DE19616873A1 - Abstandshalter für Schichtisolationssysteme - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Abstandshalter auf der Basis von wasserglashaltigen, aufschäumbaren Substanzen für den Einsatz in thermischen Schichtisolationssystemen aus Metallfolien oder metallbeschichteten Folien.

Folienisolationen mit solchen Abstandshaltern sind günstig herzustellen und vor allem für die Anwendung in wärmetechnischen Geräten (z. B. Herde, Heizungen) gedacht. Dort werden bisher überwiegend Isolationen aus Glas- oder Mineralfasern angewendet, die wegen ihrer möglichen gesundheitlichen Gefährdung beim Verbraucher immer weniger Akzeptanz finden.

Wärmeisolierende Schichtsysteme aus parallel liegenden Metallfolien, die durch spezi­ elle Maßnahmen in einem festen Abstand miteinander verbunden sind, sind bekannt (z. B. DE 31 26 948 und DE 40 03 770). Metallfolien oder dünne Metallplatten oder metallbe­ schichtete Folien wirken wegen ihrer geringen Emissivität als Schild gegen Wärmestrah­ lung. Liegen mehrere Lagen parallel übereinander, so wirkt dazwischenliegendes Isolier­ material - im einfachsten Falle Luft - wärmedämmend. Bei einem Abstand von etwa 4 bis 10 mm ist die Wärmeleitung durch Konvektion stark eingeschränkt.

Als Abstandshalter der Folienlagen werden thermisch schlecht leitende Materia­ lien eingesetzt. Zum einen sind als Abstandshalter mit Prägungen oder Faltungen versehene Metallfolien gebräuchlich. Diese Folien müssen aber äußerst dünn sein um die Wärmeleitung des Gesamtsystems nicht zu vergrößern. Damit entsteht aber ein druckempfindliches Schichtisoliersystem, daß nur schwierig handhabbar ist. Beispielsweise läßt sich das System kaum um einen zu isolierenden Körper biegen oder wickeln; dadurch sind die Einsatzmöglichkeiten stark einschränkt. Zum anderen werden Abstandhalter aus Wärmedämmstoff eingesetzt, die mehr oder weniger punktuell und in gewissen Abständen zwischen den parallelen Metallfolien befestigt sind, z. B. Würfel oder Kegel aus Kunststoff, gesintertem Glasfasermaterial oder Aerogel. Die Herstellung solcher Folienisolationssysteme ist aber relativ aufwendig. Die Abstandstandshalter mit meist kleinen Abmessungen (Größe ca. 4 bis 10 mm) müssen erst in entsprechender Form hergestellt werden und dann mit einem speziellen, meist temperaturstabilen Klebstoff einzeln auf den Metallfolien befestigt werden.

Ziel der Erfindung ist es, einen Abstandshalter für Schichtisolationssysteme zu finden der eine ausreichend kleine Wärmeleitfähigkeit und eine ausreichend große Stabilität aufweist, und möglichst einfach und fest mit einer Metallfolie zu verbinden ist. Die Lösung ist eine pastöse Masse auf der Basis von Wasserglas, die tropfenweise auf eine Folie aufgebracht wird und bei erhöhten Temperaturen zu einem halbkugelförmigen bis kugelförmigen Abstandshalter aufschäumt.

Grundlage der Erfindung ist, daß Wasserglas (z. B. Natriumsilikatlösung oder Kalium­ silikatlösung) bei Temperaturen über 100°C aufschäumt und unter Verlust von H₂O eine schaumglasartige, harte Substanz bildet. Da dieses Material aber für viele Anwendun­ gen eine nichtausreichende Wasserfestigkeit aufweist, ist es notwendig, dem Wasserglas einen entsprechenden Härter zuzugeben, vorzugsweise Aluminiumhydroxid Al(OH)₃ oder ein Aluminiumphosphat. Zur Verarbeitung des Wasserglases oder des Wasserglas-Härter-Gemisches ist es notwendig, daß dieses in einer sehr dickflüssigen bzw. pastösen Form vorliegt. Es ist möglich das Wasserglas oder das Gemisch bei Raumtemperatur oder bei Temperaturen unter 100°C zu trocknen, bis es ausreichend verdickt ist. Es kann aber auch ein Mittel zur Verdickung zuzugeben werden, vorzugsweise Fällungskieselsäure oder py­ rogene Kieselsäure (ein Anteil von etwa 0,5 bis 5% ist ausreichend). Mit der Verdickung entsteht eine pastöse Masse, die tropfenförmig auf eine ebene Fläche - in diesem Fall auf eine Metallfolie - aufgebracht werden kann und in einem ausreichenden Zeitabschnitt nicht auseinanderfließt. Diese Tropfen aus "Wasserglaspaste" können beispielsweise über eine Düse, verbunden mit einem Spritzmechanismus in exakt gleicher Größe auf die Folie auf­ getragen werden. Wird dieser Tropfen auf über 100°C erhitzt, so bläht er sich kugelförmig auf und erhärtet. Der so entstandene stabile Abstandshalter ist fest mit der Metallfolie verbunden. Durch die blasenartige Struktur ist seine Wärmeleitfähigkeit gering. Das Ma­ terial ist temperaturbeständig bis über 800°C. Man kann, abhängig von der aufgespritzten Menge der Wasserglaspaste Abstandshalter mit einer Größe von wenigen Millimetern bis etwa 2 cm herstellen.

