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Flächiges Isoliermittel aus zwei oder mehreren
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geschichteten Folien Die Erfindung bezieht sich auf ein flächiges
Isoliermittel gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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In weiten Bereichen der Technik, wie etwa Hoch- und Tiefbau, Maschinenbau,
Rohrleitungsbau u.dgl., werden für Wärme- und/oder Schallisolierungen Fasermatten
oder Faserplatten, Isolierwolle oder Isolierplatten aus geschäumtem Kunststoff u.dgl.
verwendet, deren Isolierwerte im allgemeinen mit zunehmender Stärke des Isoliermaterials
zunehmen. Dies hat zur Folge, daß zur Erzielung akzeptabler Isoliereigenschaften
die abzuisolierenden Bauteile mit entsprechend dicken Isoliermaterialien bedeckt
bzw. ummantelt werden müssen. Neben einem entsprechenden Materialaufwand geht damit
auch ein entsprechender Platzbedarf einher, was beispielsweise beim Rohrleitungsbau
im allgemeinen auch eine entsprechende Dimensionierung der abzuisolierenden Rohrleitungen
erfordert.
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Zur Erzielung hoher Isoliereigenschaften bei geringer Materialstärke
ist es bekannt (DE-OS 26 06 159), ein Isoliermittel in Sandwich-Bauart zu verwenden,
bei der die geringe Wärmeleitfähigkeit bestimmter Materialien ausgenutzt wird. Im
einzelnen besteht das bekannte Isoliermittel aus übereinandergeschichteten Folien,
zwischen denen ein gering wärmeleitfähiges Distanzmaterial aus großporigem erhärtetem
Kunststoffschaum oder Fasergewebe angeordnet ist. Die durch das Distanzmaterial
auf gegenseitigem Abstand gehaltenen Folien, welche mit dem Distanzmaterial verschweißt
oder verleimt und aus Metall oder Kunststoff gebildet sind, besitzen reflektierende
Oberflächen,
um die Wärmeabstrahlung zu mi-nimieren. Ferner sind zur Reduzierung der Wärmeleitung
die durch das Distanzmaterial gefüllten Zwischenräume zwischen den einzelnen Folien
teilweise evakuiert, wozu die Folien des Isoliermittels untereinander hermetisch
abgeschlossen sind. Dieses Isoliermittel besitzt den Nachteil, daß über die Länge
des Isoliermittels gleichbleibende und exakt definierbare Isolierwerte nur schwer
erzielbar sind und vor allem die Lastaufnahme eines solchen Isoliermaterials, etwa
bei Druckbeanspruchungen, begrenzt ist. Falls dieses Isoliermaterial auch hohe Drücke
übertragen soll, muß das aus grobporigem Kunststoffschaum bestehende Distanzmaterial
entsprechend steif ausgebildet sein, was wiederum eine dicke Bauweise des Isoliermaterials
bedingt und auch auf Kosten der Flexibilität des flächigen Isoliermaterials geht.
Vergleichbares ergibt sich im Falle eines Fasergewebes als Distanzmaterial, welches
zudem zur Erzielung entsprechender Isoliereigenschaften entsprechende Materialstärken
erfordert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein flächiges Isoliermittel zu schaffen,
das wärme- und schallisolierend ist und bei sehr guten Isoliereigenschaften trotz
nur geringem Raumbedarf hohen Belastungen standhält.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, wobei zweckmäßige Ausgestaltungen
durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet sind.
