DE102008034842A1

DE102008034842A1 - Wärmedämmformkörper mit einem eine Glasumhüllung aufweisenden Stützkörper und Verfahren zu dessen Herstellung

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Publication number: DE102008034842A1
Application number: DE102008034842A
Authority: DE
Original assignee: Schott AG; Porextherm-Dammstoffe GmbH; Porextherm Daemmstoffe GmbH
Current assignee: Schott AG; Porextherm-Dammstoffe GmbH; Porextherm Daemmstoffe GmbH
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Wärmedämmformkörper (10) mit einem eine Glasumhüllung (12) aufweisenden Stützkörper (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Glasumhüllung (12) auf den Stützkörper (11) aufgelegte Glaselemente (15) aufweist und eine vakuumdichte Verbindung der Glaselemente (15) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmedämmformkörper mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Anspruchs 19.
In vielen Anwendungen wie beispielsweise zur Wärmedämmung von Kühl- und Gefriergeräten, temperaturkontrollierten Verpackungen, Tankcontainern etc. werden anstelle von konventionellen Wärmedämmmaterialien (Polyurethanschaum, Polystyrol, Mineralwolle etc.) oder in Kombination mit diesen vermehrt Vakuumisolationspaneele (VIPs) eingesetzt, da diese in ihrer Dämmleistung gegenüber den konventionellen Materialien um einen Faktor 4 bis 10 verbessert sind. Auch die Bauindustrie setzt diese hocheffiziente Vakuumtechnologie zur Wärmedämmung von Gebäuden vermehrt ein.
Ein Vakuumisolationspaneel besteht im Wesentlichen aus einem in eine vakuumdichte Folienumhüllung eingelegten Stützkern, wobei die Folienumhüllung nach Evakuierung in einer Vakuumkammer verschweißt wird. Das Vakuum spielt dabei die Schlüsselrolle, da die Wärmeleitfähigkeit eines Dämmstoffes maßgeblich durch die Wärmeleitung des eingeschlossenen Gases bestimmt wird. Durch die Evakuierung wird diese Wärmeleitung unterbunden. Welchen Wärmedämmwert man erreichen kann, hängt einerseits vom verwendeten Material und andererseits von der Größenordnung des Vakuums ab. Um die Dämmgüte verschlechternde lineare Wärmebrücken- und Randeffekte zu reduzieren, werden als Hüllfolie sogenannte metallisierte Kunststoffverbundfolien eingesetzt, die jedoch den Nachteil haben, dass die Folienparameter hinsichtlich Sauerstoff- bzw. Wasserdampfpermeation einen Innendruckanstieg des Vakuumisolationspaneels über die Jahre zulassen. Nach dem Gesetz von Arrhenius nehmen die Permeationsraten mit steigenden Temperaturen zu, wodurch der Innendruck der Vakuumisolationspaneele zeitlich schneller ansteigt, was zu einer Verschlechterung der Wärmedämmgüte des VIPs führt. Speziell in der Bauindustrie wird eine Lebensdauer bzw. Vakuumbeständigkeit der Vakuumisolationspaneele von 50 Jahren und mehr angestrebt, was jedoch mit den üblicherweise verwendeten metallisierten Kunststoffverbundfolien nur schwerlich erreichbar ist.
Um die Standzeit des Vakuumisolationspaneels zu verbessern und um eine permeationsdichte Umhüllung für ein Vakuumisolationspaneel zu schaffen, schlägt die DE 10 2004 003 603 ein Paneel mit einem Stützkörper aus pulverförmigen Kieselsäure-Partikeln vor, bei dem durch Schmelzvorgänge eine dichte Glasschicht an der Außenseite des Stützkörpers gebildet wird. Nachteilig hieran ist, dass zur Bildung der glasartigen Oberflächenschicht eine hohe Temperaturbeaufschlagung des Vakuumisolationspaneels erfolgen muss, wodurch Schrumpfprozesse und Risse im Material auftreten können. Zudem ist die Herstellung des Vakuumisolationspaneels mit einem langen Abkühlungsprozess verbunden. Weiterhin negativ zu beurteilen ist die Tatsache, dass durch das Anschmelzen der Oberfläche keine absolut plane Oberfläche des Vakuumisolationspaneels geschaffen werden kann, so dass beispielsweise bei der Flächenverkleidung Spalte zwischen den verlegten Vakuumisolationspaneelen bestehen bleiben, an denen sich Wärmebrücken ausbilden können.
Die DE 100 34 764 beschreibt ein Brüstungspaneel, in dem zwischen zwei Glasscheiben mit einem wasserdampf- und gasdichten Randverbund eine Vakuumdämmplatte mit Aerogelpulver-Füllung eingelegt wird, so dass die Vakuumdämmplatte den Zwischenraum der Glasscheiben ausfüllt. Die DE 43 39 435 beschreibt ein lichtundurchlässiges Mehrscheibenpaneel, bei welchem zwischen zwei parallel beabstandeten Isolierglasscheiben mit gasdichtem Randverbund eine durch eine gas- und wasserdichte Umhüllung umgebene und evakuierte, pulver- oder faserhaltige Wärmedämmplatte eingesetzt ist. Die DE 43 19 763 beschreibt ein evakuiertes, lichtundurchlässiges Mehrscheiben-Isolations-Paneel mit einem Randverbund, bei welchem ein oder mehrere Scheibenzwischenräume des Paneels mit infrarotgetrübtem, nano- und/oder mikroporösem Pulver gefüllt sind und der Innendruck des Mehrscheiben-Isolations-Paneels unter 10 mbar abgesenkt ist.
