DE202017105124U1

DE202017105124U1 - Hitzeschild mit Dichtelement

Info

Publication number: DE202017105124U1
Application number: DE202017105124.2U
Authority: DE
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2018-11-27
Anticipated expiration: 2027-08-26
Also published as: DE112018004853A5; US20200217237A1; WO2019038182A1

Abstract

Hitzeschild (1) zur Abschirmung heißer Bereiche eines Bauteils (80, 90) mit
mindestens einer metallischen Abschirmlage (20) und
einem einlagigen metallischen Dichtelement (40),
wobei die Abschirmlage (20) und das Dichtelement (40) jeweils mindestens eine Mediendurchflussöffnung (30, 50) aufweisen, wobei die Mediendurchflussöffnungen (30, 50) in Durchflussrichtung zueinander benachbart angeordnet sind,
wobei das Dichtelement (40) zumindest abschnittsweise beidseitig entlang des Innenumfangsrandes (32) der Mediendurchflussöffnung (30) der Abschirmlage (20) angeordnet ist und mindestens einen Überlappungsabschnitt (60) aufweist, welcher mit der Abschirmlage (20) zumindest abschnittsweise entlang des Innenumfangsrandes (32) der Mediendurchflussöffnung (30) der Abschirmlage (20) überlappend angeordnet ist und einen Dichtabschnitt (70) aufweist, welcher umlaufend innerhalb der Mediendurchflussöffnung (30) der Abschirmlage (20) zumindest abschnittsweise entlang des Innenumfangsrandes (32) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hitzeschild zur Abschirmung heißer Bereiche eines Bauteils, einen Abgaskrümmer mit einem erfindungsgemäßen Hitzeschild sowie einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer oder Hitzeschild.
Hitzeschilde finden Verwendung in verschiedenen Anwendungsgebieten zur Abschirmung eines Bauteils oder Bauteilbereiches gegen Hitze und/oder Schall mittels Isolation, Reflektion und/oder Absorption. Bauarten von Hitzeschilden umfassen dabei einlagige und mehrlagige Hitzeschilde. Ein besonders wichtiger Industriezweig für derartige Hitzeschilde ist die Automobil- und sonstige Fahrzeugindustrie. Dort finden sie beispielsweise Verwendung zur Abschirmung von wärmeempfindlichen Bauteilen im Motorraum, dessen Umgebung und dem zugehörigen Abgasstrang oder auch zur Abschirmung zwischen Abgasstrang und Fahrgastzelle.
Herkömmlicherweise sind derartige Hitzeschilde dreidimensional verformte Strukturbauteile, die der Abschirmung eines wärmeempfindlichen Bereiches gegenüber einer Wärmequelle dienen. In der Regel sind derartige Hitzeschilde an einem wärmeempfindlichen oder einem wärmeführenden Bauteil befestigt, wobei letzteres häufiger der Fall ist. Die Verbindung erfolgt dabei an mindestens einer, bevorzugt jedoch an mehreren Stellen.
In modernen Kraftfahrzeugen werden immer höhere Anforderungen an Hitzeschilde gestellt, was wesentlich dadurch bedingt ist, dass das Downsizing in Fahrzeugen zu höheren Wärmeentwicklung sowie häufig auch zu einer engeren Anordnung von Bauteilen führt, was wiederum die Wärmeabfuhr erschwert. Hieraus resultiert eine wachsende Bedeutung von Hitzeschilden.
Insbesondere zur Vermeidung von Konvektion in unzulässige Richtungen werden Hitzeschilde oftmals so angebracht, dass sie sich über Bereiche erstrecken, in denen sie Fluidleitungen kreuzen. Hierbei ist es dann oftmals erforderlich, dass die Hitzeschilde selber Durchgangsöffnungen aufweisen, durch welche Fluid hindurchtreten kann. Um einen unbeabsichtigten Stoffübergang an diesen Mediendurchflussöffnungen zu verhindern, ist eine Abdichtung dieser Durchflussöffnungen notwendig.
Bei derartigen herkömmliche Hitzeschilden werden zur Abdichtung an derartigen Durchgängen mehrere Dichtungslagen verwendet, was die Herstellung der Hitzeschilde aufwändig und teuer macht. Insbesondere ist es notwendig, zu beiden Seiten des Hitzeschildes mindestens jeweils eine Dichtungslage anzuordnen. Es werden deshalb in der Regel mindestens zwei, aber oft bis zu vier Aktivlagen mit einem Hitzeschild kombiniert. Dabei werden z.B. bei vier Aktivlagen jeweils zwei Lagen zusammengeschweißt und dann zu beiden Seiten des Hitzeschilds durch Nieten oder Clinchen befestigt. Dies bedingt nicht nur hohe Materialkosten, sondern auch einen erhöhten Fertigungsaufwand.
Meist sind die Dichtungslagen dünner als die Lagen des Hitzeschildes. Hierbei kann es in Folge von beispielsweise wärmeausdehnungsbedingten Schiebebewegungen eines wärmeführenden Bauteils auf einem dünnen Dichtungsblech zu vorzeitigen Zerstörungen kommen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hitzeschild zur Verfügung zu stellen, das eine effektive, dauerhaltbare und kosteneffiziente Abdichtung für Mediendurchflussöffnungen zu Verfügung stellt. Ebenfalls soll ein Abgaskrümmer mit einem erfindungsgemäßen Hitzeschild und ein Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer oder Hitzeschild zur Verfügung gestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch das Hitzeschild nach Anspruch 1, sowie den Abgaskrümmer nach Anspruch 16 sowie den Verbrennungsmotor nach Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hitzeschildes werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
Das erfindungsgemäße Hitzeschild zeichnet sich nunmehr dadurch aus, dass das Hitzeschild mindestens eine metallische Abschirmlage und ein einlagiges metallisches Dichtelement aufweist.
Die mindestens eine Abschirmlage ist dabei derart beschaffen, dass ein Wärmeübertrag von einer Wärmequelle auf ein hitzeempfindliches Bauteil mittels der Abschirmlage reduziert oder verhindert werden kann.
Es versteht sich, dass die geometrische Beschaffenheit je nach Anwendungsfall variieren kann. Insbesondere kann die Abschirmlage eine im Wesentlichen flache Form aufweisen, die an verschiedenen Stellen umgeformt ist. Die Umformungen können dabei die Befestigung der Abschirmlage an einem Gegenbauteil erleichtern oder aber der Außenkontur eines wärmeführenden Bauteils oder aber eines gegen Wärme zu dämmenden Bauteils ähneln, insbesondere zumindest abschnittsweise näherungsweise parallel dazu ausgebildet sein.
Die Abschirmlage weist zudem mindestens eine Mediendurchflussöffnung auf, d.h. eine Durchgangsöffnung, welche in erster Linie oder ausschließlich dazu geeignet ist, ein Fluid als Medium hindurchtreten zu lassen. Im Rahmen dieser Erfindung ist eine Mediendurchflussöffnung in einer Abschirmlage nicht auf eine in sich geschlossene Mediendurchflussöffnung beschränkt. Vielmehr umfasst eine Mediendurchflussöffnung in einer Abschirmlage auch solche Aussparungen in einer Abschirmlage, die nur teilweise von Material umgeben sind, d.h. z.B. auch Einbuchtungen in Abschirmlagen.
Das eine oder mindestens eine metallische Dichtelement hat die Funktion, umlaufend um die mindestens eine Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage eine Dichtwirkung zwischen mehreren dem Hitzeschild benachbarten Bauteilen zu erzielen.
Dabei ist der Anspruch so zu verstehen, dass auch mehrere einlagige metallische Dichtelemente vom Hitzeschild umfasst sein können, zumindest liegt jedoch ein einzelnes einlagiges metallisches Dichtelement vor.
Auch das Dichtelement weist zumindest eine Mediendurchflussöffnung auf. Diese Durchflusssöffnung ist in Durchflussrichtung des Fluids zur Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage benachbart angeordnet. Zudem sind die Mediendurchflussöffnungen in zur Lagenebene senkrechter Richtung benachbart zueinander angeordnet.
Das Dichtelement ist zumindest abschnittsweise beidseitig entlang des Innenumfangrandes der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage angeordnet. Dies bedeutet, dass in Orthogonalprojektion auf die Abschirmlage zumindest abschnittsweise das Dichtelement zu beiden Seiten des Umfangsrandes der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage angeordnet ist. Mit anderen Worten ist entlang eines Abschnitts der Kontur der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage das Dichtelement zu beiden Seiten der durch die Kontur gebildeten Linie ausgebildet. Dies bedeutet, dass das Dichtelement in Orthogonalprojektion auf die Abschirmlage überlappend mit der Kontur des Innenumfangrandes der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage angeordnet ist.
