DE202015100963U1

DE202015100963U1 - Hitzeschild und Anordnung mit einem derartigen Hitzeschild

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Publication number: DE202015100963U1
Application number: DE202015100963.1U
Authority: DE
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: US10183469B2; DE102016202913A1; US20170157896A1

Abstract

Hitzeschild (1) zur Abschirmung heißer Bereiche von Bauteilen (9), beispielsweise eines Verbrennungsmotors, mit, einer Isolationslage (3), die ein thermisches und/oder akustisches Isolationsmaterial enthält oder daraus besteht, und einer metallischen Blechlage (2), die auf einer Seite der Isolationslage (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmaterial Hohlfasern (10) enthält oder daraus besteht, die einen zumindest abschnittsweise oder auf ihrer ganzen Länge röhrenförmig hohlen, ungefüllten Querschnitt aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hitzeschild, wie es insbesondere zur Abschirmung heißer Bereiche von Bauteilen, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, verwendet wird sowie eine Anordnung mit einem derartigen Hitzeschild.
Derartige Hitzeschilde weisen oftmals ein Gehäuse auf, das aus zwei metallischen Blechlagen zusammengesetzt ist. Diese metallischen Blechlagen sind zumindest bereichsweise an ihren Rändern miteinander verbunden, wobei zwischen den Blechlagen oftmals als Isolationslage eine weitere Lage, nämlich eine Zwischenlage angeordnet wird. Diese Zwischenlage enthält thermisches und/oder akustisches Isolationsmaterial oder besteht daraus.
Es sind auch Hitzeschilde bekannt, bei denen lediglich einseitig auf einer Isolationslage eine oder mehrere Blechlagen angeordnet sind. Die thermische und/oder akustisch isolierende Isolationslage wird dann zur Montage unmittelbar auf das abzuschirmende Bauteil aufgelegt. Hierzu ist es jedoch erforderlich, für die Materialien der Isolationslage hinreichend stabile Materialien zu verwenden.
Als Isolationsmaterialien für die Isolationsschicht werden herkömmlich beispielsweise Partikel, wie etwa Grafit, Glimmer, expandierter Grafit, und/oder Fasern, wie etwa Glasfasern oder Silikatfasern verwendet. Fasern weisen dabei im Allgemeinen eine Länge auf, die mehr als dem dreifachen Ihres Durchmessers beträgt. Sowohl die Partikel als auch die Fasern weisen sämtlich einen vollflächig gefüllten Querschnitt auf.
Nachteilig an allen diesen Hitzeschilden ist, dass sie ein hohes Gewicht und nur eine beschränkte Isolationsleistung aufweisen. Um eine hinreichende Isolationsleistung zu erzielen, werden daher üblicherweise relativ dicke Isolationsschichten eingesetzt. Damit erhöht sich allerdings auch der Bauraumbedarf für das Hitzeschild.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hitzeschild zur Verfügung zu stellen, das eine verbesserte Isolation aufweist bzw. bei dem eine bestimmte Isolationsleistung mit verringertem Materialeinsatz erzielt werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung aus einem abzuschirmenden Bauteil und einem derartigen Hitzeschild zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch das Hitzeschild nach Anspruch 1 und die Anordnung nach Anspruch 19 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hitzeschildes werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
Die vorliegende Erfindung stellt nun ein Hitzeschild zur Abschirmung und Isolation heißer Bereiche von Bauteilen zur Verfügung. Derartige Bauteile sind beispielsweise ein Verbrennungsmotor, insbesondere dessen abgasführenden Bauteile wie Auspuffkrümmer, Einheit zur Abgasnachbehandlung und dergleichen oder auch Wärmetauscher, beispielsweise zum Erwärmen von Motoröl oder Getriebeöl, in der Innenraumzusatzheizung und/oder in der Batteriekonditionierung.
