DE202012007545U1

DE202012007545U1 - heat shield

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Publication number: DE202012007545U1
Application number: DE202012007545U
Authority: DE
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2013-08-09
Anticipated expiration: 2022-08-07
Also published as: WO2014023693A1; DE112013003916T5; BR112015002439A2

Abstract

Hitzeschild (4) zur Abschirmung heißer Bereiche mit einem Gehäuse mit mindestens zwei metallischen Lagen (10, 20), die zumindest abschnittsweise an ihren Rändern (11, 21) formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind, und einer zwischen den beiden metallischen Lagen (10, 20) zumindest bereichsweise angeordneten Isolierlage (30) aus verdichtetem Isoliermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass über ≥ 50% der flächigen Ausdehnung der Isolierlage (30) das Verhältnis zwischen der Dicke der Isolierlage (30) und der Gesamtdicke der zwei metallischen Lagen (10, 20) ≥ 2,5 beträgt.Heat shield (4) for shielding hot areas with a housing having at least two metallic layers (10, 20) which are at least partially connected to each other at their edges (11, 21) positively and / or cohesively and / or non-positively, and one between the two metallic layers (10, 20) at least partially arranged insulating layer (30) of compacted insulating material, characterized in that over ≥ 50% of the areal extent of the insulating layer (30) the ratio between the thickness of the insulating layer (30) and the total thickness of the two metallic layers (10, 20) ≥ 2.5.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hitzeschild, das zur Abschirmung heißer Bereiche, beispielsweise eines Verbrennungsmotors oder in der Batteriekonditionierung, eingesetzt wird. Derartige Hitzeschilde weisen herkömmlicherweise mindestens eine metallische Blechlage auf. 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 Umbördeln 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 Glimmer, expandierter Glimmer, Graphit oder geblähter Graphit – jeweils lose oder zum Filet gepresst – eingelagert werden können.The present invention relates to a heat shield which is used for shielding hot areas, such as an internal combustion engine or in the battery conditioning. Such heat shields conventionally have at least one metallic sheet metal layer. In other designs, such heat shields on at least two sheet metal layers, which are connected to each other, for example, at their peripheral edge at least in sections. Such a connection can be made, for example, by crimping one layer around the edge of the other layer. The two sheet metal layers then form a housing, in which further intermediate layers, such as soft materials, cardboard, non-woven fabric or mica, expanded mica, graphite or expanded graphite - each loose or pressed to the fillet - can be stored.

Derartige Hitzeschilde werden üblicherweise an heißen Bauteilen angebracht und verringern die Abstrahlung von Hitze aus diesen Wärmequellen. Sie vermindern insbesondere die Übertragung von Hitze von dem heißen Bereich zur kalten, dem heißen Bereich abgewandten Seite des Hitzeschildes. Weiterhin dient ein derartiges Hitzeschild nicht nur der Dämpfung der Übertragung von Wärme von der heißen zur kalten Seite des Hitzeschildes, sondern auch zur Dämpfung der Übertragung von Schwingungen von einer Seite des Hitzeschildes zur anderen Seite.Such heat shields are usually attached to hot components and reduce the radiation of heat from these heat sources. In particular, they reduce the transfer of heat from the hot area to the cold, hot area side of the heat shield. Furthermore, such a heat shield not only serves to dampen the transfer of heat from the hot to the cold side of the heat shield, but also to dampen the transmission of vibrations from one side of the heat shield to the other side.

Die Montage an einem heißen Bauteil, beispielsweise an einem Verbrennungsmotor, erfolgt über Befestigungsmittel, mit denen das Hitzeschild an Befestigungspunkten am oder in der Nähe des heißen Bauteils angebunden wird. Beispielsweise kann ein Befestigungspunkt als Schraubenloch im Hitzeschild ausgeführt sein, so dass das Hitzeschild mittels einer Schraube an einem Bauteil eines Verbrennungsmotors, beispielsweise einem Abgaskrümmer, befestigt werden kann.The assembly on a hot component, for example on an internal combustion engine, via fastening means, with which the heat shield is attached to attachment points on or in the vicinity of the hot component. For example, an attachment point can be designed as a screw hole in the heat shield, so that the heat shield can be fastened by means of a screw to a component of an internal combustion engine, for example an exhaust manifold.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Hitzeschilde bekannt, bei denen zwischen zwei flächigen metallischen Außenlagen verdichtetes Isoliermaterial, beispielsweise aus Graphit oder Vermiculit angebracht ist. Der im Stand der Technik und in der Praxis verwendete Aufbau eines derartigen Hitzeschildes führt im Einsatz des Hitzeschildes zu Schwingungen und Vibrationen, die üblicherweise eine erste Eigenfrequenz von ca. 120 Hz aufweisen. Da die Hauptschwingungsanregung, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, an dem das Hitzeschild angebunden ist, im Frequenzbereich bis zu 200 Hz erfolgt, besteht für das Hitzeschild, insbesondere für die metallischen Außenlagen eine erhöhte Bruchgefahr. Dem wurde im Stand der Technik versucht entgegenzuwirken, indem beispielsweise durch geeignete Wahl der Materialien versucht wurde, die Resonanzfrequenz des Hitzeschildes in unkritische Bereiche zu verschieben. Zum anderen wurde der Bruchgefahr durch Schwingungen entgegen gewirkt, indem insbesondere die dem Hitzeschild Stabilität verleihenden metallischen Außenlagen verstärkt wurden.From the prior art, heat shields are already known in which between two flat metallic outer layers compressed insulating material, for example made of graphite or vermiculite is attached. The construction of such a heat shield used in the prior art and in practice results in the use of the heat shield to vibrations and vibrations, which usually have a first natural frequency of about 120 Hz. Since the main vibration excitation, such as an internal combustion engine to which the heat shield is connected, in the frequency range up to 200 Hz, there is an increased risk of fracture for the heat shield, in particular for the metallic outer layers. This was attempted to counteract in the prior art, for example, by attempting to shift the resonant frequency of the heat shield into uncritical regions by suitably selecting the materials. On the other hand, the risk of breakage was counteracted by vibrations, in particular by reinforcing the metallic outer layers giving the heat shield stability.

