DE202011050486U1

DE202011050486U1 - Dämmstoffelement

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Publication number: DE202011050486U1
Application number: DE201120050486
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-19
Filing date: 2011-06-19
Publication date: 2011-10-13
Anticipated expiration: 2021-06-20

Abstract

Dämmstoffelement (1) mit zwei beabstandeten Flächensubstraten (5, 15), aufweisend eine zwischen innen angeordnete, Kräfte übertragende in Fläche verteilte Stützstruktur (4) mit wenigstens einem Hohlraum (2), und einen darin verfüllten gegliederten gasdurchlässigen Wärme- und/oder Schall isolierenden Dämmstoff (21) mit zergliederten Zwischenräumen und inneren Oberfläche/n und ein/e in zergliederten Zwischenräumen befindliche/s Gas/Gasmischung, dadurch gekennzeichnet, dass der gasdurchlässige Dämmstoff (21) mit einer wärmedämmend optimierten Gasfüllung befüllt oder befüllbar ausgebildet und im Wesentlichen gasdicht verschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dämmstoffelement mit den im Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Es ist bekannt, die Wärme- und/oder Schalldämmung mithilfe von Isolationsstoffen wie Perlit, Glaswolle, Steinwolle, Cellulose, Styroporkügelchen usw. auszuführen. Hierzu können die Dämmstoffe in loser Anordnung als Schüttgut in Hohlräume von Wänden eingefüllt werden oder in Gestalt von zugeschnittenen oder zuschneidbaren verfestigt ausgebildeten Platten bspw. als Steinwollematten zwischen Sparen und/oder auf Sparen einer Dachdämmung angeordnet werden. Diesen Isolationsstoffen ist ein Wärmeleitwert von ca. 0,035 bis 0,04 W/mK eigen, der für ein normal trockenes Produkt gilt. Mit einer Dämmdicke von ca. 45 cm kann das mitteleuropäische Passivhausstandard erreicht werden. Ebenso sind Schlafsäcke und Decken sowie Kleidungsstücke bekannt, die zwischen zwei Stofflagen einen Füllstoff aus Daunen, Kunststoffvlies oder Schaumstoff aufweisen, der mit Luft befüllt ist. Bei Änderung der Temperaturen findet eine Einlagerung von Luftfeuchtigkeit statt, die dann schlecht bzw. nur langwierig wieder herausgetrocknet werden kann. Folglich sinkt die Isolationsleistung und es können sich Schimmelpilz und Bakterienkulturen im Dämmstoff entwickeln, die zum weiteren Verfall des Dämmstoffs und schädlichen Partikeln in der Innenraumluft der Umgebung führen. Als ein Mittel dagegen wird in Dachdämmungen eine innenraumseitige Dampfsperre aus einer gasdichten Folie, beispielsweise einer aluminisierten Kunststofffolie oder aus einer PET-, PP-, PE- oder PVC-Folie angebracht. Sie soll den Feuchteeintrag von innen verhindern. Die nach außen gewandte Seite der Dämmung wird zwecks Belüftung ohne Dampfsperre gelassen, sodass die eingelagerten Wassermengen bei längerer Trockenzeit nach außen entweichen können. Dennoch kann es sein, da es von Wetter und Klima abhängt, dass der Dämmstoff nach wenigen Jahren bereits unbrauchbar wird. Bei Kleidung und Schlafsäcken belässt man die Umhüllung bewusst wasserdicht, aber wasserdampfdurchlässig, macht sie hydrophob und lüftet sie nach einer Nutzung ausgiebig.
Andererseits sind aus Kunststoffen oder -harzen aufgeschäumte Dämmstoffe bekannt, wie Styropor, XPS, PUR-Hartschaum und Resol, die durch ein in ihren geschlossenen Porenzellen eingelagertes wärmedämmendes Gas wie CO₂ einen niedrigeren Wärmeleitwert von ca. 0,020–0,028 W/mK erreichen können. Auch diese Dämmstoffe müssen gegen Feuchtigkeit geschützt werden. Deren weitere Nachteile sind durch hohen energetischen Herstellaufwand und deren chemische Natur bekannt, da sie oft in der Natur extrem lange unzersetzt bleiben und schädliche Stoffe emittieren können. Im Brandfall können giftige Gase zur Erstickung oder Vergiftung von Menschen führen. Ferner sind sie deutlich teuerer als die oben beschriebenen Dämmstoffe wie Perlit oder Glaswolle, denen es aber an Dämmleistung fehlt. Mit einer Dämmdicke von ca. 25 cm kann das mitteleuropäische Passivhausstandard durch Resol oder PUR-Hartschaum erreicht werden. Selbst wenn die Dämmstoffe wie PUR-Hartschaum zwischen Metallblechen angeordnet sind, sinkt mit den Jahren die Dämmleistung durch Wassereinlagerung und chemische Veränderungen und Folgen der Temperaturzyklen deutlich.
In DE 199 32 366 B4 sind Dämmplatten mit einer Kräfte tragenden Wabenzellstruktur offenbart, in die ein pulverartiger Dämmstoff wie pyrogene Kieselsäure eingefüllt ist. Zellartige Isolierkörper mit darin verfüllten Dämmstoffen zur Wärme- und/oder Schalldämmung sind in DE 36 07 047 C2 , DE 34 28 285 A1 , US 3,964,527 , US 4,330,494 und DE 29 42 087 A1 offenbart. Die Zellstruktur sorgt hierbei einerseits für hohe mechanische Festigkeit, Steifigkeit und Maßhaltigkeit einer Dämmplatte und dient andererseits zum Festhalten des Dämmstoffs in Zellen bei vertikalen Anordnungen. Es können mit derartigen Dämmelementen bei Verwendung von Glas-/Steinwolle oder Perliten Wärmeleitwerte dieser Dämmstoffe von ca. 0,04 W/mK und bei Verwendung von PUR-Hartschäumen oder Resol ca. 0,021–0,028 W/mK erreicht werden. Verwendung von PUR-Hartschäumen oder Resol ist wie oben beschrieben, mit umwelt- und gesundheitsrelevanten Nebenwirkungen verbunden.
Für die mobilen Anwendungen in Transportaufbauten wie beispielsweise Lastwagen-Kühler, aber auch Schiffen, Booten und Flugzeugen werden schlankere Wände benötigt – mit ca. 5 bis 10 cm, sodass eine weitere Steigerung der Dämmleistung äußerst erwünscht ist. Diese ist beispielsweise mit Vakuum-Isolationspaneelen erreichbar, die jedoch deutlich teuerer und anfällig für Undichtheiten sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mechanisch steifes Kräfte übertragendes Dämmstoffelement oder eine Dämmanordnung vorzuschlagen, mit der eine deutliche Dämmleistungserhöhung bei gleichzeitig geringen Kosten und verlängerter Nutzungsdauer und unter günstigen umweltrelevanten und brandschutzrelevanten Aspekten realisierbar ist.
Vorliegende Erfindung geht von einem Dämmstoffelement mit zwei beabstandeten Flächensubstraten aus, aufweisend eine zwischen innen angeordnete, Kräfte übertragende in Fläche verteilte Stützstruktur mit wenigstens einem Hohlraum, und einen darin verfüllten gegliederten gasdurchlässigen Wärme- und/oder Schall isolierenden Dämmstoff mit zergliederten Zwischenräumen und inneren Oberfläche/n und ein/e in zergliederten Zwischenräumen befindliche/s Gas/Gasmischung. Derartige Dämmstoffelemente sind beispielsweise auf der Basis von Waben- oder Stegplatten bekannt.
Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden dadurch gelöst, dass der gasdurchlässige Dämmstoff mit einer wärmedämmend optimierten Gasfüllung befüllt oder befüllbar ausgebildet und im Wesentlichen gasdicht verschlossen ist. Die Gasfüllung und Dämmstoff werden erfindungsgemäß derart vorbereitet, dass der Wärmeleitwert des Dämmstoffs dem von der Gasfüllung nahe kommt, wobei die Gasfüllung den gasdurchlässigen Dämmstoff durchsetzt.
