DE2705353C2 - In der thermischen Wärmeleitfähigkeit veränderbares Bauteil oder entsprechender Bauteilquerschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein in der thermischen Wärmeleitfähigkeit veränderbares Bautiil oder einen entsprechenden Bauteilquerschnitt nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der US-PS 31 67 159 als bekannt hervorgeht

Thermische Vorgänge sollen meist bei einer optimalen Betriebstemperatur der beteiligten Maschinen oder Aggregateteile ablaufen. Insbesondere bei Wärmekraftmaschinen treten während der Warmlaufphase Verluste an Wärmeenergie, schädliche Abgasentwicklungen und auch aggressiv wirksame Kondensationen der Abgase auf. Aus diesen Gründen und noch anderen ist es daher erwünscht, daß die thermisch beanspruchten Bauteile von Verbrennungskraftmaschinen möglichst rasch, ausgehend von einem Kaltstart, ihre Betriebstemperatur erreichen und diese Temperatur beibehalten. Dabei kann es erforderlich oder auch zulässig sein, daß bestimmte Partien einzelner Bauteile eine höhere Beharrungstemperatur erreichen als andere Partien desselben Bauteiles bzw. derselben Maschine. Es ist bekannt, durch geeignete Werkstoffauswahl oder durch geeignete Verbundkonstruktion von schlecht wärmeleitenden Materialien bzw. Luftspalten und gut wärmeleitenden Materialien bestimmte Temperaturprofile in einer Maschine bzw. in deren Bauteilen während des Maschinenbetriebes herbeizuführen. Zwar kann mit derartigen Maßnahmen auch ein rasches Aufheizen von Maschinenteilen während der Warmlaufphase erreicht werden; durch die Anordnung von schlecht leitenden Überzügen oder Zwischenschichten wird jedoch zugleich auch das Temperaturniveau an der betreffenden Stelle ang:ehoben, was durchaus eine unerwünschte aber in Kauf genommene Erscheinung ist.

Die eingangs zitierte Druckschrift zeigt eine Isolierplatte, deren Isolierwirkung veränderbar ist. Und zwar ist ein faseriger Isolierstoff, beispielsweise Glaswolle in zwei im wesentlichen planparallel liegende Blechplatten vakuumdicht eingeschweißt Der von den Blechplatten eingeschlossene Hohlraum ist evakuiert Außerdem ist an das Innere des Hohlraumes ein kleiner Vorrat von Metallhydrid ohne Verbindung zur Außenwelt und nur mit einer Strömungsverbindung zum Innern des Hohlraumes angeschlossen; der Metallhydridvorrat kann von außen beheizt werden. Durch die Beheizung des Metallhydrides wird Wasserstoff daraus in Freiheit gesetzt und strömt ins Innere des Hohlraumes und füllt die Zwischenräume der Glaswolle vollständig aus. Dadurch kann es im Innern des Hohlraumes der Isolierplatte zu einer Konvektion kommen, die die Isolierwirkung der Platte reduziert Durch Abkühlen des Metallhydrides nh-;mt dieses den zuvor freigesetzten Wasserstoff wieder auf und es entsteht im Innern der Isolierplatte wieder das ehedem anstehende Vakuum. Zwar ist die Isolierwirkung der Platte in evakuiertem Zustand sehr gut, jedoch ist die Wärmeleitfähigkeit der Platte in Wasserstoff gefülltem Zustand schlecht d. h, auch in diesem Zustand ist die !soüerwirkung der Platte immer noch sehr gut Dies liegt daran, daß die Konvektionswirkung nur sehr schlecht ist weil sich eine freie Konvektion aufgrund der Glaswolleinlage kaum einstellen kann. Es ist hierbei zu berücksichtigen, daß aufgrund der Evakuierung und des starken äußeren Oberdruckes die Glaswollfüllung diesem Ut-erdruck standhalten muß und demgemäß sehr eng gepreßt sein muß. Das Porenvolumen innerhalb der Glaswolle ist also relativ klein. Demgemäß kann eine Gasfüllung die Isolierwirkung nur sehr wenig beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es. Maßnahmen anzugehen, wie das gattungsmäßig zugrunde liegende Bauteil bzw. der Bauteilquerschnitt wesentlich stärker in der Wärmeleitfähigkeit verändert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die eingelagerte Schicht aus Metallhydrid, die hermetisch und vor allen Dingen wsssersfc-ffdiffusionsdicht verschlossen sein muß, und ein gewisses Porenvolumen enthalten sollte, stellt ein geschlossenes System dar, welches vollreversibel je nach Temperaturzustand zwischen zwei verschiedenen Eigenschaften des Stoffes, nämlich einerseits Metall und andererseits Metallhydrid veränderbar ist. Wird Wasserstoff in Metallen und deren Legierungen eingebaut, so erfolgt die Bindung metallisch, d. h. jedes Wasserstoffatom gibt sein Elektron an das Leitfähigkeitsband in der Kristallstruktur des Metalles ab, wobei die Elektronendichte im Leitfähigkeitsband bis zur vollständigen Sättigung dieses Bandes zunimmt. Im vollbesetzten Leitfähigkeitsband ist die Elektronenbeweglichkeit Null b/w. stark vermindert. Dadurch wird das elektrisch und hinsichtlich Wärme leitfähige Metall aufgrund des Wasserstoffeinbaus und der Umwandlung in ein Hydrid zu einem elektrischen und hinsichtlich der Wärme nicht oder schlecht leitenden Stoff. Durch Desorption des Wasserstoffs aus dem Hydrid kann die ursprüngliche Leitfähigkeit des Metalles wieder hergestellt werden. Der Einbau des Wasser-Stoffs in die Kristallstruktur des Metalles ist ein exothermer Vorgang; die Freisetzungsenergie für den Wasserstoff wird der Umgebung entzogen. In kaltem Zustand ist der im geschlossenen System enthaltene Wasserstoff weitestgehend zu Metallhydrid gebunden. In kaltem Zustand stellt also der eingelagerte Stoff einen Wärmeisolator dar. Da der Wasserstoff den Poren vollständig entzogen ist, liegt in ihnen ein nahe/u vollständiges Vakuum vor, so daß auch eine konvcktive Wärmeübertra-