Nachteilig an allen Lösungen ist, dass der Randverbund aus einem dritten Material gebildet wird, so dass hier nach längerer Standzeit aufgrund von Materialalterung erhöhte Permeationsraten für Gas und Wasserdampf auftreten und dadurch die Dämmgüte der Paneele herabgesetzt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile der oben genannten Isolationskörper und Paneele zu überwinden und einen Wärmedämmformkörper mit einer für Gas und Wasserdampf impermeablen Umhüllung zur Verfügung zu stellen, der auch nach längerer Standzeit keine Verschlechterung der Dämmqualität aufgrund von Vakuumverlust aufweist und in einem einfachen Verfahren mit nahezu jeder beliebigen Formgebung hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmedämmformkörper gemäß Anspruch 1 sowie mit einem Verfahren gemäß Anspruch 19. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, wobei auch die Verwendung in einem Sonnenkollektor, einem Backofen, einem Solarmodul, einer Transportbox und einem Bauelement hervorzuheben sind.
Der erfindungsgemäße Wärmedämmformkörper weist einen Stützkörper mit einer Glasumhüllung auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Glasumhüllung aus auf den Stützkörper (insbesondere auf die Hauptflächen) aufgelegten Glaselementen gebildet ist. Zudem ist eine vakuumdichte Verbindung dieser Glaselemente vorgesehen. Eine Umhüllung des Stützkörpers mit Glas zur Bildung eines Wärmedämmformkörpers hat gegenüber metallischen Materialien zudem den Vorteil, dass bei nahezu gleicher Permeationsdichtheit die Wärmeleitfähigkeit um mehrere Faktoren geringer ist. So liegt beispielsweise der Wärmeleitfähigkeitswert von Flintglas bei 0,78 W/(m·K) und damit im Vergleich zu Edelstahl mit einem Wert von 15 W/(m·K) um den Faktor 19 niedriger. Damit wird die Isolationsleistung des Wärmedämmformkörpers bei geringeren Stärken des Umhüllungsmaterials wesentlich verbessert.
Durch das Auflegen der vorgefertigten Glaselemente werden, im Vergleich zum Bilden der äußeren Glasschicht durch Anschmelzen der Stützkörperoberfläche, zudem klare Konturen des Wärmedämmformkörpers geschaffen, so dass dieser passgenau verlegt, verbaut oder beispielsweise in Wärmedämmverbundsysteme integriert werden kann. So kann der erfindungsgemäße Wärmedämmformkörper aufgrund der besonders planen und exakt bemessbaren Glasumhüllung auch in sogenannten hochdämmenden Verbundziegeln verwendet werden. Dabei kann im Verbundziegelkörper beispielsweise eine Aussparung vorgesehen werden, in welche der mechanisch stabile Wärmedämmformkörper mit Glasumhüllung in einem Produktvervollständigungsschritt passgenau eingeschoben wird. Ebenso ist es möglich, dass entsprechende Ziegel aus mindestens drei Teilen, nämlich zwei Ziegelteilen und dem Wärmedämmformkörper, bestehen und die Teile erst in einem letzten Produktionsschritt zusammengefügt werden. Auch hier gewährleistet die plane Oberfläche der Glasumhüllung eine unterbrechungsfreie Verbindung der Elemente des so geschaffenen Wärmedämmverbundsystems und verhindert damit die Ausbildung von Wärmebrücken an den Rändern der einzelnen Teile. Dies gilt auch beim Dämmeinsatz in Sonnenkollektoren, Backöfen, Solarmodulen, Transportboxen oder Bauelementen.
Der Wärmedämmformkörper wird in einem Verfahren hergestellt, das mehrere Schritte umfasst. So wird zunächst bevorzugt ein aus synthetischem Siliziumdioxid, pyrogener Kieselsäure, Lichtbogenkieselsäure, alkaliarmer Fällungskieselsäure, Siliziumdioxidaerogel und/oder analog hergestelltem Aluminiumoxid bestehender Stützkörper geformt. Die Formung des Stützkörpers erfolgt durch Verpressen des mikro- oder nanoporösen Materials in einer Pressform, wobei hier durch entsprechende Ausgestaltung der Form eine beliebige Formgebung des Stützkörpers durchgeführt werden kann.
