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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement, das mindestens drei benachbart zueinander angeordnete Lagen aufweist. Derartige dreilagige Bauelemente treten an verschiedenen Stellen, insbesondere im Fahrzeugbau auf. Beispiel hierfür ist ein Hitzeschild, das eine Durchgangsöffnung aufweist, die beidseits mittels einer Dichtung, beispielsweise einer metallischen Flachdichtung, abgedichtet ist. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Baugruppe mit einem derartigen Bauelement.
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Im Stand der Technik werden die drei Lagen des Bauelementes mittels herkömmlicher Verbindungen, wie Nieten oder Schweißverbindungen oder Verschraubungen miteinander verbunden. Die Verbindungsstellen müssen dabei außerhalb der verpressten Bereiche beider angrenzenden Bauteile liegen, um die Abdichtung nicht zu beeinträchtigen.
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Bei derartigen herkömmlichen Verbindungspunkten ergeben sich eine Vielzahl von Problemen. Werden beispielsweise die drei Lagen miteinander vernietet, so erzeugt der Niet üblicherweise einen beidseitigen Überstand über die dreilagige Anordnung, so dass der Einbau des Bauelementes behindert wird bzw. das Bauelement nicht mit dem gewünschten geringen Abstand bzw. komplett anliegend an einem anderen Bauteil montiert werden kann. Dies gilt auch für Schraubverbindungen oder für die Verbindung mittels einer Schweißverbindung, die sämtlich einen Überstand erzeugen. Weiterhin ist eine derartige Verbindung aufwendig, da ein zusätzlicher Arbeitsschritt eingeplant werden muss, insbesondere da während dieses Arbeitsschrittes auf die korrekte Positionierung der drei Lagen zueinander genauestens geachtet werden muß.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Bauelement mit drei benachbart zueinander angeordneten Lagen zur Verfügung zu stellen, wobei die drei Lagen einfach, kostengünstig und sicher miteinander verbunden sind. Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Baugruppe mit einem derartigen Bauelement zur Verfügung zu stehen, in der das Bauelement ohne Beeinträchtigung der Verbindung seiner drei Lagen einfach und sicher montiert werden kann bzw. montiert ist.
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Diese Aufgabe wird durch das Bauelement nach Anspruch 1 und die Baugruppe nach Anspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bauelementes und der erfindungsgemäßen Baugruppe werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
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Das erfindungsgemäße Bauelement weist drei benachbart zueinander angeordnete Lagen auf, nämlich eine erste und eine zweite äußere Lage und eine dritte mittlere Lage. Sämtliche drei Lagen sind mittels mindestens einer Verbindungsstelle miteinander verbunden. Es sind auch mehrere Verbindungsstellen möglich, wobei eine, mehrere oder sämtliche dieser Verbindungsstellen erfindungsgemäß ausgestaltet sein können.
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Zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Verbindungsstelle weisen die drei Lagen im Wesentlichen übereinander angeordnet eine besondere Ausgestaltung auf. Die mittlere der drei Lagen weist eine Ausnehmung auf, in der die erste und die zweite äußere Lage einander unmittelbar benachbart sind. Sowohl die erste äußere Lage als auch die zweite äußere Lage weisen innerhalb dieser Ausnehmung (in Projektion senkrecht auf die Lagenebene(n) betrachtet) einen ersten bzw. einen zweiten freikragenden Steg auf. Der erste Steg ist einseitig mit der ersten Lage verbunden und ragt freikragend in den Bereich der ersten Lage, der in Projektion in die Ebene der dritten Lage im Bereich der Ausnehmung liegt. Der zweite Steg ist freikragend einseitig mit der zweiten Lage verbunden und kragt ebenfalls in einen Bereich nunmehr aber der zweiten Lage, der in Projektion in die Ebene der dritten Lage im Bereich der Ausnehmung liegt. Damit sind erster Steg der ersten Lage, Ausnehmung in der mittleren dritten Lage und zweiter Steg der zweiten Lage senkrecht auf die Lagenebene(n) betrachtet übereinander angeordnet. Wesentlich ist dabei, dass die Außenkanten der beiden freikragenden Stege in Projektion innerhalb der Ausnehmung in der mittleren, dritten Lage verlaufen.
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Zur Ausbildung der Verbindung der drei Lagen sind nun der erste und der zweite Steg unmittelbar miteinander verbunden. Die Verbindung kann dabei ihrerseits mittels herkömmlicher Techniken wie Nieten, Schweißen, Durchsetzfügen und dergleichen, also stoffschlüssig und/oder formschlüssig, insbesondere senkrecht zur Lagenebene wirkend, erfolgen. Die Verbindung liegt dabei zumindest abschnittsweise innerhalb der Ausnehmung in der mittleren, dritten Lage.
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Es ist jedoch auch möglich, den ersten Steg und den zweiten Steg senkrecht zu der/den Lagenebene(n) formschlüssig miteinander zu verbinden, beispielsweise in dem einer der Stege den Außenrand des anderen Steges umgreift und hintergreift. Es ist auch möglich, in einem der Stege eine Ausnehmung vorzusehen und in dem benachbarten Steg eine freikragende Lasche vorzusehen, wobei die freikragende Lasche durch diese Ausnehmung greift und den Rand der Ausnehmung hintergreift. Hierdurch wird ebenfalls eine sichere formschlüssige Verbindung in zur Lagenebene senkrechter Richtung zwischen den beiden freikragenden Stegen erreicht.
