eingebracht.
Um die oben beschriebene Vorspannung des Ringes bzw. Hitzeschildes im installierten Zustand nicht zu mindern bzw. keine unerwünschte Nachgiebigkeit im Bereich unmittelbar um die Durchgangsöffnung für Befestigungsmittel vorzusehen, ist es vorteilhaft, wenn das Hitzeschild so gestaltet ist, dass es im Bereich derjenigen Durchgangsöffnungen für Befestigungsmittel, die mit einem flexiblen Ring versehen werden, nur aus metallischen Lagen besteht, keine hohlen Profilierungen aufweist und somit nicht verpresst werden kann.
Die Hülse ist bevorzugterweise aus Stahl gebildet, insbesondere aus einem tiefziehfähigen und/oder kaltpressfähigen Stahl tiefgezogen oder kaltgepresst. In anderen vorteilhaften Ausführungsformen ist die Hülse aus Stahl gedreht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Diese Zeichnungen dienen ausschließlich der Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, ohne dass die Erfindung auf diese beschränkt wäre. Dabei stellen auch einzelne für ein jeweiliges Beispiel beschriebene Elemente immer auch einzelne Elemente der vorliegenden Erfindung dar und sind nicht nur im Gesamtzusammenhang der folgenden beispielhaften Darstellung zu betrachten.
Gleiche Elemente sind in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die im Hinblick auf eine bessere Übersichtlichkeit der Darstellungen nicht notwendigerweise in jeder Figur, in der das Element vorhanden ist, explizit aufgeführt werden.
Die Figuren zeigen schematisch:
1 in drei Teilbildern jeweils eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hitzeschild nach Zusammensetzen von Hitzeschild, Hülse und Ring, aber vor Befestigung des Hitzeschilds am betreffenden Bauteil;
2 eine Schnittdarstellung einer Befestigungsöffnung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hitzeschilds;
3 in drei Teilbildern Schnittdarstellungen von Hitzeschilden im Bereich einer Durchgangsöffnung;
4 eine Schnittdarstellung einer Befestigungsöffnung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hitzeschilds sowie eine vergrößerte Detailansicht von zugehöriger Hülse und zugehörigem Ring;
5 in zwei Teilbildern jeweils eine Schnittdarstellung einer Befestigungsöffnung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hitzeschilds, im unverbauten und im verbauten Zustand;
6 eine Schnittansicht durch zwei voneinander beabstandete Befestigungsöffnungen eines erfindungsgemäßen Hitzeschilds im verbauten Zustand; und
7 in drei Teilbildern Draufsichten auf die Unterseite von Ausführungsbeispielen eines unverbauten erfindungsgemäßen Hitzeschildes im Bereich einer Befestigungsöffnung.
1 zeigt in drei Teilbildern dimensional verformte erfindungsgemäße Hitzeschilde 1 mit zwei Oberflächen 12, 13, durch die vier Durchgangsöffnungen 4a, 4b', 4c', 4d' für Befestigungsmittel hindurchreichen. In allen drei Ausführungsformen sind die Durchgangsöffnungen 4a, 4b', 4c' als Langlöcher ausgeführt, während Durchgangsöffnung 4d' im Wesentlichen kreisrund gestaltet ist. Diese Gestaltung zumindest eines Teils der Durchgangsöffnungen als Langlöcher erleichtert die Positionierung des Hitzeschilds. Da die unmittelbare Umgebung der Durchgangsöffnung 4a in allen drei Ausführungsbeispielen vom Bund einer Hülse 5a bedeckt ist, ist die Langlochform so nicht zu erkennen, es ist vergleichbar der Durchgangsöffnung 4c' gestaltet. Im Ausführungsbeispiel der 1-a sind die Durchgangsöffnungen 4b', 4c', 4d' als einfache Durchgänge ohne Zusatzelemente ausgeführt. Dies ist durch die Markierung als Durchgangsöffnung 4' hervorgehoben. Die langlochförmige Durchgangsöffnung 4a weist dagegen sowohl eine Hülse 5a, deren Bund auf der vom Betrachter abgewandten Seite der 1-a liegt und somit nicht sichtbar