DE19960694B4 - Process for producing an insulating body molding and Isolierkörperformteil for cryogenic insulation - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Isolierkörperformteils zur Tieftemperaturisolierung, bei dem ein Vorvlies aus Glasfasern, insbesondere Glasstapelfasern, gebildet und mehrere Vorvlieslagen zu einem Stapel übereinander gelegt und bei erhöhter Temperatur zusammengepreßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Glasfaser textile Glasfasern mit einem Durchmesser von mindestens 6 μm verwendet werden und die Vorvlieslagen vor dem Zusammenpressen mechanisch vernadelt werden und mehrere in sich vernadelte Stapel, die untereinander nicht vernadelt sind, zusammengepreßt werden.method for producing an insulating body molding for low-temperature insulation, in which a pre-fleece made of glass fibers, in particular glass staple fibers, formed and several Vorvlieslagen to a stack on top of each other placed and elevated Temperature compressed Be, characterized in that as glass fiber textile glass fibers with a diameter of at least 6 microns are used and the Vorvlieslagen ago The compression are mechanically needled and several in itself needled needles, which are not needled together, are pressed together.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Isolierkörperformteils zur Tieftemperaturisolierung, bei dem ein Vorvlies aus Glasfasern, insbesondere Glasstapelfasern, gebildet und mehrere Vorvlieslagen zu einem Stapel übereinander gelegt und bei erhöhter Temperatur zusammengepreßt werden. Ferner betrifft die Erfindung ein Isolierkörperformteil zur Tieftemperaturisolierung, das mit einer Vielzahl von Vorvliesen aus Glasfasern, in denen die Glasfasern im wesentlichen in einer Ebene liegen, aufgebaut ist, die miteinander verpreßt sind.The The invention relates to a method for producing an insulating body molding for low-temperature insulation, in which a fleece of glass fibers, in particular Glass staple fibers formed and several Vorvlieslagen to a stack on top of each other placed and elevated Temperature are compressed. Furthermore, the invention relates to an insulating body part for cryogenic insulation, that with a variety of Vorvliesen of glass fibers, in which the Glass fibers lie essentially in one plane, is constructed, which pressed together are.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Platte als Beispiel für ein Formteil beschrieben. Auf entsprechende Weise lassen sich aber auch Formteile herstellen, die eine etwas andere Form haben, beispielsweise Halbschalen zur Isolierung von Rohren oder L-Stücke.The Invention will be described below with reference to a plate as an example of a molded part described. In a similar way but can also moldings produce, which have a slightly different shape, such as half-shells for insulating pipes or L-pieces.
Bei der thermischen Isolierung von Gefäßen und Behältern möchte man den Wärmetransport von einer Seite der Isolierung zur anderen Seite der Isolierung verhindern oder zumindest den Wärmestrom sehr klein machen. Der Wärmestrom beruht zum größten Teil auf Wärmeleitung und Wärmestrahlung. Eine Konvektion, also ein Wärmetransport durch Materie, z.B. Gas, die in einem Bereich Wärme aufnimmt und sie in einem anderen Bereich abgibt, spielt bei den meisten Isolationen keine Rolle mehr. Die Isolierplatte haben daher die Aufgabe, die Wärmestrahlung und die Wärmeleitung so gut wie möglich zu unterbinden. Hierbei ergeben sich je nach Temperaturbereich unterschiedliche Anforderungen an das Material und an das Isolationssystem, weil bei hohen Temperaturen die Wärmestrahlung, bei tiefen Temperaturen hingegen die Wärmeleitung überwiegt. Daraus folgt, daß Materialien für Hochtemperaturanwendungen nicht grundsätzlich auch für tiefe Temperaturen geeignet sind.at The thermal insulation of vessels and containers you want the heat transport from one side of the insulation to the other side of the insulation prevent or at least the heat flow very much make small. The heat flow for the most part on heat conduction and heat radiation. A Convection, ie a heat transfer by matter, e.g. Gas that absorbs heat in one area and turns it into one does not play in most isolations Role more. The insulating plate therefore have the task of heat radiation and the heat conduction as good as possible prevention. This results in different depending on the temperature range Requirements for the material and the insulation system, because heat radiation at high temperatures, At low temperatures, on the other hand, heat conduction predominates. It follows that materials for high temperature applications not in principle also for low temperatures are suitable.
