ES2564379T3

ES2564379T3 - Elemento de escape compuesto

Info

Publication number: ES2564379T3
Application number: ES13182041.7T
Authority: ES
Inventors: Gabriele Ridolfi
Original assignee: Bosal Emission Control Systems NV
Current assignee: Bosal Emission Control Systems NV
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2033-08-28
Also published as: CN103711546B; US20140065331A1; CN103711546A; EP2703614B1; EP2703614A1; US10508583B2

Abstract

Elemento de escape compuesto que comprende - una carcasa (1) exterior hecha de un material compuesto; y - una protección térmica (2) interior que comprende una capa de un material aislante (21, 21', 22) de alta temperatura y su revestimiento (20) interior para protección frente a la abrasión del material aislante de alta temperatura, en el que el revestimiento (20) interior es un textil resistente a las altas temperaturas, caracterizado porque la protección térmica (2) interior comprende adicionalmente un revestimiento (25) exterior que es un textil resistente a las altas temperaturas, estando dispuesta la capa de material aislante (21') de alta temperatura entre el revestimiento (25) exterior y el revestimiento (20) interior.

Description

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DESCRIPCION

Elemento de escape compuesto

La invencion se refiere a un elemento de escape compuesto, especialmente un elemento de escape compuesto para su uso en un sistema de escape de un vetnculo a motor.

La eficiencia del combustible en automoviles se ha convertido en un aspecto cntico particularmente debido al incremento de las preocupaciones medioambientales, una legislacion mas estricta y la elevacion de los precios del petroleo. Una forma de mejorar la eficiencia es reducir el consumo de combustible. Esto puede conseguirse mediante la reduccion del peso de los componentes del automovil.

Una forma de reducir el peso es sustituir las piezas metalicas del sistema de escape de un automovil por materiales compuestos de peso ligero, tal como compuestos de resina reforzada con fibra. Sin embargo, los materiales compuestos son frecuentemente no estables a altas temperaturas. Dado que los gases de escape pueden alcanzar temperaturas de 800 a 1000 grados Celsius, estos materiales compuestos necesitan proteccion termica.

En la patente de Estados Unidos n.° 5.400.830 se sugiere construir una tubena de escape de automovil proporcionando una capa de aislamiento termico en el interior de un tubo exterior hecho de un material compuesto. El tubo esta provisto con un revestimiento interior mecanico de pared delgada para proteger dicha capa de aislamiento de la abrasion por los gases de escape guiados en el interior de la tubena. Sin embargo, los tubos metalicos aun se anaden al peso total y tienen bajo rendimiento en la absorcion del sonido.

Para reducir adicionalmente el peso del sistema de escape, se sugiere sustituir el tubo interior metalico por una malla metalica. Una malla metalica mantiene en su sitio la capa aislante y mejora las propiedades acusticas de la tubena. Frecuentemente, una capa de aislamiento es una lana o alfombrilla de fibra de alta temperatura, fibras que son proclives a ser erosionadas por los gases de escape a traves de las aberturas en la malla metalica. Un aislamiento erosionado tiene unas propiedades de aislamiento termico mas bajas y puede conducir a la rotura o a la fusion del tubo compuesto exterior. No se proporciona la estabilidad a largo plazo de dicha tubena de escape.

Hay una necesidad de elementos de escape de peso ligero que tengan buen rendimiento acustico. Especialmente, existe la necesidad de elementos de escape, en los que las partes metalicas sean sustituidas por materiales compuestos y que proporcionen igual o mejor rendimiento acustico.

Por la publicacion de patente internacional WO-A-2012/064194 es conocido un elemento de escape compuesto que comprende un material aislante de alta temperatura y un revestimiento interior hecho de una estructura de fibra porosa.

De acuerdo con la invencion se proporciona un elemento de escape compuesto que comprende una carcasa exterior hecha de un material compuesto y una proteccion termica interior. La proteccion termica interior comprende una capa de material aislante de alta temperatura y un revestimiento interior para proteccion contra la erosion del material aislante de alta temperatura. El revestimiento interior es un textil resistente a las altas temperaturas.

El material compuesto de la carcasa exterior se protege termicamente por la proteccion termica interior. La proteccion termica interior en su lado interior soporta las calientes temperaturas del gas de escape que fluye en el interior del elemento de escape, temperatura que puede ser tan alta como 1000 grados Celsius, es decir la proteccion termica tiene una resistencia a la temperatura para soportar estas temperaturas. Sobre su lado exterior las temperaturas se reducen por la proteccion termica interior a una temperatura que el material compuesto de la carcasa exterior puede soportar. Dicha temperatura exterior puede ser tan baja como 200 a 250 grados Celsius.

La proteccion termica interior comprende una capa de material aislante de alta temperatura. Para proteger esta capa de material aislante de alta temperatura de la abrasion por los gases de escape guiados a traves del elemento de escape, se dispone un revestimiento interior hecho de un textil, resistente a las altas temperaturas, adyacente al lado interior de la capa de material aislante de alta temperatura.

La abrasion o erosion del material aislante de alta temperatura es provocada por el impacto mecanico o qmmico de la atmosfera frecuentemente nociva u oxidante en un sistema de escape. Por medio del revestimiento textil interior puede impedirse o mantenerse en el mmimo un contacto directo de los gases de escape con el material aislante de alta temperatura.

Ademas, las propiedades sonoras del revestimiento interior textil son iguales o incluso mejoradas en comparacion con los revestimientos de malla metalica interior. Sin embargo, estos ultimos son mas proclives a la corrosion y no proporcionan mucha proteccion contra la erosion para la capa de material aislante de alta temperatura.

