DE2645059B2 - Verfahren zum Herstellen einer Wärmetauscherwand sowie dafür geeignete Folie - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Wärmetauscherwand sowie dafür geeignete Folie

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DE2645059B2 DE19762645059 DE2645059A DE2645059B2 DE 2645059 B2 DE2645059 B2 DE 2645059B2 DE 19762645059 DE19762645059 DE 19762645059 DE 2645059 A DE2645059 A DE 2645059A DE 2645059 B2 DE2645059 B2 DE 2645059B2
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Description

Bei bestimmten Anordnungen auf dem Gebiet der Kuhltechnik ist es erforderlich, Metallteile zi verankern; z. B. müssen Kondenser, Verdampfer, Wärmetauscher oder ähnliche Elemente befestigt werden. Eine zufriedenstellende Verbindung stellt hohe Anforderungen an die mechanische Festigkeit sowie an die Wärmeleitfähigkeit Auch die Wärmeisolierung muß stabil und dauerhaft zwischen den betreffenden
'"> Bauteilen eingebracht sein, um ein einheitliches Element zu schaffen und die Montage zu erleichtern.
Man kann zwar die Befestigung dieser Metallteile mittels Verschrauben. Nieten oder Verschweißen durchführen. Diese Verbindungsarten können jedoch im Hinblick auf wirtschaftliche und praktische Anforderungen nicht als vorteilhaft bezeichnet werden. Beispielsweise bei der Herstellung von Kühlschränken ist es erforderlich, die Kühlschlangen, die Verdampfer und die anderen miteinander zu einer Baugruppe vereinigten
- > Bauteile in einer Lage und Weise am Rahmen oder an einem Träger des Kühlschrankes so zu befestigen, daß eine Wärmeisolierung durchführbar ist.
Die Wärmeisolierung wird üblicherweise durch Polyurethanschaumstoffe erreicht, deren Anwendung
i<> sehr einfach und rationell ist und eine Verbesserung des Isolierungeffektes ermöglicht, da die Komponente dieses Kunststoffes in flüssigem Zustand eingebracht werden und erst beim Reagieren aufschäumen.
Aus der DE-OS 20 20 205 ist ein Verfahren zur
»"> Herstellung des Corpus eines Kühlschrankes bekannt, bei welchem die Wärmetauscherrohre vor dem Aufschäumen der Schaumstoffisolierung mit einer Falten aufweisenden Aluminiumfolie belegt werden, die anschließend durch den entstehenden Druck des
■tu Schaumstoffes formschlüssig an dip Austauscherrohre gepreßt wird. Diese Arbeitsweise ermöglicht jedoch keine Befestigung der Wärmetauscherrohre an der anliegenden Innenwand während der Herstellung des Corpus, was für eine rationelle Herstellung erforderlich
·»■"> wäre. Darüberhinaus wird keine befriedigende Haftung zwischen dem Schaumsioff und der Aluminiumfolie erzielt, so daß im späteren Betrieb aufgrund der ständigen Tempera'.urwechsel eine Trennung zwischen dem Schaumstoff und der Folie zu befürchten ist.
r.n Aus der GB-PS 10 75 088 ist « andererseits bekannt, zur Befestigung der Wärmetauscherrohre selbstklebcndt Aluminiumfolien zu verwenden. Ein Ausschäumen des Kühlschrankcorpus mit Polyurethanschaum ist bei diesem vorbekannten Verfahren jedoch überhaupt nicht
*fi vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zu dessen Durchführung geeignete Kunststoff-Folie zu entwickeln, mit deren Hilfe die Herstellung von Wärmetauscherwänden wesentlich
μ? vereinfacht und die Lebensdauer der Verbindungen zwischen den einzelnen Materialien erheblich verbessert werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmetauscherwand,
(i5 bei dem Wärmetauscherrohre auf einer gut wärmeleitenden Innenwand angeordnet, mit einer gut verformbaren, flexiblen Folie überdeckt und in den Zwischenraum zwischen der Folie und einer Außenwand flüssiee
Schaumstoffkomponenten, insbesondere Polyurethan-Komponenten, eingefüllt und zum Ausreagieren gebracht werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Wärmetguscherrohre mit einer aus mindestens einer Kunststoffschicht bestehenden Folie, die auf einer Seite eine Haftvermittlerschicht und auf der den Rohren zugewandten Gegenseite eine Selbstkleberschicht aufweist auf der Innenwand festgeklebt werden.