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Vorteilhafterweise kann einer oder beide der Stege zwischen dem Verbindungspunkt mit dem benachbarten Steg und der Verbindungsstelle mit der zugehörigen Lage abgekröpft sein. Einer der Stege kann dabei in Richtung des anderen Steges weisend abgekröpft sein, so dass er im unverbundenen Zustand in die Lagenebene der mittleren Lage eindringt oder diese durchdringt.
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Auch können beide Stege gegenläufig abgekröpft sein, so dass sie in die Lagenebene der mittleren Lage eindringen. Die Stege können jedoch auch gleichsinnig abgekröpft sein oder auch gegensinnig nach außen abgekröpft sein, so dass die Verbindung und der Kontakt zwischen den Stegen erst bei der Herstellung der Verbindung zwischen den beiden Stegen, beispielsweise beim Verschweißen der beiden Stege oder Vernieten der beiden Stege erfolgt. Auch kann das Prägemaß der Kröpfungen in den beiden Lagen unterschiedlich sein.
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Dadurch dass die mittlere Lage eine Ausnehmung im Bereich der Verbindungsstelle aufweist, deren Rand, d. h. die die Ausnehmung umschließenden Innenkanten, in der Lagenebene gesehen die Stege beabstandet umläuft, können die Stege zumindest nach Verbindung miteinander in die Lagenebene der mittleren Lage eindringen. Dadurch wird die Gesamtdicke der Verbindungsstelle reduziert. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die genannten Innenkanten der Ausnehmung sich im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung eines oder beider Stege, d. h. des Steges der ersten Lage und/oder des Steges der zweiten Lage erstrecken.
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Weiterhin ist es möglich, die mittlere Lage bereits durch die Verbindung der ersten und der zweiten äußeren Lage ebenfalls mit diesen beiden Lagen zu verbinden. Es ist daher nur nötig, eine einzelne Verbindungsstelle zu erzeugen, während im Stand der Technik jeweils zwei benachbarte Lagen miteinander verbunden werden müssen.
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Dadurch, dass ggfs. einer der Stege oder beide Stege in die Ausnehmung der mittleren Lage eindringen, erfolgt zugleich eine in der Lagenebene formschlüssige Festlegung der äußeren Lagen in Bezug auf die mittlere Lage, da der Rand der Ausnehmung in der mittleren Lage einen seitlichen Anschlag für die Stege bzw. mindestens einen der Stege bildet.
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Die Stege der ersten und der zweiten Lage können in der Lagenebene verschiedene Orientierungen aufweisen, sie können beispielsweise gleichgerichtet, einander entgegengesetzt gerichtet oder auch rechtwinklig zueinander angeordnet sein. Jede andere Anordnung ist ebenfalls möglich.
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Bei gleichgerichteter oder gegensinniger Anordnung der Stege in der Lagenebene(n) kann beispielsweise der seitliche Rand der Stege in formschlüssigen Eingriff mit dem seitlichen Rand der Ausnehmung in der mittleren Lage treten. Hierdurch werden dann die erste und die zweite Lage in einer Richtung in der Lagenebene festgelegt. Durch versetzte bzw. verdrehte, beispielsweise durch eine um 90° versetzte Anordnung eines weiteren, gleich ausgestalteten oder ähnlich ausgestalteten Verbindungspunktes kann auch eine Festlegung in hierzu senkrechter Richtung innerhalb der Lagenebene erfolgen, so dass durch mindestens zwei derartige Verbindungspunkte alle drei Lagen in ihrer Position und ihrer Orientierung zueinander festgelegt sind.
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Damit kann eine prozesssichere Verbindung zwischen sämtlichen drei Lagen gewährleistet werden.
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Gleichgerichtete, entgegengesetzt gerichtete oder um 90° zueinander versetzt angeordnete Stege finden besonders gut Aufnahme in der Ausnehmung der dritten Lage, wenn die Ausnehmung sich gegenüberliegende Innenkanten aufweist, die sich im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung des Steges der ersten Lage erstrecken, vorteilhafterweise im Wesentlichen parallel zueinander. Bevorzugt sind die beiden sich gegenüberliegenden Innenkanten der Ausnehmung auf mindestens einer Seite mit einer Innenkante verbunden, die sich im Wesentlichen geradlinig erstreckt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ausnehmung eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist und/oder einer oder mehrere der Stege eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen.
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Die Ausgestaltung des Verbindungspunktes mittels zweier freikragender Stege (Laschen) in den beiden äußeren Lagen, die die mittlere Lage durchdringen können, ermöglicht es weiterhin, dass die Stege Druck durch benachbarte Bauteile ausweichen können. Besonders vorteilhaft ist, dass nach dem Verbau des Bauelementes die Verbindungsstelle so ausgestaltet sein kann, dass sie – trotz Verwendung beispielsweise eines überstehenden Niets, trotz eines Schweißauftrags oder auch bei Verwendung einer gefalzten Lasche – keinen Überstand über die drei Lagen aufweist. Damit ist es möglich, die Lagenverbindung auch in kritischen Bereichen, wie Flanschbereichen, anzuordnen. Weiterhin sind aufgrund des geringen oder fehlenden Überstandes der Verbindungspunkte die erfindungsgemäßen Bauelemente gut stapelbar und magazinierbar.
