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Title:
THERMAL SHIELD DEVICE, IN PARTICULAR THERMAL SHIELD DEVICE THAT CAN BE ADAPTED TO LOCALLY DIFFERENTLY OCCURRING THERMAL INPUTS PER SURFACE AREA
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/011412
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a thermal shield device having at least one planar shielding layer (2), wherein the thermal shield device (100) is configured and designed so as to be suitable for shielding a component or region to be protected from heat from a heat source (1), wherein a passive cooling module (200) is thermally conductively connected to the shielding layer (2) at at least one highly thermally loaded area (5) of the at least one shielding layer (2).

Inventors:
RANGANATHAN THRIVIKRAMAN (DE)
HUBERT ANDREAS (DE)
SCHÖLZEL PETER (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/058825
Publication Date:
January 16, 2020
Filing Date:
April 08, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ELRINGKLINGER AG (DE)
International Classes:
H01L23/367; B60R13/08
Foreign References:
EP2090499A12009-08-19
EP1133793A12001-09-19
EP1690742A12006-08-16
DE202009011843U12010-01-07
DE4035177A11992-05-14
DE202011106603U12012-10-18
Attorney, Agent or Firm:
MUNIQUE-IP JÜRGEN OBERDORFER (DE)
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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.

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