En un textil, las fibras se unen en una red, por ejemplo hebras o hilos que forman el textil. Las fibras individuales son menos propensas a la abrasion por un pase por un flujo de gas en comparacion con las fibras en bruto de, por ejemplo, una capa de no tejido o lana de un material aislante de alta temperatura. Sorprendentemente, el revestimiento interior textil no es erosionado por un flujo de gas. Junto a las fibras que estan unidas en una red, otra

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razon puede ser la reducida rugosidad superficial del revestimiento interior textil que parece no proporcionar una diana para procesos abrasivos.

Los textiles pueden fabricarse en varias densidades y pueden proporcionar diversas rugosidades superficiales. Por lo tanto, proporcionan un campo amplio de proteccion contra la abrasion incluyendo flexibilidad en la absorcion del sonido y especialmente propiedades de transparencia al sonido del revestimiento interior. Con una rugosidad superficial tambien puede influirse en la contrapresion en el elemento de escape, manteniendo la contrapresion baja con una pequena rugosidad superficial.

Con el elemento de escape compuesto de acuerdo con la invencion, la capacidad de absorcion del sonido de un sistema de escape puede mejorarse de modo que este en conformidad con los lfmites de nivel sonoro requeridos legalmente. Por esto, incluso los amortiguadores de sonido pueden quedar obsoletos o pueden reducirse de tamano. Debido al mayor aislamiento termico del elemento de escape compuesto de acuerdo con la invencion comparado con las piezas de escape metalicas, tambien los apantallados termicos dispuestos generalmente entre el sistema de escape y la carrocena inferior de un vefuculo a motor pueden omitirse o reducirse. Mediante ambas de estas propiedades del elemento compuesto de acuerdo con la invencion, el peso del sistema de escape puede reducirse remarcablemente. En general, los amortiguadores de sonido comerciales pesan mas de la mitad del peso total del sistema de escape.

El “material aislante de alta temperatura” tal como se usa en el contexto de la presente solicitud, puede soportar temperaturas o tener una temperatura de resistencia, respectivamente, por encima de 300 grados Celsius, preferiblemente por encima de 600 grados Celsius, por ejemplo temperaturas de resistencia de hasta 1200 grados Celsius. Dado que el material aislante de alta temperatura puede disponerse en capas, los materiales tienen diferentes temperaturas de resistencia para capas diferentes. Por ejemplo, una capa mas distanciada del flujo de gas de escape puede elegirse entre materiales aislantes de alta temperatura que vanan entre temperaturas de resistencia de entre 400 grados Celsius a 700 grados Celsius, mientras que un material aislante de alta temperatura que se disponga proximo al revestimiento interior textil tiene preferiblemente una temperatura de resistencia por encima de 800 grados Celsius, mas preferiblemente por encima de 1000 grados Celsius.

Los materiales que tienen una temperatura de resistencia mas baja son generalmente menos caros que los materiales con temperaturas de resistencia mas alta. Por lo tanto, la seleccion de los materiales apropiados puede contribuir al coste total del sistema de escape.

El material aislante de alta temperatura se elige preferiblemente entre materiales de fibra, tales como lana aislante de alta temperatura. Sin embargo, tambien el material aislante no fibroso requiere proteccion contra la abrasion, por ejemplo, materiales quebradizos tales como materiales ceramicos.

Los “materiales textiles resistentes a altas temperaturas” tal como se usa en el contexto de la presente solicitud soportan preferiblemente temperaturas por encima de 600 °C, mas preferiblemente por encima de 800 °C o por encima de 1000 °C. Los materiales para el material textil resistente a las altas temperaturas y por ello para el revestimiento interior soportan la temperatura del gas de escape que fluye en el interior del elemento de escape. Pueden elegirse en consecuencia los materiales dependiendo de la localizacion en el sistema de escape en la que se dispone el elemento de escape de acuerdo con la invencion. Las temperaturas mas proximas a la salida de un motor o proximas al convertidor catalftico son mas altas que las temperaturas mas proximas a un silenciador, que se dispone basicamente proximo a la salida del sistema de escape.

Ejemplos de fibras resistentes a las altas temperaturas usadas preferiblemente para material aislante de alta temperatura y el textil resistente a las altas temperaturas son: fibras de vidrio (vidrio clase E, vidrio clase S), fibras de sflice, fibras de alumina, fibras de alumina-sflice, fibras de cuarzo. Todas estas fibras tambien tienen una baja conductividad termica.

Ejemplos de materiales compuestos para la carcasa exterior son resinas de silicato de alumina, compuestos de matrices ceramicas reforzadas con fibra o resinas fenolicas. Algunas de estas resinas son muy eficientes en coste y faciles de manejar, pero pueden tener temperaturas de resistencia tan bajas como 200 a 250 grados Celsius. La carcasa exterior se fabrica, por ejemplo mediante pultrusion o moldeo tal como es conocido en la tecnica y que por lo tanto no se describira adicionalmente.

Los textiles proporcionan la ventaja adicional de ser flexibles de modo que cubren limpiamente tambien superficies no planas o no regulares y que pueden adaptarse facilmente a varias formas y dimensiones. Un textil para el revestimiento interior puede tambien elegirse o tratarse de acuerdo con su posicion en un sistema de escape, tal como por ejemplo curvas en un elemento de escape, por ejemplo una tubena de escape. En la proximidad de las curvas, el textil puede, por ejemplo, tener una estructura mas densa, ser mas grueso o puede recubrirse.

Para finalidades de estabilizacion o fijacion, puede proporcionarse una malla metalica en el interior del revestimiento interior. Dicha malla metalica puede incorporarse dentro del revestimiento interior o puede proporcionarse como un revestimiento de malla metalica separado dispuesto proximo a, y mas centrado que, el revestimiento interior textil.