Der Stützkörper des erfindungsgemäßen Wärmedämmformkörpers kann dabei sowohl opak als auch transluzent bzw. transparent hergestellt werden. Für opake Wärmedämmformkörper eignen sich Stützkörper aus pyrogenen Kieselsäuren, gefällten Kieselsäuren, Fasermaterialien und opaken Aerogelen. Transluzente Stützkörper können durch die Verwendung von transluzenten Aerogelen (z. B. Nanogel^® der Cabot Corporation) erzeugt werden. Für die Herstellung von transparenten Wärmedämmformkörpern bietet sich die Verwendung von Aerogel-Monolithen (z. B. der Firma Airglass AB, Schweden) an. Durch die transluzente bzw. transparente Ausgestaltung kann der Wärmedämmformkörper direkt als Fassaden- oder Fensterelement, aber z. B. auch als Tür eines Kühlgerätes oder dgl. eingesetzt werden. Zur Verbesserung der Dämmeigenschaften oder aber aus gestalterischen Gründen ist es darüber hinaus auch möglich, die Glaselemente farbig oder verspiegelt auszuführen. Unter transparent werden insbesondere Körper mit einer Transmission ≥ 60%, besonders bevorzugt ≥ 80%, ganz besonders bevorzugt ≥ 90% im sichtbaren Wellenlängenbereich bei senkrechtem Lichteinfall verstanden. Der sichtbare Wellenlängenbereich reicht von 380 bis 780 nm, bevorzugt von 420 bis 780 nm. Unter transluzent werden insbesondere Körper verstanden, welche Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich bei senkrechtem Lichteinfall durchlassen, unter opak werden insbesondere Körper verstanden, welche Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich bei senkrechtem Lichteinfall nicht durchlassen.
Im nächsten Schritt des Herstellungsverfahrens werden Glaselemente auf den Hauptflächen des Stützkörpers aufgelegt. Als Hauptflächen werden hierbei diejenigen Seitenflächen des Stützkörpers mit dem größten Flächeninhalt bezeichnet.
Als Glaselemente können verschiedene je nach gestalterischem Effekt und Anforderungen gewünschte, vor allem transparente Materialien eingesetzt werden, wie ein Kalk-Natron-Glas z. B. Schott B270, ein Aluminosilikatglas z. B. Schott SG11, ein Aluminiumborosilikatglas z. B. Schott AF32 oder ein Borosilikatglas z. B. Schott D263 oder Schott AF45. Um eine besonders hohe Transparenz zu erzielen, kommt hier ein eisenarmes Glas zur Anwendung, welches vorzugsweise einen Fe₂O₃-Gehalt kleiner 0,05 Gew.-%, vorzugsweise kleiner 0,03 Gew.-% aufweist, da dieses eine verminderte Absorption aufweist, wie beispielsweise ein Kalk-Natron-Glas, z. B. ein Floatglas wie beispielsweise Optiwhite^TM der Fa. Pilkington. Soll mit der Anwendung eine Wirkung als Brandsschutzelement erzielt werden oder dieses eine bestimme Feuerbeständigkeit aufweisen, kommt hier ein Borosilikatglas zur Anwendung, z. B. Schott Borofloat^® oder auch ein kristallines oder teilkristallines oder keramisches oder teilkeramisches Material, insbesondere eine Glaskeramik. Für Anwendungen im Strahlenschutz, z. B. in Röntgenräumen, kommt ein Strahlenschutzglas, insbesondere gegen ionisierende Strahlung, insbesondere mit einem Bleigehalt in der Glaszusammensetzung von ≥ 50 Gew.-%, bevorzugt > 60 Gew.-%, insbesondere bevorzugt ≥ 65 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt > 70 Gew.-% zur Anwendung. Um zusätzliche Farbeffekte in der gestalterischen Ausprägung zu integrieren, kommen auch ein durchgefärbtes Glas wie z. B. Schott ARTISTA^® oder IMERA^®, ein Dekorglas, insbesondere hergestellt mittels Fusing, Bleiverglasung, Glasverklebung, Bedrucken oder Bemalen, ein Grauglas oder auch ein Farbeffektglas, insbesondere ein dichroitisches Farbeffektglas wie z. B. Schott NARIMA^TM zur Anwendung
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein scheibenförmiges Element ein zweischichtiges Filterglas, bestehend aus einem farblosen Grundglas, das als Trägermaterial einer dünnen milchfarbenen Überfangschicht zur Erzeugung diffusen, schattenarmen Lichts dient. Solche Gläser werden als Milchüberfanggläser von der SCHOTT AG unter der Bezeichnung OPALIKA^® oder OPALIKA^® plus angeboten. Es können aber auch Gläser mit einer sandgestrahlten oder chemisch geätzten Oberfläche zur Erzeugung eines diffusen, schattenarmen Lichts zur Anwendung kommen.
Solche scheibenförmigen Elemente können gefloatet, maschinengezogen oder gegossen sein, wobei ihre Oberfläche auch strukturiert sein kann, wie beispielsweise das Glas RIVULETTA^® der Schott AG, um bestimmte optische Effekte zu integrieren. Weiterhin können solche scheibenförmigen Elemente insbesondere auch thermisch vorgespannt und somit thermisch gehärtet sein, um das Einsatzspektrum eines erfindungsgemäßen Vakuumisolationspaneels, vor allem bezüglich Sicherheitsstandards zu erhöhen.
Solche Glaselemente haben üblicherweise eine Dicke von 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,7; 0,9; 1,0; 1,1; 1,5; 2; 2,4, 3, 3,85; 4; 4,65, 5; 5,5, 6; 8; 10 oder 12 mm, sie können aber auch für besondere Anwendungen bis 24 mm dick sein. Bevorzugt sind Dicken von 0,5 bis 8 mm, besonders bevorzugt Dicken von 1 bis 6 mm. Die Dicke kann sich auch über die Ausbreitung eines scheibenförmigen Elements hin verändern.
Solche scheibenförmigen Elemente werden üblicherweise als flache Scheiben ausgebildet, jedoch können sie, je nach gestalterischer Freiheit, auch eine gebogene oder gekrümmte Scheibe sein. Die scheibenförmigen Elemente mit einer Dicke bis zu 0,3 mm verleihen einem Glaselement eine Biegsamkeit, die für vielfältige Designlösungen Spielraum bietet.
