DE69304642T2

DE69304642T2 - Hitzeschilder

Info

Publication number: DE69304642T2
Application number: DE69304642T
Authority: DE
Inventors: Alan William Atkinson; David Richard Bridge; Alan James
Original assignee: T&N Technology Ltd
Current assignee: Federal Mogul Technology Ltd
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2013-07-27
Also published as: EP0586077B1; ATE142761T1; GB9314542D0; GB2269886B; ES2092231T3; GB2269886A; EP0586077A1; US5385790A; DE69304642D1; GB9217795D0

Description

Diese Erfindung betrifft Hitzeschilder zur Verwendung in Fahrzeugen.
Viele Fahrzeuge weisen beträchtliche Wärmequellen auf, von denem wärmeempfindliche Ausrüstung, Ladung oder Fahrgäste abgeschirmt werden müssen. Beispielsweise müssen Fahrgäste in einem Kraftfahrzeug von Wärme abgeschirmt werden, die durch ein Aus-puffsystem erzeugt wird, oder elektrische oder elektronische Bauteile müssen von Wärme abgeschirmt werden, die in einem Motor erzeugt wird.
In Fahrzeugen verwendete Hitzeschilder müssen eine gute Wärme-übertragungsbeständigkeit mit akzeptablen Schalleigenschaften kombinieren; d.h., sie dürfen bei in Betrieb befindlichem Fahrzeug kein wesentliches Geräusch erzeugen. Derartge Hitzeschilder müssen offensichtlich auch in der Lage sein, den Temperaturen zu widerstehen, denen sie im Einsatz ausgesetzt sind. Weitere erwünschte Eigenschaften betreffen Leichtigkeit, Kompaktheit, Kostengünstigkeit und Recycling-Eignung, d.h. die Verwendung leicht wiederverwendbarer Materialien ist bevorzugt, insbesondere die Verwendung eines einzigen derartigen Materials.
Viele Hitzeschilder haben eine im wesentlichen durchgehend hitzereflektierende Oberfläche, die dazu ausgelegt ist, Strahlungswärme zurück zur Wärmequelle zu reflektieren. Üblicherweise sind derartige Oberflächen mit Metallelementen versehen, die den auftretenden Temperaturen widerstehen können, und sie sind gute Reflektoren für lnfrarotstrahlung. Aluminium oder eine Legierung davon kann verwendet werden, weil es sich dabei um einen besonders guten Reflektor für Infrarotstrahlung handelt, und weil es leichter als beispielsweise Stahl ist. Da Metall ein guter Wärmeleiter ist, ist es jedoch erforderlich, derartige Metallelemente mit Mitteln zur Reduzierung von Wärmeleitung durch sie hindurch zu versehen. Derartige Mittel kännen durch Zusetzen eines anderen Materials mit guten Wärmeisoliereigenschaften bereitgestellt werden, beispielsweise Mineralwolle. Dieses Material kann jedoch teuer sein, das Gewicht des Schilds erhähen und seine Recycling-Eignung reduzieren. Ein alternativer Weg, eine Wärmeisolierung bereitzustellen, besteht darin, einen oder mehrere eingeschlossene oder teilweise einge-schlossene Lufträume zu erzeugen, da Luft ein guter Wärmeisolator ist. Derartige Lufträume kännen zwischen Metallblechen erzeugt werden, die gerippt oder geprägt sind, so daß sie lediglich einen begrenzten Kontakt miteinander haben, so daß isolierende Lufträume zwischen den Kontaktbereichen vorhanden sind. Derartige Bleche müssen dick genug sein, um zum Beibehalten ihres Abstands eine ausreichende Festigkeit zu haben, d.h. sie müssen im wesentlichen starr sein. Derartige Konstruktionen kännen jedoch schallmäßig inakzeptabel sein, weil Schwingungseffekte auftreten kännen, und sie müssen zugunsten der Lufträume eine beträchtliche Dicke aufweisen. Ein Beispiel eines Hitzeschilds gemäß dem Stand der Technik ist in dem US-Patent Nr. 5 011 743 (Sheridan) beschrieben und umfaßt ein starres Gehäuse mit einer wärmereflektierenden Außenfläche und eine Mehrzahl von geprägten Metallfolien innerhalb des Gehäuses, wobei jedes Blech bzw. jede Lage sich im wesentlichen parallel zur wärmereflektierenden Oberfläche erstreckt, wobei die Lagen übereinander angeordnet sind und sich gegenseitig berühren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Hitzeschild mit guter Wärmeübertragungsbeständigkeit und guten Schalleigenschaften zu schaffen.
Die Erfindung schafft ein Hitzeschild für ein Fahrzeug, umfassend wenigstens ein Metallelement, das ein im wesentlichen starres Gehäuse festlegt, das eine im wesentlichen durchgehende hitzereflektierende Außenfläche aufweist, wobei das Hitzeschild außerdem eine Mehrzahl von Lagen einer glatten flexiblen Metallfolie innerhalb des Gehäuses umfaßt, wobei jede Lage sich im wesentlichen parallel zu der hitzereflektierenden Fläche erstreckt, wobei die Lagen übereinander angeordnet sind und sich frei untereinander benihren.
Der vorliegend verwendete Begriff "glatt" dient zur Bezeichnung einer Folie, die im wesentlichen frei von Eindrückungen oder Vorsprüngen ist, welche die Kontaktbereiche der übereinanderliegenden Lagen der Folie begrenzen würden. Eine derartige Folie muß im Gegensatz zu den Lagen, die in Hitzeschilder gemäß dem Stand der Technik verwendet werden, nicht geprägt, mit Rippen versehen oder geknittert werden, um sie ausreichend starr zu machen, damit zwischen benachbarten Lagen wohldefinierte Lufträume beibehalten werden. Eine derartige Folie ist vor dem Einsetzen in das Gehäuse üblicherweise eben, sie kann jedoch im Gehäuse aufgrund ihrer Flexibilität eine gewellte Form einnehmen.
