DE2334948A1

DE2334948A1 - Waermeisolierung

Info

Publication number: DE2334948A1
Application number: DE19732334948
Authority: DE
Inventors: Harold Edminston Lemont; Robert Charles Miller
Original assignee: Summa Corp
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1972-07-17
Filing date: 1973-07-10
Publication date: 1974-01-31
Also published as: JPS4958450A; JPS547973B2; FR2193171B1; GB1446335A; DE2334948C2; CA983373A; FR2193171A1; US3948295A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Wärmeisolierung und insbesondere eine verbesserte Wärmeisolierung mit relativ langen unbrennbaren Metallfäden, die zur Bildung einer RdIe regellos ineinandergreifen.

Es gibt bereits zahlreiche Arten von Isolierungen, von denen jede besondere physikalische und thermische Eigenschaften aufweist, durch welche die verschiedenen Materialien für eine gegebene Anwendung besonders geeignet werden.

Die US-Patentschrift 273 688 vom 6. März 188 3 beschreibt ein Metallgeflecht, das benachbart einer Leitung ange-

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ordnet ist, um eine nicht wärmeleitende plastische Masse bzw. einen Kitt von der Leitung in Abstand zu halten, und auf diese Weise einen Totluftraum zwischen der Leitung und der nichtleitenden Masse zu bilden.

Die US-Patentschrift 2 179 057 beschreibt die Verwendung eines Asbestpapiers mit Nibben. Die genibbten Bogen werden so aufgelegt, daß jeder genibbte Abschnitt eine Luftzelle bildet. Ferner ist die Verwendung von Aluminiumfolien beschrieben, die mit genibbtera flächenhaften Material aus Asbestpapier geschichtet sind.

Die US-Patentschrift 2 511 170 ist auf eine Wärmeisolierung für Düsentriebwerke u. dgl. gerichtet und zeigt verschiedene Formen. Bei einer Ausführungsform trägt ein offenes τ,.etallischt³a Geflecht eine Tasche, die mit Asbest o. dgl. im Abstand z-i einem rohrförmigen Element gefüllt ist. Bei einer anderen Ausführungsform wird eine Strahlungsabschirmung xi' Form einer Folie verwendet, wobei die Aussenfläche ein Asbestgewebe bzw. -Tuch ist. Es sind noch mehrere weitere Ausführungsformen zur Wärmeisolierung gezeigt, Ix;i jeder von welchen ein Drahtgeflecht verwendet wird«

Die US-Patentschrift 3 007 5 96 beschreibt eine Isolierung aus abwechselnden Schichten aus eine πι Strahlung sabs chirmungsmaterial und einem Isoliermaterial, wie Glasfaserwolle .

Zur Verwendung bei hohen Temperaturen von beispielsweise 94°C - 220O⁰C (200⁰F - HOOO⁰F) sind verschiedene Materialien im Handel erhältlich, welche jedoch Eraetallischer Art sind. Typisch sind AluminiumeilikÄtpulver, Silikafasern,

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Zirkonoxidpulver, Kaliumtitanat, Glasfasern, Aluminiumfasern, expandiertes Perlit, kolloidales Siliciumdioxid und Silika-Aerogele. Diese Materialien Kinnen als keramische Schaumstoffe (Silikacarbid, Aluminium-Zirkonoxid und Siliciumdioxid) mit organischenBindemitteln, wie ein Epoxyharz, verwendet werden. Mehrschichtige Verbundstoffe aus Glasfaser und Schaumstoffolien sind ebenfalls erhältlich.

Obwohl gewisse dieser Materialien eine niedrige Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise etwa 0,0248 (etwa 0,2 btu/hr.-ft²-°F/Zoll) für ein Gemisch von Pulvern und Polymerbindemittel haben, haben sie

3 auch eine hohe Dichte von beispielsweise 320 - 480 kp/m (20 - 30 lbs/ft³), obwohl einige im Handel erhältliche Materialien in Form von Watte eine Dichte von nur 56 kp/m (3,5 lbs/ft³) haben.

Im allgemeinen haben die erwähnten Materialien eine

2 geringe Druckfestigkeit von beispielsweise etwa 211 kp/cm

(etwa 3600 lb/in²) bei einer Dichte von 43,1 kp/m³

(30 lbs/ft ). Ausserdem bestehen ernste Beschränkungen hinsichtlich der Umgebung, in welcher sie verwendet werden können, z.B. chemischer, baulicher und sonstiger Art. In manchen Folien können Erosionsprobleme oder Feuchtig-: keitsaffinität oder Affinität für bestimmte Gase bestehen, welche die Leistung des Isolierungssystems nachteilig beeinflussen. Gewicht und Dicke können ebenfalls manche Probleme verursachen, besonders, wenn die Isolierung in einem Flugzeug oder auf dem Gebiet der Raumfahrt verwendet werden soll, da, um einen angemessenen Schutz zu erhalten, die Isolierung zu sperrig, zu schwer und für sich allein ungeeignet sein kann, die bauliche Festigkeit zu vermitteln, die für die besondere physikali-

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sehe Umgebung, in welcher die Isolierung verwendet werden soll, notwendig ist.

Beispielsweise ist es in Hubschrauber-Rotorblättern, die mit einem Gaskanal für die Triebwerkabgase ausgebildet sind, wünschenswert, die Innenfläche des Rotorblattes gegen die Abgase zu isolieren. Bei einem solchen Anwendungsfall können die Abgase eine Temperatur von 538°C (1000⁰F) bei einem Druck von 2,81 kp/cm² (40 lb/in²) absolut bei einer Machzahl der inneren Strömung von 0,45, haben. Gegenüber diesen extremen Bedingungen innerhalb des Rotorblattes ist es wünschenswert, die Temperatur des Rotorblattes auf einen Wert von etwa 80⁰C (180⁰F) zu begrenzen und zwar aus mehreren Gründen. Bei Temperaturen von 80⁰C (180⁰F) kann das Blatt aus herkömmlichen Werkstoffen geformt werden. Dies würde zumindest vom wirtschaftlichen und vom baulichen Gesichtspunkt aus vorteilhaft sein. Ferner wird durch die Herabsetzung der Temperatur des Blattes die Infraroterkennung herabgesetzt, so daß der Hubschrauber bei Nacht nicht leicht entdeckt werden kann. Dies ist für militärische Fälle wünschenswert.

Bei solch ungünstigen Umgebungsbedingungen würde eine Isolierung mit Festigkeitseigenschaften, um einer Temperatur von 540⁰C (1000⁰F) standzuhalten, und thermischen Eigenschaften wie einer Wärmeleitfähigkeit, die so niedrig wie die der Luft ist, sehr wünschenswert sein. Die gegenwärtig zur Verfügung stehenden Isolierungssysteme, welche diese Eigenschaften haben, haben leider eine mangelhafte bauliche Festigkeit. Beispielsweise enthalten einige bekannte und gegenwärtig erhältliche Isolierungssysteme kreideähnliche Materialien mit einer Neigung zum Abbröckeln oder Absplittern. Diese Eigenschaften machen solche Isolierungs-

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systeme wenig geeignet zur Verwendung in ungünstigen Umgebungsbedingungen, wie bei einem Rotorblatt, bei dem extreme Schwingungs- und Fliehkraftbelastungen auftreten. Kreideartige Materialien saugen Feuchtigkeit auf und treten mit den Abgasprodukten chemisch in Reaktion. Hohe Temperaturen verdampfen die Feuchtigkeit und verändern die Zusammensetzung der Isolierung selbst, so daß in dieser unerwünschte Gase entstehen. Dieser Vorgang wird gewöhnlich als Gasabgabe bezeichnet. Ferner ist zu erwarten, daß in der Nähe von Fluiden mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten die kreideartigen Materialien erodiert werden und dadurch die Dicke der Isolierung verringert wird. Eine verringerte Dicke ist nicht nur für die baulichen Eigenschaften, sondern auch für die thermischen Merkmale der Isolierung nachteilig.

Beispielsweise wurden Leitungen für den-Transport heisser Fluide, wie Gase, gewöhnlich dadurch isoliert, daß eine Isolierverkleidung auf die Aussenfläche der Leitung aufgebracht wurde. Obwohl die Isolierverkleidung zu einer kühleren Aussenfläche geführt hat, mußte die Leitung aus Materialien hergestellt werden, die der Temperatur des Fluids standhalten kann. In den meistenFällen wurden diese Leitungen aus hochdichten Metallen hergestellt, durch welche sie zur Verwendung für Flugzeuge besonders schwer wurden. Diese Metalle waren thermisch nicht entspannt, so daß die Wärmedehnung in manchen Fällen ein Problem dargestellt hat.

Viele der neueren Isoliersysteme, die eine V/ärmeleitfähigkeit haben, die im wesentlichen gleich der von Luft ist, enthalten kreideartige Materialien, die zerbröckeln und sputtern, besonders in sehr ungünstigen Umgebungen, bei

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welchen Schwingungen und hohe Kräfte auftreten. Diese Isoliersysteme sind auch wasseraufsaugend, so daß die Gasabgabe besonders kritisch ist. Zusätzlich zu diesen Problemen tritt bei diesen Isoliersystemen Erosion auf, wodurch ihre Isoliereigenschaften wesentlich beeinträchtigt werden.

Isolierverkleidungen wurden auch zur Herstellung von Kleidungsstücken, wie Hosen, Hemden, Mänteln und Hüten zur Benutzung durch diejenigen verwendet, die Umgebungen mit erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind. Beispielsweise tragen Feuerwehrleute gewöhnlich isolierte Kleidungsstücke, um ihr Wohlbefinden in dei> Nähe eines Brandes zu erhöhen. Andere Personen, wie Rennwagenfahrer, und Piloten, führen Funktionen in einer Umgebung aus, in der Brä »de wahrscheinlicher sind und besonders ernst werden können.

Ein gewöhnlich in Gebrauch befindliches Kleidungsstück wird aus einem Isolierstoff hergestellt, der aus Nylon besteht und nach einem der Firma DuPont patentiertes Verfahren behandelt worden ist. Dieser Stoff wird gewöhnlich unter dem Warenzeichen ¹¹NOMEX" in den Handel gebracht. Obwohl dieses Material keine Reizwirkung auf die Haut ausübt und Eigenschaften hat, die die Ausbreitung von Flammen verhindern, hat es die Neigung, sich bei Temperaturen oberhalb 400⁰C (oberhalb 75O°F) zu zersetzen oder in anderer Weise Schaden zu leiden.

Isolierende Kleidungsstücke wurden auch aus Asbest enthaltenden Materialien hergestellt. Asbest ist nicht erwünscht, da seine Fasern, wenn sie eingeatmet werden, in die Lungen eindringen und Krankheiten verursachen können. Kleidungsstücke aus Asbest sind ausserdem besonders schwer

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und neigen beim Falten zum Entstehen von Rissen. Ferner saugen sie Feuchtigkeit auf und haben die Neigung, miteinigen Elementen chemisch in Reaktion zu treten.

Es ist wünschenswert, Feuerwände zwischen einer feuergefährdeten Umgebung und der Umgebung zu errichten, die vorzugsweise gegen Feuer geschützt werdensoll. Beispielsweise werden Feuerwände zwischen Tragflächen-Brennstofftanks und dem Rumpf eines Flugzeugs vorgesehen. Die Vorschriften des Federal Aeronautics Administration erfordern, daß eine Feuerwand Temperaturen von 980 C (1800⁰F) während eines Zeitraums von 10 Minuten standhalten muß. Diesen dringenden Kriterien wurde gewöhnlich durch die Verwendung massiver Metallplatten, normalerweise aus Stahl mit einer Dichte von 7914 kp/m³ (494 lb/ft³) Rechnung getragen. Infolge dieser höhen Dichte sind solche Feuerwände ausserordentlich schwer, ein Merkmal, das im Flugzeugbau besonders unerwünscht ist.