De acuerdo con un aspecto del elemento de escape compuesto de acuerdo con la invencion, el textil resistente a las

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altas temperaturas es un textil resistente a las altas temperaturas tejido, tricotado o trenzado. El tejido, tricotado y trenzado son metodos bien conocidos de creacion de un textil. Permiten una variedad de textiles fabricados con diferentes clases de materiales. Especialmente, pueden variarse la densidad y la textura superficial. Por ejemplo, pueden tambien mezclarse o elegirse diferentes estilos de fabricacion para hacer el textil mas grueso o mas denso en ciertas areas o para ciertas aplicaciones del elemento de escape.

En algunas realizaciones preferidas el revestimiento interior del elemento de escape de acuerdo con la invencion es un tejido o tela. Una tela es una unica capa de textil tejido flexible compuesto de una red de fibras tal como hebras o hilos, y es simple de fabricacion y manejo. Tambien un tejido es generalmente una unica capa de un material tejido flexible realizado de una red de fibras. Sin embargo, un tejido puede estar hecho tambien por diferentes metodos de fabricacion, por ejemplo de acuerdo con los metodos tales como se han mencionado anteriormente, y permiten la fabricacion de capas multiples o capas gruesas, incluso cuando se usan fibras o hilos delgados.

De acuerdo con otro aspecto del elemento de escape compuesto de acuerdo con la invencion, el revestimiento interior tiene la forma de un manguito.

Las piezas grandes del sistema de escape estan en la forma de tubos. Por lo tanto, en una realizacion preferida de la invencion, el elemento de escape es una tubena. La carcasa exterior, la capa de material aislante de alta temperatura y el revestimiento interior tienen la forma de tubos. El revestimiento interior puede fabricarse directamente en la forma de un manguito, proporcionando de esa manera propiedades homogeneas (textura superficial, densidad) a lo largo de toda la circunferencia y longitud del manguito. Sin embargo, un textil tambien puede llevarse a la forma de un manguito, por ejemplo mediante cosido o adhesion.

El elemento de escape de acuerdo con la invencion puede ser tambien por ejemplo un amortiguador de sonido o silenciador o parte de un amortiguador de sonido o silenciador. Puede adoptar las funciones de una pantalla termica o sustituir o completar piezas de un sistema o instalacion de escape, en donde se requiere el aislamiento que comprende la proteccion contra la abrasion combinada con absorcion del sonido u otras propiedades acusticas espedficas, o podnan mejorar el rendimiento o la eficiencia del sistema o instalacion de escape.

En el elemento de escape compuesto de acuerdo con la invencion, la proteccion termica interior comprende adicionalmente un revestimiento exterior que es un textil resistente a las altas temperaturas. La capa de material aislante de alta temperatura se dispone entre el revestimiento exterior y el revestimiento interior. En esta disposicion la capa de material aislante de alta temperatura se empareda entre los dos revestimientos textiles resistentes a las altas temperaturas. La capa de material aislante de alta temperatura se mantiene dentro de los dos revestimientos, lo que es favorable, especialmente si el material es altamente fibroso o propenso en otra forma a la descomposicion.

La capa de revestimiento exterior, el material aislante de alta temperatura y el revestimiento interior pueden todos o solamente dos de ellos fijarse entre sf, por ejemplo cosiendoles con un hilo resistente a las altas temperaturas, mediante encolado, adhesion, grapado u otro metodo de fijacion. Una fijacion de al menos dos capas juntas facilita un manejo de los elementos asf fijados. Ademas, las capas fijadas juntas minimizan el riesgo de quedar mutuamente desencajadas. La disposicion del material aislante de alta temperatura, la capa exterior y el revestimiento interior puede mantenerse juntos, por ejemplo mediante una costura pasante con hilo resistente a las altas temperaturas. Una costura pasante es especialmente favorable si la capa de material aislante de alta temperatura es una capa de lana aislante de alta temperatura, es decir una capa de, esencialmente, una aglomeracion mas o menos suelta de fibras. De ese modo, la disposicion es un componente individual que puede formar la proteccion termica interior.

De acuerdo con un aspecto del elemento de escape compuesto de acuerdo con la invencion, la proteccion termica interior se fija a la carcasa exterior mediante encolado o fijacion mecanica, tal como por ejemplo ganchos, fijaciones de tipo velcro, corchetes, fijaciones por presion o similares.

El encolado, adhesion o fijacion mecanica directa son metodos favorables mediante los que la proteccion termica interior puede fijarse directamente a la carcasa exterior. Preferiblemente, no se requiere una fijacion para las capas o revestimientos individuales y no se requiere una fijacion separada, tal como por ejemplo pinzas o mallas metalicas para la proteccion termica interior. Mediante una fijacion mecanica directa, la proteccion termica interior, especialmente la capa de material aislante de alta temperatura puede mantenerse en su lugar dentro de la carcasa exterior. Estos metodos de fijacion son especialmente favorables, si la proteccion termica interior se fabrica como un componente suelto, por ejemplo, tal como se ha descrito anteriormente. Sin embargo, el metodo de fijacion directa es tambien favorable, si no se fijan juntas todas las capas. Por ejemplo, al menos una capa puede fijarse a otra capa, tal como el material aislante de alta temperatura a un revestimiento exterior.

De acuerdo con algunas realizaciones preferidas de la proteccion termica interior anteriormente descrita por ejemplo formada como un componente individual, el revestimiento exterior es un tejido textil que tiene una temperatura de resistencia exterior y el revestimiento interior es un tejido textil que tiene una temperatura de resistencia interior. La temperatura de resistencia exterior es mas baja que la temperatura de resistencia interior. La capa de material aislante de alta temperatura entre el revestimiento interior y el exterior por ejemplo puede ser una capa de lana de silicato, por ejemplo una capa de lana de vidrio de silicato alcalinoterreo.