Das erfindungsgemäße Hitzeschild besitzt eine Isolationslage, die ein thermisches und/oder akustisches Isolationsmaterial enthält oder daraus besteht. Auf einer Seite der Isolationslage ist eine metallische Blechlage angeordnet. Selbstverständlich können auf dieser Seite der Isolationslage auch mehrere Blechlagen oder -schichten übereinander angeordnet werden. Diese Blechlage bildet im montierten Zustand die Außenseite des Hitzeschildes. Sind lediglich auf einer Seite der Isolationslage eine oder mehrere Blechlagen angeordnet, so kann die Isolationslage unmittelbar benachbart zu dem abzuschirmenden Bauteil angeordnet werden. Eine zusätzliche Blechlage auf der zweiten Seite der Isolationslage ist dann nicht erforderlich.
Hier ist zu beachten, dass unter „Lage“ jeweils eine Lage verstanden wird, die sich über mindestens 50%, vorzugsweise über mindestens 70%, besonders bevorzugt über mindestens 85% der jeweiligen Oberfläche des Hitzeschildes erstreckt. Umbördelungen, die lediglich die Isolationslage von einer Seite umgreifen, stellen auf der anderen Seite der Isolationslage keine eigene Lage dar. Sie dienen lediglich der Halterung der Isolationslage an der einseitigen Blechlage.
Erfindungsgemäß werden als Isolationsmaterial zumindest teilweise, überwiegend oder auch ausschließlich Hohlfasern verwendet, die zumindest abschnittsweise oder auf ihrer ganzen Länge einen röhrenförmig hohlen, ungefüllten Querschnitt aufweisen. Die Verwendung derartiger Hohlfasern hat einige entscheidende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Durch den Hohlraum in den Fasern ist die Isolationsleistung sowohl bezüglich der thermischen Isolation als auch der akustischen Isolation in einer Isolationslage gleicher Dicke erhöht gegenüber der Isolationsleistung herkömmlicher Materialien von Isolationslagen. Dies ermöglicht es andererseits bei ähnlichem Isolationsvermögen den Materialeinsatz und die Dicke der Isolationslage zu verringern und damit auch den Bauraumbedarf des erfindungsgemäßen Hitzeschildes zu reduzieren. Durch die Hohlräume in den Fasern wird auch das Bauteilgewicht reduziert. Insgesamt lässt sich bei Verwendung erfindungsgemäßer Hohlfasern der Wärmeleitkoeffizient der Isolationslage von beispielsweise 0,4 W/mK für Materialien des Standes der Technik auf 0,2 W/mK reduzieren.
Selbstverständlich ist es nicht erforderlich, jedoch vorteilhaft, wenn die Hohlfasern zu überwiegendem Anteil oder sämtlich auf ihrer gesamten Länge einen röhrenförmig hohlen, ungefüllten Querschnitt aufweisen. Es genügt jedoch auch, dass sie einen derartigen hohlen Querschnitt lediglich auf ≥ 75% ihrer Länge, vorteilhafterweise auf ≥ 90% ihrer Länge aufweisen. Unterbrechungen der Hohlform können insbesondere von Lunkern resultieren, die sich bei der Herstellung der Glasfasern bilden. Zum Ausgleich von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen des Glasmaterials und der Luft im Hohlraum ist es bevorzugt, wenn die freien Enden der Hohlfasern offen sind.
Besonders vorteilhaft haben sich Hohlfasern erwiesen, deren Außendurchmesser zwischen 5 μm und 30 μm (jeweils einschließlich oder ausschließlich der Grenzwerte) beträgt. Bezüglich des Innendurchmessers ist es vorteilhaft, wenn die Hohlfasern einen Innendurchmesser aufweisen, der zwischen dem 0,2-fachen des Außendurchmessers und dem 0,9-fachen des Außendurchmessers, insbesondere zwischen 1 μm und 10 μm (jeweils einschließlich oder ausschließlich der Grenzwerte) liegt.
Die Hohlfasern in der Isolationslage müssen nicht sämtlich identisch sein, sondern es genügt wenn sie sich bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften gleichen oder identisch sind. Die Isolationslage kann auch in der Lagenebene und/oder quer zur Lagenebene zwei oder mehr Abschnitte aufweisen, in denen die Hohlfasern sich bezüglich einer Eigenschaft jeweils unterscheiden. Hiermit können insbesondere sogenannte Hot-Spots, also Bereiche, in denen besonders viel Wärme auftritt beispielsweise durch Anhäufung von Hohlfasern mit besonders großem Hohlanteil verglichen mit anderen, thermisch weniger belasteten Bereichen, besonders gut isoliert werden.
