DE102018116682A1

DE102018116682A1 - Wärmeabschirmvorrichtung, insbesondere an lokal unterschiedlich auftretende Wärmeeinträge pro Fläche anpassbare Wärmeabschirmvorrichtung

Info

Publication number: DE102018116682A1
Application number: DE102018116682.6A
Authority: DE
Inventors: Thrivikraman Ranganathan; Andreas Hubert; Peter Schölzel
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2020-01-16
Also published as: CN112638716A; US20210262742A1; WO2020011412A1; EP3820741A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeabschirmvorrichtung mit mindestens einer flächigen Abschirmlage (2), wobei die Wärmeabschirmvorrichtung (100) dazu eingerichtet und ausgebildet ist, zur Abschirmung von Wärme einer Wärmequelle (1) von einem zu schützenden Bauteil oder Bereich geeignet zu sein, wobei an mindestens einem thermisch hoch belasteten Areal (5), der mindestens einen Abschirmlage (2), ein passives Kühlmodul (200) thermisch leitend mit der Abschirmlage (2) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeabschirmvorrichtung, insbesondere eine an lokal unterschiedlich auftretende Wärmeeinträge pro Fläche anpassbare Wärmeabschirmvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 20 2011 106 603 U1 ist ein gattungsgemäßes Hitzeschild bekannt. Derartige Hitzeschilde sind über ihre Oberfläche hinweg im praxisnahen Einsatzfall nicht thermisch gleichmäßig belastet, so dass Areale mit höherer oder hoher thermischer Last und Areale mit niedrigerer oder niedriger thermischer Last vorhanden sind. Um ein solches Hitzeschild dauerfest auslegen zu können, ist es erforderlich, das gesamte Hitzeschild nach der höchsten thermischen Last, z. B. hinsichtlich seiner Materialstärke und/oder seines Werkstoffes, auszulegen.
Hierdurch entstehen gegebenenfalls hohe Kosten, da unter Umständen das gesamte Hitzeschild aus einem teureren Halbzeug oder Werkstoff hergestellt werden muss, um z. B. einen relativ kleinen hochbelasteten Bereich (kleines hochbelastetes Areal) ausreichend widerstandsfähig auszugestalten.
Ein solches Hitzeschild nach dem Stand der Technik ist stark vereinfacht in 1 dargestellt. Eine Wärmequelle 1 wird von einer Abschirmlage 2 einer Wärmeabschirmvorrichtung 100 abgedeckt, so dass ein abzuschirmender Bereich 3 einen geringeren Wärmeeintrag erfährt. Lediglich abgestrahlte Wärme 4, welche die Abschirmlage 2 durchdringt und von der Abschirmlage 2 abgestrahlt wird, belastet den Bereich 3.
Bei einer derartigen Anordnung nach dem Stand der Technik kann es dazu kommen, dass ein thermisch hoch belastetes Areal 5 eine bestimmte Wanddicke der Abschirmlage 2 erfordert oder einen thermisch höher belasteten Werkstoff notwendig macht.
Beides führt zu höheren Kosten und soll vermieden werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und im individuellen Einsatzfall eine an lokale Wärmeeintragsbedingungen anpassbare Wärmeabschirmvorrichtung anzugeben. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Wärmeabschirmvorrichtung in der Lage sein, an einen ungleichmäßigen Wärmeeintrag (über die Fläche gesehen) anpassbar zu sein oder angepasst sein.
Diese Aufgaben werden mit einer Abschirmvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Wärmeabschirmvorrichtung weist mindestens eine flächige Abschirmlage auf, wobei die Wärmeabschirmvorrichtung dazu eingerichtet und ausgebildet ist, zur Abschirmung von Wärme einer Wärmequelle von einem zu schützenden Bauteil oder Bereich geeignet zu sein, wobei an mindestens einem thermisch hoch belasteten Areal der mindestens einen Abschirmlage ein passives Kühlmodul thermisch leitend mit der Abschirmlage verbunden ist.
Mit dieser Lösung gelingt es, eine lokale thermische Entlastung eines thermisch hochbelasteten Areals herbeizuführen. Eine Materialverdickung oder eine Auswahl eines thermisch widerstandsfähigeren Werkstoffes muss nicht erfolgen.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das passive Kühlmodul eine Mehrzahl von Kühlrippen und/oder Kühlstäben und eine Grundplatte, wobei die Grundplatte mit der Abschirmlage verbindbar ist. Ein solches Kühlmodul kann in einfacher Art und Weise hergestellt werden und ist, z. B. nebeneinander, kachelartig mit der Abschirmlage verbindbar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Grundplatte dünnwandig, biegsam und/oder schmiegsam ausgebildet ist, wodurch erreicht wird, dass eine einfache Anpassung des Kühlmoduls an eine Topographie der Abschirmlage gewährleistet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Fall der Verwendung von Kühlstäben das Kühlmodul mit der biegsamen und/oder schmiegsamen Grundplatte um mehr als eine Biegeachse biegsam und/oder schmiegsam und somit leicht an eine Topographie der Abschirmlage anpassbar.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Kühlmodul im Bereich der Grundplatte Befestigungseinrichtungen zur Befestigung des Kühlmoduls an der Abschirmlage aufweist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1: schematisch einen Querschnitt durch eine Abschirmvorrichtung nach dem Stand der Technik;
2: schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung.

