DE19809316C2 - Wärmeisolationskörper und Mehrschichtkörper hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeisolationskörper mit einer Hülle und einer isolierenden Füllung, wobei die Hülle von einem Mehrschichtkörper gebildet wird, welcher wenigstens eine innere Kunststoffschicht, wenigstens eine Metallschicht und wenigstens eine äußere Kunststoffschicht aufweist, wobei die Hülle von einer unteren Lage und einer oberen Lage gebildet wird, die an wenigstens drei ihrer Ränder miteinander verschweißt sind. Die Erfindung betrifft auch einen Mehrschichtkörper zur Herstellung eines derartigen Wärmeisolationskörpers.

Wärmeisolationskörper dieser Art sind bekannt und weisen in der Regel eine paneelartige Form auf. Diese Paneel bestehene aus einem festen porösen Füllmaterial und einer Umhüllung, welche das Füllmaterial vollständig umschließt. Die Poren im Füllmaterial sind evakuiert, so dass im Inneren des Paneels abhängig vom Füllmaterial ein Druck von 0,1 bis 5 mbar herrscht. Die Umhüllung dient zur Aufrechterhaltung des geringen Drucks. Um die in den Paneele erforderlichen geringen Drücke über einen längeren Zeitraum (bis zu 15 Jahren) aufrecht zu erhalten, muss die Umhüllung das Eindiffundieren von Gasen (Wasserdampf, CO₂, O₂, N₂ usw.) aus der Umgebung minimieren. Hierfür wird in der Regel ein Mehrschichtkörper als Hülle verwendet, welcher aus Metallschichten sowie Kunststoffschichten, insbesondere Kunststofffolien besteht. Es sind auch Metall- Kunststoff-Verbundmaterialien denkbar. In der Regel weist die als Mehrschichtkörper aufgebaute Hülle mindestens eine innere Kunststoffschicht zur Abdichtung und/oder als Diffusionssperre für verschiedene Gase, mindestens eine Metallschicht insbesondere als Diffusionssperre für Wasserdampf sowie mindestens eine äußere Kunststofffolie als Schutzschicht und/oder Diffusionssperre auf. Diese Mehrschichtkörper sind an ihrem Rand, insbesondere ihrer inneren Kunststoffschicht miteinander verschweißt, so dass an den Seitenflächen des Paneels der Rand der Hülle absteht.

Liegen an den beiden Seiten, d. h. an der Außenfläche und an der Innenfläche des Paneels unterschiedliche Temperaturen an, so fließt ein Teil des Wärmestroms senkrecht zum Paneel zuerst durch den äußeren und durch das Füllmaterial und anschließend durch den inneren Schichtkörper. Die Wärmeleitfähigkeit des unter einem sehr geringen Druck gehaltenen porösen Füllmaterials ist sehr niedrig und in der Regel kleiner als 10 mW/mK. Ein Teil der Wärme fliesst jedoch auch über die Hülle, insbesondere über die Metallschicht um das Paneel herum. Aufgrund der deutlich geringeren Wärmeleitfähigkeit des Füllmaterials gegenüber der Umhüllung kann dieser das Paneel umfließende Wärmestrom trotz der geringen Dicken der Umhüllungsmaterialien nicht vernachlässigt werden. Insbesondere an den Seitenflächen des Paneels bestehen Wärmebrücken, da dort die Hülle in Richtung des Temperaturgradienten verlegt ist.

Um die gegenläufigen Effekte aus hohem Diffusionswiderstand und geringer Wärmeleitfähigkeit zu optimieren, muß die Dicke der Metallschicht(en) möglichst gering sein und außerdem eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Derzeit werden überwiegend Aluminium-Kunststoffverbundfolien zur Fertigung der Umhüllung eingesetzt. Die Aluminiumschicht, die eine Dicke von 6 bis 12 µm aufweist, ist ausreichend diffusionsdicht für Wasserdampf. Die Kunststoffschichten können zum einen als Diffusionssperre für verschiedene Gase dienen, verleihen der Umhüllung die geforderte Festigkeit und ermöglichen ein einfaches Verschweißen im Randbereich. Die dennoch eindiffundierenden geringen Mengen an Gasen können durch Zugabe von Gase bindenden Mitteln, wie z. B. Adsorbentien und/oder Absorbentien gebunden werden. Zwar kann der oben erwähnte Randeffekt durch Verringerung der Metallschichtdicke verkleinert werden, jedoch kann die Schichtdicke derzeit aus fertigungsbedingten Gründen nicht geringer sein als 6 µm, um noch den geforderten Diffusionswiderstand zu erzielen. Bei derartigen Schichtdicken verbleibt jedoch ein spürbarer Wärmeleiteffekt.

