DE102014105536A1

DE102014105536A1 - Abschirmteil

Info

Publication number: DE102014105536A1
Application number: DE102014105536.5A
Authority: DE
Inventors: Gerd-Sebastian Beyerlein
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-10-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abschirmteil, das insbesondere für einen Einsatz in einem Personenkraft- oder Nutzfahrzeug ausgebildet und auf metallischer, keramischer und/oder polymerer Basis mit keramischen oder wiederum polymeren Dämmstoffen aufgebaut ist. Um einen Einsatz- und Aufgabenbereich eines Abschirmsystems der vorstehend genannten Art zu erweitern, wird vorgeschlagen, dass das Abschirmteil (1) mit mindestens einem Sensorelement (2) ausgerüstet als integrales Bauteil ausgebildet ist, das mit mindestens einem elektrischen Energieversorger verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abschirmteil, wie es insbesondere an Verbrennungskraftmaschinen oder einem Abgasstrang in einem Personenkraft- oder Nutzfahrzeug vorgesehen ist.
Gegenwärtig können Abschirmteile in betreffenden Systemen nach ihrer Funktion unterteilt werden in solche, die thermischen, akustischen und/oder mechanischen Schutz und/oder Abschirmung im Bereich einer Verbrennungskraftmaschine und einem damit verbundenen Abgasstrang bieten. In der Praxis ist es erstrebenswert, derartige Abschirmteile möglichst universell auszulegen, so dass im Idealfall alle Anforderungen von einem einzigen Abschirmteil erfüllt werden. Abhängig von dem Haupteinsatzort und den thermischen Randbedingungen werden bekannte Abschirmsysteme auf metallischer, keramischer oder polymerer Basis mit keramischen oder wiederum polymeren Dämmstoffen aufgebaut.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Ansätze für Aufbau und Anordnung von Abschirmteilen der vorstehend genannten Art bekannt, die z.B. einer Begrenzung einer thermischen Abstrahlung zum Schutz benachbarter Komponenten oder einer generellen Minderung einer Schallemission dienen. Aktuell werden derartige Bauteile größtenteils flächig als thermische und/oder akustische Abschirmteile mehrlagig bzw. in mehreren separaten Lagen ausgeführt, wobei grundsätzlich sämtliche denkbare Kombinationen aus metallischen, polymeren und/ oder keramischen Schichten zu mehrlagigen Bauteilen in diversen Druckschriften beschrieben und auch anforderungsgerecht hergestellt werden können.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, einen Einsatz- und Aufgabenbereich eines Abschirmsystems der vorstehend genannten Art zu erweitern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Abschirmteil mit mindestens einem Sensorelement ausgerüstet als integrales Bauteil ausgebildet ist, das mit mindestens einem elektrischen Energieversorger verbunden ist.
Gemäß vorliegender Erfindung bietet ein Abschirmteil also den Vorteil, dass es im Vergleich zu Abschirmsystemen nach dem aktuellen Stand der Technik nicht länger ein rein passives Element darstellt, sondern eine erweiterte Funktionalität aufweist und dennoch als integrale Einheit für eine Montage ohne Mehraufwand bereitsteht. Für eine derartige erweiterte Funktionalität und neuartige Anwendungsfälle werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele der Erfindung noch Details angegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Demnach ist ein Sensorelement eines erfindungsgemäßen Abschirmteils in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem elektrischen Energieversorger in Form eines Systems zur Energierückgewinnung aus Abwärme und/oder Schallemission bzw. mechanische Schwingungen verbunden, das piezoelektrisch, thermoelektrisch, triboelektrisch oder gemäß einer Kombination hiervon wirkt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mindestens ein System zur Energierückgewinnung nach einer der vorstehend genannten Prinzipien ebenfalls mit in dem Abschirmteil angeordnet ist.