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Besonders bevorzugt sind solche Ausführungsformen, bei denen es an der Verbindungsstelle zu keiner Aufdickung kommt, so dass das Bauelement an der Verbindungsstelle maximal dieselbe Dicke aufweist als in dem die Ausnehmung unmittelbar umgebenden Bereich. Dies ist insbesondere bei einer direkten formschlüssigen Verbindung der Stege möglich, also z. B. beim Hintereinandergreifen der Stege.
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Um das oben genannte Ausweichen zu ermöglichen, sind die Stege vorzugsweise in einer Art schwimmender Lagerung in der Ausnehmung der dritten Lage angeordnet. Dabei ist einer der oder sind beide der Stege längs mindestens einer seiner/ihrer Kanten längs seiner/ihrer Erstreckungsrichtung zu der benachbarten Innenkante der Ausnehmung in der dritten Lage beabstandet angeordnet. Hierzu ist die Länge und/oder Breite der Stege um ≤ 0,7 mm, vorzugsweise um ≤ 0,5 mm und/oder um ≥ 0,1 mm, vorzugsweise um ≥ 0,2 mm kleiner als die Länge bzw. Breite der Ausnehmung in der dritten Lage.
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Andererseits ist es möglich, dass einer oder beide der Stege längs mindestens einer seiner/ihrer Kanten längs seiner/ihrer Erstreckungsrichtung zumindest abschnittsweise unmittelbar einer Innenkante der Ausnehmung in der dritten Lage benachbart ist. Dies kann die Zentrierung erleichtern.
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Zusätzlich oder als Ersatz für die oben beschriebene Abkröpfung zwischen der Anschlussstelle des Steges an seine zugehörige Lage und der Verbindungsstelle ist es auch möglich, einen oder beide Stege zwischen der Verbindungsstelle und dem freikragenden Ende des Steges in der beschriebenen Weise abzukröpfen. Dies genügt, um die Stege innerhalb der Ausnehmung in der mittleren Lage während der Verbindung der drei Lagen miteinander hinreichend festzulegen. Bei der Verbindung der Lagen, beispielsweise mittels eines Niets, eines Schweißpunktes oder beim Durchsetzfügen ergibt sich dann die weitere Positionierung der Stege innerhalb der Dimensionen der Ausnehmung in der mittleren Lage meist von selbst. Die beschriebene Abkröpfung dient folglich einer anfänglichen Positionierung bzw. seitlichen Verdrehsicherung bis zur endgültigen Verbindung der drei Lagen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn zwei Stege mittels eines Niets innerhalb der Ausnehmung in der mittleren Lage verbunden werden. Der Niet kann einerseits mit voller Kraft verpreßt werden, so dass die beiden Stege ohne eine weitere seitliche Bewegungsmöglichkeit miteinander verbunden sind. Andererseits kann der Niet auch mit reduzierter Kraft verpreßt werden, so dass die beiden Stege nicht unmittelbar aufeinander aufliegen, sondern ein geringer Abstand zwischen ihnen verbleibt. Das Spiel des Niets und der Abstand der beiden Stege ermöglicht es, dass die beiden Stege aus einer Ebene parallel zur Ebene der mittleren Lage ausgelenkt werden können, ohne dass die Verbindung dabei beeinträchtigt wird. Hierbei kann u. U. zwar die Gesamtdicke des Bauelements an der Verbindungsstelle größer sein als die Summe der Lagenstärken der Lagen im an die Verbindungsstelle angrenzenden Bereich, d. h. in einem Bereich, in dem die mittlere Lage nicht ausgespart ist. Die Verbindungsstelle muss dennoch nicht zu beiden Oberflächen hin überstehen, sondern die verbundenen Stege können so ausgelenkt werden, dass nur auf einer der beiden Oberflächen des Bauelements ein Überstand gegeben ist.
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Erfindungsgemäß ist es auch möglich, weitere Lagen in entsprechender Weise mit dem Bauelement zu verbinden, beispielsweise indem auf einer von der mittleren Lage wegweisenden Oberfläche einer der beiden äußeren Lagen eine vierte Lage vorgesehen wird, die gemeinsam mit den beiden benachbarten Lagen eine entsprechende Verbindungsstelle aufweist.
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Die mittlere Lage des erfindungsgemäßen Bauelementes muss ihrerseits nicht aus lediglich einer Schicht/Lage bestehen, sondern kann auch zwei oder mehr Teillagen aufweisen, sofern nur sämtlicher dieser Teillagen eine gemeinsame Ausnehmung durch diese dritte, aus Teillagen bestehende mittlere Lage aufweisen. Die mittlere Lage kann neben einer oder mehreren, insbesondere zwei, metallischen Teillagen auch eine oder mehrere nichtmetallische Teillagen aufweisen. Hierbei sind insbesondere Sandwichaufbauten mit zwei metallischen Teillagen an den Oberflächen der mittleren Lage und mindestens einer nichtmetallischen Teillage im Inneren der mittleren Lage vorteilhaft.