Gegliedert mit zergliederten Zwischenräumen bedeutet hier, dass die Zwischenräume mit inneren Oberfläche/n einen beträchtlichen Volumenanteil an dem Gesamtvolumen des Dämmstoffs einnehmen und deren innere Oberflächen in Bezug auf die Oberflächen des Dämmstoffelementes ein Vielfaches betragen, wie es für poröse, pulverartige oder fasernbasierende oder zerstückelte Dämmstoffe beispielsweise mit einem Verhältnis von 1:1000 bis 1:10 Millionen zutrifft.
Die Gasfüllung kann darüber hinaus in bevorzugten Ausgestaltungen auch schalldämmend optimiert sein. Optimiert bedeutet experimentell ermittelt oder nach Algorithmen berechnet. Dabei ist die Gasfüllung bevorzugt aus einem Gas oder Gasmischung mit niedrigerer Wärmeleitzahl als Luft gebildet.
Die Gasfüllung sorgt für eine Ausschließung des Kondenswassers und Wasserdampfs und kann selbst vorzugsweise einen geringeren Wärmeleitwert aufweisen, als Luft. Die Form, Dicke und Volumen des Dämmstoffelementes sowie seine mechanischen Eigenschaften sind hierbei im Wesentlichen durch die Stützstruktur vorgegeben. Die Stützstruktur und damit das Dämmstoffelement kann flach oder 2- oder 3-dimensional gekrümmt ausgebildet und sehr maßhaltig sein. Eine Wabenkernstruktur lässt sich in einer Richtung problemlos und wenn die Zellwände mit Schlitzungen versehen sind, auch zwei Richtungen formen. Somit lassen sich beispielsweise übliche für Rohrleitungen rohrartige oder halbschalige Isolierelemente und kugelsphärische Isolierelemente für Behälterisolation bilden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Gasfüllung hierzu frei von Wasserdämpfen und insbesondere aus einem Gas oder Gasmischung mit niedrigerer Wärmeleitzahl als Luft gebildet. Die Gasfüllung kann vorzugsweise wenigstens eines der unvollständig aufgelisteten Gase aufweisen wie: Argon Ar, Kohlendioxid CO₂, Krypton Kr, Xenon Xe, Schwefelhexafluorid SF₆, Chlor Cl, Butan oder trockene Luft.
Der Wasserdampf erhöht durch Adsorption in den Dämmstoff seine Wärmeleitzahl. Erfindungsgemäß kann daher bereits durch trockene Luft als Gasfüllung eine deutlich bessere Wärmedämmung erreicht werden. Die dämmende Gasfüllung ist selbst frei von Wasserdämpfen und sorgt für eine Ausschließung des Kondenswassers und Wasserdampfs und weist erfindungsgemäß selbst einen geringeren Wärmeleitwert als Luft auf. Hierdurch sind Wärmeleitwerte erreichbar, die maximal um den Differenzbetrag von beispielsweise 0,009 W/mK zwischen dem Wärmeleitwert der Luft von 0,026 W/mK und dem gewählten Gas wie Argon von circa 0,017 W/mK geringer sind und somit zum resultierenden Wärmeleitwert von circa 0,040 – 0,009 = 0,031 W/mK führen können.
Zusätzliche, dadurch erreichten Vorteile sind in dem erreichbaren höheren Brandschutz und Ausschließung von Bakterien- und Schimmelpilzbildung ohne chemische Zusatzstoffe infolge des Ausschlusses des Sauerstoffs (mit Ausnahme der trockenen Luft) erkennbar, was zu einer längeren Lebensdauer des Dämmstoffs verhilft. Argon und Krypton sind außerdem aus Glasscheibenanwendungen für deren gute Schalldämmungseigenschaften bekannt, sodass bei schlanker werdender leistungsfähigerer erfindungsgemäßer Isolation die Schalldämmung erfindungsgemäß mitgehend ausgeglichen wird.
Eine besondere Leistungssteigerung ist dadurch erreichbar, dass die inneren Oberflächen des gasdurchlässigen Dämmstoffs im Wesentlichen frei von adsorbierten oder adsorbierbaren Luftgasschichten, und/oder Ölschichten und/oder insbesondere frei von Wassermolekülen/Wasserhäuten sind, wodurch im Wesentlichen nur die Gasmoleküle der wärmedämmenden Gasfüllung an den inneren Oberflächen des gasdurchlässigen Dämmstoffs adsorbiert oder adsorbierbar sind. Den durch die Wasserhäute verursachten Wärmestrom berücksichtigen bisher keine Dämmstoffe betreffenden wissenschaftlichtechnischen Untersuchungen und Datenblätter, wodurch er unerkannt geblieben ist. Die oft in Glaswollen eingesetzten Ölschichten steuern ebenso einen Wärmestrom bei und sind erfindungsgemäß zu eliminieren.
Eine derartige Befreiung von Wasserhäuten setzt einen vorausgehenden Prozessschritt voraus, bei dem der Dämmstoff beispielsweise direkt aus einer hochtemperaturigen Herstellung oder aus einer Ausheizungsphase in die dämmende Gasfüllung oder zwischenzeitlich in ein anderes Inertgas oder in Vakuum gebracht wird, bevor ein Kontakt mit der Umgebungsluft stattfinden kann. Eine bloße Trocknung der Dämmstoffe bei Temperaturen von um die 100°C reicht hierzu nicht aus. Besonders an Glasflächen, wie sie auch an Glasfasern oder Perlitkörnchen vorkommen, haften die adsorbierten Wassermoleküle aufgrund hoher Adsorptionsenergie sehr hartnäckig, sodass hierzu erfindungsgemäß Mittel und Verfahren vorgesehen werden, durch ausreichend hohe Heiztemperatur, und/oder Vakuumtrocknung und/oder Gefriertrocknung die benötigte Desorptionsenergie aufzubringen. Dadurch entfällt zusätzlich erfindungsgemäß der durch eine Wasserhaut übertragene Wasserhautwärmestrom, der den Wärmeleitwert eines konventionellen Dämmstoffs anteilig um ca. 0,010–0,014 W/mK auf 0,04 W/mK erhöht.
Durch Desorptionsvorgang werden auch andere Luftgase wie Stickstoff und Sauerstoff von den Oberflächen der strukturierten Dämmstoffe entfernt. Auch das ist ein nützlicher Effekt, auch wenn deren Wärmeleitwerte in der Größenordnung der Luft liegen, und deren Gashaut-Wärmeleitung geringer als bei Wasserhaut jedoch nicht null ist.
Die inneren Oberflächen der zergliederten Zwischenräume des Dämmstoffs sind bevorzugt mindestens zu 50%, bevorzugter zu 90%, bevorzugter zu 95%, noch bevorzugter zu 97%, noch bevorzugter zu 98%, noch bevorzugter zu 99%, noch bevorzugter zu 99,5%, noch bevorzugter zu 99,9%, noch bevorzugter zu 99,99% frei von Wasserhaut oder adsorbierten Wassermolekülen. Die feinporösen Dämmstoffe in Vakuumisolationen beispielsweise weisen ebenso derartige Wasserhautfreiheit auf.
Da die Dämmstoffe selbst, gemessen im Vakuum bei ausgeheizten Wasserhäuten, sehr niedrige Wärmeleitwerte erreichen, wie beispielsweise Glaswolle/Glasfasern, Perlite mit 0,001 W/mK, verbleibt als resultierende Wärmeleitzahl im Wesentlichen lediglich die der Gasfüllung übrig, sodass erfindungsgemäß Wärmeleitwerte des begasten Dämmstoffs von bis zu circa 0,026 W/mK bei trockener Luft, 0,017–0,018 W/mK bei Argon und CO₂, 0,009–0,010 W/mK bei Krypton und 0,005–0,007 W/mK mit allerdings sehr teuerem Xenon erreicht werden. Durch beliebige Gas-Zusammensetzung können auch alle dazwischen liegende Wärmeleitwerte eingestellt werden, sodass eine an die Anwendung sowohl Kosten- als auch Dämmleistungsanpassung ohne große Änderungen in der Herstellung umsetzbar ist. Die erreichbare Dämmleistung von 0,017–0,018 W/mK bei Argon und CO₂ ist in der Lage, Produkte anzubieten, die Resol und PUR-Hartschaum in Dämmleistung überbieten und durch bessere Umweltbilanz, besseres Brandschutzverhalten und ausdunstungsfreie Einsatzmöglichkeit in Innenräumen überzeugen können.