ist, als auch einen Ring 8 aus flexiblem Material auf, der auf der dem Betrachter zugewandten Seite des Hitzeschilds auf die Hülse 5a aufgesteckt ist. Die Hülse 5a ist schwimmend in der langlochförmigen Durchgangsöffnung 4a gelagert und kann dadurch bei der Befestigung des Hitzeschilds innerhalb des Langlochs seitlich bewegt werden, wodurch die Montage vereinfacht wird. Weiter ermöglicht es die im folgenden noch zu beschreibende Gestaltung der Durchgangsöffnung 4a mit Hülse 5a, elastisch vorgespanntem Ring 8a und Langloch 4a im Hitzeschild 1, dass sich das Hitzeschild 1 an thermisch bedingte Abstandsänderungen zwischen den Durchgangsöffnungen 4b', 4c', 4d' einerseits und der Durchgangsöffnung 4a dadurch anpassen kann, dass Hülse 5a, elastisch vorgespannter Ring 8a und zugehöriges Befestigungsmittel – im folgenden auch als Befestigungsensemble bezeichnet – sich im Langloch 4a in begrenztem Umfang bewegen können.
Das Ausführungsbeispiel der 1-b unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 1-a dadurch, dass die Durchgangsöffnungen 4b', 4c', 4d jeweils mit hülsenförmigen Verstärkungen 6b, 6c, 6d versehen sind, was die Dauerhaltbarkeit verbessert, weil die betreffenden Befestigungsmittel mit einem höheren Drehmoment angezogen werden können.
Im Vergleich zu 1-b weist in 1-c auch die Durchgangsöffnung 4b eine Hülse 5b auf, die vergleichbar der Hülse 5a in der Durchgangsöffnung 4a gestaltet ist, wobei der Hülsenbund wieder auf der Rückseite angeordnet ist. Die Erstreckungsrichtungen der beiden Langlöcher 4a, 4b sind im Wesentlichen senkrecht zueinander, so dass ein Längenausgleich in beide Flächendimensionen möglich ist.
2 zeigt nun einen Querschnitt durch ein Hitzeschild 1 im Bereich einer Durchgangsöffnung 4, wobei auf Seiten der ersten, hier unteren Oberfläche 12, eine Hülse 5 angeordnet ist. Diese Hülse 5 weist einen verbreiterten Bund auf, dessen Aussendurchmesser DA25 ungefähr doppelt so groß ist wie der Öffnungsdurchmesser DI4 der Durchgangsöffnung 4 im Hitzeschild 1. Wird die Hülse also von der ersten Oberfläche 12 in die Durchgangsöffnung 4 ins Hitzeschild 1 eingeführt, dient der Bund 25 der Hülse 5 als Anschlag, mit dem die Hülse 5 auf der ersten Oberfläche 12 des Hitzeschildes aufliegt. Am entgegengesetzten Ende, das im eingeführten Zustand als freies Ende 85 betrachtet werden kann, weist die Hülse 5 eine Auskragung 35 mit einem maximalen Aussendurchmesser DA35 auf. Auf Seiten der zweiten, hier oberen Oberfläche 13 des Hitzeschildes 1 ist ein Ring 8 aus flexiblem Material angeordnet. Im dargestellten ungedehnten Zustand entspricht der Innendurchmesser des flexiblen Rings DI48 dem Aussendurchmesser DA5 der Hülse im Schaftbereich 55, also auch dem in der Durchgangsöffnung zu liegen kommenden Bereich 65, und ist damit etwas kleiner als der Aussendurchmesser DA35 der Hülse 5 im Bereich der Auskragung 35. Nachdem die Hülse 5 von der ersten Oberfläche 12 in die Durchgangsöffnung 4 des Hitzeschildes 1 eingeführt wurde, wird der flexible Ring 8 auf die zweite Oberfläche 13 des Hitzeschildes 1 aufgebracht, indem er auf das über das Hitzeschild 1 überstehende freie Ende 85 der Hülse 5 aufgeschoben wird. Dabei wird der Innendurchmesser des Ringes 8 beim Passieren der Auskragung 35 etwas aufgeweitet, dies erfolgt jedoch elastisch. Das vom Hitzeschild abgewandte Ende 28 des Ringes 8 weist einen Bereich 38 mit einem vergrößerten Innendurchmesser DI38 auf, der wie in 4 zu erkennen ist, im gefügten Zustand die Auskragung 35 der Hülse 5 umgibt und somit für diese Platz schafft. Alternativ wäre es ebenso möglich, dass der Innendurchmesser DI38 dem Aussendurchmesser DA48 entspricht, so dass Ring- und Auskragung aneinander anliegen.
