DE10065075A1 - Mischung, Verwendung der Mischung, Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus der Mischung, Formteil und Verwendung des Formteils, das mit niedriger Temperatur ausgehärtet wurde - Google Patents
Mischung, Verwendung der Mischung, Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus der Mischung, Formteil und Verwendung des Formteils, das mit niedriger Temperatur ausgehärtet wurdeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Mischung, die Verwendung der Mischung zur Herstellung eines Formteils, ein Verfahren zur Herstellung des Formteils, das Formteil und die Verwendung des Formteils. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Mischung ist gekennzeichnet durch mindestens: DOLLAR A a) 60-90% Vermiculit, DOLLAR A b) 5-20% Phosphatbinder, DOLLAR A c) 5-20% H¶2¶O, DOLLAR A d) 0-6% hochdisperses Metalloxid, DOLLAR A e) 0-10% Ton, DOLLAR A f) 0,5-15% Kombination anorganischer Silicate DOLLAR A Die erfindungsgemäße Mischung hat besonders gute elektrische und thermische Isolationseingenschaften sowie eine hohe mechanische Festigkeit bei niedriger Aushärtetemperatur.
Description
Die Erfindung betrifft eine Mischung, die Verwendung der Mischung,
ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus der Mischung, ein
Formteil und die Verwendung des Formteils.
Elektroherde sind mit einer Kochmulde oder einem Glaskeramikkochfeld
ausgestattet. Zur Beheizung der Kochmulde oder des Kochfeldes werden
Heizleiter verwendet. Die Heizleiter sind nach unten hin von hoch
wärmenden Unterschalen umgeben. Die Unterschalen können von einer
keramischen Isoliermasse gebildet sein, die in einem
metallischen Träger aufgenommen ist. In zusammengebautem
Zustand ist zwischen der Unterschale und der Kochmulde oder
dem Kochfeld ein Ring mit einem rechteckförmigen
Querschnitt angeordnet. Der Ring dient einerseits zur
thermischen und elektrischen Isolation nach außen.
Andererseits dient der Ring zur Befestigung der Heizleiter
und muss deshalb eine gewisse mechanische Festigkeit
aufweisen.
Herkömmliche Ringe werden aus hochdisperser Kieselsäure
beziehungsweise aus Vermiculit hergestellt. Die Ringe aus
hochdisperser Kieselsäure haben den Nachteil, dass ihre
mechanische Festigkeit zu gering ist. Bei den Ringen aus
Vermiculit wird zum Binden des Vermiculits Wasserglas
verwendet. Übliche Mischungsverhältnisse liegen bei 60 bis
80% Vermiculit und 20 bis 40% Wasserglas. Beide Rohstoffe
sind billig und für einen niedrigen Temperaturbereich
bestimmt. Ein großer Nachteil des Wasserglases besteht
darin, dass es Alkalien enthält. Alkalienhaltige
Materialien nehmen sehr leicht Feuchtigkeit aus der Luft
auf. Diese Alkalien und die aufgenommene Feuchtigkeit
vermindern die elektrische Isolationswirkung der
hergestellten Ringe.
Auch nach einer Temperung bis zu 200°C kann das erhärtete
Material durch Kontakt mit Wasser wieder weich werden. Die
Erhärtung von mit Wasserglas gebundenen Mischungen erfolgt
durch den Verlust von Wasser. Der Verlust von Wasser
wiederum führt zu einem Volumenschrumpf, der in einer zur
Herstellung der Ringe verwendeten Pressform berücksichtigt
werden muss. Beim Erhärten verkleben einzelne Teilchen
miteinander.