Mit einem resultierenden Wärmeleitwert von 0,017 W/mK lässt sich das mitteleuropäische Passivhausstandard von 0,13 W/m²K bereits mit ca. 13 cm und bei 0,01 W/mK mit 7,7 cm Dämmdicke erreichen. Dies erlaubt einen sehr schlanken Wandaufbau und sogar bei mobilen Transportaufbauten den Passivhausstandard. Allerdings kommt noch ein geringer Aufschlag für die dann anstelle der entfernten Wasserhaut wirksame adsorbierte Gashaut dazu. Für eine CO₂-Gashaut ist dieser Aufschlag bis zu 0,003 W/mK. Gase wie Schwefelhexafluorid SF₆, Chlor Cl, Butan sind hier nur beispielhaft aufgeführt und wegen deren Umwelt- oder Brandgefahren kaum einsetzbar.
Der erfindungsgemäße Dämmstoff und Dämmelement erreicht in bevorzugten Ausgestaltungen einen resultierenden Wärmeleitwert von unter 0,03 W/mK, bevorzugter unter 0,026 W/mK, noch bevorzugter unter 0,020 W/mK, noch bevorzugter unter 0,018 W/mK, noch bevorzugter unter 0,010 W/mK, noch bevorzugter unter 0,006 W/mK.
Ein erfindungsgemäßes Dämmelement kann besonders langfristig seine hohen dämmenden Eigenschaften beibehalten, wenn der gasdurchlässige Dämmstoff mit einer ausreichend gasdichten Hülle umschlossen ist, wobei ihre Gasdichtheit eine vorgegebene Permeationsrate aufweist, die dazu ausreicht, den Dämmstoff und die Gasfüllung über eine vorgegebene Nutzzeit im Wesentlichen frei von aus der Luftumgebung eindringenden Luftgasen und Wasserdampf zu erhalten.
Die gasdichte Hülle kann dabei die beabstandeten Flächensubstrate umfassen oder diese ausbilden. Die beabstandeten Flächensubstrate können am Rand des Dämmstoffelementes mit einem gasdichten Randhüllenelement verbunden sein oder die Randversiegelung mit verlängerten Flächensubstrat/en ausgeführt sein. Die gasdichte Hülle kann einstückig oder aus Abschnitten gasdicht zusammengesetzt ausgebildet sein. Die Nutzzeit des Dämmstoffelementes kann durch eine vorgegebene Gasdichtheit für viele Jahre und Jahrzehnte ausgebildet sein.
Die gasdichte Hülle, insbesondere an Randbereichen oder Flächensubstraten, kann mit wenigstens einer zweiten Öffnung ausgestattet sein, die zum Ein- oder Ausströmen des Gases geeignet ist. Dies erlaubt eine optionale Befüllung der Hülle mit dem dämmenden Gas durch bloße Verdrängung der Luft, ohne Evakuierung einsetzen zu müssen.
Das Dämmstoffelement weist in bevorzugten Ausgestaltungen einen gasdurchlässigen Dämmstoff auf, der wenigstens Einen aus einer unvollständigen Auflistung von porösen oder zergliederten Stoffen wie mineralischer Fasern oder Wollen, Glas-, Stein-, Basaltwolle, organischer Wolle, Daunen, Schafswolle, Cellulose, Papierschnitzel, Schilf- oder Strohschnitzel, Holzspäne, aufgeblähten Perlit oder Vermiculit, pyrogene Kieselsäure oder Aerogel, ofenporigem Hart- oder Weichschaumstoff, zerkleinertem Polyurethan- oder anderem geschlossenporigen Kunststoffhartschaum, zerkleinerten Kork, getrocknete Sägespäne, Kunststoff-Vlies, Kunst-, Aramid-, Glasfasergewebe, -roving oder -schnitzel, Parabeam^®-Struktur, Hohlfasern, Mikrohohlperlen, Glas- oder Kunstsoffhohlkugeln, oder Styroporkügelchen oder ähnlich feinporöse Dämmstoffe aufweist. Die Bestandteile der Dämmstoffe können mit Strahlungsunterdrückungsmitteln wie Kohlenstoff beschichtet sein oder metallische oder Metalloxidpulver beigesetzt haben. Hohlkugeln oder -körper weisen gasdurchlässige Wandungen auf oder sind perforiert, damit auch in ihre Innenräume Gas eindringen kann.
Der Verdichtungsgrad des Dämmstoffs ist ferner in weiterhin bevorzugt ausgebildeten Ausgestaltungen wärmedämmend optimiert ausgebildet, wobei die dämmstoffspezifische Verdichtungsgradabhängigkeit und/oder die Anwendungstemperaturen und anwendungsspezifische Temperaturdifferenzen wärmestrahlungstechnisch ausgewertet und berücksichtigt sind. Der Dichtegrad eines bestimmten Dämmstoffs hat einen direkten Zusammenhang mit der erzielbaren Wärmeleitzahl, der linear oder auch nichtlinear sein kann. Bei höherer Verdichtung kann sie ansteigen, andererseits kann sie bei Unterschreitung eines bestimmten Stoff bedingten Dichtewertes wieder ansteigen, weil der Strahlenschutz geschwächt wird. Das Optimum wird erfindungsgemäß individuell für jeden Dämmstoff experimentell ermittelt oder anhand von dämmstoffspezifischen Daten mittels Extrapolation oder Näherungsalgorithmen errechnet.
Die gasdichte Hülle kann aus einer unvollständigen Auflistung von flexiblen oder steifen Materialien oder deren beliebigen Zusammensetzungen ausgebildet sein: Papier/Pappe, Kunststofffolie (PVC, PET, PE, PP, PA, Polyimid) mit oder ohne metallischer oder keramischer Beschichtung, metallische Folie oder Blech, Holzpressplatten (MDF, HDF), Sperrholz, Gewebestoff, Kunststoffplatten, einem Elastomer, Verbundfaserwerkstoff, Metallblechen, Glas- oder Keramikplatten, Hartschaumplatten, Glasschaumplatten, Resol-, PUR-Hartschaumplatten, XPS- oder Polystyrolplatten oder ähnlich.
Ferner kann die gasdichte Hülle mit wenigstens einer die Gasdichtheit erhöhenden Schicht oder Folie aus einer unvollständigen Aufzählung geeigneter Stoffe wie einem Metall wie Aluminium, Blei, Zinn, Eismut, Stahl, Edelstahl, Titan, Kupfer, Messing, einem Kunststoff, Bitumen, Paraffin, Lack/Farblack, Klebstoff oder einem Kunstharz ausgerüstet sein. Wobei die Schicht in das Material der Hülle oder direkt auf oder in äußere Schichten des Dämmstoffs aufgetragen oder imprägniert oder mit ihr als ein Laminat verbunden sein kann. Die Hülle ist bevorzugt aus frostsicheren und weichmacherfreien Stoffen auszuführen, sodass die Tautemperatur und lange Nutzzeit zu keiner Versprödung und Undichtheit führen kann.