Der erfindungsgemässe wärmeisoliereride Verbundstoff weist eine Hautschicht auf, die von einer tragenden Fläche durch eine Vielzahl von Fäden in Abstand gehalten werden kann, die nach Art einer Matte oder Wolle in regellosem Eingriff miteinander stehen. Die Wolle kann in einem Vakuum verwendet werden, jedoch bilden die Fäden gewöhnlich Zwischenräume, die mit einem Fluid, beispielsweise Luft, gefüllt sind. Die Fäden in der Wolle sind besonders lang mit Bezug auf ihren Querschnxttsdurchmesser. Beispielsweise kann das Verhältnis ihrer Länge zu ihrem Querschnxttsdurchmesser 12500 betragen. Ferner können die Fäden einen kreisförmigen Querschnitt haben, so daß benachbarte Fäden in der Wolle einander über eine geringstmögliche Fläche berühren.

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Bei einer solchen Gestaltung bilden die Fäden einen langen gewundenen Weg, welcher der Wärmeleitung einen beträchtlichen Widerstand entgegensetzt. In der Tat ist die Wärmeleitung der Fäden so niedrig, daß der Wärmeübergang durch die Wolle in erster Linie von der Wärmeleitfähigkeit des Fluids abhängt, das die Zwischenräume der Fäden einnimmt. Diese Zwischenräume haben eine solche geringe Grosse, daß der Wärmeübergang durch erzwungene oder freie Konvektion praktisch nicht besteht.

Bei diesen hocherwünschten Leitungs- und Konvektionseigenschaften kann die Dicke der Isolierung so weit herabgesetzt werden, daß Wärme in erster Linie durch Strahlung zwischen der Hautschicht und der tragenden Fläche übertragen wird. Zwischen mehreren Schichten der Wolle kann eine grössere Anzahl Strahlungsabschirmungen angeordnet werden, um den Wärmeübergang durch Strahlung herabzusetzen, ohne die Dicke der Isolierung wesentlich zu erhöhen.

Hautschicht, Wolle und Strahlungsabschirmungen können aus einem Material mit einem Schmelzpunkt hergestellt werden, der höher als die Temperatur der besonderen Umgebung liegt. Beispielsweise kann bei Temperaturen von 540⁰C (1000⁰F) die Hautschicht durch ein Sieb aus nichtrostendem Stahl gebildet werden, die Strahlungsabschirmungen durch eine Folie aus nichtrostendem Stahl und die Wolle durch Stahlwolle aus nichtrostendem Stahl. Bei höheren Temperaturen können Molybdän, Titan und andere hitzebeständige Metalle besonders wünschenswert sein.

Die Hautschicht, die V/olle und die Strahlungsabschirmungen können zur Bildung einer Isolierverkleidung zusammengesteckt oder geheftet werden. Gewöhnlich werden zwischen den

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Stichen bzw. Heftklammern solche Abstände vorgesehen, daß eine geringstmögliche Zahl von Leitungswegen zwischen der Hautschicht und der tragenden Fläche erhalten wird, jedoch der bauliche Zusammenhang der Isolierverkleidung aufrechterhalten bleibt.

Die Zwischenräume der Fäden verleihen der Wolle Schallisolierungseigenschaften, die besonders vorteilhaft sind.

Die Wolle hat eine hohe Durchlässigkeit und die Zwischenräume bilden Hohlräume von verschiedenen Grossen, so daß Schallwellen über ein beträchtliches Frequenzband absorbiert werden können. Die thermischen und akustischen Eigenschaften der Isolierung machen sie zur Verwendung für Flugzeuge, beispielsweise für Hubschrauber, besonders wüns chenswert.

Es können eine oder mehrere Wolleschichten verwendet werden und jede Schicht begrenzt eine Vielzahl von Zwischenräumen, die vorzugsweise ein Gas mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit begrenzt. Da benachbarte Fäden der Wolle einander im wesentlichen punktförmig berühren, besteht eine sehr geringe Wärmeleitung durch die ersten Fäden, so daß die Wärmeleitfähigkeit der Isolierverkleidung in erster Linie durch die Leitfähigkeit des Gases in den Zwischenräumen bestimmt wird. In Abhängigkeit in erster Linie von der Grosse der Fäden, der besonderen Halterungsmittel und der Dichte der Isolierverkleidung kann die Wärmeleitfähigkeit der letzteren so niedrig wie diejenige des in den Zwischenräumen befindlichen Gases sein. Es folgt hieraus, daß, wenn Luft das in den Zwischenräumen befindliche Gas ist, die Isolierverkleidung eine Wärmeleitfähigkeit von 0,031 kcal/mh°C (0,25 btu/hr-ft²-

F) haben kann.

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Diese metallische Isolierung ist für Hochtemperaturumgebungen, beispielsweise für Abgaskanäle, bei denen die Isolierung an der Innenfläche des Kanals angeordnet werden kann, besonders wünschenswert. Beispielsweise kann die erste Hautschicht mit den Abgasen in Kontakt stehen, die eine erhöhte Temperatur von beispielsweise 540⁰C (1000⁰F) haben, während eine zweite Hautschicht benachbart dem Abgaskanal angeordnet werden kann. Infolge der extrem niedrigen Wärmeleitfähigkeit der Isolierverkleidung kann die zweite Hautschicht eine Temperatur von nur 93°C (200⁰F) haben. Dies ist besonders wichtig, da der Bauteil, der mit der Hautschicht Kontakt hat, praktisch ohne Rücksicht auf thermische Kriterien hergestellt werden kann. So kann der Bauteil aus Materialien von verhältnismässig geringer Dichte, beispielsweise aus Glasfasern, hergestellt werden, um maximal günstige bauliche Eigenschaften des Abgaskanales bei geringstmöglichem Gewicht zu erzielen.

Wenn der Kanal ein flüssiges Fluid leiten soll, kann es wünschenswert sein, die Strömung der Flüssigkeit durch die Isolierverkleidung zu verhindern. In einem solchen Falle kann mindestens eine der Strahlungsabschirmungen durch eine Folie aus nichtrostendem Stahl gebildet und benachbart den zweiten Fäden, die die erste Hautschicht bilden, angeordnet werden. Gegebenenfalls können die Zwischenräume der zweiten Fäden mit einem hitzehärtbaren Harz imprägniert werden.

Da Wärme die Oxydation einiger Metalle beschleunigt, kann es wünschenswert sein, zumindest die zweiten Fäden mit einem oxydationshemmenden Überzug zu versehen. Diese Fäden können mit einem Disilizidüberzug nach einem an sich bekannten Verfahren entweder bevor sie miteinander verflochten

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werden oder nachher versehen werden.

Die Isolierung durch die Verkleidung ist besonders wünschenswert zur Verwendung mit einem Kanal bzw. einer Leitung, speziell in sehr ungünstigen Umgebungen, da sie weder zerbröckelt, noch zersplittert noch erodiert. Die Isolierverkleidung ist nicht wasserabsorbierend und da sie thermisch entspannt ist, braucht keine Vorsorge wegen der Wärmedehnung getröffenzu werden.

Die metallische Isolierverkleidung kann vorteilhaft an der Vorderkante von Tragflügeln u. dgl. angeordnet werden, die mit hoher Geschwindigkeit anströmenden Fluiden ausgesetzt werden. Da Metalle im allgemeinen eine vernachlässigbare Durchlässigkeit haben, geschieht jeder Obergang von Strahlungswärme durch die Isolierverkleidung im allgemeinen infolge von Rückstrahlung. Diese Rückstrahlung kann dadurch vermieden werden, daß mindestens eine · der Strahlungsabschirmungen vorges&en wird. Solche Strahlungsabschirmungen bzw, -barrieren können vorteilhaft perforiert sein, so daß der Staudruck des beaufschlagenden Fluids auf die Konstruktion statt auf die Isolierung ausgeübt wird. Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform sind die Strahlungsabschirmungen aus einem Sieb aus nichtrostendem Stahl mit einem begrenzten offenen Durchtritts-, querschnitt von beispielsweise 30 % hergestellt. Das Sieb wird vorzugsweise zwischen der Metallwolle angeordnet, so daß die ersten Fäden der Wolle die offenen Querschnitte des Siebes im wesentlichen blockieren. Die ersten Fäden können mit einem Durchmesser von nur M Mikron vorgesehen werden, um die Streuung der Strahlungsenergie zu erhöhen.

Folienabschirmungen können ebenfalls quer zur ersten und zur zweiten Kautschicht angeordnet werden, um eine Strömung

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des beaufschlagenden Fluids innerhalb der Isolierverkleidung zu verhindern. Hierdurch wird der Druckausgleich des die Konstruktion des Tragflügels bzw. des Nasenkonus beaufschlagenden Fluids erhöht.

Da die Isolierverkleidung sehr flexibel ist, kann sie leicht als Material zur Herstellung von feuerfesten Kleidungsstücken verwendet werden. Solche Kleidungsstücke können von Rennwagenfahrern, Testpiloten sowie zur Brandbekämpfung getragen werden, um beim Benutzer eine erträgliche Temperatur selbst in Gegenwart von Flammen aufrecht zu erhalten, die eine Temperatur von 87O°C (1600⁰F) haben können. Ein Kleidungsstück der erwähnten Art kann über herkömmlichen Bekleidungen getragen werden oder es kann eine Ausfütterung aus einem herkömmlichen Gewebe oder "NOMEX" vorgesehen werden. Wenn der Isolierstoff aus nichtrostendenStahlfäden hergestellt ist, kann das feierfeste Kleidungsstück Temperaturen von ⁰ (260O⁰F) standhalten. Ausserdem kann infolge der geringen Dichte der Isolierverkleidung das Kleidungsstück ein Gewicht von nur 363 kg (8 lbs) haben. Ferner, da das Kleidungsstück im allgemeinen porös ist "atmet" es, wodurch der Komfort des Benutzers erhöht wird.

Ein unerwarteter Vorteil eines solchen Kleidungsstücks ist für Luftwaffenpiloten gegeben, die oft einem Flakfeuer ausgesetzt sind. Da die Fäden miteinander zur Bildung eines Siebes verflochten werden können und andere Teile oder Schichten von Fäden ineinandergreifen, um eine Wolle zu bilden, verleiht die Isolierverkleidung Widerstand gegen das Eindringen kleiner Objekte, die sich mit einer vergleichsweisen hohen Geschwindigkeit bewegen. Das Kleidungsstück liefert nicht nur Schutz gegen Hitze, sondern verleiht auch Widerstandsfähigkeit gegen Flakfeuer.

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Darüber hinaus macht der Umstand, daß der Verbundstoff als wirksame Wärmeisolierung wirkt, das erfindungsgemässe Material als wirksame Schutzkleidung für Laserwaffen und als Sicherheitsbeklexdung verwendbar, wenn mit Laser gearbeitet wird.