Isoliersysteme für den Tieftemperaturbereich besitzen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Als Beispiele seien hier Kühltransportwagen für die Lebensmittelindustrie oder der Einsatz in Kühlaggregaten im kommerziellen oder häuslichen Bereich erwähnt. Aufgrund gesetzlicher Vorgaben und ökonomischer Zwänge wird die Frage nach einer effektiven und preiswerten Alternative zu den bisher verwendeten Isolierverfahren immer wichtiger.Isoliersysteme for the Low temperature range have a variety of applications. As examples, here are refrigerated trucks for the Food industry or use in refrigeration units in the commercial or domestic Area mentioned. Due to legal requirements and economic constraints becomes the question of an effective and cheap alternative to the previously used insulation process more important.
Zur Zeit eingesetzte, einfache Isoliermaterialien bestehen aus Schäumen, z.B. Polyurethan oder anderen Stoffen mit geringer Wärmeleitung. Auch Isolierungen, die aus Fasermaterialien bestehen, sind, wie oben ausgeführt, bekannt und werden verwendet. In beiden Fällen wirken die in Hohlräumen eingeschlossenen Gase (in der Regel Luft) aufgrund deren geringen Wärmeleitungsvermögen als Isolation. Für höherwertige Isolationssysteme ist es erforderlich auch noch diesen Anteil der Wärmeleitung zu reduzieren. Dies geschieht üblicherweise durch die Verwendung von Vakuum-Isolationssystemen, d.h. durch Entfernung der wärmeleitenden Luft.to Time-employed, simple insulating materials consist of foams, e.g. Polyurethane or other materials with low heat conduction. Also isolations, which consist of fiber materials are, as stated above, known and are used. In both cases, the trapped in cavities act Gases (usually air) due to their low thermal conductivity as Isolation. For higher Isolation systems it is necessary also this portion of the heat conduction to reduce. This usually happens through the use of vacuum insulation systems, i. by removal the heat-conducting Air.
Dies kann bei kleinen Volumina, beispielsweise Isolierkannen oder -flaschen noch ohne größere Schwierigkeiten erfolgen. Bei großflächigen Aufbauten, wie z.B. bei Kühlcontainern, LKW-Aufbauten oder auch großen Kühlschränken, ist jedoch eine Abstützung der Begrenzungswände des Vakuumsystems mit Hilfe eines Füllstoffs erforderlich, um die Kräfte, die durch den externen Luftdruck auf die Wände wirken, zu kompensieren. Um dabei Wärmebrücken, die zu einer Wärmeleitung führen können, zu verhindern oder ihre Leitfähigkeit zu reduzieren, müssen spezielle Isoliermaterialien eingesetzt werden, die neben einer geringen Wärmeleitung auch eine ausreichende mechanische Stabilität gegen den Druck aufweisen, ohne das Vakuum durch Ausgasungsprozesse zu verschlechtern.This can be done with little volume, such as jugs or bottles still without much difficulty. In large-scale structures, such as in refrigerated containers, truck bodies or large refrigerators, however, a support of the boundary walls of the vacuum system with the aid of a filler is required to compensate for the forces acting on the walls by the external air pressure. In order to prevent thermal bridges, which can lead to heat conduction, or to reduce their conductivity, special insulating materials must be used, in addition to a low heat conduction also have sufficient mechanical stability against the pressure, without deteriorating the vacuum by Ausgasungsprozesse.
Für derartige großflächige Vakuumisolierungen wurden bereits Mikrofasern (Faserdurchmesser < 3 μm) aus Glas eingesetzt. Mikrofasern weisen aufgrund ihrer Geometrie eine gute Isolationswirkung auf. Die Herstellung dieser Mikrofasern erfordert jedoch einen erheblichen Aufwand. Dementsprechend sind zur Zeit eingesetzte Isoliersysteme mit guter Isolierwirkung in der Gesamtbetrachtung (Herstellungskosten, Pflege, Entsorgung) relativ teuer oder kostenträchtig.For such large-area vacuum insulation were already microfibers (fiber diameter <3 microns) made of glass. Microfibers indicate their geometry a good insulation effect. The production of these microfibers However, it requires a considerable effort. Accordingly are currently used insulation systems with good insulation in the overall view (production costs, care, disposal) relative expensive or costly.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Isolierung bei guter Wirksamkeit kostengünstig zu gestalten.Of the Invention is based on the object, an isolation with good Efficiency inexpensive too shape.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als Glasfaser textile Glasfasern mit einem Durchmesser von mindestens 6 μm verwendet werden, die Vorvlieslagen vor dem Zusammenpressen mechanisch vernadelt werden und mehrere in sich vernadelte Stapel, die untereinander nicht vernadelt sind, zusammengepreßt werden.These Task is characterized by a method of the type mentioned by solved, that as fiberglass textile glass fibers with a diameter of at least 6 microns used be, the pre-batt layers before mechanical compression needled and several self-needled stacks, one below the other not needled, be squeezed together.