Der gänzliche Verzicht auf Metallschichten und die Verwendung von mehrlagigen Kunststofffolien führt zu einer entscheidenden Erniedrigung des Diffusionswiderstandes, insbesondere für Wasserdampf, so dass sehr große Mengen an Gase bindenden Mitteln verwendet werden müssten. Dadurch erhöht sich jedoch die Wärmeleitfähigkeit des Füllmaterials und die guten Isolationseigenschaften des Paneels gehen verloren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeisolationskörper der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass dieser eine geringere Wärmeleitfähigkeit, insbesondere in den Randbereichen aufweist.

Diese Aufgabe wird mit einem Wärmeisolationskörper der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dieser insbesondere eine quaderförmige Gestalt aufweist und der Mehrschichtkörper in den Seitenflächen, zumindest abschnittsweise frei von der Metallschicht ist.

Der erfindungsgemäße Wärmeisolationskörper weist den wesentlichen Vorteil auf, dass, obwohl die Wärme zwar über die äußere Oberfläche innerhalb der Metallschicht geleitet wird, entlang der Seitenfläche keine Wärmeleitung über die Metallschicht erfolgen kann, da diese zumindest abschnittsweise keine Metallschicht aufweist. Aufgrund dieser Unterbrechungen wird die Wärmeleitfähigkeit des Mehrschichtkörpers in den Bereichen der Seitenflächen wesentlich herabgesetzt, so dass der das Paneel umfließende Wärmestrom deutlich verringert wird. Die Wärmebrücken sind durch die Unterbrechungen der Metallschicht ebenfalls unterbrochen.

Insbesondere ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Schweißbereich keine Metallschicht vorgesehen. Dies hat noch den weiteren Effekt, dass relativ große Abschnitte in den Seitenflächen frei von Metall sind, wodurch die Wärmeleitfähigkeit ausschließlich noch von den Kunststoffmaterialien bestimmt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Metallschicht nur in den nahezu isothermen Bereichen des Wärmeisolationskörpers liegt. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass aus diesen nahezu isothermen Bereichen des Wärmeisolationskörpers die Wärme von der Metallschicht nicht leitend in Richtung des Temperaturgradienten übertragen wird.

Ein Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die obere und die untere Lage des Mehrschichtkörpers gleich ausgestaltet sind. Diese Lagen können vor der Befüllung zu einem Beutel verschweißt werden, wobei der Beutel anschließend mit der isolierenden Füllung angefüllt wird und nach dem Anlegen des Vakuums der Beutel verschlossen wird. Es ist jedoch auch denkbar, dass zwischen die beiden Lagen das Füllmaterial eingebracht und die Ränder gleichzeitig miteinander verschweißt werden. Derartige Wärmeisolationskörper weisen einen verschweißten Rand auf, der symmetrisch in den Seitenflächen des Mehrschichtkörpers liegt. Andere Wärmeisolationskörper sind derart ausgestaltet, dass der Schweißbereich im Wesentlichen aus der Mittelebene herausverlagert ist, und in der Regel in der Ebene der oberen oder in der Ebene der unteren Lage liegt. Derartige Wärmeisolationskörper haben den wesentlichen Vorteil, dass sie relativ dicht nebeneinander verlegt werden können, da die Ränder sich nicht störend auswirken.