Ebenso ist es möglich, Fasern unterschiedlicher Eigenschaften geschichtet anzuordnen, also etwa eine Schicht von Hohlfasern unmittelbar auf der Blechlage anzubringen, die von einer Schicht massiver Fasern überdeckt wird.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn zumindest eine Eigenschaft gleich ist, beispielsweise das Material, die Länge und/oder der Außendurchmesser der Hohlfasern, der Volumenanteil des Hohlraums der Hohlfaser am Volumen der gesamten Hohlfaser und/oder die Länge und/oder der Durchmesser des hohlen Querschnitts.
Für die vorliegende Erfindung ist es auch unschädlich, wenn die Isolationslage abschnittsweise massive Fasern ohne Hohlräume enthält oder daraus besteht oder die Isolationslage auf einem Teil ihrer Flächenausdehnung oder auf ihrer gesamten Flächenausdehnung neben Hohlfasern auch einen gewissen Anteil massiver Fasern ohne Hohlräume enthält.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere durch den Einsatz von Glasfasern und/oder Silikatfasern realisierbar. Beispielsweise können die Fasern unter Verwendung von oder aus alkalifreiem Aluminiumborosilikatglas hergestellt sein. Die hier genannten Glasarten aus beispielsweise alkalifreiem Aluminiumborosilikatglas können beispielsweise einen Außendurchmesser von 10 bis 12 μm mit einem inneren Kapillartunneldurchmesser zwischen 5 und 6 μm aufweisen. Derartige Glasfasern weisen eine gegenüber massiven Fasern höhere Biegefestigkeit auf trotz ihrer ca. 40% geringeren Dichte. Dadurch sind die Fasern elastischer und weisen eine höhere Druckfestigkeit sowie höhere spezifische Festigkeit, verbesserte wärmeisolierende und/oder schallisolierende Eigenschaften und eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf. Die Dichte kann beispielsweise bei 1,4 g/cm³ liegen und die Wärmeleitfähigkeit bei 0,21 W/mK. Sind sie geeignet miteinander verbunden, so ist das Fasermaterial, das für die Isolationslage verwendet wird, zumindest konturfest, bei manchen Verbindungsarten auch selbsttragend. Für eine besonders flexible Ausgestaltung der Isolationslage ist es jedoch bevorzugt, wenn dieses zumindest abschnittsweise aufgeschüttetes Material aufweist, das beispielsweise von einer Schicht miteinander verbundener Fasern an den betreffenden Stellen gehalten wird. Hierzu können die selbsttragenden Abschnitte der Isolationslage, insbesondere mit Binder verfestigte Abschnitte der Isolationslage als Formteile ausgeführt sein, die Vertiefungen bzw. Erhöhungen für die Aufnahme des geschütteten Materials aufweisen. Auch durch die Formgebung der Blechlage, beispielsweise mit Vertiefungen, kann die Realisierung derartiger Ausführungsformen erleichtert werden.
Die Fasern können zur Verbesserung der Stabilität der Isolationslage beispielsweise genadelt, vernäht, genäht, gehäkelt, gestrickt oder als Vlies ausgebildet sein. Sie können alternativ auch zumindest teilweise überwiegend oder sämtlich mittels eines Binders miteinander verbunden werden, um die Isolationslage in sich zu stabilisieren.
Die auf der einen Seite der Isolationslage angeordnete metallische Blechlage kann zumindest bereichsweise oder vollflächig eine Blechstärke zwischen 0,075 mm und 0,8 mm (jeweils einschließlich oder ausschließlich der Grenzwerte) aufweisen. Es kann sich also auch um Metallfolien, insbesondere um strukturierte, beispielsweise noppalierte oder mikroperforierte Metallfolien handeln.