Eine erfindungsgemäße Wärmeabschirmvorrichtung 100 besitzt zumindest eine Abschirmlage 2, welche in bekannter Art und Weise ein oder mehrlagig ausgebildet sein kann. Üblicherweise ist die mindestens eine Abschirmlage aus metallischem Werkstoff gebildet. Es kommen allerdings auch Kunststoff/Keramik/Fasergewebe oder anderweitige Werkstoffe, die sich zur Wärmeabschirmung bewährt haben, in Betracht.
Eine Wärmequelle 1 strahlt Wärme auf die Abschirmlage 2 ab. Ein Bereich, der der Wärmequelle 1 am nächsten liegt, ist ein thermisch hochbelastetes Areal 5, da dort Wärme der Wärmequelle 1 mit höchster Flächenbelastung in die Abschirmlage 2 eingetragen wird.
Um die Temperaturbelastung/Wärmebelastung des hochbelasteten Areals 5 zu reduzieren, sieht die Erfindung ein passives Kühlmodul 200 vor, welches zumindest im Bereich des hochbelasteten Areals 5 auf der der Wärmequelle abgewandten Seite der Abschirmlage 2 angeordnet ist. Das Kühlmodul 200 besitzt eine Grundplatte 201 und Abstrahlelemente (z. B. Kühlrippen oder Kühlstäbe 202). Die Kühlrippen oder Kühlstäbe 202 sind mit der Grundplatte 201 in wärmeleitender Art und Weise verbunden. Das Kühlmodul kann ein Gusskörper sein oder kann auch aus einzelnen Teilen (Grundplatte 201 und Kühlrippen/Kühlstäben 202) zusammengesetzt sein. Die Grundplatte 201 des Kühlmoduls 200 ist in geeigneter Art und Weise mit der Abschirmlage 2, beispielsweise über Schrauben oder Nieten 203 fest verbunden, so dass von der Abschirmlage 2 hin zur Grundplatte 201 ein Wärmeübertrag stattfinden kann.
Die Grundplatte 201 ist in bevorzugter Art und Weise aus einem biegsamen/schmiegsamen Material ausgebildet, z. B. in Form eines Dünnbleches, welches z. B. eine Blechstärke von bis zu 0,2 mm oder 0,3 mm aufweist. Eine derartige Grundplatte kann sich bei Verwendung von Kühlrippen 202, die sich in der Ansicht gemäß 2 senkrecht zur Zeichenebene erstrecken, eine Biegsamkeit um eine Achse senkrecht zur Zeichenebene der 2 verwirklichen und somit (in eindimensionaler Art und Weise) an eine mögliche Topographie der Abschirmlage 2 angepasst werden.
Sofern die Kühlelemente als Kühlstäbe ausgebildet sind, so kann mit einer flexiblen, biegsamen und schmiegsamen Grundplatte 201 nach Art eines „Kühligels“ ein Kühlmodul geschaffen werden, welches um eine Achse 300 (vgl. 2) und um eine Achse senkrecht oder winklig zur Zeichenebene in 2 an eine Topographie der Abschirmlage 2 anpassbar ist. Eine derartige Grundplatte 201 kann beispielsweise auch aus einem gut wärmeleitenden, beispielsweise mit Metall versehenen Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Auch eignen sich Gewebematerialien, die gut wärmeleitend sind, beispielsweise eine Metall-Woll-Platte oder ein Drahtgewirr, Drahtgestrick, in welchem die Kühlrippen/Kühlstäbe 202 wärmeleitend verankert sind.
Zur Erläuterung des Begriffes „Kühlmodul (200)“ wird klargestellt, dass auch eine einzelne Kühlrippe 202 oder ein einzelner Kühlstab 202 bereits ein Kühlmodul im Sinne der Erfindung sein kann. Die Grundplatte 101, auf welcher eine Vielzahl von Kühlrippen/Kühlstäben 202 angeordnet sein kann, dient im Wesentlichen als vereinfachtes Verbindungshilfsmittel zur Anbringung einer Vielzahl von Kühlrippen/Kühlstäben 202 an der Abschirmlage 2. Somit ist die Grundplatte 201 nicht zwingender Bestandteil eines Kühlmoduls 200.
Mit der Erfindung gelingt es, in einfacher und kostengünstiger Art und Weise ein thermisch hochbelastetes Areal einer Wärmeabschirmvorrichtung hinsichtlich seiner thermischen Belastung zu entlasten und somit eine kostengünstige Auswahl an Halbzeugen/Werkstoffen für die Ausbildung einer Wärmeabschirmvorrichtung zu ermöglichen. Es gelingt somit über eine lokale Wärmebelastungsreduktion der Wärmabschirmlage, insgesamt eine kostengünstige Ausbildung einer Wärmeabschirmvorrichtung zu gewährleisten.
Bezugszeichenliste