Die Abstandshalter werden je nach Anforderung (z. B. Stabilität der Folie, Tempera­ turbereich, Form des Isoliersystems) in entsprechender Größe und entsprechendem Ab­ stand auf eine Grundfolie produziert. Eine darübergelegte Deckfolie schließt den Luft­ zwischenraum ein. Schichtisolationssysteme aus mehreren Folien-Abstandshalter-Lagen sind leicht zu realisieren. Die halbkugelförmigen Abstandshalter bieten den Vorteil, daß die Kontaktfläche mit der jeweilige Deckfolie nahezu punktförmig ist; die Wärmeleitung wird zusätzlich behindert. Da die Abstandshalter-Halbkugeln nur mit der Grundfolie fest verbunden sind, läßt sich ein Mehrschichtsystem beschädigungslos verbiegen, solange der Biegeradius nicht zu klein wird. Somit kann das Isoliersystem problemlos um Backröhren, Heizkessel etc. gewickelt werden. Der Abstandshalter läßt sich natürlich auch linienförmig, gitterförmig oder flächig auf eine Metallfolie produzieren. Das könnte Bedeutung erlangen für Schichtisoliersysteme, die über ihre ganze Fläche oder nur partiell eine höhere Druckbe­ lastung aufnehmen sollen. Sind die Kontaktstellen Abstandshalter-Metallfolie vergrößert, muß aber eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit in Kauf genommen werden. Zudem läßt sich der Abstandshalter aus gehärtetem Wasserglasmaterial nicht biegen.

Der Einsatz der Abstandshalter in Vakuumisolationen ist ebenfalls möglich, da die Druckbelastung des Materials ausreichend hoch ist.

Wenn während des Aufschäumens der Wasserglaspaste die obere Folie knapp über der mit Wasserglaspaste versehenen unteren Folie angebracht ist, verbinden sich die Abstandshalter auch mit der oberen Folie. Es ist damit der Aufbau von starren, d. h. nicht biegbaren Isoliersystemen möglich.

Ausführungsbeispiel

Die wasserglashaltige pastöse Masse besteht zu folgenden Gewichtsanteilen aus 52% Natriumwasserglaslösung, 35% Aluminiumhydroxid und 3% DEGUSSA-Aerosil (pyroge­ ne Kieselsäure). Davon werden Tropfen von ca. 1 Gramm und im Abstand von etwa 5 Zentimetern auf eine Aluminiumfolie mit einer Stärke von 50 µm aufgetragen. Danach wird die Folie eine viertel Stunde bei 150°C im Ofen behandelt. Die Tropfen schäum­ en zu halbrunden Abstandshaltern mit einer Höhe von etwa 8 Millimetern auf. Die mit diesen Abstandshaltern belegte Folie ist die Grundlage für ein Isolierschichtsystem. Es wurde ein zweischichtiges System erstellt, d. h. drei Folien und dazwischen zwei Schich­ ten Abstandshalter-Luft. Dabei wurden die Abstandshalter der beiden Schichten versetzt übereinander angeordnet, um einen direkten Wärmeübergang zu vermeiden. Die Wärme­ leitfähigkeit des Systems ergab sich bei einer Messung zu λ = 33 · 10^-3W/mK.

Claims (7)

1. Abstandshalter für Schichtisolationssysteme aus Metallfolien oder metallbeschichte­ ten Folien, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter gebildet wird, indem eine pastöse Masse auf der Basis von Wasserglas auf eine Folie aufgetragen wird und diese pastöse Masse bei erhöhter Temperatur zu einem festen, schaum- oder blasenartigen Material aufschäumt.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserglas ein Wasserglashärter und/oder ein Verdickungsmittel zugegeben ist.

3. Abstandhalter nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Wasserglashärter Aluminiumhydroxid oder ein Aluminiumphosphat und als Verdickungsmittel Fällungskieselsäure oder pyrogene Kieselsäure verwendet wird.

4. Abstandshalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Tem­ peratur zum Aufschäumen der wasserglashaltigen Masse zwischen 100°C und 200°C liegt.

5. Schichtisolationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandshalter auf den Folien an einzelnen Punkten angebracht sind.

6. Schichtisolationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandshalter auf den Folien linienförmig oder flächig angebracht sind.

7. Schichtisolationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandshalter mit der unteren und der oberen Folie fest verbunden sind.