Das Dichtelement weist zumindest einen Überlappungsabschnitt auf, welcher mit der Abschirmlage zumindest abschnittsweise entlang des Innenumfangsrandes der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage überlappend angeordnet ist.
Dieser Überlappungsabschnitt kann dazu dienen, das Dichtelement relativ zur Abschirmlage zu positionieren und ggf. zu fixieren.
Weiterhin weist das Dichtelement einen Dichtabschnitt auf, welcher, zumindest abschnittsweise entlang des Innenumfangsrandes, umlaufend innerhalb der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage angeordnet ist.
Ein solches Hitzeschild ermöglicht es, mittels des Dichtelementes innerhalb der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage eine Dichtwirkung zu erzielen, wobei neben der Abschirmlage nur eine zusätzliche Lage notwendig ist. Dadurch wird eine wesentliche Material- und Gewichtsreduktion im Vergleich zu herkömmlichen Hitzeschilden mit Mediendurchflussöffnungen und mehreren Dichtlagen erreicht. Weiterhin sinkt die Komplexität der Baugruppe und die Fertigung und Montage des Hitzeschildes werden vereinfacht.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hitzeschildes umfassen Ausführungsformen mit einer, zwei, drei oder mehr als drei Abschirmlagen, wobei die Abschirmlagen benachbart zueinander angeordnet sein können. Insbesondere ist es möglich, dass eine Abschirmlage zu einer oder beiden seiner flächig ausgebildeten Oberflächen flächig an einer oder zwei Oberflächen benachbarter Abschirmlagen anliegt. Mit anderen Worten können die Lagenebenen der Abschirmlagen zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen. Die Lagenebene jeder der Abschirmlagen definiert sich dabei über die neutrale Faser der Abschirmlage in dem Bereich, der an die mindestens eine Mediendurchflussöffnung angrenzt.
Das Dichtelement ist vorteilhafterweise als flächiges Bauteil ausgebildet, welches abschnittsweise mit Umformungen versehen ist. Vorteilhafterweise sind eine vollflächig ausgebildete Oberfläche der Abschirmlage und eine vollflächig ausgebildete Oberfläche des Dichtelementes, insbesondere des Überlappungsabschnittes, zumindest abschnittsweise unmittelbar benachbart zueinander angeordnet.
Die mindestens eine Abschirmlage und das Dichtelement können miteinander außerhalb ihrer Mediendurchflussöffnungen form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Dadurch kann eine exakte Positionierung relativ zueinander sichergestellt werden und das Materialhandling vor dem Einbau des Hitzeschildes wird vereinfacht. Es ist jedoch auch möglich, die Befestigung so vorzusehen, dass die mindestens zwei Elemente miteinander verbunden werden, ihre endgültige Positionierung zueinander aber erst beim Einbau erfolgt.
Es ist weiterhin möglich, dass das Dichtelement erst durch die Befestigung des Hitzeschildes an dem benachbarten Bauteil fixiert wird. Insbesondere bei dieser Ausführungsform können Zentrierungshilfen für die Montage eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise kann das Dichtelement einen, zwei, drei oder mehr als drei Überlappungsabschnitte aufweisen. Ein einzelner vollständig umlaufender Überlappungsabschnitt kann im eingebauten Zustand eine besonders gleichmäßige Spannungsverteilung und ein gleichmäßiges Verformen der benachbarten (Dicht-)Bereiche bewirken, wodurch ein besonders günstiger Dichteffekt erreicht werden kann. Es können jedoch auch mehrere Überlappungsabschnitte vorliegen, wobei jeder Abschnitt nur entlang eines Teilabschnittes des Umfangsrandes der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage ausgebildet ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Materialeinsparung.
Bevorzugt ist mindestens eine durch den Dichtabschnitt ausgebildete Dichtlinie vollständig umlaufend um die Mediendurchflussöffnung des Dichtelementes angeordnet. Dadurch wird gewährleistet, dass umlaufend eine vollständige Dichtwirkung gegeben ist.
Insbesondere ist es möglich, dass der Dichtabschnitt lediglich abschnittsweise entlang des Innenumfangsrandes der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage verläuft, aber vollständig umlaufend innerhalb der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage. Dadurch kann eine geschlossene Dichtlinie um den Durchströmquerschnitt des hindurchtretenden Fluids gebildet werden, diese Dichtlinie muss jedoch nicht zwangsläufig vollständig entlang des Innenumfangsrandes der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage verlaufen. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die Mediendurchflussöffnung nicht kreisförmig, sondern länglich ausgebildet ist, während die Dichtlinie kreisförmig verläuft. Dies kann insbesondere auch dann der Fall sein, wenn die Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage nicht vollständig von der Abschirmlage umschlossen ist, beispielsweise in dem Fall, in welchem eine Durchgangsöffnung (bei ihrer Fertigung) so nah an einem Rand der Abschirmlage eingebracht wird, dass sie nach ihrer Ausbildung selber einen Teil dieses Randes, beispielsweise eine Einbuchtung in diesem Rand, bildet.
Die mindestens eine Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage und/oder des Dichtelementes können jeweils insbesondere kreisförmig oder oval ausgebildet sein. Sie können an beliebigen Stellen der Abschirmlage und/oder des Dichtelementes ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß sind die Mediendurchflussöffnungen innerhalb des Außenumfangsrandes des Dichtelementes angeordnet. Für die Abschirmlage ist es jedoch auch möglich, dass die Mediendurchflussöffnungen am Rand ausgebildet sind, d.h. derart ausgebildet sind, dass sie nicht vollständig vom Lagenmaterial der Abschirmlage oder des Dichtelementes umgeben sind, sondern selber einen Teil des Außenumfangsrandes dieser Bauteile bilden. Vorzugsweise ist eine Mediendurchflussöffnung in einer Abschirmlage in Summe zumindest zu 180°, besonders bevorzugt zumindest zu 270°, von Material der Abschirmlage umschlossen.
Vorteilhafterweise sind die Mediendurchflussöffnungen in einer ebenen Fläche ausgebildet, sodass in diesem Fall der Rand einer Mediendurchflussöffnung vollständig innerhalb einer Ebene verläuft. In dieser Ausführungsform weist der Rand der Mediendurchflussöffnung in Umlaufrichtung keine Vor- oder Rücksprünge auf. Dies erleichtert die Abdichtung sowie die Ausbildung der Durchflussöffnungen an sich.
Vorteilhafterweise sind die Mediendurchflussöffnungen derart ausgebildet, dass die Mittelachse der Öffnung im Wesentlichen senkrecht zur Lagenebene der Abschirmlage und/oder des Dichtelementes im die Mediendurchflussöffnung umgebenden Überlappungsabschnitt ausgebildet ist. Soweit nicht anders definiert, bezeichnet die Lagenebene hier - sowohl für die mindestens eine Abschirmlage als auch für das Dichtelement - die neutrale Faser der betreffenden Lage bzw. bei einem Hitzeschild mit mehreren Abschirmlagen die sich für die Summe der Abschirmlagen ergebende neutrale Faser. Insbesondere kann in diesem Fall auf der Grenzfläche von Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage und Abschirmlage die Mantelfläche eines geraden Kreiszylinders gebildet werden.
Es versteht sich, dass die Mediendurchflussöffnungen des Abdichtelementes und des Hitzeschildes koaxial oder mit parallel zueinander verlaufenden Mittelachsen angeordnet sein können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Hitzeschildes bildet der Dichtabschnitt jeweils eine entlang des Innenumfangsrandes der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage und/oder des Dichtelementes verlaufende Dichtlinie aus, die zu verschiedenen Seiten der Lagenebene der Abschirmlage angeordnet ist/sind. Dies bedeutet, dass durch den Dichtabschnitt zwei Dichtlinien innerhalb der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage ausgebildet werden können, wobei diese zumindest abschnittsweise entlang des Randes der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage verlaufen.
Weiterhin sind die beiden Dichtlinien vorteilhafterweise auch zu verschiedenen Seiten der Lagenebene angeordnet. Mit anderen Worten kann eine Dichtlinie oberhalb und eine Dichtlinie unterhalb der Lagenebene des Dichtelementes und/oder der Lagenebene der Abschirmlage verlaufen. Im verbauten Zustand kann so insbesondere jeweils eine Dichtlinie auf jeder der beiden Oberflächen des Hitzeschildes ausgebildet werden.
Dadurch wird es ermöglicht, mit einem einzigen Dichtelement, mithin durch eine einzige Aktivlage, zwei verschiedene Dichtlinien auszubilden, sodass die Mediendurchflussöffnungen des Hitzeschildes zu beiden Oberflächen des Hitzeschildes umlaufend abgedichtet werden.