In einem letzten Verfahrensschritt erfolgt das Bilden einer vakuumdichten Verbindung der Glaselemente. Diese vakuumdichte Verbindung der Glaselemente wird dabei vorteilhafterweise durch Verschmelzen der einander zugewandten Randbereiche und/oder Stoßkanten der Glaselemente gebildet. Es erfolgt dabei eine Erhitzung des Glaselementes bzw. von dessen Randbereichen und/oder Stoßkanten bis zur Glaserweichung bzw. -verflüssigung und anschließendes Verschmelzen der Berührungsbereiche der Glaselemente. Mit Erkalten entsteht eine vakuumdichte Umhüllung des Stützkörpers, die ein Eindringen von Gas und/oder Wasserdampf in das Innere des Wärmedämmformkörpers wirkungsvoll verhindert.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Formgebung der Glaselemente an die jeweilige Formgebung des Stützkörpers angepasst ist. So können für den erfindungsgemäßen Wärmedämmformkörper beispielsweise auch dreidimensionale Glaselemente hergestellt werden, die sich u. a. zur Realisierung von Wärmedämmgehäuse eignen. Derartige Gehäuse können z. B. als Kühl- und Gefriergeräte-Behälter, Backofenraum sowie Boxen für den temperaturkontrollierten Transport von medizinischen Artikeln eingesetzt werden. Für die Herstellung derartiger Behälter wird das Glaselement bevorzugt als wannenförmiger Glaskorpus gebildet, der einen Zwischenraum aufweist. In den Zwischenraum wird ein entsprechend ausgeformter Stützkörper eingesetzt und die gesamte Konstruktion anschließend vakuumdicht verschlossen. Möglich ist zudem eine Evakuierung des so gebildeten Wärmedämmformkörpers vor dem vakuumdichten Verschließen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Wärmedämmformkörpers wird die Glasumhüllung aus den Stützkörper umschließenden Wannen gebildet. Diese Ausgestaltung der Glasumhüllung bringt den Vorteil mit sich, dass keine gesonderten Glaselemente zum Auflegen auf den seitlichen Rand- oder Kantenflächen des Stützkörpers vorgesehen werden müssen und zum vakuumdichten Verschluss des Wärmedämmformkörpers lediglich eine einzige Schweiß-, Schmelz- oder Lötnaht gebildet werden muss. Ein weiterer Vorteil der Wannen ist, dass die Wärmedämmformkörper nahezu ohne sichtbare oder störende zusätzliche Stoßkanten an den Sichtflächen verlegt oder angebracht werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die vakuumdichte Verbindung der Glaselemente aus einem auf die einander zugewandten Randbereiche und/oder Stoßkanten der Glaselemente aufgeschmolzenen Glaslot gebildet ist. Hierbei werden die Glaselemente auf den Stützkörper aufgelegt und anschließend ein Glaslot durch Erhitzen verflüssigt. Das flüssige Lot verbindet sich mit den Oberflächen der Glaselemente und verbindet diese nach Erkalten dauerhaft. Zudem werden Spalte, die sich an den Stoßkanten der Glaselemente oder in den Überlappungszonen der Randbereiche der Glaselemente bilden, abgedichtet. Die Zusammensetzung, Schmelzbereiche, Temperaturbeaufschlagung derartiger Glaslote erfolgt in Anpassung auf die jeweilige Glassorte und sind dem Fachmann bekannt (vgl. z. B. SCHOTT: Technische Gläser unter ”wikipedia”).
Als günstig erweist sich, wenn die Glaselemente die Hauptflächen des Stützkörpers etwas überragen. Es wird hierbei nur auf den Hauptflächen des Stützkörpers je ein Glaselement aufgelegt und das Glaselement-Stützkörper-Konstrukt in einem Ofen auf Temperaturen oberhalb der Glaserweichungstemperatur, abhängig von der verwendeten Glasart auf beispielsweise ca. 700°C, erhitzt. Dabei wird das Glas weich und flüssig, umschmilzt die seitlichen Kantenflächen des Stützkörpers und verbindet schließlich das obere und untere Glaselement. Nach dem Erkalten der Glasschmelze weist der Wärmedämmformkörper eine nahezu nahtlose vakuumdichte Umhüllung auf.
Bei der Bildung der Glasumhüllung aus Glaselementen, die auf den Oberflächen eines Stützkörpers aufgelegt werden, können bevorzugt mit den Hauptflächen des Stützkörpers flächengleiche und die seitlichen Kantenflächen des Stützkörpers überragende Glaselemente verwendet werden. Daraus ergibt sich, dass die seitlichen Stoßkanten der Wärmedämmformkörper frei von Schmelznähten oder aufgeschmolzenen Verbindungen aus Glaslot sind. Zur Bildung einer gedämmten Fläche können die Wärmedämmformkörper dadurch spaltfrei aneinandergesetzt werden.