Aus der EP 0 644 707 A1 ist ein Strahlungsheizkörper zum
Beheizen einer glaskeramischen Kochplatte bekannt. Der
bekannte Strahlungsheizkörper umfasst einen
Isolationskörper aus einem hochporösen, faserfreien
anorganischen Material. Bei dem anorganischen Material kann
es sich u. a. um Vermiculit handeln. Zur Herstellung von
Formkörpern wird dem hochporösen anorganischen Material ein
aushärtendes Bindemittel zugemischt. Zu den aushärtenden
Bindemitteln, die mit dem hochporösen anorganischen
Material vermischt werden, gehören wässrige Lösungen von
Phosphaten wie Monoaluminiumphosphat, Silikophosphaten
sowie Alkaliwassergläser und Kieselsol.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mischung zur Herstellung
eines Formteils bereitzustellen, das eine ausreichende
Festigkeit, gute Wärmeisolationseigenschaften und gute
elektrische Isolationseigenschaften ausweist. Insbesondere
sollen die aus der erfindungsgemäßen Mischung hergestellten
Formteile die Anforderungen der mittlerweile verschärften
Prüfung für die Kriechstromfestigkeit bei der VDE-
Ableitstrommessung nach DIN VDE 0700 Teil 2 erfüllen. Bei
dieser Prüfung werden die Formteile in einem Feuchtraum
gelagert. Anschließend wird der Ableitstrom gemessen. Die
erfindungsgemäße Mischung soll sich gut zur Herstellung der
vorab beschriebenen Ringe eignen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche 1, 11, 12, 15 und 18 gelöst. Vorzugsweise
wird der erfindungsgemäße Ring durch Verpressen der
pulvrigen und rieselfähigen Mischung hergestellt. Mit der
Erfindung werden die folgenden Vorteile erzielt:
Gute Entform barkeit: das verpresste Formteil bleibt nach dem Öffnen der Presse nicht an der Form hängen;
Hohe Grün festigkeit: das verpresste Formteil kann ohne eine weitere Wärmebehandlung aus der Form genommen werden, ohne dass es sich dabei verformt;
kein Quellen: die verpressten Formteile verformen sich nach der Druckentlastung in der Presse nicht. Sie behalten ihre Größe bei und nehmen nicht wieder ihre Ausgangsgröße an. Zur Vermeidung des Quellens, das an Querrissen im fertigen Formteil erkannt werden kann, ist besonders die genaue Bemessung des der Mischung beigegebenen Wasseranteils von Bedeutung;
Hohe Endfestigkeit: Insbesondere nach einer Temperung bei 150 bis 200°C oder höher ist eine ausreichende Festigkeit gegeben;
Hohe Volumen stabilität: Das fertige Formteil verformt sich im Betrieb so gut wie nicht mehr;
Elektrische Eigen schaften: Auch nach einer Lagerung in einem Feuchtraum bleiben die guten elektrischen Isolationseigenschaften erhalten, was durch einen geringen Ableitstrom nachweisbar ist;
und vertretbarer Preis: die erfindungsgemäße Lösung liegt preislich in einer ähnlichen Größenordnung wie herkömmliche Lösungen.
Gute Entform barkeit: das verpresste Formteil bleibt nach dem Öffnen der Presse nicht an der Form hängen;
Hohe Grün festigkeit: das verpresste Formteil kann ohne eine weitere Wärmebehandlung aus der Form genommen werden, ohne dass es sich dabei verformt;
kein Quellen: die verpressten Formteile verformen sich nach der Druckentlastung in der Presse nicht. Sie behalten ihre Größe bei und nehmen nicht wieder ihre Ausgangsgröße an. Zur Vermeidung des Quellens, das an Querrissen im fertigen Formteil erkannt werden kann, ist besonders die genaue Bemessung des der Mischung beigegebenen Wasseranteils von Bedeutung;
Hohe Endfestigkeit: Insbesondere nach einer Temperung bei 150 bis 200°C oder höher ist eine ausreichende Festigkeit gegeben;
Hohe Volumen stabilität: Das fertige Formteil verformt sich im Betrieb so gut wie nicht mehr;
Elektrische Eigen schaften: Auch nach einer Lagerung in einem Feuchtraum bleiben die guten elektrischen Isolationseigenschaften erhalten, was durch einen geringen Ableitstrom nachweisbar ist;
und vertretbarer Preis: die erfindungsgemäße Lösung liegt preislich in einer ähnlichen Größenordnung wie herkömmliche Lösungen.
Vermiculit ist ein Mineral, das sich durch rasches Erhitzen
auf über 850°C senkrecht zu den Schichtoberflächen bläht
und das ca. 30-fache seines Ausgangsvolumens einnimmt. Das
bedeutet, dass sich zwischen den Schichten große Hohlräume
bilden, in die Flüssigkeiten eindringen können. Wenn ein
flüssiges Bindemittel in diese Hohlräume eindringt, steht
das eingedrungene Bindemittel nicht mehr zur Verfügung, um
einzelne Teilchen miteinander zu verkleben. Diese Hohlräume
können einem flüssigen Bindemittel auch Wasser entziehen.