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Es ist also auch möglich, zwischen der ersten und der zweiten Lage eine Vielzahl weiterer Lagen einzuschließen und sämtliche dieser Lagen sicher miteinander zu verbinden.
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Vorzugsweise sind die mindestens drei Lagen nicht nur an einer Verbindungsstelle miteinander verbunden, sondern an mindestens zwei Verbindungsstellen. Die Erstreckungsrichtung der Stege kann dabei an der ersten Verbindungsstelle parallel zu der an der zweiten Verbindungsstelle verlaufen. Ebenso ist es möglich, dass die Erstreckungsrichtungen der Stege an zwei Verbindungsstellen unter einem Winkel zueinander, quer oder sogar im Wesentlichen oder genau senkrecht zueinander verlaufen.
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Die Erfindung umfasst weiterhin eine Baugruppe mit mindestens einem Bauelement sowie mindestens zwei Gegenbauteilen. Auf beiden Oberflächen des Bauelements liegt jeweils mindestens ein Gegenbauteil zumindest abschnittsweise flächig auf dem Bauelement auf. Die mindestens eine Verbindungsstelle kann dabei vorzugsweise so angeordnet sein, dass sie den flächigen Kontakt zwischen dem Bauelement und einem oder beiden Gegenbauteilen nicht beeinträchtigt. Vorzugsweise kann die mindestens eine Verbindungsstelle an einer Position angeordnet sein, an der eines der Gegenbauteile dem Bauelement nicht unmittelbar benachbart ist und/oder nicht unmittelbar auf dem Bauelement aufliegt. Ebenso ist es vorteilhafterweise möglich, dass die Verbindungsstelle gegenüber den an sie angrenzenden Bereichen des Bauelements keinen Überstand aufweist.
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Bei den Gegenbauteilen kann es sich beispielsweise um einen Zylinderkopf einerseits und um einen Abgaskrümmer oder Turbolader andererseits handeln.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Baugruppe ist die mindestens eine Verbindungsstelle in einem Bereich angeordnet, in dem das Bauelement nur mit einem der Gegenbauteile flächigen Kontakt aufweist. Die Verbindungsstelle befindet sich also in einem Bereich, in dem nur zu einer Oberfläche des Bauelements ein Gegenbauteil vorhanden ist. Mit dem erfindungsgemäßen Bauelement ist nun trotz der Verbindung der mindestens drei Lagen des Bauelements eine korrekte Montage des Bauelements in der Baugruppe möglich, da die Verbindungsstelle so gestaltet ist, dass sie entweder keinen Überstand der Verbindungsstelle über die angrenzenden Bereiche des Bauelements in Richtung des Gegenbauteils aufweist oder bei einem Überstand der Verbindungsstelle über die angrenzenden Bereiche des Bauelements, die Verbindungsstelle dem angrenzenden Gegenbauteil so ausweichen kann, dass die Verbindung nicht mehr in Richtung des angerenzenden Gegenbauteils übersteht und die Verbindung dabei auch nicht beschädigt wird.
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Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Bauelemente und erfindungsgemäßer Baugruppen gegeben. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet und daher teilweise ihre Beschreibung nicht wiederholt.
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In den nachfolgenden Beispielen werden neben den in den Ansprüchen 1 und 18 beschriebenen erforderlichen Merkmalen der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von vorteilhaften Weiterbildungen und optionalen Merkmalen beschrieben. Diese können auch jeweils unabhängig von den anderen in dem jeweiligen Beispiel dargestellten optionalen Merkmalen als solche die Erfindung weiterbilden, bzw. auch in Kombination mit lediglich einzelnen der weiteren optionalen Merkmale des jeweiligen Beispiels oder auch einzelnen oder mehreren optionalen Merkmalen der weiteren Beispiele die vorliegende Erfindung weiterbilden.
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Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer konventionellen Baugruppe mit einem konventionellen Bauelement;
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2a eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Baugruppe mit einem erfindungsgemäßen Bauelement in einer ersten Ausführungsform;
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2b das erfindungsgemäße Bauelement aus 2a in Aufsicht;
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2c bis 2e das erfindungsgemäße Bauelement aus 2b in Schnittansicht entlang der Schnittlinien A-A und A'-A' bzw. A'-A' in verschiedenen Zuständen;
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3a eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements in Aufsicht;
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3b bis 3d das erfindungsgemäße Bauelement aus 3a in Schnittansicht entlang der Schnittlinie C-C sowie je eine Detaildarstellung in zwei Zuständen;
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4 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements in Aufsicht und im Querschnitt entlang der Schnittlinie E-E;
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5 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements in Aufsicht und im Querschnitt entlang der Schnittlinie F-F;
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6 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements in Aufsicht und im Querschnitt entlang der Schnittlinie G-G;
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7 eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements in Aufsicht und im Querschnitt entlang der Schnittlinie K-K; und
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8 bis 12 Ausschnitte von Aufsichten auf erfindungsgemäße Bauelemente im Bereich einer Verbindungsstelle.