gung in den Porenräumen nahezu ausgeschlossen ist Durch Wärmezufuhr wird der Wasserstoff aus der Kristallstruktur wieder freigesetzt und gelangt in gasförmigem Zustand in die Poren, in denen sich ein relativ hoher Gasdruck je nach Temperatur der eingelagerten Schicht ausbildet. Bei hohen Temperaturen der eingelagerten Schicht liegt also wieder ein die Wärme gut leitendes Metall vor und in den Poren befindet sich ein unter einem Druck stehendes Gas, wodurch auch eine relativ gute kon vektive Wärmeübertragung möglich ist

Die Erfindung ist anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf einer selbstzündenden Hubkolben-Brennkraftmaschine,

F i g. 2 den Vorkammereinsatz der Brennkraftmaschine nach Fig. 1,

F i g. 3 einen Schichtlademotor mit einem Brennkammereinsatz,

F i g. 4 eine ebene zum Einbau in ein Aggregat geeignete Trennwand zwischen Räumen unterschiedlicher Temperatur,

Fig.5 einen stark vergrößerten Querschnitt durch den porösen Aufbau der eingelagerten Schicht in der Trennwand nach F i g. 4,

F i g. 6 den grundsätzlichen Verlauf der Druck/Temperatur-Kennlinie von Metallhydriden unterschiedlicher Art und

F i g. 7 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Trennwand zwischen Räumen unterschiedlicher Temperatur.

Der in F i g. 1 dargestellte Vorkammer-Dieselmotor 1 weist einen Motorblock 2 mit Laufbuchse 4 und einen Zylinderkopf 3 auf. Der in der Laufbüchse oszillierende Kolben 5 begrenzt nach unten hin den Brennraum 6. Um die Laufbuchse hierum ist ein Wassermantel 7 im Motorblock zur Wärmeabfuhr angeordnet; im Zylinderkopf sind Wasserräume 8 vorgesehen, im Zylinderkopf 3 ist ein durch entsprechend geformte wassergekühlte Wandungen 11 des Zylinderkopfes geschaffener Aufnahmeraum *» für einen Vorkammereinsatz 10 vorgesehen. Die Vorkammer besteht aus einem Kugelraum 13 mit einem sich zum Hauptbrennraum 6 erstreckenden Hals 12, der mit dem Brennraum 6 über Oberströmbohrungen in Verbindung steht. Der Vorkammereinsatz 10 ist im Zylinderkopf 3 durch eine Befestigungsschraube 15 gehalter, in die auch das Einspritzventil 14 eingeschraubt ist.

