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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Isolierkörper mit einem zellartigen
Gerüst
und auf ein Verfahren zur Herstellung von Isolierkörpern mit
zellartigem Gerüst.
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Derartige
Isolierkörper
sind aus der
DE 36
07 047 C2 ,
DE
34 28 285 A1 oder
US
3,964,527 bekannt, wie nachstehend näher beschrieben. Zellartige
Isolierkörper
in Form von Waben werden in verschiedenen Bereichen zur Wärme-oder
Geräuschdämmung bzw.
Hitzeisolierung eingesetzt; da sie erhebliche Vorteile in sich vereinen.
So weisen sie eine hohe mechanische Festigkeit auf. Durch die aufrechtstehenden
Wände wird
eine hohe Biegefestigkeit und Druckstabilität erreicht. Sie sind zudem
relativ gut bearbeitbar, z. B. durch Schneiden. Durch das Einschließen des
Isoliergutes in einzelne, relativ kleine Wabenräume tritt bei Durchschneiden
des Isolierkörpers
nur dort Material aus dem Isolierkörper aus, wo die Zelle unmittelbar
durchtrennt wird. Ferner ist bei Verwendung geeigneter Materialen,
z: B. harzverstärktem
Papier oder Kunststoffen, eine Reduktion des Gewichtes der Isolierplatten
gut möglich.
Zellartige Isolierkörper
vereinen somit ein geringes Gewicht mit guten mechanischen Eigenschaften
und einer guten Handhabbarkeit.
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Ein
Nachteil bekannter zellartiger Isolierkörper ist, dass trotz starker
Verdichtung des Isoliermaterials in den Zellen die Gefahr besteht,
dass sich das Isoliermaterial im Laufe der Zeit lockert und aus
den Zellen austritt. Problematisch ist dies besonders in Anwendungsbereichen,
wo starke Vibrationen auftreten, wie z. B. im Fahrzeugbau. Diesem
Problem wird bei den bekannten Isolierkörpern dadurch abgeholfen, dass
die fertigen Isolierkörper
mit einer Haut, z. B. aus Kunststoffen, Papier oder aus Harz, überzogen
werden, wie z. B. in der
DE
34 28 285 A1 . Auch in der
GB
1,262,459 wird zur Fixierung des verwendeten Isoliermaterials
eine Außen-
bzw. Hüllschicht, z.
B. aus Pappe, verwendet. Gemäß der
GB 1,234,373 wird eine Folien-
oder Papierhülle
aufgeklebt.
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Aus
der
US 4,330,494 ist
bekannt, dass als Isoliermaterial aufgeschäumtes Harz verwendet wird, welches
flüssig
in die wabenartige Struktur eingefüllt wird, dort aushärtet und
so eine feste Verbindung mit den Zellen eingeht. Nachteil dieser
Isolierplatte ist, dass die Auswahl der verwendbaren Füllmaterialien stark
eingeschränkt
ist. Es können
nur solche Isoliermaterialien verwendet werden, die aufschäumbar sind
und eine feste Verbindung mit dem sie umgebenden Stützmaterial
eingehen können.
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Gemäß der
DE 29 42 087 A1 wird
dem Isoliermaterial zur Erzielung einer hohen mechanischen Festigkeit
des zellartigen Isolierkörpers
ein feingemahlenes Bindemittel, z. B. thermisch härtbare Harze
oder niederschmelzende Gläser,
und ein Dispergiermittel, z. B. Polytetrafluorethylen, beigemischt. Anschließend wird
dieses modifizierte Isoliermaterial in die Zellen eingefüllt und
ausgehärtet.
Dadurch wird eine Umhüllung
der Isolierplatten unnötig.
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Aus
der o.g.
DE 34 28 285
A1 ist ein Isolierkörper
mit einem zellartigen Gerüst
und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Ein Nachteil dieses Isolierkörpers mit
feinverteiltem Isoliermaterial ist das. aufwendige Herstellungsverfahren.
Problematisch ist auch, dass nach dem Verpressen des Isoliermaterials
bei Nachlassen des Druckes eine Volumenvergrößerung des Isoliermaterials
erfolgt, so dass Isoliermaterial über die Wände des zellartigen Gerüstes hinausquillt.
Dieses überquellende
Isoliermaterial muss anschließend
in einem gesonderten Herstellungsschritt entfernt werden, z. B.
durch Abkehren. Gemäß der
DE 34 28 285 A1 werden
hierzu spezielle flexible bzw. elastische Schichten zwischen Druckkolben
und Gerüst
während
des Verpressens verwendet, damit das Isoliermaterial auf ein Niveau unterhalb
der Zelloberkante verpresst wird und anschließend, bei nachlassendem Druck,
auf die vorgesehene Zellhöhe
ansteigen kann.