Alternativ oder zusätzlich ist in dem Abschirmteil ein Speicher nach Art eines Kondensators, Akkumulators oder vorzugsweise eines flächig ausgebildeten Superkondensators vorgesehen, der insbesondere auf der Basis elektrisch leitender Carbon-Aerogele aufgebaut ist. Damit ist ein Sensorelement mit einer i.d.R. geringen Aufnahme elektrischer Leistung in jedem Betriebszustand eines Kraftfahrzeugs ausreichend mit elektrischer Energie versorgt. Mindestens ein Sensorelement kann somit auch in Phasen der Unterbrechung einer Aufladung unterbrechungsfrei versorgt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung verfügt der Sensor über ein System zur drahtlosen Kommunikation, um eigene Messdaten oder Umgebungsdaten an eine Empfangsstation zu senden. Diese Empfangsstation ist dabei vorzugsweise Teil eines zentralen Informations- und/oder Motormanagements. Die von dem mindestens einen Sensor und dem Funksystem benötigte elektrische Energie stellt das vorstehend beschriebene System selbst bereit und arbeitet damit vollständig autark. Auch eine derartige Ergänzung eines Abschirmteils wäre ohne zusätzlichen Aufwand an Verkabelung realisiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Sensorelement als Abstandssensor ausgebildet. Im Bereich eines Unterbodens eines Kraftfahrzeugs angeordnet erfüllt dieses Sensorelement die Aufgabe, einen jeweiligen Bodenabstand zu bestimmen. Auf Basis der aktuell ermittelten Abstandsdaten kann dann eine Warnung bei Unterschreitung eines Mindestabstandes ausgegeben werden.
Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
1: eine dreidimensionale Ansicht auf einen Schnitt durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Abschirmteil mit einer Erweiterung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
2: eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel von 1 unter Erweiterung um einen Energiespeicher.
Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist in 1 ein Abschirmteil 1 als Komponente eines nicht weiter im Detail dargestellten Abschirmsystems an einem Abgasstrang A mit mindestens einem Sensor 2 auszurüsten. Das Abschirmteil 1 schirmt den Abgasstrang A in dem dargestellten Bereich gegenüber dem weiteren und hier nicht dargestellten Unterboden ab, wobei der Abgasstrang A zur Straßenoberfläche hin frei liegt. Das Sensorelement 2 übermittelt über ein hier ebenfalls an einer ggf. noch mit Ausnehmungen versehenden Befestigungslasche L des Abschirmteils 1 angeordnetes System zur drahtlosen Kommunikation eigene Messdaten oder Umgebungsdaten, nachfolgend einfach als Sender 3 bezeichnet, an eine entfernt angeordnete Empfangsstation 4. Die von dem Sensorelement 2 und dem Sender 3 benötigte elektrische Energie wird innerhalb des Abschirmteils 1 dadurch selbst bereitgestellt, dass es zusätzlich mit mindestens einem System 5 zur Energierückgewinnung, z.B. piezoelektrisch, thermoelektrisch, triboelektrisch oder in Kombinationen hiervon wirkend, ausgestattet ist.
In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist dieses System 5 zur Energierückgewinnung als thermoelektrischer Generator 6 ebenfalls in dem Abschirmteil 1 integriert. Damit arbeiten die in dem Abschirmteil 1 integrierten Komponenten als sensorische Einheit mit Funkübertragung von Messwerten vollständig autark. Von einem thermoelektrischen Generator 6 ist bekannt, dass sie zumindest aktuell nur für geringe elektrische Leistungen zu vertretbaren Kosten verfügbar sind. Das ist aber vorteilhafterweise ausreichend, da z.B. ein Sensorelement 2 zur Temperatur-, Schwingungs-, Schallemissions- oder Abstandsmessung i.d.R. nur eine geringe elektrische Leistungsaufnahme aufweist.
In dem in 1 dargestellten Anwendungsfall dient das Sensorelement 2 der Überwachung einer Bodenfreiheit zum Schutz eines Kfz-Unterbodens. Auf Basis der durch das an einem Kfz-Unterboden angeordnete Sensorelement 2 aktuell ermittelten und über den Sender 3 an die Empfangsstation 4 übersandten Abstandsdaten ∆h kann dann über eine nicht weiter dargestellte zentrale Nachrichten- und Datenverarbeitungsvorrichtung eine Warnung bei Unterschreitung eines Mindestabstandes ausgegeben werden. Damit können Beschädigungen des Kfz-Unterbodens durch rechtzeitige Warnungen zumindest vermindert, wenn nicht sogar vermieden werden.
