DE102004026894A1

DE102004026894A1 - Wärmmedämmende Matte

Info

Publication number: DE102004026894A1
Application number: DE200410026894
Authority: DE
Inventors: Jan M Cremers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2005-12-22

Abstract

Das bekannte Prinzip der Vakuumdämmung wird bisher für zwei Gruppen von Anwendungen eingesetzt: Plattenförmige Dämmelemente (z. B. Vacuum Insulation Panels) oder im Zwischenraum fester Schalen (z. B. bei Kyrogefäßen). Die neue wärmedämmende Matte soll diese bisher effektivste Dämmtechnik für die kontinuierlich gefertigten Produkte einsetzen. Dabei werden durch Ausbildung wesentlich kleinerer evakuierter Bereiche die Fehlertoleranz und Einsatzmöglicheiten des Gesamtsystems entscheidend verbessert. Auch besitzt die neue wärmedämmende Matte als erstes Vakuumdämmsystem eine gewisse mechanische Flexibilität, was das Einsatzgebiet weiter vergrößert. DOLLAR A Zwischen zwei folienartigen Hüllmaterialien wird wiederholt regelmäßig oder unregelmäßig punktuell ein Dämmstoff angeordnet. Nach der Evakuierung des Zwischenraumes werden die einzelnen Dämmstoffbereiche durch weitgehend gasdichte Verbindung der beiden folienartigen Hüllmaterialien weitgehend gasdicht eingeschlossen und weitgehend gasdicht voneinander getrennt. DOLLAR A Dadurch entsteht eine wärmedämmende Matte, deren Abmessungen nur durch den Herstellungsprozeß beschränkt werden, aber prinzipeill mindestens in eine Richtung beliebig ausgedehnt sein können. DOLLAR A Die neue wärmedämmende Matte kann überall eingesetzt werden, wo hohe Dämmwirkung in Bezug auf die Stärke des Dämmsystems gefordert wird. Insbesondere dort, wo nicht mit immer wiederkehrenden Formaten gearbeitet wird, nicht plane Flächen vorkommen oder eine höhere Fehlertoleranz ...