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Die
US 3,964,527 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines wabenartigen Isolierkörpers mit faserigem
Isoliermaterial. Hierfür
wird das Wabengerüst
in einen Isolierfilz, der auf einer vibrierenden Unterlage liegt,
hineingeschnitten. Damit das lockere Isoliermaterial den kompletten
Zellraum ausfüllt,
wird nach dem Befüllvorgang
ein Vakuum angelegt, mit dem das Isoliermaterial wieder aufgelockert
und vollständig
in die Zellen eingesaugt wird. Nachteil dieses Verfahrens ist zum
einen, dass es auf faseriges Isoliermaterial beschränkt ist,
und zum anderen, dass das gesamte Verfahren sehr aufwendig ist,
da eine Vibrationseinrichtung und ein Vakuumsystem zur Verfügung gestellt
werden müssen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Isolierkörper zur
Verfügung
zu stellen, der das Problem der mangelhaften Stabilität von pulverförmigem Isoliermaterial
in Isolierkörpern
mit zellartiger Struktur löst.
Außerdem
soll ein Herstellungsverfahren bereitgestellt werden, mit dem sich
die bekannten Nachteile bei der Herstellung von Isolierkörpern mit
zellartiger Struktur vermeiden lassen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Isolierkörper
mit zellartiger Struktur nach Anspruch 1 und ein Herstellungsverfahren
nach Anspruch 9. Vorteilhafte Ausbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der
Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Isolierkörpers ist,
dass trotz Verwendung von pulverförmigen Isolierstoffen das Isoliermaterial
nicht aus den Zellen austritt, da über die vorgeschlagenen Querverbindungen
eine Vernetzung des gesamten Isoliermaterials erfolgt. Zudem erfolgt
eine gute Haftung des Isoliermaterials an den Zellwänden, da
sich durch die Durchbrechungen der Wände zusätzliche Kanten und Halterungsflächen ergeben,
mit denen das Füllmaterial
in Kontakt treten kann. Bei derartigen Isolierkörpern besteht auch unter dauerhaften
Vibrationen keine Gefahr, dass Material aus den Zellen austreten
könnte.
Dadurch wird eine Außenbeschichtung
der fertig verpressten Platten i. a. unnötig. Dieser zusätzliche
Herstellungsschritt entfällt
damit oder kann durch eine einfache Folienumhüllung ersetzt werden.
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Es
ist ferner vorteilhaft, dass weder die Stabilität noch die Isolationsfähigkeit
der Isolierkörper, im
Vergleich zu zeltartigen Isolierkörpern ohne Querverbindung,
abnehmen. Der erfindungsgemäße Isolierkörper weist
gegenüber
herkömmlichen
zellartigen Isolierplatten sogar nochmals verbesserte Isoliereigenschaften
auf. Das Problem einer unzureichenden Isolation durch die Zellwände, die
unter Umständen
als Wärme-
oder Schallbrücken
von einer Seite des Isolierkörpers
auf die andere dienen, da die Zellwände durchgängig sind, ist abgemildert,
weil die relativ schlecht isolierenden Zellwände immer wieder in den Durchbrüchen rasterartig
von gut isolierendem Material unterbrochen werden.
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Das
erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
ist im Vergleich zum Stand der Technik vereinfacht, da die Wabenstruktur
einfach in das auf einer Unterlage aufliegenden, ggf. glattgezogene
Füllmaterial
mit niedriger Presskraft eingedrückt
werden kann. Ferner verbleiben keine Hohlräume im Isoliergut, da eventuell
noch vorhandene Luft im Austausch zwischen den Wabenzellen beim
Eindrücken
des Gerüstes
entweichen kann. Das Ergebnis dieses Verfahrens in Bezug auf das
Vorhandensein von Hohlräumen
in der Isolierung ist vergleichbar mit dem durch eine Verdichtung
mittels Vibration erzielten. Das Verfahren dagegen ist wesentlich
einfacher, da keine gesonderte Anlage zur Erzeugung der nötigen Vibrationen
benötigt
wird.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
ausschnittsweise Perspektivansicht eines wabenartigen Isolierkörpers;
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2 eine
Seitenansicht mit zugehörigem Schnitt
durch ein wabenartiges Gerüst;
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3 einen
Isolierkörper
mit alternativer Zellstruktur; und
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4 eine
schematisierte Presse zur Herstellung eines Isolierkörpers.