Als günstig wird auch angesehen, wenn die Glasumhüllung aus mit den seitlichen Kantenflächen des Stützkörpers flächengleichen und die Hauptflächen des Stützkörpers überragenden Glaselementen gebildet ist. Hierdurch werden Schmelz- oder Schweißnähte, die beim vakuumdichten Umhüllen der Stützkörper entstehen, an die seitlichen Kantenflächen des Wärmedämmformkörpers verlegt, so dass die Hauptflächen, die beispielsweise die Sichtfläche einer isolierenden Fassadenverkleidung bilden, keine optisch störenden Unterbrechungen durch Schmelznähte oder aufgeschmolzenes Glaslot aufweisen.
Als empfehlenswert wird auch angesehen, wenn die Glaselemente unterschiedliche Materialstärken aufweisen. Zur Bildung der Umhüllung können beispielsweise Glaselemente mit einer Stärke zwischen 50 μm und 3000 μm zum Einsatz kommen. Je nach Anwendungsgebiet können beispielsweise an den Sichtflächen Glaselemente mit höherer Materialstärke eingesetzt werden, die zusätzlich die mechanische Stabilität des Wärmedämmformkörpers erhöhen, wobei an den übrigen Flächen dünnere Elemente eingesetzt werden, da diese zum einen leichter verarbeitbar, d. h. mit niedrigerem Energieaufwand schmelzbar sind und zum anderen das Gesamtgewicht der Konstruktion senken. Die für die Umhüllung gewählte Materialstärke ist auch von der Höhe der Vakuumbeaufschlagung des Wärmedämmformkörpers abhängig.
Um die Evakuierung des mit Glaselementen belegten Stützkörpers bzw. des Wärmedämmformkörpers besonders einfach und auch noch nach dem vakuumdichten Verbinden der Glaselemente durchführen zu können, wird es als besonders vorteilhaft erachtet, wenn die Glaselemente Öffnungen zum Evakuieren des Wärmedämmformkörpers aufweisen. Diese Öffnungen können beispielsweise in Form von an den Glaselementen angeformten Nasen oder Röhrchen ausgebildet sein. Möglich ist jedoch auch, besonders bei der vakuumdichten Verbindung der Glaselemente mittels Glaslot, eine Öffnung durch Aussparungen in den Schmelznähten zu bilden. Vor dem Abschluss der vakuumdichten Verbindung der Glaselemente erfolgt dann eine Evakuierung des Wärmedämmformkörpers über die Öffnungen, die nach Abschluss des Evakuiervorganges durch Verschmelzen oder Aufschmelzen eines Glaslotabschnittes verschlossen werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Wärmedämmformkörper mit Glasumhüllung können die Standzeiten von Vakuumisolationselementen wesentlich erhöht werden, so dass diese die Anforderungen aus dem Baubereich erfüllen, wie nachfolgend kurz zusammengefasst:

1. Fassadenelement bestehend aus zwei Scheiben und Randversiegelung ebenfalls aus Glas. Komplett evakuiert und als fertiges Element in eine Pfosten-Riegel-Konstruktion eingebaut; Vorteil: wenig Randumleitungen, sehr lange Lebensdauer
2. Betonfertigelemente mit integrierter Dämmung VIP wird in Betonteil mit vergossen und liegt somit bestens geschützt im Inneren des Teils; Vorteil: unbegrenzte Lebensdauer des Paneels
3. Kerndämmung von Mauerziegeln VIP wird in einen Hohlraum im Ziegel eingeschoben und liegt somit bestens geschützt im Inneren des Teils; Vorteil: unbegrenzte Lebensdauer des Paneels

Gleichzeitig können auch Wärmedämmlösungen für Anwendungen mit höheren Temperaturen, z. B. in Haushaltsbacköfen o. dgl. erzeugt werden. Hier lassen sich aufgrund der hocheffizienten Wärmedämmformkörper mit schlanker Bauform platzsparende Wärmedämmungen realisieren. Es kann dadurch beispielsweise der Backraum von Öfen vergrößert werden, ohne Einbußen in der Dämmleistung befürchten zu müssen. Entsprechende Vorteile bieten sich beim Einsatz in der Solartechnik.
Weitere Vorteile, Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, jedoch nicht beschränkender Ausführungsformen der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen. Es zeigt:
1a eine bevorzugte Ausführungsform des Wärmedämmformkörpers in Seitenansicht,
1b eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Wärmedämmformkörpers mit Durchbrechung im Stützkörper in Seitenansicht,
2a eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Wärmedämmformkörpers mit wannenartig ausgebildeter Umhüllung in Seitenansicht,
2b eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Wärmedämmformkörpers mit wannenartig ausgebildeter Umhüllung und Durchbrechung im Stützkörper in Seitenansicht,
3 die Darstellung der Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Bildung der Umhüllung,
4 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Wärmedämmformkörpers in perspektivischer Darstellung,
5a eine Ausführungsform eines den erfindungsgemäßen Wärmedämmformkörper verwendenden Verbundziegels, und
5b eine weitere Ausführungsform eines den erfindungsgemäßen Wärmedämmformkörper verwendenden Verbundziegels jeweils in perspektivischer Darstellung.