Typische Materialstärken der Außenlagen sind dabei 0,25 mm bis 0,5 mm, wobei die Gesamtblechdicke, d. h. die Dicke beider Außenlagen zusammen, üblicherweise oberhalb 0,5 mm liegt. Für die Isolierzwischenlage sind üblicherweise Dicken von 0,7 mm bis 1 mm vorgesehen.Typical thicknesses of the outer layers are 0.25 mm to 0.5 mm, wherein the total sheet thickness, d. H. the thickness of both outer layers together, usually above 0.5 mm. Thicknesses of 0.7 mm to 1 mm are usually provided for the insulating intermediate layer.

Hier setzt nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein, ein Hitzeschild zu schaffen, das im Betrieb eine erhöhte Dauerhaltbarkeit aufweist, dessen Gewicht gegebenenfalls geringer und dessen Kosten in der Herstellung bezüglich der eingesetzten Materialien gegebenenfalls geringer sind.Here is the object of the present invention to provide a heat shield, which has an increased durability during operation, the weight of which may be lower and whose cost in the production of the materials used may be lower.

Überraschenderweise hat sich nun herausgestellt, dass die Dauerhaltbarkeit eines Hitzeschildes verbessert werden kann, wenn die beiden metallischen Außenlagen und die dazwischen angeordnete Isolierlage so gewählt werden, dass über mindestens 50% der flächigen Ausdehnung der Isolierlage das Verhältnis der Dicke der Isolierlage zu der Gesamtdicke der beiden metallischen Außenlagen ≥ 2,5 beträgt. Mit anderen Worten hat sich überraschenderweise ergeben, dass die Dauerhaltbarkeit eines Hitzeschildes verbessert wird, wenn die Dicke der Isolierlage gegenüber der Gesamtdicke der beiden die Isolierlage begrenzenden metallischen Lage besonders groß ist.Surprisingly, it has now been found that the durability of a heat shield can be improved if the two metallic outer layers and the insulating layer arranged therebetween are chosen so that over at least 50% of the areal extent of the insulating layer, the ratio of the thickness of the insulating layer to the total thickness of the two metallic outer layers ≥ 2.5. In other words, it has surprisingly been found that the durability of a heat shield is improved when the thickness of the insulating layer over the total thickness of the two insulating layer limiting metallic layer is particularly large.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird also durch das Hitzeschild nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hitzeschildes werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.The object of the present invention is thus achieved by the heat shield according to claim 1. Advantageous developments of the heat shield according to the invention are given in the dependent claims.

Dabei stehen die Dauerhaltbarkeit sowie die Gewichts- und Kostenreduzierung in einem Wechselverhältnis. Verglichen mit Hitzeschildern aus dem Stand der Technik ist es mit der vorliegenden Erfindungen möglich, die Dauerhaltbarkeit zu steigern unter Beibehaltung oder mäßiger Reduzierung des Gewichts und der Kosten oder das Gewicht und die Kosten wesentlich zu reduzieren ohne die Dauerhaltbarkeit zu beeinträchtigen.The durability as well as the weight and cost reduction are in a reciprocal relationship. Compared with heat shields of the prior art, it is possible with the present inventions to increase the fatigue life while maintaining or moderately reducing the weight and to significantly reduce costs or weight and costs without compromising durability.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Verhältnis zwischen der Dicke der Isolierlage und der Gesamtdicke der zwei metallischen Lagen ≥ 3, vorteilhafterweise ≥ 4 beträgt.It is particularly advantageous if the ratio between the thickness of the insulating layer and the total thickness of the two metallic layers is ≥ 3, advantageously ≥ 4.