Die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Folie besteht wenigstens aus einer Kunststoffschicht und ist in dadurch gekennzeichnet daß sie auf einer Seite eine Beschichtung aus einem Selbstkleber A2 und auf der anderen Seite eine Haftvermittlerschicht Aj für den Schaumstoff aufweist
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Folie können die is Wärmetauscherrohre in einfacher Weise an der Innenwand befestigt und so gegen ein Verschieben oder Verrutschen gesichert werden. Die Haftvermittlerschicht an der Außenseite der Folie stellt sicher, daß eine feste und dauerhafte Verbindung mit dem -'» Schaumstoff erhalten wird.
Für die Handhabung und den Transport der erfindungsgemäßen Folie ist es wichtig, daß sie sich trotz ihrer selbstklebenden Beschichtung aufrollen läßt. Dies kann zwar dadurch erreich! werden, daß auf die y> Selbstkleberschicht oder die rückseitige Haftvermittlerschicht eine abziehbare Schutzabdeckung, beispielsweise ein Silikonpapier aufgebracht wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird aber auf die Haftvermittlerschicht eine gegenüber 1« dem Selbstkleber anti-adhäsiv wirkende Beschichtung aufgebracht, welche später bei der Schaumstoffbildung entweder erweicht oder verflüssigt wird, so daß die Haftvermittlerschicht wieder freigesetzt wird. Bei dieser Ausführungsform kann somit auf ein Silikonpa- '"> pier oder ein ähnliches Schutzmaterial verzichtet werden, ohne daß darunter später die Haftung zwischen der Folienrückseite und dem Schaumstoff leidet.
Die Folie selbst kann aus Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyester oder Polyamid bestehen. Polyäthylen ist besonders bevorzugt, weil es sehr flexibel ist und sich unterschiedlichen Formen und Profilen gut anpaßt, während die Struktur auch unter der Einwirkung des sich ausdehnenden Schaumstoffes und der dabei auftretenden Temper.ituren unverändert ' · bleibt.
Anstelle einer Kunststoff-Folie kann auch eine Kunststoff/Metall-Verbundfolie Verwendung finden, insbesondere um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen. Derartige Folien können beispielsweise aus Hart- oder "'" Weich-PVC und/oder Polyethylen und/oder Polypropylen und/oder Polystyrol und/oder Polyester und/oder Polyamid und einer Metallfolie, beispielsweise aus Aluminium und/odir Kupfer bestehen.
Die Metallfolie ist jeweils mit der Kunststoff-Folie r'r' fest verbunden und auf ihrer den Wärmetauscherrohren zugewandten Außenseite mit einer Selbstkleberschicht versehen. Die Außenseite der Kunststoff-Folie weist dagegen die Haftvermittlerschicht auf, welche später die feste Verbindung mil dem wärmeisolierenden w> Schaumstoff eingeht.
Die Kunststoff- und die Metallfolie können durch Walzen miteinander laminiert werden, wobei gegebenenfalls auch ein Haftmittel verwendet werden kann. Ferner ist es möglich, die Metallschicht dadurch br' herzustellen, daß man d-*s Metall im Vakuum auf die Kunststoff-Folie aufdampft oder aufspritzt. Die metallische Außenfläche der Kunststoff/Metall-Verbundfolie kann gegebenenfalls noch einem Beizprozeß unterworfen werden.