Vorteilhafterweise wird eine erste Dichtlinie an einer Berührungszone zwischen einem Bereich eines ersten benachbarten Bauteils und einem ersten Bereich des Dichtabschnitts ausgebildet, und eine zweite Dichtlinie an einer Berührungszone zwischen einem Bereich eines zweiten benachbarten Bauteils und einem zweiten Bereich des Dichtabschnitts. Die Dichtlinien sind vorteilhafterweise innerhalb der Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage angeordnet.
Insbesondere sind Ausführungsformen des Hitzeschildes vorteilhaft, in welchen die benachbarten Bauteile in Orthogonalprojektion auf die Lagenebene des Dichtelementes vollständig oder teilweise überlappend mit dem Dichtabschnitt ausgebildet sind.
Vorteilhafterweise wird durch die Struktur des Dichtabschnitts im verbauten Zustand der Dichtabschnitt zumindest abschnittsweise gegen das erste und das zweite Bauteil gepresst, sodass sich die Dichtlinien ausbilden.
Es ist auch möglich, dass nicht nur zwei, sondern drei, vier oder mehr als vier Dichtlinien an einer Mediendurchflussöffnung ausgebildet werden. Beispielsweise können pro Seite mehrere parallel zueinander verlaufende Dichtlinien ausgebildet werden. Hierdurch kann das Dichtverhalten verbessert werden. Insbesondere ist es möglich, dass Schmutzpartikel oder Rückstände des Fluids, welche sich an einem Berührungspunkt von Dichtabschnitt und erstem oder zweiten benachbarten Bauteil absetzen, mithin an einer Dichtlinie, die Dichtwirkung beeinträchtigen oder aufheben. In diesem Fall kann die Dichtheit durch eine der parallel verlaufenden Dichtlinien sichergestellt werden.
Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Dichtabschnitt einen zum Überlappungsabschnitt beabstandet benachbarten Übergangsabschnitt auf, der durch die Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage hindurchgreift. Beispielsweise kann in einem Schnitt parallel zur Mittelachse der Mediendurchflussöffnung betrachtet der Dichtabschnitt zwischen seinem radial inneren und radial äußeren Ende zumindest abschnittsweise einen Übergangsabschnitt aufweisen, welcher beabstandet benachbart zum Überlappungsabschnitt angeordnet ist. In dieser Ausführungsform weist der Dichtabschnitt also einen Übergangsabschnitt auf, welcher zwischen einem radial inneren Endbereich und einem radial äußeren Endbereich des Dichtabschnittes angeordnet ist.
In diesem Schnitt betrachtet kann der Dichtabschnitt (jeweils zu beiden Seiten der Achse) entlang einer Hauptlinie verlaufen, deren Anfangspunkt der radial innere Punkt des Dichtabschnittes bildet und deren Endpunkt der radial äußere Punkt des Dichtabschnittes bildet. Zwischen dem Anfangs- und Endpunkt kann der Verlauf der Hauptlinie durch mehrere in Knotenpunkten verbundene Linienabschnitte zusammengesetzt sein, wobei jeder Linienabschnitt die Form einer Geraden, eines Kreisbogens oder eines Übergangsbogens aufweist.
Der Übergangsabschnitt kann sich aus einem oder mehreren solcher Linienabschnitte zusammensetzen. Insbesondere kann der Übergangsabschnitt aus einer einzelnen Geraden oder aus mehreren Geraden zusammengesetzt sein. der Übergangsabschnitt kann insbesondere weiterhin durch einen geraden Linienabschnitt zusammengesetzt sein, vor welchem und hinter welchem jeweils ein oder mehrere Kreisbögen oder Übergangsbögen angeordnet sind. Ebenfalls kann der Übergangsabschnitt ausschließlich aus Kreisbögen und Übergangsbögen bestehen.
Der Übergangsabschnitt kann in axialer Richtung vollständig oder nur durch einen Teil der Mediendurchflussöffnung hindurchtreten.
Vorteilhafterweise ist der Verlauf der Hauptlinie des Übergangsabschnittes vom Anfangs- zum Endpunkt monoton steigend oder fallend.
Die Linienabschnitte weisen vorteilhafterweise eine konstante Dicke, d.h. Erstreckung in zum Linienabschnitt senkrechter Richtung, wobei in gekrümmten Bereichen im betrachteten Punkt eine Tangente angelegt wird, auf. Die Dicke kann jedoch auch im Verlauf vom Anfangs- zum Endpunkt variieren. Insbesondere kann sich die Dicke im Bereich von prägnanten Krümmungsänderungen ändern.
Es versteht sich, dass der Dichtabschnitt rotationssymmetrisch um die Mediendurchflussöffnung des Dichtelementes ausgebildet sein kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Dichtabschnitt im Querschnitt in vom Überlappungsabschnitt zum Durchlass weisender Richtung aufeinanderfolgend einen äußeren Abschnitt, einen mittleren Abschnitt und einen inneren Abschnitt auf, die über zwei aufeinanderfolgende, entgegengesetzt gerichtete Knickstellen ineinander übergehen und jeweils einen ersten nicht gekrümmten, geraden Abschnitt aufweisen. Die Knickstellen sind dabei als gekrümmte Knickstellen zu verstehen.
Es empfiehlt sich, dass im eingebauten Zustand des Hitzeschildes der innere Abschnitt gegen das erste benachbarte Bauteil flächig anliegt und der äußere Abschnitt gegen das zweite benachbarte Bauteil flächig anliegt, oder der äußere Abschnitt gegen das erste benachbarte Bauteil flächig anliegt und der innere Abschnitt gegen das zweite benachbarte Bauteil flächig anliegt.
Bevorzugt besteht in einer Ausgestaltung der Erfindung das Dichtelement aus einem Metallblech mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1000 N/mm², insbesondere also aus einem federharten Material, beispielsweise einem federharten Stahl oder auch einer Nickelbasislegierung.
Weiterhin bevorzugt besteht in Ausgestaltung der Erfindung mindestens eine der mindestens einen Abschirmlagen, vorzugsweise alle der mindestens einen Abschirmlagen aus einem Metallblech mit einer Zugfestigkeit von weniger als 800 N/mm².
Es empfiehlt sich, dass die Abschirmlage mindestens einen Befestigungsbereich für Schraubenlöcher zur Befestigung des Hitzeschildes an einem Bauteil aufweist. Dabei ist sowohl eine im wesentlichen toleranzfreie Positionierung, beispielsweise ausschließlich mittels Rundlöchern, möglich als auch eine Montage zumindest teilweise mittels Langlöchern, so dass ein Ausgleich von temperaturbedingten Ausdehnungen/Kontraktionen im Betrieb möglich ist. Vorteilhafterweise sind die Befestigungsbereiche innerhalb des Überlappungsabschnittes von Dichtelement und mindestens einer Abschirmlage angeordnet. Bei großen Hitzeschilden, insbesondere solchen mit zum Überlappungsabschnitt angewinkelt verlaufenden Bereichen der mindestens einen Abschirmlage, kann es sich auch bei dem mindestens einen Befestigungsbereich um einen angewinkelt, ggf. rechtwinklig, aus der Lagenebene umgebogenen Bereich handeln, welcher Schraubenlöcher zur Befestigung an einem Bauteil aufweist. Vorzugsweise wird aber auch ein solcher Befestigungsbereich mit mindestens einem Befestigungsbereich innerhalb des Überlappungsabschnitts kombiniert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung befindet sich der Befestigungsbereich benachbart zum Außenumfangsrand der Abschirmlage. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass der Befestigungsbereich nicht benachbart zum Außenumfangsrand, d.h. zentral auf der Abschirmlage angeordnet ist. Der Befestigungsbereich kann ein, zwei, drei oder mehr als drei Schraubenlöcher aufweisen.
Vorteilhafterweise ist die Summe der Dicken der mindestens einen Abschirmlage D_A relativ zur Dicke des Dichtelementes D_D derart ausgebildet, dass 10 ≥ D_A/D_D ≥ 1,5, bevorzugt 8 ≥ D_A/D_D ≥ 1,8, besonders bevorzugt 6 ≥ D_A/D_D ≥ 2. Die Dicke des Dichtelementes ist dabei als Materialstärke zu verstehen, d.h. die lokale zusätzliche Dicke im Dichtabschnitt wird nicht mit berücksichtigt.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weisen die mindestens eine Abschirmlage und das Dichtelement jeweils mehrere Mediendurchflussöffnungen auf, wobei jeweils eine Mediendurchflussöffnung der mindestens einen Abschirmlage und eine Mediendurchflussöffnung des Dichtelementes in Durchflussrichtung benachbart zueinander angeordnet sind.
Vorteilhafterweise sind die Mediendurchflussöffnungen derart angeordnet, dass vorzugsweise jeweils ein Paar bestehend aus einer Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage und einer Mediendurchflussöffnung des Dichtelementes jeweils benachbart zueinander angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass zu einer Mediendurchflussöffnung der Abschirmlage mehrere Mediendurchflussöffnungen des Dichtelementes benachbart angeordnet sind.
