DE3834054C3 - Hitzeschild - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hitzeschild zur Abschirmung von Wärmestrahlung.

Hitzeschilder werden im Kraftfahrzeugbau zur Ab­ schirmung temperaturempfindlicher Bauteile und Baugruppen von Wärmequellen und Wärmezentren eingesetzt.

Aufgrund der immer stärker zunehmenden kompakten Bauweise bei Motoren und dem gesamten Kraftfahrzeug können beispielsweise elektronische Baugruppen ebenso wie Motorteile aus Kunststoff oder kunststoffähnlichen Materialien in der Nähe stark wärmeab­ strahlender Motorkomponenten angeordnet werden. Unter Berück­ sichtigung der hohen spezifischen Motorleistungen besteht bereits jetzt die Forderung, wärmesensible Bauteile und Baugruppen mög­ lichst gut vor zu starker Wärmebelastung zu schützen.

Neben dem Motor selbst ist der gesamte Abgasstrang, insbesondere dann, wenn er mit einem Katalysator ausgerüstet ist, eine wesent­ liche, kritische Wärmequelle gegenüber der z. B. elektrische Ka­ bel, andere wärmeempfindliche Bauteile und auch der Fahrzeugbo­ den geschützt werden müssen.

Bisher setzt man in diesen Bereichen z. B. mit Aluminiumfolie ka­ schierte Pappen, reine Metallteile oder neuerdings auch zwischen zwei Spießblechlagen eingespannte Pappen oder auch gewebearmier­ te Materialien ein. Gegebenenfalls werden auch nur Pappen oder bitumenähnliche Werkstoffe an weniger kritischen Stellen der Wärmeisolation eingesetzt.

Bei diesen vorausgehend erwähnten und bisher bekannten Alter­ nativen der Wärmeisolation speziell im Fahrzeugbereich muß man es vor allen Dingen als Nachteil ansehen, daß die Wärme­ durchgangszahl auch bei höheren Temperaturen weitgehend kon­ stant bleibt. Dies bedeutet, daß man bei stärker werdender Wärmestrahlung etwa eine gleichbleibende Wärmeableitung er­ reicht, so daß hierdurch kein ausreichender Schutz für tempe­ raturempfindliche Baugruppen möglich ist.

Andererseits haben kaschierte Materialien auch den Nachteil, daß sie nur bedingt biegesteif sind, so daß Versteifungsproble­ me auftreten können. Beim Einsatz reiner Blechteile, wie es heute häufig der Fall ist, erreicht man nur eine sehr beschränk­ te Wärmeabschirmung. Andere, neuerdings erkennbare Abschirm­ konzepte auf Spießblechbasis oder mit Gewebearmierungen lassen sich nur bedingt umformen, so daß sie in ihrer Geometrie be­ grenzt sind. Bei diesen Materialien besteht auch der Nachteil, daß sie bei Anwendung im Hochtemperaturbereich keine ausreichen­ de Bauteilsteifigkeit aufweisen.

Aus der US-PS 2,576,698 ist ein Hitzeschild mit einer all­ seitig abgedichteten Verkleidung eines Isoliermaterials be­ kannt. Die Verkleidung besteht aus einem äußeren Blechteil und einem inneren Blechteil, welche unter Ausbildung eines hermetisch abgedichteten Innenraums randseitig verbunden und zu einer weitgehend zylindrischen Fläche angeordnet werden. Zu diesem Zweck weist der innere Blechteil Nuten auf, welche das Biegen der gesamten Schutzhülle un­ terstützen sollen.

Aus der DE-OS 28 02 778 ist ein Hitzeschild bekannt, das aus zwei mechanisch miteinander verbundenen Schichten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht. Ein derartiges Hitzeschild wird dort in einem Fluiddurch­ gang angeordnet, wobei durch die Verformung des Hitze­ schildes der Fluiddurchgang bei einer stärkeren Tempe­ raturerhöhung verringert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hitzeschild mit relativ einfachem Aufbau zu konzipieren, das wärmetechnisch eine An­ passung an die auftretende Wärmebelastung ermöglicht und auch mechanisch sowohl hinsichtlich Herstellung wie Einsatzbereich gut anwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Hitzeschild durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung kann daher in dem Prinzip gesehen werden, das Hitzeschild mit mindestens zwei Flachmate­ rialien, nämlich mit einem inneren, eine vorgegebene Profilierung oder Sickung aufweisenden Flachmaterial und einem äußeren, der Wärmequelle abgewandten Flachmaterial, und einem dazwischen liegenden Luftspalt aufzubauen, so daß sich bei zunehmender Temperatur der Luftspalt automatisch erweitern kann und damit im Sinne einer Selbstregulierung ein verstärkter Isolationseffekt gegenüber der Wärmestrahlung er­ reicht wird. Die Flachmaterialien, die in einfachster Weise aus zwei Blechen bestehen, sind in parallel zueinander liegenden Randbereichen so miteinander verbunden, daß ein dazwischen liegender Abstandsspalt mittels der da­ zwischen vorhandenen Luftschicht als Wärmeisolator wirkt, wobei durch die vorgegebene Profilierung oder Sickung und Materialwahl bei zunehmender Erwär­ mung das innere Flachmaterial in Richtung Wärmequelle selbstregulierend eine Ausdehnung oder Ausbauchung erfährt.