Feuerwände können aus der Isolierverkleidung hergestellt werden» Bei einer für diesen Zweck bevorzugten Ausführungsform werden die Fäden stark miteinander verflochten, um die Festigkeitseigenschaften der Hautschichten zu erhöhen. Wenn die Fadenschichten aus nichtrostendem Stahl hergestellt werden, kann die Feuerwand eine

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Dichte von nur 128 kp/m (8 lbs/ft ) haben. Das Gewicht der Feuerwand kann daher auf nur 4 % desjenigen der bekannten Feuerwände herabgesetzt werden. Ferner kann die Isolierverkleidung eine Wärmeleitfähigkeit von nur 0,031 kcal/mh ⁰C (0,25 btu/hr-ft²-°F) haben, so daß die Feuerwand einen Wärmefluß von nur 0,16 % gegenüber dem Bekannten hat.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden näheren Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und zwar zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines Hubschraubers mit einem Triebwerk und Rotorblättern zur Ableitung der Abgase des Triebwerks;

Fig. 2 eine Teilansicht in schaubildlicher Darstellung eines Rotorblattes mit einer Isolierung an seiner Innenfläche j

Fig. 3 eine Draufsicht der in Fig. 2 dargestellten Iso-

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lierung;

Fig. 4 eine Ansicht der Isolierung im Aufriß nach der Linie 4-4 in Fig. 3 mit einer Wolleschicht;

Fig. 5 in vergrössertem Maßstab eine schaubildliche

Ansicht einiger die Wolleschicht bildenden Fäden;

Fig. 6 eine Ansicht im Aufriß einer weiteren Ausführungsform der Isolierung;

Fig. 7 eine Draufsicht der in Fig. 6 dargestellten Isolierung;

Fig. 8 eine Stirnansicht im Aufriß der quer zu Schalldämpfungskammern angeordneten Isolierung;

Fig. 9 eine Ansicht der Isolierung und der Kammern im Schnitt nach der Linie 9-9 in Fig. 8;

Fig.10 eine Seitenansicht im Aufriß einer anderenAusführungsform der erfindungsgemässen Isolierverkleidung;

Fig.11 eine schaubildliche Ansicht eines Fluidleitungskanals mit der in Fig. 10 dargestellten Isolierverkleidung;

Fig.12 eine Ansicht des Kanals im Schnitt nach der Linie 12-12 in Fig. 11;

Fig.13 eine schaubildliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgejnässen Kanals;

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Fig. IH eine Seitenansicht eines Tragflügels mit einer an seiner Vorderkante angeordneten Isolierverkleidung}

Fig. 15 eine Einzeldarstellung desjenigen Teils des

Tragflügels, der sich innerhalb der Linie 15-35 in Fig. 14 befindet;

Fig. 16 eine Draufsicht eines Flugzeugs mit einer Anzahl Feuerwänden aus einer erfxndungsgemässen Isolierverkleidung;

Fig. 17 eine Ansicht einer Feuerwand nach der Linie 17-17 in Fig. 16;

Fig. 18 eine schaubildliche Ansicht einer Person, welche eine feuerfeste Bekleidung aus der erfxndungsgemässen Isolierverkleidung trägt und

Fig. 19 eine Ansicht eines Saums der Bekleidung im Schnitt nach der Linie 19-19 in Fig. 18.

Der in Fig. 1 dargestellte Hubschrauber ist allgemein mit 11 bezeichnet. Der Hubschrauber 11 besitzt ein Rumpfgerüst 13 und ein Triebwerk 15, das am Rumpfgerüst 13 angebaut ist und als Antriebskraft für den Hubschrauber 11 dient. Zumindest ein Rotorblatt 17 ist mit dem Triebwerk 15 zum Antrieb durch dieses gekuppelt und auf dem Rumpfgerüst 13 so drehbar gelagert,daß eine Auftriebskraft erhalten wird. Das Blatt 17 kann in der Weise hohl ausgebildet sein, daß es die Verbrennungsgase des Trie-bwerks 15 in der Nähe der Wurzel des Blattes 17 aufnimmt und

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die Verbrennungsgase in der Nähe der Spitze des Blattes ableitet,Die Ableitung der Verbrennungsgase durch das Rotorblatt 17 ist zur Erhöhung des Drehmoments und damit der Auftriebseigenschaften des Blattes 17 besonders wünschenswert.

Die Verbrennungsgase des Triebwerks 15 innerhalb des Blattes 17 können eine erhöhte Temperatur von beispielsweise 540⁰C (1000⁰F) und eine Machzahl der inneren Strömung von 0,45 haben. Wie erwähnt, kann es wünschenswert sein, die Temperatur der Blätter 17 auf ein Mindestmaß herabzusetzen, so daß sie aus herkömmlichen Materialien von geringem Gewicht hergestellt werden können. Wenn die Temperatur der Blätter 17 herabgesetzt wird, wird die Infrarotanzeige des Hubschraubers 11 ebenfalls herabgesetzt, so daß der Hubschrauber weniger durch Infrarotstrahlung erkannt werden kann. Dies ist in militärischen Fällen besonders vorteilhaft. ,

Zwischen der Innenfläche jedes der Blätter 17 und den Verbrennungsgasen innerhalb der Blätter 17 ist eine Isolierverkleidung 19 angeordnet. Die Isolierung 19 hält daher die Innenfläche des Blattes 17 auf einer Temperatur von beispielsweise 80⁰C (180⁰F), während die in Kontakt kommenden Verbrennungsgase eine Temperatur von 540° (1000⁰F) haben.

Für den Fachmann ist erkennbar, daß die Isolierung 19 vorteilhaft zwischen zwei Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen angeordnet werden kann, wenn eine Differenz in ihren Temperaturen aufrechterhalten werden soll. Die Isolierung 19 ist jedoch besonders zur Verwendung in sehr ungünstigen Umgebungen, wie für die Rotorblätter eines Hubschrau-

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bers geeignet, bei welchen Schwingungen, Wärmestöße und Fliehkräfte auftreten können.

Die Isolierung 19 weist gewöhnlich eine Hautschicht 21 auf, die sich in einem Abstand von einer tragenden Fläche _ beispielsweise von der Innenfläche 22 des Rotorblattes, 17 befindet. Eine Vielzahl von Fäden 23 kann wahllos gebogen und miteinander verflochten werden, um eine Wolle, die allgemein mit 25 bezeichnet ist, zu erhalten. Die Wolle 25 ist vorzugsweise zwischen der Hautschicht 21 und der tragenden Fläche 22 angeordnet, um beide in Abstand voneinander zu halten.

Die Isolierung 19 kann Befestigungsmittel, beispielsweise Nadelstiche 27, aufweisen, um die Hautschicht 21 und die Wolle 25 aneinander anliegend zu halten. Die Stiche 27 können aus einem Garn gebildet werden, das Fäden aufweist, die aus einem geeigneten Metall, wie nichtrostender Stahl, bestehen. Wenn die Wolle 25 und die Hautschicht 21 miteinander vernäht oder in anderer Weise aneinander befestigt werden, erhält man die Isolierung 19 in Form eines flächenhaften Materials, das leicht gerollt und manipuliert werden kann, um den Einbau der Isolierung 19 in ihre Betriebsumgebung zu erleichtern. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Stiche 27 in parallelen Reihen ausgefluchtet, die einen Abstand von etwa 12,5 mm (1/2 ") voneinander haben.

Zwischen der Isolierung 19 und der tragenden Fläche 22 kann Mull 29 mit Bxndeexgenschaften angeordnet werden, um ein festes Verhältnis zwischen beiden aufrecht zu erhalten. Der Mull 29 wird vorzugsweise auf der Seite der Isolierung 19 angeordnet, die der Hautschicht 21 entgegengesetzt ist. Bei der bevorzugten. Ausführungsform hat der

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Mull 29 eine Dicke von 0,127 mm (0,005 ") und ist mit einem Klebstoff versehen, der die Isolierung 19 mit der Innenfläche 22 des Rotorblattes 17 verbinden kann.

Drei der Fäden 23· der Wolle 25 sind in Fig. 5 mit für die Zwecke der Erläuterung starker Vergrösserung dargestellt. Jeder der Fäden 23 hat vorzugsweise eine viel grössere Länge als Breite. Beispielsweise können die Fäden 23 eine Länge von 5 cm (2 ") und einen Durchmesser von nur 4 Mikron haben. Die Fäden 23 sind vorzugsweise relativ lang, so daß Wärme, die durch einen einzelnen der Fäden 23 geleitet wird, einem relativ langen gewundenen Weg längs des Fadens folgt. Es ist bekannt, daß unter Fäden mit der gleichen Querschnittsfläche, jedoch von verschiedener Länge, die geringste Wärmemenge durch den längsten Faden übertragen wird. Die Fäden 23 haben ebenfalls eine relativ geringe Querschnitts fläche, wodurch der Widerstand eines besonderen Fadens gegen Wärmeleitung durch ihn hindurch ebenfalls erhöht wird. Bei der bevorzugten Ausfuhrungsform haben die Fäden 23 im Querschnitt die Form eines Kreises, dessen Durchmesser etwa 4 Mikron beträgt. In diesem Falle haben die Fäden 23 gewöhnlich ein Verhältnis von Länge zu Querschnitt von 12500. Der kreisförmige Querschnitt der Fäden 23 ist aus einem anderen Grunde vorteilhaft. Eine Wärmeleitung findet natürlich auch zwischen den Fäden 23 statt, die sich miteinander in Kontakt befinden und nachfolgend als benachbarte Fäden bezeichnet werden. Wenn die Fäden 23 einen kreisförmigen Querschnitt haben, besteht ihr Kontakt miteinander über eine Mindestfläche, beispielsweise durch einen Punkt. Beispielsweise kann die Wolle 25 ein benachbartes Fadenpaar 31 und 33 enthalten, die an einem Punkt Kontakt miteinander haben, wie allgemein bei 35 gezeigt. Die Fäden 23 können daher so gestaltet werden, daß der Wärmeübergang zwischen be-

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nachbarten Fäden dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird, daß den Fäden 23 ein kreisförmiger Querschnitt gegeben wird. Andere Querschnittsformen, die ebenfalls verwendet werden können, sind rautenförmig, halbkreisförmig, eiförmig u. dgl..

Die Fäden 23 begrenzen natürlich eine Vielzahl von Zwischenräumen 37 innerhalb der Wolle 25. Die Zwischenräume 37 können mit einer Flüssigkeit oderjmit einem Gas, beispielsweise Luft, gefüllt werden, vorzugsweise von geringer Wärmeleitfähigkeit, oder es kann ein Vakuum in den Zwischenräumen aufrechterhalten werden. In jedem Falle kann die Wärmeleitung durch die Zwischenräume 37 auf einem Mindestmaß gehalten werden.

Die langen schmalen Fäden 2 3 stellen einen beträchtlichen Widerstand gegen Wärmeleitung dar, so daß die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung 19 in der Hauptsache durch die Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit oder des Gases in den Zwischenräumen 37 bestimmt wird. So kann bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei welcher Luft in den Zwischenräumen 37 vorhanden ist, die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung j
betragen,

lierung 19 nur 0,0298 kcal/mh°C (0,21 btu/hr - °F.-ft²/inch)

Wenn die Isolierung 19 in einer Umgebung verwendet wird, in der ein Fluid benachbart der Hautschicht 21 strömt, kann es wünschenswert sein, die Hautschicht 21 zu perforieren, so daß das Gas in den Zwischenräumen 37 entlüftet werden kann. Hierdurch wird die Verzerrung der Hautschicht 21 vermindert, die sonst durch Unterschiede zwischen dem Druck des Fluids und dem Druck des Gases in den Zwischenräumen 37 verursacht werden kann. Die Hautschicht 21 kann durch

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eine Vielzahl von Drähten gebildet werden, die in einer Vielfalt von Mustern zur Bildung eines Siebes verwebt sind. Um die Grenzschicht eines Fluids, das benachbart der Hautschicht 21 strömt, so gering wie möglich zu halten, werden die Drähte 39 des Siebes vorzugsweise mit einem Winkel von 45° zur Strömung des Fluids angeordnet, die durch den Pfeil in Fig. 2 dargestellt ist.

Wenn die Isolierung 19 in der Nähe von Flächen oder Fluiden mit erhöhten Temperaturen verwendet wird, kann es wünschenswert sein, daß die Hautschicht 21, die Wolle 25 und der die Stiche 2 7 bildende Faden aus Materialien hergestellt sind, die einen hohen Schmelzpunkt haben. So wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Hautschicht 21 durch ein Sieb aus nicht rostendem Stahl gebildet, die Stiche 2 7 durch einen Faden aus nicht rostendem Stahl und die Wolle 25 durch eine Stahlwolle aus nicht rostendem Stahl. Molybdän, Titan und andere feuerfeste Metalle können mit Vorteil in Umgebungen verwendet werden, bei denen Temperaturen über 165O°C (über 3000⁰F) bestehen.