Vorteilhafterweise sind die Durchmesser der Mediendurchflussöffnungen der Abschirmlage zumindest in etwa gleich groß, dies gilt ebenfalls für die Mediendurchflussöffnungen des Dichtelementes.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung schneiden die Mittelachsen sämtlicher oder mehrerer Mediendurchflussöffnungen eine Linie, die senkrecht zu den Achsen verläuft. In dieser Ausführungsform sind die Mediendurchflussöffnungen also entlang einer geraden Linie angeordnet.
Weiterhin bevorzugt ist die mindestens eine Abschirmlage in ihrer Flächenebene ungeteilt und das Dichtelement besteht aus einem einzigen Element. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist insbesondere, dass eine Montage des Dichtelements auf der Abschirmlage auch mit wenigen Befestigungspunkten ermöglich werden kann.
Alternativ ist es jedoch ebenfalls möglich, dass die mindestens eine Abschirmlage in ihrer Flächenebene ungeteilt ist und das Dichtelement aus mehreren, in der Fläche des Dichtelements nebeneinander angeordneten Elementen besteht, wobei jedes Element mindestens eine Mediendurchflussöffnung aufweist. Diese Ausführungsform kann insbesondere dann bevorzugt Einsatz finden, wenn der Abstand zwischen den Mediendurchflussöffnungen der Abschirmlage verhältnismäßig groß ist.
Sämtliche Ausführungsformen können symmetrisch um die Mittelachse einer Mediendurchflussöffnung ausgebildet sein.
Die eingangs beschriebene Aufgabe wird zudem gelöst durch einen Abgaskrümmer mit einem erfindungsgemäßen Hitzeschild. Hierbei ist vorzugsweise der Überlappungsabschnitt auf der dem Abgaskrümmer abgewandten Seite des Hitzeschildes angeordnet, so dass das Dichtelement überwiegend vom Abgaskrümmer beabstandet ist. In einer anderen Ausführungsform ist der Überlappungsabschnitt auf der dem Abgaskrümmer zugewandten Seite des Hitzeschildes angeordnet, weist aber eine zusätzliche Gleitbeschichtung auf. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Abgaskrümmer bei temperaturbedingten Ausdehnungen und Schrumpfungen das Hitzeschild bzw. seine Oberfläche, insbesondere die Oberfläche des Dichtelements, beim Abgleiten beschädigt.
Ebenfalls wird die beschriebene Aufgabe gelöst durch einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer oder einem erfindungsgemäßen Hitzeschild.
Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Hitzeschilde gegeben, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen werden. Deren Beschreibung wird daher gegebenenfalls nicht wiederholt. Weiterhin enthalten die nachfolgenden Ausführungsbeispiele eine Vielzahl von vorteilhaften Weiterbildungen und Merkmalen, die jedoch auch als solche für sich ohne in Kombination mit den weiteren vorteilhaften Merkmalen der jeweiligen Ausführungsform betrachtet zu werden, sich zur Weiterbildung der vorliegenden Erfindung eignen. Auch Kombinationen einzelner Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele sind ohne Weiteres als vorteilhafte Weiterbildungen möglich.
Figurenliste

1 eine Schnittansicht eines Hitzeschildes mit Durchgangsöffnung und Dichtung im Stand der Technik;
2a eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hitzeschild mit einem Dichtelement;
2b eine Draufsicht auf ein weiteres erfindungsgemäßes Hitzeschild mit zwei Dichtelementen;
2c eine Draufsicht auf ein weiteres erfindungsgemäßes Hitzeschild mit einem Dichtelement;
3a bis 3d Schnittansichten von weiteren erfindungsgemäßen Hitzeschilden mit verschieden ausgeführten Abschirmlagen;
4a eine schematische Schnittansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Hitzeschildes vor der endgültigen Einbausituation;
4b eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hitzeschildes aus 4a im verpressten Zustand.

In 1 wird ein Hitzeschild 1 mit Durchgangsöffnung und um diese Durchgangsöffnung umlaufende Dichtung nach dem Stand der Technik im Schnitt durch die Durchgangsöffnung gezeigt.
Eine Abschirmlage 20' ist zwischen einem ersten Gegenbauteil 80 und einem zweiten Gegenbauteil 90 angeordnet. Die Abschirmlage 20' ist im Wesentlichen flach ausgebildet und weist eine abgerundete Knickstelle 21' auf, an welcher die Abschirmlage 20' im Querschnitt betrachtet um einen Winkel von ungefähr 80° umgeformt ist. Dadurch wird ein parallel zu den Oberflächen der Gegenbauteile 80, 90 verlaufender Abschnitt 22' der Abschirmlage 20' sowie ein versetzt zu diesen Oberflächen verlaufender Abschnitt 23' ausgebildet. Die Abschirmlage weist in ihrem parallel zu den Oberflächen der Gegenbauteilen 80, 90 verlaufenden Abschnitt 22' eine Durchgangsöffnung 30' auf.
Auch die Gegenbauteile 80, 90 weisen jeweils eine Durchgangsöffnung auf. Die Durchgangsöffnung der Gegenbauteile 80, 90 sowie der Abschirmlage 20' sind allesamt benachbart zueinander angeordnet. Die Mittelachse der Durchgangsöffnung des ersten Gegenbauteils 80 sowie die Mittelachse der Durchgangsöffnung 30' der Abschirmlage 20' sind koaxial ausgebildet, wobei der Durchmesser der Abschirmlage 20' um ein sehr geringes Maß größer ist als der Durchmesser der Mediendurchflussöffnung des ersten Gegenbauteils 80. Die Durchgangsöffnung des ersten Gegenbauteils 80 ist im dargestellten Abschnitt rotationssymmetrisch ausgebildet, sodass die Öffnung die Form eines geraden Kreiszylinders aufweist.
Der Durchmesser der Durchgangsöffnung des zweiten Gegenbauteils 90 ist unmittelbar benachbart zu der Durchgangsöffnung 30' der Abschirmlage 20' derart ausgebildet, dass der Durchmesser identisch ist mit dem Durchmesser des ersten Gegenbauteils 80. Jedoch ist die Durchgangsöffnung des zweiten Gegenbauteils 90 in Nachbarschaft zur Durchgangsöffnung 30' der Abschirmlage nicht rotationssymmetrisch ausgebildet, so dass die Mantelfläche der Durchgangsöffnung des zweiten Gegenbauteils 90 im dargestellten Schnitt zwei nicht parallel zueinander verlaufenden Linien zeigt.
Um einen ungewollten Stoffübergang zwischen der Oberfläche des ersten Gegenbauteils 80 und der dazu benachbarten Oberfläche der Abschirmlage 20' sowie zwischen der Oberfläche des zweiten Gegenbauteils 90 und der dazu benachbarten Oberfläche der Abschirmlage 20' zu verhindern, ist ein Dichtelement 400' nach dem Stand der Technik mit einer Mediendurchflussöffnung 50' zwischen den jeweiligen Oberflächen eingebracht.
Dieses Dichtelement 400' besteht aus vier separaten einzelnen aktiven Lagen 41', 42', 43', 44'. Dabei sind jeweils zwei dieser Lagen 41', 42', 43', 44' zu einer Seite der Abschirmlage 20' angeordnet. In diesem Fall befinden sich zwischen dem ersten Gegenbauteil 80 und der Abschirmlage 20' die Lagen 43' und 44'. Zwischen dem zweiten Gegenbauteil 90 und der Abschirmlage 20' befinden sich die Lagen 41' und 42'. Diese vier Lagen 41', 42', 43', 44' sind in Nachbarschaft zu den Durchgangsöffnungen und rotationssymmetrisch um die Mittelachse der Durchgangsöffnungen von Abschirmlage 20' und Gegenbauteil 80 angeordnet. Auch die Lagen 41', 42', 43', 44' weisen jeweils eine Durchgangsöffnung auf, welche im wesentlichen koaxial zu den Durchgangsöffnungen des ersten Gegenbauteils 80 sowie der Abschirmlage 20' angeordnet sind.