Insbesondere können die metallischen Lagen sehr dünn gewählt werden, beispielsweise mit einer Dicke von 0,15 mm bei gleichzeitig 1,6 mm Dicke der Isolierlage. Weitere vorteilhafte Werte für die Dicke der ersten metallischen Lage, die Dicke der zweiten metallischen Lage und der Isolierlage, jeweils in mm, können der folgenden Tabelle entnommen werden (Dickenangaben jeweils in mm): Isolierlage Erste metallische Lage Zweite metallische Lage Isolierlage Erste metallische Lage Zweite metallische Lage 1 0,15 0,15 2 0,15 0,15 1 0,15 0,2 2 0,15 0,2 1 0,15 0,25 2 0,15 0,25 1 0,2 0,2 2 0,15 0,3 1,25 0,15 0,15 2 0,15 0,4 1,25 0,15 0,2 2 0,15 0,5 1,25 0,15 0,25 2 0,2 0,2 1,25 0,15 0,3 2 0,2 0,25 1,25 0,2 0,2 2 0,2 0,3 1,25 0,2 0,25 2 0,2 0,4 1,25 0,2 0,3 2 0,2 0,5 1,25 0,25 0,25 2 0,25 0,25 1,5 0,15 0,15 2 0, 25 0,3 1,5 0,15 0,2 2 0,25 0,4 1,5 0,15 0,25 2 0,25 0,5 1,5 0,15 0,3 2 0,3 0,3 1,5 0,15 0,4 2 0,3 0,4 1,5 0,2 0,2 2 0,3 0,5 1,5 0,2 0,25 2 0,4 0,4 1,5 0,2 0,3 2,5 0,15 0,15 1,5 0,2 0,4 2,5 0,15 0,2 1,5 0,25 0,25 2,5 0,15 0,25 1,5 0,25 0,3 2,5 0,15 0,3 1,5 0,3 0,3 2,5 0,15 0,4 1,75 0,15 0,15 2,5 0,15 0,5 1,75 0,15 0,2 2,5 0,2 0,2 1,75 0,15 0,25 2,5 0,2 0,25 1,75 0,15 0,3 2,5 0,2 0,3 1,75 0,15 0,4 2,5 0,2 0,4 1,75 0,15 0,5 2,5 0,2 0,5 1,75 0,2 0,2 2,5 0,25 0,25 1,75 0,2 0,25 2,5 0,25 0,3 1,75 0,2 0,3 2,5 0,25 0,4 1,75 0,2 0,4 2,5 0,25 0,5 1,75 0,2 0,5 2,5 0,3 0,3 1,75 0,25 0,25 2,5 0,3 0,4 1,75 0,25 0,3 2,5 0,3 0,5 1,75 0,25 0,4 2,5 0,4 0,4 1,75 0,3 0,3 2,5 0,4 0,5 1,75 0,3 0,4 2,5 0,5 0,5 In particular, the metallic layers can be selected to be very thin, for example, with a thickness of 0.15 mm and at the same time 1.6 mm thickness of the insulating layer. Further advantageous values for the thickness of the first metallic layer, the thickness of the second metallic layer and the insulating layer, in each case in mm, can be taken from the following table (thickness data in mm in each case): insulating First metallic layer Second metallic layer insulating First metallic layer Second metallic layer 1 0.15 0.15 2 0.15 0.15 1 0.15 0.2 2 0.15 0.2 1 0.15 0.25 2 0.15 0.25 1 0.2 0.2 2 0.15 0.3 1.25 0.15 0.15 2 0.15 0.4 1.25 0.15 0.2 2 0.15 0.5 1.25 0.15 0.25 2 0.2 0.2 1.25 0.15 0.3 2 0.2 0.25 1.25 0.2 0.2 2 0.2 0.3 1.25 0.2 0.25 2 0.2 0.4 1.25 0.2 0.3 2 0.2 0.5 1.25 0.25 0.25 2 0.25 0.25 1.5 0.15 0.15 2 0, 25 0.3 1.5 0.15 0.2 2 0.25 0.4 1.5 0.15 0.25 2 0.25 0.5 1.5 0.15 0.3 2 0.3 0.3 1.5 0.15 0.4 2 0.3 0.4 1.5 0.2 0.2 2 0.3 0.5 1.5 0.2 0.25 2 0.4 0.4 1.5 0.2 0.3 2.5 0.15 0.15 1.5 0.2 0.4 2.5 0.15 0.2 1.5 0.25 0.25 2.5 0.15 0.25 1.5 0.25 0.3 2.5 0.15 0.3 1.5 0.3 0.3 2.5 0.15 0.4 1.75 0.15 0.15 2.5 0.15 0.5 1.75 0.15 0.2 2.5 0.2 0.2 1.75 0.15 0.25 2.5 0.2 0.25 1.75 0.15 0.3 2.5 0.2 0.3 1.75 0.15 0.4 2.5 0.2 0.4 1.75 0.15 0.5 2.5 0.2 0.5 1.75 0.2 0.2 2.5 0.25 0.25 1.75 0.2 0.25 2.5 0.25 0.3 1.75 0.2 0.3 2.5 0.25 0.4 1.75 0.2 0.4 2.5 0.25 0.5 1.75 0.2 0.5 2.5 0.3 0.3 1.75 0.25 0.25 2.5 0.3 0.4 1.75 0.25 0.3 2.5 0.3 0.5 1.75 0.25 0.4 2.5 0.4 0.4 1.75 0.3 0.3 2.5 0.4 0.5 1.75 0.3 0.4 2.5 0.5 0.5