Der Vorkammereinsatz 10, der in F i g. 2 vergrößert dargestellt ist, ist dreischalig aufgebaut. Er weist zunächst eine Innenwand lfc auf, die flaschenähniiche Gestall hat und zur Bildung des Kufelraumes 13 mit einem Einsatz zur Bildung der Kjgelraumrückwand 17 versehen ist. Die Kugelraumrückwand 17 trägt an ihrer Außenseite einen Flansch 18, an dem die innere Stirnseite der Innenwand 16 verschweißt ist (Schweißnaht 22a). Konzentrisch um die Innenwand 16 ist unter Belassung eines etwa äquidistanten Hohlraumes eine Außenwand 20 angeordnet, die mit ihrer inneren Stirnseite ebenfalls an dem Flansch 18 gasdicht verschweißt ist. Der Zwischenraum zwischen den beiden Wänden 16 und 20 ist mit porösem Metallhydrid gefüllt. An der äußeren Stirnseite ist die äußere Wand mit der inneren ebenfalls gasdicht verschweißt — Schweißnaht 22b. Die Wandungsmaterialien 16 und 20 müssen aus wasserstoff-diffusionsdichtem Werkstoff sein.

Die Herstellung des Vorkammereinsatzes 10 könnte etwa folgendermaßen er'olgen: Die beiden Wände 16 und 20 werden zunächst konzentrisch an dem Flansch 18 der Kugelraumrückwand 17 angeschweißt. Die Außenwand 20 ist an ihrem äußeren Stimende gemäß der strichlierten Darstellung 24 zunächst axial gradeaus verlaufend ausgebildet Dadurch wird ein Ringspalt zwischen den beiden Wänden geschaffen, durch den eine Schicht 21 eines Metallhydridpulvers in den Zwischenraum eingefüllt und eingestampft werden kann. Durch den Spalt kann ein ringförmiger Stempel zum Zusammenpressen der Füllung eingeführt werden. Das ganze wird dann unter Pressung in einem Ofen auf Sintertemperaturen geglüht, wobei die Körner der Füllung zusammensintern und einen riß- und spaltfreien Verbund geben, der jedoch noch ein gewisses Porenvolumen aufweist. Im Anschluß an das Sintern wird der axial überstehende äußere Rand 24 in die in vollen Linien dargestellte Stellung engebördelt und die Schweißnaht 226 angebracht Die Abkühlung nach dem Sintern sollte in einer Wasserstoffatmosphäre erfolgen, so daß sich in der Sinterschicht 21 ein Metallhydrid ausbildet Zur Bildung der Schweißnaht 226 sollte ein Verfahren ausgewählt werden, das möglichst wenig V.yrme in das Werkstück hineinträgt so daß das Metaiihydr· i nicht wieder zerfällt Wenigstens kurz vor Vollendung der Schweißnaht 226 sollte das Porenvolumen evakuiert werden. Zweckmäßigerweise wird die Schweißnaht 22b als ElektronenE'.-ahlschweißung unter Vakuum ausgeführt, weil dabei sowohl das Porenvolumen der Sinterschicht 21 evakuiert wird — die Schweißung muß unter Vakuum ausgeführt werden —, als auch der Wärmeeintrag bei der Schweißung äußerst niedrig ist.

Die Wirkungsweise der eingelagerten Schicht 21 in dem Vorkammereinsatz ist nun kurz folgende. In kaltem Zustand ist die Schicht 21 hydridiert und somit ein sehr schlechter Wärmeleiter. Beim Start des Dieselmotors 1 wird die Innenwand 16 des Vorkammereinsatzes 10 wegen ihrer geringen Masse durch die Kompressionswärme der verdichteten Luft auch ohne Starthilfe wie z. B. Vorglühen sehr rasch angewärmt; ein Abfluß der eingetragenen Wärme wird durch die nichtleitende Sch«cht 21 verhindert Das Startverhalten eines Vorkammer-Dieselmotors 1 mit einem solcherart ausgebildeten Vorkammereinsatz 10 wird auch ohne Starthilfe ähnlich gut sein wie das eines direkteinspritzenden Dieselmotors. Ist der Vorkammereinsatz 10 dann einmal nach einer kurzen Fahrstrecke gut durchgewärmt, verliert sich aufgrund der thermischen Zersetzung des Hydrids die wärmeisolierende Wirkung der Schicht 21; d.h. der Vorkammereinsatz 10 wird vom Zylinderkopf 3 bzw. der Wandung 11 her in üblicher Weise gekühlt und auf Betriebstemperatur gehalten.