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Wie
aus 1 ersichtlich, besteht ein erfindungsgemäßer Isolierkörper 1 aus
aneinandergereihten, wabenförmigen
Zellen 2. Die an der Ober- und Unterseite offenen Zellen 2 sind
mit einem punktiert dargestellten Isoliermaterial 3 gefüllt. Die
Wände 4 der
einzelnen Zellen 2 sind mit kreisförmig dargestellten Durchbrüchen 5 teilweise
durchbrochen. Diese Öffnungen
können
an allen Seitenwänden 4 der Zellen 2 vorgesehen
sein oder nur an einem Teil der Seiten, z. B. nur an jeder zweiten
oder dritten Seitenwand (vgl. 2), so dass
pro Sechseck-Zelle bzw. Wabe jeweils drei oder zwei Durchbrüche 5 zu
den Nachbarzellen bestehen. Die Durchbrüche 5 in dem so gebildeten
zellartigen Gerüst 6 können bevorzugt regelmäßig, aber
auch unregelmäßig in den
Wänden 4 verteilt
sein.
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2 zeigt,
dass Form und Anzahl der die Queröffnungen bildenden Durchbrüche 5 pro
Zelle 2 vielgestaltig sein können. Besonders vorteilhaft
sind runde Durchbrüche 5,
da diese einfach durch Ausstanzen der Wände 4 beim Herstellen
des zellartigen Gerüstes 6 gebildet
werden können.
Es sind jedoch auch ovale oder kantige Formen möglich, wie dies mit dem Bezugszeichen 5' angedeutet
ist. Die Anzahl der Durchbrüche 5 pro
Seitenwand 4 ist weitgehend beliebig. Um eine ausreichende
Verkettung des Isoliermaterials 3 von Zelle zu Zelle zu
erreichen, ist je eine Öffnung
bzw. Durchbruch 5, 5' ausreichend, aber auch zwei Durchbrüche 5 oder
mehr sind möglich.
Ebenso ist vorgesehen, dass pro Zelle nur eine Öffnung vorhanden ist, günstiger
sind jedoch zwei oder mehr Durchbrüche 5, um eine möglichst
gute räumliche
Quervernetzung zu den jeweiligen Nachbarzellen zu gewährleisten.
Um eine genügende
Verkettung des Isoliermaterials 3 zu erreichen, ist außerdem eine
gewisse Mindestgröße der Öffnungen
notwendig, insbesondere in Abhängigkeit
von den Größenverhältnissen
der verwendeten Pulver bzw. Mineralfasern. Die Größe der Durchbrüche 5 liegt
dabei etwa bei 30% der Wandfläche
der Wand 4 (vgl. Schnittdarstellung in 2,
rechts), so dass ein gutes Ineinandergreifen des Isoliermaterials 3 zwischen benachbarten
Zellen 2 möglich
ist. Dabei wird auch eine genügende
Stabilität
des zellenartigen Gerüstes 6 ermöglicht.
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3 zeigt
einen Isolierkörper
mit einer alternativen Struktur des zellartigen Gerüstes 6,
nämlich
mit trigonalen Zellen 2. Auch deren Wände 4 sind mit einer
Vielzahl von Durchbrüchen 5 versehen, analog
zu den in 1 dargestellten Zellen mit Wabenstruktur.
Trigonale Zellen stellen nur eine der denkbaren Alternativen zu
wabenartigen dar. Beispielhaft seien hier noch runde Zellen oder
Zellen 2 in Rechteck- oder Quadratform genannt. Denkbar sind
weiterhin in ihrer Form und Größe ungleichmäßige Formen.
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Als
Materialien für
die Wände 4 bzw.
das zellartige Gerüst 6 werden
bevorzugt Kunststoffe und harzverstärktes Papier eingesetzt. Es
sind jedoch auch zellartige Gerüste 6 aus
Aluminium-Waben oder faserverstärkte
Pappe einsetzbar, wie dies aus Sandwich-Konstruktionen im Flugzeugbau
bekannt ist.
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Falls
eine Umhüllung
der verpressten Isolierkörper 1 insbesondere
in Plattenform gewünscht wird,
obwohl diese nicht zwingend notwendig ist, so ist dies möglich. Diese
Umhüllungen
können
aus Kunststofffolien, Papier, Pappe, Geweben etc. bestehen, je nach
gewünschtem
Festigkeits- bzw. Anwendungsbereich, z. B. aus Kohlefaser- oder
Aramidfaser-Deckschichten.
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Als
Isoliermaterialen 3 können,
je nach Verwendungszweck, alle fließfähigen Materialien mit Isoliereigenschaften
eingesetzt werden. Voraussetzung ist, dass diese durch die Durchbrüche 5 hindurch
mit den benachbarten Zellen 2 Querverbindungen eingehen
können
(vgl. 2, rechts). Ein Ineinandergreifen einzelner Partikel
muss gewährleistet sein,
wie dies z. B. der Fall ist, wenn ein Mineralfaseranteil enthalten
ist. Besonders bevorzugt ist mikroporöses Isoliermaterial.