Aus der Tabelle wird deutlich, dass neben Ausführungsbeispielen mit identischer Blechstärke beider metallischer Lagen auch Ausführungsbeispiele möglich sind, bei denen beide metallische Lagen unterschiedliche Dicken aufweisen. Auch wenn die Tabelle so aufgebaut ist, dass die zweite metallische Lage mindestens so dick wie die erste metallische Lage ist, ist damit keine Festlegung getroffen, auf welcher Seite der Isolationslage sich im Falle unterschiedlich dicker Blechlagen die dickere metallische Lage befinden soll. Während die Bleche nur in definierten Dicken kommerziell erhältlich sind, ist die Dicke der Isolationslage, wenn sie aus partikulärem Material aufgebaut ist, frei wählbar, so dass die oben genannten Werte hinsichtlich der Dicke der Isolationslage nur Beispiele aufführt. Abweichende Dicken für die Blechlagen sind jedoch selbstverständlich auch möglich, erfordern jedoch meist eine individuelle Blechherstellung.From the table it is clear that in addition to embodiments with identical sheet thickness of both metallic layers and embodiments are possible in which both metallic layers have different thicknesses. Even if the table is constructed so that the second metallic layer is at least as thick as the first metallic layer, so that no determination is made on which side of the insulation layer should be located in the case of different thickness sheet metal layers, the thicker metallic layer. While the sheets are commercially available only in defined thicknesses, the thickness of the insulation layer, if it is made up of particulate material, freely selectable, so that the above-mentioned values in terms of thickness of the insulating layer only gives examples. Deviating thicknesses for the sheet metal layers are of course also possible, but usually require an individual sheet metal production.

Vergleicht man diese Werte mit den üblichen Dicken im Stand der Technik, so zeigt sich, dass bei gleicher Dicke die Isolationslage erheblich dicker gewählt werden kann bzw. und für die Anwendung in der Praxis erheblich wesentlicher die Blechlagen viel dünner gewählt werden können, bei unveränderter oder verbesserter Dauerhaltbarkeit des Hitzeschildes. Da die Materialkosten des Hitzeschildes im Wesentlichen von den Materialkosten der Bleche bestimmt werden, lässt sich hierdurch auch eine Kostenreduktion erzielen.Comparing these values with the usual thicknesses in the prior art, it turns out that with the same thickness, the insulation layer can be made significantly thicker and and for the application in practice much more essential sheet metal layers can be much thinner, with unchanged or improved durability of the heat shield. Since the material costs of the heat shield are essentially determined by the material costs of the sheets, a cost reduction can be achieved thereby.

Sofern sich die Isolierlage nicht in Bereiche erstreckt, in denen die beiden metallischen Lagen miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Umbördeln, oder in denen Anbindungspunkte des Hitzeschildes an ein Bauteil vorgesehen sind, wird die Dicke des Bauteils an seiner stärksten Stelle durch die Gesamtdicke der Metalllagen zuzüglich der Dicke der Isolierlage bestimmt. Eine Aufdickung des Bauteils im Bereich der Anbindung bzw. in Bereichen, in denen die beiden metallischen Lagen miteinander verbunden sind, kann so verhindert werden.Unless the insulating layer extends into areas in which the two metallic layers are joined together, for example by crimping, or in which connection points of the heat shield are provided to a component, the thickness of the component at its strongest point by the total thickness of the metal layers is added the thickness of the insulating determined. A thickening of the component in the region of the connection or in areas in which the two metallic layers are connected to one another can thus be prevented.

Bisher wurde von einer Isolierlage gesprochen. Diese Isolierlage kann jedoch ihrerseits aus mehreren benachbarten Einzellagen, aus gleichen Materialien oder auch aus unterschiedlichen Materialien, aufgebaut sein. Auch ist die Erfindung nicht auf Hitzeschilder mit genau zwei metallischen Lagen beschränkt.So far, it has been spoken of an insulating layer. However, this insulating layer can in turn be composed of a plurality of adjacent individual layers, made of the same materials or of different materials. Also, the invention is not limited to heat shields with exactly two metallic layers.

Es können auch noch weitere metallische Lagen vorhanden sein. Auch eine wechselnde Abfolge von metallischen Lagen und Isolierlagen ist möglich.There may also be other metallic layers. An alternating sequence of metallic layers and insulating layers is also possible.

Für die vorliegende Erfindung mit besonders dünnen metallischen Lagen haben sich als Materialien Stahlblech, aluminiertes Stahlblech, insbesondere feueraluminiertes und/oder aluplattiertes Stahlblech, Stahlblech aus Edelstahl und dergleichen als besonders vorteilhaft erwiesen. Ein oder mehrere der Metalllagen können in Form eines Glattblechs oder eines noppalierten Bleches ausgeführt sein.For the present invention with particularly thin metallic layers, as materials steel sheet, aluminized steel sheet, in particular hot-dip aluminized and / or aluplattiertes steel sheet, steel sheet made of stainless steel and the like have proven to be particularly advantageous. One or more of the metal layers may be in the form of a smooth plate or a noppalierten sheet.

Als Material für die Isolierlage eignet sich insbesondere gegenüber dem losen Ausgangsmaterial verdichtetes Material (beispielsweise um einen Faktor ≤ 20, vorzugsweise um einen Faktor zwischen 5 und 10 verdichtetes Material). Dies kann insbesondere Glimmer, expandierter Glimmer, nicht expandierter Graphit, expandierter Graphit, Perlit oder ein Glimmerabbauprodukt wie Vermiculit oder expandierter Vermiculit, in nicht verdichteter Form oder wie erwähnt vorteilhafterweise in verdichteter Form sein.The material used for the insulating layer is, in particular, material compressed relative to the loose starting material (for example, by a factor ≦ 20, preferably by a factor of between 5 and 10, compacted material). This may in particular be mica, expanded mica, unexpanded graphite, expanded graphite, perlite or a mica degrading product such as vermiculite or expanded vermiculite, in non-compacted form or, as mentioned, advantageously in compacted form.