Die erste Lage 41' weist nun - wie jede der vier Lagen - in unmittelbarer Nachbarschaft zu ihrer Durchgangsöffnung einen als Ringscheibe ausgebildeten inneren ringförmigen Abschnitt 411' auf, dessen Oberfläche im unverpressten Zustand, d.h. im nicht-verschraubten Zustand, parallel zu der Lagenebene der Abschnittes 22' der Abschirmlage 20' verläuft. Der ringscheibenförmig ausgebildete Abschnitt 411' setzt sich an einer Stelle fort in einen Verbindungsbereich 412'. Dieser Verbindungsbereich 412', setzt sich in der radial äußeren Richtung wiederum in einen weiteren äußeren ringscheibenförmig ausgebildeten Bereich 413' fort. Der äußere ringscheibenförmig ausgebildete Bereich 413' ist ebenfalls parallel zur Lagenebene des Abschnittes 22' der Abschirmlage 20' ausgebildet. Dies ist sowohl im verschraubten als auch nicht-verschraubten Zustand der Fall. Der Verbindungsbereich 412' verläuft geneigt im Vergleich zu seinen beiden benachbarten ringscheibenförmig ausgebildeten Bereichen 411', 413'. Im Querschnitt betrachtet wird also in jeder der vier Lagen 41' bis 44' eine Halbsicken-Form ausgebildet. Der Verbindungsbereich 412' sowie der innere und äußere ringscheibenförmig ausgebildete Bereich 411', 413' sind bei den übrigen drei Lagen 42', 43', 44' vergleichbar ausgebildet.
Die Lage 41' und die Lage 42' sind im unverpressten Zustand an ihrem äußeren ringscheibenförmig ausgebildeten Bereichen 413' aufeinander aufliegend angeordnet. Die Verbindungsbereiche 412', 422' der beiden Lagen verlaufen in zur Durchgangsöffnung weisender Richtung spiegelsymmetrisch und zur Durchgangsöffnung hin voneinander weg. Dadurch ergibt sich im Querschnitt ein Y-förmiges Profil 411', 412', 421', 422' der beiden Lagen 41', 42'. Der gespreizte Bereich, der durch die inneren ringförmigen Abschnitte 411', 421' und durch die Verbindungsbereiche 412', 422' ausgebildet wird, ist dabei unmittelbar benachbart zur Durchgangsöffnung angeordnet.
Die erste Lage 41' ist spiegelsymmetrisch zu der zweiten Lage 42' ausgebildet, wobei die Spiegelebene entlang des Berührungsbereiches der ersten und zweiten Lage 41', 42' verläuft. Weiterhin ist die Kombination von erster und zweiter Lage 11', 42' spiegelsymmetrisch zur Kombination von dritter und vierter Lage 43', 44' ausgebildet, wobei die Spiegelebene durch die Lagenebene 22' des unverbogenen Bereiches 22' der Abschirmlage 20' gebildet wird.
Die Abschirmlage 20' ist in Nachbarschaft zu dem gespreizten Bereich 411' an ihren beiden Oberflächen umlaufend angeprägt, so dass sich auf beiden Oberflächen eine Stufe 221' benachbart zu der Durchgangsöffnung 30' der Abschirmlage 20' ergibt.
Im verbauten Zustand werden der nicht ausgesparte Bereich der Abschirmlage 20', die inneren ringförmigen Abschnitte 411', 421' der Lagen 41', 42' sowie das weitere Gegenbauteil aneinander gepresst. Der gespreizte Bereich des Y-förmigen Profils wird dabei ebenfalls teilweise zusammengedrückt, wobei der gespreizte Bereich als eine Feder wirkt. Dabei liegt der Y-förmige Bereich teilweise in der Anprägung der Abschirmlage 20', welche die Stufe 221' bildet, sodass der gespreizte Bereich nicht vollständig zusammengedrückt wird. Die Dichtung zwischen der Abschirmlage 20' und dem zweiten Gegenbauteil 90 wird dann gewährleistet durch das Anliegen des Y-förmigen Bereiches an dem zweiten Gegenbauteil 90 und Abschirmlage 20'.
Die Lagen 43' sowie 44' sind in gleicher Weise zur Formung eines Y-förmigen Bereiches ausgebildet, jedoch zwischen der Abschirmlage 20' und dem ersten Gegenbauteil 80. Die Schnittfläche der ersten Lage 41' ist dabei deckungsgleich mit der Schnittfläche der dritten Lage 43', und die Schnittfläche der zweiten Lage 42' ist deckungsgleich mit der Schnittfläche der vierten Lage 44'. Beide Lagenpaare 41'-42' und 43'-44' bilden somit Halbsickenpakete aus.
2a zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hitzeschild 1.
Das Hitzeschild weist eine metallische Abschirmlage 20 zur Abschirmung hitzeempfindlicher Bauteile auf, welche hier ebenfalls abschnittsweise flach ausgebildet ist. Die der Wärmedämmung dienende Abschirmlage 20 kann grob unterteilt werden in einen ebenmäßig ausgebildeten ersten Bereich 28 sowie in eine dazu etwa rechtwinkligen verlaufenden zweiten Bereich 29, welcher verschiedene Umformungen 290, 291, 292, 293, 294 zur Versteifung und als Bauraum für weitere Bauteile, etwa für Leitungen, aufweist.
Der erste Bereich 28 und der zweite Bereich 29 sind über einen abgerundeten Knickbereich 21 miteinander verbunden. Der erste Bereich weist zwei Mediendurchflussöffnungen 30a, 30b auf, durch welche mindestens ein Fluid geführt werden kann. Die Öffnungen 30a, 30b sind rundlich ausgebildet, wobei die Außenkontur, d.h. der Umfang der Mediendurchflussöffnungen 30a, 30b, sich jeweils aus zwei gegenüberliegenden parallelen Abschnitten 301a, 302a, 301b, 302b und aus zwei gegenüberliegenden Kreisbogenabschnitten 303a, 304a, 303b, 304b zusammensetzt.
Flächig auf dem ersten Abschnitt 28 aufliegend ist ein einlagiges metallisches Dichtelement 40 angeordnet. Dieses Dichtelement 40 weist ebenfalls Mediendurchflussöffnungen 50a, 50b auf, wobei Mediendurchflussöffnung 50a überdeckend mit Durchflussöffnung 30a des ersten Bereiches angeordnet ist und Mediendurchflussöffnung 50b überdeckend mit Durchflussöffnung 30b des zweiten Bereiches angeordnet ist. Um die Mediendurchflussöffnungen 30a, 30b, 50a, 50b umlaufend sind in der Aufsicht nur skizzenhaft die Kanten 10 des Dichtabschnittes 70 (vgl. 3a ff.) dargestellt. Detailliertere Darstellungen werden in nachfolgenden Figuren zur Verfügung gestellt.
Zur Befestigung von Abschirmlage 20 und Dichtelement 40 sind vier Schraubenlöcher 101, 102, 103, 104 vorgesehenen, welche in mittelbarer Nachbarschaft zu den Mediendurchflussöffnungen 30a, 30b, 50a, 50b angeordnet sind, wobei jedes Schraubenloch jeweils in Form einer Öffnung in Abschirmlage 20 und einer Öffnung im Dichtelement 40 ausgebildet ist. Somit ist das erste Schraubenloch 101 in Form von einer Öffnung 201 in Abschirmlage und einer Öffnung 401 in Dichtelement ausgebildet. Entsprechend sind die übrigen drei Schraubenlöcher 102, 103, 104 als Öffnungen 202, 402, 203, 403, 204, 404 ausgebildet. Öffnungen 201, 401, 202, 402 sind benachbart zu den Mediendurchflussöffnungen 30a, 50a angeordnet und sind einander ungefähr gegenüberliegend bezogen auf die Mittelachse der Mediendurchflussöffnungen 30a, 50a angeordnet. Die Öffnungen 203, 403, 204, 404 sind benachbart zu Mediendurchflussöffnungen 30b, 50b angeordnet und ebenfalls ungefähr gegenüberliegend bezogen auf die Mittelachsen der Mediendurchflussöffnungen 30b, 50b angeordnet.
2b zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres erfindungsgemäßes Hitzeschild. Die Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform in 2a dadurch, dass das Dichtelement zwischen den Mediendurchflussöffnungen 30b, 50b einerseits und 30a, 50a andererseits geteilt ist. Dadurch liegen also zwei verschiedene Dichtelemente 40a, 40b vor, von denen das erste Dichtelement 40a die ersten Mediendurchflussöffnungen 30a, 50a sowie zwei Befestigungspunkte in Form von ersten Schraubenlöchern 401a, 402a aufweist, und von denen das zweite Dichtelement 40b die zweiten Mediendurchflussöffnungen 30b, 50b sowie zwei Befestigungspunkte in Form von zweiten Schraubenlöchern 401b, 402b aufweist.
2c zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres erfindungsgemäßes Hitzeschild. Hier besteht das Dichtelement 40 wie in 2a aus einem einzigen Teil. Auch die Abschirmlage 20 ist einteilig und einlagig ausgebildet. Allerdings weist die Abschirmlage 20 zur Material- und Gewichtseinsparung Aussparungen 80 auf. Hierzu sind zwei Hauptabschnitte 84, 85 der Abschirmlage 20 über einen gewellten Steg 83 einstückig miteinander verbunden. Der gewellte Steg 83 ist über eine Aussparung in der Fläche des Dichtelementes 40 besonders gut zu erkennen. Die Kanten 81 und 82 der Hauptabschnitte 84 bzw. 85 weisen zueinander und begrenzen die Aussparungen abschnittsweise. Sie bilden gleichzeitig abschnittsweise die Innenkante der Mediendurchflussöffnungen 30a, 30b. Während die Kanten 10 des Dichtelementes die Mediendurchflussöffnungen 50a, 50b vollständig umgeben, werden die Mediendurchflussöffnungen 30a, 30b also nur unvollständig von Material der Abschirmlage 20 umgeben. Dies kann jedoch sowohl für eine ausreichende Abdichtwirkung als auch für eine ausreichende Wärmeabschirmung ausreichend sein.