Description

Die Erfindung betrifft ein mattenartiges, nicht plattenartiges Vakuum-Wärmedämmsystem mit einer hohen Wirkung bei sehr geringen Dämmstärken.
Die wärmedämmende Matte kann lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig sein.
Durch mehrlagige Anwendung mit geometrischen Verschiebung sowie den optionalen Einsatz von strahlungsreflektierenden Zwischenschichten kann die Gesamtdämmwirkung die Summe der Dämmwirkung der Einzelmatten übertreffen. Im Gegensatz zu verfügbaren Luftpolsterfolien und deren Verwendung in mehrlagigen Foliendämmsystemen ist die vorgeschlagene Lösung um ein Vielfaches druckbelastbarer und effizienter. Die Herstellung in wenigstens eine Richtung ist kontinuierlich möglich, sodaß auch sehr große Formate erzielbar sind. Das System ist erheblich weniger fehleranfällig als konventionelle plattenförmige Paneele.
1.1. Aufbau
Zwischen zwei folienartigen Hüllmaterialien (1a-c: h1 + n2) wird wiederholt regelmäßig oder unregelmäßig punktuell ein Dämmstoff (1a-c: k) angeordnet. Nach der Evakuierung des Zwischenraumes werden die einzelnen Dämmstoffbereiche durch weitgehend gasdichte Verbindung (1a-c: s) der beiden folienartigen Hüllmaterialien weitgehend gasdicht eingeschlossen und weitgehend gasdicht voneinander getrennt. Dadurch entsteht ein wärmedämmende Matte, deren Abmessungen nur durch den Herstellungsprozeß beschränkt werden, aber prinzipiell mindestens in eine Richtung beliebig ausgedehnt sein können.
1.2. Kernmaterial
Es können lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Materialien verwendet werden, vorrausgesetzt sie sind porös und offenzellig und damit evakuierbar. Vorzugsweise sollen Materialien mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit eingesetzt werden. Für Anwendungen, bei denen die lange Lebensdauer im Vordergrund steht, haben sich mikroporöse, vor allem pyrogen erzeugte Kieselsäuren bewährt. Ansonsten können aber beispielsweise auch offenzellige Schäume aus Polystyrol oder Polyurethan verwendet werden. Als lichtdurchlässiges Material können Aerogele eingesetzt werden. Je nach eingesetztem Kernmaterial ergeben sich sinnvolle Bereiche für das erforderliche Vakuum. Bei pyrogener Kieselsäure können schon bei Drücken zwischen 1 und 10 mbar Wärmeleitfähigkeiten zwischen 0,004 und 0,007 W/mK erreicht werden.
1.3. Hüllmaterial
Das Hüllmaterial muß über eine ausreichende Gasdichtigkeit verfügen und verarbeitbar sein. Das bedeutet für die Erfindung, daß das Hüllmaterial bei ausreichender Wahrung der Gasdichtigkeit faltbar und verschweißbar sein muß. Insbesondere muß eine ausreichend gasdichte Verbindung (1a-c: s) der beiden Hüllmaterialschichten (1a-c: h1+h2) hergestellt werden können, z.B. durch Verschweißen oder Verkleben.
Die im Bereich bekannter Vakuumdämmpaneele eingesetzten Hochbarrierefolien erreichen dies typischerweise durch einen Verbund verschiedener Materialschichten, bei dem jede Schicht eine Funktion übernimmt, wie zum Beispiel: Außen mechanisch belastbare Schutzschicht, in der Mitte Gassperre, innen verschweißbare Schicht.
Es sind den geforderten Eigenschaften entsprechende lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Verbundfolien verfügbar.
Die beiden Hüllmaterialschichten (1a-c: h1+h2) können aus identischen oder verschiedenen Folientypen und -kombinationen hergestellt werden.
1.4. Verbindung der beiden Hüllmaterialien
In 1a bis 1c finden sich zwei mögliche Arten, die beiden Hüllmaterialien zu verbinden. In 1a werden diese im Schnitt symmetrisch in der Mitte verbunden. In 1b verläuft die eine glatt und gerade, während die andere der Form des Dämmstoffes folgt. In beiden Fällen muß die Verbindung s um den Dämmstoff herum gasdicht ausgeführt werden. Dies kann durch thermischen Verschweißen, durch Kleben oder ähnliche geeignete Verfahren erfolgen, in diesem Beschrieb einheitlich als ,Verschweißung' bezeichnet.