Obwohl Metalle bekanntlich eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit haben, setzt die Gestaltung der Fäden 23, welche die Wolle 25 bilden, die Wirkung dieser Eigenschaft in der vorangehend beschriebenen Weise auf ein Mindestmaß herab. In der Tat kann die Wärmeleitung durch die Wolle so unbedeutend sein, daß der Wärmeübergang durch die Isolierung 19 in erster Linie durch Strahlung geschieht. Aus diesem Grunde kann die Isolierung 19 eine Anzahl Strahlungsabschirmungen 43 enthalten, die vorzugsweise zwischen der Hautschicht 21 und der tragenden Fläche 22 angeordnet sind. Die Strahlungsabschirmungen 4 3 können aus einer Folie mit einer Dicke von beispielsweise 0j076 mm (0,0003 ")

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bestehen und werden gewöhnlich aus einem Metall, wie nichtrostender Stahl, geformt, das einen verhältnismässig hohen Schmelzpunkt hat.

Die Zahl der Strahlungsabschirmungen 43 kann erhöht werden, um die Wärmeübergangseigenschäften der Isolierung 19 noch weiter zu verringern. Beispielsweise kann die Wolle 25 die Form einer Anzahl benachbarter Schichten haben, wie die erste und die zweite Schicht 45 bzw. 4 7. Bei einer solchen Gestaltung kann eine der Strahlungsabschirmungen. 43 vorteilhaft zwischen jeder der benachbarten Schichten, beispielsweise zwischen der ersten und der zweiten Schicht 45 und 47 angeordnet werden.

Bei verschiedenen baulichen Erfordernissen kann es wünschenswert sein, daß die Dicke der Isolierung 19 auf einer besonderen Abmessung von beispielsweise .6,35 mm (1/4 ") gehalten wird. Unter solchen Umständen kann die Einverleibung einer zusätzlichen Strahlungsabschirmung 43 von einer Druckbelastung der Fäden 23 in der Wolle 25 begleitet werden. Durch das Zusammendrücken der Fäden 23 kann die Dichte der Isolierung 19 sowie die Zahl der Kontakte zwischen den Fäden 23 erhöht werden, so daß die Leitfähigkeit der Wolle 25 erhöht wird. Es wurde jedoch festgestellt, daß die Zahl der Strahlungsabschirmungen 43 wesentlich erhöht werden kann, um die Gesamtwärmedurchgangszahl der Isolierung 19 herabzusetzen, bevor die Wärmeleitung der Wolle 25 wesentlich wird. Beispielsweise hat bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei welcher die Fäden 23 einen Querschnittsdurchmesser von 8 Mikron haben, die Isolierung 19 eine Dichte von 112 kg/m³ (7 lbs/ft³) und enthält sechs Strahlungsabschirmungen 43, um der Isolierung 19 eine Wärmedurchgangszahl von 0,036 kcal/mh ⁰C (0,29 btu/ hr-ft²-°F) zu verleihen. Wenn die Wolle 25 durch Fäden aus einem Metall, wie nichtrostender Stahl, gebildet wird,

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wird die gewünschte verdichtete Gestalt gewöhnlich bei
der Ausübung verhältnismässig geringer Druckkräfte aufrecht erhalten. Dies ist besonders wünschenswert, da
in den meisten Fällen die Druckbelastung der Wolle 25 mit einem Druck von weniger als 77 kp/cm (1100 lbs.psi.) geschehen kann. Nachfolgend sind verschiedene Kombinationen der Fadengrösse, der Isolationsdicke und der Zahl der
Abschirmungen in Form einer Tabelle mit der entsprechenden Dichte und den entsprechenden Wärmedurchgangszahlen
angegeben.

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	Fadenquerschnitts- Durchmesser (Mikron)	Dicke der Isolierung mm (Zoll)	Zahl der Ab schirmungen	■	Wolledichte kg/m³db/ft³)	K=kcal/mh°C (K=BTU/hr-ft²-	°F/inch)
	25	6,35 (.25)	0	43,2 ( 2.7)	0,13144 (1.	06)
	25	(.25)	0	171,2 (10.7)	0,07565 ( .	61)
	25	(.25)	0	256 (16.0)	0,06075 ( .	49)
	8	(.25)	0	84,9 ( 5.3)	0,0620 ( .	50)
	8	(.25)	0	256 (16.0)	0,0397 ( .	32)
	8	(.25)	4	80,1 ( 5.0)	0,04095 ( .	33)
	8	(,25)	6	112 ( 7.0)	0,0360 ( .	29)
O	8	(.25)	6	56,1 (3.5)	0,0397 ( .	32) '
OO	8	(.25)	8	144 (9.0)	0,04345 ( .	35) S
00 cn	8	31,75 (.125)	0	256 (16.0)	0,0446 ( .	36) ^;
	8 -	(.125)	0	513 (32.0)	0,0397 ( .	32)
O	8	(.125)	5	96,1 (6.0)	0,04345 ( .	35)
4O·	8	(.125)	6	224 (14.0)	0,03845 ( .	31)
	8	(.125)	6	112 ( 7.0)	0,0397 ( .	32)
	8	2,03 (.08 )	6	350,4 (21.9)	0,0372 ( .	30)
	4	(.25)	6	148,8 ( 9.3)	0,04345 ( .	35)
	4	(.125)	0	212,8 (13.3)	0,04345 ( .	35)
	4	(.125)	4	212,8 (13.3)	0,0397 ( .	32) et %
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Als Alternative zu den Stichen 27 kann eine Anzahl Heftklammern 49 die Hautschicht 21, die Schichten 45 und 47 der Wolle 25 und die Strahlungsabschirmungen 43 aneinander anliegend halten. Die Heftklammern 49 weisen erste Teile 51 in längerem Kontakt mit der einen Oberfläche der Isolierverklexdung auf und zweite Teile 5 3 in Kontakt mit der entgegengesetzten Fläche der Isolierverklexdung 19. Dritte Teile 55 der Heftklammer können sich durch die Hautschicht 21, die Wolle 25 und die Strahlungsabschirmungen 43 verbunden mit den ersten und dritten Teilen 51 und 5 3 erstrecken. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Isolierung 19 innerhalb der Rotorblätter 17 angeordnung, wobei die ersten Teile 51, welche die Kronen der Heftklammern 49 bilden, den erhöhten Temperaturen der Verbrennungsgase ausgesetzt sind, während die zweiten Teile 53, welche die Füße der Heftklammern 49 bilden, Kontakt mit der Innenfläche 22 der Rotorblätter 17 bilden.

Die dritten Teile 55 der Heftklammern 49 bilden natürlich einen direkten Weg für die Wärmeleitung zwischen den ersten und den dritten Teilen 51 und 53. Es ist wünschenswert, daß diese direkten Wärmeleitungswege so gering gehalten werden, wie es möglich ist, ohne den baulichen Zusammenhang der Isolierung 19 zu verlieren. Dies kann dadurch geschehen, daß die Heftklammern 49 in Abständen voneinander im wesentlichen wie in Fig. 7 gezeigt, vorgesehen werden. Beispielsweise können die ersten Teile 51 der Heftklammern 49 so angeordnet werden, daß sie sich in der Längsrichtung in Säulen und in der Querrichtung in Reihen erstrecken. Die Heftklammern 49 in den benachbarten Säulen können zueinander versetzt sein, um einen maximalen Abstand zwischen den ersten Teilen 51 in den benachbarten Säulen zu erhalten. In Fig.6 ist ersichtlich, daß die

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Heftklammern 49 in jeder der Säulen einen Abstand voneinander haben, der gleich der Länge der ersten Teile 51 ist, so daß die dritten Teile 55 in der Querrichtung im wesentlichen ausgefluchtet sind. Obwohl der Querabstand der Heftklammern 49 gleich der Länge der ersten Teile 51 sein kann, kann jeder Abstand wirksam sein. Verschiedene Drahtgrössen, Kronenabmessungen und Querabstände können mit einer veränderlichen und voraussagbaren Wirkung verwendet werden, die zum Teil von der geometrischen Anordnung der Heftklanunern abhängen. Da die Zahl und die Form der Drähte, die je Quadratdeζimeter die Isolierung durchdringen, bekannt ist, ferner der Durchmesser der Drahtheftklammern, läßt sich die Leitfähigkeit errechnen.

Wenn beispielsweise eine 3,18 mm (1/8 ") dicke Wolle aus nichtrostendem Stahl mit einem K = 0,32.angenommen wird, ergibt die Verwendung von sechs Drähten je 6,45 cm (je Quadratzoll) von einem Durchmesser von 0,0178 mm (0,0007 ") ein Gesamt-K von 0,35. Für einen Draht von 0,254 mm (0,010 ") unter den gleichen Bedingungen ist das Gesamt-K = 0,38, während bei Verwendung von zehn

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Drähten je 6,45 cm (je Quadratzoll) statt nur sechs

wird ein Gesamt-K von 0,37 erhalten.

Die Isolierverkleidung 19 ergibt ferner aussergewöhnliche akustische Dämpfungseigenschäften. Diese Eigenschaften sind natürlich besonders vorteilhaft, wenn die Isolierung 19 in Verbindung mit einem Flugzeug oder in anderen Umgebungen mit einem hohen Geräuschpegel verwendet wird. Bekanntlich ist Schall eine periodische Druckstörung in einem Fluid wie Luft, wobei eine periodische Bewegung der Fluidmoleküle die Verdichtungs- und Verdünnungsvorgänge bewirkt, welche die Schallwellen bilden. Ein -durch-

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lässiges Material, das an eine Stelle maximaler Fluidmolekülbewegung gebracht wird, leitet die Energie in der Schallwelle ab und wandelt diese Energie in Wärme um. Jede Energieumwandlung auf diese Weise ergibt eine Verringerung der Schallintensität.

Ein Merkmal eines Materials, welches dessen Schalldämpfungs· vermögen beeinflußt, ist die Durchlässigkeit des Materials. Wenn die Durchlässigkeit zu hoch ist, wird der größte Teil des Schalls reflektiert, so daß er nicht absorbiert werden kann. Dieser hohe Widerstand gegen die Durchdringung durch Schallwellen wirkt sich im Sinne einer Verbreiterung des effektiven Frequenzbereiches aus, verringert jedoch die maximale Absorption. Im Gegensatz dazu ist, wenn ein Material eine geringe Durchlässigkeit hat, seine Absorption verhältnismässig hoch, jedoch über einen relativ schmalen Frequenzbereich.

Wie in Fig. 8 dargestellt, ergibt die Isolierung 19 mit der Wolle 25 eine ausgezeichnete Schalldämpfung in einem gasförmigen Medium. Die Isolierung kann quer zu einer Anzahl länglicher Kammern 5 7 angeordnet werden, die in an sich bekannter Weise abgestimmt werden können, um einen besonderen Frequenzbera.cn zu dämpfen. Von besonderer Wichtigkeit ist der Umstand, daß die Kammern 5 7 durch eine allgemein mit 59 bezeichnete Bienenwabenanordnung gebildet werden können, wie sie gewöhnlich für die Rotorblätter eines Hubschraubers verwendet werden. Wenn die Isolierung 19 an der Innenfläche 22 der Rotorblätter 17 angeordnet wird, um ihre vorteilhaften thermischen Eigenschaften auszunutzen, bringt sie auch den Vorteil mit sich, daß die Schallwellen gedämpft werden, welche die Abgase normalerweise begleiten. Die Absorption eines breiten Frequenzbandes ist einer der Hauptvorteile der Wolle 25. Dies ist in erster Linie durch den Umstand bedingt, daß die Zwischen-

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räume 37 der Wolle 25 Hohlräume von unterschiedlicher Tiefe bilden, so daß die Wolle 25 über ein praktisch unbegrenztes Frequenzband wirksam ist. Die mehreren Schichten der Wolle 25, wie die Schichten 45 und 47, können durch Fäden 23 mit unterschiedlichen Durchmessern gebildet werden, so daß die Grosse der Zwischenräume 37 sich bei den SchichtenVerändert. Ferner kann die Durchlässigkeit der Isolierung 19 durch Zusammendrücken auf die gewünschte Dichte verändert werden.

