DE19540316A1

DE19540316A1 - Verpreßter Isolierkörper und Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE19540316A1
Application number: DE1995140316
Authority: DE
Inventors: Berndt Gierer; Winfried Dipl Ing Leiprecht; Hannes Dipl Ing Reisacher
Original assignee: AKO Werke GmbH and Co KG; Porextherm Daemmstoffe GmbH
Current assignee: Porextherm-Dammstoffe 87448 Waltenhofen De GmbH; Eika SCL
Priority date: 1995-10-28
Filing date: 1995-10-28
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2015-10-29
Also published as: DE19540316C2

Description

Die Erfindung betrifft einen verpreßten Isolierkörper für strahlungsbeheizte Vor richtungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Isolierkörpers.

Die FR-PS 488 308 beschreibt ein Verfahren zur Erhöhung der plastischen Eigen schaften und Agglomeraten aus Kieselgur. Der Masse werden beim Kneten kleine Mengen pflanzlicher oder tierischer Fasern als Plastifiziermittel zugesetzt. In der gebrannten Masse sind keine Fasern mehr vorhanden.

Aus der EP 0 623 567 A1 ist ein Preßverfahren zur Herstellung mikroporöser Formkörper aus einem Gemisch von Metallen der II. Hauptgruppe und pyrogen hergestelltem SiO₂ mit einem Anteil Al₂O₃ sowie einem Trübungsmittel bekannt, dem eine kleine Menge organischer Fasern beigegeben ist. Nach der Verpressung wird der Formkörper in einem Ofen auf eine bevorzugte Temperatur von 800 bis 900°C unter oxydierenden Bedingungen erhitzt. Auf diese Weise wird der Anteil an Fasern im Formkörper oxydiert und außerdem sollen die Metallverbindungen mineralisiert werden.

Da ohne Unterscheidung auch Fasern aus Kohlenstoff eingesetzt werden, ist die technische Lehre zur Herstellung von mit Heizleitern bestückten Isolierkörpern infolge deren elektrischen Leitfähigkeit nicht anwendbar.

Nachteilig ist hierbei auch der hohe Zeitaufwand und Energieeinsatz für die Erhit zung unter oxydierenden Bedingungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, einen faserfreien und da her physiologisch unbedenklichen und dennoch gute Wärmedämmwerte aufwei senden Isolierkörper der eingangs genannten Art durch Auswahl geeigneter Faser stoffe und Einsparung des Arbeitsschrittes der Erhitzung oder Abkürzung der Er hitzungsdauer in Öfen kostengünstiger herzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen dieser Erfindungsmerkmale und das Verfahren sowie die Vorrichtung sind den Ansprüchen 2 bis 14 zu entnehmen.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen in folgendem zu sehen:

- Physiologische Unbedenklichkeit in der Verwendung der Isolierkörper.
- Durch die Einbettung organischer Fasern wird bereits vor einer Verpressung eine große mechanische Festigkeit erreicht, so daß Handhabungen zu einer Zwischenlagerung und Versand weitgehend ohne Ausschuß durchführbar sind.
- Verringerung des beim Befestigen des elektrischen Heizleiters mittels Klam mern möglichen Ausschusses.
- Eine weniger aufwendige Erhitzung der Isolierkörper zur Zersetzung und Verkokung der Faserstoffe.
- Die unter Hitzeeinwirkung behandelten Isolierkörper weisen eine gleichgroße Formstabilität durch Bildung einer verfestigenden Keraminisierung ohne Ver minderung ihrer wärmedämmenden und Strom nicht leitenden Eigenschaften.

Die folgenden Beispiele erläutern bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

Beschreibung

Die Zeichnung zeigt in Fig. 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß ge preßten Isolierkörpers und in Fig. 1 schematisch eine hierzu dienliche Presse.

Es bedeuten:
1 Aufnahmeschale
2 In die Aufnahmeschale eingepreßter Isolierkörper
2a Boden der Aufnahmeschale
2b Rand der Aufnahmeschale
3 Die Aufnahmeschale überragender Rand des Isolierkörpers
4 Heizwendel
5 Keramische Kochplatte
6 Preßstempel
6a Vordere Preßfläche des Preßstempels
6b Obere ringförmige Preßfläche des Preßstempels
7 Mantelmatrize
8 Unterwerkzeug.

Die folgenden Beispiele beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und Durchführungsarten des Verfahrens anhand von Isolierkörpern für Kochplat ten.

Beispiel I

Für einen Isolierkörper kommt beispielsweise folgendes Gemisch A-B-C- in Frage:
40 Gew.% pyrogene Kieselsäure
25 Gew.% Rutil
24 Gew.% Perlite
5,20 Gew.% Vermiculit
0,25 Gew.% Vestanfasern
0,10 Gew.% Trevirafasern.

