DE3834054A1 - Hitzeschild - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hitzeschild gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hitzeschilder dieser Art 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.

Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes 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 eingangs genannten Hitzeschild durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung kann daher in dem Prinzip gesehen werden, das Hitzeschild mit mindestens zwei Flachmate­ rialien 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.

In einfachster Weise bestehen diese Flachmaterialien aus zwei Blechen, die im Randbereich miteinander verbunden sind, und bei denen der dazwischen liegende Abstandsspalt mittels der da­ zwischen vorhandenen Luftschicht als Wärmeisolator wirkt.

Die Wärmeausdehnungscharakteristik der Flachmaterialien, ins­ besondere der Bleche, kann sowohl materialmäßig wie auch in Kombination oder alleine formmäßig realisiert werden. Vorteil­ hafterweise wird vorgesehen, daß das der Wärmequelle zuge­ wandte Blech eine dünnere Materialstärke hat und gegebenen­ falls durch vorgegebene Profilierung oder Sickung bei zuneh­ mender Erwärmung eine Ausdehnung oder Ausbauchung in Richtung der Wärmequelle erfährt. Im Beispiel eines nur an den Längs­ seiten der Bleche verbundenen Hitzeschildes 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. Zweckmäßigerweise wird auch trotz einer Dämmschicht eine Luftströmung noch 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 Sickung 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 zugewandten Ble­ ches ist auch eine Vorbiegung denkbar, damit auf diese Weise die Wärmeausdehnungsrichtung des Hitzeschildes vorgegeben werden kann. Die Einbringung von Sicken, die primär einer Versteifung dient, kann auch zur Vermeidung von Vibrations­ effekten genutzt werden.

Je nach dem Einsatzzweck können die Flachmaterialien oder Bleche des Hitzeschildes, die z.B. größere Rechteckabmessun­ gen aufweisen, an allen vier Rändern miteinander gegebenen­ falls über eine Falzung, ein Annieten, Verschweißen oder an­ deren Formschluß verbunden sein. In diesem Falle werden in bevorzugter Strömungsrichtung der Luft Abströmlöcher im Außen­ kantenbereich angebracht.

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 Erweiterungs­ effekt des innen liegenden Flachmaterials eine stärkere Wärme­ abfuhr bzw. Wärmedämmung ermöglicht. Diese Verbindung der Ble­ che weist zudem den Vorteil auf, daß für den Ausdehnungseffekt des inneren Bleches im Sinne eines "Membraneffektes" die Aus­ dehnungsrichtung vorgegeben werden kann und diesbezüglich keine Behinderungseffekt bestehen.

In Fällen, in denen eine noch stärkere Wärmedämmung bzw. Wärme­ ableitung erforderlich ist, bietet sich auch ein mehrschichti­ ger Aufbau des Hitzeschildes an. Es können daher anstelle von zwei Blechen weitere Bleche mit oder ohne Ausdehnungscharakte­ ristik vorgeschaltet werden, wobei auch in den Zwischenberei­ chen mit Luft und Isoliermaterialien gearbeitet werden kann.

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

Auch kann zwischen den Blechen eine Dämmschicht aufgebracht werden, die im Sinne eines Abstandshalters, aber auch als Schall- und Wärmeisolation fungieren kann. Als Dämmaterialien bieten sich hier organische oder anorganische Fasermaterialien an. In einer anderen Variante können in dem Abstandsspalt auch Metallgewebe, Gestricke oder Streckgitter vorgesehen wer­ den, um eine erhöhte mechanische Festigkeit zu erreichen. Die­ se Maßnahme trägt auch zur Reduzierung der Schallübertragung bei. Bei mehrschichtigem Aufbau kann die Wärmeenergie zwi­ schen den Lagen besser reduziert werden, wodurch eine Reduzie­ rung des Wärmeübergangs erreicht wird. Die Befestigung des Hitzeschildes erfolgt üblicherweise auf der sozusagen "kalten Blechseite", die der Wärmequelle abgewandt ist.

