DE3051009C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmedämmplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Wärmedämmplatte ist aus der DE-OS 27 48 307 bekannt. Sie besteht aus zwei Schichten, nämlich einmal einer Dämmschicht auf der Basis von Kieselsäureaerogel und zum anderen aus einer Schutz- oder Lagerschicht aus Mineralfasern mit Füllstoffen. Durch die Vorfertigung zu einer zweischichtigen Preßplatte steht diese Dämmplatte für beliebige Einsätze ohne Montagearbeiten oder dgl. zur Verbindung der beiden Schichten zur Verfügung.

Die Schutz- oder Lagerschicht aus Mineralfasern mit Füllstoffen weist im Vergleich zur Dämmschicht nur relativ geringen Wärmedurchleitwiderstand auf, trägt also wenig zur Wärmedämmung bei. Wird die Dicke der Dämmschicht zur Erzielung des erforderlichen Wärmedurchleitwiderstandes ausgelegt, so addiert sich die Dicke der Lagerschicht hinzu, so daß die gesamte Wärmedämmplatte gegenüber der wärmetechnisch erforderlichen Dicke der Dämmschicht eine nicht unerheblich vergrößerte Dicke erhält. Dies ist für verschiedene Anwendungsfälle wie insbesondere bei der Lagerung einer elektrischen Heizwendel für Glaskeramik-Kochplatten nachteilig, da dort die erforderliche Wärmedämmung auf engster Höhe erreicht werden muß.

Für diesen besonderen Anwendungsfall der Lagerung der elektrischen Heizwendel einer Glaskeramik-Kochplatte ist es beispielsweise aus der DE-OS 28 06 367 bekannt, eine Dämmplatte auf der Basis von Kieselsäureaerogel einschichtig zwischen der Heizwendel und dem Boden der Aufnahmeschale des Strahlungsheizkörpers anzuordnen, so daß die ausgezeichneten Wärmedämmeigenschaften dieses speziellen Wärmedämmaterials auf geringster Bauhöhe optimal ausgenutzt werden. Eine ausreichende Temperaturbeständigkeit in unmittelbarer Nachbarschaft der Heizwendel, die direkt auf der Dämmschicht aufliegt, wird durch Zusatz von Aluminiumoxid angestrebt, welches einem Sintern des Kieselsäureaerogels bei Temperaturen über etwa 700°C entgegenwirkt; dabei kann als Aluminiumoxid in Form von Verstärkungsfasern oder als zusätzliche Beimischung in einer Menge bis zu 12% in dem Dämmaterial auf der Basis von Kieselsäureaerogel enthalten sein. Die Verwendung ausschließlich des hochwirksamen Wärmedämmaterials für die Wärmedämmplatte und der Verzicht auf zusätzliche, die Bauhöhe vergrößernde Lagerelemente ermöglichen eine ausreichende Wärmedämmung trotz flacher Bauweise. Stoffe für Trübungsmittel sind dabei Mangandioxid, Titandioxid und Zirkonoxid.

Dämmaterial dieser Art besitzt zwar einen extrem hohen Wärmedurchleitwiderstand, ist aber mechanisch wenig stabil, da es im Bereich bereits niedriger Spannungsspitzen zu Abbröckelungen oder Abbröselungen neigt.

Daher müssen sämtliche Kanten geschützt werden, wozu etwa ein eigener Abstandsring zwischen der Unterfläche der Glaskeramikabdeckung der Kochplatte und der oberen Auflagefläche des Dämmaterials dient. Insbesondere ist die Befestigung der Heizwendel auf diesem Material schwierig. Im Falle der DE-OS 28 06 367 sind hierzu Metalldrahtklammern vorgesehen, die in das Dämmaterial eingesteckt sind. Durch das Arbeiten der Heizwendel im Betrieb lockern sich diese Metalldrahtklammern jedoch bereits nach wenigen Aufheizzyklen und können so keine ausreichende Verankerung bilden.

Daher ist es etwa aus der DE-AS 23 39 768 oder den DE-OS 25 51 137 und 27 44 079 auch bereits bekanntgeworden, besondere Lagereinrichtungen für die Heizwendel an der Oberseite der Dämmschicht vorzusehen, so daß die Dämmschicht zumindest nicht alleine die Lagerkräfte aufnehmen muß. Wenn eine wirklich zuverlässige Lagesicherung der Heizwendel erzielt werden soll, so muß hierfür konstruktiv erheblicher Aufwand getrieben werden.