Es hat sich herausgestellt, daß ein Hitzeschild gemäß der Erfindung eine gute Wärmeübertragungsbeständigkeit aufweist, weil, obwohl keine gut definierten Lufträume vorhanden sind, Luft trotzdem im Gehäuse vorhanden ist und als Isolator wirkt. Ferner stellen die Grenzflächen zwischen den Folienlagen eine Wärmeleitbeständigkeit bereit. Ein derartiges Hitzeschild hat sich als gute Schalleigenschaften aufweisend herausgestellt, weil die flexiblen Lagen nicht "schwingen" und weil ihre Anwesenheit daß das Gehäuse in Art einerr Trommel wirkt. Ein derartiges Hitzeschild ist kompakt, da es keine Tiefe für wohldefinierte Lufträume aufweisen muß, und es kann vollständig aus leichtem, relativ billigem, recyclebarem Metall hergestellt werden. Das Gehäuse legt die Gesamtform des Hitzeschilds fest, einschließlich sämtlichen Biegungen bzw. Krümmungen um Bauteile und sämtliche Befestigungspunkte herum, und dient als Schutz für die Folienlagen.
Bevorzugt ist das Gehäuse durch ein im wesentlichen starres Element festgelegt das eine Vertiefung festlegt, und ein Verschlußelement, das eine Öffnung def-Vertiefung verschließt. Sowohl eine Oberseite des Verschlußelements wie eine Bodenseite des im wesentlichen starren Elements können die wärmereflektierende Oberfläche bereitstellen. Das Verschlußelement kann aus einem Metallblech oder -folie hergestellt und mit einem im wesentlichen starren Element durch eine Kante des Verschlußelements verbunden sein, die über eine Kante des starren Elements gebogen ist, oder durch die Kante eines starren Elements, das über die Kante des Verschlußelements gebogen ist. Das Metall des starren Elements und des Verschlußelements kann dasselbe sein wie dasjenige der Lagen aus flexibler Folie. Aluminium oder Aluminiumlegierung ist als Metall aufgrund seiner guten wärmereflektierenden Eigenschaften geeignet. Andere Materialien kännen jedoch verwendet werden, z.B. Stahl mit einer Beschichtung aus Aluminium darauf.
Das starre Element des Gehäuses kann aus Material gebildet sein, das zwischen 0,25 und 0,75 mm, z.B. 0,46 mm, dick ist. Die Folienlagen können zwischen 1 und 150 µm, z.B. 50 µm, dick sein.
Das Gehäuse kann eine Tiefe von zwischen 0,5 mm und 3 mm aufweisen und 3 oder mehr Lagen enthalten, die lose sein kännen, d.h. nicht am Gehäuse oder an anderen Lagen angebracht sind, oder sie kännen an einer oder mehreren Kanten am Gehäuse oder an den anderen Lagen befestigt sein.
Es folgt nunmehr eine detaillierte Beschreibung die in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen zu lesen ist, von zwei Hitzeschildern, welche die Erfindung verkörpern.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht durch einen Teil einer ersten Ausführungsform des Hitzeschilds, und
Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, jedoch von einer zweiten Ausführungsform des Hitzeschilds.
Die erste Ausführungsform des Hitzeschilds 10 ist für ein Fahrzeug bestimmt und umfaßt zwei Metallelemente, die ein im wesentlichen starres Gehäuse 12 festlegen. Diese Metallelemente umfassen ein im wesentlichen starres Element 14, das aus Alumi-niumlegierung einer Dicke von ungefähr 0,46 mm hergestellt ist. Das Element 1 4 legt eine Vertiefung 1 5 fest mit einem Boden 1 6, der als im wesentlichen eben gezeigt ist, jedoch in einer erforderlichen gekrümmten Form geformt sein kann, aufwärts geneigte Seitenwände 18 und eine Lippe 20, die eine Öffnung 22 der Vertiefung 15 festlegt. Die Lippe 20 steht von den Wänden 18 weg von der Vertiefung 15 allgemein parallel zum Boden 16 vor. Die das Gehäuse 12 festlegenden Metallelemente umfassen ein Verschlußelement 24, das die Öffnung 22 verschließt und eine im wesentlichen durchgehende hitzereflektierende Oberseite 26 des Gehäuses 12 bereitstellt. Das Verschlußelement 24 besteht aus einer Aluminiumlegierungsfolie und ist über die Öffnung 22 gespannt. Das Verschlußelement 24 ist am Liement 14 durch Anlegen der Lippe 20 um die Öffnung 22 herum befestigt und wird in dieser Position durch umgebogene Kanten 28 der Lippe 20 gehalten. Bei anderen Konstruktionen kann die Kante des Elements 24 jedoch an die Lippe 20 geschweißt oder anderweitig an diese befestigt sein.
Das Gehäuse 12 ist in diesem Fall allgemein rechteckig in Draufsicht (nicht gezeigt) betrachtet; es kann jedoch mit einer beliebigen gewünschten Form hergestellt ein. Es hat eine Länge und Breite, die deutlich größer sind als seine Tiefe D, die als sich von der Oberseite des Bodens 16 zur Unterseite des Ver-Verschlußelements 24 erstreckend festgelegt ist. In diesem Fall trägt die Tiefe 2 mm.