Die Wärmeausdehnungscharakteristik der Flachmaterialien, ins­ besondere der Bleche, kann materialmäßig und formmäßig realisiert werden. Vorteil­ hafterweise wird vorgesehen, daß das der Wärmequelle zuge­ wandte Blech eine dünnere Materialstärke hat und durch vorgegebene Profilierung oder Sickung bei zuneh­ mender Erwärmung eine Ausdehnung oder Ausbauchung in Richtung der Wärmequelle erfährt. Bei dem nur an den Längs­ seiten der Bleche verbundenen Hitzeschild wird auf diese Weise eine Volumenvergrößerung des Abstandsspaltes zwischen den Blechen herbeigeführt, wodurch ein größeres Luftvolumen, mehr oder weniger statisch oder auch dynamisch, als Isolator­ schicht zwischen den Blechen zur Verfügung steht.

Sofern die Größe des Abstandsspaltes zwischen den Blechen oder auch die Luft selbst als Isolator noch eine unzureichende Wärme­ dämmung ergeben, kann die Innenseite eines oder beider Bleche mit einer Wärmedämmschicht versehen sein. Dabei wird auch trotz einer Dämmschicht eine Luftströmung auf­ rechterhalten.

Zur Verbesserung der Wärmeabstrahlung bei Blechmaterialien wer­ den diese möglichst beidseitig mit hellen, glänzenden Oberflä­ chen ausgestattet, wofür beispielsweise eine Vernickelung, Ver­ zinkung, Alu-Platierung oder auch die Herstellung aus einem Edelstahl selbst in Frage kommen. Der Abstand zwischen den bei­ den Blechen kann durch eingebrachte Sickungen vorgegeben werden. Im Hinblick auf die Steifigkeit eines derartigen Hitzeschildes kann die entsprechende Auslegung der Sickung im einen oder an­ deren Blech hierzu verwendet werden. Geeigneterweise hat das der Wärmequelle abgelegene Blech eine etwas größere Material­ stärke, so daß hierüber im wesentlichen die erforderliche Stei­ figkeit, aber auch die Befestigungsmöglichkeit mit den Fahr­ zeugteilen erreicht wird.

Anstelle einer Sickung des der Wärmequelle zuge­ wandten Bleches ist auch eine Vorbiegung denkbar, da­ mit auf diese Weise die Wärmeausdehnungsrichtung des Hitzeschildes vorgegeben werden kann. Die Einbrin­ gung von Sicken, die primär einer Versteifung dient, kann auch zur Vermeidung von Vibrationseffekten ge­ nutzt werden.

Besonders geeignet erscheint jedoch die Verbindung der Bleche nur allein längs zweier parallel verlaufender Ränder, so daß zwischen den Innenflächen der Bleche ein Luftströmungskanal vorhanden ist, der durch den Ausbauchungs- und Erweiterungseffekt des innen lie­ genden Flachmaterials eine stärkere Wärmeabfuhr bzw. Wärmedämmung ermöglicht. Diese Verbindung der Bleche weist zudem den Vorteil auf, daß für den Aus­ dehnungseffekt des inneren Bleches im Sinne eines "Membraneffektes" die Ausdehnungsrichtung vorgege­ ben werden kann und diesbezüglich keine Behinde­ rungseffekte bestehen.

In Fällen, in denen eine noch stärkere Wärmedäm­ mung bzw. Wärmeableitung erforderlich ist, bietet sich auch ein mehrschichtiger Aufbau des Hitzeschildes an. Es können daher anstelle von zwei Blechen weitere Ble­ che mit oder ohne Ausdehnungscharakteristik vorge­ schaltet werden, wobei auch in den Zwischenbereichen mit Luft und Isoliermaterialien gearbeitet werden kann.

Die Verbindungsbereiche der zwei oder mehr Bleche werden möglichst klein gehalten, damit eine möglichst große Fläche des Abstandsspaltes zur Wärmeableitung und zur Isolation genutzt werden kann.

Bei mehrschichtigem Aufbau kann die Wärmeenergie zwischen den Lagen besser re­ duziert werden, wodurch eine Reduzierung des Wärme­ übergangs erreicht wird. Die Befestigung des Hitze­ schildes erfolgt üblicherweise auf der sozusagen "kalten Blechseite", die der Wärmequelle abgewandt ist.