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Beispielhaft
sei hier folgende Zusammensetzung aufgeführt:
65 Gew.-% feinteiliges
Metalloxid,
32 Gew.-% Trübungsmittel,
3
Gew.-% Fasermaterial.
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Beispiele
für feinteilige
Metalloxide sind pyrogen erzeugte Kieselsäuren oder Aluminiumoxide. Als
Trübungsmittel
können
z. B. Titandioxid oder Zirkonsilikat verwendet werden. Beispiele
für Fasermaterialien
sind keramische Fasern, Glaswolle und Steinwolle oder im Niedertemperaturbereich
auch organische Fasern. Der Faseranteil in dem eingesetzten Isoliermaterial
sollte hoch genug sein, um die Quervernetzung durch die Durchbrüche hindurch
zu unterstützen,
jedoch niedrig genug, um ein Hindurchtreten durch die Durchbrüche 5 zu
den jeweiligen Nachbarzellen beim Verpressen nicht zu beeinträchtigen.
Bevorzugt liegt der Faseranteil im Bereich von 0,25–25 Gew.-%,
insbesondere bei ca. 5 Gew.-%.
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4 zeigt
beispielhaft eine Vorrichtung 10 zur Herstellung eines
Isolierkörpers 1 (vgl. 1)
mit einem zellartigem Gerüst 6.
Auf das in einer Wanne 8 eingefüllte Isoliermaterial 3 wird
das zellartige Gerüst 6 gelegt
und mittels eines Pressstempels 7, der durch einen Presszylinder 9 nach
unten gedrückt wird,
in das Isoliermaterial 3 gedrückt. Das Isoliermaterial 3 kann
dabei in Plattenform auch vorgeformt sein, so dass eine glatte Unterlage
ausreicht. Beim Pressvorgang wird das Waben-Gerüst 6, insbesondere
mit den Durchbrüchen 5 (hier
nur einige angedeutet), somit vollflächig in das Isoliermaterial 3 eingedrückt.
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Das
Verpressen des Isoliermaterials 3 kann entweder zeitgleich
mit dem Eindrücken
des zellartigen Gerüstes 6 erfolgen
oder zuvor. Das Vorverdichten hat den Vorteil, dass das Isoliergut
bereits auf die Endhöhe
verdichtet werden kann, so dass nach dem Eindrücken des Gerüstes 6 kein
Isoliermaterial 3 mehr übersteht
und abgekehrt oder auf andere Art und Weise entfernt werden müsste. Das
gleichzeitige Verpressen bringt dagegen den Vorteil mit sich, dass ein zusätzlicher
Herstellungsschritt für
das Vorverdichten entfällt.
Außerdem
erfolgt bereits durch den Vorgang des Eindrückens selbst eine gewisse Verdichtung,
da ein Teil des Materials dadurch verdrängt und mangels Ausweichmöglichkeit
in erheblichem Maße
verdichtet wird. Je nach gewünschtem
Anwendungsbereich ist deswegen die eine oder die andere Methode
wählbar.
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Der
Pressstempel 7 weist vorzugsweise eine durchbrochene, gitterartige
Platte auf. Dadurch kann beim Pressvorgang entweichende Luft problemios nach
oben entweichen. Das vorgeschlagene Herstellungsverfahren eignet
sich nicht nur für
Isolierplatten mit festgelegter Größe in Plattenform, sondern
auch zur Herstellung im Durchlaufverfahren für später zuzuschneidende Endlosisolierkörper. Hierfür wird das zellartige
Gerüst 6 abschnittweise
in das Isoliermaterial 3 eingedrückt.
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Bei
Einsatz von mikroporösem
Isoliermaterial 3 erweisen sich das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
und das verwendete zellartige Gerüst 6 mit Durchbrüchen 5 zur
Schaffung von Querverbindungen als besonders vorteilhaft. Durch
die Quervernetzung über
die Vielzahl von Durchbrüchen 5 in
den Zellwänden 4 wird
das Verbleiben des pulverförmigen
Isoliermaterials 3 in den Isolierplatten wesentlich erleichtert.
Selbst bei hohen Vibrationen, wie diese z. B. im Einsatz der Isolierplatten
bei Dämmung
im Fahrzeug- oder Flugzeugbau (z. B. bei Turbinengondeln) auftreten,
wird kein Isoliermaterial aus den Zellen 2 herausvibriert.
Dadurch wird eine Umhüllung mit
einer Außenschicht
im allgemeinen unnötig,
so dass ein Herstellungsschritt entfallen kann. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
bietet den Vorteil einer einfachen, effektiven und schnellen Befüllung des
zellartigen Gerüstes 6 mit
dem mikroporösen
Isoliermaterial 3, das auch faserverstärkt sein kann, solange die
Ausbildung von Quervernetzungen über
die Zellgrenzen hinweg nicht behindert wird.