Mit dieser Vorgehensweise bekommt man bereits vor dem Zusammenpressen der Vorvlieslagen handhabere Einheiten, die die Herstellung ganz wesentlich vereinfachen. Die Wahl der Durchmesser der Glasfasern hat hierbei zwei Vorteile. Zum einen sind die Glasfasern mit mindestens 6 μm Durchmesser nicht lungengängig, d.h. gesundheitlich unbedenklich. Zum andern haben die Glasfasern bei diesem Durchmesser eine ausreichende mechanische Stabilität, um nach dem Vernadeln die einzelnen Vorvlieslagen so zusammenzuhalten, daß ein derartiger Stapel aus Vorvlieslagen quasi einstückig gehandhabt werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß sich die Lagen wieder vereinzeln. Es ist daher möglich, die Vorvlieslagen in einem kontinuierlichen oder zumindest quasi kontinuierlichen Prozeß zu erzeugen, das Zusammenpressen der Vorvlieslagen dann aber chargenweise vorzunehmen. Zwar ergeben sich dann im fertigen Produkt aufgrund der beim Vernadeln geänderten Ausrichtung einzelner Glasfasern Bereiche, die man als Wärmebrücke bezeichnen könnte. Es hat sich aber überraschenderweise herausgestellt, daß diese Wärmebrücken gar nicht so kritisch sind. Möglicherweise ist dies darauf zurückzuführen, daß die Ausrichtung der Glasfasern beim Zusammenpressen der Vorvlieslagen zwar grundsätzlich erhalten bleibt, die in Pressenrichtung liegende Glasfasern aber gestaucht, geknickt oder gebrochen werden, so daß ihre Wärmeleitfähigkeit wieder abnimmt. Als Glasfasern werden vorzugsweise textile Glasstapelfasern verwendet, also Fasern mit begrenzter Länge. Diese Verwendung von mehreren Stapeln hat zwei Vorteile. Zum einen ergeben sich in den Kontaktflächen benachbarter Stapel, die im folgenden auch als "Trennebene" bezeichnet werden, höhere Wärmewiderstände. Die Wärmeleitung wird damit vermindert. Zum anderen wird die Handhabung vereinfacht. Durch das Zusammenpressen erhält man eine erhebliche Dickenverminderung. So wird beispielsweise ein Stapel aus Vorvlieslagen mit einer Höhe von 20 cm auf etwa 1 cm reduziert. Ein Vorvlieslagenstapel von 20 cm läßt sich noch gut handhaben. Ein entsprechender Stapel mit der doppelten Höhe wäre weitaus schwieriger zu handhaben. Um eine Isolierplatte mit der Stärke von 4 cm zu erhalten, müßte man sogar einen Stapel von 80 cm handhaben können. Durch die beschriebene Vorgehensweise kann man aber vier Teilstapel gemeinsam in die Presse einsetzen und dann miteinander verpressen.With This procedure is already available before pressing The Vorvlieslagen handhabere units that make the production quite essential simplify. The choice of the diameter of the glass fibers has this two advantages. On the one hand, the glass fibers are at least 6 μm in diameter not respirable, i.e. no risk to health. For another, the glass fibers at this diameter sufficient mechanical stability to after the needlepunching the individual Vorvlieslagen hold together so that such a stack from Vorvlieslagen quasi one piece can be handled without the There is a danger that to separate the layers again. It is therefore possible to use the pre-fleece layers in to produce a continuous or at least quasi-continuous process, However, the compression of Vorvlieslagen then make batchwise. Although then arise in the finished product due to the needling amended Alignment of individual glass fibers Areas that could be called a thermal bridge. It But surprisingly proved that this Thermal bridges even not so critical. possibly This is due to the fact that the alignment Although the glass fibers obtained in principle during compression of Vorvlieslagen remains, but the compressed in the press direction optical fibers, kinked or broken, so that their thermal conductivity decreases again. When Glass fibers are preferably used textile glass staple fibers, So fibers with limited length. This use of multiple stacks has two advantages. On the one hand arise in the contact surfaces adjacent stacks, which are also referred to below as "parting line", higher thermal resistance. The heat conduction is thus reduced. On the other hand, the handling is simplified. By compressing receives you get a significant reduction in thickness. For example, a Stack of Vorvlieslagen with a height of 20 cm to about 1 cm reduced. A Vorvlieslagenstapel of 20 cm can still handle well. A corresponding stack of twice the height would be far more difficult to handle. To an insulating plate with the strength of 4 cm, you would have to even handle a stack of 80 cm. By the described You can proceed but four sub-stacks together in the press insert and then press together.