1a zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmedämmformkörpers 10. Dieser weist einen mikroporösen Stützkörper 11 mit einer Glasumhüllung 12 auf, die aus auf die Oberflächen 13 des Stützkörpers 11 aufgelegten, als Glasplatten 14 ausgebildeten Glaselementen 15 gebildet ist. Durch das Auflegen der vorgefertigten Glasplatten 14 werden klare Konturen des Wärmedämmformkörpers 10 geschaffen, so dass dieser passgenau verlegt oder in ein Wärmedämmverbundsystem wie beispielsweise in Verbundziegeln 40 (vgl. 5a und 5b) integriert werden kann. Die Verwendung exakt zugeschnittener Glasplatten 14 gewährleistet die plane Ausführung der Glasumhüllung 12 und ermöglicht damit beispielsweise eine unterbrechungsfreie und bündige Verbindung bzw. Aneinanderreihung von Wärmedämmformkörpern 10. Ein damit geschaffenes Wärmedämmverbundsystem weist keine Spalten o. dgl. auf.
Im Ausführungsbeispiel wurden bei der Bildung der Glasumhüllung 12 Glasplatten 14 verwendet, die auf den Oberflächen 13 des Stützkörpers 11 aufgelegt wurden. Die auf den Hauptflächen 16 des Stützkörpers 11 aufgelegten Glasplatten 14 sind mit diesem flächengleich bemessen und überragen den Stützkörper 11 nicht. Die auf den seitlichen Kantenflächen 17 des Stützkörpers 11 aufgelegten Glasplatten 14 überragen den Stützkörper 11 und schließen mit der Oberkante 18 bzw. Unterkante 19 des sandwichartigen Aufbaus, der aus Stützkörper 11 und aufgelegten Glasplatten 14 gebildet ist, ab. Zur Verbindung der Glasplatten 14 und zur Bildung der vakuumdichten Glasumhüllung 12 des Stützkörpers 11 wurden die Berührungsstellen 22 der Glasplatten 14 mit einem Glaslot 21 verschmolzen. Es ergibt sich damit, dass die seitlichen Kantenflächen 17 des Wärmedämmformkörpers 10 frei von Schmelznähten oder aufgeschmolzenen Verbindungen aus Glaslot 21 sind. Zur Bildung einer gedämmten Fläche oder eines Wärmedämmverbundsystems können die Wärmedämmformkörper 10 daher spaltfrei aneinandergesetzt werden.
1b zeigt einen mit 1a im Wesentlichen baugleichen Wärmedämmformkörper 10. Dieser weist jedoch zusätzlich eine kreisrunde Durchbrechung 23a in seiner Hauptfläche 16 auf. An den Innenseiten 20 der Durchbrechung 23a wurde im Ausführungsbeispiel ein ringförmiges Glaselement 15 eingesetzt und mit den auf den Hauptflächen 16 des Stützkörpers 11 aufgelegten Glasplatten 14, die eine deckungsgleich angeordnete Durchbrechung 23b aufweisen, über ein Glaslot 21 vakuumdicht verbunden. Durch die Durchbrechungen 23a, b können beispielsweise Kabel, Leitungen oder Befestigungselemente durch den Wärmedämmformkörper 10 hindurchgeführt werden, ohne die Dämmeigenschaften des Wärmedämmformkörpers 10 zu beeinträchtigen.
2a zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Wärmedämmformkörpers 10 mit Glasumhüllung 12. Diese wurde aus den Stützkörper 11 umschließenden Wannen 24 gebildet. Die Wannen 24 werden in einem separaten Herstellungsprozess gefertigt und anschließend mit dem Stützkörper 11 oder dem Stützkörpermaterial ausgefüllt. Durch Bildung der Glasumhüllung 12 aus Wannen 24 bedarf es keiner zusätzlichen Glasplatten 14 zum Auflegen auf den seitlichen Kantenflächen 17 des Stützkörpers 11. Eine Verbindung der Wannen 24 zum vakuumdichten Verschluss des Wärmedämmformkörpers 10 erfolgt entweder durch Verschmelzen der einander zugewandten Randbereiche 26 der Wannen 24 oder über ein zwischen den Berührungsflächen 28 der Wannen 24 eingeschmolzenes Glaslot 21. In jedem Fall wird hierbei lediglich eine einzige Schweiß- oder Lötnaht gebildet, so dass der von den Wannen 24 umschlossene Wärmedämmformkörper 10 keine Nähte o. dgl. an seinen Hauptflächen 16 aufweist, wodurch diese sich beispielsweise besonders gut als Sichtflächen in einer Fassadendämmung eignen.
Der in 2b gezeigte Wärmedämmformkörper 10 verfügt ebenfalls über eine aus Wannen 24 gebildete Glasumhüllung 12. Zusätzlich weist der Stützkörper 11 jedoch eine Durchbrechung 23a auf. Zum vakuumdichten Verschließen der Glasumhüllung 12 wurden in den Wannen 24 positionsgleiche Durchbrechungen 23b vorgesehen, deren Ränder 29 sich in die Durchbrechung 23a im Stützkörper 11 hineinerstrecken und dort über ein aufgeschmolzenes Glaslot 21 vakuumdicht verbunden sind.