Der Rand des Dämmstoffelementes wird hierbei bevorzugt mit einem wärmedämmend optimierten Hüllmaterial ausgebildet, wobei beispielsweise eine metallische dampfdichte Schicht eine minimierte Schichtdicke aufweist, um eine kleinere Wärmerandbrücke zu bilden. Es kann beispielsweise durch Aluminiumfolien in der Dicke von ca. 5 bis 30 μm oder noch weniger Wärme leitend durch auf eine Kunststofffolie aufgedampfte/aufgesputterte Aluminiumschicht/en in der Dickenordnung von 20 bis 100 nm gewährleistet sein. Es kann ferner auch gänzlich ohne einer metallischen Schicht ausgekommen werden, wenn andere Versiegelungs-, Beschichtungs- oder Hüllstoffe eine ausreichende Wasserdampf-Gasdichtheit aufbringen. Die Versiegelung der gasdichten Hülle ist vorzugsweise durch stoffschlüssiges Verschweißen, eine Klebung oder durch einen abdichtenden Randverschluss ausgeführt.
Die metallische Schichtdicke einer gasdichten Beschichtung der Hüllenelemente kann beispielsweise zwischen 10 und 100 nm, bevorzugter zwischen 15 und 50 nm, noch bevorzugter zwischen 20 und 30 nm liegen.
Gewöhnlich sind Aluminium beschichtete Folien oder Papiere wie sie für die Lebensmittelverpackungen hergestellt werden, verwendbar, wobei langlebigen und frostsicheren Trägermaterialien Vorzug zu geben ist, wie PP, PE, PET, PVC und ähnlich. Besonders am Rand des Dämmstoffelementes werden bevorzugt dünnere und weniger Wärme leitende Stoffe und Hüllenabschnitte verwendet, um keine großen Randwärmeverluste zuzulassen, während in der Fläche wesentlich dickere Hüllenabschnitte problemlos einsetzbar sind.
Da der Druck außen und innen in der Hülle annähernd gleich dem Umgebungsdruck ist, findet wenig bis kein Gasaustausch statt, sodass die eingesperrte dämmende Gasfüllung für eine lange Nutzzeit ihre Funktion erfüllt. Zugleich schützt die Hülle gegen Eindringen von Luftfeuchtigkeit. Die eingefüllte Gasmenge kann so vorgegeben sein, dass die Hülle eine Spannung erhält wie eine Luftmatratze oder die Hülle locker an dem Stützkern und Dämmstoff anliegt und es leicht zusammendrückt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist innerhalb des Dämmstoffs ein Adsorber- und/oder Absorbermittel zum adsorbieren und/oder absorbieren der Wasserdämpfe/Wassers und/oder Sauerstoffs und/oder Stickstoffs angeordnet. Die letzteren beiden Sauerstoff und Stickstoff natürlich nur, wenn es sich nicht um trockene Luft als Gasfüllung handelt. Dabei ist das Adsorber- und/oder Absorbermittel bevorzugt vorher aktiviert worden, sodass es über eine ausreichende Gas- und/oder Wasser-Aufnahmekapazität verfügt. Die Menge des Adsorber-/Absorbermittels ist so vorgebbar, dass eine gewünschte Nutzungszeitperiode der Dämmung erreicht werden kann. Das Adsorber- und/oder Absorbermittel weist vorzugsweise einen Zeolithen, Aktivkohle, und/oder Absorbermittel ungelöschten Kalk CaO, Eisenoxid, anderes Metalloxid oder beliebige Zusammensetzung davon auf.
Beim Einsatz von Adsorbern oder Absorbern ist darauf zu achten, dass diese nicht das eingesetzte Füllgas adsorbieren oder absorbieren, was beispielsweise im Falle von CO₂ vorkommen kann, weil sonst eine Druckabsenkung innerhalb des Dämmstoffelementes und Kapazitätsausschöpfung des Adsorber-Absorbermittels stattfinden würde, das dann nicht mehr zur Wasseraufnahme zur Verfügung stehen kann. Damit durch Adsorption oder Absorption von Wasserdämpfen kein Unterdruck in der Umhüllung und eine stetige Schrumpfung des Dämmstoffelementes stattfinden kann, kann in bevorzugten Ausgestaltungen die Gasfüllung mit einem leichten Überdruck eingefüllt worden sein. Hierdurch ist auch die Gasdiffusionsrichtung von innen nach außen vorgegeben, sodass Wasserdämpfe nicht oder geringer eindringen können. Das Adsorber- und/oder Absorbermittel kann als ein Granulat oder in Stab-, Tablettenform im Dämmstoff oder als Beschichtung auf einem Abschnitt des Dämmstoffs oder an den Innenflächen der gasdichten Hülle oder Stützkerns angeordnet sein. Ferner können plattenartig ausgebildete Adsorberelemente bevorzugt direkt angrenzend an der Hülle angeordnet sein, wo sie umgehend die eindringenden Luftgase und Wasserdampf aufnehmen können, bevor diese in den Dämmstoff gelangen können.
Der Dämmstoff und das Dämmstoffelement weisen in bevorzugten Ausgestaltungen einen Wärmeleitwert von unter 0,03 W/mK, bevorzugter unter 0,026 W/mK, noch bevorzugter unter 0,020 W/mK, noch bevorzugter unter 0,018 W/mK, noch bevorzugter unter 0,010 W/mK, noch bevorzugter unter 0,006 W/mK auf.
Der gasdurchlässige Dämmstoff ist je nach Anwendungsfall durch äußere Kräfte belastet, unbelastet oder zum Teil belastet innerhalb der Stützstruktur verfüllt, sodass die Stützstruktur hauptsächlich die am Dämmstoffelement angreifende Kräfte überträgt.
Die Stützstruktur ist bevorzugt als eine Wabenzellstruktur beliebiger Zellgeometrie, eine zur Hauptausbreitungsebene des Dämmstoffelementes oder Flächensubstrate senkrecht stehende, geneigte oder liegende Wellenstruktur, eine Stegstruktur oder mit einer Vielzahl einzeln verteilt angeordneter Stützelemente ausgebildet. Einzeln stehende Stützelemente können beispielsweise Hülsenelemente sein, die eine Perforation zur Befluidung aufweisen. Die Vielzahl einzeln stehender Stützelemente kann ferner in Gestalt einer geformten Tragstruktur einstückig ausgebildet sein.
Dabei ist die Stützstruktur bevorzugt im Wesentlichen frei von adsorbierten Luftgasen, insbesondere von Wassereinlagerungen. Die Stützstruktur kann ferner in mehr als einer Lage mit jeweils einem zwischen den Lagen angeordneten, vorzugsweise kraftschlüssig verbundenem Spannblatt ausgebildet sein, wobei besonders vorteilhaft ist es, wenn die einzelnen Lagen der Stützstruktur gegeneinander versetzt angeordnet sind. Dann sind die Zellen der überlagerten Stützstrukturen mit ihren Zellwänden gegeneinander versetzt angeordnet und der konduktive Wärmeübertragungsweg über die Stützstruktur ist länger, wodurch der Wärmewiderstand steigt. So sind konduktive Dämmleistungssteigerungen von circa 20–40% denkbar. Als eine Wabenstruktur beliebiger Zellgeometrie ist hierbei eine Struktur aus einander abstützend angeordneten hülsenartigen Elementen mit einem runden, ovalen, hexagonalen oder beliebigen Polygonquerschnitt gemeint. Solche Strukturen können aus endlosem Bandmaterial ausgebildet sein oder aus einzelnen Hülsen, die untereinander insbesondere durch eine Klebung oder thermoplastische Verbindung kraftschlüssig verbunden sind. Die Stützstruktur wird beispielsweise wie auch Dämmstoff in einem Ausheizprozess von in ihrem Stoff und Oberflächen adsorbierten Luftgasen, insbesondere von Wasser frei gemacht und danach bevorzugt mit dem vorgesehenen dämmenden Gas oder mit einem anderen nur zwischenzeitlich verwendeten Edelgas beaufschlagt, um keine Luftfeuchtigkeit in den Dämmstoff einzulassen. Die Stützstruktur ist bevorzugt lückenlos bis zur Fertigstellung des Dämmstoffelementes im dämmenden Gas oder einem zwischenzeitlich verwendeten Edelgas zu handhaben.