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1 zeigt eine konventionelle Baugruppe 150 mit einem konventionellen Bauelement 101 und zwei angrenzenden (Gegen-)Bauteilen 180, 190. Das Bauelement 101 enthält einen Hitzeschild 102 mit einer mittleren Lage 130 sowie zwei äußeren Lagen 110, 120, die zu beiden Seiten der mittleren Lage 130 angeordnet sind und eine Durchgangsöffnung 107 in dem Bauelement 101 mittels einer um die Durchgangsöffnung 107 in den Lagen 110, 120 umlaufenden Sicke 108 abdichten. Die drei Lagen 110, 120, 130 sind mittels zweier Niete 106a, 106b verbunden. Die angrenzenden Bauteile bestehen hier aus einem Zylinderkopf 190 und einem Abgaskrümmer 180. Da die Niete 106a und 106b außerhalb der Kontaktfläche zwischen dem Hitzeschild 101 und dem Abgaskrümmer 180 angeordnet sind, kann das Bauelement 101 problemlos auf den Abgaskrümmer 180 aufgelegt werden. Der Niet 106b ist jedoch im Bereich der Auflagefläche des Zylinderkopfes 190 auf dem Hitzeschild 101 angeordnet und steht zum Zylinderkopf 190 hin über. Er verhindert somit, dass das Bauelement 101 so eingebaut werden kann, dass die äußere Lage 110 so auf dem Zylinderkopf 190 montiert werden kann, dass die äußere Lage 110 und der Zylinderkopf 190 in dem den Niet 106b umgebenden Bereich in flächigem Kontakt sind. Eine ordnungsgemäße Abdichtung der Durchgangsöffnung 107 ist somit nicht möglich, da eine Auflage des Zylinderkopfes 190 auf die Sicke 108 behindert wird.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Baugruppe 50 mit einem erfindungsgemäßen Bauelement 1, das zwischen einem Zylinderkopf 90 und einem Abgaskrümmer 80 als Gegenbauteile angeordnet ist. Das Bauelement 1 weist ein Hitzeschild 2 auf, das eine erste mittlere Lage 30 mit einer Durchgangsöffnung 7, beispielsweise für Abgase, aufweist. Im Bereich der Durchgangsöffnung 7 wird diese Durchgangsöffnung 7 zu beiden Seiten des Hitzeschildes 2, dessen Lage 30 beispielsweise aus einer strukturierten Aluminiumlegierung besteht mittels einer Dichtung 3 abgedichtet, deren Sicken 8 in der Darstellung der 2a jedoch im Wesentlichen flachgepresst sind und deshalb kaum erkennbar sind. Die Dichtung 3 weist zwei Lagen auf, eine erste äußere Lage 10 und eine zweite äußere Lage 20 der Dichtung, die beispielsweise aus federhartem Stahl bestehen. Diese sind beidseits der mittleren Lage 30 jeweils zu einer Seite des Hitzeschildes 2 angeordnet und weisen Durchgangsöffnungen auf, die der Durchgangsöffnung 7 bezüglich ihrer Lage und Ausdehnung entsprechen. Das Hitzeschild 2 kann jedoch statt einer mittleren Lage 30 auch eine Vielzahl von Lagen aufweisen, wobei in den nachfolgenden Beispielen stellvertretend für sämtliche Lagen des Hitzeschildes 2 im Bereich der Durchgangsöffnung 7 lediglich eine einzelne mittlere Lage 30 erwähnt wird.
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Die drei Lagen 10, 20, 30 sind an Verbindungsstellen 44 und 4 miteinander verbunden. An der Verbindungsstelle 44, die eine herkömmliche Verbindungsstelle ist, wie sie schon in 1 gezeigt ist, führt eine Durchgangsöffnung 45 durch sämtliche drei Lagen 10, 20, 30 und wird von einem Niet 46 durchdrungen. Wie schon in 1 liegt der Niet 46 in einem Bereich, in dem der Hitzeschild 2 seitlich sowohl über den Abgaskrümmer 80 als auch über den Zylinderkopf 90 übersteht, so dass der Niet 46 bei der Montage des Hitzeschilds 2 nicht stört.
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Ergänzend zu dieser herkömmlichen Verbindungsstelle 44 ist bei dem erfindungsgemäßen Bauelement 1 eine weitere, jedoch erfindungsgemäße Verbindungsstelle 4 vorgesehen. Diese Verbindungsstelle 4 liegt in einem Bereich, in dem der Hitzeschild 2 seitlich zwar über den Abgaskrümmer 80, nicht jedoch über den Zylinderkopf 90 übersteht. Wie schon aus 2a deutlich wird, ist der Hitzeschild 2 nun so ausgebildet, dass der erfindungsgemäße Hitzeschild 2 anders als der konventionelle Hitzeschild 102 flächig auf dem einzigen im Bereich der Verbindungsstelle 4 und deren unmittelbarer Umgebung angrenzenden Bauteil 90 aufliegt.