Aunque los requisitos ffsicos y qmmicos han de ser satisfechos, la fabricacion de la proteccion termica interior

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tambien ha de ser eficiente en coste. Esto puede conseguirse mediante la eleccion de los materiales apropiados para las diferentes partes (capas, revestimiento) de la proteccion termica interior. En una disposicion de ejemplo, el revestimiento interior es un tejido textil mas caro pero mas resistente a alta temperatura, por ejemplo un tejido textil de sflice o vidrio clase S, y el revestimiento exterior es un tejido textil menos caro pero tambien menos resistente termicamente, por ejemplo un tejido de vidrio clase E. Las capas de lana de silicato por ejemplo tienen temperaturas de resistencia de hasta 1000, 1300 o 1500 grados Celsius y son menos costosas que por ejemplo lanas policristalinas.

De acuerdo con otro aspecto del elemento de escape compuesto de acuerdo con la invencion, el revestimiento interior se recubre con un recubrimiento resistente a las altas temperaturas tal como por ejemplo recubrimiento basado en sflice.

Con un recubrimiento resistente a las altas temperaturas, la resistencia a la erosion del revestimiento interior puede mejorarse adicionalmente y la abrasion puede reducirse asf adicionalmente. Ademas, la ya pequena rugosidad del revestimiento interior textil puede reducirse adicionalmente, reduciendo de ese modo la contrapresion en el sistema de escape. Los recubrimientos pueden usarse tambien para hacer al revestimiento interior estanco a gases. Para no influenciar negativamente las propiedades acusticas del revestimiento interior, se aplica preferiblemente el recubrimiento en una capa delgada solamente y se aplica preferiblemente un recubrimiento de estanquidad al gas solo en areas sensibles, por ejemplo en la proximidad de curvas del sistema de escape. Un recubrimiento aplicado a partes del elemento de escape puede usarse tambien para influir espedficamente en la amortiguacion o reflexion de ciertas frecuencias sonoras. Partes del revestimiento interior, que estan acusticamente cerradas pueden ser partes por ejemplo provistas con una lamina metalica delgada. Materiales acusticamente cerrados pueden anadirse por ejemplo al revestimiento interior o pueden sustituir una parte del revestimiento interior. Mediante esto, puede proporcionarse un elemento de escape con partes de revestimiento interior acusticamente diferentes dispuestas a lo largo de la longitud o circunferencia del elemento de escape.

De acuerdo con otro aspecto mas del elemento de escape compuesto de acuerdo con la invencion, el material compuesto de la carcasa exterior es un material compuesto reforzado con fibra. Con finalidades de estabilizacion un material compuesto, tal como una resina, puede reforzarse mediante la adicion de fibras. Ejemplos de dichas fibras son las fibras de carbono, fibras de boro, fibras de sflice, fibras de vidrio, etc. Los materiales compuestos reforzados con fibra usados en los sistemas de escape son conocidos en la tecnica, por ejemplo por el documento US 2009/0183502 o US 2007/0240932. En realizaciones preferidas del elemento de escape de acuerdo con la invencion, las fibras de vidrio, tales como las fibras de vidrio clase E, en resina de silicato de alumina o resina fenolica se usan como material compuesto para la carcasa exterior.

De acuerdo con otro aspecto del elemento de escape compuesto de acuerdo con la invencion, el material aislante de alta temperatura es una lana aislante de alta temperatura. Las lanas aislantes de alta temperatura son una disposicion suelta no tejida de fibras resistentes a las altas temperaturas y que han probado ser materiales aislantes muy buenos. En general, estas lanas tienen la forma de alfombrillas que pueden fabricarse mediante punzonado de una capa de fibras. Algunos productos tienen tambien pequenas cantidades de aglomerante o endurecedor anadido a las fibras o a la superficie de la capa de fibras, o mediante una combinacion de estas medidas para mantener juntas mejor las fibras. Los aglomerantes o endurecedores son frecuentemente no tan resistentes a la temperatura como las fibras y pueden influir negativamente en la capacidad de absorcion del sonido de la lana. Por lo tanto, como lana aislante —o en general material aislante de alta temperatura que esta hecho de, o contiene esencialmente, fibras— se usan las fibras puras sin ningun aglomerante. Algun material aislante de alta temperatura que contiene fibras contiene aglomerante que se quema a temperaturas de alrededor de 200 grados Celsius. Estos aglomerantes permiten un mejor manejo del material basico pero se eliminan despues de la instalacion del elemento de escape y no influyen por lo tanto adicionalmente en la capacidad de absorcion del sonido del elemento de escape. Las lanas aislantes de alta temperatura pueden estar hechas por ejemplo de fibras minerales, fibras de silicato alcalinoterreo, fibras de ceramica refractaria o fibras policristalinas. Estas fibras difieren principalmente con respecto a su temperatura de resistencia y coste.

En algunas realizaciones preferidas la lana aislante de alta temperatura es una o una combinacion de lana de silicato alcalinoterreo, lana de fibra policristalina o lana de fibra de silicato de aluminio. Estos son ejemplos de lanas comercialmente disponibles con temperaturas de resistencia por encima de 600 grados Celsius y hasta 1200 o 1600 grados Celsius.

De acuerdo con un aspecto adicional del elemento de escape compuesto de acuerdo con la invencion, el revestimiento interior, el material aislante de alta temperatura o un revestimiento exterior comprende fibras de uno o de la combinacion en el grupo de sflice, aluminio, silicato de aluminio, vidrio y cuarzo. Dichas fibras soportan la propiedad de elevado aislamiento termico de la proteccion termica interior debido a la baja conductividad termica de las fibras. Aunque tambien otras fibras, por ejemplo fibras de carbono o boro, son adecuadas para aplicaciones de alta temperatura, estas fibras tienen una conductividad termica mas alta disminuyendo asf la propiedad de aislamiento termico del material aislante. Sin embargo, tambien estas fibras son fibras aislantes con una conductividad termica mas baja que los metales convencionales tal como se usan en las aplicaciones de escape.