3 zeigt in drei Teilbildern mögliche Aufbauten des Hitzeschildes, wobei nur die Umgebung einer Durchgangsöffnung gezeigt ist. In 3-a ist das Hitzeschild 1 aus zwei aufeinander aufliegenden Metalllagen 14, 15 gebildet. Beide schließen bündig miteinander an der Durchgangsöffnung 4 ab.
3-b zeigt ein Hitzeschild 1, bei dem zwischen zwei Metallblechlagen 14, 15 ein flexibles Material 16 eingebracht ist. Bei dem flexiblen Material kann es sich um eine temperaturstabile Faserpappe, ein temperaturstabiles Gewebe oder Vlies, z. B. ein Glasfasergewebe oder um ein Filet aus gepressten mineralischen Stoffen, etwa Glimmer oder Graphit, expandiert oder nicht, allein oder in Mischung, handeln. Das flexible Material ist im Bereich unmittelbar um die Durchgangsöffnung 4 ausgespart, die beiden Metallblechlagen 14, 15 liegen in diesem Bereich unmittelbar aufeinander, so dass das Befestigungsensemble eine nicht-kompressible Auflage erfährt.
Aus 3-c ist eine Variante eines Hitzeschildes 1 ersichtlich, bei dem eine Metalllage 14 mit einer faser-basierten Lage 17 kombiniert ist. Zu beachten ist, dass die faser-basierte Lage 17, beispielsweise ein Vlies, bevorzugt in Richtung des heißen Bauteils zeigt und vorzugsweise sogar flächig auf diesem aufliegt. Wie im vorhergehenden Beispiel ist auch hier das flexible Material im Auflagebereich des Befestigungsensembles ausgespart, die Aussparung geht dabei bevorzugt so weit, dass der gesamte Bereich, in dem der Hülsenbund sich bewegen kann, frei von flexiblem Material ist.
4-a zeigt das gefügte Ensemble aus Hitzeschild 1, Hülse 5 und Ring 8 im Moment des Aufbringens auf das Bauteil 7, noch vor der Befestigung an der Öffnung 41. In 4 wird verdeutlicht, dass der vergrößerte Innendurchmesser DI38 größer ist als der Aussendurchmesser DA35 im Bereich der Auskragung 35. Aus 4-b, die den Bereich B aus 4-a vergrößert, wird überdies deutlich, dass das obere Ende des Ringes um Δh über das freie Ende 85 der Hülse 5 übersteht. Δh beträgt vorzugsweise 0,5 bis 3 mm, besonders bevorzugt 1 bis 2 mm. Auch die Radienverhältnisse sind in 4-b gut zu erkennen, auch wenn aus Übersichtlichkeitsgründen auf eine Hinzufügung der betreffenden Bezugszeichen verzichtet wurde. Grundsätzlich ist zur Darstellung der Radien in allen Figuren anzumerken, dass deren Unterschiede bzw. die sich dazwischen ergebenden Freiräume aus Klarheitsgründen übertrieben groß gezeichnet sind.