Die beschriebene Isolierung hat bedeutsame thermische und akustische Eigenschaften. Die die Wolle 25 bildenden Fäden 23 sind mit einem kreisförmigen Querschnitt vorgesehen, um denWärmeübergang zwischen benachbarten Fäden auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Die Fäden 2 3 können einen Querschnittsdurchmesser von nur 4 Mikron haben, so daß die Wärmeleitung längs des Fadens auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist. Ferner wird, wenn denFäd-ίΏ. 23 eine beträchtliche Länge gegeben wird, ein langer gewundener Weg erhalten, der zusätzlich die Wärmeleitung erschwert. Da die Leitfähigkeit des Fadens sehr v?eitgehend herabgesetzt ist, bestimmt das Fluid, das gewöhnlich in den Zwischenräumen 37 angeordnet ist, in erster Linie die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung 19. Als Fluid kann Luft gewählt werden, so daß die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung 0,036 kcal/mh ⁰C (0,29 btu/hr-ft²-°F in) betragen kann. Da die Isolierung eine solch niedrige Leitfähigkeit hat, kann ihre Dicke mit Vorteil reduziert werden, so daß der Wärmeübergang durch die Isolierung in erster Linie durch Strahlung erfolgt. Die Wolle kann in Form von Schichten vorgesehen werden, die mit Strahlungsabschirmungen 4 3 abwechseln. Innerhalb einer Dicke von nur 6,35 mm (1/4 ") kann die Wolle 25 zusammengedrückt werden, so daß mit Vorteil eine grössere Anzahl Abschirmungen 43 vorgesehen werden

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kann. Auf diese Weise wird die Strahlung durch die Isolierung ebenfalls im wesentlichen unterbunden.

Die Isolierung 19 kann an gesonderten Stellen zur Bildung eines flächenhaften Gebildes mit einem hohen Grad an baulichem Zusammenhang gesteppt oder zusammengeklammert werden. Ferner kann jedes der Elemente der Isolierung aus nicht rostendem Stahl, Molybdän oder aus anderen feuerfesten Metallen hergestellt werden, so daß die Isolierung in Umgebungen, bei denen erhöhte Temperaturen bestehen, besonders vorteilhaft ist,

Die Zwischenräume der Fäden ergeben Hohlräume von verschiedenen Grossen, so daß Schallwellen, welche in die Isolierung eindringen, über ein beträchtliches Frequenzband absorbiert werden können. Die Isolierung kann in der Nähe akustischer Kammern, die abgestimmt werden können, benutzt werden, um ein besonderes Frequenzband zu dämpfen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 weist das flächenhafte Gebilde bzw. die Verkleidung 61 eine Vielzahl erster Fäden 63 auf, die regellos anisotrop miteinander verflochten sind, um mindestens eine Schicht Wolle 65 zu bilden. Eine Vielzahl zweiter Fäden 67 kann so miteinander verwebt werden, daß eine Hautschicht, beispielsweise ein erstes Sieb 69 auf der einen Seite der Wolle 65 erhalten wird. In ähnlicher Weise kann eine Vielzahl dritter Fäden 71 so miteinander verarbeitet werden, daß eine Hautschicht, beispielsweise ein zweites Sieb 73 auf der anderen Seite der Wolle 65 erhalten wird.

Die ersten Fäden 63 haben im wesentlichen eine verfilzte Form und sind miteinander so verschlungen, daß die Wolle 65 einen beträchtlichen baulichen Zusammenhang für diese selbst

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hat. Die ersten Fäden 6 3 haben ein beträchtliches Verhältnis von Länge zu Querschnittsdurchmesser, so daß die Wärmeleitung längs der Fäden 71 praktisch unterbunden ist. Die Fäden 63 haben einen kreisförmigen Querschnitt, so daß die Berührungsfläche zwischen benachbarten Paaren der Fäden 63 im wesentlichen auf einem Punkt herabgesetzt ist. Auf diese Weise kann die Wärmeleitung zwischen benachbartenFäden 63 wesentlich verringert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Fäden 6 3 eine Länge von 5 cm (2 ") und einen Querschnittsdurchmesser von 4 Mikron .

Die Zwischenräume der ersten Fäden 63, welche die Wolle bilden, sind vorzugsweise durch ein Gas, beispielsweise Luft, gefüllt, das eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit hat»Da die Wärmeleitfähigkeit durch die Fäden 63 nahezu unterbunden werden kann, wie erwähnt, kann die Wärmeleitfähigkeit der Wolle 65 in erster Linie abhängig von der Wärmeleitfähigkeit des in den Zwischenräumen befindlichen Gases abhängig gemacht werden.

Wenn dies der Fall ist, können die Fäden 63, 67 und 71 praktisch aus jedem Material hergestellt werden, das anderen baulichen Kriterien gerecht wird. Beispielsweise können die Fäden 63, 67 und 71 aus Metallen hergestellt werden, die einen verhältnismässig hohen Schmelzpunkt haben, so daß die Verkleidung 61 in Umgebungen mit extremen Temperaturen verwendet werden kann. Die höchsten Temperaturen,bei welchen ein besonderes Material die vorgesehene Funktion in einer besonderen Umgebung ausführen kann, wird nachfolgend als die Betriebstemperatur des Materials bezeichnet. Für ein Material, das die Fäden 63, 67 und 71 in der Verkleidung 61 bildet, ist die Betriebstemperatur gewöhnlich der Schmelzpunkt des Materials,

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fäden 63, 67 und 71 aus nicht rostendem Stahl, sodaß die Verkleidung 61 eine Betriebstemperatur von 6U8°C (1200 ⁰F) hat. Die Fäden 63, 67 und 71 können auch aus Molybdän, Tantal, Niobium und anderen feuerfesten Metallen oder Metalloxiden hergestellt werden, um die Betriebstemperatur der Verkleidung auf 220O⁰C (4000 ⁰F) zu erhöhen. Selbst wenn die Verkleidung 61 aus einem Metall hergestellt ist, hängt die Wärmeleitfähigkeit der Verkleidung 61 immer noch in erster Linie von der Wärmeleitfähigkeit des in den Zwischenräumen befindlichen Gases ab, so daß die Leitfähigkeit der \fer-'kleidung 61 gewöhnlich nur 0,031 kcal/mh ⁰C (0,25 btu/hrft²T°F) beträgt.

In manchen Umgebungen ist der Wärmeübergang durch Strahlung so wesentlich, daß es wünschenswert ist, zumindest eine Strahlungsabschirmung 75 zwischen dem ersten und dem zweiten Sieb 69 bzw. 7 3 vorzusehen. Wenn es wünschenswert ist, daß mehr als eine Strahlungsabschirmung 75 verwendet wird, kann die Wolle 65 in Form mehrerer Schichten vorgesehen und eine der Abschirmungen 75 kann zwischen jeder der benachbarten Schichten angeordnet werden.

Strahlungsenergie wird gewöhnlich auf zweierlei Weise übertragen. Erstens kann ein Teilchen Energie aus-strahlen, um ein anderes Teilchen zu erwärmen, das seinerseits die Energie zur Erwärmung eines dritten Teilchens zurückstrahlt, Diese Art Wärmeübergang wird gewöhnlich als Rückstrahlung bezeichnet. Wärme kann auch durch die Energiestrahlung durch ein Teilchen hindurch übertragen werden. Der Grad, bis zu welchem dies geschieht, hängt von der Durchlässigkeit des Teilchens ab. Metall hat bekanntlich eine vernachlässigbare Durchlässigkeit, so daß metallische Strah-

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lungsabschirmungen besonders wünschenswert sind. Ferner kann es wünschenswert sein, daß die Strahlungsabschirmungen 75 aus einem im wesentlichen ebenen flächenhaften Material hergestellt werden, so daß sich die Abschirmungen 75 zwischen dem ersten und zweiten Sieb 69 bzw. 73 in im wesentlichen allenBereichen der Verkleidung 61 erstrecken können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Strahlungsabschirmungen 75 aus einer Folie aus nicht rostendem Stahl mit einer Dicke von 0,0127 mm (0,0005 ") hergestellt.

Die Wirksamkeit der Strahlungsabschirmungen läßt sich durch die Verwendung von Metallen oder Materialien wesentlich erhöhen, die ein geringes Emissionsvermögen haben, entweder in Form einer dünnen Folie oder eines Siebes oder als Überzug auf einer Folie oder einem Sieb. Materialien von geringem Emissionsvermögen sind bekannt und gehören zu ihnen beispielsweise Gold, Kupfer, Chrom, Platin, Silber, Zink, Rhodium, Rhodium-Iridium-Legierungen u. dgl.. Die Wahl des besonderen Metalls bzw. der besonderen Legierung hängt von der zu erwartenden Temperatur ab, denen sie ausgesetzt werden.

Um die Fäden 63, 67 und 71 in einer im wesentlichen festen Lage zueinander zu halten, können Befestigungsmittel vorgesehen sein. Diese Befestigungsmittel können Heftklammern 77, Drahtfedern oder aus.Garnen geformte Stiche sein. Diese besonderen Befestigungsmittel werden zweckmässig aus Metallen, beispielsweise aus nicht rostendem Stahl oder aus irgendeinem anderen Material mit einer verhältnismässig hohen Betriebstemperatur, hergestellt. Die Anordnung kann auch zusammengeschweißt werden.

Ein hoch wünschenswertes Merkmal der Isolierverkleidung ist ihre geringe Dichte. Da der größte Teil der Verkleidung

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durch das in den Zwischenräumen befindliche Gas gebildet wird, kann die Dichte der Verkleidung 61 so gering sein, daß sie nur 128 kg/m³ (8 lbs je Kubikfuß) beträgt. Diese relativ geringe Dichte macht die Verkleidung 61 besonders vorteilhaft zur Verwendung in Flugzeugen.

Ein besonderes Anwendungsgebiet besteht für eine Leitung wie sie in Fig. 11 und 12 dargestellt und allgemein mit 83 bezeichnet ist. Die Leitung 83 wird gewöhnlich durch ein Bauelement 84 gebildet und begrenzt einen Kanal für den Transport eines Fluids von einer Stelle zu einer anderen. Wenn die Temperatur des geleiteten Fluids sehr hoch ist, ist es im allgemeinen wünschenswert, daß die die Leitung 8 3 bildenden Materialien eine entsprechend hohe Betriebstemperatur haben. Aus diesem Grunde wurden Leitungen zum Leiten heisser Fluide der bisher verwendeten Art gewöhnlich aus metallischen Bauelementen 84 hergestellt. Wenn diese Leitungen 8 3 nicht isoliert sind, wird die Aussenfläche des Bauelements 84 sehr heiß. Dies ist natürlich sehr unerwünscht, da Personen oder brennbare Gegenstände mit den heissen Fluidleitungen 8 3 in Berührung kommen können, Es wurden daher verschiedene Isolierungen in Kontakt mit der Aussenfläche des metallischen Bauelements 84 angeordnet.

Obwohl die Verkleidung 61 natürlich in ähnlicher Weise an der Aussenseite des Bauelements 84 angeordnet werden kann, ist es von besonderem Interesse, daß die Verkleidung 61 auch innerhalb des Bauelements 84 angebracht werden kann, um die gleichen Ziele zu erreichen. Beispielsweise kann die Verkleidung 61 so angeordnet werden, daß das erste Sieb 69 den Kanal 85 begrenzt und mit dem heissen Fluid in Kontakt kommt. In erster Linie infolge der hohen Festigkeit des Befestigungsmaterials 77 und dessen Halteeigenschaften findet bei der Verkleidung 61 keine Erosion, Rissebildung,

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Absplittern, Gasabgabe oder irgendeine andere nachteilige Beeinflussung durch die unmittelbare Nachbarschaft mit dem Fluid statt.