3 stellt schematisch die Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Bildung der Glasumhüllung 12 eines Stützkörpers 11 dar. Hierbei ist vorgesehen, nur auf den beiden Hauptflächen 16 ein Glaselement 15 aufzulegen, das den Stützkörper 11 seitlich überragt. Durch Erhitzen des Konstruktes aus Glaselement 15 und Stützkörper 11 auf Temperaturen von im Ausführungsbeispiel 700°C wird das Glaselement 15 weich und flüssig, umschmilzt die seitlichen Kantenflächen 17 des Stützkörpers 11 und verbindet schließlich das obere und untere Glaselement 15, ausgehend von einem ersten Berührungspunkt 25. Nach dem Erkalten der Glaselemente 15 kann der Wärmedämmformkörper 10 eine nahezu nahtlose, vakuumdichte und genau an den Stützkörper 11 angepasste Glasumhüllung 12 aufweisen, jedoch kann es durchaus auch wünschenswert sein, wenn die Glasumhüllung 12 eine seitlich abstehende Verbindungsnaht aufweist, welche beispielsweise zur Befestigung des Wärmedämmformkörpers 10 in einem Rahmen- oder Pfosten-Riegel-Konstrukt genutzt wird.
4 zeigt eine Ausführungsform eines dreidimensionalen Wärmedämmformkörpers 10, der sich dazu eignet, ein Wärmedämmgehäuse 30 herzustellen. Ein derartiges Wärmedämmgehäuse 30 kann z. B. als Kühl- und Gefriergeräte-Behälter, Backofenraum sowie als Box für den temperaturkontrollierten Transport von medizinischen Artikeln eingesetzt werden. Der Wärmedämmformkörper 10 weist hier einen nach oben offenen, viereckigen Glaskorpus 31 mit einem Zwischenraum 32 zwischen den Korpuswänden 33 auf. In diesen Zwischenraum 32 wird ein entsprechend ausgeformter Stützkörper 11 eingesetzt und die gesamte Konstruktion nach Auflegen eines weiteren, plattenförmigen Deckelementes (nicht dargestellt) auf der offenen Seite 34 des Glaskorpus 31 vakuumdicht verschlossen. Denkbar ist die zusätzliche Evakuierung des Wärmedämmformkörpers 10 vor dem vakuumdichten Verschließen.
5a und 5b zeigen zwei Ausführungsformen eines Verbundziegels 40. In 5a besteht der hochdämmende Verbundziegel 40 aus zwei den äußeren Abschluss des Verbundziegels 40 bildenden Ziegelteilen 41a, b sowie einem Wärmedämmformkörper 10 mit Glasumhüllung 12, der zwischen den Ziegelteilen 41a, b angeordnet ist. Wärmedämmformkörper 10 und Ziegelteile 41a, b wurden in einem letzten Produktionsschritt zusammengefügt. Die plane Oberfläche der Glasumhüllung 12 gewährleistet hier eine spaltfreie Verbindung von Ziegelteilen 41a, b und Wärmedämmformkörper 10. Aufgrund der Glasumhüllung 12 erfüllt der Wärmedämmformkörper 10 die Anforderungen an Vakuumisolationspaneele für den Einsatz im Baubereich, da hier Standzeiten der Isolation von mehr als 50 Jahren verlangt werden.
In 5b wird eine weitere Ausführungsform eines Verbundziegels 40 dargestellt. Dieser besteht aus einem herkömmlichen Ziegelkörper 42 mit einer herstellerseitig eingebrachten Aussparung 43. In die Aussparung 43 wird ein passgenau ausgebildeter Wärmedämmformkörper 10 eingesetzt und so ein hochdämmender Verbundziegel 40 geschaffen. Aufgrund der besonders planen und exakt bemessbaren Glasumhüllung 12 kann der Wärmedämmformkörper 10 nahezu spielfrei in die Aussparung 43 eingesetzt werden. Durch den eingeschobenen Wärmedämmformkörper 10 wird so die Wärmedämmleistung des Verbundziegels 40 wesentlich verbessert. Eine Senkung der Dämmleistung ist aufgrund der besonders haltbaren, vakuumdichten Glasumhüllung 12 des Wärmedämmformkörpers 10 auch über längere Zeiträume hinweg nicht zu erwarten. Dies gilt auch beim Einsatz als Bauelement in flacherer Form als bei dem vorstehend beschriebenen Verbundziegel, ebenso beim Ein- oder Anbau in Öfen, Solarkollektoren, Transportboxen usw..

10: Wärmedämmformkörper
11: Stützkörper
12: Glasumhüllung
13: Oberfläche
14: Glasplatte
15: Glaselement
16: Hauptfläche
17: Kantenfläche
18: Oberkante
19: Unterkante
20: Innenseite
21: Glaslot
22: Berührungsstelle
23a, b: Durchbrechung
24: Wanne
25: Berührungspunkt
26: Randbereich
28: Berührungsfläche
29: Rand
30: Wärmedämmgehäuse
31: Glaskorpus
32: Zwischenraum
33: Korpuswand
34: Seite
40: Verbundziegel
41a, b: Ziegelteil
42: Ziegelkörper
43: Aussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004003603 [0004]
- DE 10034764 [0005]
- DE 4339435 [0005]
- DE 4319763 [0005]

Claims

Wärmedämmformkörper (10) mit einem eine Glasumhüllung (12) aufweisenden Stützkörper (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Glasumhüllung (12) auf den Stützkörper (11) aufgelegte Glaselemente (15) aufweist und eine vakuumdichte Verbindung der Glaselemente (15) vorgesehen ist.
Wärmedämmformkörper (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasumhüllung (12) aus auf wenigstens auf die Hauptflächen (16) des Stützkörpers (11) aufgelegten flächigen Glaselementen (15) gebildet ist und eine vakuumdichte Verbindung der Glaselemente (15) vorgesehen ist.