Gemäß der älteren deutschen Patentanmeldung P 30 08 505.3 ist daher auch schon vorgeschlagen worden, die Dämmschicht auf der Basis von feinporigem Kieselsäureaerogel nur im Bodenbereich der Aufnahmeschale vorzusehen und darüber einen Formkörper aus temperaturbeständigem und insbesondere mechanisch festem Material, etwa mit anorganischem Kleber gebundenes Aluminiumsilikat, zur sauberen Lagerung der Heizwendel vorzusehen. Dieses Material besitzt jedoch eine schlechtere Wärmedämmung, so daß sich gegenüber einer Verwendung von ausschließlich dem Material der Dämmschicht die Bauhöhe der Vorrichtung etwas vergrößert. Dafür kann der Formkörper zur Lagerung der Heizwendel als billiges Preßteil hergestellt werden, welches nur in die Aufnahmeschale eingesetzt werden muß, die bereits unmittelbar gegen den Boden der Aufnahmeschale verpreßtes Material der Wärmedämmschicht enthält. Hierbei ist allerdings wieder relativ aufwendig, das Material der bodenseitigen Dämmschicht in einem Umfangsrand über die Ebene der Heizwendel nach oben zu ziehen, was anzustreben ist, wenn auch am Umfangsrand der Heizwendel eine entsprechend gute Wärmedämmung erfolgen soll, um eine Aufheizung des Randes der Aufnahmeschale zu vermeiden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wärmedämmplatte der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, die sowohl über ausgezeichnete Wärmedämmeigenschaften bei geringer Bauhöhe verfügt, als auch eine konstruktiv einfache und zuverlässige Lagesicherung der Heizwendel ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Damit wird eine zweischichtige Bauweise der das Wärmedämmaterial bildenden, vorgefertigten Wärmedämmplatte erzielt, bei der die untere Dämmschicht auf der Basis von Kieselsäureaerogel in der bekannten Weise für eine maximale Wärmedämmung auf engstem Raum genutzt wird, während die obere Lagerschicht demgegenüber nur geringfügig abfallende Wärmedämmeigenschaften aufweist. Dafür aber ist die obere Lagerschicht gehärtet, wozu zur Erzielung einer Hochtemperaturbeständigkeit ein anorganisches Bindemittel verwendet wird. Eine solche Härtung von feindispersen, in der Flammenpyrolyse hergestellten, mikroporösen Isoliermaterialien ist in der älteren deutschen Patentanmeldung P 29 42 087.9 vorgeschlagen worden, wobei auch temperaturbeständige anorganische Bindemittel, bevorzugt etwa glasbildende Stoffe eingesetzt werden; auf diese ältere Anmeldung wird wegen weiterer Einzelheiten insoweit ausdrücklich Bezug genommen.

Für die Lagerschicht ist jedoch ein Grundmaterial auf der Basis von pyrogenem Aluminiumoxid anstelle von pyrogener Kieselsäure zu verwenden, da pyrogene Kieselsäure zwar noch etwas bessere Wärmedämmeigenschaften ergibt, Material auf der Basis von Aluminiumoxid-Aerogel aber auch ohne weitere zusätzliche Maßnahmen erheblich temperaturbeständiger ist. Zusätzlich können in das Isoliermaterial der Lagerschicht hochtemperaturbeständige Materialien wie Manganoxid, Titanoxid oder Zirkonoxid eingeführt werden, um die Temperaturbeständigkeit bei Bedarf weiter zu erhöhen.