Am Beispiel des in F i g. 3 dargestellten Schichtiademotors 30 sind weitere Anwendungsmöglichkeiten au'-gezeigt. Der Motor 30 besteht ebenfalls im wesentlichen a-s Motorblock 31 mit Laufbüchse 33 und Kolben 34 sowie Zylinderkopf 32. Der Kolben 34 schließt einen Hauptbrennraum 35 ab; außerdem ist im Zylinderkopf 32 noch eine Zündkammer 36 angeordnet, die aus einem Zündkammeroberteil 37 und aus einem Zündkammerunterteil 38 gebildet ist. Hauptbiennraum 35 und Zündkammer 36 stehen untereinander über einen Zündkanal 39 in Verbindung. An der Zündkammer 36 ist die Zündkerze 40 und ein Einspritzventil 41 zur Anreicherung des Gemisches in der Zündkammer 36 auf stöchiomeirische Werte angeordnet.

Die Zündkammer 36 ist in Ober- 37 und Unterteil 38 getrennt, um jedes Teil doppelwandig mit einer eingelagerten Sinterschicht 42a, 42b aus Metallhydrid ausführen zu können. Die beiden Wandungsteile des Ober- 37

oder des Unterteiles 38, nämlich der äußere Wandungsteil und der innere Wandungsteil sind über rein axial verlaufende vorzugsweise zylindrische Trennflächen gegeneinander getrennt. Dies hat den Vorteil, daß während des Sinterns durch axiales Zusammenpressen der beiden Wälnde eines Teiles ein Druck auf das Sintermateria! ausgeübt werden kann. Dadurch kommt ein inniger Kornverbund und ein inniger Verbund des Sintermaterials mit dem Wandungswerkstoff zustande. Die Abkühlung des fertiggesinterten Werkstückes sollte wiederum in einer Wasserstoffatmosphäre erfolgen, damit sich in der Sinterschicht 42 ein Metallhydrid ausbilden kann. Anschließend können die Trennflächen zwischen der Außenwandung und der Innenwandung der Teile an den äußerlich zugänglichen Stellen mittels einer Elektronenstrahlschweißung hermetisch dicht geschweißt werden, bei der nicht nur in vorteilhafter Weise das Porenvolumen in der Sinterschicht evakuiert wird, sondern bei der auch besonders wenig Wärme in das Werkstück eingetragen wird.

Zur Bildung der im Zündkammereinsatz 36 eingelagerten Schicht 42a bzw. 426 kann ein Hochtemperatur-Metallhydrid verwandt werden, welches erst bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 600 Grad im Metall und Wasserstoff zersetzt ist, weil die Betriebstemperatur derartiger Einsätze relativ hoch ist.

Am Beispiel des Motors 30 nach F i g. 3 ist auch noch die Möglichkeit aufgezeigt, die Laufbüchse 33 mit einer eingelagerten Schicht 45 zur rascheren Aufheizung der Laufbüchse bei Inbetriebnahme des Motors zu versehen. Hierzu ist die Laufbüchse 33 aus einer äußeren Büchse 43 und einer inneren Büchse 44 gebildet, welche Büchsen an je einem Ende einen radialen Bund 47a an der inneren Büchse 44 und 47b an der äußeren Büchse

43 aufweisen. Mit Hilfe dieser Bunde ist es möglich, eine in den Zwischenraum eingefüllte Körnung aus Metallhydrid festzustampfen und auch während des Sinterns unter Preßdruck zu halten. Sintern, Abkühlen unter Wasserstoffatmosphäre und Verschließen des Hohlraumes unter Vakuum (Schweißnähte 46) ist ebenfalls in der geschilderten Weise vorzunehmen. Zur Bildung der in der Laufbüchse 33 eingelagerten Schicht 45 ist ein Metallhydrid mit einem etwas niedrigeren Temperaturniveau auszuwählen, weil das Temperaturniveau der Laufbüchse bei betriebswarmem Motor niedriger ist als das der Zündkammer 36. Für die innere und äußere Wandung 44 bzw. 43 der Laufbüchse müssen Werkstoffe ausgewählt werden, die thermisch belastbar, korrosionsfest und vor allen Dingen wasserstoff-diffusionsdicht sind. Sofern der Werkstoff für die innere Wandung

44 nicht von Hause aus gute Gleiteigenschaften mit sich bringt, müßte er zumindest geeignet sein, daß auf galvanischem Wege eine Gleitschicht aufgetragen werden kann.