Bei nur kleinen Energierückgewinnungsraten wird in dem Ausführungsbeispiel nach 2 zudem die Möglichkeit genutzt, elektrische Energie unter Verwendung eines Puffers 7 zwischen zu speichern. Der Puffer 7 ist hier in Form von Akkumulatoren oder Kondensatoren ebenfalls in das Abschirmsystem integriert. Hier ist eine Anordnung eines Puffers 7 im Bereich der Lasche L außerhalb angedeuteter zu Befestigungszwecken vorzusehender Ausnehmungen angedeutet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Speicher bzw. Puffer 7 ein flächiger länglich ausgeführter Superkondensator verwendet.
Zudem werden die Abtastraten oder Sendeintervalle des Funk-Datenübertragungssystems aus Sender 3 und Empfangsstation 4 bedarfsgerecht so abgestimmt, dass ein Ausfall des Systems durch einen dauerhaften Mangel an elektrischer Energie sicher vermieden wird. In Abhängigkeit der erfassten Werte am Abschirmsystem kann eine Vernetzung mit dem Gesamtsystem derart erfolgen, dass Fehlerquellen auch in externen Systemen erkannt und potenzielle Schädigungen verhindert werden können.
Weitere, hier nicht weiter im Detail dargestellte Anwendungsbeispiele entsprechender Systeme wären Abschirmsysteme, die Messdaten im eigenen System registrieren und so Defekte beispielsweise in der Form von Rissbildungen oder unerlaubte Temperaturspitzen oder akustische Belastungen registrieren.
In einem anderen Anwendungsbeispiel werden derartige funktionsintegrierte Abschirmsysteme zur Überwachung der Systemumgebung eingesetzt und so externe sicherheitsrelevante oder rein informative Messwerte abgegriffen. Beispielhaft seien hier nicht abschließend die folgenden Einsatzfelder genannt, die unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Abschirmteils realisiert werden:
Fahrzeugunterböden, bei denen ein vorstehend beschriebenes Abschirmteil verwendet wird, um die Luftströmungen an der Fahrzeugunterseite und/oder den Eintritt von Flüssigkeiten mit Sensoren erfassen;
Motorkapselungen als Abschirmung mit Sensoren, bei dem ein vorstehend beschriebenes Abschirmteil verwendet wird, um ein Erreichen einer Grenztemperatur zur Vermeidung eines Hitzestaus zu melden und/oder vor dem Eintreten einer Schädigung gekapselter Komponenten in geeigneter Weise aktiv gegenzusteuern;
Fahrzeugunterböden mit integriertem elektrischem Speicher, bei denen ein vorstehend beschriebenes Abschirmteil verwendet wird, um eine homogene Erfassung aller Batteriezellen auf Basis von Sensoren in der Abschirmung zu ermöglichen und in einer weiteren Ausbaustufe durch integrierte thermoelektrische Elemente auch bedarfsweise zu erwärmen oder zu kühlen.
Unter Ausnutzung eines Pufferspeichers und zumindest thermoelektrischer Energierückgewinnung könnten autarke Systeme aufgebaut werden, die bei Bedarf entweder durch externe Signale aktiv kühlen oder heizen, indem die thermoelektrischen Generatoren dann als Peltierelemente angesteuert werden. Beispielsweise könnten so lokale, auch bauteilbezogene Temperaturspitzen kurzfristig abgebaut oder Aufheizphasen unterstützt werden.