3a bis 3d zeigen erfindungsgemäße Hitzeschilde 1 in Schnittansichten, wobei der Schnitt jeweils parallel zur Mittelachse der Mediendurchflussöffnungen 30, 50 verläuft.
In 3a ist eine metallische Abschirmlage 20 mit einer Mediendurchflussöffnung 30 angeordnet, deren Lagenebene mit E_A bezeichnet ist. Diese metallische Abschirmlage 20 dient nicht nur dem Schutz eines hitzeempfindlichen Bauteils, sondern erfüllt gleichzeitig die Funktion eines Verpressungsschutzes im montierten Zustand. Dies wird nähergehend im Kontext von 4a und 4b erläutert.
Unmittelbar benachbart zu der Abschirmlage 20 ist ein einlagiges metallisches Dichtelement 40 angeordnet, dessen Lagenebene mit E_D bezeichnet ist. Dieses Dichtelement 40 umfasst einen Überlappungsabschnitt 60, welcher in Aufsicht auf die Lagenebene der Abschirmlage 20 überdeckend mit, d.h. hinter, der Abschirmlage 20 angeordnet ist.
Weiterhin umfasst das Dichtelement 40 einen Dichtabschnitt 70, welcher in Aufsicht auf die Lagenebene nicht überlappend mit der Abschirmlage 20 angeordnet ist, sondern innerhalb der Mediendurchflussöffnung 30 der Abschirmlage 20 angeordnet ist. Der Berührungspunkt 410 von Überlappungsabschnitt 60 und Dichtabschnitt 70 ist in Aufsicht auf die Lagenebene der Abschirmlage 20 überdeckend mit dem Innenumfangsrand 32 der Mediendurchflussöffnung 30 der Abschirmlage 20 angeordnet. Hierbei ist zu beachten, dass sich die Mediendurchflussöffnung 30 in der Abschirmlage 20 auch in Bereiche ausdehnt, die vom Dichtelement 40 überdeckt werden, so dass in diesen Randbereichen kein Medienfluss möglich ist, wie im linken Bereich der 3a ersichtlich ist.
In der Schnittansicht verläuft der Dichtabschnitt 70 entlang einer Hauptlinie, deren Anfangspunkt der radial innerste Punkt 724 des Dichtabschnittes 70 bildet, d.h. der Innenumfangsrand 724 der Mediendurchflussöffnung 50 des Dichtelements 40, und deren Endpunkt der radial äußerste Punkt 719 bildet, welcher übereinstimmt mit dem Berührungspunkt 410 von Überlappungsabschnitt 60 und Dichtabschnitt 70. In vom Endpunkt zum Anfangspunkt weisender Richtung setzt sich der Dichtabschnitt aus mehreren aufeinanderfolgenden Linienabschnitten 710-714 zusammen, wobei jeweils zwei benachbarte Linienabschnitte 710-714 durch einen Knotenpunkt 720-723 miteinander verbunden sind. Vom Endpunkt 719 ausgehend setzt sich der Dichtabschnitt 70 zunächst parallel zur Lagenebene der Abschirmlage 20 in Richtung der Mittelachse der Mediendurchflussöffnung 30 der Abschirmlage 20 fort. Daran setzt sich ein weiterer gerader Linienabschnitt 711 fort, welcher in einem Winkel von ca. 10°-20° relativ zur Lagenebene der Abschirmlage 20 bei Anwinkelung in zur Abschirmlage 20 weisender Richtung verläuft, d.h. der zweite gerade Linienabschnitt ist relativ zum ersten geraden Linienabschnitt von außen nach innen weisend um das Ende des ersten Linienabschnittes nach rechts (im Uhrzeigersinn) gedreht. Dahinter schließt sich ein weiterer gerader Linienabschnitt 712 an, welcher unter einem Winkel von ca. 50°-60° relativ zur Lagenebene der Abschirmlage 20 verläuft. Dieser Linienabschnitt 712 bildet einzeln oder zusammen mit Linienabschnitt 711 einen Übergangsabschnitt, der durch die Mediendurchflussöffnung 30 der Abschirmlage 20 hindurchgreift. Dieser Übergangsabschnitt ist zwischen einem radial inneren Endbereich, welcher durch den Linienabschnitt 714 gebildet wird, und einen radial äußeren Endbereich, welcher durch den Linienabschnitt 710 gebildet wird, angeordnet.
Hinter dem Linienabschnitt 712 ist ein weiterer gerader Linienabschnitt 713 angeordnet, welcher relativ zur Lagenebene der Abschirmlage 20 in einem Winkel von ca. 10°-20° angeordnet ist. Der letzte, den Anfangspunkt 724 der Leitlinie berührende Linienabschnitt 714 ist ebenfalls gerade ausgebildet unter einer von außen nach innen nach links weisender Drehung um den Endpunkt des vorletzten Linienabschnitts 713, wodurch der letzte Linienabschnitt 714 wiederum parallel zur Lagenebene der Abschirmlage 20 verläuft.
Die Linienabschnitte 710-714 des Dichtabschnittes 70 weisen eine nahezu identische Dicke, d.h. Materialstärke, auf. Der radial innerste Linienabschnitt 714 und radial äußerste Linienabschnitt 710 des Dichtabschnittes 70 sind jeweils parallel zur Lagenebene der Abschirmlage 20 angeordnet, wobei jeweils einer dieser Linienabschnitte zu einer der beiden Seiten der Abschirmlage 20 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist im gezeigten unverpressten Zustand einer dieser beiden Linienabschnitte 714, 710 oberhalb und einer unterhalb der Abschirmlage 20 angeordnet.
Der Dichtabschnitt 70 verläuft zumindest abschnittsweise entlang des Innenumfangsrandes 32 der Mediendurchflussöffnung 30 der Abschirmlage 20. Er verläuft umlaufend innerhalb der Mediendurchflussöffnung 30 der Abschirmlage 20.
Werden nun zu beiden Seiten des erfindungsgemäßen Hitzeschildes 1 Gegenbauteile 80, 90 montiert, so wird der Dichtabschnitt 70 verformt, wobei zumindest der radial innerste Linienabschnitt 714 oder der Knotenpunkt 723 sowie der radial äußerste Linienabschnitt 710 oder der Knotenpunkt 720 des Dichtabschnittes 70 die Gegenbauteile 80, 90 berühren. Dadurch werden umlaufende Dichtlinien ausgebildet. 4a und 4b beschreiben diese Einbausituation näher.
In 3b ist ein weiteres erfindungsgemäßes Hitzeschild 1 in Schnittansicht dargestellt. Die hier dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen in 3a dadurch, dass anstatt einer Abschirmlage 20 zwei dünnere, gleich dicke Abschirmlagen 20b, 20c ausgebildet sind, welche parallel zueinander und unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Eine erste Abschirmlage 20c ist dabei unmittelbar benachbart zum Überlappungsabschnitt 60 angeordnet, eine zweite Abschirmlage 20b beabstandet zum Überlappungsabschnitt 60. Die Gesamtdicke beider Abschirmlagen ergibt in Summe die gleiche Lagendicke wie die in 3a dargestellte einzelne Abschirmlage 20. Die im Schnitt dargestellte Querschnittsfläche der einzelnen Abschirmlage 20 aus 3a ist deckungsgleich zu der Querschnittsfläche der beiden Abschirmlagen 20b, 20c aus 3b.
In 3c ist ein weiteres erfindungsgemäßes Hitzeschild 1 in Schnittansicht dargestellt. Die in 3c dargestellte Ausführungsform weist ebenfalls zwei dünnere Abschirmlagen 20c, 20d auf. Die Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen in 3b dadurch, dass die zweite, nicht unmittelbar benachbart zum Überlappungsabschnitt 60 angeordnete Abschirmlage 20d zumindest im dargestellten Querschnitt mit durch die gesamte Dicke der Abschirmlage 20d reichenden Perforationen ausgebildet ist, sodass in der Schnittansicht betrachtet Querschnittsflächen 210d, 220d, 230d, ... ausgebildet werden, welche keine gemeinsamen Berührungspunkte miteinander in der Schnittebene aufweisen. Die Perforationen dienen der verbesserten Absorption von Schall im Hitzeschild 1 und befinden sich deshalb auf der einer Schallquelle zugewandten Oberfläche des Hitzeschildes 1.
