DE4432896C2 - Evakuierter, wärmedämmender Formkörper - Google Patents
Evakuierter, wärmedämmender FormkörperInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen evakuierten und in einer Hülle gasdicht eingeschlossenen,
wärmedämmenden Formkörper auf der Basis von verpreßtem und gegebenenfalls gehär
tetem, mikroporösem Isoliermaterial.
Es ist bekannt, daß sich Formkörper dieser Art durch besonders günstige wärmedämmen
de Eigenschaften auszeichnen, weil durch das Evakuieren die Wärmeleitung durch Kon
vektion herabgesetzt ist.
In der DE-39 40 649 A1 ist eine Wärmeisolationseinrichtung beschrieben, die aus einem
vakuumdichten Metallgehäuse besteht, welches ein Formteil aus Wärmeisolationsmaterial
umschließt.
Die DE-41 33 611 A1 betrifft ein Verfahrenzur Herstellung einer thermischen Isolations
konstruktion, bei dem ein Pulver in einem Behälter eingebracht wird und der Behälter eva
kuiert und dicht verschlossen wird.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE-34 18 637 A1 sind mit Verbundfolien umhüllte
Wärmedämmplatten und deren Herstellung beschrieben. Die Wärmedämmplatten können
in einem Temperaturbereich von -50 bis 200°C verwendet werden. Gemäß der Beschrei
bung wird ein vorgefertigter Formkörper mit einer Umhüllung versehen und evakuiert, bis
der Partialdruck von Luft 20 mbar nicht mehr übersteigt. Abschließend wird die Umhüllung
luftdicht versiegelt. Es hat sich nun gezeigt, daß das Evakuieren der Formkörper sehr zeit
aufwendig ist. Ein plattenförmiger Formkörper mit den Abmessungen 500.500.50 mm3
muß ungefähr zwei Wochen lang evakuiert werden, bis sich der geforderte Luft-
Partialdruck dauerhaft einstellt. Die lange Behandlungszeit verursacht zusätzliche Kosten
und verteuert die hergestellten Formkörper.
Die Aufgabe, die zur vorliegenden Erfindung führte, bestand darin, evakuierte wärme
dämmende Formkörper bereitzustellen, die in einem Temperaturbereich bis 800°C einge
setzt werden können und weniger aufwendig herzustellen sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eines evakuierten und in einer Hülle gas
dicht eingeschlossenen, wärmedämmenden Formkörpers auf der Basis von verpreßtem
und gegebenenfalls gehärtetem, mikroporösem Isoliermaterial mit den Merkmalen des
kennzeichnenden Teils von Anspruch 1.
Die Herstellung der Formkörper umfaßt vorzugsweise folgende Verfahrensschritte:
- A) Vorverdichten einer Mischung von wärmedämmendem Isoliermaterial auf Basis von feinverteiltem Metalloxid bei Drücken von 1 bis 5 bar, insbesondere 2 bar oder ungefähr 2 bar und Verpressen des vorverdichteten Materials in einer Form bei Enddrücken von 8 bis 20 bar zu einem Formkörper.
- B) Gegebenenfalls Härten des verpreßten Formkörpers durch eine Temperaturbehandlung bei Temperaturen von 500 bis 900°C.
- C) Kanalporen und Kanäle erzeugende Formgebung, entweder:
- a) während Vorgang I oder
- b) nach Vorgang I oder
- c) nach Vorgang II.
- D) Einbringen des Formkörpers in eine Hülle und Evakuieren des Formkörpers.
- E) Gasdichtes Verschließen der Hülle unter Vakuum.
Die gemäß Vorgang I verpreßte Mischung von wärmedämmendem
Isoliermaterial hat die folgende Zusammensetzung:
30-100 Gew.-% feinteiliges Metalloxid
0-50 Gew.-% Trübungsmittel
0-50 Gew.-% Fasermaterial
0-15 Gew.-% anorganisches Bindemittel.