Vorzugsweise wird durch das Vernadeln bei weniger als 10 % der Fasern eine Änderung der Faserausrichtung bewirkt. Das Vernadeln beschränkt sich also auf relativ wenige Fasern, so daß die Gefahr von Wärmebrücken weiter vermindert wird. Bei einem derartigen geringen Vernadelungsgrad ist zwar der mechanische Zusammenhalt nur schwach. Er reicht aber für das Herstellungsverfahren aus. Die spätere mechanische Stabilität des Endproduktes wird durch das Verpressen erzielt.Preferably Needling changes to less than 10% of the fibers the fiber orientation causes. Needling is limited so on relatively few fibers, so that the risk of thermal bridges on is reduced. With such a low needling grade although the mechanical cohesion is only weak. He is enough for the Production process off. The subsequent mechanical stability of the final product is achieved by the pressing.
Vorzugsweise erzeugt man den Stapel durch Kreuzlegen des Vorvlieses. Damit läßt sich ein kontinuierlicher Prozeß realisieren. Durch eine Abstimmung der Vorschubgeschwindigkeit des Kreuzlegers auf die Vorschubgeschwindigkeit eines Aufnahmebandes lassen sich entsprechend dicke Vliese erzeugen.Preferably one creates the stack by crosslapping the Vorvlieses. This can be to realize a continuous process. By adjusting the feed rate of the cross stacker on the feed rate of a recording tape can be adjusted accordingly produce thick fleeces.
Bevorzugterweise wird ein Weichglas verwendet. Dieses Weichglas, vorzugsweise C-Glas, wird unter Anwendung von Temperatur und Druck für eine bestimmte Zeit einem Temperprozeß unterworfen. Die Presszeit ist abhängig von der gewünschten Rohdichte und Dicke des Materials sowie von der gewünschten Kompressibilität. Diese Gläser benötigen für den Temperprozeß eine etwas geringere Temperatur. Zum anderen ist es preisgünstig. Zum dritten hat es hervorragende Wärmeisolationseigenschaften.preferably, a soft glass is used. This soft glass, preferably C glass, becomes using temperature and pressure for a certain time Subjected to annealing process. The press time depends on the desired density and thickness of the material as well as the desired compressibility. These glasses need something for the tempering process lower temperature. On the other hand, it is cheap. Third, it has excellent Thermal insulation properties.
Bevorzugterweise werden der oder die Stapel nach dem Vernadeln auf vorbestimmte Lieferabmessungen geschnitten. Nach dem Vernadeln ist, wie gesagt, der Vorvlieslagenstapel handhabbar. Wenn man ihn in diesem Stadium auf die gewünschte Abmessung bringt, dann ist der Schneidvorgang relativ einfach, weil die Platte noch nicht ihre endgültige Festigkeit erreicht hat. Durch das Pressen ergeben sich allenfalls geringfügige Formänderungen, die noch im Toleranzbereich liegen.Preferably, the stack or stacks are cut after the needling to predetermined delivery dimensions. After needling, as already mentioned, the pre-batt pile is manageable. If you bring it to the desired dimension at this stage, then the cutting process is relatively easy because the plate has not yet reached its final strength. By pressing erge At most, there are minor changes in shape which are still within the tolerance range.