Das Gehäuse des Hitzeschildes, das durch die außenliegenden metallischen Lagen gebildet wird, kann seinerseits insgesamt eine flächige Gestalt aufweisen. Es sind jedoch auch in sich geschlossene Außenformen möglich.The housing of the heat shield, which is formed by the outer metallic layers, in turn, may have a total of a planar shape. However, it is also possible in self-contained outer shapes.

Verwendung findet das erfindungsgemäße Hitzeschild insbesondere zur Abschirmung von Verbrennungsmotoren, insbesondere des Abgasstrangs, des Auspuffkrümmers oder der Einheit zur Abgasnachbehandlung oder auch der Einheit zur Motoraufladung, in denen jeweils sehr hohe Temperaturen auftreten. Auch der Einsatz bei Wärmetauschern, auch beispielsweise Wärmetauschern zum Erwärmen von Getriebeöl, Wärmetauschern in der Innenraumzusatzheizung oder auch der Einsatz in der Batteriekonditionierung ist möglich.The heat shield according to the invention is used in particular for shielding internal combustion engines, in particular the exhaust gas line, the exhaust manifold or the unit for exhaust aftertreatment or also the unit for engine charging, in each of which very high temperatures occur. Also the use of heat exchangers, including heat exchangers for heating transmission oil, heat exchangers in the interior auxiliary heating or the use in the battery conditioning is possible.

Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Hitzeschilde beschrieben. Dabei werden für gleiche und ähnliche Bauelemente gleiche und ähnliche Bezugszeichen verwendet. In den folgenden Beispielen werden jeweils einzelne erfindungsgemäße Elemente in Kombination miteinander dargestellt. Jedoch sind auch die einzelnen Elemente und Eigenschaften der im nachfolgend dargestellten beispielhaften Hitzeschilde für sich und unabhängig von den weiteren Merkmalen des jeweiligen Hitzeschildes als solche als vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung zu betrachten.In the following some examples of heat shields according to the invention are described. The same and similar reference numerals are used for the same and similar components. In the following examples, individual elements according to the invention are shown in combination with each other. However, the individual elements and properties of the exemplary heat shields shown below are to be regarded as such and independently of the other features of the respective heat shield as such as advantageous developments of the present invention.

Es zeigenShow it

1 ein erfindungsgemäßes Hitzeschild angeordnet an einem abzuschirmenden Bauteil; 1 an inventive heat shield arranged on a component to be shielded;

2 einen Querschnitt durch einen Randbereich eines erfindungsgemäßen Hitzeschildes; 2 a cross section through an edge region of a heat shield according to the invention;

3 einen Querschnitt durch einen Randbereich eines erfindungsgemäßen Hitzeschildes; 3 a cross section through an edge region of a heat shield according to the invention;

4 einen Querschnitt durch ein Hitzeschild im Bereich eines Schraubenlochs; 4 a cross section through a heat shield in the region of a screw hole;

5 einen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Hitzeschild. 5 a cross section through another inventive heat shield.

1 zeigt ein Hitzeschild 1 mit einer metallischen Außenlage 10. Dieses Hitzeschild 1 ist an einem Abgasrohr als heißem Bauteil 9 befestigt. Die Befestigung erfolgt über Schrauben 5a bis 5d, die durch Schraubenlöcher als Befestigungspunkte 3a bis 3d des Hitzeschildes 1 geführt sind. Das Hitzeschild 1 weist einen Rand 2 der Blechlage 10 auf, an dem die Blechlage 10 mit einer auf der dem Bauteil 9 zugewandten Seite des Hitzeschildes 1 angeordneten weiteren Blechlage 20 durch Umbördeln verbunden ist. 1 shows a heat shield 1 with a metallic outer layer 10 , This heat shield 1 is on an exhaust pipe as a hot component 9 attached. The attachment is made by screws 5a to 5d passing through screw holes as attachment points 3a to 3d of the heat shield 1 are guided. The heat shield 1 has an edge 2 the sheet metal situation 10 on, on which the sheet metal layer 10 with one on the component 9 facing side of the heat shield 1 arranged another sheet metal layer 20 connected by beading.

2 zeigt einen Ausschnitt um einen Randbereich des Hitzeschildes 1 aus 1. Die außenliegende Blechlage 10 besitzt eine nach außen gerichtete Oberfläche 12 und eine zum Inneren des Hitzeschildes gerichtete Oberfläche 13. Die weitere Blechlage 20 besitzt eine nach außen gerichtete Oberfläche 22 und eine zum Inneren des Hitzeschildes gerichtete Oberfläche 23. Beide Blechlagen 10, 20 bestehen aus feueraluminiertem Stahlblech. Zwischen den beiden Oberflächen 13 und 23 ist eine Isolierlage 30 angeordnet. Diese Isolierlage besteht aus Isoliermaterial, nämlich expandiertem, verdichtetem Glimmer und ist formschlüssig zwischen den beiden Blechlagen 10 und 20 eingeschlossen. 2 shows a section around an edge region of the heat shield 1 out 1 , The outer sheet metal layer 10 has an outward surface 12 and a surface facing the interior of the heat shield 13 , The further sheet metal layer 20 has an outward surface 22 and a surface facing the interior of the heat shield 23 , Both sheet metal layers 10 . 20 consist of hot-dip aluminized sheet steel. Between the two surfaces 13 and 23 is an insulating layer 30 arranged. This insulating layer consists of insulating material, namely expanded, compacted mica and is form-fitting between the two sheet metal layers 10 and 20 locked in.