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In 2b, die das Bauelement 1 im unverbauten Zustand in Draufsicht zeigt, ist weiterhin in beiden Lagen 10 und 20 eine Sicke 8 als Dichtstruktur eingebracht, die die Durchgangsöffnung 7 vollständig umläuft und in der Lagenebene gegen den Austritt von Medium aus der Durchgangsöffnung 7 in die Zwischenräume zwischen den Lagen 10, 20 und 30 abdichtet. Eine vergleichbare Sicke ist in die vom Betrachter wegweisende Lage 20 eingebracht. Im Querschnitt der 2a sind beide Sicken 8 verpresst.
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Die Verbindungsstelle 4 ist in der 2c im Querschnitt längs der Linien A-A und A'-A' in 2b dargestellt, 2d und 2e zeigen das Detail B des letztgenannten Querschnitts A'-A', d. h. den in 2a an den Zylinderkopf 90 angrenzenden Bereich.
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Die beiden äußeren Lagen 10 und 20 schließen die mittlere Lage 30 des Hitzeschildes 2 ein. Die Lage 30 weist eine Ausnehmung 31 auf, wobei bei Projektion der Lagen 10 und 20 in die Ebene E3 der Lage 30 zwei freikragende Stege 11 und 21 der Lagen 10 und 20 innerhalb dieser Ausnehmung 31 angeordnet sind. Diese beiden freikragenden Stege 11 und 21 sind zwischen einer in ihnen befindlichen Durchgangsöffnung 5 und ihren freien Enden 12, 22 gegenläufig zueinander gerichtet abgekröpft, so dass sie an ihren freien Enden 12, 22 aufeinander zu liegen kommen.
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Durch die Durchgangsöffnung 5 greift nun ein Niet 6 als Befestigungselement und verbindet die beiden freikragenden Stege 11 und 21 miteinander. Hierdurch wird zugleich auch die mittlere Lage 30 mit den beiden benachbarten äußeren Lagen 10 und 20 formschlüssig verbunden.
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2d zeigt die Verbindungsstelle 4 in einer vergrößerten Darstellung des Bereichs B aus 2c im unverbauten Zustand. Die Abkröpfungen zwischen der Durchgangsöffnung 5 für das Befestigungselement 6 und den freien Enden 12 und 22 der Stege 11 und 21 sind mit den Bezugszeichen 17 und 27 bezeichnet. Die äußeren Ränder 12 und 22 der Stege 11 und 21 sind in der Lagenebene E3 der Lage 30 angeordnet, so dass sie innerhalb der Ausnehmung 31 die Stege 11 und 21 formschlüssig festlegen. Hierdurch wird eine positionsrichtige Verbindung sämtlicher drei Lagen 10, 20 und 30 erzielt. Wie am linken Rand der Durchgangsöffnung 5 deutlich wird, wird der Niet 6 bei der Lagenverbindung nicht vollständig verpreßt, so dass der Niet 6 mit Spiel verbaut ist.
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In 2e ist dieselbe Verbindungsstelle 4 dargestellt, nunmehr in einem verbauten bzw. verpressten Zustand des Bauelements 1, bei dem die Lage 10 benachbart zu einem weiteren, in 2e nicht dargestellten Gegenbauteil angeordnet ist. Durch dieses Gegenbauteil – in 2a den Zylinderkopf 90 – wird der Niet 6 aus der Lagenebene der Lage 10 verdrängt, so dass die Stege 11 und 21 gemeinsam mit dem Niet 6 entsprechend ausweichen und kein Überstand über die zweite Lage 20 in Richtung des Zylinderkopfes 90 verbleibt. Dennoch wird eine in der Lagenebene positionsrichtige Festlegung sämtlicher drei Lagen erzielt. Hierzu trägt entscheidend bei, dass der Niet 6 nicht auf Verpressung geschlossen ist und die Lage 20 sich innerhalb des Niets 6 etwas bewegen kann, so dass ein Abknicken der Stege 11, 21 die Verbindung nicht beeinträchtigt.
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Die mittlere Lage 30 des Hitzeschilds 2 aus 2 weist wie in sämtlichen nachfolgenden Figuren eine Flächenausdehnung aus, die größer ist als die der beiden äußeren Lagen 10, 20, d. h. die mittlere Lage ragt über die Lagen 10 und 20 zumindest bereichsweise, in der vorliegenden Ausführungsform sogar entlang ihres gesamten Außenumfangs über die Lagen 10 und 20 hinaus. Somit überlappen zwar die Außenkanten 19, 29 der äußeren Lagen mit einem flächigen Abschnitt der mittleren Lage 30, die Außenkante 39 hingegen ist von den Außenkanten 19, 29 der äußeren Lagen 10, 20 beabstandet. In dem über die äußeren Lagen 10, 20 überstehenden Bereich weist die mittlere Lage 30 zumindest abschnittsweise einen aus der Lagenebene E3 ragenden Kragen 38 auf, der eine seitliche Abschirmung des angrenzenden Bauelements der Baugruppe, beispielsweise eines Abgaskrümmers 80 bewirkt. Der Kragen kann dabei entlang seines Verlaufes eine unterschiedliche Breite/Höhe und/oder unterschiedliche Krümmung aufweisen.
