WO2020011412A1 - Wärmeabschirmvorrichtung, insbesondere an lokal unterschiedlich auftretende wärmeeinträge pro fläche anpassbare wärmeabschirmvorrichtung - Google Patents

Wärmeabschirmvorrichtung, insbesondere an lokal unterschiedlich auftretende wärmeeinträge pro fläche anpassbare wärmeabschirmvorrichtung Download PDF

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cooling
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Thrivikraman RANGANATHAN
Andreas Hubert
Peter Schölzel
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Elringklinger Ag
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/06—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being attachable to the element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R13/00—Elements for body-finishing, identifying, or decorating; Arrangements or adaptations for advertising purposes
    • B60R13/08—Insulating elements, e.g. for sound insulation
    • B60R13/0876—Insulating elements, e.g. for sound insulation for mounting around heat sources, e.g. exhaust pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws

Definitions

  • Heat shielding device in particular heat shielding device that can be adapted to locally different heat inputs per area
  • the invention relates to a heat shielding device, in particular a heat shielding device which can be adapted to locally different heat inputs per surface area according to the preamble of claim 1.
  • a generic heat shield is known from DE 20 2011 106 603 Ul. Such heat shields are not thermally uniformly loaded across their surface in practical use, so that areas with higher or higher thermal loads and areas with lower or low thermal loads are present. In order to be able to design such a heat shield permanently, it is necessary to use the entire heat shield after the highest thermal load, e.g. B. with regard to its material thickness and / or its material.
  • FIG. 1 Such a heat shield according to the prior art is shown in a highly simplified manner in FIG. 1.
  • a heat source 1 is covered by a shielding layer 2 of a heat shielding device 100, so that an area 3 to be shielded experiences less heat input.
  • an area 5 which is subjected to high thermal stress requires a certain wall thickness of the shielding layer 2 or requires a material which is subjected to higher thermal stress.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages of the prior art and to provide a heat shielding device which can be adapted to local heat input conditions in individual applications.
  • the heat shielding device according to the invention should be able to be adapted or adapted to an uneven heat input (viewed over the surface).
  • a heat shielding device has at least one flat shielding layer, the heat shielding device being set up and designed to be suitable for shielding heat from a heat source from a component or area to be protected, with the at least one shielding layer on at least one thermally highly stressed area passive cooling module is thermally conductively connected to the shielding layer.
  • the passive cooling module comprises a plurality of cooling fins and / or cooling rods and a base plate, the base plate being connectable to the shielding layer.
  • a cooling module can be manufactured in a number of ways and is, for. B. side by side nander, tile-like with the shielding layer.
  • the base plate is thin-walled, flexible and / or pliable, which ensures that a simple adaptation of the cooling module to a topography of the shielding position is ensured.
  • the cooling module with the flexible and / or the flexible base plate is flexible and / or flexible by more than one bending axis and is therefore easily adaptable to a topography of the shielding position.
  • the cooling module has fastening devices for fastening the cooling module to the shielding layer in the region of the base plate.
  • Figure 1 schematically a cross section through a Ablevor direction according to the prior art
  • Figure 2 schematically shows a cross section through an inventive screening device.
  • a heat shielding device 100 has at least one shielding layer 2, which can be formed in one or more layers in a known manner.
  • the at least one shielding layer is usually made of metallic material educated. However, plastic / ceramics / fiber fabrics or other materials that have proven effective for heat shielding also come into consideration.
  • a heat source 1 radiates heat onto the shielding layer 2.
  • An area that is closest to the heat source 1 is a thermally highly loaded area 5, since heat from the heat source 1 is entered into the shielding layer 2 with the highest area load.
  • the invention provides a passive cooling module 200 which is arranged at least in the area of the highly loaded area 5 on the side of the shielding position 2 facing away from the heat source.
  • the cooling module 200 has a base plate 201 and radiation elements (eg cooling fins or cooling rods 202).
  • the cooling fins or cooling rods 202 are connected to the base plate 201 in a heat-conducting manner.
  • the cooling module can be a cast body or can also be composed of individual parts (base plate 201 and cooling fins / cooling rods 202).
  • the base plate 201 of the cooling module 200 is suitably firmly connected to the shielding layer 2, for example by means of screws or rivets 203, so that heat transfer can take place from the shielding layer 2 to the base plate 201.
  • the base plate 201 is preferably formed from a flexible / pliable material, e.g. B. in the form of a thin sheet, which, for. B. has a sheet thickness of up to 0.2 mm or 0.3 mm.
  • a base plate can, when using cooling fins 202, which extend perpendicular to the plane of the drawing in the view according to FIG. 2, cause flexibility about an axis perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 2 and thus (in a one-dimensional manner) to a possible one Topography of shielding position 2 can be adjusted.
  • a cooling module can be created with a flexible, bendable and pliable base plate 201 in the manner of a "cooling hedgehog" which weles about an axis 300 (see FIG. 2) and about an axis perpendicular or at an angle to Drawing level in Figure 2 is adaptable to a topography of the shielding layer 2.
  • a base plate 201 can, for example, also be formed from a highly heat-conductive plastic material, for example provided with metal.
  • fabric materials that are good heat conductors for example a metal-wool plate or a wire mesh, wire mesh, in which the cooling fins / cooling rods 202 are anchored in a heat-conducting manner.
  • cooling module (200) it is clarified that a single cooling fin 202 or a single cooling rod 202 can already be a cooling module in the sense of the invention.
  • the base plate 201 is not an integral part of a cooling module 200th