Das Hitzeschild 10 umfaßt außerdem eine Mehrzahl von Lagen aus einer flexiblen glatten Metallfolie 30 innerhalb des Gehäuses 12. Jede dieser Lagen 30 ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und hat eine Dicke von ungefähr 50 µm. In diesem Fall sind 6 Lagen 30 vorgesehen, die in dem Gehäuse 12 deran übereinander angeordnet sind, daß sie sich im wesentlichen parallel zur Seite 26 erstrecken. Die Lagen 30 haben jeweils die ebene Form des Bodens 16 derart, daß die gesamte Fläche innerhalb der Wand 18 durch die Lagen 30 abgedeckt ist. Die Lagen 30 sind nicht an den Elementen 14 oder 24 befestigt, obwohl sie in Abwandlungen der Ausführungsform des Hitzeschilds 10 beispielsweise dadurch befestigt sein kännen, daß sie Kanten aufweisen, die durch die umgebogenen Kanten 28 eingeschlossen sein können. Die Lagen 30 sind außerdem nicht aneinander befestigt, obwohl sie bei Abwandlungen des Hitzeschilds 10 an wenigstens einer Kante beispielsweise durch Klammern derart befestigt sein können, daß die sechs Lagen als Einheit in der Vertiefung 15 angeordnet sein können, die durch das Element 14 festgelegt ist. Die Lagen 13 kännen einander frei berühren, d.h. zwischen ihnen ist nichts vorhanden außer Luft, und sie liegen in kleinen Bereichen bzw. Flächen aneinander, wie in der Zeichnung gezeigt. Aufgrund ihrer Flexibilität berühren die Lagen 30 einander über nicht festgelegte Bereiche bzw. Flächen, wobei jedoch zwischen ihnen eine bestimmte Menge Luft eingeschlossen ist. Die Folie der Lagen 30 ist dazu bestimmt, vollständig eben zu sein, wenn sie in die Vertiefung 15 eingeführt wird, gegebenenfalls mit Ausnahme zufälligen Knitterns oder Knautschens. Die Folie ist nicht vorsätzlich geknittert, mit Rillen versehen oder geprägt worden, nimmt jedoch aufgrund ihrer Flexibilität undefinierte Hohlräume und Erhebungen in der Vertiefung 15 ein, wie in der Zeichnung gezeigt.
Das Hitzeschild 10 ist dazu bestimmt, mit der Seite 26 in Gegenüberlage zur Wärmequelle verwendet zu werden. Sie kann jedoch mit der Unterseite 32 des Elements in Gegenüberlage zur Wärmequelle verwendet werden. Die Seite 26 ist aus einem guten Reflektor für Infrarotstrahlung hergestellt und reflektiert einen Anteil der Strahlung zurück zur Wärmequelle. Wärme, die durch das Verschlußelement 24 absorbiert wird, indem sie das Hitzeschild 10 durchdringt, muß die wärmereflektierende Wirkung der Oberseite der Lagen 30 und des Bodens 14 überwinden, muß die Grenzfläche zwischen den Lagen 30 und den Elementen 14 und 24 durchsetzen und die isolierende Wirkung der eingeschlossenen Luft überwinden.
Es hat sich herausgestellt, daß das Hitzeschild 10 eine zufriedenstellende Wärmeübertragungsbeständigkeit aufweist, obwohl diese Beständigkeit nicht so gut ist wie diejenige eines vollständig leeren Gehäuses, das jedoch keine zufriedenstellenden Schalleigenschaften aufweist. Die Schalleigenschaften des Hitzeschilds 10 sind jedoch ebenfalls zufriedenstellend, wobei der Dämpfungsfaktor als ungefähr 0,25 ermittelt wurde im Vergleich zu ungefähr 0,15 für das leere Gehäuse 12. Das Hitzeschild 10 ist außerdem leicht, relativ billig und kann recycelt werden, weil es vollständig aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
Fig. 2 zeigt die zweite Ausführungsform des Hitzeschilds 40, das zwei Metallelemente umfaßt, die ein im wesentlichen starres Gehäuse 42 festlegen. Diese Metallelemente bestehen beide aus einer Aluminiumlegierung und umfassen ein im wesentlichen starres Element 44 und ein Verschlußelement 46. Das Schild 40 umfaßt ebenfalls drei Lagen einer glatten flexiblen Folie 48.
Das Schild 40 wird durch Bilden eines Stapels mit dem Element 44 am Boden, dem Element 46 an der Oberseite und den Lagen 48 in Übereinanderlage zwischen den Elementen 44 und 46 gebildet. Die Kanten des Stapels werden daraufhin aufwärts so gebogen, daß das Element 44 eine Vertiefung bildet, die durch das Verschlußelement 46 verschlossen ist. Als nächstes werden die Kanten des Stapels zusammengedrückt und derart umgebogen, daß der Stapel durch die zusammengedrückten und umgebogenen Kanten zusammengehalten wird.
An den Kanten des Schilds 40 sind die Lagen 48 zwischen den Elementen 44 und 46 fest zusammengepreßt; entfernt von diesen Kanten kännen die Lagen 48 sich jedoch frei untereinander berühren, wobei zwischen ihnen jedoch eine bestimmte Menge Luft eingeschlossen ist. Die Lagen 48 nehmen deshalb obwohl sie anfänglich eben sind, undefinierte Hohlräume und Erhebungen in dem Gehäuse 42 ein.
Die Oberseite 50 des Elements 46 oder die Unterseite 52 des Elements 44 stellen alternative durchgehende wärmereflektierende Flächen dar, und die Lager 48 erstrecken sich allgemein parallel zu diesen Flächen 50 und 52.
Das Element 44 und mit einem bestimmten Ausmaß das Element 46 verleihen dem Schild 40 Steifigkeit und kännen in einer beliebigen benötigten Form geformt werden, z.B. indem sie um oder teilweise um eine Wärmequelle gewickelt werden.