30-100 Gew.-% feinteiliges Metalloxid
0-50 Gew.-% Trübungsmittel
0-50 Gew.-% Fasermaterial
0-15 Gew.-% anorganisches Bindemittel.
Bevorzugte Mischungen enthalten:
30-89 Gew.-% feinteiliges Metalloxid
10-50 Gew.-% Trübungsmittel
1-50 Gew.-% Fasermaterial
0-5 Gew.-% anorganisches Bindemittel.
30-89 Gew.-% feinteiliges Metalloxid
10-50 Gew.-% Trübungsmittel
1-50 Gew.-% Fasermaterial
0-5 Gew.-% anorganisches Bindemittel.
Besonders bevorzugte Mischungen enthalten:
50-89 Gew.-% feinteiliges Metalloxid
20-50 Gew.-% Trübungsmittel
1-10 Gew.-% Fasermaterial
0,5-2 Gew.-% anorganisches Bindemittel.
50-89 Gew.-% feinteiliges Metalloxid
20-50 Gew.-% Trübungsmittel
1-10 Gew.-% Fasermaterial
0,5-2 Gew.-% anorganisches Bindemittel.
Vorzugsweise verwendete, feinteilige Metalloxide sind pyro
gen erzeugte Kieselsäuren, einschließlich Lichtbogenkiesel
säuren, alkaliarme Fällungskieselsäuren, Siliciumdioxidaero
gele, analog hergestellte Aluminiumoxide sowie deren Mi
schungen. Vorzugsweise werden pyrogen erzeugte Kieselsäure,
Aluminiumoxid oder deren Mischung verwendet. Die feintei
ligen Metalloxide weisen spezifische Oberflächen nach BET
von vorzugsweise 50 bis 700 m2/g, insbesondere 70 bis 400 m2/g,
auf.
Beispiele für Trübungsmittel sind Ilmenit, Titandioxid, Si
liciumcarbid, Eisen-II-Eisen-III-Mischoxid, Chromdioxid,
Zirkonoxid, Mangandioxid, Eisenoxid, Siliciumdioxid, Alumi
niumoxid und Zirkonsilikat, sowie deren Mischungen. Vorzugs
weise werden Ilmenit, Rutil und Zirkonsilikat verwendet. Die
Trübungsmittel weisen vorteilhafterweise ein Absorptionsma
ximum im Infrarotbereich zwischen 1,5 und 10 µm auf. Es wer
den bevorzugt Trübungsmittel verwendet, deren Korngrößen im
Bereich von 1 bis 10 µm liegen.
Beispiele für Fasermaterialien sind Glaswolle, Steinwolle,
Basaltwolle, Schlackenwolle und keramische Fasern, Textil
glasfasern, beispielsweise sogenannte E-Glasfasern, Kiesel-
oder Quarzglasfasern, sowie deren Mischungen. Vorzugsweise
werden Textilglasfasern oder Quarzglasfasern mit einem
Durchmesser von 0,1 bis 12 µm und einer Länge von 1 bis 25 mm
verwendet.
Als anorganische Bindemittel können alle Bindemittel, deren
Einsatz in mikroporösen Wärmedämmformkörpern bekannt ist,
verwendet werden. Beispiele solcher Bindemittel sind in der
Patentschrift US-A 4,985,163 offenbart. Vorzugsweise werden
Boride des Aluminiums, des Titans, des Zirkons, des Calci
ums, Silicide, wie Calciumsilicid und Calcium-Aluminium-Si
licid, insbesondere Borcarbid eingesetzt. Beispiele für
weitere Bestandteile sind basische Oxide, insbesondere Mag
nesiumoxid, Calciumoxid oder Bariumoxid.
Die gemäß Vorgang I erzeugten Formkörper besitzen vorzugs
weise die Form von Platten mit ebenen Seitenflächen. In Ab
hängigkeit des vorgesehenen Verwendungszweckes können aber
auch andere Formen gewählt werden.