Wenn dem flüssigen Bindemittel Wasser entzogen wird, dann
steigt die Viskosität des Bindemittels stark an. Außerdem
verschlechtert sich die Verteilung des Bindemittels. Das
kann dazu führen, dass einzelne Nester mit einem hohen
Bindemittelanteil zurückbleiben, anstatt dass alle
Vermiculitteilchen mit Bindemittel benetzt und verklebt
werden. Das wiederum kann zu einer geringen Festigkeit des
herzustellenden Formteils führen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben sich zwei
Möglichkeiten ergeben, um eine unzureichende Verteilung des
Bindemittels zu verhindern. Zum einen ist es möglich, eine
große Menge Wasser beizufügen. Durch das zusätzliche Wasser
wird die Viskosität des Bindemittels so gering, dass bei
einer ausreichenden Mischzeit alle zu verklebenden
Vermiculitteilchen benetzt werden. Ein Teil des
Bindemittels würde jedoch auch in die Hohlräume des
Vermiculits eindringen und nicht mehr zum Verkleben der
Teilchen zur Verfügung stehen. Dabei würde aber die Gefahr
bestehen, dass die Formteile nach der Druckentlastung in
der Form aufquellen würden. Das Quellen würde zu Querrissen
an den Formteilen führen. Die zweite Möglichkeit besteht
darin, dass das Bindemittel nur an der Oberfläche der
Vermiculitteilchen bleibt und nicht eindringt. Das wird
gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Zugabe des
hochdispersen Metalloxides erreicht. Das hochdisperse
Material dringt nicht in die Vermiculitteilchen ein,
sondern lagert sich an der Oberfläche an. Wenn nun ein
Bindemittel zugegeben wird, so lagert sich das Bindemittel
primär an das hochdisperse Metalloxid an, weil dieses
Material stärker "saugend" wirkt als das Innere der
Vermiculitteilchen. Beim Verpressen der Formteile werden
nun die einzelnen Teilchen in Kontakt gebracht, und das
Bindemittel verklebt sie.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden beide Möglichkeiten
miteinander kombiniert. Das hochdisperse Metalloxid umhüllt
die Vermiculitteilchen. Durch Zugabe von Wasser zum
Bindemittel wird dessen Viskosität stark abgesenkt und eine
gute Verteilung des Bindemittels erreicht. Dabei sorgt das
hochdisperse Metalloxid dafür, dass das Bindemittel eher an
der Oberfläche der Vermiculitteilchen bleibt und im
Wesentlichen nicht in diese eindringt.
Vermiculit wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in
geblähter Form verwendet. Wenn das rieselfähige Material
auf über 850°C erhitzt wird, bläht sich das Vermiculit
senkrecht zu den Schichtoberflächen bis auf das
Dreißigfache seines Ausgangsvolumens aus. Das erhitzte,
aufgeblähte Vermiculit ist bis 1100°C beständig. Das
entspricht einer relativ niedrigen Anwendungstemperatur.
Normalerweise werden Füllstoffe mit einer niedrigen
Anwendungstemperatur mit einem Bindemittel kombiniert, das
ebenfalls eine niedrige Anwendungstemperatur aufweist. Im
Gegensatz dazu wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung
ein Bindemittel mit einer hohen Anwendungstemperatur
verwendet, nämlich ein Phosphatbinder.
Bei dem verwendeten Phosphatbinder handelt es sich
vorzugsweise um eine wässrige Lösung eines
Monoaluminiumphosphates (MAP), das normalerweise als
Kaltbindemittel zur Erzielung einer sogenannten
Grünfestigkeit bei Feuerfestmaterialien im
Hochtemperaturbereich eingesetzt wird. Die wässrige Lösung
wird auch als MAP-Flüssigkeit bezeichnet. Das
Aluminiumphosphat kann durch andere Phosphate, wie
Magnesiumphosphat, Natriumaluminiumphosphat, Borphosphat,
Chromphosphat, Phosphorsäure, Polyphosphat oder Mischungen
von diesen ersetzt werden.
Phosphatbinder sind hochtemperaturbeständig und teuer und
werden normalerweise zum Binden von teuren und
hochtemperaturbeständigen Materialien, wie Korund und
Zirkon, verwendet. Sie enthalten keine Alkalien. Nach einer
Temperung bei 300° bis 400°C sind sie wasserbeständig. Die
Aushärtung wird durch Vernetzung beziehungsweise
Polykondensation erreicht. Dadurch kann eine gute
Volumentstabilität erzielt werden. Die durch das Tempern
erreichten Festigkeiten steigen mit der Temperatur. Durch
das Fehlen der Alkalien weist das fertige Formteil bessere
elektrische Isolationseigenschaften auf. Die Aufnahme von
Feuchtigkeit bei einer Feuchtraumlagerung ist erheblich
reduziert.