In 3d ist ein weiteres erfindungsgemäßes Hitzeschild 1 in Schnittansicht dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die unmittelbar benachbart zum Überlappungsabschnitt 60 angeordnete erste Abschirmlage 20e ähnlich wie die Abschirmlage in den beiden vorangegangenen Ausführungsformen ausgebildet. Im Unterschied zu den vorangegangenen Beispielen weist diese Abschirmlage 20e jedoch einen Versatz 430 auf, sodass zwei parallel zueinander verlaufende Abschnitte 210e, 220e ausgebildet sind. Der erste dieser Abschnitte 210e verläuft radial innenseitig und ist wie in den vorangegangenen beiden Ausführungsbeispielen halb so dick ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel in 3a. Der radial äußere Abschnitt 220e ist versetzt in Richtung des Dichtelements 40 ausgebildet.
Ähnlich wie in den vorangegangenen beiden Ausführungsbeispielen ist eine zweite Abschirmlage 20f ausgebildet, welche hier jedoch in einen radial inneren Abschnitt 210f und einen radial äußeren Abschnitt 220f gegliedert ist, wobei die beiden Abschnitte sich Projektion auf die Lagenebene des Dichtelements 40 an der Stelle des Versatzes 430 berühren. Der radial äußere Abschnitt 220f verläuft senkrecht zur Lagenebene in von dem Dichtelement wegweisender Richtung versetzt zum radial inneren Abschnitt 210f der zweiten Abschirmlage 20f.
Der radial innenseitig ausgebildeten Abschnitt 210f dieser zweiten Abschirmlage ist identisch wie auch im Ausführungsbeispiel der 3b unmittelbar benachbart zur ersten Abschirmlage 20e ausgebildet und weist die gleiche Dicke wie diese auf.
Der radial äußere Abschnitt 220f ist ähnlich wie die zweite, nicht unmittelbar benachbart zum Dichtelement 40 im Überlappungsabschnitt 60 angeordnete Abschirmlage 20d des Ausführungsbeispiels in 3c ausgebildet, d.h. mit Perforationen. Der radial äußere Abschnitt 220f der zweiten Abschirmlage ist nicht unmittelbar benachbart zum radial äußeren Abschnitt 220e der ersten Abschirmlage, da zwischen dem radial äußeren Abschnitt 220e der ersten Abschirmlage und dem radial äußeren Abschnitt 220f der zweiten Abschirmlage eine dritte Abschirmlage 20h angeordnet ist. Diese dritte Abschirmlage 20h ist weitaus dünner als die anderen beiden Abschirmlagenbereiche 20e, 20f ausgebildet und besteht aus einem faserbasierten Material, das in Wechselwirkung mit den Perforationen besonders gut zur akustischen Absorption geeignet ist.
Insgesamt weist also der radial äußere Abschnitt eine größere Querschnittsfläche auf, weil im radial äußeren Bereich drei Abdichtlagen 20f, 20h, 20e parallel zueinander angeordnet sind. Der radial innere Abschnitt hat eine kleinere Querschnittsfläche, weil hier nur zwei dieser drei Abdichtlagen angeordnet sind, nämlich die äußeren Lagen 20e, 20f. Diese beiden äußeren Lagen weisen im radial inneren und im radial äußeren Bereich die gleiche Dicke, d.h. Materialstärke, auf.
Das Ausführungsbeispiel der 3d unterscheidet sich weiter von den vorangegangenen Ausführungsbeispielen dadurch, dass der Dichtabschnitt 70 weiter in die Mediendurchflussöffnung 50 hineinragt. Dies erlaubt es, den im Querschnitt radial innersten Punkt 724 des Dichtabschnittes im verbauten Zustand mit dem an das Dichtelement 40 im Überlappungsabschnitt 60 angrenzenden Bauteil zur Anlage zu bringen und so eine zusätzliche Dichtlinie zu schaffen.
4a und 4b zeigen ein weiteres erfindungsgemäßes Hitzeschild 1 mit benachbarten Gegenbauteilen 80, 90 in einer schematischen Schnittansicht, wobei der Schnitt parallel zur Längsachse der Welle und durch die Mediendurchflussöffnung 30 der metallischen Abschirmlage 20 und durch die Mediendurchflussöffnung 50 des einlagigen metallischen Dichtelementes 40 verläuft. In dieser Darstellung sind zudem die Dicken D_D und D_A von Dichtelement und Abschirmlage angegeben. 4a stellt dabei einen unverpressten Zustand, d.h. einen Zustand vor endgültigem Verschrauben der Bauteile, dar, während 4b einen verpressten Zustand darstellt, d.h. einen Zustand in vollständig verschraubtem und verbauten Zustand.
Zu beiden flächigen Seiten des erfindungsgemäßen Hitzeschildes 1, d.h. in Durchlassrichtung und in zur Durchlassrichtung der Mediendurchflussöffnungen entgegengesetzter Richtung, sind ein erstes Gegenbauteil 80 und ein zweites Gegenbauteil 90 angeordnet. Die Gegenbauteile 80, 90, die Abschirmlage 20 und das metallische Dichtelement 40 weisen allesamt jeweils eine Mediendurchflussöffnung auf, welche jeweils koaxial zueinander angeordnet sind. Sämtliche Mediendurchflussöffnungen weisen einen kreisrunden Durchströmquerschnitt auf. Dabei weisen die Mediendurchflussöffnungen der Gegenbauteile 80, 90 den geringsten Durchmesser auf; die Mediendurchflussöffnung 30 der metallischen Abschirmlage 20 weist den größten Durchmesser auf; der Durchmesser der Mediendurchflussöffnung 50 des metallischen Dichtelementes 40 liegt dazwischen.
Die Mittelachse der Mediendurchflussöffnungen ist senkrecht zu der Lagenebene der Abschirmlage angeordnet, und somit senkrecht zu den einander jeweils berührenden Oberflächen der einzelnen Bauteile (Gegenbauteile 80, 90, Abschirmlage 20, Dichtelement 40).
In der Schnittansicht sind die Schnittflächen der Gegenbauteile 80, 90 und der metallischen Abschirmlage 40 daher jeweils rechteckig ausgebildet, sodass in 4 zu beiden Seiten der Mediendurchflussöffnungen jeweils eine rechteckige Schnittfläche von dem erstem Gegenbauteil 80, der metallischer Abschirmlage 20 und dem zweitem Gegenbauteil 90 ausgebildet ist.
Das einlagige metallische Dichtelement 40 weist zwischen dem ersten Gegenbauteil 80 und der metallischen Abschirmlage 20 einen Überlappungsabschnitt 60 auf. Weiterhin weist das einlagige metallische Dichtelement 40 einen Dichtabschnitt 70 auf, welcher den Überlappungsabschnitt 60 in einem Stoßpunkt 410 berührt. Ausgehend von diesem Stoßpunkt 410, erstreckt sich der Dichtabschnitt 70 in Richtung der Mediendurchflussöffnungen. Der Verlauf des Dichtabschnittes 70 ist dabei im Wesentlichen durch fünf gerade, aufeinanderfolgende Linienabschnitte 710-714 ausgebildet, wobei jeweils zwei benachbarte Linienabschnitte sich in einem Berührungspunkt 720-723 treffen. Der radial innerste Bereich des Dichtabschnittes 70 wird durch den Anfangspunkt 724 markiert, d.h. begrenzt, der radial äußerste Bereich 710 durch den Stoßpunkt 410 in radialer Richtung. Vom Anfangspunkt 724 hin zum Stoßpunkt 410 betrachtet ist der erste Linienabschnitt 714 der kürzeste; der zweite, vierte und fünfte Linienabschnitt 713, 711, 710 sind etwa gleich lang; der längste Linienabschnitt ist hier, anders als in den 3a bis 3d der dritte Linienabschnitt 712, welcher ungefähr die Länge der übrigen vier Linienabschnitte 714, 713, 711, 710 in Summe aufweist. Dieser dritte Linienabschnitt 712 kann auch als Übergangsabschnitt bezeichnet werden. In vom Anfangspunkt 724 zum Stoßpunkt 410 weisender Richtung sind der zweite und dritte Linienabschnitt verglichen mit dem vorangehenden Linienabschnitt nach links geknickt, während der vierte und fünfte Linienabschnitt bezogen auf den jeweils vorangehenden Linienabschnitt nach rechts angewinkelt sind.
In 4a ist zwischen jeweils zwei benachbarten Bauteilen, d.h. zwischen jeweils einem benachbarten Paar von Gegenbauteilen 80, 90, Abschirmlage 20 und metallischem Dichtelement 40, ein Spalt angeordnet, welcher dadurch zustande kommt, dass die Bauteile noch nicht im endgültigen Einbauzustand, d.h. verschraubt, sind.
