DE19519984A1 - AHUK-Isolierschichten - Google Patents

Description

Diese Erfindung gehört zu den Isolierschichten, die allgemein Fahrzeuge, Gebäude, Maschinen und über Kleidungsstücke auch Personen thermisch hinsichtlich der Wärmeleitung isolieren soll.

Der Wunsch des Menschen ist auf diesem Gebiet, im Idealfall gar keine energetischen Verluste erleiden zu müssen. Dieses wäre nur mit einer totalen, den ganzen Raumwinkel umschließenden und völlig evakuierten, langzeitstabilen Vakuum-Schicht möglich: dieser materiefreie Raum namens Vakuum ist der Raum mit Wärmeleitungskoeffizient der Größe null. Praktisch nicht durchführbar, hat sich die Menschheit mit schlechteren Isolierschichten zufrieden zu geben. Die marktüblichen Isolierschichten sind wegen des Einsatzes von Feststoffen (wie Styropor, Schaumstoff, Holzwolle, Mineralwolle, Asbest u.v.a.) bezüglich ihrer thermischen Isolierung immer noch um ein Mehrfaches schlechter als Luft.

Da der Einsatz von Energie für jede Person, jeden Haushalt, jedes Fahrzeug usw. erforderlich und notwendig ist, aber auf der anderen Seite die Weltvorräte an fossilen Energierohstoffen begrenzt sind und die Natur unter den Folgeerscheinungen des Energiekonsums der Menschheit zunehmend leidet, ist die allgemeine Zielsetzung Energieeinsparung auch und vor allem durch Effizienzsteigerung im Energieeinsatz. Diese Aufgabe erfüllt diese Erfindung auf ihrem Sektor in optimaler (!) Weise. Eine weitergehende Steigerung von thermischer Isolierung ist nicht mehr möglich bezüglich des globalen Masseneinsatzes einer Isolierschicht. Gemäß des physikalischen Wärmeleitungsgesetzes spielt die Minimierung des Wärmeleitungskoeffizienten - neben der baulich sehr beschränkten Maximierung der Isolierschicht-Dicke - die maßgebliche Rolle! Diese Erfindung "AHUK-Isolierschichten" für im Prinzip universellen Einsatz (Gebäude, Fahrzeuge, Maschinen, Personen u. a.) hat nun durch den Einsatz von über 50% Vakuum am Gesamtvolumen ihren Wärmeleitungskoeffizienten derart stark minimieren können, so daß sie bei Verwendung von Holzkugeln mit maximalem Quotienten von Hohlkugeldurchmesser zu Kugelschalendicke sogar noch den außerordentlich niedrigen Wert des Wärmeleitungskoeffizienten der Luft (gemäß Literatur: 0,034 Watt/(Kelvin × Meter)), der 12-24mal kleiner ist als der für den Wärmeisolator Asbest und 3-6mal kleiner ist als der für Holz und sogar noch um 1/3 niedriger ist als der für den hervorragenden Wärmeisolator Kork, um 1/3 unterbietet mit einem Wert von 0,022 W/Km (im Falle des Wertes 50 für den obengenannten Quotienten (Hohlkugeldurchmesser/Kugelschalendicke)). Um zusätzlich auch noch elektromagnetische Wärmestrahlung mit diesem neuartigen Schichttyp abzuschirmen, kann bei Bedarf eine Schichtseite mit einem bekannten Reflektormaterial beschichtet werden (zum Beispiel Silberpapier-Folie).

Will man den best-möglichen also optimalen Wärmeisolator in Form dieser Isolierschicht verwenden, so muß die Ausführung mit einer Außenhülle, die alle Hohlkugeln aus Holz enthält, gewählt werden, wobei des weiteren die maximal mögliche Evakuierung (ca. 100 Pa Druck) für alle Holzkugeln erforderlich ist. Bei weniger großen Ansprüchen können auch diese Bedingungen verändert werden. Statt Holz-Hohlkugeln kann man Glas-, PVC- oder andere Hohlkugelmaterialien verwenden, man kann die Evakuierung dieser Hohlkugeln mit größerem Kugelinnendruck als 100 Pa abschließen, es kann die Außenhülle weggelassen werden mit dem Effekt, daß dann die "AHUK-Isolierschicht" keine wärmeisolierende Luft mehr als Kugelzwischenräume hat (sondern das mit der Umwelt konvektiv in Kontakt stehende Medium, in das die Hohlkugeln gegeben wurden zur Isolierung von an dieses Medium angrenzende Körper). Alle diese Variationen vergrößern allerdings den Wärmeleitungskoeffizienten der Isolierschicht - wenngleich meistens nur gering.

Diese Veränderungen führen aber nicht so weit in der Verschlechterung der Isolierung, daß diese Schicht schlechter werden würde als konkurrierende marktübliche Isolierschichten - sie könnte im ungünstigsten Fall in den Bereich derselben kommen bezüglich des Wertes des Wärmeleitungskoeffizienten.

Die Anwendbarkeit dieser "AHUK-Isolierschichten" ist sehr vielseitig: als Kleidungs-Wärmeisolierschicht, als thermischer Isolator für PKW, LKW, Schiffskabinen, Flugzeugkabinen, Eisenbahnwaggon-Abteile, U-Boote, u. a., als Wärmeschutz für Transporte von Tiefkühlwaren und anderen verderblichen Gütern (also oftmals Containern), als Heizenergie-Einsparungssystem für Unternehmen und ihre Hallen, Büros, Lagerräume usw. sowie für Privathaushalte in Form von Gebäude-Wärmeisolierungen und sie können zur thermischen Isolierung jeglicher Art und Weise von Maschinen verwendet werden sowie zur Rohrisolierung. Weitere unerwähnte Möglichkeiten sind nicht auszuschließen. Die bemannte Raumfahrt als ein Sondergebiet soll als Zielgruppe erwähnt werden.