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Nach Maßgabe der Erfindung werden Folien geringer Stärke durch diskrete
Abstandskörper voneinander getrennt, welche einen konduktiven Wärmeübergang infolge
von wärmedämmendem Material und/oder minimalen Kontaktflächen weitgehend verhindern
. Gleichzeitig gewährleistet die Vielzahl der diskreten und damit definierten Abstand
körper
eine genau bestimmbare Belastungsaufnahme, so daß das erfindungsgemäße Isoliermittl
insbesondere Druck- und Hochdruckbelastungen bei sehr geringer Materialstärke und
dennoch sehr guten Isoliereigenschaften standhalten kann. Aufgrund der Eigenschaften
des Isoliermittels eignet sich dieses insbesondere in Zusammenhang mit Isolierungen
pulsierender Wärmequellen, wo also das Isoliermittel auf ein- und derselben Seite
abwechselnd warmem und kaltem Medium ausgesetzt ist, etwa im Falle des Einsatzes
des Isoliermittels in einem Druckmengentauscher oder in Verbrennungsmaschinen. Der
erfindungsgemäße Aufbau reduziert nämlich erheblich die Differenz-Wärme-Kapazität
des Materials, so daß Wärme-bzw. Kälteverluste vernachlässigbar klein -sind.
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Das erfindungsgemäße Isoliermittel, welches in Mattenform oder gewickelt
bereitgestellt werden kann, eignet sich zur Wärme- und Kältedämmung in den verschiedensten
Bereichen und für die verschiedensten Anwendungsfälle, insbesondere für die Innenisolierung
von Rohrleitungen, Kühlgeräte, Isolierung von Fahrzeugen, Bauisolierung u. dgl.
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Vorteilhaft für gleichmäßige Isoliereigenschaften und einem guten,
kontrollierten Druckaufnahmevermögen des Isoliermittels wirken sich die Anordnung
der Abstandskörper in regelmäßigem Abstand zueinander sowie die gleichförmige Ausbildung
der Abstandskörper eines jeden Zwischenraumes aus. Durch die versetzte Anordnung
der Abstandskörper benachbarter Zwischenräume der Folien verhindert durchgehende
Schallbrücken und trägt somit zur Verbesserung des Schalldämmvermögens bei.
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Lin besonders Hochdurckbelastungen standhaltendes Isoliermittel zeichnet
sich dadurch aus, daß die Abstandskörper durch vorzugsweise metallische Kugeln gebildet
sind. Daraus ergeben sich minimale Kontaktflächen mit
den angrenzenden
Folien und damit eine weitgehende Ausschaltung jeglicher Wärmeleitung zwischen den
Folien.
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Günstig für die Isoliereigenschaften wirkt sich dabei ferner die durch
den Kugelguerschnitt bedingte Aufweitung des in die Kugel einströmenden Wärmestroms
aus. Die Metallkugeln die zweckmäßigerweise einen Durchmesser von etwa 0,4 mm besitzenwerden
auf eine der Folien dicht als Einfachlage aufgewalzt, wonach die darauffolgende
Folie aufgelegt wird. Bei evakuiertem Zwischenraum erfolgt der Zusammenhalt des
Isoliermittels über die Druckunterschiede, wobei aufgrund des außenseitigen Uberdrucks
die Folaien fest über die Abstandskörper zusammengehalten werden.
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Eine insbesondere herstellungstechnisch vorteilhafte Maßnahme besteht
darin, daß die diskreten Abstandskörper durch Ausprägungen in einer Zwischenfolie
gebildet sind, welche zwischen den Deckfolien angeQrdnet ist. Minimale Kontaktflächen
mit den Deckfolien ergeben sich im Falle von entsprechend teilkugelförmigen, spitzkegeligen
oder pyramidenförmigen Ausprägungen.
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Günstig für die Isoliereigenschaften wirkt sich ferner die Maßnahme
aus, die dem warmen Medium zugewandten Folienflächen einschließlich der Flächen
der Zwischenfolie verspiegelt, hingegen die Gegenseite der Folien als schwarze Flächen
auszubilden. Gleichermaßen vorteilhaft für die Schalldämmung und die Wärmedämmung
ist eine im wesentlichen vollständige Evakuierung des hermetisch durch die Deckfolien
abgeschlossenen Zwischenraums, in welchem die Abstandskörper angeordnet sind.