Die Fasern wurden auf eine Länge von 2,5 mm zerkleinert. Die Materialkomponen ten wurden in einem Mischer (1000 U/min) 3 min gemischt. Mit dieser Mischung wurde dann eine Isolierformkörperplatte (ohne Aufnahmeschale) mit einem Durchmesser von 163 mm, einer Dicke von 15 mm und einer Dichte von 0,28 g/cm³ sowie einem Rillenprofil für eine Heizwendel gepreßt.

Sodann wurden folgende Testreihen durchgeführt:

- Zunächst wurde an der Oberfläche des Prüflings eine Heizspirale mittels Klammern befestigt (Klammerfriktionsprüfung). Es waren keinerlei Beschädi gungen feststellbar.
- Unter üblichen Bedingungen wurde der Prüfling sodann einem Transporttest unterzogen.
- Hieran schloß sich ein Falltest an.

Es waren bei beiden Prüfungen keinerlei Risse und dgl. Beschädigungen an dem Isolierkörper feststellbar.

- Abschließend erfolgte eine elektrische Überprüfung auf Überspannungssicher heit und Kriechströme. Der Isolierkörper erwies sich als elektrischer Nichtlei ter.

Der Prüfling genügte somit allen mechanischen und elektrischen Anforderungen.

Schließlich wurde die Heizspirale ohne eine Temperatur-Begrenzungsschaltung in einen Stromkreis eingeschaltet und an der Lageroberfläche eine Temperatur von 800°C festgestellt; an der abgewandten Seite eine solche von 250°C. Dieses ge nügte, den Isolierkörper vollends faserfrei zu machen.

Die Entgasung der Fasern und das von ihnen abgegebene Wasser haben keinerlei Veränderungen verursacht. Es wurde dabei gefunden, daß Polyesterfasern wie Vestan mit einem aromatischen Geruch schmelzen, so daß die Erhitzung bei Kochplatten beispielsweise auch in vorteilhafter Weise bei Inbetriebnahme im Haushalt erfolgen kann. Durch die Zersetzung und Verkokung der Fasern wurde die Festigkeit des Isolierkörpers infolge der eingetretenen Keramisierung nicht ver schlechtert, eher verbessert. Der Dämmwert ist der gleiche.

Bei Pflanzenfaserstoffen wird bei für Hausgeräte bestimmten Isolierkörpern grund sätzlich eine Erhitzung vor der Benutzungsaufnahme erfolgen, da diese eine Ge ruchsbelästigung hervorrufen. Diese kann hier in einem Tunnelofen durchgeführt werden. Die Zersetzung und Verbrennung der Fasern erfolgt schon bei Temperatu ren von 300 bis 400°C restlos, so daß hierfür nur ein verhältnismäßig geringer Energie- und Zeitaufwand erforderlich ist.

Beispiel II

Perlonfasern wurden durch Schneidpressen zu einer Länge von 3 mm zerkleinert.

Diese wurden mit folgenden Komponentenmengen
65 Gew.% hochdisperse Kieselsäure
29 Gew.% Trübungsmittel und
5 Gew.% Vermiculit
0,30 Gew.% Perlonfasern
in einem Mischer (1000 U/min) 5 min gemischt. Anschließend wurde das Gemisch in die in Fig. 1 gezeigte Mantelmatrize 7 und die Aufnahmeschlag 3 in einer Füll höhe vom 5fachen der Stärke des fertigen Isolierkörpers eingefüllt. Der Rand der Auffangschale ist - wie zu sehen - in einem Winkel von 95°C zu ihrem Boden 10 aufgeweitet und bildet einen Innekegel mit einem Neigungswinkel von 15°. Dem Innenkegel der so ausgebildeten Aufnahmeschale und des Unterwerkzeugs 8 ent spricht an dem Preßstempel 6 ein einen Neigungswinkel von 15° aufweisender Au ßenkegel, der oben gegen die Mantelmatrize 7 zu einen konkav eingewölbten Übergang 6b aufweist.

Der gepreßte Isolierkörper gemäß Fig. 2 wies sowohl am Boden als auch am Rand etwa eine gleiche Dichte von etwa 0,4 g/cm² auf. Es ließ sich problemlos eine Heizwendel 4 mittels Metallklammern befestigen.

Der Rand 3 ragt, wie zu sehen, über die Erhebung des Heizleiters 4 und auch der Auffangschale 1 hinaus und wird mit einer nicht dargestellten Feder gegen eine keramische Kochplatte angedrückt und hält dieser Belastung stand.