Der Querschnitt der Stützstruktur in der Ebene der Flächensubstrate ist ferner wärmedämmend optimiert, wobei hierzu die Belastbarkeit der Stützstruktur durch die Zellenweite und Dicke der Zellenwandungen und verwendetes Material und die Konstruktionsfestigkeit an die jeweilige Anwendung angepasst ist. Dadurch kann der Wärmeübertrag entlang der Stützstruktur minimiert werden und zugleich die für die Anwendung erforderliche Kräfteübertragung gewährleistet sein. Die Stützstruktur kann wahlweise nur für eine Kräfteübertragung von Druckkräften und/oder Zugkräften zwischen den Flächensubstraten ausgelegt sein oder auch eine erforderliche Verwindungssteifigkeit aufweisen. In vielen Anwendungen erfüllen die Dämmstoffelemente eine konstruktive Rolle. Für eine gegebene Anwendung kann die Lasttragfähigkeit der Stützstruktur optimal auf die vorkommenden Kräfte ausgelegt werden, sodass ein überflüssiger Querschnittanteil eliminiert wird. Das kann sowohl experimentell als auch durch Berechnungsverfahren, insbesondere CAD-gestützte Simulationen ausgeführt werden.
Die Stützstruktur kann beispielsweise aus Pappe, Pressspan, harzdurchtränkter Pappe, Kunststoff, Nomex^TM-Papier, Keramik, Holz oder einem Holzpressstoff, Glas oder Metallblech/-folie ausgebildet sein.
Die Zellwände benachbarter Zellen der Stützstruktur sind in bevorzugten Ausgestaltungen mit Verbindungsöffnungen oder Schlitzungen zum Austausch von Gas gegen dämmende Gasfüllung ausgestattet. Über diese Verbindungsöffnungen oder Schlitzungen kann im Herstellungsprozess die Luft oder wasserdampfbeaufschlagte Gase abgesaugt und trockene Gasfüllung schneller über die gesamte Erstreckungsfläche der Stützstruktur eingefüllt werden, da die Stoffe der Stützstruktur die Gase relativ schlecht durchlassen. Für die Einfüllung der trockenen Gasfüllung können dann noch unverschlossene Randbereiche der Stützstruktur verwendet werden, auch wenn die Flächensubstrate bereits mit der Stützstruktur verbunden sind.
Die Verbindung der Flächensubstrate mit der Stützstruktur ist bevorzugt kraftschlüssig per Klebung oder thermoplastische Verschweißung auszuführen, wenn eine hohe Verwindungssteifigkeit gefordert ist und Kräfteübertragung auch die die Flächensubstrate voneinander zerrende Zugkräfte abdecken muss. In Anwendungen wo es nicht erforderlich ist, kann wenigstens eines der Flächensubstrate ohne einer kraftschlüssigen Verbindung auf der Stützstruktur lediglich aufgelegt oder an nur wenigen Stellen verbunden sein.
Die Beigabe von Keim hemmenden Mitteln in den Dämmstoff kann erfolgen, kann jedoch auch vollkommen ausbleiben, da erfindungsgemäße dämmende Gase durch ihre Trockenheit und vor allem fehlenden Sauerstoff für eine Keimfreiheit sorgen können.
Der gasdurchlässige Dämmstoff weist in bevorzugten Ausgestaltungen bei fehlender Luft eine eigene Wärmeleitzahl unterhalb von 0,04 W/mK, bevorzugter unterhalb von 0,01 W/mK, bevorzugter unterhalb von 0,005 W/mK, noch bevorzugter unterhalb von 0,001 W/mK auf. Die eigene Wärmeleitzahl des gasdurchlässigen Dämmstoffs ist beispielsweise im Vakuum ohne Belastung zu vermessen.
Besonders effektiv werden die eingesetzten Dämmstoffe, wenn sie frei von Zusatzstoffen, die ausgasen könnten, in gereinigter Ausführung verwendet werden. So können pulverige Stoffe wie Perlit, Vermikulit oder mineralische Faserwollen wie Glas-/Steinwolle vorher ausgeheizt und so von darin adsorbierten Wassermengen und Luftgasen befreit werden. Eine begleitende Absaugung der Ausgasungen kann diesen Reinigungsprozess verbessern und beschleunigen.
Von besonderer Wichtigkeit kann es in Anwendungen sein, den Verdichtungsgrad des Dämmstoffs wärmedämmend zu optimieren. Mit zunehmendem Dichtegrad steigt im allgemeinen die Wärmeleitzahl, jedoch bei Unterschreitung eines Dichtegrades steigt sie wieder an, weil die Wärmestrahlung schlecht unterdrückt wird. Auch sind Anpassungen des Dichtegrades an Anwendungsbedingungen, insbesondere an die vorkommenden Temperaturdifferenzen, von Vorteil.
Es können dem Dämmstoff bei Bedarf außerdem Trübungsmittel beigefügt werden, um die Wärmestrahlung effektiver und in einem für eine gegebene Anwendung gefordertem Maß zu unterdrücken. Als Trübungsmittel sind beispielsweise Grafit, Metalloxide, Metallpulver und weitere bekannt.
Die Versiegelung der gasdichten Hülle kann durch thermoplastisches Verschweißen oder durch Klebung oder durch ein Klemmverschluss ausgeführt sein. Die Druckschwankungen der Umgebungsluft von bis zu 5–10% werden durch die Hülle und Dämmstoff ausgeglichen, indem deren Volumen sich verändert, wenn die Hülle flexibel ausgebildet ist. Bei steif ausgebildeter Hülle oder Flächensubstraten, tragen diese die auftretenden Druckdifferenzkräfte.
Die dämmende Gasfüllung kann in besonders bevorzugten Ausgestaltungen mit einem vorgegebenen Überdruck eingefüllt werden, wobei die Stützstruktur durch ihre kraftschlüssige Verbindung mit der gasdichten Hülle diese festhält und an einer Aufblähung hindert. Wenn die gasdichte Hülle aus einem steifen Stoff hergestellt ist, dann bleibt dieser plan in der Fläche und wenn es ein flexibler Hüllstoff ist, dann gibt es lokale geringe Aufblähungen beispielsweise über den Wabenzellen. Der Überdruck sorgt zum einen für eine vorgegebenen Gaspermeation von innen nach außen, wodurch dem Eindringen von Wasserdampf und Stickstoff und Sauerstoff aus der Umgebung entgegen gewirkt wird. Zum anderen werden dadurch auch die atmosphärischen Luftdruckschwankungen aufgefangen.
Das Dämmstoffelement kann ferner mit einem Evakuierungs- und/oder Befüllungsmittel ausgestattet sein, über welches es evakuiert und mit der dämmenden Gasfüllung befüllt werden kann. Das Evakuierungs- und/oder Befüllungsmittel ermöglicht es, ohne Umgebungsluft in den Innenraum der Hülle hinein zu lassen, das Dämmstoffelement auf eine einfache Weise mit einem durch den Anwender gewählten Dämmgas zu befüllen. Im einfachsten Fall ist es eine Öffnung in der Hülle, die mit einem Klebestreifen gasdicht verklebt wird. Auch eine Evakuierung und Gasbefüllung über eine Öffnung oder einen noch unverschlossenen Hüllenabschnitt ist bei weiteren Ausgestaltungen ausführbar. Eine solche Öffnung kann mittels eines zu klebenden oder thermoplastisch aufzulaminierenden Versiegelungselementes versiegelt werden.
Die erfindungsgemäßen Dämmstoffelemente können als steiffeste Platten, rechteckige Baustein-Würfel zum Stapeln oder zum Auffüllen von Hohlräumen, oder als steiffeste Schalen- oder Rohrelemente ausgebildet werden.