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Zusammengefaßt ist das erfindungsgemäße Isoliermittel bei sehr gutem
Isoliervermögen außerordentlich klein dimensioniert, wobei sich über die Anzahl
und Anordnung der Abstandskörper zwischen den Deckfolien die Flexibilität, Festigkeit
und Druckaufnahmevermögen gut bestimmen
bzw. dem jeweiligen Anwendungszweck
entsprechend anpaser lassen. Das flächige Isoliermittel ist ausreichend flexibel,
kann jedoch je nach Ausbildung und Art der Abstandskörper entsprechend biegesteif
ausgeführt werden. In Zusammenhang mit der Evakuierung der Zwischenräume ist es
vorteilhaft, das Isoliermaterial in einzelne Segmente durch Verschweißen der Deckfolien
od. dgl.
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zu unterteilen, so daß bei Beschädigung eines der Segmente nicht das
gesamte Isoliermaterial sondern nur das beschädigte Segment ersetzt werden muß.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
beschrieben. Darin zeigen Fig. 1 eine Schnittansicht einer Rohrleitung, die innen
mit einem Isoliermittel gemäß der Erfindung ausgekleidet ist, Fig. 2 die Einzelheit
A aus Fig. 1 in vergsrößerter Darstellung, Fig. 3 - eine schematische Schnittansicht
einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Isoliermittels, Fig. 4 eine
Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Isoliermittels, Fig. 5 eine schematische
Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Isoliermittels, Fig. 6 eine Draufsicht
auf das in Fig. 5 dargestellte Isoliermittel, Fig. 7 eine schematische Schnittansicht
einer weiteren Ausführungsform des Isoliermittels sowie
Fig. 8
eine Schemadarstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung erfindungsgemäßer
Isoliermittel.
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Fig. 1 zeigt hintereinander angeordnete Segmente eines in Fig. 2 näher
dargestellten flächigen Isoliermittels 1, welches zu Auskleidungszwecken innerhalb
einer Rohrleitung 2 angeordnet ist und die Rohrinnenfläche 3 ummantelt. Die als
Hochdruckleitung ausgelegte Rohrleitung 2 dient zum Transport warmer Medien, die
gegenüber der Außenumgebung durch das Isoliermittel 1 abisoliert werden.
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Wie aus der Schnittansicht von Fig. 2 hervorgeht, umfaßt das flächige
Isoliermittel 1 zwei Deckfolien 2 und 3, zwischen denen eine Vielzahl von Kugeln
4 angeordnet sind, welche die beiden Folien 2 und 3 in einem gleichmäßigen Abstand
zueinander halten. Die Kugeln 4 sind dabei zweckmäßigerweise über die gesamte Fläche
des Isoliermittels 1 in einem im wesentlichen gleichmäßigen Abstand zueinander angeordnet.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand zwischen zwei Kugeln
im Mittel 0,6 mm bei einem Kugeldurchmesser von 0,4 mm, der zugleich den Abstand
zwischen den beiden Folien 2 und 3 bestimmt. Die beiden Folien 2 und 3 sind ebenso
wie die Kugeln 4 aus Metall hergestellt, wobei insbesondere für die Folien 2 und
3 ein Metall mit hochreflektierenden Eigenschaften verwendet ist. Die dem Rohrinneren
zugewandten Flächen 2a und 3a der beiden Folien 2 und 3 sind verspiegelt, wohingegen
die gegenüberliegenden Flächen 2b und 3b der Folien, die also nicht dem warmen Medium
zugewandt sind, als schwarze Flächen ausgebildet sind. Infolg dz kleinen Stützabstände
der einzelnen Kugeln 4 ergibt sich ein durch hohen Druck belastbares Isoliermittel
1, so daß das in Fig. 2 dargestellte Isoliermittel besonders gut zur Anwendung in
Hochdruckleitungen geeignet ist.