In manchen Fällen kann der im wesentlichen poröse Charakter der Wolle 65 und der Siebe 69 und 73 von Vorteil sein. Dieses Merkmal ermöglicht, daß Drücke innerhalb der Verkleidung 61 zu Bereichen ausserhalb derselben austreten können.

Hierbei ist zu erwähnen, daß selbst wenn das erste Sieb 69 relativ heiß werden kann, da es sich mit dem Fluid in Kontakt befindet, die Wolle 65 das zweite Sieb 73 auf einer wesentlich kühleren Temperatur halten kann. Dies ermöglicht, daß das Bauelement 8M- aus einem Material praktisch ohne Rücksicht auf seine thermischen Eigenschaften hergestellt werden kann. Während die bekannten Bauelemente 84 aus relativ schweren Metallen hergestellt wurden, damit sie den Temperaturen der heissen Fluide standhalten, kann das Bauelement 8M- gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung aus Materialien von geringeren Kosten und geringerer Dichte, beispielsweise aus Glasfasern undEpoxyharz , Kunststoff oder Aluminium, hergestellt werden,

In manchen Leitungen 83 ist das heisse Fluid eine Flüssigkeit, in welchem Falle es wünschenswert sein kann, ein undurchlässiges Material, beispielsweise eine Folie, in einem im wesentlichen ebenen Kontakt mit dem ersten Sieb 69 anzuordnen. Diese undurchlässige Folie kann eine der vorangehend beschriebenen Strahlungsabschirmungen 75 sein_e In dieser bevorzugten Stellung kann die Strahlungsabschirmung 75 auch dazu dienen, den Durchtritt des Fluids durch die Verkleidung 61 zur Leitung 83 zu verhindern.

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Wegen der beträchtlichen Festigkeitseigenschaften der Isolierverkleidung 61, kann die Leitung 83 aus der letzteren ohne bauliche Stütze durch das Element 84 gebildet werden. Eine solche Ausführungsform ist in Fig, 13 gezeigt, in welcher ferner dargestellt ist, daß die Fäden 71, welche das zweite Sieb 73 bilden, mit einem Dichtungsmittel 90, beispielsweise l&itschukkitt, imprägniert werden können, um eine StrömungÜes Fluids durch die Verkleidung 61 hindurch zu verhindern. Zur weiteren Verstärkung dieser Ausführungsform einer Leitung für ein heisses Fluid kann ein Faden, beispielsweise ein Aluminiumdraht 92, spiralig, vorzugsweise ausserhalb des zweiten Siebes 73 herumgewickelt werden. Eine weitere bauliche Stütze kann dadurch erhalten werden, daß ein Versteifungsring 94 in jeder von mehreren radialen Ebenen in Abständen längs der Leitung 83 angeordnet wird. Die Versteifungsringe 94 können in Kontakt mit dem zweiten Sieb 73 angeordnet werden, um den kreisförmigen Querschnitt der Leitung 83 aufrecht zu erhalten.

Entsprechend den vorangehenden Ausführungsformen kann die Leitung 83 für heisses Fluid aus Materialien mit einem geringeren Gewicht und einer höheren ballistischen Toleranz als die bisherigen isolierten Leitungen hergestellt werden. Da die Verkleidung 61 relativ flexibel ist, ist sie ferner schwingungsgedämpft und wärmestoßbeständig. Die Vielzahl von Zwischenräumen in -der Wolle 65 ergeben ebenfalls eine beträchtliche akustische Dämpfung, was gewürdigt werden kann, wenn die Verkleidung 61 als Abgasleitung eines Triebwerks verwendet wird.

Die Leitung 8 3 mit der Verkleidung 61 kann besonders vorteilhaft sein, wenn sie als Abgasleitung für ein Flugzeugtriebwerk verwendet wird. Die Verkleidung 61 kann die Aus senflächentemperatur der Leitung bis auf 80⁰C (180⁰F)

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herabsetzen, selbst wenn die Abgase eine Temperatur von 5 40⁰C (1000⁰F) haben. Hierdurch wird die Infrarotanzeige der Abgasleitung wesentlich herabgesetzt und dadurch das Auffinden des zugehörigen Flugzeugs während der Perioden der Dunkelheit verhindert. Die kühlere Abgasleitung ist ferner für wärmesuchende Geschoße praktisch unsichtbar.

Die Isolierverkleidung 61 kann auch mit Vorteil für den Schutz der Vorderkanten von Tragflügeln und anderen aerodynamischen Flächen verwendet werden. Beispielsweise kann die Verkleidung 61 an der Vorderkante 101 eines Tragflügels 103 angeordnet werden, wie in Fig. 14 gezeigt. Da sich der Tragflügel 103 mit beträchtlichen Geschwindigkeiten bewegt, beaufschlagt die Luft, die sich in der durch den Pfeil 105 angegebenen relativen Richtung bewegt, die Vorderkante 101 des Tragflügels. Bei beträchtlichen relativen Geschwindigkeiten zwischen der Luft und dem Tragflügel erhitzt sich die Vorderkante 101, wenn sie nicht durch irgendeine Art Isolierung geschützt ist. Die Isolierungsverkleidung 61 ist für diesen Zweck besonders geeignet.

Die guten Isolierungseigenschaften der Verkleidung 61 wurden bereits dargelegt, die jedoch noch andere Merkmale hat, durch die sie in der erwähnten Umgebung noch zusätzlich vorteilhaft gemacht wird. Bei hohen relativen Geschwindigkeiten kann natürlich die Luft einen beträchtlichen Druck auf die Isolierverkleidung 61 ausüben. Dieser Druck ist am stärksten an der Vorderkante 101 und nimmt längs der Oberfläche des Tragflügels 103 von der Vorderkante 101 aus fortschreitend ab»

Wenn die Strahlungsabschirmungen 75 aus einem vollen flächenhaften Material bestehen, beispielsweise aus einer Folie aus nicht rostendem Stahl, drücken die beträchtlichen

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Drücke auf die Verkleidung 61, die Abschirmungen 7 5 gegen die Vorderkante 101, so daß die dazwischenbefindlichen Fäden 6 3 stark zusammengedrückt werden. Hierdurch wird natürlich die Dichte der Wolle 65 erhöht. Obwohl durch das Zusammendrücken der V/olle 6 5 schließlich die Kontaktfläche zwischen den benachbarten Fäden 6 3 vergrössert wird, war die Feststellung besonders überraschend, daß die Wolle 65 auf eine Dichte bis zu 640 kg/m. (HO lbs je Kubikfuß) zusammengedrückt werden konnte, ohne die Wärmeleitfähigkeit der Verkleidung 61 wesentlich zu verändern.

Selbst wenn ein beträchtlicher Druck zulässig sein kann, kann es bei manchen Ausführungsformen wünschenswert sein, die Strahlungsabschirmungen 75 aus einem perforierten Material herzustellen. Dies ermöglicht es der Luft, durch die Verkleidung 61 hindurchzutreten, so daß der statische Druck eine Kraft unmittelbar auf die Vorderkante 101 ausübt, wie durch den mit P bezeichneten Pfeil in Fig. 15 dargestellt. Der mit T bezeichnete Pfeil zeigt, daß, wenn der Druck an der Vorderkante 101 am größten sein kann, die Temperatur im allgemeinen am ersten Sieb 6 9 am höchsten ist. Sogar bei perforierten Strahlungsabschirmungen 75 wurde festgestellt, daß die Fäden 6 3 der Wolle 6 5 die Perforationen im wesentlichen füllen, so daß der Widerstand der Abschirmungen

gegen den Wärmeübergang durch Strahlung nicht wesentlich herabgesetzt wird. In der Tat wird durch die Fäden gewöhnlich die Strahlungsenergie gestreut, so daß der Wärmeübergang auch bei Rückstrahlung wesentlich verringert ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bilden Siebe aus nicht rostendem Stahl die perforierten Strahlungsabschirmungen 75 und die offene Fläche dieser Siebe ist auf 30 % beschränkt. Diese offene Fläche läßt sich oft dadurch herabsetzen, daß das Sieb nach dem Weben kalandriert wird.

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Wie erwähnt, nehmen die Drücke auf die Oberfläche des Tragflügels 103 gewöhnlich mit fortschreitender Entfernung von der Vorderkante 101 ab« Als Folge dieser Druckunterschiede kann eine unerwünschte Luftströmung von der Vorderkante 101 entlang der Oberfläche des Tragflügels 103·innerhalb der Verkleidung 61 stattfinden« Aus diesem Grunde enthält eine bevorzugte Ausführungsform der Verkleidung 61 Querbarrieren 110, die so angeordnet sind, daß sie sich zwischen dem ersten und dem zweiten Sieb 69 bzw. 73 erstrecken. Die Barrieren 110 werden gewöhnlich aus einem ebenen Material hergestellt , das für eine hindurchtretende Luftströmung relativ undurchlässig ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Barrieren 110 aus einer Folie aus nichtrostendem Stahl hergestellt und in Ebenen angeordnet, die zum ersten und zum zweiten Sieb 69 bzw« 73 im wesentlichen senkrecht sind.

Zusätzlich zu den guten Isolierungseigenschaften ist die Verkleidung 61 wegen ihrer geringen Dichte besonders für Luft- und Raumfahrtzwecke geeignet. Geringes Gewicht ist immer ein erstrebenswertes Ziel für Objekte, die anfänglich in den Weltraum gefördert werden müssen.

Fig. 16 zeigt die Anwendung der Erfindung in Form einer Feuerwand. Das dargestellte Flugzeug 113 besitzt einen Rumpf 114, der zwei Tragflügel 117 trägt. In jedem der Tragflügel 117 ist mindestens ein Brennstofftank 119 eingeschlossen und Triebwerke 120 sind gewöhnlich an die Tragflügel 117 angebaut. Die Brand erzeugenden Umgebungen, nämlich die Triebwerke und die Brennstofftanks, sind im allgemeinen voneinander durch eine Feuerwand 121 getrennt. Es ist ferner wünschenswert, daß jedes Feuer, das innerhalb der Tragflügel 117 auftreten kann, an einer Ausbreitung zum

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- 3g -

Rumpf 114 des Flugzeugs gehindert wird. Für diesen Zweck ist gewöhnlich eine Feuerwand 123 zwischen den Tragflügeln 117 und dem Rumpf angeordnet. Die Federal Aeronautics Administration schreibt vor, daß die Feuerwände 121 und 123 Temperaturen -von 425°C (800⁰F) während eines Zeitraums von 10 Minuten standhalten können müssen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Feuerwand enthalten die Feuerwände 121 und 123 je eine eigentliche Stützkonstruktion 127 (Fig. 17) und die Isolierverkleidung 61 ist mit dem zweiten Sieb 73 in im wesentlichen ebenen Kontakt mit der Stützkonstruktion 127 angeordnet. Die Isolierverkleidung 61 ist vorzugsweise auf derjenigen Seite der Stützkonstruktion 12 7 angeordnet, die der Hitze erzeugenden Umgebung zugekehrt ist, so daß die Stützkonstruktion aus Materialien geformt werden kann, die wegen ihrer geringen Dichte und hohen Festigkeit ausgewählt worden sind.

Da die Isoliervsrkleidung 61 für sich selbst eine beträchtliche Festigkeit hat, ist die Stützkonstruktion 127 wieder erforderlich noch wünschenswert. Zur Erhöhung der Festigkeit der Verkleidung 61 kann eines oder beide der Siebe 69 und 73 mit einer engen hochdichten Webart vorgesehen sein, beispielsweise von der geköperten holländischen Webart, um die Neigung der Siebe 69 und 73, sich zu biegen, herabzusetzen. Die Verwendung voller Folienstrahlungsabschirmungen 75 kann wünschenswert sein, um den Durchtritt von Flammen durch die Isolierung 61 zu verhindern.