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3 zeigt ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelementes 1. In 3b wird die in 3a in Aufsicht dargestellte Verbindungsstelle 4 in einem Schnitt längs der Linie C-C in 3a dargestellt. In 3b wird dabei ein Zwischenzustand bei der Herstellung der Verbindung an der Verbindungsstelle 4 dargestellt, der Bereich um die Verbindungsstelle 4 ist in 3c im Zwischenzustand und in 3d als fertige Verbindung vergrößert im Detail D dargestellt.
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Bei der Verbindungsstelle 4 gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Steg 21 der Lage 20 eine Durchgangsöffnung/Ausnehmung 25 auf. Im Bereich dieser Durchgangsöffnung 25 besitzt der Steg 11 der ersten äußeren Lage 10 eine freikragende Lasche 16, die durch die Durchgangsöffnung 25 hindurchragen kann, wie in 3b und 3c dargestellt ist. In 3d ist ein vollständig verbundener Zustand dargestellt, bei dem die Lasche 16 den Steg 21 hintergreift und folglich die beiden Stege 11 und 21 und damit sämtliche Lagen 10, 20, 30 miteinander verbindet.
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Die Kröpfungen 17 und 27 sind bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen der Verbindungsstelle der Stege 11, 21 mit ihren Lagen 10, 20 und der Durchgangsöffnung/Ausnehmung 25 angeordnet. Die Kröpfungen 17 und 27 sind dabei gegensinnig aufeinander zugerichtet, so dass in dem zu der Ausnehmung 25 benachbarten Bereich, die beiden Stege 11 und 21 auch im noch nicht verbundenen Zustand unmittelbar aufeinanderliegen.
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4 zeigt in den Teilbildern 4a und 4b eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementes. Hier bestehen sämtliche Lagen des Bauelements 1 aus nicht-federhartem Stahl, beispielsweise C-Stahl. Die Verbindungsstelle 4 ist dabei in gleicher Weise wie die Verbindungsstelle 4 in 3 ausgestaltet, allerdings weist nunmehr die Lage 10 in ihrem Steg 11 eine Durchgangsöffnung 15 statt der Durchgangsöffnung 25 in der Lage 20 in 3 auf, die von einer Lasche 26 (statt der Lasche 16 in 3) durchgriffen und deren Rand hintergriffen wird. Auch hierdurch erfolgt eine Verbindung der beiden Lagen 10 und 20 sowie der dazwischen eingeschlossenen Lage 30.
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Die Ausführungsbeispiele der 3 und 4 kommen ohne einen Überstand der Verbindungsstelle 4 gegenüber den angrenzenden Bereichen aus.
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5 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Bauelement 1, bei dem die Verbindungsstelle 4 in 5b im noch nicht vollständig verbundenen Zustand dargestellt ist.
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Diese Ausführungsform entspricht weitgehend derjenigen in 3, wobei in 5 die Lage 10 im Bereich des Steges 11 zweifach abgekröpft ist, wodurch die Führung der Lasche 16 durch die Öffnung 25 erleichtert wird. Beim Verbau wird das freie Ende 12 des Steges 11 zurückgefaltet und im Wesentlichen parallel zur Ebene E3 der mittleren Lage 30 verpreßt, was hier aber nicht dargestellt ist.
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Auch wenn hier an der Verbindungsstelle 4 drei Lagen – zweimal die Lage 10, einmal die Lage 20 – übereinander liegen, kommt es aufgrund der Ausnehmung in der mittleren Lage 30 zu keiner Aufdickung der Verbindungsstelle 4 gegenüber den die Verbindungsstelle 4 umgebenden Bereichen.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem im Unterschied zu den vorigen Ausführungsbeispielen zwei erfindungsgemäße Verbindungsstellen 4a und 4b vorgesehen sind. Die Verbindungsstellen 4a und 4b sind in dem Schnitt längs der Linie G-G in 6a in 6b dargestellt. Die Laschen 11a und 21a bzw. die Laschen 11b und 21b sind bei dieser Ausführungsform jeweils miteinander über eine Schweißverbindung verbunden. Dadurch dass die Verbindungsstellen 4a und 4b in x-Richtung versetzt zueinander angeordnet sind und zudem die Stege 11a, 21a sich zu ihrem freien Ende hin in entgegengesetzter Richtung wie die Stege 11b, 21b erstrecken, ist die Lage 30 in ihrer Lagenebene durch diese beiden Verbindungspunkte positionsgenau festgelegt.
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7 zeigt in den Teilbildern 7a und 7b ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauelementes 1. Die Verbindungsstelle 4 ist dabei wie die Verbindungsstelle 4a in 6b ausgestaltet, wobei die gekröpften Laschen 11 und 21 mittels eines Schweißpunktes miteinander verbunden sind.
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8 bis 12 zeigen beispielhafte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Verbindungsstellen 4 in Aufsicht.