Wärmedämmformkörper (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasumhüllung (12) aus den Stützkörper (11) umschließenden Wannen (24) gebildet ist.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaselemente (15) die Hauptflächen (16) des Stützkörpers (11) überragen.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasumhüllung (12) mit den Hauptflächen (16) des Stützkörpers (11) flächengleiche und die seitlichen Kantenflächen (17) des Stützkörpers (11) überragende Glaselemente (15) aufweist.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasumhüllung (12) mit den seitlichen Kantenflächen des Stützkörpers (11) flächengleiche und die Hauptflächen (16) des Stützkörpers (11) überragende Glaselemente (15) aufweist.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmedämmformkörper (10) mindestens eine Durchbrechung (23a, b) aufweist.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vakuumdichte Verbindung der Glaselemente (15) durch Verschmelzen der einander zugewandten Randbereiche (26) der Glaselemente (15) gebildet ist.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vakuumdichte Verbindung der Glaselemente (15) aus einem auf die einander zugewandten Randbereiche (26) und/oder Stoßkanten der Glaselemente (15) aufgeschmolzenen Glaslot (21) gebildet ist.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaselemente (15) ausgewählt sind aus einer der nachfolgenden Scheiben: ein Kalk-Natron-Glas ein Brandschutzglas, insbesondere ein Borosilikatglas ein kristallines oder teilkristallines oder keramisches oder teilkeramisches Material, insbesondere Glaskeramik, ein eisenarmes Glas, welches vorzugsweise einen Fe2O3-Gehalt kleiner 0,05 Gew.-%, vorzugsweise kleiner 0,03 Gew.-% aufweist, ein Grauglas, ein Strahlenschutzglas, insbesondere gegen ionisierende Strahlung, insbesondere mit einem Bleigehalt in der Glaszusammensetzung von ≥ 50 Gew.-%, bevorzugt > 60 Gew.-%, insbesondere bevorzugt ≥ 65 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt > 70 Gew.-%, ein durchgefärbtes Glas, ein Dekorglas, insbesondere hergestellt mittels Fusing, Bleiverglasung, Glasverklebung, Bedrucken oder Bemalen, ein Farbeffektglas, insbesondere ein dichroitisches Farbeffektglas,
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaselemente (15) thermisch vorgespannt sind.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaselemente (15) eine Dicke von 1,5 bis 24, bevorzugt eine Dicke von 2 bis 12 mm, besonders bevorzugt eine Dicke von 4 bis 6 mm aufweist.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaselemente (15) unterschiedliche Materialstärken aufweisen.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung der Glaselemente (15) an die Formgebung des Stützkörpers (11) angepasst ist.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaselemente (15) Öffnungen zum Evakuieren des Wärmedämmformkörpers (10) aufweisen und die Öffnungen nach Abschluss des Evakuiervorganges verschmelzbar ausgebildet sind.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (11) aus synthetischem Siliziumdioxid, pyrogener Kieselsäure, Lichtbogenkieselsäure, alkaliarmer Fällungskieselsäure, Siliziumdioxidaerogel und/oder analog hergestelltem Aluminiumoxid und aus Mischungen dieser Materialien gebildet ist.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (11) aus Fasermaterialien gebildet ist.
Wärmedämmformkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (11) als Kombination aus nano- und/oder mikroporösen Materialien und Fasermaterialien gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmedämmformkörpers (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 18, umfassend die Schritte: – Formen eines insbesondere mikroporösen Stützkörpers (11), – Auflegen von Glaselementen (15), insbesondere auf den Hauptflächen (16) des Stützkörpers (11), und – Bilden einer vakuumdichten Verbindung der Glaselemente (15).
Verfahren zur Herstellung eines Wärmedämmformkörpers (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die vakuumdichte Verbindung der Glaselemente (15) durch Verschmelzen der einander zugewandten Randbereiche (26) und/oder Stoßkanten der Glaselemente (15) erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmedämmformkörpers (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auflegen der Glaselemente (15) auf den Hauptflächen (16) des Stützkörpers (11) erfolgt und nach Erhitzen der Glaselemente (15) auf Temperaturen oberhalb der Glaserweichungstemperatur ein Umschmelzen der seitlichen Kantenflächen (17) des Stützkörpers (11) und ein nachfolgendes Verschmelzen der Glaselemente (15) erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmedämmformkörpers (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die vakuumdichte Verbindung der Glaselemente (15) durch Verschmelzen der einander zugewandten Randbereiche (26) und/oder Stoßkanten der Glaselemente (15) mit einem Glaslot (21) erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmedämmformkörpers (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abschluss der vakuumdichten Verbindung der Glaselemente (15) eine Evakuierung des Wärmedämmformkörpers (10) insbesondere über an den Glaselementen (15) angeformte Öffnungen erfolgt.
Sonnenkollektor, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmedämmung eines Absorbers des thermischen Sonnenkollektors (Solarkollektors) ein Wärmedämmformkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 vorgesehen ist.
Backofen, dadurch gekennzeichnet, dass der Backofen wenigstens einen Wärmedämmformkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.
Solarmodul, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul, insbesondere Solarreceiver einen Wärmedämmformkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.
Transportbox, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportbox zum temperaturkontrollierten Transport wenigstens einen Wärmedämmformkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.
Bauelement, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement, insbesondere ein Verbundziegel (40), als Kernfüllung mindestens einen Wärmedämmformkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 enthält.