Es kann dem Dämmstoff ein Bindemittel beispielsweise für Faserstoffe wie Wollen beigesetzt werden, um deren Formhaltigkeit zu erreichen, Trotz der unbrennbaren Gase oder bei Einsatz trockener Luft, kann es nötig sein, auch Keim hemmende Mittel in den Dämmstoff beizumengen oder ihn zu behandeln.
Es können dem Dämmstoff, aber auch dem Hüllmaterial weitere Brandschutzmittel beigesetzt sein wie beispielsweise Borsalz, Soda oder ähnlich, insbesondere wenn der Dämmstoff brennbar ist wie beispielsweise Cellulose, Papier oder Kunststofffasern. Der dämmende Gas mit Ausnahme der trockenen Luft oder brennbarer Gase verbessert deutlich die Brandschutzeigenschaften, da er an der Austrittsstelle jeden Brand unabhängig von seiner Art ersticken würde.
Die erfindungsgemäßen Dämmstoffelemente sind in allen Anwendungen einsetzbar. Eine unvollständige Auflistung gibt einen ungefähren Eindruck davon: Isolierplatten und Schalenelemente für äußere und/oder innere Gebäudeisolation oder Transportaufbautenisolation bei Land-, Wasser- und Luftfahrzeugen, Kühlgeräten, Backöfen, Schmelztiegeln, Rohren, Behältern, Kochtöpfen/-kesseln, Wärmespeichern, Fernwärmeröhren. Beispielsweise als Zwischensparen- und/oder Aufsparendämmung von Dachwänden, mit Abmessungen in Standardgrößen, als unbelastete Dämmung zwischen Doppelwänden bei Ständerbauweise oder als lastabführende Unterbodenplattendämmung. Besonders Anwendungen, die konstruktionssteife Dämmstoffelemente erfordern und Schub-, Scherkräfte und Druck- sowie Zugkräfte übertragen werden müssen, können von erfindungsgemäßen Vorteilen profitieren.
Die Befestigung kann in auf vielfältige Arten ausgeführt sein.
Es können ferner reflektierende Folien oder Metallschichten zur Strahlungsunterdrückung an Innenseiten der Hülle und/oder parallel zu ihnen zwischen mehrlagigen Stützkernen vorgesehen sein.
Nach einem weiteren erfindungsgemessen Aspekt werden die Aufgaben der Erfindung durch ein Verfahren zum Herstellen eines Dämmelementes nach einer der vorhergehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung, dadurch gelöst, dass folgende Verfahrensschritte in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden: a) die Luft im Hohlraum der Stützstruktur gegen eine wärmedämmend und/oder schalldämmend optimierte Gasfüllung ausgetauscht und b) die Stützstruktur gasdicht verschlossen wird. Hierzu kann eine Öffnung verwendet werden oder die Hülle direkt mit Gasfüllung gasdicht verschlossen werden, beispielsweise unter gewünschter dämmender Gasumgebung.
Es können ferner wenigstens eines der folgenden optionalen Verfahrensschritte vor dem Schritt b) ausgeführt werden:

a1) Ausheizung oder Trocknung des Dämmstoffs, sodass der Dämmstoff von den an seinen inneren Oberflächen adsorbierten Luftgasschichten, insbesondere von Wassermolekülen/Wasserhäuten befreit wird,
a11) Ausheizung oder Trocknung der Stützstruktur und/oder der Flächensubstrate;
a2) Befüllung des Dämmstoffs mit einem dämmenden Gas durch Evakuierung und nachfolgende Gaseinlassung oder durch eine ausreichende Gasdurchspülung, sodass die Zwischenräume des Dämmstoffs im Wesentlichen nur dämmendes Gas enthalten, a2) Befüllung der Hohlräume der wenigstens von einer Seite offenen Stützstruktur mit Dämmstoff;
a21) Schließung der offenen Stützstrukturseite mit Flächensubstrat und/oder Hülle,
a3) Evakuierung der Hohlräume der Stützstruktur über eine Gasbefüllungsöffnung oder in einer Vakuumkammer über offene Hohlräume; und Befüllung mit einer wärmedämmend und/oder schalldämmend optimierten Gasfüllung;
a4) oder eine Durchspüllung der Hohlräume der Stützstruktur mit einer wärmedämmend und/oder schalldämmend optimierten Gasfüllung;

Die Befreiung der inneren Oberflächen des gasdurchlässigen Dämmstoffs von adsorbierten Luftgasschichten, insbesondere von Wassermolekülen/Wasserhäuten wird bevorzugt direkt im Herstellprozess des betreffenden Dämmstoffs vor der Kontaminierung mit Wasserdämpfen oder Umgebungsluft ausgeführt, indem bereits der dämmende Gas oder vorübergehend ein anderer Edelgas in einer geeigneten Prozessphase eingeführt wird. Dadurch entfällt der Energiebedarf zum Ausheizen des Dämmstoffs. So können Kieselsäure, Aerogelle, Perlite und Vermiculite bei deren Expansion bei 900–1000°C und Glas- oder Steinwollen direkt aus der Schmelze bei 1100–1400°C als völlig frei von adsorbierten Wasserhäuten gelten.
Alternativ wird der mit Wasserhäuten beaufschlagte Dämmstoff einem nachträglichen Ausheizungsverfahren unterzogen, indem es bevorzugt mit dämmendem Gas oder vorübergehend mit einem anderen Edelgas durchspült und bis an eine vorgegebene Temperaturgrenze aufgeheizt wird. Vorzugsweise wird dabei das Gas stetig durch Frisches ersetzt, um dadurch die verdunstenden Wasserdämpfe und unerwünschte andere Gase aus den Zwischenräumen des Dämmstoffs herauszuspülen. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird der Dämmstoff von an Oberflächen von Glasfasern bei Wollen oder Poren bei porösen Pulverstoffen wie Perlit, Kieselsäure adsorbierten Wassermolekülschichten durch einen Desorptionsvorgang befreit. Hierzu kann der Dämmstoff einer Ausheizung bei einer für den Dämmstoff maximal zulässigen Temperatur unterzogen sein. Somit sind temperaturbeständige Dämmstoffe wie Perlite, Vermiculite, Kieselsäure, Aerogelle und mineralische Wollen, wie Glaswolle, Steinwolle, Basaltwolle vor den übrigen pflanzlichen wie Cellulose, Schafswolle, Flachs usw. im Vorteil. Außerdem kann in weiter verbesserten Verfahren energie- und kostensparend einfach der betreffende Dämmstoff im Prozess seiner Herstellung direkt aus einer noch hochtemperaturigen Phase entnommen und erfindungsgemäß mit dem dämmenden Gas anstatt der Umgebungsluft in Kontakt gebracht und luftdicht abgeschlossen werden. Dadurch würde gar keine Wärme und Aufwand zur Desorption von Wasserschichten anfallen. Beispielsweise hat Perlit bei seiner Expansion eine Temperatur von ca. 900°C und Glas- oder Steinwolle entstehen gar aus des Schmelze.
Dabei sind die mineralischen Dämmstoffe deutlich im Vorteil, da sie höhere Temperaturen beispielsweise von 300–400°C und mehr ertragen. Pflanzliche und organische Dämmstoffe können oft maximal nur bis zu 70–150°C erhitzt werden, was deren Befreiung von Wasserhäuten erschwert. Hier kann zusätzlich eine zeitlich wirkende Trocknung im Vakuum hilfreich sein. Auch eine Trocknung durch Gefrierung und Verdunstung der Wasserhäute aus der feststofflichen Eisphase kann Erfolg versprechen. Weitere Alternative bilden chemische Verfahren, die geeignet sind, das Wasser durch eine chemische Reaktion zu binden, wie beispielsweise durch CaO dem ungelöschten Kalk, wobei anschließend eine mechanische Trennung des Dämmstoffs von dem chemischen Reagenzstoff auszuführen wäre. Alle alternativen Verfahren lassen sich natürlich auch kombinieren, um für jeden Dämmstoff das wirtschaftlich Optimale umsetzen zu können. Auch können Ionenbeschussverfahren unter Vakuum Anwendung finden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dämmstoffelementes mit Wabenstützkern; und
2 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dämmstoffelementes mit einer Wellenplatte.