Mit dem Aufbau eines derartigen erfindungsgemäßen Hitzeschil­ des erreicht man, daß sich das der Wärmequelle zugewandte Flach­ material stärker dehnt als das dahinter liegende, wobei die Dehnung vorzugsweise in Richtung der Wärmequelle erfolgen soll. Auf diese Weise kann der in beliebiger Querschnittskonfigura­ tion vorliegende Abstandsspalt bzw. Luftspalt zwischen den Ble­ chen sich vergrößern, so daß dadurch ein besserer Isolations­ effekt statisch oder dynamisch eintritt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines schematischen Bei­ spiels noch näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine perspektivische Darstellung eines Hitzeschildes, wobei die Ausdehnungscharakteristik durch unter­ brochenen 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. tief­ gezogen. Die Hauptfläche des inneren Bleches 2 verläuft da­ her in einem Abstand, so daß zwischen den Blechen 2, 3 ein Abstandsspalt für einen Isolierstoff und insbesondere Luft gebildet wird.

Die Befestigung des Hitzeschildes 1 kann im Beispiel über die im Bereich der Falzung vorgesehenen Öffnungen 9 z.B. am Fahr­ zeug erfolgen. Das Blech 2 weist etwa in die Diagonalrichtung längs verlaufende Sickungen 15 auf, mittels derer eine be­ stimmte Ausdehnungscharakteristik, 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 Mate­ rialstärke, der Formgebung durch Sickung oder das Material selbst in Richtung der Wärmequelle ausdehnen, was mit der Bau­ chung 20 in unterbrochenem Linienzug angedeutet ist. Diese Aus­ dehnungskontur kann selbstverständlich beeinflußt werden, so daß auch andere Ausdehnungsformen möglich sind.

Auf diese Weise erreicht man sozusagen in der "Kaltphase" einen minimalen Abstandsspalt zwischen den Blechen, der sich bei stär­ kerer Erwärmung durch die Verformung des inneren Bleches 3 vo­ lumenmäßig erweitert. Aufgrund dieser volumenmäßigen Erweite­ rung ist ein größerer Luft- oder Isolationsabstand zwischen den Blechen vorhanden, so daß durch Luftströmung, aber auch statisch betrachtet durch einen entsprechenden Dämmstoff, kombiniert mit breiterem Spalt eine Selbstregulierung des Hitzeschildes be­ züglich der Wärmedämmung eintritt.

Claims (8)

1. Hitzeschild, insbesondere für den Kraftfahrzeugbau, zur Abschirmung von Wärmestrahlung, mit mindestens zwei miteinander verbundenen Flachmateria­ lien, von denen das erste, innere Flachmaterial der Wär­ mequelle zugewandt und das zweite, äußere Flachmaterial der Wärmequelle abgewandt vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste und zweite Flachmaterial (2, 3) im wesent­ lichen unter Bildung eines Abstandsspaltes (4) zwischen ihren zugewandten Flächen, insbesondere für einen Fluid- Durchgang, z.B. Luft, voneinander beabstandet sind, und
daß mindestens ein Flachmaterial, insbesondere das innere Flachmaterial (2) eine definierte Wärmeausdehnungs­ charakteristik zur Volumenvergrößerung des Abstandsspal­ tes (4) aufweist.

2. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere, der Wärmequelle zugewandte Flachmaterial (2) durch Materialwahl und/oder Formgebung eine Ausdeh­ nungscharakteristik, insbesondere Flächenvergrößerung in Richtung der Wärmequelle aufweist.

3. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachmaterialien (2, 3) Bleche, insbesondere mit unterschiedlicher Stärke, sind.

4. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flachmaterial, insbesondere das innere Flach­ material (2), eine dünnere Materialstärke aufweist und gegebenenfalls eine Sickung (15) zur Vorgabe der Aus­ dehnungscharakteristik und/oder des Abstandsspaltes (4) hat.

5. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Flachmaterialien (2, 3) an gegen­ überliegenden, insbesondere etwa parallelen Randberei­ chen (6, 7) z.B. mittels Falzen, Schweißen, Nieten vor­ gesehen ist.

6. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Flachmaterialien (2, 3) miteinander verbunden sind.

7. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf den zugewandten Innenflächen der Flachmaterialien (2, 3) eine Wärmedämmschicht vorgesehen ist.

8. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachmaterialien (2, 3), insbesondere beidseitig, strahlungsreflektierende, helle Flächen, z.B. vernickelte, verzinkte, alu-platierte Flächen oder Edelstahlflächen aufweisen.