1: Wärmequelle
2: Abschirmlage
3: Bereich
4: Wärme
5: Areal
100: Wärmeabschirmvorrichtung
200: Kühlmodul
201: Grundplatte
202: Kühlrippen/Kühlstäbe
203: Schrauben/Nieten
300: Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202011106603 U1 [0002]

Claims

Wärmeabschirmvorrichtung mit mindestens einer flächigen Abschirmlage (2), wobei die Wärmeabschirmvorrichtung (100) dazu eingerichtet und ausgebildet ist, zur Abschirmung von Wärme einer Wärmequelle (1) von einem zu schützenden Bauteil oder Bereich geeignet zu sein, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem thermisch hoch belasteten Areal (5), der mindestens einen Abschirmlage (2), ein passives Kühlmodul (200) thermisch leitend mit der Abschirmlage (2) verbunden ist.
Wärmeabschirmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Kühlmodul (200) mindestens eine Kühlrippe und/oder einen Kühlstab (202) und eine Grundplatte (201) umfasst, wobei die Grundplatte (201) mit der Abschirmlage (2) verbindbar ist.
Wärmeabschirmvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (201) dünnwandig, biegsam und/oder schmiegsam ausgebildet ist.
Wärmeabschirmvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall von Kühlstäben (202) das Kühlmodul (200) mit der biegsamen und/oder schmiegsamen Grundplatte (201) um mehr als eine Biegeachse (300) biegsam und/oder schmiegsam ist und an eine Topographie der Abschirmlage (2) im Bereich des hochbelasteten Areals (5) anpassbar ist.
Wärmeabschirmvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmodul (200) im Bereich der Grundplatte (201) Befestigungseinrichtungen zur Befestigung des Kühlmoduls (200) an der Abschirmlage (2) aufweist.