Die Erfindung betrifft auch einen Mehrschichtkörper zur Herstellung eines Wärmeisolationskörpers der o. a. Art, wobei die Kunststofffolie insbesondere eine rechteckförmige Gestalt aufweist und die Metallschicht einen Abstand zu wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Rändern, insbesondere zu allen vier Rändern der Kunststofffolie aufweist. Durch diesen Abstand der Metallschicht zum Rand der Kunststofffolie wird gewährleistet, dass in den Seitenbereichen des Paneels, in welchen diese Ränder zu liegen kommen, sich keine Metallschichten befinden. Insbesondere dann, wenn die Metallschicht einen Abstand zu zwei einander gegenüberliegenden Rändern der Kunststofffolie aufweist, kann diese mit aufgewalzter Kunststoffschicht im Endlosverfahren hergestellt werden.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Mehrschichtkörpers ist vorgesehen, dass die Metallschicht im Bereich der Mittellinie unterbrochen ist und von zwei Teilschichten aus Metall gebildet wird. Eine derartige Kunststofffolie, auf welcher zwei Teilschichten der Metallschicht aufgeschweißt sind, kann in der Mittellinie gefaltet werden, so dass ein Schweißvorgang entfallen kann. Da im Bereich dieser Mittellinie keine Metallschicht vorhanden ist, findet keine Wärmeleitung über das Metall in diesen Seitenbereichen der Paneele statt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Mehrschichtkörper zur Herstellung eines Wärmeisolationskörpers;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Wärmeisolationskörper gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Wärmeisolationskörper gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine zweite Auführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeisolationskörper;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Mehrschichtkörpers;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines Mehrschichtkörpers; und

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform eines Mehrschichtkörpers.

In der Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen Mehrschichtkörper 1 dargestellt, welcher als Hülle 2 (siehe Fig. 2) für einen Wärmeisolationskörper 3 verwendet wird. Diesar Mehrschichtkörper 1 weist eine innere, einem offenzelligen Füllmaterial 4 (siehe Fig. 2) zugewandte Kunststofffolie 5 auf, auf welcher eine Metallschicht 6 aufgebracht, insbesondere aufgewalzt ist. Auf dieser Metallschicht 6 befindet sich eine weitere Kunststofffolie 7, die von einer äußeren Kunststofffolie 8 umgeben ist. Die beiden Kunststofffolien 5 und 7 sowie die Metallschicht 6 dienen als Diffusionssperre für verschiedene Gase. Die äußere Kunststofffolie 8 dient als Schutzschicht gegen mechanische Einwirkungen.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen herkömmlichen Wärmeisolationskörper, bei welchem das Füllmaterial 4 von einer oberen Lage 9 und einer unteren Lage 10 des Mehrschichtkörpers umgeben ist. Die beiden Lagen 9 und 10 sind in einem Randbereich 11 miteinander verschweißt. Dabei erstrecken sich die einzelnen Kunststofffolien 5, 7 und 8 sowie die Metallschicht 6 über die Seitenfläche 12 des Füllmaterials 4 bis in den Randbereich 11. Die Metallschicht 6 leitet die in der oberen Lage 9 über die gesamte Paneelfläche aufgenommene Wärme über einen Seitenabschnitt 13 in den Randbereich 11 und von dort über einen Seitenabschnitt 13' in die untere Lage 10. Derartige Paneele weisen optimale Isolationseigenschaften im Bereich des Füllmaterials 4 auf, leiten die Wärme in den Randbereichen 11 jedoch verhältnismäßig gut von der einen in die andere Lage.

Die Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmeisolationskörpers 3, dessen Füllmaterial 4 ebenfalls von einem Mehrschichtkörper 1 umgeben ist. Jedoch befindet sich die Metallschicht 6 lediglich in den nahezu isothermen Bereichen des Wärmeisolationskörpers 3, d. h. sie befinden sich im Wesentlichen nur in der oberen Lage 9 und in der unteren Lage 10 und erstreckt sich zumindest nur geringfügig über die Seitenfläche 12 des Füllmaterials 4. Im Wesentlichen befinden sich im Randbereich 11 entlang der Seitenfläche 12 ausschließlich die Kunststoffschichten 5, 7 und 8. Auf diese Weise wird minimiert, dass über Seitenabschnitte 13 (Fig. 2) Wärme in den Randbereich 11 sowie aus dem Randbereich 11 in die untere Lage 10 geleitet wird.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 endet die Metallschicht 6 bündig mit der Seitenfläche 12 des Füllmaterials 4 und der Randbereich 11 liegt im Wesentlichen in der Ebene der oberen Lage 9. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass derartige Wärmeisolationskörper 3 wesentlich dichter gefügt werden können, da der Randbereich 11 sich weniger störend auswirkt. Es besteht auch die Möglichkeit, den Randbereich 11 in Verlängerung der Seitenfläche 12 zu legen, so dass die Seitenfläche 12 randbereichsfrei ist. Dieser Schweißrand steht nun entweder über die obere Lage 9 oder über die untere Lage 10 ab.