Im unverschraubten Zustand haben relativ zur Lagenebene der Abschirmlage 20 der zweite Linienabschnitt 713 und der vierte Linienabschnitt 711 ungefähr den gleichen Winkel; der erste Linienabschnitt 714 und der fünfte Linienabschnitt 710 verlaufen parallel zur Lagenebene der Abschirmlage 20.
Das einlagige metallische Dichtelement 40 berührt im idealisiert dargestellten Abschnitt keine weiteren Bauteile 80, 90, 20. Weiterhin ragt der Dichtabschnitt 70 in Aufsicht auf die Lagenebene der metallischen Abschirmlage 20 nicht in die Mediendurchflussöffnungen der Gegenbauteile 80, 90 hinein.
In 4b sind die Bauteile im endgültigen Einbauzustand dargestellt, weshalb kein Spalt zwischen zwei jeweils zueinander benachbarten Bauteilen vorhanden ist.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied zur 4a ist dadurch gegeben, dass das metallische Dichtelement 40 in 4b durch die aus der Verschraubung resultierende Anpresskraft umgeformt ist. Weil die jeweils benachbarten Bauteile (Gegenbauteile 80, 90, Abschirmlage 20, Dichtelement 40) im eingebauten Zustand dichter aneinander rücken, wird der Dichtabschnitt 70 des Dichtelementes 40 umgeformt. Insbesondere kommt es zu einer Verformung des Dichtabschnittes 70 in radial zur Mittelachse der Mediendurchflussöffnungen weisender Richtung, weil die Struktur des Dichtabschnittes 70 durch das zweite Gegenbauteil 90 verspannt wird. Dadurch werden die Winkel der einzelnen Linienabschnitte 710-714 relativ zur Lagenebene der Abschirmlage 20 flacher.
Durch die Verformung, insbesondere durch die flacher gewordenen Winkel der einzelnen Linienabschnitte 710-714 relativ zur Lagenebene der Abschirmlage, ragt der Dichtabschnitt an seinen radial inneren Bereichen 714 in Aufsicht auf die Lagenebene der metallischen Abschirmlage 20 in die Mediendurchflussöffnung des ersten und zweiten Gegenbauteils 80, 90 hinein.
Weiterhin berührt im eingebauten Zustand das einlagige Dichtelement 40 das erste Gegenbauteil 80 und das zweite Gegenbauteil 90. Die Berührungsfläche mit dem ersten Gegenbauteil 80 ist ausgebildet im Überlappungsabschnitt 60 sowie im dem Überlappungsabschnitt 60 unmittelbar benachbarten Bereich des Dichtabschnittes 70, welcher den radial äußersten Linienabschnitt 710 des Dichtabschnittes 70 des Dichtelementes 40 bildet. Bei entsprechender Auslegung kann im eingefederten Zustand auch der Linienabschnitt 711 flächig anliegen. Die Berührungsfläche mit dem zweiten Gegenbauteil 90 ist gegeben im Berührungspunkt 723 zwischen den radial innersten beiden Linienabschnitten 714, 713 des Dichtabschnittes 70. Im Betrieb, insbesondere bei Vibrationen, kann sich die Berührungsfläche verändern.
Das Ausmaß der Verformung wird durch die metallische Abschirmlage 20 begrenzt. Denn weil die Abschirmlage 20 und der Überlappungsabschnitt 60 zwischen den Gegenbauteilen 80, 90 angeordnet ist wird auch im eingebauten Zustand ein Mindestabstand zwischen den Gegenbauteilen 80, 90 sichergestellt. Die metallische Abschirmlage 20 dient somit als Verpressungsschutz für den Dichtabschnitt 70.

Claims

Hitzeschild (1) zur Abschirmung heißer Bereiche eines Bauteils (80, 90) mit mindestens einer metallischen Abschirmlage (20) und einem einlagigen metallischen Dichtelement (40), wobei die Abschirmlage (20) und das Dichtelement (40) jeweils mindestens eine Mediendurchflussöffnung (30, 50) aufweisen, wobei die Mediendurchflussöffnungen (30, 50) in Durchflussrichtung zueinander benachbart angeordnet sind, wobei das Dichtelement (40) zumindest abschnittsweise beidseitig entlang des Innenumfangsrandes (32) der Mediendurchflussöffnung (30) der Abschirmlage (20) angeordnet ist und mindestens einen Überlappungsabschnitt (60) aufweist, welcher mit der Abschirmlage (20) zumindest abschnittsweise entlang des Innenumfangsrandes (32) der Mediendurchflussöffnung (30) der Abschirmlage (20) überlappend angeordnet ist und einen Dichtabschnitt (70) aufweist, welcher umlaufend innerhalb der Mediendurchflussöffnung (30) der Abschirmlage (20) zumindest abschnittsweise entlang des Innenumfangsrandes (32) angeordnet ist.
Hitzeschild (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (70) jeweils eine entlang des Innenumfangsrandes (32, 724) der Mediendurchflussöffnung (30, 50) der Abschirmlage (20) und/oder des Dichtelementes (40) verlaufende Dichtlinie ausbildet, die zu verschiedenen Seiten der Lagenebene (E_A) der Abschirmlage (20) angeordnet sind.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (70) einen zum Überlappungsabschnitt (60) beabstandet benachbarten Übergangsabschnitt (712) aufweist, der durch die Mediendurchflussöffnung (30) der Abschirmlage (20) hindurchgreift.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (70) im Querschnitt in vom Überlappungsabschnitt (60) zum Durchlass weisender Richtung aufeinanderfolgend einen äußeren Abschnitt, einen mittleren Abschnitt und einen inneren Abschnitt (712) aufweist, die über zwei aufeinanderfolgende, entgegengesetzt gerichtete Knickstellen ineinander übergehen und jeweils einen ersten nicht gekrümmten, geraden Abschnitt aufweisen.
Hitzeschild (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im eingebauten Zustand des Hitzeschildes (1) der innere Abschnitt gegen ein erstes benachbartes Bauteil (80) flächig anliegt und der äußere Abschnitt gegen ein zweites benachbartes (90) Bauteil flächig anliegt, oder der äußere Abschnitt gegen ein erstes benachbartes Bauteil (80) flächig anliegt und der innere Abschnitt gegen ein zweites benachbartes Bauteil (90) flächig anliegt.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine durch den Dichtabschnitt (70) ausgebildete Dichtlinie vollständig umlaufend um die Mediendurchflussöffnung (30, 50) angeordnet ist.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (40) aus einem Metallblech mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1000 N/mm² besteht.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der mindestens einen Abschirmlagen (20), vorzugsweise alle der mindestens einen Abschirmlagen (20) aus einem Metallblech mit einer Zugfestigkeit von weniger als 800 N/mm² besteht.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediendurchflussöffnungen (30, 50) des Dichtelementes (40) und der mindestens einen Abschirmlage (20) koaxial oder mit parallel zueinander verlaufenden Mittelachsen angeordnet sind.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmlage (20) mindestens einen Befestigungsbereich für Schraubenlöcher (101, 102, 103, 104) zur Befestigung des Hitzeschildes (1) an einem Bauteil aufweist.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Dicken der mindestens einen Abschirmlage (10) D_A relativ zur Dicke des Dichtelementes (40) D_D derart ausgebildet ist, dass 10 ≥ D_A/D_D ≥ 1,5, bevorzugt 8 ≥D_A/D_D ≥ 1,8, besonders bevorzugt 6 ≥ D_A/D_D ≥2.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abschirmlage (20) und das Dichtelement (40) jeweils mehrere Mediendurchflussöffnungen (30a, 30b, 50a, 50b) aufweisen, wobei jeweils eine Mediendurchflussöffnung (30a, 30b) der mindestens einen Abschirmlage (20) und eine Mediendurchflussöffnung (50a, 50b) des Dichtelementes (40) in Durchflussrichtung benachbart zueinander angeordnet sind.
Hitzeschild (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest für einen Teil der Mediendurchflussöffnungen (30a, 30b, 50a, 50b) die Achsen durch die Mediendurchflussöffnungen (30a, 30b, 50a, 50b) eine Linie schneiden, die senkrecht zu den Achsen verläuft.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abschirmlage (20) in ihrer Flächenebene ungeteilt ist und das Dichtelement (40) aus einem einzigen Element besteht.
Hitzeschild (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abschirmlage (20) in ihrer Flächenebene ungeteilt ist und das Dichtelement (40) aus mehreren, in der Fläche des Dichtelements (40) nebeneinander angeordneten Elementen besteht, wobei jedes Element mindestens eine Mediendurchflussöffnung (30, 30a, 30b, 50, 50a, 50b) aufweist.
Abgaskrümmer mit einem Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verbrennungsmotor mit einem Abgaskrümmer oder Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.