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In 8 ist unterhalb der ersten Lage 10 ein Abschnitt der Lage 30 mit ihrer Durchgangsöffnung/Ausnehmung 31 dargestellt. Die Ausnehmung 31 weist Umfangsränder 33a, 34, 33b auf. Innerhalb der Ausnehmung 31 sind die Laschen 11 und 21 der Lagen 10 und 20 angeordnet. Der freikragende Steg 11 der Lage 10 ist zwischen seinem freien Ende 12 und der Verbindungsstelle zum Rest der Lage 10 mit einer Abkröpfung 17 versehen, die das freie Ende 12 des Steges 11 in die Lagenebene der Lage 30 versetzt. Der Steg 11 erstreckt sich lediglich über einen Teil der Ausnehmung 31. Nicht nur endständig sondern hier auch seitlich verbleibt ein Freiraum zu den Kanten 33a, 33b und 34 als Spiel der Lagen 10 und 30 gegeneinander.
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In 8 ist der Steg 21 der Lage 20 weitestgehend durch den Steg 11 überdeckt. Der Steg 21 weist jedoch an seinem freikragenden Ende 22 eine schmale Lasche 26 auf, die um das freie Ende 12 des Steges 11 umgefalzt ist, so dass der Steg 21 den Steg 11 an seinem freien Ende 12 beidseitig umfasst und senkrecht zur Lagenebene wirkend eine Verbindung der beiden Lagen 10 und 20 herstellt. Die Verbindung erfasst auch die zwischen den Lagen 10 und 20 eingeschlossene mittlere Lage 30. Auch zwischen dem Steg 21 und den Kanten 33a, 33b und 34 ist ein Freiraum als Spiel der Lagen 20 und 30 gegeneinander vorgesehen.
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In 9 ist eine weitere erfindungsgemäße Verbindungsstelle 4 dargestellt. Der Steg 11 und der vom Steg 11 verdeckte Steg 21 sind benachbart zu ihren Enden 12 bzw. 22 abgekröpft, wobei die Abkröpfungen 17, 27 gegenläufig die freien Enden 12, 22 der Stege 11 und 21 in die Lagenebene der Lage 30 versetzen. Beide Stege 11 und 21 weisen im Wesentlichen miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen 15 bzw. 25 auf, in denen ein Niet 6 als Befestigungselement angeordnet ist. Die Verbindungsstelle 4 der 9 ist somit ähnlich ausgebildet wie die der 2, allerdings verlaufen hier nur die Kanten 33a, 33b senkrecht zur Kröpfung 17, die entsprechenden Kanten 12a, 12b der Lage 10 verlaufen hingegen so, dass sie sich zu ihrem freien Ende 12 bzw. zur Kröpfung 17 hin etwas verjüngen. Der Steg 21 ist analog gestaltet. Hierdurch lassen sich die freien Enden 12, 22, besonders gut in der Ausnehmung 31 der Lage 30 platzieren, gleichzeitig erfahren sie in ihrem von ihrem freien Ende 12, 22 abgewandten Bereich eine seitliche Führung und dadurch eine Zentrierung.
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10 zeigt eine weitere Verbindungsstelle 4, die derjenigen in 8 ähnlich ist. Während in 8 die Außenform des Steges 11 und ggfs. des Steges 21 weitgehend rechteckig ist (mit abgerundeten, angefasten oder scharfen Ecken) sind nunmehr die beiden Außenkanten 12a und 12b des Steges 11 abgeschrägt unter einem vorgegebenen Winkel zueinander zulaufend ausgebildet. Der Steg 11 weist daher eine Trapezform auf, wobei das freie Ende des Steges 11 das Trapezdach bildet. Dies ermöglicht bei der Montage eine Selbstzentrierung des Steges 11 in der Ausnehmung 31.
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11 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Verbindungsstelle 4, bei der die beiden Stege 11 und 21 von entgegengesetzten Seiten her sich in die Ausnehmung 30 erstrecken. Die freien Enden 12 und 22 der Stege 11 und 21 überlappen sich und hintergreifen sich, so dass diese ebenfalls die beiden Lagen 10 und 20 senkrecht zur Lagenebene formschlüssig miteinander verbinden. Wie in allen bisherigen Beispielen bilden die Außenkanten 12a, 12b bzw. 22a, 22b der Stege 11 und 21 ggfs. einen Anschlag für die Innenkanten 33a, 33b der Ausnehmung 31 der Lage 30, weisen jedoch Spiel auf.
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12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verbindungspunktes 4, der ähnlich ausgestaltet ist wie derjenige in 11. Im Unterschied zu dem Verbindungspunkt in 11 weist die Lasche 21 nunmehr eine weitere Öffnung 28 auf, die der Schwächung der Lasche 21 dient. Dadurch ist die Lasche 21 besser verformbar und kann leichter soweit ausgelenkt werden, dass sie beim Verbinden hinter die Lasche 11 gleitet und diese hintergreift.
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Die Beweglichkeit der Lasche 11 kann in den 11 und 12 auch dadurch weiter erhöht werden, dass im Bereich des Ansatzes der Lasche 11 seitlich zu der Lasche 11 die Lage 10 Verbreiterungen 18a, 18b der Ausnehmung 15 in der Lage 10 aufweist, so dass die Lasche 11 aus der Lage 10 weitergehend freigeschnitten ist.
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Die beiden letztgenannten Maßnahmen – Öffnung 28 und Verbreiterungen 18a, 18b – sind insbesondere vorteilhaft, wenn die Lagen 10, 20 aus einem federharten Blech, insbesondere aus einem federharten Stahlblech bestehen.