Optional kann die Isolationslage auch Phasenwechselmaterialien enthalten. Hierzu können beispielsweise Phasenwechselmaterialien mit Phasenwechseltemperaturen zwischen 70 und 300°C, vorteilhafterweise zwischen 80°C und 200°C verwendet werden. Derartige Phasenwechselmaterialien sind beispielsweise Paraffin, Salzhydrate oder eutektische Salzhydratmischungen, Salze oder eutektische Salzmischungen oder dergleichen. Durch die Verwendung von Phasenwechselmaterialien können die dem Hitzeschild benachbarten Bereiche eines Bauteils, insbesondere die vom Hitzeschild umgebenen Bereiche eines Bauteils oder ein vom Hitzeschild vollständig umgebenes Bauteil zum Beispiel beim Start eines Motors, noch rascher erwärmt werden als dies bereits durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Hohlfasern möglich ist. Durch eine rasche Erwärmung, beispielsweise eines Verbrennungsmotors als Bauteil sinken die Schadstoffemissionen in der Startphase des Verbrennungsmotors.
Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Hitzeschilde und erfindungsgemäßer Anordnungen gegeben. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Elemente in sämtlichen Figuren gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, so dass deren Erläuterung später teilweise nicht wiederholt wird.
Die nachfolgenden Beispiele zeigen jeweils Hitzeschilde und Anordnungen, in denen eine Vielzahl optionaler Merkmale der vorliegenden Erfindung gemeinsam mit zwingenden Merkmalen der vorliegenden Erfindung jeweils in einem Ausführungsbeispiel dargestellt sind. Die optionalen Merkmale können jedoch auch jedes für sich einzeln gemeinsam mit den zwingenden Merkmalen der vorliegenden Erfindung realisiert werden unabhängig von der nachfolgenden Darstellung in Kombination mit anderen optionalen Merkmalen.
Es zeigen
1 ein erfindungsgemäßes Hitzeschild;
2 eine erfindungsgemäße Anordnung in Explosionsdarstellung;
3 ein erfindungsgemäßes Hitzeschild;
4 einen Ausschnitt im Querschnitt aus einem erfindungsgemäßen Hitzeschild;
5 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Isolationslage;
6 und 7 Ausschnitte als Schemazeichnungen aus einem erfindungsgemäßen Isolationsmaterial in vergrößerter Darstellung;
8 einen Ausschnitt aus einer Hohlfaser eines erfindungsgemäßen Hitzeschildes im Querschnitt;
9 zwei erfindungsgemäße Hitzeschilde im Querschnitt;
10 und 11 Ansichten erfindungsgemäßer Isolationsmaterialien; und
12 und 13 Ansichten erfindungsgemäßer Hitzeschilde.
1 zeigt eine Aufsicht auf die Innenseite eines Hitzeschildes 1 mit einer Blechlage 2 und einer Isolationslage 3. Die Ansicht in 1 ist eine Aufsicht auf die Innenseite des in sich gekrümmten Hitzeschildes 1 auf die freiliegende Oberfläche der Isolationslage 3. Durch die Blechlage 2, die die Isolationslage 3 auf der dem Betrachter abgewandten Seite überdeckt sowie durch die Isolationslage 3 dringen Öffnungen 7, die beispielsweise als Schraubenlöcher Verwendung finden.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Hitzeschild ähnlich wie in 1 dargestellt, in schematischer Ansicht in Zusammenschau mit einem Abgasbehandlungssystem als Bauteil 9, dessen heiße Bereiche abgeschirmt werden sollen. Das Bauteil 9 wird in dieser Explosionsdarstellung von zwei Halbschalen 3a und 3b des Isolationsmaterials als Isolationsschicht umschlossen und bedeckt. Über diesem Isolationsmaterial sind zwei Halbschalen 2a und 2b einer Blechlage angeordnet, die sich auch an ihren Seiten über die Ränder 6a und 6b bzw. die gegenüberliegenden Ränder der Isolationslagen 3a und 3b erstrecken. Damit ist das Bauteil 9 von der Isolationslage 3a/3b umschlossen und zugleich von den Blechlagen 2a und 2b vollständig eingehaust.