Bei dem verwendeten Metalloxid handelt es sich vörzugsweise
um hochdisperse "pyrogene" Kieselsäure (SiO2), die im
amorphen Zustand vorliegt und eine sehr große spezifische
Oberfläche aufweist. Es kann aber auch Aluminiumoxid oder
Zirkonoxid in hochdisperser Form verwendet werden.
Das beigemischte Wasser dient zum Verdünnen.
Der Ton dient einerseits dazu, die Bindefähigkeit zu erhöhen und
andererseits als Reaktionspartner für den Phosphatbinder.
In der Europäischen Patentanmeldung 00 113 453.5 werden Temperaturen
von 300 bis 400°C zur Temperung genannt, um eine Wasserbeständigkeit
zu erzielen. Dabei ist auch eine gewisse Festigkeit gegeben. In der
vorliegenden Erfindung wird durch die Zugabe einer Kombination
anorganischer Silicate die notwendige Temperatur der Aushärtung auf
150 bis 200°C herabgesetzt, um eine irreversible Aushärtung zu
erlangen. Gleichzeitig wird eine höhere Festigkeit bei den niedrigen
Temperaturen erreicht. Die anorganischen Silicate bestehen aus einer
Kombination verschiedener Magnesiumverbindungen wie Magnesium-
Silicate oder Magnesium-Aluminium-Silicate. Es handelt sich teilweise
um Schichtsilicate. Ein Teil davon kann Talk sein. Die Kombination
kann als Härter von Feuerfestbindemitteln wie Phosphatbinder, z. B.
Monoaluminiumphosphat, angesehen werden. Beide Stoffe reagieren bei
leicht erhöhten Temperaturen miteinander und ergeben hohe
Festigkeiten. Es kann als 2-Komponentensystem betrachtet werden.
Bei der Herstellung des Formteils wird der in Form einer wäßrigen
Lösung vorliegende Phosphatbinder zunächst mit dem Wasser vermischt,
um eine gute Verteilung des Binders im Wasser zu erreichen. Die im
trockenen Zustand vorliegenden Materialien Vermiculit, Metalloxid,
Ton und eine Kombination anorganischer Silicate werden im trockenen
Zustand vermischt, um eine gute Verteilung zu erreichen.
Daraufhin wird die flüssige Mischung aus Phosphatbinder und Wasser in
die trockene Mischung aus Vermiculit, Metalloxid, Ton und einer
Kombination anorganischer Silicate eingesprüht und alles miteinander
vermischt. Die resultierende Mischung wird dann in einer Form
verpresst.
Vorzugsweise wird eine Temperung in mehreren Schritten durchgeführt.
Eine Temperung von zunächst zwei Stunden bei 80°C und anschließend
zwei Stunden bei 200°C hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die besonderen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Mischung kommen
insbesondere bei der Herstellung von filigranen Formteilen zur
Geltung. Solche filigranen Bauteile, wie zum Beispiel die vorab
beschriebenen Ringe, haben eine Vielzahl von kritischen Flächen, die
bei der Herstellung des Formteils an der Form anhaften können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in
der mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen
beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der
Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in
beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Claims (22)
1. Mischung, gekennzeichnet durch mindestens:
- a) 60-90% Vermiculit,
- b) 5-20% Phosphatbinder,
- c) 5-20% H2O,
- d) 0-6% hochdisperses Metalloxid,
- e) 0-10% Ton
- f) 0,5-15% Kombination anorganischer Silicate
2. Mischung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens:
- a) 71-82, 5% Vermiculit,
- b) 8-12% Phosphatbinder,
- c) 8-12% H2O,
- d) 1,5-6% hochdisperses Metalloxid,
- e) 0-5% Ton
- f) 2-8% Kombination anorganischer Silicate
3. Mischung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens:
- a) 75,5% Vermiculit,
- b) 9,0% Phosphatbinder,
- c) 9,0% H2O,
- d) 1,5% hochdisperses Metalloxid,
- e) 1,0% Ton
- f) 4,0% Kombination anorganischer Silicate
4. Mischung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens:
- a) 73,0% Vermiculit,
- b) 9,5% Phosphatbinder,
- c) 9,5% H2O,
- d) 2,5% hochdisperses Metalloxid,
- e) 1,5% Ton
- f) 4,0% Kombination anorganischer Silicate
5. Mischung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens:
- a) 72,0% Vermiculit,
- b) 9,5% Phosphatbinder,
- c) 9,5% H2O,
- d) 3,5% hochdisperses Metalloxid,
- e) 1,5% Ton
- f) 4,0% Kombination anorganischer Silicate
6. Mischung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens:
- a) 71,0% Vermiculit,
- b) 10,5% Phosphatbinder,
- c) 10,5% H2O,
- d) 3,5% hochdisperses Metalloxid,
- e) 1,5% Ton
- f) 3,5% Kombination anorganischer Silicate
7. Mischung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens:
- a) 76,0% Vermiculit,
- b) 9,0% Phosphatbinder,
- c) 9,0% H2O,
- d) 1,0% hochdisperses Metalloxid,
- e) 1,5% Ton
- f) 3,5% Kombination anorganischer Silicate
8. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß als Phosphatbinder Aluminiumphosphat,
insbesondere eine wäßrige Lösung eines Monoaluminiumphosphat,
Magnesiumphosphat, Natriumaluminiumphosphat, Borphosphat,
Chromphosphat, Phosphorsäure, Polyphosphat oder Mischungen von
diesen verwendet werden.
9. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß als hochdisperses Metalloxid hochdisperse
Kieselsäure, Aluminiumoxid oder Zirkonoxid verwendet wird.
10. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das verwendete Vermiculit eine Körnung von
0-1 mm, 1-2 mm und/oder 2-4 mm aufweist.
11. Verwendung einer Mischung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche zur Herstellung eines Formteils.
12. Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einer Mischung
nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die folgenden
Schritte:
- a) das Vermiculit wird vorgemischt,
- b) der Mischung aus a) wird der Ton und das Metalloxid und eine Kombination anorganischer Silicate zugegeben und alles wird miteinander vermischt,
- c) das Wasser und der Phosphatbinder werden miteinander vermischt und der Mischung aus b) zugegeben,
- d) die Mischung aus c) wird vermischt und in eine Form gegeben.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das
Formteil in der Form verpreßt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das
Formteil aus der Form genommen und getempert wird.
15. Formteil aus einer Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der
Ansprüche 12 bis 14.
16. Formteil nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch die Gestalt
eines Ringes mit rechteckförmigem Querschnitt.
17. Formteil nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch die Gestalt
eines Ringes mit rechteckförmigem Querschnitt, der an seinem
äußeren Umfang mit einem Bodensegment verbunden ist.
18. Verwendung eines Formteil nach einem der Ansprüche 15
bis 17 zur elektrischen und/oder thermischen Isolieren
sowie zur Befestigung von Funktionsteilen.
19. Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei den Funktionsteilen um Teile eines Herdes
handelt.
20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei den Funktionsteilen um eine Glaskeramikplatte
und eine Unterschale handelt, zwischen denen das Formteil
angeordnet ist, und daß das Formteil zur Befestigung
einer Heizvorrichtung dient.
21. Mischung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die verwendete Kombination
anorganischer Silicate eine Mischung aus verschiedenen
Magnesiumverbindungen wie Magnesium-Silicate oder
Magnesium-Aluminium-Silicate ist. Dies kann auch Talk
sein.
22. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperatur der Aushärtung gegenüber herkömmlichen
Systemen herabgesetzt werden kann, und zwar auf 150 bis
200°C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000165075 DE10065075A1 (de) | 2000-12-23 | 2000-12-23 | Mischung, Verwendung der Mischung, Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus der Mischung, Formteil und Verwendung des Formteils, das mit niedriger Temperatur ausgehärtet wurde |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000165075 DE10065075A1 (de) | 2000-12-23 | 2000-12-23 | Mischung, Verwendung der Mischung, Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus der Mischung, Formteil und Verwendung des Formteils, das mit niedriger Temperatur ausgehärtet wurde |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10065075A1 true DE10065075A1 (de) | 2002-06-27 |
Family
ID=7669029
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000165075 Withdrawn DE10065075A1 (de) | 2000-12-23 | 2000-12-23 | Mischung, Verwendung der Mischung, Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus der Mischung, Formteil und Verwendung des Formteils, das mit niedriger Temperatur ausgehärtet wurde |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10065075A1 (de) |
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2000
- 2000-12-23 DE DE2000165075 patent/DE10065075A1/de not_active Withdrawn
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