Die erfindungsgemäße Wärmedämmplatte gestattet somit die Heizwendel unmittelbar an der Lagerschicht der Wärmedämmplatte zu lagern. Die Wärmedämmplatte kann in kostengünstiger Weise vorgefertigt werden, wozu eine der Schichten - die Dämmschicht oder die Lagerschicht - aus amorphem Pulver der gewünschten Konsistenz zur Erzielung einer Druckfixierung vorgepreßt, sodann das Material der anderen Schicht aufgebracht und mit der vorgepreßten Schicht unter höherem Druck fertiggepreßt wird, worauf die Aushärtung unter geeigneter Wärmeeinwirkung erfolgen kann. Dadurch entsteht eine einstückige Wärmedämmplatte, die eine innige Verbindung der Dämmschicht mit der Lagerschicht durch Verkrallung der Partikel gewährleistet. Da die mechanisch stabile Lagerschicht für die Dämmschicht eine zusätzliche Abstützung bietet, kann die so gebildete zweischichtige Wärmedämmplatte ohne übermäßige Gefahr von Beschädigungen gehandhabt, transportiert und versandt werden, um an gegebenenfalls anderer Stelle in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut zu werden. Die Herstellung der Wärmedämmplatte als Preßformteil ermöglicht darüber hinaus ohne jeglichen Zusatzaufwand die Anbringung von wendelförmigen Nuten an der Oberseite der Lagerschicht, in welche die Heizwendel denkbar einfach mit einem hochtemperaturbeständigen anorganischen Kleber eingeklebt werden kann, sowie eine muldenförmige Ausbildung dieses Bereichs der Lagerschicht mit umlaufendem Umfangsrand, der infolge der mechanischen Festigkeit des Materials der Lagerschicht unmittelbar die Auflagefläche für die Glaskeramikabdeckung der Kochplatte bilden kann, so daß ein separater Abstandsring in kostengünstiger Weise entfallen kann.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform an Hand der Zeichnung.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen Strahlungsheizkörper mit einer erfindungsgemäßen Wärmedämmplatte.

Der veranschaulichte Strahlungsheizkörper besteht im wesentlichen aus einer Aufnahmeschale 1 aus Metall, insbesondere Aluminiumblech, und Wärmedämmaterial in Form einer Wärmedämmplatte 2, welche an der Innenseite einer Umfangswand 3 der Aufnahmeschale 1 zwischen deren Boden 4 und einer Heizwendel 5 angeordnet ist. Die elektrisch betriebene Heizwendel 5 weist nicht näher dargestellte elektrische Anschlüsse auf, die auf geeignete Weise aus dem Bereich der Aufnahmeschale 1 herausgeführt sind. Die dargestellte Vorrichtung dient zur Strahlungsbeheizung einer Glaskeramikabdeckung einer Kochplatte, wobei die nicht näher dargestellte Glaskeramikplatte auf einer Auflagefläche 22 aufliegt und damit Abstand vom oberen Rand der Umfangswand 3 der Aufnahmeschale 1 sowie von der Heizwendel 5 erhält. Die Umfangswand 3 der Aufnahmeschale 1 und damit die gesamte Vorrichtung hat in Draufsicht im wesentlichen Kreisform und liegt konzentrisch zu einer Mittelachse 14.

Die Wärmedämmplatte 2 besteht aus einer oberen Lagerschicht 7, welche in wendelförmigen Nuten 8 die Heizwendel 5 aufnimmt. An der der Heizwendel 5 gegenüberliegenden Seite der Lagerschicht 7 ist eine Dämmschicht 9 vorgesehen, die am Boden 4 der Aufnahmeschale 1 anliegt und aus feinporigem Kieselsäureaerogel besteht. Dieses Material ist an sich bekannt und weist neben dem Kieselsäureaerogel in aller Regel eine Mineralfaserverstärkung und/oder ein Trübungsmittel auf; solche hochwirksamen Wärmedämm-Materialien werden durch die Patentinhaberin unter der Bezeichnung MICROTHERM (eingetr. Warenzeichen) vertrieben, wobei hinsichtlich Einzelheiten des Materials auf die einschlägigen DE-OS 27 47 663, 27 48 307 und 27 54 956 verwiesen wird, auf die insoweit ausdrücklich Bezug genommen wird. Bevorzugt wird ein Material für die Dämmschicht 9 verwendet, welches aus 30 bis 50% pyrogener Kieselsäure, 20 bis 50% Trübungsmittel und 5 bis 15% Aluminiumfasern besteht, sowie in einem Raumgewicht von 200 bis 400 kg/m³ vorliegt, jedoch nicht organisch oder anorganisch gehärtet zu sein braucht. Ein solches Spezial-Wärmedämmaterial besitzt eine Wärmeleitfähigkeit, die geringer ist als ruhende Luft und darüber hinaus nur wenig temperaturabhängig ist. Allerdings sind die aus pulverförmigen Grundstoffen gepreßten Platten aus einem solchen Material mechanisch wenig widerstandsfähig und schwierig herzustellen. Daher werden Platten aus diesem Material in der Regel im Zuge der Herstellung mit einem festen Glasgewebe umgeben und nachträglich in der gewünschten Form zugeschnitten.