3 zeigt die Blechlagen-Halbschale 2b und die Halbschale 3b des Isolationsmaterials eines erfindungsgemäßen Hitzeschildes 1 wie in 2. Weiter sind die nur in der Blechlagen-Halbschale 2b auskragenden Randbereiche 18 erkennbar, über die die Befestigung der Halbschalen aus 2 aneinander, beispielsweise mittels Umbördelns oder Schweißens erfolgt. Die Halbschale 3b weist verschiedene Abschnitte 3b‘, 3b‘‘, 3b‘‘‘, 3b‘‘‘‘ ... auf, die relativ zueinander eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen. Zwischen diesen Abschnitten 3b‘, 3b‘‘, 3b‘‘‘, 3b‘‘‘‘ ... ergeben sich Knick- oder Biegestellen 16. Bei losem oder wenig verfestigtem Hohlfasermaterial kann die Isolationslage 3 diesen Knick- bzw. Biegestellen problemlos folgen. Ebenso ist es möglich, die Halbschale 3 bereits als Formteil herzustellen, insbesondere wenn es sich um ein binderverfestigtes Hohlfasermaterial handelt. Alternativ ist es jedoch auch möglich, überschüssiges Hohlfasermattenmaterial auszuschneiden oder das Hohlfasermattenmaterial abschnittsweise einzusetzen. Wird das Hohlfasermaterial abschnittsweise aus Formteilen zusammengesetzt, ist es problemlos möglich, verschiedene Hohlfasermaterialien miteinander zu kombinieren. Beispielsweise können die terminalen Abschnitte 3b‘‘‘ und 3b‘‘‘‘ aus Hohlfaser-Massivfaser-Gemischen bestehen, während die zwischen ihnen liegenden Abschnitte sämtlich keine Massivfasern aufweisen. Ebenso ist es möglich, dass die Abschnitte 3b‘ und 3b‘‘ beispielsweise Hohlfasern unterschiedlicher Dimensionierung aufweisen.
4 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Hitzeschild im Randbereich 6 der Isolationslage 3 im Querschnitt. Die Isolationslage 3 weist Fasern 10 auf, die mittels eines Binders 14 stabilisiert sind. Lediglich auf einer Seite der Isolationslage 3 ist eine Blechlage 2 vorgesehen, die den Rand 6 der Isolationslage 3 mit einem Bördel 13 umgreift.
5 zeigt eine Aufsicht auf eine Isolationslage 3 und ihren Rand 6 im Ausschnitt. Deutlich zu erkennen sind die Fasern 10, die im mittleren Bereich der Isolationslage 3 miteinander vliesartig verfestigt sind und am Rand 6 einzeln über den Rand 6 hervorstehen. Die dunklen Bereiche stellen dabei die miteinander vernadelten Bereiche des Vlieses dar.
6 zeigt in Vergrößerung einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vlieslage. Diese weist Hohlfasern 10 auf, die einen röhrenförmig hohlen Querschnitt mit Hohlräumen 11 aufweisen. Die Fasern 10 sind in diesem Beispiel miteinander vliesartig verwoben und auf ihrer gesamten Länge röhrenförmig hohl mit einem Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Hohlraumes und dem Durchmesser der Gesamtfaser von 0,85.
7 zeigt einen Ausschnitt in Vergrößerung eines anderen Vliesmaterials. In diesem Vliesmaterial sind im Gegensatz zu 4 die Fasern unterschiedlich ausgebildet. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Hohlraumes und dem Außendurchmesser der Faser ist bei den dargestellten drei Fasern 10a, 10b und 10c mit Hohlräumen 11a, 11b und 11c unterschiedlich mit verschiedenen Durchmessern ausgebildet und liegt bei 0,9 für die Faser 10a, 0,55 für die Faser 10b und 0,33 für die Faser 10c.
8 zeigt einen Querschnitt durch eine Hohlfaser des erfindungsgemäßen Isolationsmaterials. Die Hohlfaser 10 weist einen hohlen Innenraum 11 auf. Der Innendurchmesser des Hohlraumes ist mit ID bezeichnet, während der Außendurchmesser der Hohlfaser 10 mit AD bezeichnet ist. Im vorliegenden Beispiel beträgt das Verhältnis zwischen Innendurchmesser ID und Außendurchmesser AD 0,6.
9 zeigt in den Teilfiguren A und B zwei weitere erfindungsgemäße Hitzeschilder 1 mit jeweils einer äußeren Blechlage, die aus zwei Teillagen 2a und 2b besteht. Diese liegt auf einem Isolationsmaterial aus zwei Teillagen 3a und 3b auf. Der Teilbereich bestehend aus Blechlage 2a und Isolationsmaterial 3a weist Endflächen 18a und 18a‘ auf, während der Teilbereich bestehend aus der Blechlage 2b und der Isolationslage 3b Endflächen 18b und 18b‘ aufweist.