5-a entspricht weitgehend 4-a, der in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Ring 8 weicht jedoch von dem bisher gezeigten Ring 8 insofern ab, als dass er bezogen auf eine Mittelebene M spiegelsymmetrisch ausgeführt ist und seine Durchgangsöffnung 48 somit einen vergrößerten Innendurchmesser DI38 an seinen beiden Endbereichen 28, 58 aufweist. Der vergrößerte Innendurchmesser DI38 im Bereich 58 ist nicht unbedingt notwendig für die Funktionalität der Kombination aus Hitzeschild 1, Hülse 5 und Ring 8, vielmehr erlaubt die hier gezeigte Ausführungsform des Ringes 8 eine besonders einfache Montage, da beide Montagerichtungen dazu führen, dass ein Bereich mit einem vergrößerten Innendurchmesser DI38 an die Auskragung 35 der Hülse 5 angrenzt. Wiederum steht der Bereich 28 des Rings 8 über das freie Ende 85 der Hülse 5 über.
5-b verdeutlicht, wie der Ring 8 bei Befestigung des Hitzeschilds 1 am Bauteil 7 elastisch verpresst wird und der Ring 8 über seine Oberfläche 68 damit unter Vorspannung kommt. Der Zwischenraum 18 dient dabei nur insofern als Ausweichraum, als dass er im Falle eines Drahtkissen-Ringes eventuell abstehende Drahtenden aufnehmen kann. Ein systematisches Ausweichen des Ring-Materials in diesen Zwischenraum 18 erfolgt aufgrund der Kompressibilität des flexiblen Materials jedoch nicht. Das Befestigungsensemble aus Schraube 9, Hülse 5 und Ring 8 hat in dem Bereich, der in der Öffnung 4 des Hitzeschildes 1 zu liegen kommt, einen Außendurchmesser DA5, der vom Außendurchmesser des Hülsenschafts 55 vorgegeben wird. Die Durchlassöffnung 4 für dieses Befestigungsensemble hat im dargestellten Schnitt einen Innendurchmesser DI4, der im gezeigten Beispiel ungefähr um das Doppelte der Hülsenwandstärke größer ist als der Außendurchmesser DA5 des Hülsenschafts 55. Dehnt sich das Bauteil 7, an dem das Hitzeschild 1 befestigt ist aufgrund eines Temperaturanstiegs aus oder zieht es sich bei Abkühlung zusammen, so kann das am Bauteil 7 festgeschraubte Befestigungsensemble aufgrund des Abstands zur Wandung der Durchgangsöffnung 4 im Rahmen der Durchmesserunterschiede in dieser Durchgangsöffung 4 des Hitzeschildes wandern und dabei Spannungen, die aufgrund eines veränderten Abstands zwischen dem gezeigten Befestigungspunkt und anderen Befestigungspunkten entstehen können ausgleichen. Die Elastizität des Rings 8 ermöglicht es dabei dem Befestigungsensemble, auf die durch die Dehnung bzw. das Zusammenziehen entstandene Spannung zu reagieren.
In 6 ist neben dem erfindungsgemäß mit Befestigungsmittel 9, Ring 8 mit endständig vergrößertem Innendurchmesser, Hülse 5 mit Auskragung am freien Ende sowie Durchgangsöffnung mit relativ zum Aussendurchmesser der Hülse vergrößertem Durchmesser gestalteten Befestigungspunkt 40 auch ein Befestigungspunkt 41 dargestellt, bei dem das Befestigungsmittel 9' über eine hülsenförmige Verstärkung 6 durch die Durchgangsöffnung des Hitzeschilds geführt und mit dem Bauteil 7 befestigt ist. Dieser Befestigungspunkt 41 lässt keine Bewegung des Befestigungsensembles in der Durchgangsöffnung 4' zu. Abstandsänderungen der Befestigungsöffnungen 7' und 7'' im Bauteil 7 werden allein durch den Durchmesserunterschied Δr zwischen Außendurchmesser DA5 der Hülse 5 und dem Innendurchmesser DI4 der Durchgangsöffnung 4 und durch die Elastizität des vorgespannten Rings 8 ausgeglichen.