1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Dämmstoffelementes in Gestalt einer flachen Platte 1.
Eine konstruktionssteife Stützstruktur mit Stützelementen 4 in Gestalt einer hexagonal geformten Wabenstruktur ist mit ihren Zellenwandkanten senkrecht stehend auf Flächensubstraten 5 und 15 vorzugsweise kraftschlüssig z. B. durch Klebung mit einem Klebstoff oder thermoplastische Verschweißung angeordnet. Dadurch kann die Stützstruktur einerseits höhere Belastbarkeitswerte und Steifigkeit erreichen und andererseits auch ziehende Kräfte aufnehmen, die beispielsweise in besonderen Ausgestaltungen infolge eines Gasüberdrucks in den Zellen 2 auftreten können oder zwischen den beabstandeten Flächensubstraten 5 und 15 zerrend zu übertragen sind.
Die kraftschlüssige Verbindung der Stützelemente 4 untereinander ist entweder durch Klebung einzelner Elemente oder einstückig durch Extrusion aus einem extrusions- oder pultrusionsfähigen Material hergestellt. Die Waben können hierbei beliebige polygonale oder runde/ovale Querschnitte aufweisen. Pappwaben werden bspw. durch versetzte Klebung ganzer Papierbänder und anschließendem Zuschnitt zur gewünschten Wabenhöhe und darauf folgende Expansion, d. h. Auseinanderziehen der Wabenstruktur geformt. Die erhältlichen Pappwaben erreichen je nach Wabenweite zwischen 8 und 45 mm Druckbelastbarkeit zwischen 50 kPa bis zu 1000 kPa und können durch die Dicke des verwendeten Papiers und Verringerung der Wabenweite noch höher belastbar hergestellt werden.
Die Stützstruktur ist bevorzugt von allen Seiten mit Seitenwandplatten oder -blättern 3, 6, 7 und einer vierten nicht dargestellten gegenüber Seitenwand 7 liegenden Seitenwandplatte umschlossen, sodass ein umschlossenes Bauelement oder -platte gebildet ist. Von oben wird ein oberes Spannblatt oder Druckverteilungsplatte als ein Flächensubstrat 15 bevorzugt ebenso kraftschlüssig z. B. durch Klebung mit einem Klebstoff oder thermoplastische Verschweißung angeordnet. Beide Flächensubstrate 5 und 15 können in weiteren Ausgestaltungen auch lediglich auf die Stützstruktur 4 aufgelegt sein und nur am Rand mit den Seitenwänden 3, 6, 7 verbunden sein.
Die Hohlräume 2 der Wabenzellen können in bevorzugten Ausgestaltungen mit einem wärmedämmenden Dämmstoff gefüllt sein, der zum Einen die Luftkonvektion unterbindet und zum anderen, noch wichtiger, die Wärmestrahlung zwischen den äußeren Flächensubstraten 5 und 15 unterdrückt. Die Dämmstoffe können zugleich auch der Schalldämmung und Verringerung der Brandgefahren dienen. So sind mineralische Dämmstoffe wie Perlit, Vermiculit, Steinwolle, Aerogell usw. unbrennbar und machen selbst eine Wabenstruktur aus Papier äußerst brandsicher, da im Inneren keine freie Luft zum Brennen bleibt. Ein Dämmstoff kann ferner auch zum Teil gepresst eingefüllt sein und übt dadurch einen die Stützstrukturen unterstützenden allseitigen Druck auf die Zellwände aus, wodurch die Belastbarkeit der Stützstruktur gesteigert sein kann.
Erfindungsgemäß ist in die Hohlräume 2 eine wärmedämmend und/oder schalldämmend wirkende Gasfüllung eingefüllt. Diese Gasfüllung kann zusätzlich zum Dämmstoff, der hierzu gasdurchlässig ausgebildet ist, oder in leeren Hohlräumen verfüllt sein. Die bevorzugten Ausgestaltungen sowohl mit Gasfüllung als auch Dämmstoff erreichen jedoch niedrigere Wärmeleitwerte, da Gase allein die Wärmestrahlung nicht derart unterdrücken können.
Die Stützstruktur 4 wird erfindungsgemäß durch ein Ausheizungsprozess und/oder eine Vakuumtrocknung im Wesentlichen von in seinem Stoff eingelagertem Wasser befreit. Ebenso der eingesetzte gasdurchlässige Dämmstoff wird erfindungsgemäß durch ein Ausheizungsprozess und/oder eine Vakuumtrocknung im Wesentlichen von an seinen inneren Oberflächen haftendem adsorbierten Wasserschichten, die man Wasserhäute nennt befreit.
Die Seitenwände 6, 7, 3 und eine nicht gezeigte Seite und/oder die Flächensubstrate 5 und 15 können aus einem geeigneten Material wie Pappe, Wellpappe, Kunststoff oder Metallblech, Glasscheiben, Zement-, Gips-, Keramiklplatte oder ähnlich gebildet sein. Zement, Kalk oder Gips basierende Umhüllung kann bevorzugt durch Umgießen in einer Form erfolgen. Sie sind bevorzugt gasdicht ausgeführt, weshalb metallische Beschichtungen, wasserdampfdichte Beschichtungen aus Kunstsofffolie, Bitumen, Paraffinen, Lacken, Kunstharzen darunter angebracht werden.
Die Flächensubstrate 5 und 15 können außerdem nach innen reflektierend beschichtet sein, um den Strahlungsaustausch zwischen innen zu reduzieren.
2 zeigt eine Teilausschnittdraufsicht auf ein weiteres erfindungsgemäßes Dämmstoffelement oder Platte 1.
Da die Wabenstrukturen aus Pappe bei kleiner werdender Wabenweite und großer Zellwandhöhe immer schwieriger zu expandieren sind, lässt sich eine einfachere Herstellung hoch belastbarer Stützstrukturen durch senkrechte Anordnung von Wellplatten aus Wellpappe erreichen. Die Wellpappe ist in verschiedenen Größen, die mit Buchstaben von A bis G gekennzeichnet sind und verschiedenen Papierqualitäten erhältlich. Zwecks höherer Belastbarkeit können nicht recycelte oder nur wenige Male recycelte Papiere wie Kraftliner oder Kraftpapier bevorzugt verwendet werden. Deren Belastbarkeit in senkrechter Richtung lässt sich mit den Pappwaben entsprechender Wabenweite vergleichen.
Eine Wellplatte besteht gewöhnlich aus einer Wellenlage, die als Stützstruktur 4 dient und einem sogenannten Spann- oder Deckblatt 9. Die Ausrichtung der Deckblätter 9 ist in vorliegender bevorzugter Ausgestaltung parallel den äußeren Seitenwänden 3 und 6 vorgegeben. Nur beispielhaft zeigen Abschnitte a und b eine unterschiedliche Anordnung der Wellenstrukturen.
Die Hohlräume 2 der Wellenplattenstrukturen können ebenso wie zuvor für Wabenstrukturen beschrieben mit einem wärmedämmenden Dämmstoff befüllt sein.
Die Anordnung der Wellen kann versetzt wie im Abschnitt a oder übereinander wie im Abschnitt b gezeigt vorgegeben sein. Auch deren Mischverwendung wie hier kann Vorteile haben. Ebenso können Wellplatten verschiedener Wellenabmessungen mit Pappwaben kombiniert eingesetzt werden. Dadurch lassen sich bspw. effektivere Wärmedämmwerte und Belastbarkeit sowie Steifigkeit einstellen. Auch dreidimensional ausgebildete Wellenplatten können zum Einsatz kommen und haben den Vorzug, dass sie auch seitlich belastbarer sind, als die gerade ausgebildeten Wellen.
Die nicht dargestellten obere und untere Flächensubstrate 5 und 15 sind analog zu Wabenplatten in vorheriger Figur anzubringen.