Das Ziel bei der Definition der Faltung und der Verschweißung ist eine Minimierung von s in 2a + 2b bei einer möglichst großen Annährung an die in 2a + 2b gestrichelt gezeichneten Konturen, um die Wärmeverluste über die sich ergebenden Fugen f (2a + 2b) zu minimieren.
Ein entscheidender Vorteil dieses Prinzips ist, daß im Versagensfall der beschriebenen Verbindung unter der Annahme der Unversehrtheit des Hüllmaterials selber zwei oder mehr Dämmstoffbereiche verbunden werden, was der Funktionalität des Systems noch keinen Abbruch tut, da das Vakuum weiter erhalten bleibt, wenn die defekte Verbindung nicht im Randbereich der Matte liegt. Im Falle einer lokalen Beschädigung des Hüllmaterials und des Verlustes der Funktion der Gassperre fällt nur der betroffene Dämmstoffbereich aus, und wenn die zugrundeliegende Modulgröße a (gemäß 4-7) ausreichend klein gewählt wurde, ist die Funktionalität der Vakuumdämmstoffmatte weiterhin weitgehend gewährleistet.
1.5. Mehrlagige Anwendungen
In 3 ist beispielhaft dargestellt, wie die einzelnen Vakuumdämmungsmatten df (3a-e) durch mehrlagige Anwendung und die optionale (nur im Falle lichtundurchlässiger Anwendungen sinnvoll) Kombination mit strahlungsreflektierenden Schichten rs (3b-e), z.B. entsprechende Folien, in ihrer Wärmedämmungsleistung gesteigert werden können, und zwar durch geometrischen Versatz über die Summe der Wärmedämmungsleistung der Einzelmatten hinaus, da die einzelnen Verluste über die Fugen durch den Versatz reduziert werden.
Zur Vermeidung von Dampfdiffusionsproblemen können in bestimmten Dämmungsmatten (abhängig von der Einbausituation und dem erwarteten Dampfdruckgefälle) im Bereich der Verschweißungen Perforierungen vorgenommen werden, die Dampfdiffusion in eine Richtung ermöglichen.
Insbesondere eine mehrlagige Anwendung führt zu einer deutlich gesteigerten Fehlertoleranz des Gesamtsystems im Falle des Versagens (z.B. durch Belüftung) einzelner Füllkammern.
1.6. Prinzipielle regelmäßige Ausbildungen
Die 4-7 zeigen prinzipiell mögliche regelmäßige geometrische Ausbildungen, die auf der Rapportierung (Wiederholung gleicher aneinanderstossender Muster) geometrischer Grundfiguren wie Kreis, Drei-, Vier- und Sechseck beruhen.
Daneben sind auch Kombinationen dieser und anderer, auch nicht geometrisch regelmäßiger Grundfiguren möglich, soweit sie rapportierbar sind.
Anhand der 4-7 sollen die speziellen Merkmale und Kriterien für die Anwendung im Rahmen der Erfindung aufgezeigt werden:
In den 4b, 5b, 6b, 7b findet jeweils der rapportierbare Ausschnitt mit der Angabe der Modulgröße a und dem Fugenmaß f, das den Abstand der einzelnen Dämmstoffbereiche voneinander kennzeichnet.
In den 4a, 5a, 6a, 7a ist das Rapportmuster im Zusammenhang mit den geometrischen Grundfiguren dargestellt.
In den 4c, 5c, 6c, 7c finden sich Darstellungen die das geometrische Prinzip in einem größeren Zusammenhang zeigen. In diesen findet sich auch die Kennzeichnung des für die Faltung wichtigen Innenwinkels a.
In den 4d, 5d, 6d, 7d sind beispielhaft mögliche zweilagige verschobene Anwendungen dargestellt und die möglichen Durchdringungspunkte eingetragen, an denen die Matten ohne Verletzung der evakuierten Dämmstoffbereiche verbunden und/oder befestigt werden können.
Für die Faltung der Hüllmaterialien ist ein möglichst großer Innenwinkel a interessant, da hierdurch das Material am geringsten belastet wird. Gleichzeitig ein möglichst geringes Fugenmaß f und eine möglichst geringe Fläche zwischen den Dämmstoffbereichen von Bedeutung, um die geometrisch bedingten Wärmeverluste zu minimieren.
Dieser Wärmeverlust ergibt sich zum einen über die Summe der Ränder der Dämmstoffbereiche (linear) und zum anderen über die verbleibende Restfläche zwischen den Dämmstoffbereichen (flächig). Eine geometrisch bedingte Optimierung des erstgenannten Aspekts stellt die in 6 gezeigte Variante dar. Hier sind allerdings die Verluste über die Restfläche erheblich. Hier sind die Varianten gemäß 4, 5 + 7 besser.