Die Blechlage 20 ist um den Rand 11 der Blechlage 10 unter Ausbildung eines Bördels 7 umgebördelt. Der Bördel 7 benachbart zu dem Rand 21 der Blechlage 20 definiert daher den Verbindungsbereich 6 zwischen den beiden Blechlagen 10 und 20.The sheet metal situation 20 is around the edge 11 the sheet metal situation 10 forming a crimp 7 crimped. The hem 7 adjacent to the edge 21 the sheet metal situation 20 therefore defines the connection area 6 between the two sheet metal layers 10 and 20 ,

Wie oben erwähnt, weisen die Blechlagen 10 und 20 sowie die Isolierlage 30 die folgenden Dicken auf: 0,20 mm (D10), 0,20 mm (D20) sowie 1,4 mm (D30).As mentioned above, the sheet metal layers 10 and 20 as well as the insulating layer 30 the following thicknesses: 0.20 mm (D10), 0.20 mm (D20) and 1.4 mm (D30).

Ein derartiges Schild, wie es in Bezug auf 1 und 2 dargestellt ist, weist eine besonders hohe Dauerhaltbarkeit auf. Die Herstellung ist aufgrund der geringen Blechdicken sehr wirtschaftlich, da andererseits für die Isolierlage kostengünstiges Material verwendet werden kann.Such a shield, as it relates to 1 and 2 is shown, has a particularly high durability. The production is very economical due to the small thicknesses, as on the other hand cost-effective material can be used for the insulating layer.

Da das Hitzeschild in der erfindungsgemäßen Form eine hohe Steifigkeit und Dauerhaltbarkeit aufweist, genügt eine gegenüber dem Stand der Technik verringerte Zahl an Anbindepunkten 3a bis 3d zu dem Bauteil 9, um das Hitzeschild sicher und dauerhaft am Bauteil 9 zu befestigen. Dies sowie das mit der erfindungsgemäßen Lösung erreichbare geringere Gewicht geben dem Konstrukteur zusätzliche Freiheit bei der räumlichen Gestaltung des Hitzeschildes.Since the heat shield in the form according to the invention has a high rigidity and durability, a number of connection points that are reduced compared with the prior art are sufficient 3a to 3d to the component 9 to the heat shield safely and permanently on the component 9 to fix. This as well as the achievable with the inventive solution lower weight give the designer additional freedom in the spatial design of the heat shield.

Die höhere Steifigkeit bedeutet eine höhere Eigenfrequenz. Bevorzugt werden Hitzeschilde so gestaltet, dass ihre erste Eigenfrequenz über 200 Hz liegt, dies ist aber oft alleine durch Anpassung der äußeren Gestalt nicht zu erreichen. Die erfindungsgemäße dicke Glimmerschicht bedeutet eine höhere Dämpfung, eine geringere Resonanz, eine geringere Bruchgefahr und damit eine höhere Lebensdauer des erfindungsgemäßen Hitzeschildes gegenüber Hitzeschilden aus dem Stand der Technik.The higher rigidity means a higher natural frequency. Heat shields are preferably designed so that their first natural frequency is above 200 Hz, but this can often not be achieved solely by adapting the outer shape. The thick mica layer according to the invention means a higher attenuation, a lower resonance, a lower risk of breakage and thus a longer service life of the heat shield according to the invention compared to heat shields of the prior art.

3 zeigt einen Querschnitt durch den Randbereich eines weiteren erfindungsgemäßen Hitzeschildes. Im Unterschied zu dem Hitzeschild der 2 ist nunmehr die metallische Lage 10 mit einer anderen Blechdicke D10 ausgeführt als die metallische Lage 20. Die Blechdicken betragen hier nun 0,25 (D10) mm und 0,2 mm (D20), während die Dicke D30 der Glimmerlage im gezeigten Bereich wie im Ausführungsbeispiel der 2 1,4 mm beträgt. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn in einem erfindungsgemäßen Hitzeschild mit unterschiedlichen Blechstärken das dünnere Blech am Außenrand um das dickere Blech herum gebördelt wird. Durch die geringe Vergrößerung der Blechstärke wird eine Verbesserung der Steifigkeit des Hitzeschildes erreicht. 3 shows a cross section through the edge region of another heat shield according to the invention. In contrast to the heat shield of the 2 is now the metallic layer 10 with a different sheet thickness D10 than the metallic layer 20 , The sheet thicknesses are now 0.25 (D10) mm and 0.2 mm (D20), while the thickness D30 of the mica layer in the range shown as in the embodiment of 2 1.4 mm. In principle, it is advantageous if, in a heat shield according to the invention with different sheet thicknesses, the thinner sheet metal is crimped around the thicker sheet metal at the outer edge. Due to the small increase in the thickness of the sheet, an improvement in the stiffness of the heat shield is achieved.

