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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmeschutzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten Wärmeschutzschicht, die aus einer Kohlefaserverbundschicht gebildet ist, und mit einer zweiten Wärmeschutzschicht, die aus einer Kohlefaserverbundschicht gebildet ist, wobei die erste Wärmeschutzschicht und die zweite Wärmeschutzschicht miteinander verbunden sind.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine zur Bereitstellung von Antriebsleistung.
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Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugantriebstechnik und insbesondere auf dem Gebiet der Verbrennungskraftmaschinen ist es allgemein bekannt, heiße Komponenten der Verbrennungskraftmaschine mittels Hitzeschutzschilden abzuschirmen, um hitzeempfindliche Bauelemente oder Bereiche des Kraftfahrzeugs vor der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine zu schützen. Ein derartiges wärmedämmendes Verkleidungsbauteil für Kraftfahrzeuge ist bspw. bekannt aus der
DE 92 071 113 U1 , das aus einer Mehrzahl von Faserschichten, insbesondere aus Kohlefaserverbundschichten gebildet ist. Nachteilig dabei ist es, dass die wärmedämmenden Eigenschaften dieser Dämmschicht begrenzt ist und in modernen Kraftfahrzeugen, in denen ein geringes Platzangebot vorliegt und die Verbrennungskraftmaschine und/oder der Auspuffanlage hohe Betriebstemperaturen aufweisen, eine zu geringe thermische Isolierung bietet.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Wärmeschutzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das eine verbesserte thermische Isolierung bei gleichzeitig geringem Platzbedarf aufweist.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Wärmeschutzvorrichtung dadurch gelöst, dass zwischen der ersten Wärmeschutzschicht und der zweiten Wärmeschutzschicht ein gasdichter Hohlraum gebildet ist, um eine Unterdruckkammer zu bilden.
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Diese Aufgabe wird ferner bei dem eingangs genannten Kraftfahrzeug gelöst durch eine Wärmeschutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Dadurch, dass zwischen den beiden Wärmeschutzschichten ein gasdichter Hohlraum gebildet ist, um eine Unterdruckkammer bereitzustellen, kann zwischen den beiden Wärmeschutzschichten die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung durch die Wärmeschutzvorrichtung hindurch signifikant reduziert werden, so dass eine verbesserte Isolierung bei geringem Platzbedarf und eine effektive Abschirmung von heißen Komponenten der Verbrennungskraftmaschine erzielt werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wärmeschutzschichten jeweils mit einer Elastomerschicht beschichtet.
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Dadurch kann der Hohlraum zwischen den Wärmeschutzschichten mit technisch geringem Aufwand und thermisch stabil gasdicht ausgebildet werden.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die Wärmeschutzschichten an ihren äußeren Oberflächen mit der Elastomerschicht beschichtet sind.
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Dadurch kann die Wärmeschutzvorrichtung mit technisch geringem Aufwand gefertigt und der Hohlraum entsprechend gasdicht ausgebildet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Wärmeschutzschicht mittels einer Elastomerschicht an die erste Wärmeschutzschicht anvulkanisiert.
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Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand eine thermisch stabile gasdichte Abdichtung der beiden Wärmeschutzschichten gebildet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Wärmeschutzschicht einen gewölbten Abschnitt auf und bildet die zweite Wärmeschutzschicht einer Halbschale, wobei die Halbschale an dem gewölbten Abschnitt angeordnet ist und der gasdichte Hohlraum zwischen dem gewölbten Abschnitt und der Halbschale gebildet ist.
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Dadurch kann der gasdichte Hohlraum mit geringem technischen Aufwand in nahezu jeder beliebigen Form gebildet werden, um an besondere Dimensionen im Kraftfahrzeug angepasst zu werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die erste Wärmeschutzschicht an einer der zweiten Wärmeschutzschicht gegenüberliegenden Seite mit einer reflektierenden Schicht beschichtet ist.
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Dadurch kann die Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung auf die erste Wärmeschutzschicht reduziert werden, da die Wärmestrahlung von der ersten Wärmeschutzschicht reflektiert werden kann. Somit kann eine thermische Isolierung durch die Wärmeschutzvorrichtung weiter verbessert werden.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die reflektierende Schicht als metallische oder keramische Schicht, vorzugsweise als Aluminiumschicht ausgebildet ist, die insbesondere mittels einer physikalischen Schichtabscheidung auf der ersten Wärmeschutzschicht aufgebracht ist. Weiterhin ist die reflektierende Schicht als metallische Schicht oder als keramische Schicht in Form von einer Lackierung, einer physikalischen Abscheidung, einer Folienbeklebung bzw. einer direkten Laminierung, beispielsweise einer Aluminium- oder Goldfolie ausgebildet.
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Dadurch kann die reflektierende Schicht effektiv und mit technisch geringem Aufwand erzeugt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn eine dritte Wärmeschutzschicht an der ersten Wärmeschutzschicht angeordnet ist, wobei zwischen der ersten Wärmeschutzschicht und der dritten Wärmeschutzschicht ein Luftspalt gebildet ist.