Es wird noch darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu wiedergegeben sind. Die Dicke der Metallschicht 6 beträgt wenige µm, z. B. 6 µm und die Kunststoffschichten 5, 7 und 8 weisen jeweils eine Dicke von weniger als 1 mm auf. Die Gesamtdicke des Wärmeisolationskörpers 3 beträgt jedoch 10 bis 30 mm.

In der Fig. 5 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehrschichtkörpers 1 dargestellt. Bei diesem Mehrschichtkörper 1 weist die Metallschicht 6 zu jedem Rand der Kunststoffschichten 5, 7 und 8 einen Abstand auf. Derartige Mehrschichtkörper 1 werden bevorzugt dann verwendet, wenn alle vier Seiten miteinander verschweißt werden.

In der Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mehrschichtkörpers 1 darstellt, wobei hier die Metallschicht 6 einen Abstand zu zwei einander gegenüberliegenden Rändern 14 aufweist. Ein derartiger Mehrschichtkörper 1 kann im Endlosverfahren hergestellt werden, wobei die Metallschicht 6 auf die Kunststoffschichten 5, 7 und 8 aufgewalzt wird, und die hergestellte Bahn in die gewünschte Länge geschnitten wird.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ist auf die Kunststoffschichten 5, 7 und 8 die Metallschicht 6 in Form zweier Teilschichten 15 und 16 aufgebracht. Dabei weisen die Teilschichten 15 und 16 jeweils einen Abstand zu den Rändern der Kunststoffschichten 5, 7 und 8 auf und einen Abstand zueinander, der im Bereich der Mittellinie 17 liegt. Dieser Mehrschichtkörper 1 kann nun entlang der Mittellinie 17 gefaltet werden, so dass eine Verschweißung der Kunststofffolien 5, 7 und 8 in diesem Bereich entfallen kann. Dennoch weisen die Randbereiche keine Metallschichten auf, über welche Wärme geleitet werden könnte.

Der erfindungsgemäße Wärmeisolationskörper 3 weist ein besseres Isolationsverhalten auf als bekannte Wärmeisolationskörper, da in Richtung des Temperaturgradienten die Metallschicht 6 unterbrochen ist.

Claims (8)

1. Wärmeisolationskörper mit einer Hülle (2) und einer isolierenden Füllung (4), wobei die Hülle (2) von einem Mehrschichtkörper (1) gebildet wird, welcher wenigstens eine innere Kunststoffschicht (5), wenigstens eine Metallschicht (6) und wenigstens eine äußere Kunststoffschicht (7 und/oder 8) aufweist, wobei die Hülle (2) von einer unteren Lage (10) und einer oberen Lage (9) gebildet wird, die an wenigstens drei ihrer Ränder miteinander verschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtkörper (1) in den Seitenflächen (12) zumindest abschnittsweise frei von der Metallschicht (6) ist.

2. Wärmeisolationskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schweißbereich keine Metallschicht (6) vorgesehen ist.

3. Wärmeisolationskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (6) nur in den nahezu isothermen Bereichen liegt.

4. Wärmeisolationskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere und die untere Lage (9, 10) des Mehrschichtkörpers (1) gleich ausgestaltet sind.

5. Wärmeisolationskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißbereich symmetrisch in den Seitenflächen (12) des Mehrschichtkörpers (1) liegt.

6. Wärmeisolationskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißbereich im Wesentlichen aus der Mittelebene des Wärmeisolationskörpers (3) herausverlagert ist.

7. Mehrschichtkörper zur Herstellung eines Wärmeisolationskörpers (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolien (5, 7, 8) insbesondere eine rechteckförmige Gestalt aufweist und die Metallschicht (6) einen Abstand zu wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Rändern (14), insbesondere zu allen vier Rändern der Kunststofffolien (5, 7, 8) aufweist.

8. Mehrschichtkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (6) im Bereich der Mittellinie (17) unterbrochen ist und von zwei Teilschichten (15, 16) aus Metall gebildet wird.