Abstract

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

Description

Wärmeabschirmvorrichtung, insbesondere an lokal unterschiedlich auftretende Wärmeeinträge pro Fläche anpassbare Wärmeabschirmvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Wärmeabschirmvorrichtung, insbeson dere eine an lokal unterschiedlich auftretende Wärmeeinträge pro Fläche anpassbare Wärmeabschirmvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 20 2011 106 603 Ul ist ein gattungsgemäßes Hitzeschild bekannt. Derartige Hitzeschilde sind über ihre Oberfläche hinweg im praxisnahen Einsatzfall nicht thermisch gleichmäßig belastet, so dass Areale mit höherer oder hoher thermischer Last und Areale mit niedrigerer oder niedriger thermischer Last vorhanden sind. Um ein solches Hitzeschild dauerfest auslegen zu können, ist es erforderlich, das gesamte Hitzeschild nach der höchsten thermi schen Last, z. B. hinsichtlich seiner Materialstärke und/oder seines Werkstoffes, auszulegen.
Hierdurch entstehen gegebenenfalls hohe Kosten, da unter Umstän den das gesamte Hitzeschild aus einem teureren Halbzeug oder Werkstoff hergestellt werden muss, um z. B. einen relativ kleinen hochbelasteten Bereich (kleines hochbelastetes Areal) ausrei chend widerstandsfähig auszugestalten.
Ein solches Hitzeschild nach dem Stand der Technik ist stark vereinfacht in Figur 1 dargestellt. Eine Wärmequelle 1 wird von einer Abschirmlage 2 einer Wärmeabschirmvorrichtung 100 abge deckt, so dass ein abzuschirmender Bereich 3 einen geringeren Wärmeeintrag erfährt. Lediglich abgestrahlte Wärme 4, welche die Abschirmlage 2 durchdringt und von der Abschirmlage 2 abge strahlt wird, belastet den Bereich 3. Bei einer derartigen Anordnung nach dem Stand der Technik kann es dazu kommen, dass ein thermisch hoch belastetes Areal 5 eine bestimmte Wanddicke der Abschirmlage 2 erfordert oder einen thermisch höher belasteten Werkstoff notwendig macht.
Beides führt zu höheren Kosten und soll vermieden werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und im individuellen Einsatzfall eine an lokale Wärmeeintragsbedingungen anpassbare Wärmeabschirmvor- richtung anzugeben. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Wär- meabschirmvorrichtung in der Lage sein, an einen ungleichmäßigen Wärmeeintrag (über die Fläche gesehen) anpassbar zu sein oder angepasst sein.
Diese Aufgaben werden mit einer Abschirmvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Wärmeabschirmvorrichtung weist mindestens eine flächige Abschirmlage auf, wobei die Wärmeabschirmvorrich tung dazu eingerichtet und ausgebildet ist, zur Abschirmung von Wärme einer Wärmequelle von einem zu schützenden Bauteil oder Bereich geeignet zu sein, wobei an mindestens einem thermisch hoch belasteten Areal der mindestens einen Abschirmlage ein pas sives Kühlmodul thermisch leitend mit der Abschirmlage verbunden ist .
Mit dieser Lösung gelingt es, eine lokale thermische Entlastung eines thermisch hochbelasteten Areals herbeizuführen. Eine Ma terialverdickung oder eine Auswahl eines thermisch widerstands fähigeren Werkstoffes muss nicht erfolgen.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das passive Kühlmodul eine Mehrzahl von Kühlrippen und/oder Kühlstäben und eine Grundplatte, wobei die Grundplatte mit der Abschirmlage verbindbar ist. Ein solches Kühlmodul kann in ein facher Art und Weise hergestellt werden und ist, z. B. nebenei nander, kachelartig mit der Abschirmlage verbindbar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Grund platte dünnwandig, biegsam und/oder schmiegsam ausgebildet ist, wodurch erreicht wird, dass eine einfache Anpassung des Kühlmo duls an eine Topographie der Abschirmlage gewährleistet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Fall der Verwendung von Kühlstäben das Kühlmodul mit der biegsamen und/o der schmiegsamen Grundplatte um mehr als eine Biegeachse biegsam und/oder schmiegsam und somit leicht an eine Topographie der Abschirmlage anpassbar.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Kühlmodul im Bereich der Grundplatte Befestigungseinrichtungen zur Befestigung des Kühl moduls an der Abschirmlage aufweist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1: schematisch einen Querschnitt durch eine Abschirmvor richtung nach dem Stand der Technik;