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Dadurch kann die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung auf die erste Wärmeschutzschicht weiter reduziert werden.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die dritte Wärmeschutzschicht an einer der zweiten Wärmeschutzschicht gegenüberliegenden Seite der ersten Wärmeschutzschicht festgelegt ist.
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Dadurch kann die dritte Wärmeschutzschicht mit technisch geringem Aufwand äußerlich an der ersten Wärmeschutzschicht festgelegt werden.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die dritte Wärmeschutzschicht mittels einer Nietverbindung an der ersten Wärmeschutzschicht festgelegt ist.
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Dadurch kann eine besonders thermisch stabile Verbindung gebildet werden, die gleichzeitig eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturschwankungen und die damit verbundenen mechanischen Spannungen aufweist.
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Es ist weiterhin besonders bevorzugt, wenn die Wärmeschutzschicht mit einer reflektierenden Schicht beschichtet ist.
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Dadurch kann die Wärmeübertragung durch Strahlung auf die Wärmeschutzvorrichtung weiter reduziert werden.
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Insgesamt kann durch die erfindungsgemäße Wärmeschutzvorrichtung effektiv ein heißer Bereich von Komponenten der Verbrennungskraftmaschine von einem kalten Bereich des Kraftfahrzeugs abgeschirmt werden, so dass auch bei einem reduzierten Bauraum innerhalb des Kraftfahrzeugs und einer entsprechend hohen Integrationsdichte der Bauteile im Kraftfahrzeug eine effektive thermische Isolierung gebildet werden, so dass empfindliche Bereiche des Kraftfahrzeugs vor thermischen Beschädigungen geschützt werden können.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer Verbrennungskraftmaschine und mit Wärmeschutzvorrichtungen zur thermischen Abschirmung;
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2 eine perspektivische Ansicht der Wärmeschutzvorrichtung; und
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3 eine schematische Schnittansicht der Wärmeschutzvorrichtung.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Antriebsstrang 12 auf mit einer Verbrennungskraftmaschine 14 zur Bereitstellung von Antriebsleistung, um angetriebene Räder 16R, 16L des Kraftfahrzeugs 10 anzutreiben.
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Die Verbrennungskraftmaschine 14 ist über eine Kurbelwelle 18 mit einem Getriebe 20 verbunden und das Getriebe 20 ist über eine Abtriebswelle 22 und ein Differential 24 mit den angetriebenen Rädern 16R, 16L verbunden, um ein an der Abtriebswelle bereitgestelltes Antriebsmoment t an die angetriebenen Räder 16R, 16L zu übertragen.
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Die Verbrennungskraftmaschine 14 weist eine Abgasanlage 26 auf, die in 1 schematisch dargestellt ist und über die ein Abgas der Verbrennungskraftmaschine 14 aus dem Kraftfahrzeug 10 abgeführt werden kann. Der Verbrennungskraftmaschine 14 und der Abgasanlage 26 sind zwei Wärmeschutzvorrichtungen 28 zugeordnet, die als Hitzeschild für die heißen Komponenten der Verbrennungskraftmaschine 14 und/oder der Abgasanlage 26 dienen und einen heißen Bereich des Kraftfahrzeugs, um die Verbrennungskraftmaschine 14 und die Abgasanlage 26 von umliegenden kalten Bereichen abschirmen.
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Die Wärmeschutzvorrichtungen 28 sind im Allgemeinen aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff, insbesondere CFK gebildet und können um die Verbrennungskraftmaschine 14 und/oder die Abgasanlage 26 angeordnet sein, oder können, sofern die Verbrennungskraftmaschine 14 als V-Motor ausgebildet ist, im V des Motors zwischen Abgaskrümmer der Abgasanlage 26 angeordnet sein. Die Wärmeschutzvorrichtungen 28 weisen einen gasdichten Hohlraum auf, der eine Unterdruckkammer bildet, wie es im Weiteren näher erläutert ist. In dem gasdichten Hohlraum kann ein Unterdruck erzeugt werden, um die Wärmeleitung durch die Wärmeschutzvorrichtungen 28 im Allgemeinen zu reduzieren und dadurch die thermische Isolierung durch die Wärmeschutzvorrichtung 28 im Allgemeinen zu verbessern. Mit dem vorhandenen Unterdruck kann beispielsweise die Schaltung von Abgasklappen vorgenommen werden
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In 2 ist eine der Wärmeschutzvorrichtungen 28 in einer perspektivischen Ansicht schematisch dargestellt. Die Wärmeschutzvorrichtung 28 weist einen Grundkörper 30 auf, der aus einer Kohlefaserverbundschicht 32 gebildet ist. Die Kohlefaserverbundschicht 32 bildet eine erste Wärmeschutzschicht, die einem heißen Bereich des Kraftfahrzeugs 10 bzw. der Verbrennungskraftmaschine 14 im eingebauten Zustand zugewandt ist. An einer Rückseite 34 der Kohlefaserverbundschicht 32 ist ein Anbauteil 36 festgelegt, das aus einer gewölbten Kohlefaserverbundschicht gebildet ist und eine zweite Wärmeschutzschicht der Wärmeschutzvorrichtung 28 bildet. Das Anbauteil 36 bildet zusammen mit der Kohlefaserverbundschicht 32 einen Hohlraum, der gasdicht ausgebildet ist. In dem Anbauteil ist ein Ventil 38 angeordnet, das eine verschließbare Verbindung zu dem gasdichten Hohlraum bildet, um den gasdichten Hohlraum zu evakuieren. Dadurch kann in dem gasdichten Hohlraum ein Unterdruck erzeugt werden, um die Wärmeleitung durch die Wärmeschutzvorrichtung 28 zu reduzieren.