De acuerdo con otro aspecto del elemento de escape compuesto de acuerdo con la invencion, la proteccion termica

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interior comprende una capa adicional de material aislante de alta temperatura. La capa adicional se dispone en un lado opuesto de la capa de material aislante de alta temperatura al revestimiento interior, y puede comprender un material de aislamiento celular.

La proteccion termica interior puede comprender mas de una capa de material aislante de alta temperatura. Los materiales de las capas individuales pueden elegirse para una optimizacion tecnico-economica de la proteccion termica interior. Una capa mas interior del material aislante de alta temperatura ha de soportar temperaturas tan altas como las temperaturas que fluyen en el interior del elemento de escape. Cualquier capa adicional de material aislante de alta temperatura que rodee a la capa mas interior, o —mas general— que se disponga en una zona mas circunferencial ha de soportar temperaturas solo tan altas como la temperatura en la localizacion de una capa exterior en su proximidad y mas centralmente dispuesta del material aislante de alta temperatura. El aislamiento termico a las altas temperaturas se correlaciona frecuentemente con el grosor de las capas. El espacio es tambien un parametro de optimizacion, dado que el espacio, especialmente para sistemas de escape, es al menos en algunas localizaciones bastante limitado. Por lo tanto, puede ser favorable reducir las altas temperaturas iniciales a un nivel moderado y a continuacion disponer una capa adicional de material aislante de alta temperatura que tenga una temperatura de resistencia mas baja. Mediante esto, por ejemplo una capa aislante mas cara y posiblemente mas consumidora de espacio puede mantenerse pequena y puede complementarse por ejemplo mediante una capa menos costosa, mas compacta, que puede ser posiblemente no tan resistente a la temperatura como la capa dispuesta mas hacia el interior. Por ejemplo, la capa de material aislante de alta temperatura puede tener una temperatura de resistencia de 1000 a 1400 grados Celsius y es en realizaciones preferidas una capa unicamente hecha de fibras resistentes a altas temperaturas (con la excepcion de pequenas cantidades de aglomerante o endurecedores). Una capa adicional puede tener una temperatura de resistencia de por ejemplo 400 a 700 grados Celsius, lo que abre adicionalmente el campo tambien para materiales no fibrosos.

Un ejemplo de material aislante de alta temperatura no fibroso es un material aislante celular. Este es un material de celula cerrada o abierta que puede crearse como espuma o rociarse en el sitio. Ejemplos de materiales aislantes celulares son vidrio celular de poliuretano, sflice celular y aerogeles de sflice. Los materiales aislantes celulares vienen frecuentemente en la forma de tableros o alfombrillas flexibles o ngidas extendidas.

Una capa adicional puede proporcionar tambien diferentes propiedades materiales como la capa de material aislante de alta temperatura, tal como mas o menos rigidez o flexibilidad. Ademas, la capa adicional puede proporcionar propiedades mecanicas o qmmicas que esten bien adaptadas en combinacion con incluso capas adicionales o con el material compuesto de la carcasa exterior. Por ejemplo, puede permitir una fijacion segura de la capa exterior a la carcasa exterior compuesta, por ejemplo mediante aplicacion de un adhesivo.

De acuerdo con otro aspecto del elemento de escape compuesto de acuerdo con la invencion, la proteccion termica interior comprende una capa vada que forma una cavidad vada. “Vada” se entiende en este caso como que esta rellena con gas o gases y no con un aislante o cualquier otro material solido o lfquido. Ademas, la cavidad es acusticamente accesible, lo que significa que las ondas acusticas pueden entrar en la capa vada o cavidad. Preferiblemente, la cavidad se conecta acusticamente a un conducto interior del elemento de escape, a traves del que fluye el gas de escape. Preferiblemente, el revestimiento interior asf como el material aislante de alta temperatura, o cualquier capa adicional del aislamiento termico dispuesto en el interior de la cavidad, respectivamente, estan abiertos acusticamente de modo que las ondas acusticas pueden pasar desde el conducto interior a traves de estas capas y al interior de la cavidad.

La capa vada se dispone sobre un lado opuesto de la capa de material aislante de alta temperatura al revestimiento interior. De ese modo un volumen en otro caso relleno con un material aislante de alta temperatura —en una o varias capas—, esta ahora parcialmente formado preferentemente por un hueco de aire. Dado que la temperatura de los gases influye en la densidad del gas y la velocidad del sonido, una cavidad vada tiene un rendimiento de atenuacion sonoro mejor cuando esta llena con un gas mas fno que cuando esta rellena con un gas mas caliente. Por lo tanto, la capa hueca se dispone preferiblemente entre la carcasa exterior compuesta y el material aislante de alta temperatura, en donde las temperaturas son mas bajas dentro del elemento de escape (lado “fno” de la capa aislante). En un estado inicial del elemento de escape, el hueco de aire esta relleno con aire. Durante el uso, el aire puede sustituirse lentamente por el gas que fluye a traves del elemento de escape. Debido a una estructura abierta acusticamente de la proteccion termica interior, existe una conexion acustica entre la cavidad y el conducto interior en donde tfpicamente fluye el gas de escape caliente. Preferentemente, todas las capas de la proteccion termica interior estan abiertas acusticamente. Sin embargo, tambien el paso acustico puede proporcionarse a traves de preferentemente todas las capas de la proteccion termica interior para establecer una conexion acustica entre el conducto interior y la cavidad. Sin embargo, un flujo de gas dentro y a traves de la cavidad esta limitado de modo que solo tiene lugar un bajo intercambio de calor desde un conducto interior a la cavidad. De ese modo se consigue un mejor rendimiento acustico mediante una velocidad mas baja del sonido y una densidad de gas mas alta en la cavidad. Preferentemente, una capa hueca o cavidad no se extiende a traves de la misma distancia que las capas de material aislante. En realizaciones preferidas una cavidad se extiende sobre una parte de la longitud de un elemento de escape compuesto y las capas aislantes se extienden sobre toda la longitud del elemento de escape compuesto.