Geeignete Selbstkleber für die Beschichtung der Folien sind an sich bekannt Es eignen sich beispielsweise Elastomere, Acrylsäureester oder Methacrylate,
Anstelle der Haftvermittlerschicht für den Schaumstoff kann man die Kunststoff-Folie aus beispielsweise Polyäthylen oder Polypropylen an der Oberfläche aufrauhen, indem man sie elektrischen Entladungen (Corona-Entladungen) aussetzt Derartig vorbehandelte Oberflächen zeigen eine gute Haftung für Schaumstoffe, insbesondere Polyurethanschaumstoffe. Die Haftung wird noch dadurch verbessert daß die Schäumungsreaktion exotherm ist
Weiterhin ist es möglich, zur Verbesserung der Haftung des Polyurethanschaums auf der Kunststoff-Folie eine Beschichtung aus Stoffen vorzusehen, welche mit Urethanen reagierende OH- und/oder NHj-Gruppen aufweisen, z. B. Alkohole, Glykole, aromatische oder aliphatische Amine. Diese Verbindungen führen in der Phase der Verschäumung zu einer Verankerung mit der flexiblen Trägerfolie.
Wie bereits erwähnt, wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform auf der Haftvermittlerschichl eine gegenüber dem Selbstkleber anti-adhäsiv wirkende Beschichtung vorgesehen, um ein Aufrollen der Folie ohne Verwendung von Schuizmaterialien wie Silikonpapier zu ermöglichen. Diese Beschichtung muß so beschaffen sein, daß eine ausreichende Anti-Adhäsivität zwischen O und 150 g/cm Maßeinheiten nach der AFERA-Norm 4001 erreicht wird, wobei jedoch gleichzeitig sichergestellt sein muß. daß die anti-adhäsive Beschichtung nicht die feste Verbindung zwischen der Folie und dem Schaumstoff beeinträchtigt. Dies kann einmal dadurch erreicht werden, daß man einen porösen Überzug verwendet, so daß die flüssigen Polyurethan-Komponenten die Beschichtung durchdringen können. Weiterhin gibt es Substanzen, welche gegenüber der Selbstkleberschicht anti-adhäsiv wirken, welche jedoch mit den Schaumstoffkomponenten reagieren und dadurch eine gute Haftung sicherstel'en. Schließlich kann die anti-adhäsiv wirkende Beschichtung durch die bei der Schaumstoffbildung freiwerdende Wärme etwas erweicht oder oberflächlich verflüssigt 'verden, so daß eine innige Verbindung zwischen der Schaummasse und der Haftvermittlerschicht erreicht wird.
Die sowohl gegenüber dem Selbstkleber anti-adhäsiv als auch gegenüber dem Schaumstoff haftvermittelnd wirkende Schicht kann beispielsweise aus organometallischen Verbindungen, aus Vinylacetatcopolymeren, aus Maleinsäureanhydrid, Acrylsäure bzw. Acrylsäurcestern, aber auch aus Verbindungen mit OH- und/oder NHrGi'uppen wie Alkoholen, Glykolen, aromatischen oder aliphatischen Aminen bestehen.
Wenn die thermische Leitfähigkeit verbessert werden soll, oder wenn die erfindungsgemäße Folie für spezielle Anwendungen bestimmt ist, kann man die Haftschicht bzw. die Metallfolie mit einem Belpg aus wärmeleitfähigen Substanzen wie Metallpulver oder ähnlichen Stoffen versehen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen ausgewählter Ausführungsbeispiele näher erläutert, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Die Zeichnungen zeilen
F i g. 1 einen Teilschnitt, der die Anwendung der Folie zum Verbinden der Metallelemente darstellt, die eine Wärmetauscherwand bilden;
F i g. 2 eine perspektivische Darstellung einer Ausfüh-
rungsform der Folie in größerem Maßstab:
Fig.3 eine perspektivische Darstellung einer besonders bevorzugten Ausführungsform;
F i g. 4 eine perspektivische Darstellung einer Folie in größerem Maßstab.