4 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Hitzeschildes 1 im Bereich eines Schraubenloches 4 als Anbindepunkt. Um das Schraubenloch 4 sind die beiden metallischen Lagen 10 und 20 gegensinnig abgekröpft, so daß sie längs des Umfangsrandes des Schraubenloches 4 unmittelbar aufeinanderliegen. Die Isolierlage 30 erstreckt sich lediglich bis zu den abgekröpften Bereichen der Lagen 10 und 20, die die beiden Lagen 10 und 20 in Richtung des Schraubenloches 4 zusammenführen. 4 shows a cross section through another example of a heat shield according to the invention 1 in the area of a screw hole 4 as a connection point. Around the screw hole 4 are the two metallic layers 10 and 20 bent in opposite directions, so that they along the peripheral edge of the screw hole 4 lie directly on one another. The insulating layer 30 extends only to the bent areas of the layers 10 and 20 that the two layers 10 and 20 in the direction of the screw hole 4 to merge.

5 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Hitzeschildes. Auch hier ist ein zu einer Durchgangsöffnung 4 für Befestigungsmittel benachbarter Bereich dargestellt. Die Glimmer-Lage reicht unmittelbar bis an die Durchgangsöffnung 4 heran und ist zur Durchgangsöffnung hin nicht durch die Blechlagen 10, 20 begrenzt. Die Verfestigung des Glimmer-Materials ist meist schon ausreichend, um ein Loslösen einzelner Glimmer-Plättchen an der offenen Kante zu vermeiden. Zudem wird ein Befestigungsmittel, ggf. sogar mit einer Hülse, in die Durchgangsöffnung eingeführt, so dass im eingebauten Zustand das freie Ende des verfestigten Glimmer-Materials nicht offen gelassen wird. Verglichen mit dem Ausführungsbeispiel der 4 verringert sich hierdurch der Fertigungsaufwand. Die gestrichelte Linie soll lediglich andeuten, dass sich das Hitzeschild 1 rund um die Durchgangsöffnung 4 herum fortsetzt, wobei allerdings nur die Durchgangsöffnung 4 selbst rotationssymmetrisch ausgeführt sein soll, die äußere Form des Hitzeschilds 1 soll durch dieses Zeichnungselement nicht eingeschränkt werden. 5 shows a cross section through another example of a heat shield according to the invention. Again, one to a through hole 4 shown for fasteners adjacent area. The mica layer extends directly to the passage opening 4 approach and is not the passage opening through the sheet metal layers 10 . 20 limited. The solidification of the mica material is usually already sufficient to avoid detachment of individual mica platelets at the open edge. In addition, a fastener, possibly even with a sleeve, is inserted into the passage opening, so that when installed, the free end of the solidified mica material is not left open. Compared with the embodiment of 4 As a result, the production costs are reduced. The dashed line is only intended to indicate that the heat shield 1 around the passage opening 4 continues around, but only the through hole 4 itself should be rotationally symmetrical, the outer shape of the heat shield 1 should not be restricted by this drawing element.

Weiter ist in 5 zu erkennen, dass sich die Dicke der Isolierlage 30 im dargestellten Abschnitt verändert, sie nimmt von D30a = 2,0 mm auf D30b = 2,5 mm zu, während die beiden Blechlagen konstant eine Blechstärke D10 bzw. D20 von 2,0 mm aufweisen. Eine besonders dicke Isolierlage 30 im unmittelbar an die Durchgangsöffnung 4 für Befestigungsmittel angrenzenden Bereich hat sich als besonders vorteilhaft im Hinblick auf Dämpfung und Lebensdauer des Hitzeschildes herausgestellt.Next is in 5 to see that the thickness of the insulating layer 30 changes in the illustrated section, it increases from D30a = 2.0 mm to D30b = 2.5 mm, while the two sheet metal layers constantly have a plate thickness D10 or D20 of 2.0 mm , A particularly thick insulating layer 30 im directly to the passage opening 4 For fasteners adjacent area has been found to be particularly advantageous in terms of damping and life of the heat shield.

In weiteren Beispielen für die vorliegende Erfindung wurde zur Untersuchung der Dauerhaltbarkeit die Lebensdauer weiterer erfindungsgemäßer Hitzeschilder (ohne Abbildung) anhand der Zyklenzahl bis zum Auftritt des ersten technischen Risses bei einem Resonanztest ermittelt. Ein technischer Riss ist hier so definiert, dass er eine Mindestlänge von 3 mm aufweist. Die erste Resonanzfrequenz des Bauteils wurde dabei mit einer Wegamplitude einer Schwingung angeregt. Im Falle einer Resonanzverschiebung wurde die Prüffrequenz automatisch nachgeregelt.In further examples of the present invention, the lifetime of further heat shields according to the invention (not illustrated) was determined on the basis of the number of cycles until the appearance of the first technical crack in a resonance test in order to examine the durability. A technical crack is defined here as having a minimum length of 3 mm. The first resonance frequency of the component was excited with a path amplitude of a vibration. In the case of a resonance shift, the test frequency was readjusted automatically.