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Ferner sind die Folien 2 und 3 an den Segmenträndern zur BildUng eines
hermetisch abgeschlossenen ZwiSchenraums 5, innerhalb dem sich die Kugeln 4 befinden,
abgedichtet, was zweckmäßigerweise durch Verschweißen beider Folien erfolgt. Der
hermetisch abgeschlossene Zwischenraum 5 ist mindestens teilweise evakuiert, zweckmäßigerweise
jedoch im wesentlichen vollständig evakuiert, so daß der Zwischenraum 5 einen verspiegelten
Vakuumraum bildet.
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Die Evakuierung des Zwischenraums 5 hat eine weitgehende Schallisolierung
zur Folge und verhindert auch jegliche Wärmeleitung. Infolge der verspiegelten Ausbildung
der dem Rohrinneren zugewandten Flächen der Folien 2 und 3 wird die Wärmestrahlung
in den Warmbereich reflektiert.
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Die Kugeln 4, welche Abstandskörper 6 für die beiden Folien 2 und
3 bilden, besitzen mit den zugewandten Fläzehen 2b und 3a der Folien eine Auflagefläche,
die annähernd gleich Null ist. Durch diese Minimierung der Kontaktfläche zwischen
Abstandskörper 6 und Deckfolien 2 und 3 ergibt sich eine annähernd vollständige
Wärmedämmung, so daß weitgehend jegliche Wärmeleitung durch die Kugeln 4 unterbunden
ist. Soweit eine minimale Wärmeleitung dennoch stattfindet, wird der über die Berührungsfläche
einer jeden Kugel 4 mit der Folienfläche 2b einströmende Wärmestrom über die mittlere
Querschnittsfläche der Kugel aufgeweitet, wodurch sich die Wärmedurchflußmenge durch
die Folien noch stärker verringert.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Deckfolien
2, 3 und 4 verwendet, welche zwischen sich jeweils einen Zwischenraum 5 bilden,
in dem die Abstandskörper 6 in Form von Kugeln 4 angeordnet sind.
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Die der warmen Seite zugewandten Flächen 2a, 3a und 4a sind wiederum
verspiegelt.
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Vergleicht man die Isolierwirkung des in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten
Isoliermittels mit denen eines Vollblechs gleicher Stärke, so ergeben sich bei einer
verbesserten Biegesteifigkeit der Isolierung weitaus verbesserte Isolierwerte.
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Bei einem Vergleich zwischen einem Vollblech mit dem in den Fig. 1
und 2 dargestellten Isoliermittel, ergibt sich, daß der Wärmestrom im Isoliermittel
1 lediglich durch die Abstandskörper 6 und hier lediglich durch die minimalen Kontaktflächen
der Kugeln 4 mit den entsprechenden Folienflächen strömen kann. Diese Kontaktfläche
ist abhängig von der Oberflächenfestigkeit, der Oberflächenrauhigkeit und der durch
den Druck des durchströmenden Mediums aufzunehmenden Kraft. Bei einem Druck von
0,1 kp/mm², einer Druckfestigkeit der Metallkugeln und Metallfolien von 100 kp/mm²,
einer Berührungsfläche von 0,1 mm² je 1 cm² Folienfläche oder 1% der Folienfläche
, also einer Anzahl von 100 Kugeln je cm² Folie, und einer Rauhigkeit unter 0,01
mm, ergibt sich bei einer daraus resultierenden Berührungsfläche von 0,1% ein um
den Faktor 1000 reduzierter Wärmestrom durch das Isoliermittel gegenüber einem Vollblech
gleicher Stärke.
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Wie bereits ausgeführt, wird die tatsächlich durchströmende Wärmemenge
sehr viel geringer, da der an der Kontaktfläche einströmende Wärmestrom über die
mittlere Querschnittsfläche der Kugel aufgeweitet wird. Bei einer Kugel mit einem
mittleren Durchmesser von 1 mm und einer Kontaktfläche mit-einem Durchmesser von
0,1 mm ergibt sich eine 1002~fach Aufweitung des Wärmestroms. Dies entspricht einer
Wandstärke von 100 mal dem Kugeldurchmesser eines vergleichbaren Blechvollmaterials,
also einem Vollblech mit einer Stärke Von 100 mm.