In der F i g. I ist die Folie mit A bezeichnet, die auf die metallischen Elemente B, im Ausführungsbeispiel als parallel angeordnete Rohre dargestellt, aufgebracht ist und eine Verbindung zwischen diesen bildet und sich zwischen ihnen erstreckt, und die durch einen Rahmen C gehalten sind, der zugleich die Wandung eines Kühlfaches in einem Kühlschrank f darstellt.
Die Zwischenräume zwischen den Rohren B und zwischen diesen und den Wandungen C und Γ sind ausgefüllt mit einem Wärmeisolierstoff D. der ein Schaumstoff sein kann, vorzugsweise aus Polyurethan, dessen flüssige Komponenten in die erwähnten
Die in F i g. 2 und 4 dargestellten Folien sind gekennzeichnet durch ähnliche Merkmale. Mit A ist die flexible Folie als Ganzes bezeichnet. Die Trägerfolie A\ aus Polyäthylen weist eine besondere Flexibilität auf, wodurch ein sattes Anliegen auch an komplizierten Profilen gewährleistet ist. Die obere Fläche der Trägerfolie A\ weist eine Schicht Α-χ aus einem selbsthaftenden Material auf. während die untere Fläche derart beschichtet oder behandelt ist, daß eine gute Haftung an den Polyurethanschaum gewährleistet ist.
Die Oberfläch': der Haftvermittlerschicht A\ kann in der unterschiedlichsten Art ausgebildet sein: wenn die flexible Trägerplatte A\ z. B. aus Polyäthylen. Polypropylen. Polyvinylchlorid o. ä. besteht, kann die haftende Fläche dadurch erhalten werden, d.iß die Trägerfolie A, einem Oberflächen-Erosionsprozeß unterworfen wird. Dies ist z. B. dadurch möglich, daß man die flexible Trägerfolie A\ zwischen Elektroden hindurchführt und eine hohe elektrische Spannung anlegt. Oder man bringt auf die flexible Trägerfolie A, einen porösen Überzug aus mit dem Schaumkunststoff verträglichen Substanzen auf. in dessen Poren sich der Schaumkunststoff verankern kann. Dabei sind Polyurethane bevorzugt.
In dem Beispiel der F i g. 2 ist die flexible Trägerfolie A; auf der Seite mit der selbsthaftenden Schicht A2 durch eine Folie At aus einem Material geschützt. welches gegenüber der selbsthaftenden Schicht Ai neutral ist und das z. B. aus einem Silikonpapier bestehen kann.
Im Gegensatz hierzu ist im Beispiel der Fig. 3 die flexible Trägerfolie A\ mit einer Haftvermittlerschicht A1 versehen, die aus einer gegenüber der Selbstkleberschicht .42 neutralen Mischung von Substanzen besteht, die jedoch geeignet sind, mit der verschäumbaren. flüssigen Substanz für den Isolierstoff D (Fig. 1) zu reagieren und sich mit ihr zu verbinden. Dazu kann man organometalltische Verbindungen. Vinylacetat-Copolymere, Acrylsäuren oder -ester benutzen, und zwar gegebenenfalls mit Zusätzen, die OH- und/oder NH2-Gruppen enthalten, wie etwa Alkoholen, Glykolen oder aromatischen bzw. aliphatischen Aminen.
Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform ersetzt die Haftvermittlerschicht A3 das Silikonpapier, welches im Gegensatz hierzu bei der Ausführungsform nach F i g. 2 nötig ist
F i g. 4 zeigt eine Folie, bei der eine der Flächen der Trägerfoüe A\ aus einer metallischen Schicht As besieht, die auf die Folie A\ aufgewalzt und durch die Schicht Ae mit ihr verbunden ist Die metallische Schicht As besteht aus einem Metall von guter Wärmeleitfähigkeit wie
Aluminium oder Kupfer, und ihre Dicke kann zwischen 5 und 60 μπι betragen, wenn die Dicke der Trägerfolie A\ zwischen IO und 200μιτι liegt, wobei diese Schichtdickenverhältnisse den unterschiedlichen Anforderungen des jeweiligen Anwendungszweckes angepaßt seinsollen.