Die obere Lagerschicht 7 besteht aus einem Aluminiumoxid-Aerogel anstelle des Kieselsäure-Aerogels der Dämmschicht 9, oder einer geeigneten Mischung beider Aerogele. Derartiges Isoliermaterial auf der Basis von Aluminiumoxid-Aerogel ist bis höhere Temperaturen beständig als auf der Basis von Kieselsäure-Aerogel. Darüber hinaus kann die Lagerschicht 7 bei Bedarf zur weiteren Erhöhung der Temperaturbeständigkeit Zuschläge an hochtemperaturbeständigen Stoffen wie Manganoxid, Zirkonoxid oder Titanoxid enthalten. Vor allem aber ist das Material der Lagerschicht 7 mit einem anorganischen Bindemittel, beispielsweise mit geeigneten glasbildenden Stoffen, gehärtet, wie dies an sich aus der älteren deutschen Patentanmeldung P 29 42 087.9 bekannt ist, auf die wegen weiterer Einzelheiten im Zusammenhang mit der Härtung derartigen Materials ausdrücklich Bezug genommen wird. Dadurch besitzt das Material der Lagerschicht 7 nur geringfügig schlechtere Wärmedämmeigenschaften als dasjenige der Dämmschicht 9, ist aber mechanisch erheblich fester und widerstandsfähiger, so daß die Lagesicherung der Heizwendel 5 unmittelbar an der Lagerschicht 7 keine Probleme mehr aufwirft. Hierzu könnten beispielsweise die Heizwendel 7 haltende Metalldrahtklammern in das Material der Lagerschicht 7 eingesteckt werden, wobei die Nuten 8 nicht zwangsläufig erforderlich wären, jedoch ist bevorzugt, die Heizwendel 5 in wendelförmigen Nuten 8 mittels eines hochtemperaturbeständigen anorganischen Klebers 6 zu befestigen, wobei Kleber mit einer Temperaturbeständigkeit bis zu 1150°C, also völlig ausreichend, zur Verfügung stehen.

Infolge der Härtung des Materials der Lagerschicht 7 können die Auflageflächen 22 unmittelbar an der Oberseite eines Umfangsrandes 10 ausgebildet werden, der in der veranschaulichten Weise eine Mulde in der Lagerschicht 7 zur Aufnahme der Heizwendel 5 umfangsseitig umgibt und so eine Wärmeabstrahlung zur Umfangswand 3 der Aufnahmeschale 1 hin sicher vermeidet. Zur weiteren Erhöhung der Stabilität des Materials im Bereich der Auflagefläche 22 kann das Material im oberen Endbereich 11 des Umfangsrandes 10 zusätzlich verdichtet sein.

Die Wärmedämmplatte 2 aus der unteren Dämmschicht 9 und der oberen Lagerschicht 7 samt Nuten 8 und Umfangsrand 10 mit Auflagefläche 22 kann als einstückiges Preßteil hergestellt werden. Hierzu wird zunächst das pulverförmige Material einer der Schichten 7 oder 9 in eine Pressenform eingegeben und zur Druckfixierung vorgepreßt, wobei der Druck unter 25 bar liegen sollte und ein Druck von 15 bis 20 bar bevorzugt ist; mit einem Druck von 18 bar wurden gute Ergebnisse erzielt. Sodann wird das Material der anderen Schicht 9 oder 7 zugefügt und der Rohling für die gesamte Wärmedämmplatte 2 in einem Zuge unter einem höheren Druck von mehr als 25 bar fertiggepreßt, insbesondere bei einem Druck zwischen 25 und 40 bar; mit einem Druck von 30 bar hierfür wurden gute Ergebnisse erzielt. Bevorzugt wird zunächst die Lagerschicht 7 in umgekehrter Stellung vorgepreßt und verbleibt für das Fertigpressen in dieser Lage.

Um die Verdichtung des Endbereiches 11 des Umfangsrandes 10 zu erzielen, wird im Zuge der Nachpressung mit einem geeigneten Randstempel, der auf die Auflagefläche 22 wirkt, nachverdichtet, so daß ein zusätzlicher Arbeitsgang hierfür nicht erforderlich ist.