Claims

1. Isolierkörper für strahlungsbeheizte Vorrichtungen, wie Kochplatten oder dergleichen, im wesentlichen bestehend aus einem Gemisch hochdisperser keramischer Stoffe, einem Trübungsmittel und nach Erhitzung zersetzter or ganischen Fasern, gekennzeichnet durch eine Mischung und Verpressung folgender Stoffe:

A) 10-95 Gew.% hochdisperses Metalloxid, dem wahlweise 3-60 Gew.% eines mineralischen Trübungsmittels zugesetzt ist,
B) ggf Zuschlagstoffe geblähte Schichtsilikate und/oder hochporöse Vul kangesteine in beliebigem Mengenverhältnis, bevorzugt 1-40 Gew.%,
C) 0,10-20 Gew.% Fasern aus organischen, vorzugsweise chemischen Stoffen ab einer Faserdicke von etwa 3 µm, vorzugsweise solche wie die Polyterephthalsäurefasern Trevira, Vestan und Diolen, welche beim Erhitzen der Isolierkörper in der Anwendung und dem dabei erfolgten Schmelz- und Zersetzungsprozeß einen aromatischen Geruch abgeben und daher auch in größerer Menge zumischbar sind.

2. Isolierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metalloxid pyrogene Kieselsäure (SiO₂), vorzugsweise mit einer BET-Oberfläche von 10-700 m²/g, in Frage kommt.

3. Isolierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trübungsmittel ein solches mit mindestens einem Absorptionsmaxi mum von 1,5 bis 10 µm in Frage kommt.

4. Isolierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trübungsmittel Ilmenitpulver in Frage kommt.

5. Isolierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schichtsilikate vorzugsweise Glimmer und Vermiculit in Frage kom men.

6. Isolierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vulkangesteine vorzugsweise Perlit oder Kaolin in Frage kommen.

7. Isolierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffmischung aus 20-80 Gew.% hochdisperser pyrogener Kiesel säure (SiO₂), vorzugsweise mit einer BET-Oberfläche von 150-400 m²/g, mit 25-40 Gew.% Zirkonsilikat und mit 0,1-2 Gew.% Polyesterfasern besteht.

8. Isolierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffmischung aus 30-60 Gew.% hochdispersem Metalloxid mit 10-25 Gew.% Vermiculit der Korngröße 1 mm mit 15-35 Gew.% Rutil und mit 0,1-1 Gew.% Polypropylenfasern besteht.

9. Isolierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffmischung aus 10-80 Gew.% Kieselsäure (SiO₂), mit 10-40 Gew.% Perlit, mit 10-30 Gew.% Vermiculit der Körnung 0,5 sowie mit 5-35 Gew.% Zirkonsilikat, dem eine geringe Menge von je 0, 1 Gew.% Eisen oxid und Aluminiumoxid beigemischt sind, und mit 0,5-15 Gew.% Vestanfasern mit einem Durchmesser von 3-25 µm besteht.

10. Verfahren zur Herstellung von Isolierkörpern gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

1) Vermischen der Komponenten A-B bzw. A-B-C
2) Verdichten der Mischung auf die gewünschte Form,
3) Erhitzen des Isolierkörpers in einem Tunnelofen auf mindestens 350°C und dgl. oder
4) Befestigung eines Heizleiters wie einer Heizwendel und
5) Erhitzen des Isolierkörpers bei Anwendung durch den Heizleiter.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchführung des Verfahrensschrittes 3 die Komponente C) aus chemischen Faserstoffen wie Polymerisaten, vorzugsweise Polyolefinen wie Polypropylen, Polykondensaten, Polyamide (Handelsnamen Perlon und Nylon), Polyadditionsstoffe, Elastomere sowie Polykondensationsstoffe wie Polyterephtalsäureester (Handelsnamen Trevira, Vestan, Diolen) oder Gemi sche derselben als auch aus pflanzlichen Stoffen, vorzugsweise Samenhaare und Bast, oder Gemische der genannten Stoffe besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchführung des Verfahrensschrittes 3, vorzugsweise Polyesterfa sern aus Polyterephtalsäureester (Handelsnamen Trevira, Vestan, Diolen), oder Gemische derselben, in Frage kommen.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verpressung von beispielsweise schalenförmigen Isolierkörpern (2) in ein Unterwerkzeug (8) mit aufgesetzter Mantelmatrize (7) oder in eine in ein Unterwerkzeug eingelegte Aufnahmeschale (4), deren Rand schräg auf wärts verläuft und das aus einem Preßkolben (6) bestehende Oberwerkzeug die Negativform entsprechend der Oberseite des Unterwerkzeugs (8) bzw. der Aufnahmeschale (1) aufweist und sich vorne an dem Außenkegel des Preßkolbens eine den Boden (2a) pressende Preßfläche (6a) und oben an die sem eine weitere ringförmige, im wesentlichen den Rand (2b) pressende Preßfläche (6b) anschließt.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung A-C bzw. A-B-C in eine auf Unterwerkezug (8) einer Presse bzw. Aufnahmeschale aufgesetzten Mantelmatrize (7) in mindestens zweifacher Höhe der gewünschten Dicke des Isolierkörpers erfolgt.