4 und 5 bieten den Vorteil, daß die kontinuierlich produzierten Matten entlang gerader durch die Geometrie vorgegebenen Kanten (durch die Mitte der Verschweißung) geschnitten werden können. Auf diese Weise könnten auch einzelne Elemente, z.B. Platten, hergestellt werden. Die in 5 dargestellte Geometrie bietet zudem den Vorteil, daß die Matten leicht gerollt und transportiert werden können, da keine Biegung der dämmstoffgefüllten Bereiche erforderlich ist.
Die in 6 und 7 gezeigten Geometrien sind von konventionellen Luftpolsterfolien bekannt und damit grundsätzlich herstellbar.
Insbesondere 7 bietet im Sinne der Erfindung deutliche Vorteile: Der Innenwinkel a ist mit 120° sehr groß, die Restflächen zwischen den Dämmstoffbereichen sind sehr klein. Und 7d zeigt, daß diese Geometrie sehr ideal mehrlagig verschoben angewendet werden kann, da kaum Fugenbereiche übereinander zu liegen kommen.
Die Punkte in 4d, 5d, 6d, 7d zeigen die möglichen Stellen, an denen bei den Geometriebeispielen Durchdringungen möglich wären, ohne den Dämmstoff und damit das Vakuum zu verletzen. Diese Stellen sind ein Angebot für Durchdringungen, müssen aber nicht genutzt werden.
Sind a und f aus den 4-7 ausreichend klein gewählt, kann auch eine Durchdringung durch die mit Dämmstoff gefüllten Bereiche in Erwägung gezogen werden, da dann eventuell der punktuell erhöhte Wärmedurchgang in Kauf genommen werden kann.
Die Wahl der zugrundeliegenden Geometrie der Füllkammern und deren Anordung, die Länge der zwischen den Kammern befindlichen Stege, das verwendete Hüllmaterial und die gewählte Versiegelungstechnik bestimmen maßgeblich die Steifigkeit der wärmedämmenden Noppenmatte. Durch geeignete Bestimmung dieser Randbedingungen läßt sich beispielsweise erreichen, daß die Matten in eine Richtung rollbar sind (z.B. für die Dämmung tonnenförmiger Teile oder für einen einfachereren Transport).
2. Ausführungsbeispiel
2.1. Ausführungsbeispiel für eine lichtundurchlässige Anwendung
Hierfür könnte beispielhaft sinnvoll die in 7 dargestellte Geometrie gewählt werden mit einem Dämmstoff aus faserverstärkter pyrogener mikroporöser Kieselsäurepulver bei einem Vakuum von ca. 1 – 10 mbar. Das Hüllmaterial könnte eine konventionelle metallisierte Hochbarrierefolie mit einer möglichst geringen Wärmeleitung sein. Gemäß 7 könnte ein Modulmaß zwischen 1,5 cm und 10 cm bei einer minimalen Fugenbreite von ca. 1 – 5 mm und einer Dicke d gemäß 1a-c in Bereichen zwischen 4 und 20 mm gewählt werden.
2.2. Ausführungsbeispiel für eine lichtdurchlässige Anwendung
Wie in 2.1. beschrieben, nur unter Verwendung von Aeroegel als Kernmaterial und transparenter oder transluzenter Hochbarrierefolien, zum Beispiel mit einer Gassperre, die durch SiOx-Beschichtung(en) oder spezieller Polymere erreicht wird.

Claims

Prinzip einer wärmedämmenden Matte, gekennzeichnet durch den Einsatz von regelmäßig oder unregelmäßig angeordneten, weitgehend evakuierten Dämmstoffeinheiten (k) zwischen zwei folienartigen Hüllmaterialien (h1 und h2), wobei die Dämmstoffeinheiten gegeneinander vollständig durch weitgehend gasdichte Verbindung (s) der folienartigen Hüllmaterialien getrennt sind.
Prinzip nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch die weitgehend kontinuierliche Art der Herstellung, die sich unterscheidet von der konventionellen Art, aufeinanderfolgend einzelne Dämmstoffeinheiten zu umhüllen und fertig zu stellen, mit dem Ergebnis, daß eine zusammenhängende im Verbindung stehende Menge an evakuierten Dämmstoffeinheiten in Mattenform entsteht.
Prinzip nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch die Verwendung regelmäßiger wiederkehrender geometrischer oder anderer Grundformen oder deren Kombinationen, die auf einem Rapport bestehen.
Prinzip nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch die Verwendung unregelmäßiger geometrischer oder anderer Grundformen oder deren Kombinationen, die auf nicht auf einem Rapport bestehen, sondern sich aus dem Herstellungsprozess ergeben.