En realizaciones preferidas, el revestimiento exterior se proporciona entre la capa vada y el material aislante de alta

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temperatura. El revestimiento exterior fija el material aislante e impide que se disperse dentro de la cavidad vada, especialmente si se elige un material fibroso. Ademas, la naturaleza textil del revestimiento exterior permite que el sonido entre dentro de la cavidad vada, de modo que la cavidad se anade a la atenuacion sonora del elemento de escape. Especialmente en aplicaciones o localizaciones en donde el elemento compuesto de acuerdo con la invencion representa un amortiguador de sonido con un cierto volumen, puede ser ventajoso llenar parte del volumen completo con una cavidad vada o con aire. Mediante esto, tambien se puede ahorrar peso.

Con la provision de una capa vada dispuesta en el lado “fno” de la capa de material aislante de alta temperatura, tambien puede reducirse el volumen de un amortiguador de sonido — y por ello se puede reducir el coste y peso—: Un amortiguador de sonido que comprende una capa vada dispuesta en el lado “fno” de la capa de material aislante de alta temperatura puede tener un rendimiento de atenuacion sonora equivalente a sistemas de escape convencionales incluso con dimensiones reducidas. Los amortiguadores de sonido convencionales no se proporcionan con una capa de material aislante de alta temperatura sino que estan completamente llenos con gas relativamente mas caliente en comparacion con el gas en la capa vada de acuerdo con la invencion, por ello el gas mas caliente que tiene un rendimiento sonoro mas bajo.

En realizaciones que comprenden una capa vada, puede proporcionarse una trenza o malla de metal de soporte para soportar al menos uno de entre el revestimiento interior y el revestimiento exterior.

En algunas aplicaciones preferidas, el elemento de escape compuesto de acuerdo con la invencion es una parte de un sistema de escape para vedculos a motor. El elemento de escape de acuerdo con la invencion esta especialmente adaptado como alternativa para elementos metalicos por ejemplo tubos en sistemas de escape metalicos convencionales de automoviles. Dado el peso ligero de los elementos de escape compuestos puede conseguirse una reduccion de peso significativa. Dadas las propiedades de absorcion acustica, las piezas pesadas de un sistema de escape, tales como los amortiguadores de sonido o silenciadores, pueden incluso omitirse o construirse como construcciones ligeras. Esto reduce adicionalmente el peso global del sistema de escape y puede contribuir a la reduccion del combustible usado en el vedculo a motor respectivo.

La invencion se describe adicionalmente con referencia a realizaciones ejemplares del sistema de escape tal como se muestra en los siguientes dibujos. En los que

la Fig. 1 la Fig. 2 la Fig. 3 la Fig. 4 la Fig. 5

es una configuracion de un elemento de escape compuesto sin revestimiento exterior;

muestra una proteccion termica interior en la forma de emparedado;

representa un montaje de un elemento de escape compuesto;

muestra un elemento de escape con una cavidad;

muestra otra realizacion de un elemento de escape con una cavidad.

La Fig. 1 muestra una disposicion de un elemento de escape compuesto con una carcasa 1 exterior y una proteccion termica 2 interior. La carcasa 1 exterior esta hecha de un material compuesto, por ejemplo una resina reforzada con fibra. La proteccion termica 2 interior comprende una primera y una segunda capas de material aislante 21, 22 de alta temperatura y un revestimiento 20 interior hecho de un textil resistente a las altas temperaturas.

La primera capa 21 dispuesta mas centralmente del material aislante de alta temperatura se dispone adyacente al revestimiento 20 interior y esta hecha de un material de alta temperatura adecuado para soportar las temperaturas del gas caliente que fluye a traves del elemento de escape y a traves del revestimiento 20 interior. Preferiblemente, dicho material soporta temperaturas de hasta 1000 grados Celsius y es una lana aislante de alta temperatura, por ejemplo una lana de fibra de silicato.

La segunda capa 22 de material aislante de alta temperatura que rodea la primera capa 21 esta hecha de un material de alta temperatura que soporta la temperatura en la circunferencia 211 exterior de la primera capa 21. Dado que estas temperaturas son generalmente ya reducidas en comparacion con las temperaturas de la circunferencia 210 interior de la primera capa 21, el material de alta temperatura de la segunda capa puede soportar preferentemente solo por debajo de 700 grados Celsius. Una segunda capa 22 puede omitirse si la primera capa 21 proporciona un aislamiento termico suficiente o puede sustituirse tambien por una capa vada que forma un hueco de aire.

La parte mas interior de la proteccion termica 2 interior directamente en contacto con el gas caliente que fluye a traves del elemento de escape esta formada por el revestimiento 20 interior. Este revestimiento 20 interior esta hecho de un textil resistente a las altas temperaturas. Preferiblemente, el textil es un textil tejido, tricotado o trenzado. Puede ser una tela o tejido hecho de fibras del material resistente a las altas temperaturas, fibras que pueden ser esencialmente del mismo material que el usado para el material aislante de alta temperatura.

Preferentemente, al revestimiento 20 interior se prefabrica en la forma de un manguito con un diametro predefinido.