Vorzugsweise liegt der Durchmesser der Glasfaser im Bereich von 8 bis 15 μm, insbesondere im Bereich von 10 bis 12 μm. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß derartig dicke Fasern eine hervorragende thermische Isolierung liefern. Hinzu kommt der Vorteil, daß die Stapel nach dem Vernadeln bei dickeren Fasern relativ haltbar im Aufbau sind.Preferably The diameter of the glass fiber is in the range of 8 to 15 microns, especially in Range of 10 to 12 μm. Surprisingly it turned out that such Thick fibers provide excellent thermal insulation. in addition comes the advantage that the Stack after needling relatively thick in fibers Construction are.
Die Aufgabe wird durch ein Isolierkörperformteil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Glasfasern einen Durchmesser von mehr als 6 μm aufweisen und maximal 10 % der Glasfasern zumindest über einen Teil ihrer Länge eine Ausrichtung aufweisen, die senkrecht zu der Ebene liegt, und mindestens eine Trennebene vorhanden ist, die nicht von senkrecht stehenden Glasfasern durchsetzt ist.The Task is by a Isolierkörperformteil of the type mentioned solved in that the glass fibers have a diameter of more than 6 μm and at most 10% of the glass fibers at least over one Part of their length have an orientation that is perpendicular to the plane, and at least a dividing plane is present that is not perpendicular Glass fibers interspersed.
Das Isolierkörperformteil ist also nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Erstaunlicherweise ergeben sich trotz der geänderten Ausrichtung eines Teils der Fasern relativ gute thermische Isolationseigenschaften. In der Trennebene, die dadurch gebildet ist, daß man mehrere in sich vernadelte Stapel, die untereinander nicht vernadelt sind, aufeinandersetzt und verpreßt, gibt es eine Unterbrechung einer möglicherweise vorhandenen Wärmebrücke, die die Isolationswirkung weiter verbessert.The Isolierkörperformteil is thus produced by the method described above. Amazingly, arise despite the changed Alignment of a portion of the fibers relatively good thermal insulation properties. In the dividing plane, which is formed by the fact that you have several needles Piles that are not needled together, dealing and squeezes, there is an interruption of a possibly existing thermal bridge, the the insulation effect further improved.
Vorzugsweise liegt der Anteil der senkrecht zu den Ebenen stehenden Glasfasern zwischen 2 und 8 %. Je kleiner der Anteil dieser Fasern ist, desto besser ist die Isolation.Preferably is the proportion of glass fibers perpendicular to the planes between 2 and 8%. The smaller the proportion of these fibers, the better is the isolation.
Vorzugsweise weisen die senkrecht stehenden Glasfasern eine Vielzahl von Richtungswechseln auf. Diese Richtungswechsel ergeben sich beim Verpressen der Vorvlieslagenstapel. Bei diesem Verpressen stehen die Glasfasern, die durch das Vernadeln senkrecht zu den Ebenen umgelenkt worden sind, in Pressenrichtung. Beim Verpressen können sie nur sehr begrenzt gestaucht werden. Sie werden vielmehr zusammengedrückt und falten sich dadurch mehrfach, so daß wiederum eine relativ lange Strecke entsteht, die eine nur sehr schwache Wärmeleitfähigkeit hat.Preferably have the vertical glass fibers on a variety of directional changes. These changes of direction result during the pressing of the pre-fleece layer stacks. In this pressing are the glass fibers, by needling are deflected perpendicular to the planes, in the press direction. When pressed, they can be compressed only very limited. They are rather compressed and fold thereby several times, so that again a relatively long Range arises, which has a very low thermal conductivity.
Vorzugsweise liegt der Durchmesser der Glasfasern im Bereich von 8 bis 15 μm, insbesondere im Bereich von 10 bis 12 μm. Hierdurch ergeben sich hervorragende thermische Isolationswirkungen bei günstigen Herstellungskosten.Preferably the diameter of the glass fibers is in the range of 8 to 15 microns, in particular in Range of 10 to 12 μm. This results in excellent thermal insulation effects at cheap Production costs.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:The Invention will be described below with reference to preferred embodiments described in more detail in connection with the drawing. Herein show:
Der
Vlieslagenstapel wird kontinuierlich einer Vernadelungseinrichtung
Hinter
der Vernadelungseinrichtung
Die
Glasfasern, die das Vorvlies
In
der Vernadelungseinrichtung
Wie
oben ausgeführt,
ist es technisch relativ schwierig, den Vlieslagenstapel
Wie
aus
Derartige
Platten
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