Die Wirkungsweise der Einlagerung der Sinterschicht 42, 45 bei Zündkammer 36 und Laufbüchse 33 ist nun kurz folgende: In kaltem Zustand Hegt in der Schicht 42a, 426 und 45 jeweils Metallhydrid vor, d. h. in den Poren der Sinterschicht liegt Vakuum an und der Wasserstoff ist voll in das Metall eingebunden. In diesem Zustand kann die Sinterschicht 42, 45 Wärme nur sehr schlecht leiten; sie wirkt wie ein Keramikstoff. Nach Inbetriebnahme des Motors 30 aus dem kaltem Zustand braucht der Motor lediglich die Innenwandung 44 der Laufbüchse 33 und die Innenwandungsteile der Zündkammer 36 zu erwärmen. Diese Teile haben eine relativ geringe Masse und eine dementsprechend geringe Wärmespeicherkapazität, so da3 sie sehr rasch z. B. nach relativ wenigen Arbeitstakten bereits ihre Betriebstemperatur erreichen. Die Verbrennungsabgase eines solchen Motors sind also schon nach relativ kurzer Fahrstrecke so zusammengesetzt wie bei einem betriebswarmen Motor. Ein Abfließen der Wärme aus der inneren Wandung 44 der Laufbüchse an das Kühlwasser bzw. von den inneren Wandungsteilen der Zündkammer wird durch die eingelagerte zunächst noch in Metallhydridform vorliegende und in diesem Zustand wärmeisolierende Schicht 45 bzw. 42 verhindert. Es kommt zu einer leichten Übererwärmung der dem Wärmezutritt unmittelbar ausgesetzten Wandungsteile. Hierdurch wird die eingelagerte Schicht 42,45 erhitzt und dabei der in dem Schichtmaterial eingelagerte Wasserstoff in das Porenvolumen freigesetzt, wodurch die Schicht 42, 45 in den rein metallischen Zustand übergeht und gut wärmeleitend wird. Hierdurch kann die Wärme ungehindert durch den gesamten Querschnitt der mehrlagig aufgebauten Laufbüchse 33 bzw. des Zündkammereinsatzes 36 an das Kühlwasser abfließen. Solange das Kühlwasser noch kalt ist. wird von der Außenseite her auf die eingelagerte Schicht 42, 45 ein abkühlender und somit ein wasserstoffbindender Einfluß auf die eingelagerte Schicht 42,45 ausgeübt, wodurch eine Tendenz in Richtung auf geringere Leitfähigkeit entsteht. Die Rückbildung des Schichtwerkstoffes in rein metallischen Zustand geht also in Abhängigkeit von der Wassererwärmung vor sich. Die eingelagerte Metallhydridschicht 42, 45 übt also einen gewissen selbststeuernden Effekt auf den Wärmehaushalt des Motors aus. Hierdurch können bisher übliche Mittel oder Maßnahmen zur Einsteuerung optimaler Wassertemperaturen an Brennkraftmaschinen entbehrlich werden. Es sei hier noch der Vollständigkeit halber angemerkt, daß die Einlagerung einer Metallhydridschicht in die Laufbüchse 33 oder sonstige Teile von Motoren nicht nur bei Wasserkühlung des Motors sondern auch bei Luftkühlung ohne weiteres und mit den gleichen Vorteilen möglich ist.