Die Einbindung und Abfrage beliebiger Sensoren könnte bereits zum aktuellen Zeitpunkt in vielen Systemen durchgeführt werden. Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der Kombination von Energierückgewinnung und gleichzeitiger System-relevanter Verwertung zur Generierung zusätzlicher Daten aus bislang ungenutzten Quellen durch mindestens einen Sensor. Auf diese Weise kann einerseits eine Entlastung anderer Energiespeicher erfolgen, andererseits können so Sensoren in Positionen angeordnet und mit der benötigten elektrischen Energie versorgt werden, die sonst nur mit unverhältnismäßigem Aufwand positionierbar und versorgbar oder gar unerreichbar gewesen wären. Außerdem können so Daten erfasst und ausgewertet werden, deren Sammlung sonst kostenmäßig aufwändiger wäre, sofern überhaupt möglich. Auch die Erfassung zusätzlicher systemrelevanter Daten zur Nutzung im realen Kundenbetrieb könnte auf diese Weise einfacher oder ausgedehnter erfolgen als bislang. Neue Einsatzfelder werden erschlossen, um bisher nicht erfasste oder erfassbare Daten zu erheben und auch in Informations- und Assistenzsystemen zu nutzen.
Bezugszeichenliste

1: Abschirmteil
2: Sensor
3: Sender
4: Empfangsstation
5: System zur Energierückgewinnung
6: thermo-elektrischer Generator
7: Puffer / Superkondensator
8
A: Abgasstrang
∆h: Bodenabstand bzw. Abstand Unterboden/Straßenoberfläche
L: Befestigungslasche des Abschirmteils 1
SO: Straßenoberfläche

Claims

Abschirmteil, das insbesondere für einen Einsatz in einem Personenkraft- oder Nutzfahrzeug ausgebildet und auf Basis metallischer, keramischer und/oder polymerer Dämmstoffen aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmteil (1) mit mindestens einem Sensorelement (2) ausgerüstet als integrales Bauteil ausgebildet ist, das mit mindestens einem elektrischen Energieversorger (5, 6, 7) verbunden ist.
Abschirmteil nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) mit einem elektrischen Energieversorger in Form eines Systems (5) zur Energierückgewinnung aus Abwärme und/oder Schallemission verbunden ist, das piezoelektrisch, thermoelektrisch, triboelektrisch oder gemäß einer Kombination hiervon wirkt.
Abschirmteil nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das System (5) zur Energierückgewinnung in dem Abschirmteil (1) angeordnet ist.
Abschirmteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abschirmteil (1) ein Puffer oder Speicher (7) nach Art eines Akkumulators oder vorzugsweise eines flächig ausgebildeten Superkondensators vorgesehen ist, der insbesondere auf der Basis elektrisch leitender Carbon-Aerogele aufgebaut ist.
Abschirmteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) über ein System zur drahtlosen Kommunikation verfügt, insbesondere in Form eines Senders (3), um eigene Messdaten oder Umgebungsdaten an eine entfernt angeordnete Empfangsstation (4) zu senden.
Abschirmteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) als Abstandssensor ausgebildet ist, um einen jeweiligen Bodenabstand (∆h) zu bestimmen.
Abschirmteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Teil eines Fahrzeugunterbodens dazu ausgebildet ist, Luftströmungen an der Fahrzeugunterseite und/oder den Eintritt von Flüssigkeiten mit Sensoren zu erfassen.
Abschirmteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Teil einer Motorkapselung dazu ausgebildet ist, als Abschirmung (1) mit mindestens einem Sensorelement (2) ein Erreichen einer Grenztemperatur zur Vermeidung eines Hitzestaus zu melden und/oder vor dem Eintreten einer Schädigung gekapselter Komponenten aktiv gegenzusteuern.
Abschirmteil nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmteil (1) als Teil eines Fahrzeugunterbodens oder einer Motorkapselungen dazu ausgebildet ist, mit einem integrierten elektrischem Speicher (7) eine homogene Erfassung aller Batteriezellen auf Basis mindestens eines Sensorelements (2) in der Abschirmung (1) zu ermöglichen.
Abschirmteil nach der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmteil (1) als Bestandteil eines Fahrzeugunterbodens oder einer Motorkapselungen dazu ausgebildet ist, durch integrierte thermoelektrische Elemente bedarfsweise zu erwärmen oder zu kühlen.