Zum Erzeugen der Kanalporen und Kanäle gemäß Vorgang III werden Werkzeuge wie
beispielsweise Bohrer, Stanzen, Fräsen oder Prägestempel verwendet.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel. In Fig. 1 ist schematisch eine Platte
in der Draufsicht dargestellt. Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht auf die Platte, bei einem
Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1.
Beispiele für die Form der Querschnittsfläche der Kanalporen 1 sind Kreise, Dreiecke,
Rechtecke und Quadrate. Falls gewünscht, kann die Querschnittsfläche mit der Eindring
tiefe der Kanalporen 1 in den Formkörper 3 variieren. Vorzugsweise haben die Kanalporen
1 einen kreisförmigen Querschnitt und führen von der Oberfläche senkrecht in den Form
körper 3 hinein. Die Anzahl an Kanalporen 1 pro Oberflächeneinheit beträgt 0,15 bis 10
Kanalporen pro 1 cm2, besonders bevorzugt 0,15 bis 0,6 Kanalporen pro 1 cm2. Die Quer
schnittsfläche der Kanalporen 1 beträgt 0,1 bis 0,8 mm2. Die Eindringtiefe der Kanalporen
1 in den Formkörper 3 beträgt vorzugsweise 5-100%, besonders bevorzugt 40-70%
der ursprünglichen Dicke des Formkörpers vor der die Kanalporen erzeugenden Formge
bung.
Die Kanäle 2 sind als parallel zur Oberfläche des Formkörpers 3 laufende Nutstrukturen
ausgebildet und haben im Schnitt senkrecht zu ihrer Längsausdehnung vorzugsweise das
Profil von einem U oder V oder von einem nach oben offenen Rechteck oder Quadrat. Sie
sind vorzugsweise 2 bis 20 mm breit und höchstens 1 bis 3 mm tief. Ferner können sich
Kanäle 2 teilweise kreuzen und beispielsweise ein regelmäßiges Raster auf der Oberflä
che des Formkörpers bilden. Dieses Raster ist in der Draufsicht vorzugsweise rechteckig
oder rautenförmig.
Die Oberfläche des Formkörpers ist zumindest teilweise mit
Kanalporen und Kanälen versehen. Bei einem plattenförmigen
Formkörper können beispielsweise eine oder zwei Seitenflä
chen Kanalporen und Kanäle aufweisen oder auf einer Seiten
fläche nur Kanalporen und auf der gegenüberliegenden Seiten
fläche Kanalporen und Kanäle vorgesehen sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Oberflächen
teile des Formkörpers, die weder Kanalporen, noch Kanäle
aufweisen, teilweise oder vollständig mechanisch aufgerauht.
Die entsprechenden Oberflächenteile werden beispielsweise
mit Hilfe eines kratzenden Werkzeuges mit Rillen oder Riefen
versehen, die im Abstand von bis zu 1 mm angeordnet sind und
bis zu 1,5 mm tief in den Formkörper eindringen. Als auf
rauhendes Werkzeug kann beispielsweise auch ein poröser
Preßstempel verwendet werden, der auf die Oberfläche des
Formkörpers gedrückt wird und ein regelmäßiges oder unregel
mäßiges Muster von Makroporen hinterläßt, die bis zu 1,5 mm
tief in den Formkörper eindringen. Die künstlich erzeugte
Rauhigkeit der Oberfläche des Formkörpers trägt dazu bei,
daß der Vorgang IV des Verfahrens in kürzerer Zeit vollzogen
werden kann.
Gemäß Vorgang IV wird der Formkörper in eine Hül
le eingebracht und evakuiert. Gegebenenfalls kann dies bei
höheren Temperaturen von 100 bis 650°C geschehen. Die Hülle
sollte den Formkörper paßgenau umhüllen, damit die später
auf die Hülle einwirkenden Druckkräfte vom Formkörper abge
stützt werden. Als Werkstoff für die Hülle sind beispiels
weise Metalle und Metallegierungen geeignet, die bei einer
Umgebungstemperatur bis 800°C formstabil bleiben. Vorzugs
weise wird eine Hülle aus Stahlblech verwendet. Sobald der
Druck beim Evakuieren auf einen bestimmten Solldruck, vor
zugsweise 1 bis 10-5 mbar gefallen ist, wird die Hülle gas
dicht verschlossen, beispielsweise verschweißt.