In Fig.4 ist ein Wandelement 50 mit eingelagerter Metallhydridschicht 58 dargestellt, welches zum Einbau in Wärmetauschern od. dgl. geeignet ist. Das Wandelement 50 ist aus einem ersten Blech 51 und einem zweiten Blech 52 gebildet. In die Bleche sind Noppen 53 eingedrückt, die die Bleche 51,52 auf gegenseitige definierte Distanz halten. Damit die Distanz der Bleche 51, 52 sowohl bei äußerem Überblick als auch bei innerem Überdruck gewährleistet ist, sind die Bleche 51, 52 im Bereich der Noppen 53 durch eine Punktschweißung 54 miteinander verbunden. Der Zwischenraum zwischen den Blechen 51, 52 ist mit einer Sinterschicht 5? aus Metallhydridkörnern aufgefüllt. Der Preßdruck beim Komprimieren der Körnung und für das Pressen beim Sintern kann durch Zusammendrücken der Bleche 51, 52 zwischen zwei entsprechend großflächig ausgebildeten Stempeln aufgebracht werden. Die Blechkanten sind ringsum hermetisch verschlossen, wozu entweder eine Spitznahtschweißung 57 (in F i g. 4 links) oder eine Bördelnaht 55 mit Verschweißung 56 der Bördelkante angebracht werden kann. Das Abkühlen nach dem Sintern erfolgt auch hier zweckmäßigerweise in einer Wasserstoffatmosphäre zur Bildung der Metallhydride. Zumindest das letzte Teilstück vor dem endgültigen hermetischen Verschluß des von den Blechen 51, 52 eingeschlossenen Zwischenraumes sollte unter Vakuum bei möglichst geringem Wärmeeintrag in das Werkstück erfolgen.

Der Werkstoff zur Bildung der eingelagerten Schicht 58 muß entsprechend dem Verwendungszweck der

Platte 50 ausgewählt werden, d. h. der Temperaturbereich, in dem die Zersetzung des Metallhydrides zu Wasserstoff und Metall stattfindet, muß zwischen der Abkühlungstemperatur bzw. der Sperrtemperatur der Wand und der Betriebstemperatur bzw. der Wärmedurchgangstemperatur des Wandelementes 50 liegen. Unterhalb der Abkühlungs- bzw. Sperrtemperatur hat das W,'..idelement 50 sehr schlechte Wärmeleiteigenschaften, oberhalb der Betriebstemperatur bzw. Wärmedurchgangstemperatur hat es normale metallische Wärmeleiteigenschaften. Nach dem Vorbild der Fig.4 lassen sich natürlich nicht nur ebene Platten sondern auch gewölbte Schalen oder Rohre erstellen. Die Anwendung solcher Wandelemente ist in allen solchen Fällen zweckmäßig, in denen ein Wärmeaustausch an gewisse Temperaturschwellwerte des wärmeabgebenden Mediums gekoppelt sein soll.

Die F i g. 5 zeigt in stark vergrößerter Form einen Ausschnitt eines Quersehniiies durch eine poröse Sinterschicht, wie sie zur Bildung der eingelagerten Schicht angestrebt wird. In dem Verbund dieser Schicht sind Körner 60 an den zunächst losen Kontaktstellen bei nahezu schmclzflüssigem Zustand unter Druck und Hitze an diesen Stellen 62 flächig miteinander verschweißt. Zwischen den Körnern verbleiben Poren 61, die zur Aufnahme von Wasserstoff in gasförmigem Zustand dienen und die in hydridiertem Zustand der Körner 60 evakuiert sind. Aufgrund der Verschmelzung der Körner im Sinterverbund sind diese gut wärmeleitend miteinander verbunden. Der Sinterverbund selber als ganzes isi spalt- und reißfrei; letztere würden — im metallischen Zustand der Körner — eine gute Wärmeleitung behindern. Auch an den Kontaktstellen des Sinterverbundes mildem angrenzenden wasserstoffdichten Wandungsmaterial kommt bei gemeinsamer Versinterung ein Ineinanderlaufen der Körner mit dem Wandungsrnaterial, also ein guter Wärrnckontakt zustande.

Im Druck/Temperatur-Diagramm der Fig.6 ist der grundsätzliche Verlauf der Kennlinien verschiedener hydridierbarer Metalle bzw. Metallegierungen eingetragen. Der Verlauf und die Lage dieser Kennlinien und der ihnen zugeordneten Metalle ist bekannt. Man muß nun zur Bildung einer solchen eingelagerten Schicht in einem die Kennlinien der verschiedenen Metalle enthaltenden Diagramm auf der Temperaturachse die beiden Grenzwerte für die Raum- oder Abkühlungstemperatur Tr und die Betriebstemperatur Tb abgreifen und sich eine zwischen diesen beiden Werten liegende Kennlinie bzw. den entsprechenden Wciksiüff heraussuchen. Hochtemperaturhydride sind z. B. Magnesiumnickelhydrid (Mg₂NiH₄), Magnesium- oder Titanhydride (MgH₂/TiH₂). Ein Niedertemperaturhydrid ist z. B. Titaneisenhydrid.