Die Bedeutung der Minimierung des Wärmeleitungskoeffizienten für den Anwender ist erheblich: wenn diese neue Isolierschicht um über 50% besser isoliert als Kork (weil sein Wärmeleitungskoeffizient über 50% niedriger ist), dann verliert der Anwender weniger als die Hälfte der Wärmeenergie im Vergleich zur Korkschicht (bei sonst gleichen Bedingungen) oder umgekehrt vergeht mehr als doppelt so viel Zeit bis die gleiche Wärmeenergie verlorengegangen ist. Also Unkosteneinsparungen von über 50% und ebenso über 50% weniger Umweltbelastungen diesbezüglich. Dabei ist zu berücksichtigen, daß Kork schon eines der besten Isolierungen auf dem Markt ist. Das heißt, bei anderen Isolier-Materialien ist die Verbesserung noch erheblicher als 55-60% (im Falle Kork), wenn dieses "AHUK-Isolierschicht"-System verwendet wird. Maschinelle Evakuierung und Versiegelung der Hohlkugeln ist dabei der einzige erforderliche Produktionsvorgang.

Dabei kann man folgendermaßen zur Massenherstellung verfahren: mit geeigneten kugelförmigen Fräsköpfen höhlt man Holz-Kugelhalbschalen maschinell aus, nachdem der Rohling eine symmetrisch aufgeschnittene Holz-Massivkugel als Ausgangsform gewesen ist. Bei PVC-Massivkugeln verfährt man analog, Glas-Hohlkugeln werden natürlich abweichend mittels Glaskugelblasen und Evakuieren vor Versiegelung in einer Unterdruck-Kammer (je nach Qualitätsanspruch an die AHUK-Isolierschicht) hergestellt.

Die Hohlkugel-Halbschalen von Holz, PVC o. ä. werden dann in einer Unterdruck-Kammer (bei hohem Isolieranspruch etwa 100 Pa Druck - sonst 1000 Pa Druck) paarweise mit geeignetem materialspezifischem Leim leicht verklebt und eine Hohlkugel-Ebene mit einer feuchtigkeitsabweisenden Kunststoffhülle in der Unterdruck-Kammer umschlossen und verschweißt. Bei Verlassen der Unterdruck-Kammer wird diese Kunststoff-Hülle an die Kugeln gepreßt und dichtet dadurch zusätzlich die Hohlkugeln.

Ein bekanntes Analogon bezüglich dieses Herstellungsverfahrens ist die allgemein bekannte vakuum-verschweißte Erdnuß-Packung.

Bei Ansprüchen, die zwar besser als herkömmliche Isolierschichten thermisch isolieren sollen, aber nicht bestmögliche Werte (d. h. minimaler Wärmeleitungskoeffizient) erwartet werden, kann die Kunststoff-Hülle auch außerhalb der Unterdruck-Kammer bei Normaldruck als Hohlkugelschicht- Einhüllende verarbeitet werden (billigere Herstellungskosten).

Claims (1)

1. AHUK-Isolierschichten können bei konsequenter Anwendung die Energieeinsparung durch thermische Isolierung gegenüber bzw. im Vergleich zu sehr gut isolierten herkömmlichen Wänden oder Schichten um weitere ca. 50% mindestens und bei schlechter isolierten Wänden oder Schichten sogar um deutlich über 50% mit bis zu 99% erhöhen - alleine durch den mehrfach kleineren Wärmeleitungskoeffizienten, der durch einen über 50prozentigen Vakuum-Anteil in dieser neuartigen Isolierschicht erreicht wird, die gekennzeichnet ist durch:

   • a) eine Isolierschicht oder -Wand beliebiger Form, Dicke und Größe (je nach Einsatz und Verwendung) (minimaler Hohlkugeldurchmesser ist durch technische Grenzen in der Herstellung und Evakuierung bestimmt),
   • b) maximaler Anfüllung mit evakuierten Hohlkugeln (wobei für höchste Isolier-Ansprüche maximaler Evakuierungsgrad und minimalem Volumenanteil des Hohlkugelschalen-Materials anzustreben ist),
   • c) je nach Verwendungszweck bestehend nur aus diesen Hohlkugeln - d. h. ohne Hülle der Isolierschicht,
   • d) je nach Isolierleistungsanspruch besteht das Hohlkugelschalen- Material aus Holz (beste Isolierung) oder Glas, PVC oder anderen,
   • e) beliebige Kugelgrößen, deren Durchmesser nur durch die Isolierwand-Dicke nach oben beschränkt wird, aber bei optimaler Isolierleistung (geringste Wärmeleitung) der Bedingung eines maximalen Quotienten von Hohlkugeldurchmesser zu Hohlkugelschalendicke unterworfen werden müssen,
   • f) je nach Anwendung der Isolierschicht mit einer zusätzlichen Wärmestrahlungs-Reflektorschicht zu beschichten, um zusätzlich auch gegen diese elektro- magnetische Strahlung thermisch zu isolieren,
   • g) eine wasserdichte und versiegelte Kunststoffhülle.