Sollen Abstandsänderungen zwischen Befestigungspunkten nicht nur in einer Richtung ausgeglichen werden, ist dies durchaus mit nur einem erfindungsgemäß gestalteten Befestigungspunkt möglich. Hierbei muss das Befestigungsensemble aus Befestigungsmittel 7, Hülse 5 und Ring 8 relativ zur Durchgangsöffung 4 im Hitzeschild 1 nicht nur in einer Richtung verschieblich sein, sondern in einer Ebene. Beispiele für derartige Anordnungen sind in den 7-a und 7-b in Draufsichten auf die Unterseite 12 des Hitzeschilds 1 mit eingesetztem Ring 8 und eingesetzter Hülse 5 dargestellt. Die Hülse 5 liegt mit ihrem Bund auf dieser Unterseite 12 auf, der Bund 5 erstreckt sich bis über die Begrenzung 14 der Durchgangsöffnung 4 hinaus, er endet an der Linie A5. Über das Zusammenspiel von Auskragung der Hülse 5 und Ring 8 werden Hülse und Ring 8 am Hitzeschild 1 festgehalten, sie sind jedoch aufgrund des geringeren Aussendurchmessers DA5 des Hülsenschafts verglichen mit dem Durchmesser DI4 der Durchgangsöffnung 4 in der Ebene innerhalb der Durchgangsöffnung 4 verschieblich. In 7-a weist die Durchgangsöffnung eine runde Geometrie auf, so dass die Bewegung gleichmäßig in alle Richtungen in der Ebene möglich ist. In 7-b ist die Durchgangsöffnung 4 jedoch oval, so dass in Richtung der größeren Ausdehnung des Langlochs, also in Richtung des Durchmessers DI4_max eine größere Ausgleichsbewegung stattfinden kann als in Richtung des kürzesten Durchmessers DI4_min.
Im Gegensatz dazu weist die 7-c ein Langloch als Durchgangsöffnung 4 im Hitzeschild auf, deren minimale Erstreckung DI4_min nur unwesentlich größer ist als der Außendurchmesser des Hülsenschafts DA5. Die Ausgleichsbewegung erfolgt hier fast ausschließlich in Richtung der maximalen Ausdehnung des Langloches, DI4_max. Eine Ausführungsform, wie sie in 7-c dargestellt ist, wird bevorzugt dann eingesetzt, wenn der betreffende Anbindepunkt bzw. die betreffende Durchgangsöffnung 4 im Hitzeschild 1 sehr nahe an einer Erhebung oder Stufe liegt, so dass eine Ausdehung in der betreffenden Umgebung nicht möglich ist. Vorzugsweise wird das Ausführungsbeispiel der 7-c für zwei Anbindepunkte des Hitzeschilds 1 eingesetzt, wobei die längste Erstreckungsrichtung der Durchgangsöffnungen 4 für die beiden Anbindepunkte quer zueinander verlaufen sollte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10021575 A1 [0006]

Claims

Hitzeschild (1) zum Abschirmen eines Gegenstandes (7) gegen Hitze und/oder Schall mit wenigstens einer metallischen Lage (14, 15) und mindestens zwei Durchgangsöffnungen (4, 4') für Befestigungsmittel, wobei in mindestens einer Durchgangsöffnung (4) genau eine aus massivem Metall gebildete Hülse (5) angeordnet ist, deren erstes Ende einen Bund (25) aufweist, der auf einer ersten Oberfläche (12) des Hitzeschildes (1) anliegt, wobei auf der zweiten Oberfläche (13) des Hitzeschilds im Bereich der mindestens einen Durchgangsöffnung (4) ein aus einem flexiblen Material gebildeter Ring (8) angeordnet ist, der die Hülse (5) umlaufend und zumindest über einen achsialen Abschnitt der Hülse (5) umgibt, wobei die Hülse (5) eine nach außen ragende Auskragung (35) aufweist, deren Aussendurchmesser (DA35) größer als der geringste Innendurchmesser (DI48) des Rings (8) ist und wobei die mindestens eine vom Ring (8) umgebene Hülse (5) in der Durchgangsöffnung (4) des Hitzeschildes (1) im nicht-verbauten Zustand des Hitzeschilds radial beweglich gelagert ist.