In F i g. 7 ist ein weiteres Wandelement 65 dargestellt, welches — abgesehen von der Füllung seines Inneren — weitgehend mit dem nach F i g. 4 übereinstimmt Bezüglich der Übereinstimmungen sind die gleichen mit einem hochgestellten Strich versehenen Bezugszahlen verwendet worden und es wird in soweit auf die Beschreibung zu Fig.4 verwiesen. Im Unterschied zu Fig.4 weist das Wandelement 65 einen evakuierten Hohlraum 66 auf. Dieser evakuierte Hohlraum 66 stellt eine gute Wärmebarriere für den Wärmefluß 67 dar, was durch das steile Temperaturgefälle 69 links veranschaulicht sein soll; dieses gilt für evakuierten Zustand des Hohlraumes 66. An einer Stelle des Wandelementes 65 ist — dem Wärmefluß 67 ausgesetzt — ein scheibenförmiger, formbeständiger Preßling oder Sinterkörper aus Metallhydridkörnern angeordnet. Dieser Körper wird vor dem Zusammenschweißen der Blechteile 51' und 52' durch die Punktschweißungen 54' lose zwischen die Blechteile gelegt. In hydridiertem Zustand stellt dieser Körper einen schlechten Wärmeleiter dar. Dieser Preßoder Sinterkörper dient als Wasserstoffspender, der bei Erhitzung durch den Wärmefluß 67 Wasserstoff freisetzt und damit den Hohlraum 66 erfüllt. In gasgefülltem Zustand ist die Wärmeübertragungsfähigkeit des Hohlraumes 66 aufgrund von Gaskonvektion wesentlich größer als in evakuiertem Zustand. Diese erhöhte Wärmeübertragungsfähigkeit soll durch das weniger steile Temperaturgefälle 70 veranschaulicht werden, welches für gasgefüllten Zustand des Hohlraumes gilt. Die Wärmeleitfähigkeit des Preß- oder Sinterkörpers 68 nimmt durch die Dehydrierung ebenfalls zu, was durch das relativ flache Temperaturprofil 71 verdeutlicht ist. Bei nachlassendem Wärmefluß und Abkühlung der Wand wird der zuvor freigesetzte Wasserstoff wieder in dem Körper 68 gebunden und dadurch der Hohlraum 66 evakuiert. Er erlangt dadurch wieder die guten wärmedämmenden Eigenschaften. Dieses plattenförmige Wandelement 65 kann natürlich, ebenso wie das nach Fig.4, in allen möglichen dem Anwendungsfall angepaßten Krümmungen und Konturen ausgestaltet werden. Eine Ausgestaltungsvariante ist auch die, bei der die distanzhaltenden Noppen 53 oder 53' durch kleine zugfest zwischen die Platte 51 und 52 bzw. 5V und 52' eingelötete oder eingesinterte tablettenförmige Sinterkörper aus Metallhydrid ersetzt sind. Bei einer solchen Ausbildung des Wandelementes nach Fig.7 könnte eventuell auf einen gesonderten Körper 68 als Wasserstoffspender verzichtet werden, weil die vielen distanzhaltenden Sinterkörper auch in soweit die Funktion des Wasserstoffspenders übernehmen könnten. Wärmebrücken an den Noppenstellen wären dadurch ganz ver-

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. In der thermischen Wärmeleitfähigkeit veränderbares Bauteil oder entsprechender Bauteilquerschnitt, mit einem im Bauteil bzw. im Bauteilquerschnitt während des Betriebes sich ausbildenden Temperaturgefälle, wobei quer zum Temperaturgefälle in dem Bauteil bzw. Bauteilquerschnitt wenigstens eine Schicht wasserstoffdicht wärmeleitend eingelagert ist, deren Wärmeleitfähigkeit durch ein Metallhydrid steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeleitende Schicht (21, 42a, b, 45,58) eine Schicht aus zusammengesinterten Metallhydridkörnern (60) verwendet wird, wobei sich selbsttätig die Wärmeleitfähigkeit der Schicht bei der Betriebstemperatur vergrößert und bei der Ruhetemperatur erniedrigt

2. Bauteil oder Bauteilquerschnitt nach Aiispruch 1, dackuch gekennzeichnet, daß die Schicht (21,42a, b, 45,58} Poren (61) aufweisen.

3. Bauteil oder Bauteilquerschnitt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht spalt- oder rißfrei ist

4. Bauteil oder Bauteilquerschnitt nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Porenvolumen etwa 5 bis 10% des Schichtvolumens beträgt.