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Im Allgemeinen kann durch die Wärmeschutzvorrichtung 28 ein heißer Bereich des Kraftfahrzeugs 10 von einem kalten Bereich des Kraftfahrzeugs 10 thermisch getrennt werden, wobei der Hohlraum in der Wärmeschutzvorrichtung 28 einen Unterdruckbehälter bildet, der den Wärmedurchgang durch die Wärmeschutzvorrichtung 28 durch Wärmeleitung minimiert.
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In 3 ist die Wärmeschutzvorrichtung 28 in einer perspektivischen Schnittansicht dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei hier lediglich Besonderheiten erläutert sind.
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Der Grundkörper 30 der Wärmeschutzvorrichtung 28 weist eine Vorderseite 40 auf, die im eingebauten Zustand der Wärmeschutzvorrichtung 28 einen heißen Bereich in dem Kraftfahrzeug 10 bzw. einer Komponente der Verbrennungskraftmaschine 14 zugewandt ist. Die der Vorderseite 40 gegenüberliegende Rückseite 34 ist entsprechend einem kalten Bereich in dem Kraftfahrzeug 10 zugewandt. Die Vorderseite 40 ist mit einer Reflexionsschicht 42 zum Reflektieren von Infrarotstrahlung beschichtet. Die Reflexionsschicht 42 ist vorzugsweise eine Aluminiumbeschichtung der Kohlefaserverbundschicht 32, die vorzugsweise mittels einer physikalischen Schnittabscheidung (PVD) abgeschieden ist.
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Die Kohlefaserverbundschicht 32 weist einen gewölbten Abschnitt 46 auf. Das Anbauteil 36, das als Halbschale ausgebildet ist, ist dem gewölbten Abschnitt 46 gegenüberliegend angeordnet, so dass ein im Wesentlichen zylinderförmiger Hohlraum 48 zwischen dem gewölbten Abschnitt 46 und dem Anbauteil 36 gebildet ist. Der Hohlraum 48 ist gasdicht ausgebildet und bildet den Unterdruckbehälter der Wärmeschutzvorrichtung 28. Das Ventil 38 ist in einer Außenwand des Anbauteils 36 ausgebildet, um den Hohlraum 48 zu evakuieren und entsprechend einen Unterdruck in dem Hohlraum 48 zu erzeugen. Dadurch kann der Wärmestrom durch Wärmeleitung von der Vorderseite 40 zu der Rückseite 34 reduziert werden.
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Der Unterdruckbehälter bzw. die Wärmeschutzvorrichtung 28 wird, sofern die Verbrennungskraftmaschine 14 als V-Motor ausgebildet ist, im V des Motors zwischen den Abgaskrümmern angeordnet, um die Verbrennungskraftmaschine 14 und die Abgaskrümmer von umgebenden Komponenten im Motorraum des Kraftfahrzeugs 10 abzuschirmen. Das Anbauteil 36 ist vorzugsweise mittels eines Elastomers an dem Grundkörper 30 bzw. der Kohlefaserverbundschicht 32 anvulkanisiert. Ferner sind die Kohlefaserverbundschicht 32 und das Anbauteil 36 mittels einer Elastomerschicht überzogen, um den Hohlraum 48 gasdicht auszubilden. Diese Elastomerschicht kann auch an einer inneren Oberfläche des Hohlraums 48 ausgebildet sein.
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An der Vorderseite 40 ist ferner ein weiteres Anbauteil 50 angeordnet, das eine weitere Wärmeschutzschicht bildet. Das Anbauteil 50 ist um den gewölbten Abschnitt 46 herum geformt, so dass zwischen dem Anbauteil 50 und der Kohlefaserverbundschicht 32 bzw. dem gewölbten Abschnitt 46 ein Luftspalt 52 gebildet ist. Das Anbauteil 50 ist vorzugsweise mittels Nieten 54 an dem Grundkörper 30 bzw. der Kohlefaserverbundschicht 32 festgelegt. Das Anbauteil 50 ist ferner mit der Reflexionsschicht 42 beschichtet, um Infrarotstrahlung von den heißen Komponenten der Verbrennungskraftmaschine 14 zu reflektieren. Das Anbauteil 50 ist vorzugsweise aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff gebildet.
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Durch den Luftspalt 52 kann eine weitere Verbesserung der Wärmeisolierung der Vorderseite 40 gegenüber der Rückseite 34 erzielt werden, so dass die heißen Bereiche im Motorraum des Kraftfahrzeugs 10 von den kalten Bereichen thermisch isoliert sind und die Komponenten des Kraftfahrzeugs 10 in dem kalten Bereich vor thermischer Überbeanspruchung beschützt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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