Bei einem ersten Versuch unter Anregung mit 0,1 mm Amplitude der zyklischen Schwingungsanregung wurde eine Variante des Stands der Technik mit 0,7 mm Glimmerdicke mit einer zweiten, erfindungsgemäßen Variante mit 1,4 mm Glimmerdicke verglichen. In beiden Vergleichsbeispielen waren die Dicken des ersten Außenblechs von 0,25 mm Blechstärke und des anderen Außenblechs von 0,3 mm Blechstärke gleich. Bei der erfindungsgemäßen Variante konnte gegenüber der Variante des Standes der Technik ein Anstieg der Lebensdauer von 236.000 Zyklen auf über 1.900.000 Zyklen beobachtet werden. Dies entspricht einem Faktor für die Erhöhung der Dauerhaltbarkeit von mehr als 8.In a first experiment with excitation with 0.1 mm amplitude of cyclic vibration excitation, a variant of the state of the art with 0.7 mm mica thickness was compared with a second variant according to the invention with 1.4 mm mica thickness. In both comparative examples, the thicknesses of the first outer sheet of 0.25 mm sheet thickness and the other outer sheet of 0.3 mm sheet thickness were the same. In the variant according to the invention, an increase in the service life of 236,000 cycles to over 1,900,000 cycles could be observed compared to the variant of the prior art. This corresponds to a factor for increasing the durability of more than 8.

Bei einem weiteren Vergleich zweier Hitzeschile und Anregung mit 0,055 mm Amplitude der Schwingungsanregung ergab sich ein Anstieg der Lebensdauer um einen Faktor von 7,85 bei in beiden Vergleichsbeispielen gleichen Blechstärken auf beiden Seiten von 0,25 mm und einem Anstieg der Glimmerstärke von 0,7 mm (entsprechend dem Stand der Technik) auf 1,4 mm (erfindungsgemäß).In a further comparison of two heat tools and excitation with 0.055 mm amplitude of the vibration excitation, an increase in the life by a factor of 7.85 resulted in the same thicknesses on both sides of 0.25 mm in both Comparative Examples and a rise in mica thickness of 0.7 mm (according to the prior art) to 1.4 mm (according to the invention).

Bei einem dritten Vergleich zweier Hitzeschilde konnte im Versuch bei Anregung mit 0,055 mm Amplitude der Schwingungsanregung gezeigt werden, dass trotz Reduktion der Blechstärke beider metallischer Lagen aus feueraluminiertem Blech von 0,4 mm auf 0,25 mm eine gleichzeitig vorgenommene Verdoppelung der Dicke der Glimmerschicht von 0,7 auf 1,4 mm einen Anstieg der Lebensdauer von 400.000 Zyklen beim Hitzeschild mit einer Blechstärke von 0,4 mm (entsprechend dem Stand der Technik) auf 5.900.00 Zyklen beim erfindungsgemäßen Hitzeschild mit einer Blechstärke von 0,25 mm ermöglicht.In a third comparison of two heat shields could be shown in the experiment with excitation with 0.055 mm amplitude of the vibrational excitation that despite reducing the plate thickness of both metallic layers of hot-dip aluminized sheet of 0.4 mm to 0.25 mm at the same time doubling the thickness of the mica layer of 0.7 to 1.4 mm an increase in life of 400,000 cycles in the heat shield with a plate thickness of 0.4 mm (corresponding to the prior art) to 5,900.00 cycles in the heat shield according to the invention with a plate thickness of 0.25 mm allows.

Claims

Heat shield ( 4 ) for shielding hot areas with a housing having at least two metallic layers ( 10 . 20 ), at least in sections at their edges ( 11 . 21 ) are positively connected and / or materially and / or non-positively connected, and one between the two metallic layers ( 10 . 20 ) at least partially arranged insulating layer ( 30 ) made of compacted insulating material, characterized in that over ≥ 50% of the areal extent of the insulating layer ( 30 ) the ratio between the thickness of the insulating layer ( 30 ) and the total thickness of the two metallic layers ( 10 . 20 ) ≥ 2.5.

Heat shield ( 1 ) according to the preceding claim, characterized in that said ratio is ≥ 3, advantageously ≥ 4.

Heat shield according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the two metallic layers ( 10 . 20 ) is the same or different.

Heat shield ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer ( 30 ) extends over at least 50%, advantageously at least 80%, advantageously at least 90% of the areal extent of the housing.

Heat shield ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer ( 30 ) does not extend into areas in which the two metallic layers, in particular by beading ( 7 ) are interconnected.

Heat shield ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer does not fall into areas ( 4 ), which are used for fastening the heat shield ( 1 ) on another component ( 9 ) are formed.

Heat shield ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer ( 30 ) along the aforementioned ≥ 50% of the areal extent of different thickness regions, advantageously by ≤ 30% of different thickness.

Heat shield ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that one or both of the metallic layers ( 10 . 20 ) of sheet steel, aluminized steel sheet, in particular fire-aluminized and / or aluplattiertem steel sheet, or the like, in particular in the form of a smooth sheet or noppalierten sheet, consist or contain this.

Heat shield ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer of insulating material ( 4 ) or contains this, which is compressed by a factor of up to 20, preferably by a factor of 5 to 10 compared to the loose starting material.

Heat shield ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating material ( 4 ) Mica, expanded mica, unexpanded graphite, expanded graphite, perlite, or a mica degrading product such as vermiculite or expanded vermiculite.

Heat shield ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing has a flat, 3-dimensionally deformed or closed in one or more orientations outer shape.

Heat shield ( 1 ) according to one of the preceding claims for the shielding of components, in particular an internal combustion engine, the exhaust line, in particular the exhaust manifold or the unit for exhaust aftertreatment, the unit for engine charging and / or heat exchangers, for example. Heat exchangers for heating transmission oil, in the interior auxiliary heating and / or in battery conditioning.