Im Vergleich zu den bekannten massiven Feuerwanden aus Stahl ergeben die erfindungsgemässen Feuerwände 121 und 123 eine Gewichtsminderung von 96 %. Dieses Merkmal macht die Feuerwände zur Verwendung in Flugzeugen besonders ge-

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eignet. Ausserdem beträgt, da die Isolierverkleidung 61 eine Wärmeleitfähigkeit von nur 0,031 kacl/mh°C (0,25 btu/hr-ft -⁰F) haben kann ^ die Wärmeströmung durch die Feuerwände nur 0,16 % der Wärmeströmung durch die massiven metallischen Feuerwände vom gleichen Gewicht.

Ein feuerfester Anzug ist besonders vorteilhaft zur Verwendung durch Personen, wie Feuerwehrleute, die gewöhnlich einem Feuer gegenüberstehen. Auch Personen, wie Rennwagenfahrer und Piloten, bei denen eine erhöhte Wahrscheinlichkeit besteht, daß sie einem Brand gegenüberstehen, tragen gewöhnlich ein Kleidungsstück aus einem feuerfesten Material, Die Isolierverkleidung bzw. das.Isoliertuch 61 ist zur Verwendung als ein solches Isoliermaterial wegen seiner hohen Flexibilität und sehr hohen Betriebstemperatur hervorragend geeignet. Fig. 18 zeigt beispielsweise ein Kleidungsstück 1=30 aus Teilen des Tuches 61, welche Teile an Nähten miteinander verbunden sind. Eine solche Naht ist beispielsweise mit 131 bezeichnet. Die Naht 131 kann aus irgendeinem der vorangehend beschriebenen Haltemittel gebildet werden, jedoch dürften mehrere Stiche mit einem metallischen Faden 135 am zweckmässigsten sein.

Zur Erhöhung des Komforts des Benutzers kann das Kleidungsstück 130 über einem anderen Anzug getragen werden oder es kann mit einem weiteren Material 1H0, wie es von DuPont unter dem Warenzeichen "NOMEX" hergestellt wird, gefüttert sein. Bei einer solchen Äusführungsform mit einer Ausfütterung kann das Material 140 mit dem zweiten Sieb 69 durch einen beliebigen geeigneten Klebstoff haftend verbunden werden. Die Strahlungsabschirmungen 75 können vorteilhaft aus einem undurchlässigen flächigen Material, beispielsweise einer Folie, hergestellt werden, um den Durch-

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tritt einer entflanunbaren oder nicht entflammbaren Flüssigkeit durch die Kleidung 130 zu verhindern.

Ein weiteres Merkmal der Verkleidung bzw. des Tuches 61 wird besonders von militärischem Flugpersonal geschätzt, das manchmal Flugabwehrge schoßen oder anderen Projektilen ausgesetzt ist, die sich mit relativ hohen Geschwindigkeiten bewegen. Hauptsächlich infolge der beträchtlichen Festigkeit der miteinander verflochtenen Fäden 67 und 71 und der mitverarbeiteten Fäden 63 ist das Tuch 61 hochwiderstandsfähig gegen Flakfeuer. Ferner besteht bei dem Tuch 61 keine Gefahr des Absplitterns oder Reissens.

Für ein längeres Tragen ist es besonders vorteilhaft, daß die Kleidung 130 ein geringes Gewicht von weniger als 3,6 kg (8 lbs) hat. Wenn die Strahlungsabschirmungen 75 perforiert sind,h* die Kleidung 130 ferner die Eigenschaft, daß sie "atmet", so daß sie während längerer Zeiträume mit Wohlbefinden getragen werden kann.

Da das Tuch 61 aus Materialien hergestellt werden kann, die eine Betriebstemperatur bis 2 20O⁰C (4000⁰F) haben, hängen die maximalen Temperaturen, innerhalb welchen die Kleidung 130 den Träger schützen kann, in erster Linie von der Wärmeleitfähigkeit des Tuches 61 und der Temperaturtoleranz der Person ab.

Entsprechend der vorangehend beschriebenen Erfindung kann ein Isoliertuch aus Materialien mit einer Betriebstemperatur bis 220O⁰C (400O⁰F) hergestellt werden, um eine Wärmeleitfähigkeit von nur 0,031 kcal/mh°C (0,25 btu/hrft - F) zu erhalten. Abschirmungen, die den Durchtritt von Strahlungsenergie durch das Tuch verhindern, können für den Durchtritt von Flammen oder Brennstoff undurch-

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lässig gemacht werden. Gegebenenfalls können die Strahlungsabschirmungen perforiert sein, so daß die inneren Bezirke des Tuches entlüftet werden und statische Drücke auf die benachbarten Bauelemente ausgeübt werden können. Beim Fehlen benachbarter Bauelemente, können die Siebe 69 und 73 des Tuches 61 eng gewebt . werden, um Biegungen zu verhindern«

In der vorangehenden Beschreibung wurde auf Geflechte und Folien oder unterbrechungsfreie dünne Bleche Bezug genommen. Es können verschiedene Arten von Geflechten von verschiedenen Siebnummern, Drähtdurchmessern und Webarten verwende werden. Die übliche Siebbezeichnung gibt die Zahl der Maschen je laufendem Zoll an. Bsi=* spielsweise hat ein Sieb mit der- Sieb-Nr_s 400 eins lichte Maschenweite, von etwa O_sO37 mm (O₉OOlS Ό bei einem Solldrahtdurchmesser von O_:O23 mm CO,0010 ")₉ während ein Sieb mit der Sieb-Nr. 30 eine lichte Maschenweite von 0,59 mm (0,0234 ") und einen Drahtdurchmesser von etwa 0,39 mm (0,0154 ") hat. Die obigen Angaben beruhen, auf der U.S. Siebreihe, Bekanntlich kann die offene Fläche des Siebes aus einer bekannten Standard-Formel errechnet werden. Es können Siebe verschiedener Grossen sowis Siebe verschiedener Webarten verwendet werden. Siebe sind im Handel gewöhnlich aus nicht rostendem Stahl und in Grossen bis herunter zur Siebnummer· 500 erhältlich. Beim Einverleiben in einen Verbundstoff können die Siebe mit überlagerten Mustern oder mit 45° zueinander gerichtet angeordnet werden. Ein Verbundstoff kann Siebe von dar gleichen oder von verschiedener Sieb-Nr. enthalten»

Wenn Folien verwendet werden, können sie von den vorangehend angegebenen Abmessungen sein und aus den gleichen oder aus verschiedenen Metallen wie die übrigen Kom-

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ponenten des Verbundstoffes sein. Dies gilt auch für die Siebe. Beispielsweise können, wenn die erfindungegemässe Isolierung relativ hohen Temperaturen auf der einen Fläche ausgesetzt wird, und auf der anderen Fläche eine relativ niedrige Temperatur besteht, Materialien, wie Aluminium, auf der Niedertemperaturseite des Verbundstoffes verwendet werden, während auf der Hochtemperaturseite nichtrostender Stahl verwendet werden kann oder es können feuerfeste Metalle und Metalloxide verwendet werden, wenn die Hochtemperaturzone ausreichend hoch ist, um die Verwendung dieser Arten von Hochtemperaturmaterialien zu rechtfertigen.

Der erfindungsgemässe Isolier-Verbundstoff kann auch mit anderen Materialien kombiniert werden. Beispielsweise enthält bei der Herstellung eines Feuerschutzanzugs der thermische Verbundstoff zwei voneinander in Abstand befindliche Drahtgeflechte, zwischen denen die Wolle angeordnet ist. An der äusseren freiliegenden Oberfläche jedes der Drahtgeflechte bzw, -Siebe kann ein Material wie NOMEX dadurch befestigt werden, daß eine Heftung durch die Gesamtanordnung aus NOMEX, Stahlsiebe und Wolle mit einem gesteppten Kreuzmuster unter Verwendung eines NOMEX-Fadens vereinigt werden. In diesem besonderen Falle kann es wünschenswert sein, das Wärmeiscliertuch aus Sieb und Wolle gesondert unter Verwendung eines Drahtes aus nichtrostendem Stahl gesondert zu heften, um dem erhaltenen Feuerschutzmaterial eine zusätzliche Festigkeit zu verleihen. Bei Verwendung als Feuerschutzbekleidung wird die erfindungsgemässe Isolierung vorzugsweise so angeordnet, daß ein feuerhemmendes Material, wie NOMEX, auf denjenigen Teil des Verbundstoffes aufgebracht wird, der dem Körper des Trägers am nächsten liegt.

Die Wolle kann von verschiedener Dichte sein, beispieIs-

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weise von 32 kg/m³ (2 lbs je Kubikfuß) bis 545 kg/m³ (34 lbs je Kubikfuß), wobei die verschiedenen Dichten dadurch erzielt werden, daß das lose Material unter Druck verdichtet wird. Als Beispiel für die Gewichte dieses Materials kann eine Isoliei'ung aus Wolle aus nichtrostendem Stahl mit einer Dicke von 3,18 mm (1/8 ") in ihrem Gewicht von 0,0976 kg/m² (0,02 lbs je Quadratfuß) bis 1,66 kg/m² (0,34 lbs je Quadratfuß) schwanken.

Eine typische Isolierung als Beispiel der möglichen Variationen enthält 7 abwechsehde Schichten Wolle mit einer Fadengrösse von 8 Mikron und einem Gewicht von 101,7207 g/m² (3 Oz. je Quadrat Yard) mit sechs dazwischenliegenden Aluminiumfolien mit einem Querschnitt von 0,0127 mm (0,0005 ") enthalten. Die Zahl der Schichten in dem Verbundstoff sowie das Gewicht der Wolle kann verändert werden. Die Wirkung ist die Veränderung der Wärmeleitfähigkeit der Isolierung K ausgedrückt in btu/hr-ft -⁰F./in. Wenn gewünscht, können Siebe als äussere Bestandteile,verwendet werden, um der Wärmeisolierung einen zusätzlichen baulichen Zusammenhang zu verleihen. Bei einer typischen solchen Anordnung sind sechs Schichten Wolle aus nichtrostendem Stahl mit Fäden von einem Durchmesser von 8 Mikron und einer Dichte von 160 kg/m (10 lbs je Kubikfuß) vorgesehen. Zwischen jeder der Wollen schichten aus nichtrostendem Stahl ist eine Folie mit einer Querschnittsabmessung von 0,0127 mm (0,0005 ") angeordnet. Der letztbeschriebene Verbundstoff trägt auf jeder Seite ein Sieb mit der Siebnummer 50, bei welchem die einzelnen Drähte einen Durchmesser von 0,2286 mm (0,009 ") haben. Das Gewicht eines solchen Verbundstoffes beträgt etwa 4,882 kg/m² (etwa ein Ib je Quadratfuß). Dieser besondere Verbundstoff wurde mit Erfolg verwendet,

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um die Infrarotanzeige von Auspuffleitungen für Luftfahrzeug-Triebwerke herabzusetzen,

Es gibt natürlich mehrere verschiedene Wege, die baulichen und funktioneilen Komponenten des in einem festen Verhältnis vereinigten Verbundstoffes aufrechtzuerhalten. Bisher wurde das Zusammenheften und Zusammenklammern beschrieben und Punktschweissungen können ebenfalls verwendet werden, sowie die komplizierteren Schweißverfahren, wie Lichtstrahlschweissen und dgl.. Wenn geschweißt wird, kann die Schweissung voll durch den Verbundstoff hindurch oder wahlweise zu Komponenten des Verbundstoffes geschehen derart, daß eine Komponente mit einer zweiten, eine zweite mit einer dritten und eine dritte mit einer vierten verschweißt ist und so weiter, so daß der erhaltene Verbundstoff eine bauliche Integrität hat.

Einer der Vorteile der beschriebenen Wärmeisolierung besteht darin, daß sie in Anpassung an eine Myriade von verschiedenen und komplexen Formen gestaltet werden kann und eine beträchtliche bauliche Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Umgebungsbedingungen besitzt, die normalerweise die Verwendung einer der herkömmlichen Wärmeisolierungsmaterialien ausschliessen. Ein ganz besonderer Vorteil ist das relativ geringe Gewicht des erfindungsgemässen Wärmeisolierungs-Verbundstoffes und die Fähigkeit seiner Verwendung bei hohen Temperaturen.