Nach der Verbindung der Trägerfolie A\ mit der Schicht Ai bringt man auf die Oberfläche der Metallschicht As die Selbstkleberschicht Ai auf, die beständig gegenüber der Temperatur sein soll, die sich beim Verschäumen des Kunstharzes, z. B. des Polyurethans entwickelt, das auf die Teile ßaufgebracht wird.
In der Praxis liegt die hier in Betracht kommende Temperatur zwischen Raumtemperatur und IfXTC. und sie ist abhängig von der Art des Katalysators und der Stärke der Verankerung, die man erzielen will. Die Klebstoffe, die diesen Bedingungen entsprechen, sind ElaSiorTtCTc üüu Copolymere, UCiCM Eigenschaften von den jeweiligen Kunstharzen und Weichmachern abhängig sind. Sie sind erhältlich in Form von Lösungen oder Dispersionen.
Nach der selbsthaftenden Schicht A1 auf der freien Fläche der Trägerfoüe A\ bringt man die Haftvermittlerschicht Ai auf. Vorteilhafterweise besteht diese aus einer Mischung, deren Bestandteile auch anti-adhäsive Stoffe umfassen, so daß diese Ausbildung der Schicht A1 es e Töglicht.die Papierfolie At wegfallen zu lassen.
In einem anderen Fall, wie bereits erwähnt, ist die Selbstkleberschicht A1 durch eine Folie aus Silikon-Papier Aa geschützt, die ein Beschädigen und ein Ankleben an der Schicht Ai vermeidet, wenn die Schichten A] und Ai durch Aufeinanderliegen oder Rollen in Berührung kommen.
Die auf der flexiblen Trägerfolie .4| vorgesehene Metallschicht A<, ist auf dieser unmittelbar während deren Herstellung aufgebracht, gegebenenfalls mit Hilfe eines Zwischen-Haftmittels Ab. welches die Verbindung gewährleistet, oder mittels Aufdampfen von Metall, z. B. Aluminium. Das verdampfte Metall kondensiert auf der Oberfläche der flexiblen Trägerfolie A> und bildet die Schicht Ai.
Die Anwendung von Aluminium dient in besonderem Maße den gestellten Anforderungen, denn sie ermöglicht die Vergrößerung der Wärmeaustauscherflächen, und andererseits wird die mechanische Halterung und Befestigung der Organe (z. B. Rohre) durch die flexible Trägerfolie A besser gesichert, so daß besondere Verschraubungen oder dergleichen entfallen können. Die selbsthaftende Schicht A2 behält ihre Haftwirkung auch unter kritischen Anforderungen. Um auße· Jem die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, kann die selbsthaftende Schicht A2 gemäß F i g. 4 eine weitere Schicht aus hochleitfähigen Substanzen, wie Metallpulver aufnehmen.
Die verschäumbare Lösung, die sich an die Haftvermittlerschicht A3 der Trägerfolie A, anschließt, reagiert im Kontakt mit dieser Schicht und verbindet sich mit ihr. Um die Verbindung des Schaumstoffes mit der Haftvermittlerschicht zu verbessern, kann man auf geeignete Weise Wärme zuführen, so daß die Haftvermittlerschicht etwas erweicht oder oberflächlich verflüssigt
Die dauernde Haftung des verschäumten Materials D an der Trägerfolie A und damit auch der Verbindung mit den Elementen der Baugruppe B-C beruht auf der Schaffung einer Einheit zwischen diesen durch die Wärmeisoliermasse D, die den Raum zwischen der Wandung Fund der Baugruppe B-Cvollständig ausfüllt.