Hitzeschild nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Ring (8) umgebene Hülse (5) in ihrem durch die Durchgangsöffnung (4) ragenden Abschnitt (65) einen Aussendurchmesser (DA5) aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser (DI4) der Durchgangsöffnung (4).
Hitzeschild nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser (DA5) der Hülse (5) um mindestens 5%, bevorzugt um mindestens 10% kleiner ist als der Innendurchmesser (DI4) der Durchgangsöffnung (4).
Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Durchgangsöffnung (4) eine von der Kreisform abweichende Form aufweist und die Hülse (5) zumindest in ihrem durch die Durchgangsöffnung (4) ragenden Bereich (65) im Wesentlichen kreisrund ist.
Hitzeschild nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-kreisrunde Durchgangsöffnung (4) oval, langlochförmig oder elliptisch ist.
Hitzeschild nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser (DA5) der Hülse (5) im Bereich der nicht-kreisrunden Durchgangsöffnung (4) geringer ist als die Erstreckung (DI4) der Durchgangsöffnung (4) in entsprechender Richtung.
Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Auskragung (35) am freien Ende (15) der Hülse (5) befindet.
Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (8) im vom Hitzeschild (1) wegweisenden Bereich (28) einen vergrößerten Innendurchmesser (DI38) aufweist.
Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (8) im nicht-verbauten Zustand des Hitzeschilds (1) in achsialer Richtung im Wesentlichen spiegelsymmetrisch aufgebaut ist.
Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (8) im nicht-verbauten Zustand des Hitzeschilds (1) achsial über das freie Ende (85) der Hülse (5) übersteht.
Hitzeschild nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Hitzeschild wegweisende Oberfläche (68) des Rings (8) nach Befestigung des Hitzeschilds (1) am abzuschirmenden Gegenstand (7) auf die vom Hitzeschild (1) wegweisende Oberfläche (75) des freien Endes (85) der Hülse (5) unter Vorspannung verpresst ist.
Hitzeschild nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannungs-Verpressung 0,5 bis 3 mm, bevorzugt 1 bis 2 mm, beträgt.
Hitzeschild nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpressung des Rings (8) im elastischen Bereich erfolgt.
Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeschild (1) mindestens eine Durchgangsöffnung (4) mit beweglich gelagerter Hülse (5) und Ring (8) sowie mindestens eine weitere Durchgangsöffnung (4') mit einem Langloch aufweist.
Hitzeschild nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Durchgangsöffnung (4') eine hülsenartige Verstärkung (6) aufweist.
Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (8) aus einem Drahtgestrick, Drahtgeflecht oder Elastomer besteht oder Drahtgestrick, Drahtgeflecht oder Elastomer enthält.
Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der mindestens einen metallischen Lage (14, 15) ausgewählt ist aus Aluminium oder Stahl, insbesondere beschichtetem Stahl, besonders bevorzugt aus feueraluminiertem oder aluplattiertem Stahl.
Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeschild (1) mindestens zwei Lagen aufweist (14, 15, 16, 17), wobei mindestens eine Lage (17) aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff mit oder ohne Metallbeschichtung/-kaschierung oder imprägniertem und/oder modifiziertem Glasfasergewebe besteht.
Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzeschild mindestens eine temperaturstabile faser-basierte Lage (16) oder eine Lage (16) aus verdichteten mineralischen Partikeln aufweist.
Hitzeschild nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (16, 17) aus temperaturstabilen Fasern, verdichteten mineralischen Partikeln, thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff oder Glasfasergewebe im unmittelbar an die Durchgangsöffnung (4) angrenzenden Bereich ausgenommen ist, wobei die Ausnehmung insgesamt bevorzugt größer ist als der Aussendurchmesser (DA25) des Hülsenbundes (25).
Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (8) aus Stahl besteht und tiefgezogen, kaltgepresst oder gedreht ist.