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Bei einem Vergleichsbeispiel zwischen einem Vollblech mit der Stärke
von 25 mm und einem Isoliermittel gemäß Fig. 2 mit einer Stärke von 1,5 mm ergibt
sich ein um
den Faktor 400 mal kleinere Wärmeleitung und damit
bei einer um den Faktor 16 geringeren Wandstärke eine um den Faktor 400 bessere
Isolierung.
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Im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 ergibt sich infolge
der Verdoppelung der Zwischenräume 5 gegenüber einem Vollblech mit einer Wandstärke
von 25 mm eine Verringerung der Wärmeleitung um den Faktor 16.000.
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Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Abstandskörper
6 zwischen den Folien 2 und 3 die Form von Säulen oder Ständern 7. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind anstelle von Folien aus Metall Folien aus wärme- und schalldämmendem Kunststoff
verwendet.
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Auch die Abstandskörper 6 sind aus einem wärmedämmenden und schalldämmenden
Material hergestellt, insbesondere aus Gummi oder Leder. Die der warmen Seite abgewandte
Fläche 2b der Folie 2 ist als schwarze Fläche ausgebildet, wohingegen die der warmen
Seite zugewandte Fläche 3a der Folie 3 als Spiegelfläche ausgebildet ist. Die Stärke
der Folien 2 und 3 beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel 1 mm und der Abstand
zwischen den Folien 2 und 3 beträgt 5 mm.
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Bei den in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispielen sind
die diskreten Abstandskörper 6 durch entsprechende Ausprägungen einer zwischen den
beiden Deckfolien 2 und 3 angeordneten Zwischenfolie 8 gebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach den Fig. 5 und 6 sind die Abstandskörper 6 durch teilkugelförmige Ausprägungen
gebildet, wodurch sich eine minimale Kontaktfläche mit den Deckfolien 2 und 3 ergibt.
Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Abstandskörper 6 durch
spitzkegelige Ausprägungen der Zwischenfolie 8 gebildet. Selbstverständlich sind
auch andere Ausprägungsformen möglich, die eine minimale Kontaktfläche mit den angrenzenden
Deckfolien 2 und 3 ergeben. Lbenso wie bei den Deckfolien 2 und 3 kann die
der
warmen Seite zugewandten Fläche 8a der Zwischenfolie verspiegelt und die abgewandte
Seite 8b als schwarze Fläche ausgebildet sein. Bei der Ausführungsform nach Fig.
5 werden Metallfolien mit einer Stärke von 0,2 mm verwendet und beträgt der Abstand
zwischen den Deckfolien 2 und 3 0,8 mm. Auch der Abstand zwischen den einzelnen
Ausprägungen auf derselben Seite der Zwischenfolie 8 beträgt im Mittel 0,8 mm.
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Bevorzugte Stärken für die Deckfolien des Isoliermittels 1 liegen
im Bereich von 0,01 bis 1 mm, insbesondere im Bereich von 0,01 bis 0,5 mm, je nach
verwendetem Werkstoff für die Folie. Die Gesamtstärke des Isoliermittels liegt bevorzugt
im Bereich von 0,1 bis 6 mm, insbesondere 0,5 bis 5 mm, was wiederum durch die Anzahl
und Form der verwendeten Abstandskörper beeinflußt wird. Bei diesen Werten ergeben
sich besonders gute Isolierwerte bei optimaler Raumeinsparung.
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In Fig. 8 ist eine Vorrichtung dargestellt, die zur Herstellung eines
Isoliermittels dient, wie es in den Fig.