Figur 2: schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungs gemäße Abschirmvorrichtung.
Eine erfindungsgemäße Wärmeabschirmvorrichtung 100 besitzt zu mindest eine Abschirmlage 2, welche in bekannter Art und Weise ein oder mehrlagig ausgebildet sein kann. Üblicherweise ist die mindestens eine Abschirmlage aus metallischem Werkstoff gebildet. Es kommen allerdings auch Kunststoff/Keramik/Faserge webe oder anderweitige Werkstoffe, die sich zur Wärmeabschirmung bewährt haben, in Betracht.
Eine Wärmequelle 1 strahlt Wärme auf die Abschirmlage 2 ab. Ein Bereich, der der Wärmequelle 1 am nächsten liegt, ist ein ther misch hochbelastetes Areal 5, da dort Wärme der Wärmequelle 1 mit höchster Flächenbelastung in die Abschirmlage 2 eingetragen wird .
Um die Temperaturbelastung/Wärmebelastung des hochbelasteten Areals 5 zu reduzieren, sieht die Erfindung ein passives Kühl modul 200 vor, welches zumindest im Bereich des hochbelasteten Areals 5 auf der der Wärmequelle abgewandten Seite der Abschirm lage 2 angeordnet ist. Das Kühlmodul 200 besitzt eine Grundplatte 201 und Abstrahlelemente (z. B. Kühlrippen oder Kühlstäbe 202) . Die Kühlrippen oder Kühlstäbe 202 sind mit der Grundplatte 201 in wärmeleitender Art und Weise verbunden. Das Kühlmodul kann ein Gusskörper sein oder kann auch aus einzelnen Teilen (Grund platte 201 und Kühlrippen/Kühlstäben 202) zusammengesetzt sein. Die Grundplatte 201 des Kühlmoduls 200 ist in geeigneter Art und Weise mit der Abschirmlage 2, beispielsweise über Schrauben oder Nieten 203 fest verbunden, so dass von der Abschirmlage 2 hin zur Grundplatte 201 ein Wärmeübertrag stattfinden kann.
Die Grundplatte 201 ist in bevorzugter Art und Weise aus einem biegsamen/schmiegsamen Material ausgebildet, z. B. in Form eines Dünnbleches, welches z. B. eine Blechstärke von bis zu 0,2 mm oder 0,3 mm aufweist. Eine derartige Grundplatte kann sich bei Verwendung von Kühlrippen 202, die sich in der Ansicht gemäß Figur 2 senkrecht zur Zeichenebene erstrecken, eine Biegsamkeit um eine Achse senkrecht zur Zeichenebene der Figur 2 verwirkli chen und somit (in eindimensionaler Art und Weise) an eine mög liche Topographie der Abschirmlage 2 angepasst werden. Sofern die Kühlelemente als Kühlstäbe ausgebildet sind, so kann mit einer flexiblen, biegsamen und schmiegsamen Grundplatte 201 nach Art eines "Kühligels" ein Kühlmodul geschaffen werden, wel ches um eine Achse 300 (vgl. Figur 2) und um eine Achse senkrecht oder winklig zur Zeichenebene in Figur 2 an eine Topographie der Abschirmlage 2 anpassbar ist. Eine derartige Grundplatte 201 kann beispielsweise auch aus einem gut wärmeleitenden, bei spielsweise mit Metall versehenen Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Auch eignen sich Gewebematerialien, die gut wärmeleitend sind, beispielsweise eine Metall-Woll-Platte oder ein Drahtge wirr, Drahtgestrick, in welchem die Kühlrippen/Kühlstäbe 202 wärmeleitend verankert sind.
Zur Erläuterung des Begriffes "Kühlmodul (200)" wird klarge stellt, dass auch eine einzelne Kühlrippe 202 oder ein einzelner Kühlstab 202 bereits ein Kühlmodul im Sinne der Erfindung sein kann. Die Grundplatte 101, auf welcher eine Vielzahl von Kühl rippen/Kühlstäben 202 angeordnet sein kann, dient im Wesentli chen als vereinfachtes Verbindungshilfsmittel zur Anbringung ei ner Vielzahl von Kühlrippen/Kühlstäben 202 an der Abschirmlage 2. Somit ist die Grundplatte 201 nicht zwingender Bestandteil eines Kühlmoduls 200.
Mit der Erfindung gelingt es, in einfacher und kostengünstiger Art und Weise ein thermisch hochbelastetes Areal einer Wärmeab- schirmvorrichtung hinsichtlich seiner thermischen Belastung zu entlasten und somit eine kostengünstige Auswahl an Halbzeu gen/Werkstoffen für die Ausbildung einer Wärmeabschirmvorrich- tung zu ermöglichen. Es gelingt somit über eine lokale Wärmebe lastungsreduktion der Wärmabschirmlage, insgesamt eine kosten günstige Ausbildung einer Wärmeabschirmvorrichtung zu gewähr leisten . Bezugszeichenliste Wärmequelle
Abschirmlage
Bereich
Wärme
Areal Wärmeabschirmvorrichtung Kühlmodul
Grundplatte
Kühlrippen/Kühlstäbe
Schrauben/Nieten Achse

Claims

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