Die Verwendung einer Ganzmetall-Wärmeisolierung bietet wesentlich praktische Vorteile wegen der Leichtigkeit der Herstellung in einer Vielfalt verschiedener und oft komplizierter Formen. Beispielsweise kann eine Wolleschicht

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an einer Hautschicht in Form einer Folie oder eines Siebes durch Heften oder Zusammenklammern befestigt werden, was einen relativ einfachen Vorgang darstellt. Gegebenenfalls können Schweissungen vorgenommen werden. Der erhaltene Verbundstoff kann in Rollenform zum Versand gebracht und an Ort und Stelle zusammengebaut werden·

Ein Beispiel für eine solche Verwendung ist als äussere Isolierung für Brennstofftanks und -trommeln. Eine Dicke von nur 0,889 mm (0,035 ") verhindert ein Durchbrennen und einen Bruch bei einem Brennstofftank, der voll in ein Brennstoffeuer von 1100⁰C (2000⁰F) eingetaucht ist. Dies kann mit einer Wärmeisolierung von einem Gewicht

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von 0,488 kg/m (0,1 lbs./ft. ) erreicht werdenund die Isolierung kann entweder mit dem Metall oder flexiblen Wandtankgestaltungen haftend verbunden werden.

Bei der Verwendung unter oxydierend wirkenden Bedingungen, können eine oder mehrere oder alle Komponenten der Verbundstoffe, einschließlich der Wolle, mit Materialien, wie Chrom, Rhodium, Iridium, Platin, deren Legierungen u, dgl. durch Bedampfungsverfahren beschichtet werden.

In Umgebungen von grosser Höhe und im Weltraum, wenn niedriger Druck besteht, ist die Oxydation bei Hochtemperatur, gemessen durch Gewichtszunahme, verhältnismässig gering, beispielsweise 0,07 kp/cm absolter Druck bei 1100⁰C (2000⁰F), was eine Gewichtszunahme von 8 % nach 2 5 Stunden ständigem Gebrauch ergibt.

Unter bestimmten Umständen kann die Folie bzw. das Sieb gewickelt werden und bei einer Anordnung in Schichten von Folie oder Sieb und Wolle können die Windungen in jeder Lage von Schichten versetzt oder rechtwinkelig

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oder diagonal angeordnet werden.

Die erfindungsgemässe Wärmeisolierung liefert ferner eine schwache Infrarotanzeige und kann daher für Abgasleitungen von Flugzeugtriebwerken und Waffenausrüstungen mit einer hohen Feuergeschwindigkeit verwendet werden, beispielsweise für Orgelgeschütze, u, dgl,.

Bei der Verwendung für Flugzeug-Triebwerke wird eine Anordnung von Folie und Wolle oder Sieb und Wolle an der Innenseite oder an der Aussenseite oder auf beiden Seiten der Abgasleitung angebracht. Da die erfindungsgemässe Wärmeisolierung mit beliebigen baulichen Formen hergestellt werden kann, kann die Abgasleitung aus einer erfindungsgemässen Wärmeisolierung hergestellt und an einem Befestigungsflansch angebracht werden, wobei die Folie eine fluidun durch lass ige Leitung b,ildet.

Die erfindungsgemässe Isolierung läßt sich auch dazu verwenden, die gleichmässige Kühlung von luftgekühlten Triebwerksabteilen für Flugzeuge u. dgl. zu verbessern. Die Fähigkeit hohen G-Belastungen standzuhalten und Schwingungsbeanspruchungen standzuhalten, ergeben Vorteile in dieser Beziehung und bei anderen Anbau- bzw. Einbauformen.

Obwohl die erfindungsgemässe Wärmeisolierung hauptsäch-1 ich unter Bezugnahme auf hohe Temperaturen von beispielsweise 260⁰C - 2200⁰C (500⁰F bis 4000⁰F) beschrieben wurde, kann sie auch im kryogenen Temperaturbereich Anwendung finden. Ausserdem macht die Möglichkeit der Herstellung in verschiedenen Formen die beschriebenen Verbundstoffe auch zur Wärmeisolierung in der chemischen

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Verfahrenstechnik verwendbar, besonders wegen der hohen Korrosxonsbeständigkext der Metalle und Legierungen, wie nichtrostender Stahl u. dgl.. In diesen Fällen sind ein hohes Gewicht und Raumbedarf Faktoren, die gering gehalten werden müssen. Das erfindungsgemasse Material bietet wesentliche Vorteile ebenso wie die Möglichkeit der Herstellung mit den gewünschten baulichen Formen und die relative Leichtigkeit des Einbaus entweder als Originalanlage oder als zusätzliche Modifikation zu bereits bestehenden Einrichtungen .

Die Erfindung ist hinsichtlich der besonderen Materialien und der Anordnung derselben nicht auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens beliebige Abänderungen erfahren.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

in einem Abstand zu einer tragenden Stütze angeordnet

werden kann,

eine Vielzahl metallischer Fäden regellos miteinander verflochten und an der ersten Hautschicht befestigt

zur Anordnung zwischen der ersten Hautschicht und der tragenden Stütze,

welche Fäden eine wesentlich grössere Länge als Breite haben, so daß die Wärmeleitung über ihre Länge auf ein

Mindestmaß herabgesetzt ist, und

benachbarte Fäden einander über einen Mindestbereich berühren, so daß die Wärmeleitung zwischen benachbarten

Fäden auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist.

2. Wärmeisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden in mindestens zwei Schichten angeordnet sind und die Isolierung ferner mit einer Strahlungsabschirmung versehen ist, die zwischen den Schichten jedes der Schichtenpaare angeordnet ist.

3. Wärmeisolierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Hautschicht und
Mittel, durch welche die erste und die zweite Haut-

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schicht sowie die Fäden in einem im wesentlichen festen Verhältnis zueinander gehalten werden, welche Haltemittel Teile aufweist, die sich längs der ersten und der zweiten Hautschicht erstrecken.

Wärmeisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden zu einer besonderen Gestalt bei der Ausübung einer Druckkraft verformbar sind und die besondere Gestalt nach dem Aufhören der Druckkraft im wesentlichen beibehalten.

5. Wärmeisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben, so daß benachbarte Stränge einander im wesentlichen an einem Punkt berühren.

6. Wärmeisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden aus einem nicht brennbaren metallischen Material bestehen.

7. Wärmeisolierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden aus einem feuerfesten Metall bestehen.

8. Wärmeisolierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden aus nicht rostendem Stahl sind.

9. Wärmeisolierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

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daß mindestens eine der Hautschichten ein Metallsieb ist.

10« Wärmeisolierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Hautschichten aus einer Metallfolie besteht.

11, Wärmeisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Vielzahl von Fäden in mindestens zwei gesonderten Schichten angeordnet sind und metallische Mittel zwischen benachbarten Fadenschichten angeordnet sind.

12» Wärmeisolierung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Mittel durch eine Metallfolie gebildet werden.

13, Wärmeisolierung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie zumindest eine Oberfläche mit einem geringen Emissionsvermögen aufweist.

14, Wärmeisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden einen Durchmesser von 4-25 Mikron haben, die erwähnte Vielzahl von Fäden eine Dichte zwischen 32 und 513 kg/m³ (2 und 34 Ib./cu.ft.) haben.

15» Wärmeisolierung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,

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-Sl-

daß die erwähnte Vielzahl von Fäden eine Vielzahl
von Hohlräumen zwischen benachbarten Fäden bildet,
welche Hohlräume als Räume mit stehendem Gas dienen.

16. Wärmeisolierender Verbundstoff, gekennzeichnet durch eine erste metallische Hautschicht,
eine zweite metallische Hautschicht im Abstand von
der ersten,

erste metallische Mittel, die zwischen der ersten und der zweiten Hautschicht angeordnet sind und dazu dienen, den Wärmeübergang zwischen den Hautschichten zu verringern,

erste Mittel aus einer Vielzahl von Fäden in regelloser Anordnung in Form einer Wolle, welche eine Vielzahl von Fluidzwischenräumen bilden, und

Mittel, durch welche die Hautschichten und die metallischen Mittel in einem festen Verhältnis zueinander gehalten werden.

17, Isolierung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden eine wesentliche Länge und eine j^ringst-r mögliche Querschnittsfläche haben, so daß die Wärmeleitfähigkeit der Wolle in erster Linie von der Wärmeleitfähigkeit des in den Zwischenräumen befindlichen Fluids abhängt.

18. Isolierung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden so angeordnet sind, daß sie mindestens zwei

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Wolieschichten bilden.

19. Isolierung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel durch metallische Fäden zum
Zusammennähen der Isolierung in der Weise gebildet
werden, daß die erste und die zweite Hautschicht und die ersten Mittel in einem im wesentlichen festen Verhältnis zueinander gehalten werden.

20. Isolierung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Haltemittel Heftklammern sind.

21. Isolierung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folie zwischen benachbarten Wolleschichten angeordnet ist.

22. Isolierung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hautschicht die "heisse" Seite der Isolierung bildet, die zweite Hautschicht eine niedrigere Temperatur als die erste hat und die Komponenten der Isolierung aus nicht rostendem Stahl sind.

23. Isolierung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine da? Hautschichten ein Sieb ist.

24. Wärmexsolxertes Bauelement, gekennzeichnet durch

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eine Wärmeisolierung mit in Abstand voneinander befindlichen Elementen, die Hautschichten bilden,
welche Hautschichten sich voneinander in Abstand befinden und zwischen sich eine Vielzahl von regellos ineinandergreifenden, verschlungenen und verflochtenen Fäden angeordnet haben,

die erwähnten Hautschichten und die Fäden aus Metall
sind,

die verflochtenen Fäden eine Vielzahl von feinen Fluidräumen bilden, die dazu dienen, den Wärmeübergang zwischen den Hautschichten herabzusetzen,

Mittel, die ein Element bilden, das wärmeisoliert werden soll, und

die Isolierung mit Bezug auf die erwähnten Mittel so
angeordnet ist, daß eine der Hautschichten sich von den erwähnten Mitteln in Abstand befinden,und die verflochtenen Fäden zwischen der einen Hautschicht und dem zu
isolierenden Element angeordnet sind.

25, Bauelement nach Anspruch&, dadurch gekennzeichnet, daß das zu isolierende Element eine Leitung ist.

6. Bauelement nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung an der Aussenfläche der Leitung angeordnet ist.

27. Bauelement nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Element ein feuerhemmendes Material ist.

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28. Bauelement nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Hautschicht sich in Kontakt mit einem zweiten feuerhemmenden Material befindet, das von dem ersten feuerhemmenden Material in Abstand angeordnet ist.

29. Bauelement nach Anspruch 2H, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Element ein metallisches Element ist,

30. Bauelement nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß in Kontakt mit dem erwähnten Element heisse Fluide strömen.

31, Bauelement nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Fluide gasförmig sind und die Wärmeisolierung an derjenigen Oberfläche des erwähnten Elements angeordnet ist, die nicht mit dem Gas in Kontakt ist, welche Isolierung dazu dient, die Infrarotanzeige des metallischen Elements wesentlich herabzusetzen.

32. Bauelement nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierung auf dem erwähnten Metall angeordnet ist und heisse Fluide über die freiliegende Oberfläche der Wärmeisolierung strömen.

33. Bauelement nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet,

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daß das erwähnte Fluid ein heisses Gas ist und die Wärmeisolierung dazu dient, die Infrarotanzeige des erwähnten metallischen Elements herabzusetzen.

Bauelement nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die verflochtenen Fäden in Form von Schichten verflochtener Fäden angeordnet sind.

35. Bauelement nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungsabschirmungen zwischen benachbarten Schichten der erwähnten verflochtenen Fäden angeordnet sind.

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