Die Blechlagen 2a und 2b sind über ein Scharnier 8 drehbar miteinander verbunden, so dass sie relativ zueinander geöffnet und geschlossen werden können. Im geschlossenen Zustand kommen die Endflächen 18a‘ und 18b‘ aufeinander zu liegen und die Endflächen 18a und 18b aufeinander zu liegen.
Die in den Teilfiguren A und B dargestellten Hitzeschilde 1 unterscheiden sich dadurch, dass in beide Isolationsmaterial-Halbschalen 3a, 3b in 9A aus identischem Isolationsmaterial gefertigt sind, während in 9B die Halbschale 3b aus einem anderen Insolationsmaterial besteht als die Halbschale 3a. Die Hohlfasern, aus denen die Halbschale 3b gefertigt ist, weisen einen geringeren Innendurchmesser ID auf als diejenigen, aus denen die Halbschale 3a gefertigt ist. Die Außendurchmesser AD und der Glaswerkstoff sind dagegen im Wesentlichen identisch. Weiter unterscheiden sich die Hitzeschilde der beiden Teilfiguren A und B dadurch, dass das Scharnier 8 in der 9A mit einem Isolationsmaterial gefüllt ist, während es bei dem Hitzeschild in 9B ungefüllt ist.
10 zeigt eine Aufsicht auf ein Fasermaterial, das für eine erfindungsgemäße Isolationsschicht 3 verwendet wird. In diesem werden in dem dargestellten Ausschnitt beispielhaft Hohlfasern 10a, 10b, 10c und 10d bezeichnet, die bezüglich ihres Außendurchmessers, also in einer Eigenschaft unterschiedlich sind. Sie bestehen jedoch sämtlich aus demselben Glasmaterial. 10 gibt weiterhin mittels des 100 µm-Maßstabes die Dimension der Glashohlfasern an.
11 zeigt einen Querschnitt durch einen Ausschnitt der Isolationslage 3, die in 10 in Aufsicht dargestellt ist. Deutlich zu erkennen sind Querschnitte durch Hohlfasern 10a, 10b, 10c und 10d, die unterschiedliche Außendurchmesser und unterschiedliche Innendurchmesser ihrer Hohlräume aufweisen.
12 zeigt in Teilfigur A eine stark schematisierte Draufsicht auf die Blechlage 2 eines Hitzeschilds 1, die zwei zum Betrachter weisende topfförmige Vertiefungen 4, 4‘ aufweist. Aus der Schnittdarstellung der Teilfigur B wird deutlich, dass diese topfförmigen Vertiefungen 4, 4‘ der Aufnahme von Schüttungen 12, 12‘ von losen Hohlfasern 10 dienen, die mit 3‘ gekennzeichnet einen Teil der Isolationslage 3 bilden. Mittels dieser Schüttungen wird an den betreffenden Stellen eine besonders dicke Isolationsschicht erzielt, die dazu geeignet ist, sogenannte Hotspots, also Bereich besonders großer Wärmeexposition, zu isolieren und abzuschirmen. Die Hohlfasern 10 der Schüttungen 12, 12‘ können in ihrer Dimensionierung und/oder chemischen Zusammensetzung und/oder Dichte der Schüttung identisch oder unterschiedlich sein. Ebenso können sie bezüglich ihrer Dimensionierung und/oder chemischen Zusammensetzung identisch oder unterschiedlich zu den Hohlfasern 10 des genadelten Abschnitts 3‘‘ der Isolationslage 3 sein, die die Schüttungen 12, 12‘ überdeckt und so schon vor Installation sicher in den Vertiefungen 4, 4‘ hält. Während es für die Schüttungen 12, 12‘ bevorzugt ist, dass ausschließlich Hohlfasern – die ggf. produktionsbedingte Lunker aufweisen können – verwendet werden, kann es sich beim genadelten Abschnitt 3‘‘ der Isolationslage 3 auch um eine Mischung aus Hohlfasern und vollmassiven Fasern handeln.