Zur Herstellung so ausgestalteter Dämmstoffelemente eignen sich auch die erwähnten Extrusions- oder Pultrusionsverfahren durch Verwendung thermoplastischer oder duroplastischer, auch faserverstärkter Kunststoffe. Die wirtschaftlichste Herstellart ist jedoch aus Wellpappe, da Papier ein nachwachsender und preiswerter Stoff ist. Es können Wellplatten meterweiter Abmessungen durch Klebung mit preiswerten Kleistern/leimen verbunden werden oder direkt in mehrschichtiger Ausführung bezogen werden. In nördlicheren Regionen könnte eine Verdoppelung auf 20–30 cm Plattendicke ausreichen. So zusammengesetzte Wellplatten können sehr wirtschaftlich zu vorgegebenen Platten zugeschnitten und weiter durch Befüllung mit Dämmstoff und Anbringung von Druckverteilungsplatten/mitteln und Seitenwänden verarbeitet werden.
Zum Eliminieren oder erheblichen Reduzieren der Feuchtigkeitsgehalte und der gasbedingten Konduktions- und Konvektionswärmeleitung ist erfindungsgemäß eine Befluidung mit einem wärmedämmenden Gas wie CO₂, Krypton, Argon, Xenon oder Trockenluft mit Versiegelung der äußeren Wände ausgeführt.
In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen können Dämmstoffelemente auch mit horizontal ausgerichteten d. h. liegend angeordneten Wellen-, Steg- oder Wabenstrukturen Verwendung haben, wenn die Druckbelastbarkeit nicht ganz so hoch sein muss. Für mitteleuropäisches Klima können erfindungsgemäße Dämmstoffelemente mit Plattendicken zwischen 10 und 20 cm bereits zum Erreichen des Passivhausstandards ausreichen.
Es sei angemerkt, dass die dargestellten Ausgestaltungen nicht den gesamten Umfang der vorliegenden Erfindung beschreiben können, sondern es einem durchschnittlichen Fachmann möglich ist, weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen zu kreieren, die von dem in den Ansprüchen definierten Schutzumfang erfasst sind, ohne dass er hierzu erfinderisch tätig werden muss.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19932366 B4 [0004]
DE 3607047 C2 [0004]
DE 3428285 A1 [0004]
US 3964527 [0004]
US 4330494 [0004]
DE 2942087 A1 [0004]

Claims

Dämmstoffelement (1) mit zwei beabstandeten Flächensubstraten (5, 15), aufweisend eine zwischen innen angeordnete, Kräfte übertragende in Fläche verteilte Stützstruktur (4) mit wenigstens einem Hohlraum (2), und einen darin verfüllten gegliederten gasdurchlässigen Wärme- und/oder Schall isolierenden Dämmstoff (21) mit zergliederten Zwischenräumen und inneren Oberfläche/n und ein/e in zergliederten Zwischenräumen befindliche/s Gas/Gasmischung, dadurch gekennzeichnet, dass der gasdurchlässige Dämmstoff (21) mit einer wärmedämmend optimierten Gasfüllung befüllt oder befüllbar ausgebildet und im Wesentlichen gasdicht verschlossen ist.
Dämmstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfüllung frei von Wasserdämpfen und insbesondere aus einem Gas oder Gasmischung mit niedrigerer Wärmeleitzahl (λ) als Luft gebildet ist, und/oder die Gasfüllung wenigstens eines der unvollständig aufgelisteten Gase aufweist wie: Argon (Ar), Kohlendioxid (CO₂), Krypton (Kr), Xenon (Xe), Schwefelhexafluorid (SF₆), Chlor (Cl), Butan oder trockene Luft.
Dämmstoffelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren zergliederten Oberflächen des gasdurchlässigen Dämmstoffs im Wesentlichen frei von adsorbierten oder adsorbierbaren Luftgasschichten, und/oder Ölschichten, und/oder insbesondere frei von Wassermolekülen/Wasserhäuten sind, wodurch im Wesentlichen nur die Gasmoleküle der wärmedämmenden Gasfüllung an den inneren Oberflächen des gasdurchlässigen Dämmstoffs adsorbiert oder adsorbierbar sind.
Dämmstoffelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämmstoffelement mit einer ausreichend gasdichten Hülle (5, 15, 3, 7, 6) umschlossen ist, wobei ihre Gasdichtheit eine Permeationsrate aufweist, die dazu ausreicht, den Dämmstoff und die Gasfüllung über eine vorgegebene Nutzzeit im Wesentlichen frei von aus der Luftumgebung eindringenden Luftgasen und Wasserdampf zu erhalten.
Dämmstoffelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gasdurchlässige Dämmstoff (21) wenigstens Einen aus einer unvollständigen Auflistung von porösen Stoffen wie mineralischer Fasern oder Wollen, Glas-, Stein-, Basaltwolle, organischer Wolle, Daunen, Schafswolle, Cellulose, Papierschnitzel, Schilf- oder Strohschnitzel, Holzspäne, aufgeblähten Perlit oder Vermiculit, pyrogene Kieselsäure oder Aerogel, ofenporigem Hart- oder Weichschaumstoff, zerkleinertem Polyurethan- oder anderem geschlossenporigen Kunststoffhartschaum, zerkleinerten Kork, getrocknete Sägespäne, Kunststoff-Vlies, Kunst-, Aramid-, Glasfasergewebe, -roving oder -schnitzel, Parabeam^®-Struktur, Hohlfasern, Mikrohohlperlen, Glas- oder Kunstsoffhohlkugeln, oder Styroporkügelchen oder ähnlich feinporöse Dämmstoffe aufweist.
Dämmstoffelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsgrad des Dämmstoffs (21) wärmedämmend optimiert ausgebildet ist, wobei die dämmstoffspezifische Verdichtungsgradabhängigkeit und/oder die Anwendungstemperaturen und anwendungsspezifische Temperaturdifferenzen wärmestrahlungstechnisch ausgewertet und berücksichtigt sind.
Dämmstoffelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gasdichte Hülle (5, 15, 3, 7, 6) aus einer unvollständigen Auflistung von flexiblen oder steifen Materialien oder deren beliebigen Zusammensetzungen ausgebildet sein kann: Papier/Pappe, Kunststofffolie (PVC, PET, PE, PP, PA, Polyimid) mit oder ohne metallischer oder keramischer Beschichtung, metallische Folie oder Blech, Holzpressplatten (MDF, HDF), Sperrholz, Gewebestoff, Kunststoffplatten, einem Elastomer, Verbundfaserwerkstoff, Metallblechen, Glas- oder Keramikplatten, Hartschaumplatten, Glasschaumplatten, Resol-, PUR-Hartschaumplatten, XPS- oder Polystyrolplatten oder ähnlich.
Dämmstoffelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Dämmstoffs (21) ein Adsorber- und/oder Absorbermittel zum adsorbieren und/oder absorbieren der Wasserdämpfe/Wassers und/oder Sauerstoffs und/oder Stickstoffs angeordnet ist.
Dämmstoffelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorber- und/oder Absorbermittel einen Zeolithen, Aktivkohle, und/oder Absorbermittel ungelöschten Kalk (CaO), Eisenoxid, anderes Metalloxid oder beliebige Zusammensetzung aufweist.
Dämmstoffelement nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (4) als eine Wabenzellstruktur (4) beliebiger Zellgeometrie, eine zur Hauptausbreitungsebene des Dämmstoffelementes oder Flächensubstrate (5, 15) senkrecht stehende, geneigte oder liegende Wellen- (4) oder Stegstruktur oder mit einer Vielzahl einzeln verteilt angeordneter Stützelemente ausgebildet ist.
Dämmstoffelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Stützstruktur (4) in der Ebene der Flächensubstrate (5, 15) wärmedämmend optimiert ist, wobei hierzu die Belastbarkeit der Stützstruktur (4) durch die Zellenweite und Dicke der Zellenwandungen und verwendetes Material an die jeweilige Anwendung angepasst ist.