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El manguito puede trenzarse o tejerse directamente a partir de fibras resistentes a altas temperaturas. Un ejemplo de una realizacion de un manguito trenzado es la alumina^lice, un manguito de fibra de alumina-sflice de Hiltex Technische Weefsels BV, West Knollendam, Holanda, o el manguito de fibra 3M™ Nextel™ manguito trenzado suministrado por 3M, St. Paul, MN, Estados Unidos.

La proteccion termica 2 interior puede mantenerse en su posicion en el interior de la carcasa exterior mediante los medios de fijacion apropiados. Estos pueden ser por ejemplo una malla metalica interior tal como se ha usado previamente como revestimiento metalico interior o abrazaderas proporcionadas en los extremos de un elemento de escape.

En la Fig. 2 se muestra una proteccion termica 2 interior que puede fabricarse como un componente individual. Con dicho componente individual un revestimiento de malla metalica interior u otras herramientas de fijacion separadas pueden posiblemente omitirse. El componente se fija a la carcasa 1 exterior, por ejemplo con una capa 12 de cola u otra capa de adhesivo. El componente puede fijarse mecanicamente a la carcasa 1 exterior, por ejemplo mediante corchetes o fijaciones de tipo velcro. Mediante esto, la proteccion termica 2 interior se mantiene en su posicion.

La proteccion termica 2 interior comprende una capa de lana aislante 21' de alta temperatura emparedada entre un revestimiento 20 interior y un revestimiento 25 exterior, cada uno hecho de un tejido resistente a las altas

temperaturas. El revestimiento 25 exterior se dispone sobre el lado de la capa de la lana aislante 21' de alta

temperatura opuesto al revestimiento 20 interior y opuesto a las temperaturas altas iniciales. Por lo tanto, el revestimiento 25 exterior puede estar hecho de material que sea mas eficiente en coste y no tan resistente a la temperatura como el revestimiento 20 interior. Aunque el revestimiento 20 interior esta hecho preferentemente de un tejido de sflice o de vidrio clase S, el revestimiento 25 exterior puede ser un tejido de vidrio clase E. Preferentemente, tambien el revestimiento 25 exterior se prefabrica en la forma de un manguito. El revestimiento 20 interior, la capa de lana aislante 21' y el revestimiento 25 exterior se cosen pasando con un hilo 23 de alta

temperatura, por ejemplo un hilo de sflice puro. Mediante esta costura se puede formar una plantilla de rejilla que

mantiene unida la proteccion termica 2 interior.

Envolturas similares se usaron como aislante para la lanzadera espacial de la NASA, tambien conocido como Aislante Superficial Reutilizable Flexible Avanzado (AFRSI, del ingles “Advanced Flexible Reusable Surface Insulation”). En este caso, el filtro de sflice se empareda entre tejido de sflice o de vidrio clase S y la superficie exterior se recubre densamente con un recubrimiento de sflice para mejorar la resistencia a la erosion. Dicho recubrimiento grueso suprime la absorcion del sonido o al menos influye negativamente en las propiedades de absorcion sonoras. Sin embargo, las propiedades acusticas no son un problema con el sistema de aislamiento de la lanzadera espacial y en consecuencia la absorcion sonora o rendimiento sonoro en general no es problema con estas envolturas.

La Fig. 3 muestra una forma especial y un procedimiento de montaje de un elemento de escape compuesto con una carcasa 1 exterior que tiene una parte superior plana y un fondo plano y laterales redondeados. La carcasa 1 exterior se fabrica, por ejemplo se moldea como un tubo completo y se corta en dos semi-carcasas 10, 11 tal como se muestra en el lado izquierdo de la Fig. 3. Las dos semi-carcasas 10, 11 se proveen a continuacion con la proteccion termica 2 interior, por ejemplo una proteccion termica 2 interior tal como se describe en la Fig. 2. Las dos semi-carcasas se unen entonces para formar el elemento 1 de escape tal como se muestra en el lado derecho de la Fig. 3. La union se puede realizar por ejemplo mediante grapado, atornillado, adhesion, soldadura u otras tecnicas de union como es conocido en la tecnica. Las dos semi-carcasas 10, 11 pueden fabricarse tambien por separado.

Proporcionar dos semi-carcasas permite una alineacion muy precisa de la proteccion termica 2 interior antes de que se vuelvan a unir las dos semi-carcasas. La forma espedfica con un fondo y una parte superior planos proporciona un facil manejo del conjunto y de la carcasa 1 exterior de compuesto separada. Tambien permite una fabricacion automatizada de la carcasa 1 exterior, por ejemplo usando un refuerzo de fibra trenzado.

La Fig. 4 muestra una realizacion de un elemento de escape compuesto con una cavidad 26 dispuesta entre el revestimiento 25 exterior y la carcasa 1 exterior del elemento de escape compuesto. La cavidad 26 se forma como una parte de la carcasa 1 exterior que tiene un diametro ampliado. El revestimiento 20 interior, un material aislante 21 de alta temperatura y un revestimiento 25 exterior se disponen a lo largo y dentro de la carcasa 1 exterior. Debido al diametro ampliado se forma una cavidad vacfa entre el revestimiento 25 exterior y la carcasa 1 exterior en la zona con el diametro ampliado. El gas de escape caliente que fluye en el conducto 3 interior puede no pasar o pasar solamente de una manera muy limitada a traves de las capas 20, 21, 25 de aislamiento termico hechas del material aislante. En combinacion con las elevadas propiedades de aislamiento termico de estas capas 20, 21, 25, no tiene lugar o solamente tiene lugar un intercambio de calor limitado a traves de estas capas. De ese modo, la cavidad 26 permanece fria y consigue un mejor rendimiento sonoro como por ejemplo los resonadores de tubo perforado conocidos. Dado que el revestimiento 20 interior, hecho preferentemente de un manguito textil resistente a las altas temperaturas, el material de aislamiento 21 de alta temperatura y el revestimiento 2 exterior, preferentemente tambien hecho de un manguito textil resistente a las altas temperaturas son todos acusticamente transparentes, las ondas acusticas pueden entrar en la cavidad 26.