13 zeigt schließlich in einer schematisierten Schnittdarstellung eine weitere Gestaltungsmöglichkeit für den Schichtaufbau eines Hitzeschildes 1 mit einer Blech- oder Metallfolienlage 2 und einer Isolationslage 3, die hier wiederum abschnittsweise – im Abschnitt 3‘‘ – aus konturfesten und hier sogar selbsttragenden, nämlich mit Binder verfestigten Hohlfasern 10 besteht und Abschnitte 3‘ aufweist, die aus losen Schüttungen 12 von Hohlfasern 10 gebildet sind. Hier liegen die Abschnitte im Wesentlichen senkrecht zur Grenzfläche 5 zwischen Metallfolienlage 2 und Isolationslage 3 übereinander. Der verfestigte Abschnitt 3‘‘ der Isolationslage 3 bildet somit zusammen mit der Metallfolienlage 2 eine Art Umhausung für die Schüttung 12. Wie im vorhergehenden Beispiel können die verfestigten Hohlfasern 10 des Abschnitts 3‘‘ hinsichtlich ihrer Dimensionierung und/oder chemischen Zusammensetzung identisch oder unterschiedlich zu den Hohlfasern des Abschnitts 3‘ sein. Wiederum ist es bevorzugt, dass die Fasern des Abschnitts 3‘ ausschließlich aus Hohlfasern bestehen, während für den verfestigten Abschnitt 3‘‘ sowohl reine Hohlfasern als auch Gemische von Hohlfasern und vollmassiven Fasern zum Einsatz kommen können. Die beiden Ränder 6, 6‘ illustrieren beispielhaft Gestaltungsmöglichkeiten für den Außenrand der Isolationslage 3. Während am linken Rand 6 der verfestigte Abschnitt 3‘‘ so gestaltet ist, dass er einen seitlichen Bördel 15 bildet, mit dem der Rand der Schüttung 12 gegen ein Lösen von Hohlfasern 10 geschützt ist, ragen am rechten Rand 6‘ sowohl das geschüttete Fasermaterial des Abschnitts 3‘ als auch der verfestigte Abschnitt 3‘‘ der Isolationslage 3 gleich weit wie der dargestellte Rand der Metallfolienlage 2. Letzteres ist mit geringerem Herstellaufwand verbunden und kann problemlos angewandt werden, wenn der betreffende Rand des Hitzeschildes 1 wie in 2 und 9 gezeigt mit einem anderen Hitzeschild(-abschnitt) verbunden wird.
Bezugszeichenliste

1: Hitzeschild
2: Blechlage
2a, 2b: Blechlagenhalbschalen
3: Isolationslage
3a, 3b: Isolationslagenhalbschalen
3‘, 3‘‘: verschiedene Abschnitte der Isolationslage
4, 4‘: Vertiefung der Blechlage
5: Grenzfläche zwischen Blechlage und Isolationslage
6, 6a, 6b: Ränder der Isolationslage
7: Öffnungen (z.B. Schraubenlöcher)
8: Scharnier
9: abzuschirmendes Bauteil
10: Fasern
11: Hohlräume der Fasern
12, 12‘: Schüttung loser Fasern
13: Bördel der Blechlage
14: Binder
15: Bördel der Isolationslage
16: Knickstellen im Formteil
18: auskragende Randbereiche

Claims

Hitzeschild (1) zur Abschirmung heißer Bereiche von Bauteilen (9), beispielsweise eines Verbrennungsmotors, mit, einer Isolationslage (3), die ein thermisches und/oder akustisches Isolationsmaterial enthält oder daraus besteht, und einer metallischen Blechlage (2), die auf einer Seite der Isolationslage (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmaterial Hohlfasern (10) enthält oder daraus besteht, die einen zumindest abschnittsweise oder auf ihrer ganzen Länge röhrenförmig hohlen, ungefüllten Querschnitt aufweisen.
Hitzeschild (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern (10) überwiegend oder sämtlich auf ≥ 75 % ihrer Länge, vorteilhafterweise auf ≥ 90 % ihrer Länge einen röhrenförmig hohlen, ungefüllten Querschnitt aufweisen.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der, der überwiegende Anteil der oder alle Hohlfasern (10) zumindest abschnittsweise, überwiegend oder auf ihrer ganzen Länge einen Außendurchmesser AD mit 5 µm ≤ AD ≤ 30 µm, vorteilhafterweise 8 µm ≤ AD ≤ 20 µm, vorteilhafterweise 10 µm ≤ AD ≤ 15 µm aufweisen.