Durch das Vorhandensein von Kanalporen und Kanälen ist die
Zeit, die zum Evakuieren des Formkörpers benötigt wird,
deutlich herabgesetzt. Es dauert nicht mehr wie bisher Tage,
sondern nur noch einige Stunden, bis der Solldruck erreicht
ist. Überraschenderweise stehen diesem Vorteil keine Nach
teile gegenüber. So bleibt der Formkörper trotz seiner ge
ringen Dichte von 170 bis 230 g/m3 formstabil und kann die
Druckkräfte, die auf die geschlossene Hülle einwirken, ab
stützen. Außerdem ist die Absorption von Infrarotstrahlung
nicht beeinträchtigt. Bei Atmosphärendruck und Raumtempera
tur beträgt die Wärmeleitfähigkeit des Formkörpers hinsicht
lich Infrarotstrahlung und Festkörperleitung 0,025 W/mK und
weniger.
Die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestell
ten evakuierten Formkörper eignen sich besonders als wärme
dämmende Isolierungen in der Kühl- und Heizungstechnik. Be
sonders bevorzugt ist deren Verwendung als wärmedämmende
Isolierungen von Hochtemperaturbatterien und Latentwärme
speichern, insbesondere in Kraftfahrzeugen.
Claims (9)
1. Evakuierter und in eine Hülle gasdicht eingeschlossener, wärmedämmender Formkörper
auf der Basis von verpreßtem und gegebenenfalls gehärtetem, mikroporösem Isoliermate
rial, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Formkörpers zumindest teilweise mit
Kanalporen und Kanälen versehen ist, wobei die Kanalporen eine Querschnittsfläche von
0,1 bis 0,8 mm2 pro Kanalpore besitzen und die mit Kanalporen versehene Oberfläche des
Formkörpers 0,15 bis 10 Kanalporen pro cm2 aufweist.
2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle 2 bis
20 mm breit und höchstens 1 bis 3 mm tief sind.
3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Kanäle teilweise kreuzen.
4. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberflächenteile des Formkörpers, die weder Kanalporen, noch Kanäle
aufweisen, teilweise oder vollständig aufgerauht sind.
5. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Formkörper die auf die Hülle einwirkenden äußeren Druckkräfte abstützt.
6. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dichte des Formkörpers 170 bis 230 g/m3 beträgt.
7. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das mikroporöse Isoliermaterial folgendermaßen zusammengesetzt ist:
30-100 Gew.-% feinteiliges Metalloxid
0-50 Gew.-% Trübungsmittel
0-50 Gew.-% Fasermaterial
0-15 Gew.-% anorganisches Bindemittel.
30-100 Gew.-% feinteiliges Metalloxid
0-50 Gew.-% Trübungsmittel
0-50 Gew.-% Fasermaterial
0-15 Gew.-% anorganisches Bindemittel.
8. Verwendung des Formkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Wärme
isolierung von Hochtemperaturbatterien.
9. Verwendung des Formkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Wärme
isolierung von Latentwärmespeichern.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4432896A DE4432896C2 (de) | 1994-09-15 | 1994-09-15 | Evakuierter, wärmedämmender Formkörper |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4432896A DE4432896C2 (de) | 1994-09-15 | 1994-09-15 | Evakuierter, wärmedämmender Formkörper |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4432896A1 DE4432896A1 (de) | 1996-03-21 |
| DE4432896C2 true DE4432896C2 (de) | 2002-08-29 |
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ID=6528315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE4432896A Expired - Lifetime DE4432896C2 (de) | 1994-09-15 | 1994-09-15 | Evakuierter, wärmedämmender Formkörper |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4432896C2 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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