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5 bis 7 dargestellt ist. Hierzu sind in einem unterdruckfesten Behälter
8, an den eine Vakuumpumpe 9 angeschlossen ist, zwei Folienrollen 10 und 11 für
die Deckfolien 2 und 3 gegenüberliegend angeordnet. Eine gleichfalls in der Förderbahn
F, jedoch in Förderrichtung hinter den Rollen 10 und 11 angeordnete Rolle 12, trägt
die Zwischenfolie 8. Die längs der Förderbahn F ausgezogenen Folien werden zu rechteckförmigen
oder quadratischen Segmenten durch ein gleichfalls im Behälter 8 untergebrachtes
Schweißgerät 13 verschweißt. Das fertige Isoliermittel 1 tritt dann durch einen
abgedichteten Austrittsschlitz 14 aus und wird mittels einer Aufwickelrolle 15 aufgewickelt.
Es versteht sich von selbst, daß die Herstellung des Isoliermittels nach entsprechender
Evakuierung des unterdruckfesten Behälters 8 stattfindet.
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Wie oben ausgeführt worden ist, kann das folienartige Isoliermittel
1 in hermetisch abgeschlossenC Segmente, etwa in Abmessungen von 100 mal 100 mm
hermetisch abgeschlossen unterteilt sein. Diese Ausführungsform hat den Vorteil,
daß im Falle von Undichtigkeiten nur ein entsprechendes Segment des Isoliermittels
1 ausgetauscht werden muß. Anstelle solcher Segmente ist es jedoch selbstverständlich
möglich, ein folienartiges Isoliermittel herzustellen, welches segmentfrei, also
nicht im Inneren unterteilt ist. Anstelle einer Wickelfolie kann das Isoliermittel
auch in Mattenform hergestellt und eingesetzt werden. Das Isoliermittel kann an
dem abzuisolierenden Bauteil induktiv oder kalt aufgeschweißt, angelötet oder angeklebt
sein. Eine besonders gute Schalldämmung wird dadurch erreicht, daß die einzelnen
Abstandskörper in benachbarten Zwischenräumen 5 zueinander versetzt sind, wodurch
die Bildung von durchgehenden Schallbrücken weitgehend vermieden wird.
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Im Falle von evakuierten folienartigen Isoliermitteln kann eine Leckanzeige
durch ein Vakuummeter vorgesehen sein. Falls ein Schichtaufbau mit mehreren Zwischenräumen
5 für das Isoliermittel verwendet wird, genügt es zumeist, die Leckanzeige an dem
abgedichteten Zwischenraum vorzusehen, der an das gefährliche Medium angrenzt.
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Bei Leckagen steigt der Druck des Vakuummeters, wodurch am Kontaktmanometer
ein entsprechender Alarm ausgelöst wird.
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Weitere Anwendungsmöglichkeiten für das folienartige Isoliermittel
ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle.
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Tabelle Beispiel Anwendung Isolier- Einzelfolie Gesamtfolie grad
mm Lagen mm Bauisolierung (3-fach) unter äußeren Putz total O,01mm 3 O,1mm Rohrinnenisolierung
- Kälte - total O,1mm 3 0,5mm Karosserien sehr gut O,1mm 2 O,1mm Kühlschränke Kühlmaschinen,
Kühlräume usw. total O,01mm 3 O,1mm Fernheizungsrohre Heizleitungen Wasserleitungen
Heißrohre allgemein als Innenisolierung total O,1mm 3 0,5mm Kältebehälter z.B.für
flüssige Luft,Stickst.
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auch für Raketentanks total O,1mm 4 0,8mm bi 2 mm Wärmeisolierung
von Kesselanlagen z.B.in Kraftwerken an Ofenmauerung u.a. total 0,01mm 3 O,1mm Schiffsrumpfe
u.a.
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Großkörper mit großer Festigkeit sehr gut 0,3 2 2 bis 6n Isolierungen
mit gleichzeitiger Leckanzeige (z.D.Rohre, Behälter usw für gefährliche Stoffe,Reaktor
u.a.) total beliebig je Anwendung