Claims

1. Hitzeschild für ein Fahrzeug, umfassend wenigstens ein Metallelement (14; 44), das ein im wesentlichen starres Gehäuse (12; 42) festlegt, das eine im wesentlichen durchgehende hitzereflektierende Außenfläche (26; 52) aufweist, wobei das Hitzeschild außerdem eine Mehrzahl von Lagen einer glatten flexiblen Metallfolie (30; 48) innerhalb des Gehäuses umfaßt, wobei jede Lage sich im wesentlichen parallel zu der hitzereflektierenden Fläche erstreckt, wobei die Lagen übereinander angeordnet sind und sich frei untereinander berühren.

2. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12; 42) durch ein im wesentlichen starres Metallelement (14; 44) festgelegt ist, das eine Vertiefung (15) festlegt, und durch ein Verschlußelement (24; 46), das eine Öffnung (22) der Vertiefung verschließt.

3. Hitzeschild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (24; 46) aus einer Metallfolie hergestellt ist.

4. Hitzeschild nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement an dem starren Element durch umgebogene Kanten (28) befestigt ist.

5. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Metallfolie (30; 48) zwischen 1 und 1 50 µm dick ist.

6. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Tiefe D des Gehäuses (12; 42) zwischen 0,5 und 3,0 mm liegt.

7. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Schichten der glatten flexiblen Folie (30; 48) vorhanden sind.

8. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die glatte flexible Metallfolie (30; 48) aus Aluminium hergestellt ist.

9. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die glatte flexible Metallfolie (30; 48) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.

10. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Folielagen (30; 48) an wenigstens einer Kante mit dem Gehäuse (12; 42) verbunden sind.