Zweckmäßig wird der Rohling für die Wärmedämmplatte 2 in gegenüber der Betriebsstellung umgedrehter Stellung gepreßt, da dann eine leichtere Füllung des reliefartigen Bodens der Preßkammer möglich ist, welcher dem Negativ der Lagermulde der Lagerschicht 7 für die Heizwicklung 5 entspricht. Der Randstempel für die Nachverdichtung drückt dann von unten gegen die Auflagefläche 22 am Rohling.

Nach entsprechender Wärmeeinwirkung durch Wärmestrahlung oder in einem üblichen Ofen bei etwa 700°C für 20 bis 30 Minuten kann die fertige Wärmedämmplatte 2 entnommen werden. Zur Montage braucht lediglich der Kleber 6 in die Nuten 8 eingebracht und die Heizwendel 5 eingesetzt werden, wonach die Wärmedämmplatte 2 mit der Heizwendel in die Aufnahmeschale eingesetzt werden kann. Der die Wärmedämmplatte 2 bildende Formkörper besitzt durch die Härtung der Lagerschicht 7 ausreichende Stabilität, wobei die anfälligere freie Kante der Dämmschicht 9 durch die der Rundung zwischen der Umfangswand 2 und dem Boden 4 der Aufnahmeschale 1 entsprechende Rundung bruchgeschützt ist. Daher kann die Wärmedämmplatte 2 selbst bei Verzicht auf jegliche Härtung der Dämmschicht 9 ohne große Beschädigungsgefahr versandt und montiert werden, und ist natürlich selbständig handelbar.

Für das Material der Lagerschicht 7 bzw. der Dämmschicht 9 ist nachstehend noch ein konkretes Beispiel zur Veranschaulichung angegeben.

Beispiel

Material für die Lagerschicht 7:

29,2% pyrogene Kieselsäure
29,2% pyrogenes Aluminiumoxid
20,0% Ilmenit
 8,1% Al₂O₃
11,0% Aluminiumsilikatfaser
 2,5% Härter

Material für die Dämmschicht 9:

59,6% pyrogene Kieselsäure
34,8% Ilmenit
 5,6% Aluminiumsilikatfaser

Die Prozent-Angaben beziehen sich auf Gewichtsprozente in der Rohstoffmischung.

Claims (4)

1. Wärmedämmplatte für die Lagerung eines elektrischen Heizelementes, insbesondere für die Heizwendel einer Glaskeramik-Kochplatte, wobei die Wärmedämmplatte wenigstens eine bodenseitige hochwirksame Dämmschicht aus in der Flammenpyrolyse hergestelltem, mikroporösem, teilchenförmigem Isoliermaterial als Grundstoff insbesondere mit Mineralfaserverstärkung und/oder Trübungsmittel aufweist und an die Dämmschicht (9) eine Lagerschicht (7) mit gegenüber der Dämmschicht (9) unterschiedlicher Beschaffenheit angepreßt ist und mit dieser zusammen die als einstückiges Preßformteil ausgebildete Wärmedämmplatte bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschicht (7) ebenfalls ein in der Flammenpyrolyse hergestelltes, mikroporöses, teilchenförmiges Isoliermaterial als Grundstoff sowie vorzugsweise Mineralfaserverstärkung und/oder Trübungsmittel aufweist, jedoch mit einem anorganischen Bindemittel gehärtet ist, und daß das Isoliermaterial der Lagerschicht (7) pyrogenes Aluminiumoxid aufweist oder ist.

2. Wärmedämmplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial der Lagerschicht (7) mit hochtemperaturbeständigen Materialien wie insbesondere Manganoxid, Titanoxid oder Zirkonoxid angereichert ist.

3. Wärmedämmplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschicht (7) an der der Dämmschicht (9) gegenüberliegenden Seite muldenförmig mit einem einstückigen Umfangsrand (10) ausgebildet ist, der um wenigstens etwa die Dicke einer bestimmungsgemäß vorgesehenen Heizwendel (5) in zu deren Mittelachse (14) paralleler Richtung ausragt.

4. Wärmedämmplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrand (10) in seinem eine Auflagefläche (22) für die übliche Glaskeramikabdeckung oder dergleichen der Kochplatte bildenden Endbereich (11) zusätzlich verdichtet ist.