Mit dem Aufbau eines derartigen erfindungsgemäßen Hitzeschildes erreicht man, daß sich das der Wärme­ quelle zugewandte Flachmaterial stärker dehnt als das dahinter liegende, wobei die Dehnung in Richtung der Wärmequelle erfolgt. Auf diese Wei­ se kann der in beliebiger Querschnittskonfiguration vorliegende Abstandsspalt bzw. Luftspalt zwischen den Blechen sich vergrößern, so daß dadurch ein besserer Isolationseffekt statisch oder dynamisch eintritt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines sche­ matischen Beispiels noch näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine perspektivische Darstel­ lung eines Hitzeschildes, wobei die Ausdehnungscha­ rakteristik durch unterbrochenen Linienzug dargestellt ist.

Das in der Figur gezeigte Hitzeschild 1 besteht im wesentlichen aus zwei etwa rechteckförmigen, relativ dünnen Blechen 2, 3. Das Blech 2 ist dabei der nicht gezeigten Wärmequelle zugewandt, während das Blech 3 der Wärmequelle abgewandt ist. Die Bleche sind an ihren Längsrändern im Randbereich 6, 7 miteinander durch eine Umfalzung 12 des Bleches 3 verbunden.

Das innere Blech 2 greift mit seinem Rand 13 unter die Falzung 12 und ist angrenzend an die Falzung etwa rechtwinklig oder Z-förmig auf einen Abstand zum Blech 3 abgebogen bzw. tiefgezogen. Die Hauptfläche des inneren Bleches 2 verläuft daher in einem Abstand, so daß zwischen den Blechen 2, 3 ein Abstandsspalt für Luft gebildet wird.

Die Befestigung des Hitzeschildes 1 kann im Beispiel über die im Bereich der Falzung vorgesehenen Öffnun­ gen 9 z. B. am Fahrzeug erfolgen. Das Blech 2 weist etwa in die Diagonalrichtung längs verlaufende Sickungen 15 auf, mittels derer eine bestimmte Ausdehnungscharak­ teristik, aber auch ein definierter Abstand zum Blech 3 erreichbar ist.

Unter der Annahme einer erhöhten Wärmestrahlung aus Richtung der Wärmequelle wird sich daher das Blech 2 aufgrund der Materialstärke, der Formgebung durch Sickung und das Material selbst in Richtung der Wärmequelle ausdehnen, was mit der Bauchung 20 in unterbrochenem Linienzug angedeutet ist. Diese Aus­ dehnungskontur kann selbstverständlich beeinflußt werden, so daß auch andere Ausdehnungsformen mög­ lich sind.

Auf diese Weise erreicht man sozusagen in der "Kaltphase" einen minimalen Abstandsspalt zwischen den Blechen, der sich bei stärkerer Erwärmung durch die Verformung des inneren Bleches 3 volumenmäßig erweitert. Aufgrund dieser volumenmäßigen Erweite­ rung ist ein größerer Luft- oder Isolationsabstand zwi­ schen den Blechen vorhanden, so daß durch Luftströ­ mung, aber auch statisch betrachtet durch einen ent­ sprechenden Dämmstoff, kombiniert mit breiterem Spalt eine Selbstregulierung des Hitzeschildes bezüg­ lich der Wärmedämmung eintritt.

Claims (8)

1. Hitzeschild zur Abschirmung von Wärmestrahlung, mit mindestens zwei Flachmaterialien (2, 3), die an zwei einander abgewandten Randbereichen (6, 7) miteinander verbunden sind und die zwischen ihren einander zugewandten Flächen einen Abstandsspalt (4) bilden, der als Luftströmungskanal dient, wobei das erste, innere Flachmaterial (2) der Wärmequelle zugewandt und das zweite, äußere Flachmaterial (3) der Wärmequelle abgewandt angeordnet ist und die Ausdehnungscharakteristik des inneren Flachmaterials (2) durch eine vorgegebene Profilierung oder Sickung und Materialwahl in Richtung auf die Wärmequelle so orientiert ist, daß es bei zunehmender Erwärmung eine Ausdehnung oder Ausbauchung (20) in Richtung der Wärmequelle erfährt.

2. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Flachmaterial (2) eine dünnere Materi­ alstärke aufweist als das äußere Flachmaterial (3).

3. Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachmaterialien (2, 3) als Bleche ausgebildet sind.

4. Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Flachmaterialien (2, 3) miteinander verbunden sind.

5. Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den einander zugewandten Innenflächen der Flachmaterialien (2, 3) eine Wärmedämmschicht vorgesehen ist.

6. Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachmaterialien (2, 3) strahlungsreflektierend beschichtet sind.

7. Hitzeschild nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachmaterialien (2, 3) beidseitig beschichtet sind.

8. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das der Wärmequelle abgewandte, äußere Flachmate­ rial (3) zur Befestigung des Hitzeschildes ausgebildet ist.