En una variacion, tal como se muestra en la Fig. 5, el acceso a la cavidad esta limitado para formar un denominado

cuello 13 de Helmholtz. La cavidad esta cerrada por una pared 12 adicional, acusticamente cerrada, excepto en el cuello 13 que se extiende dentro de la cavidad 26. El cuello puede tener la forma de un tubo con una seccion transversal circular o cualquier otra y se extiende radialmente hacia el exterior. En variaciones, el cuello puede situarse tambien por ejemplo bajo un angulo o contener una curva tal como para generar un conducto acustico que 5 junto con la cavidad forma un resonador de Helmholtz. Se proporciona un revestimiento 25 exterior, que preferentemente cubre al menos la entrada al cuello 13. Dado que la pared 12 adicional y el cuello 13 estan aislados por las otras capas 20, 21 aislantes y posiblemente tambien la 25, se puede usar el mismo material que para la carcasa 1 exterior. La pared 12 y el cuello 13 pueden estar hechos tambien por ejemplo del material plastico. Dado que la carga se soporta por la carcasa 1 exterior compuesta, los elementos 12, 13 no soportan carga y pueden en 10 consecuencia fabricarse de un material mas debil y mas eficiente en coste.

El cuello 13 puede extenderse tambien a todo lo largo de las capas 20, 21, 25 aislantes de modo que las ondas acusticas desde un gas de escape en el conducto 3 interior puedan entrar directamente en el cuello 13 y ser conducidas al interior de la cavidad 26. Sin embargo, dado que en dicha realizacion un extremo del cuello esta en contacto con el gas caliente, posiblemente han de ser usados otros materiales resistentes al gas de escape (por 15 ejemplo resistentes a altas temperaturas, abrasion, etc.) para el cuello que para la carcasa 1 exterior y la pared 12 adicional.

Tambien en las realizaciones del elemento de escape que comprenden una cavidad, pueden fijarse entre sf una o varias capas y el revestimiento exterior, posiblemente fijado a otras capas de la proteccion termica interior, puede fijarse directamente a la carcasa 1 exterior y a la pared 12, respectivamente.

20

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

REIVINDICACIONES

1. Elemento de escape compuesto que comprende

- una carcasa (1) exterior hecha de un material compuesto; y

- una proteccion termica (2) interior que comprende una capa de un material aislante (21, 21', 22) de alta temperature y su revestimiento (20) interior para proteccion frente a la abrasion del material aislante de alta temperature, en el que el revestimiento (20) interior es un textil resistente a las altas temperaturas, caracterizado porque

la proteccion termica (2) interior comprende adicionalmente un revestimiento (25) exterior que es un textil resistente a las altas temperaturas, estando dispuesta la capa de material aislante (21') de alta temperatura entre el revestimiento (25) exterior y el revestimiento (20) interior.
2. Elemento de escape compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el textil resistente a las altas temperaturas es un textil resistente a las altas temperaturas tejido, tricotado o trenzado.
3. Elemento de escape compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que el revestimiento (20) interior es una tela o tejido.
4. Elemento de escape compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el revestimiento (20) interior tiene la forma de un manguito.
5. Elemento de escape compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que al menos dos de entre el revestimiento (25) exterior, la capa de material aislante (21') de alta temperatura y el revestimiento (20) interior se fijan entre sr
6. Elemento de escape compuesto de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que el revestimiento (25) exterior, la capa de material aislante (21') de alta temperatura y el revestimiento (20) interior se fijan entre sf cosiendoles con un hilo (23) resistente a las altas temperaturas.
7. Elemento de escape compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el revestimiento (25) exterior es un tejido textil que tiene una temperatura de resistencia exterior, el revestimiento (20) interior es un tejido textil que tiene una temperatura de resistencia interior, siendo la temperatura de resistencia exterior, mas baja que la temperatura de resistencia interior.
8. Elemento de escape compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la proteccion termica (2) interior se fija a la carcasa (1) exterior mediante encolado o fijacion mecanica.
9. Elemento de escape compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el revestimiento (20) interior se recubre con un recubrimiento (24) resistente a las altas temperaturas, tal como un recubrimiento en base a sflice.
10. Elemento de escape compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material aislante de alta temperatura de la capa de material aislante (21, 21', 22) de alta temperatura es una lana aislante de alta temperatura.
11. Elemento de escape compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el revestimiento (20) interior, el material aislante (21, 21', 22) de alta temperatura o el revestimiento (25) exterior cuando sea aplicable, comprenden fibras de una o de una combinacion del grupo de sflice, aluminio, silicato de aluminio, vidrio y cuarzo.
12. Elemento de escape compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la proteccion termica (2) interior comprende una capa (22) adicional de material aislante de alta temperatura, disponiendose la capa (22) adicional en un lado opuesto de la capa de material aislante (21, 21') de alta temperatura al revestimiento (20) interior, y comprendiendo la capa adicional un material aislante celular.
13. Elemento de escape compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la proteccion termica (2) interior comprende una capa vacfa que forma una cavidad vacfa, disponiendose la capa vacfa en un lado opuesto de la capa de material aislante (21, 21') de alta temperatura al revestimiento (20) interior.
14. Elemento de escape compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que es parte de un sistema de escape para vehfculos a motor.