Hitzeschild (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der, der überwiegende Anteil der oder alle Hohlfasern (10) zumindest abschnittsweise, überwiegend oder vollständig einen Innendurchmesser ID aufweisen mit 0,2 AD ≤ ID ≤ 0,9 AD, vorteilhafterweise mit 0,3 AD ≤ ID ≤ 0,7 AD.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der, der überwiegende Anteil der oder alle Hohlfasern (10) zumindest abschnittsweise, überwiegend oder vollständig einen Innendurchmesser ID mit 1 µm ≤ ID ≤ 10 µm, vorteilhafterweise 3 µm ≤ ID ≤ 8 µm, vorteilhafterweise 5 µm ≤ ID ≤ 6 µm aufweisen.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich auf einer der Oberflächen der Isolationslage (3) eine Blechlage (2) oder Blechlagen angeordnet sind.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern (10), die in der Isolationslage (3) enthalten sind, für die gesamte Isolationslage (3) mindestens eine oder sämtlich gleiche oder weitgehend gleiche Eigenschaft(en) aufweisen.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationslage (3) in der Lagenebene und/oder quer zur Lagenebene mindestens zwei oder mehrere Abschnitte aufweist, wobei die Hohlfasern (10), die in einem Abschnitt enthalten sind, mindestens eine andere Eigenschaft als die Hohlfasern (10), die in einem zweiten Abschnitt enthalten sind, aufweisen.
Hitzeschild (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine gleiche oder weitgehend gleiche Eigenschaft und/oder die mindestens eine andere Eigenschaft die Länge und/oder der Außendurchmesser der Hohlfasern (10), der Volumenanteil des Hohlraums einer Hohlfaser (10) am Volumen der gesamten Hohlfaser (10), und/oder die Länge und/oder der Durchmesser des hohlen Querschnitts ist.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Blechlage (2) auf zumindest einem Bereich oder vollflächig eine Blechstärke BS mit 0,075 mm ≤ BS ≤ 0,8 mm, vorzugsweise 0,1 mm ≤ BS ≤ 0,3 mm, vorzugsweise 0,15 mm ≤ BS ≤ 0,25 mm aufweist.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationslage (3) abschnittsweise massive Fasern ohne Hohlräume enthält oder daraus besteht oder vollflächig neben Hohlfasern (10) massive Fasern ohne Hohlräume enthält.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern (10) teilweise, überwiegend oder sämtlich Glasfasern und/oder Silikatfasern sind.
Hitzeschild (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der, der überwiegende Anteil der oder alle Hohlfasern (10) unter Verwendung von oder aus alkalifreiem Aluminium-Borsilikatglas hergestellt sind bzw. daraus bestehen.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationslage (3) zumindest abschnittsweise genadelt, vernäht, gestrickt, gehäkelt oder ein Vlies ist.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern (10) zumindest teilweise, überwiegend oder sämtlich mittels eines Binders miteinander verbunden sind.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationslage (3) Phasenwechselmaterial enthält, dessen Phasenwechseltemperatur zwischen 70 °C und 300 °C, vorteilhafterweise zwischen 80 °C und 200 °C, beträgt.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial Paraffin, Salzhydrate oder eutektische Salzhydrat-Mischungen, Salze oder eutektische Salzmischungen oder dergleichen enthält oder daraus besteht.
Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Abschirmung von Bauteilen (9), insbesondere eines Verbrennungsmotors, des Abgasstranges, insbesondere des Auspuffkrümmers oder der Einheit zur Abgasnachbehandlung (9), und/oder von Wärmetauschern, bspw. Wärmetauschern zum Erwärmen von Motoröl oder Getriebeöl, in der Innenraumzusatzheizung und/oder in der Batteriekonditionierung.
Anordnung mit einem Bauteil (9) und einem Hitzeschild (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeschild (1) mit einer Blechlage (2) oder mit der Isolationslage (3) an dem Bauteil (9) anliegend angeordnet, vorzugsweise befestigt ist.