Es ist zu bemerken, daß die in die Zwischenräume eingeführte Schaumstoffmasse, die sich innerhalb der Räume des Erzeugnisses A ausdehnt, einen gewissen Druck ausübt und dadurch die einzelnen Teile der Baugruppe fl-Cund die Wandungen Fdes Kühlschrankes sicher gegeneinander fixiert und zugleich eine vvksame Wärmeisolierung herbeiführt.
Weitere Ausbildungsmöglichkeiten und Modifizierungen hinsichtlich der Ausführung der Trägerfolie A\,
um damit die bestehenden Bedürfnisse von Fall zu Fall im Hinblick auf den Zweck der Erfindung und deren Anwendung zu befriedigen, können zweckmäßig sein. Beispielsweise kann die Haftvermittlerschicht Ai vereinigt oder verbunden werden zu einem verschäumbaren Belag D, der mittels Erwärmung und Reaktion zwischen dem Kunststoff und dem Katalysator zu einer Verschäumung dieses Kunststoffes führt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen einer Wärmetauscherwand, bei dem Wärmetauscherrohre auf einer gut wärmeleitenden Innenwand angeordnet, mit einer gut verformbaren, flexiblen Folie überdeckt und in den Zwischenraum zwischen der Folie und einer Außenwand flüssige Schaumstoffkomponenten, insbesondere Polyurethan-Komponenten, eingefüllt und zum Ausreagieren gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscherrohre mit einer aus mindesten einer Kunststoffschicht bestehenden Folie, die auf einer Seite eine Haftvermittlerschicht und auf der den Rohren zugewandten Gegenseite eine Selbstkleberschicht aufweist, auf der Innenwand festgeklebt werden.
2. Folie.aus mindestens einer Kunststoffschicht zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf einer Seite eine Beschichtung aus einem Selbstkleber (Αϊ) und auf der anderen Seite eine Haftvermittlerschicht (Ai) für den Schaumstoff aufweist.
3. Folie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyester oder Polyamid besteht.
4. Folie nauh den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer metall-, insbesondere aluminium- oder kupferbeschichteten Kunststoff-Folie (Ai) besteht und ί':ε Selbstkleberschicht (A2) auf die Metallschicht (Ai) aufgebracht ist.
5. Folie nach Anspruch 4, dad;· -ch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (A-) mit der Kunststoff-Folie (A\) mittels einer Verbindungsschicht (Ab) laminiert ist.
6. Folie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (A<,) auf die Kunststoff-Folie (Ai) aufgedampft oder aufgespritzt ist.
7. Folie nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbsiklcbcrschichi (A2) auj Elastomeren, Acrylsäureestern oder Metallacrylaten besteht.
8. Folie nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstklebcrschicht (Ai) eine Dotierung aus einem gut wärmeleitfähigen Material, z. B. Metallpulver, aufweist.
9. Folie nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftvermittlerschicht (A1) durch Beschichtung mit Kautschuk und/oder Kunststoffen erzeugt ist oder anstelle der Haftvermittlerschicht (Ai) die Folienoberfläche mittels Corona-Entladungcn aufgerauht ist.
10. Folie nach den Ansprüchen 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine gegenüber der Selbstkleberschicht (At) anti-adhäsiv wirkende Haftvermittlerschicht (Ai) vorgesehen ist.
11. Folie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei der Schaumstoffbildung erweichende oder flüssig werdende Haftvermittlerschicht (At) vorgesehen ist.
12. Folie nach den Ansprüchen 10 oder II, dadurch gekennzeichnet, daß die anti-adhäsiv wirkende Haftvermittlerschicht aus metallorganischen Verbindungen, Vinylacelatcopolymeren, Maleinsäureanhydrid, Acrylsäuren oder -estern und/ oder aus Verbindungen mit OH- oder NH2-Gruppen, insbesondere Alkoholen, Glykolen, aliphatischen oder aromatischen Aminen, besteht.
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