DE3248661C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hitzebeständig beschichtetes Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges hitzebeständig beschichtetes Bauteil ist aus der DE-OS 16 69 267 insbesondere für das Gießereiwesen bekannt; typische Bauteile mit einer solchen bekannten Beschichtung sind Metallgießformen oder Boden­ platten hierfür sowie Pfannen, Fördergefäße oder Öfen, also solche Bauteile, deren Oberflächen mit der Schmelze in Berührung kommen oder aus anderen Gründen einer starken Hitzebelastung unterliegen.

Als Beschichtungsmaterialien für diese Bauteile dienen körniges Quarzglaspulver (Quarzsand) und ein Bindemittel auf der Basis von kolloidaler Kieselsäure (Kieselsol), mit Zusätzen eines Suspendierungsmitels in Form von Magnesium- Montmorillonit-Ton und/oder hydrophilen Xanthomonas- Kolloiden in Mengen von 0,05 bis 2 Gew.-Prozent sowie eines mehrwertigen aliphatischen Alkoholes in Mengen von 3 bis 30 Gew.-Prozent und eines Hochtemperatur-Netzmittels in Form eines Phosphorsäureesters in Mengen von 0,01 bis 1 Gew.-Prozent, jeweils bezogen auf die Menge des wäßrigen Kieselsol. Das Verhältnis Quarzsand zu Kieselsol kann dabei zwischen 10 : 0,5 und 10 : 60 schwanken, wobei bevorzugt ein Überwiegen des Quarzsandes im Verhältnis von 10 : 3 ist. Der Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtung beim Auftrag liegt inzwischen 30 und 80 Gew.-Prozent, vorzugsweise bei etwa 65 Gew.-Prozent.

Der Auftrag des Beschichtungsmaterials erfolgt auf eine gegebenenfalls mehrere 100° C heiße, geschlossene Bauteil­ oberfläche, wo eine schnelle Trocknung unter Entwicklung von Waserdampf unter Erzeugung einer anhaftenden dichten Überzugsschicht erfolgt.

Ein Auftrag auf eine geschlossene Oberfläche unter gleichzeitigem Austreiben der flüchtigen Träger ist Vor­ aussetzung für die gewünschte Schichtbildung mit diesen bekannten Beschichtungsmaterialien. Eine Beschichtung poröser Oberflächen ist nicht vorgesehen; ein solcher Be­ schichtungsversuch führt zu einem undefinierten Eindringen von Beschichtungsbestandteilen in die poröse Oberfläche unter Zurücklassung eines rißhaltigen und bruchgefährdeten, also nicht geschlossenen Überzugs mit rauher Oberfläche, der keinen wirksamen Hitzeschutz bietet. Bei entsprechend großporiger Oberfläche können die Beschichtungsmaterialien auch vollständig in die Oberfläche eindringen, wobei der Quarzsand jedoch stört und, soweit er infolge seiner Korn­ größe nicht oder nicht vollständig eindringt, an der Oberfläche des Bauteils nicht ausreichend gebunden ist. Daher wird gemäß der DE-OS 16 69 267 auch vorgeschlagen, Binde­ mittel aus dem wäßrigen Kieselsol und den Suspendierungs- und Netzmitteln sowie mehrwertigen Alkoholen, jedoch ohne Quarzsand, zu verwenden, um Faserstoffe wie Glasfasern, Aluminiumsilikatfasern, Steinwolle, Asbest und Kalium­ titanat zu binden. Dadurch entsteht ein silikatgebundenes Faserbauteil ähnlich den Isolierbauplatten etwa gemäß der DE-PS 27 32 387 oder der DE-OS 29 18 689, wo anstelle von Kieselsol ein Bindeton entsprechend geringer Teilchengröße zur Erzeugung einer vollständigen Imprägnierung einer Mineralfaserplatte verwendet wird.

Etwa aus der US-PS 34 90 065 ist es auch bekannt, Mineral­ faserplatten mit einem Kieselsol enthaltenden Mittel in einer nur wenige Millimeter starken oberflächennahen Schicht zu imprägnieren, um die Standfestigkeit derartiger Platten im Brandversuch zu verbessern. Hierzu wird ein Bindemittel aus 5 bis 95 Gew.-Prozent Kieselsol, Rest Bentonit verwendet, zusammen mit zwei körnigen anorganischen Füll­ stoffen, die einen Schmelzpunkt einmal unterhalb und einmal oberhalb etwa 1100° C besitzen, wobei als höher schmelzender Füllstoff etwa ein Bindeton als wasserhaltiges Aluminiumsilikat und für den niedriger schmelzenden Füll­ stoff Feldspat infrage kommt. Im Brandfalle ergibt der niedriger schmelzende Füllstoff eine zusätzliche verfestigende keramische Bindung, welche die körperliche Integrität der imprägnierten Schicht auch beim Wegbrennen der Mineral­ fasern aufrecht erhalten soll. Der gesamte Feststoffgehalt des Imprägniermittels beträgt zwischen 2 und 25 Gew.-Prozent, wobei durch Einstellung der Viskosität, Zusatz von Netz­ mitteln, mechanisch durch Einrakeln oder Einwalzen oder physikalisch durch Unterdruck an der der Beschichtung gegen­ überliegenden Seite der Platte die Eindringtiefe und damit die Dicke der Imprägnierschicht bestimmt werden kann. Der Feststoffgehalt des Imprägniermittels wiederum besteht zu 1 bis 20 Gew.-Prozent aus Kieselsol (Feststoff), 1 bis 15 Gew.-Prozent Bentonit, Rest die beiden anorganischen Füll­ stoffe mit unterschiedlichen Schmelzpunkten in einem gegen­ seitigen Verhältnis zwischen ca. 1 : 9 und 9 : 1.

Auf diese Weise wird eine kunstharzgebundene Mineralfaser­ platte mit einer wenige Millimeter dicken imprägnierten Oberflächenschicht dadurch erzeugt, daß eine Aufschlämmung der Feststoffe in die Oberfläche bis auf die gewünschte Tiefe eingebracht und die Platte sodann bei etwa 200° C eine Stunde lang getrocknet wurde.

Eine solche Platte oder ein solches Bauteil mit einer imprägnierten Oberflächenschicht ist jedoch als hitzebeständiges Bauteil nur sehr bedingt geeignet, da die oberflächennahen Mineralfasern schnell zersetzt werden, so daß heiße Gase durch die Im­ prägnierungsschicht hindurch auf die dahinterliegenden Faserschichten relativ ungehindert einwirken können. Dabei bleibt zwar die imprägnierte Oberflächenschicht als poröses Stützgerüst bestehen und sichert so in einem Brandfall die körperliche Integrität des Bauteils über einen längeren Zeitraum, jedoch führt die allmähliche Zersetzung der dahinterliegenden, ungeschützten Faserschichten zu einem allmählichen Wegfall der hinteren Abstützung der Imprägnierungsschicht, so daß diese abfällt. Weiterhin ergibt eine bloße Impräg­ nierung keinen sicheren Berührungsschutz der Mineralfasern gegenüber am Bauteil gelagerten Körpern, die vor einer Berührung mit Mineralfasern zuverlässig geschützt werden müssen. Etwa bei der Abstützung einer elektrischen Heiz­ wendel auf der Oberfläche eines derart imprägnierten Bau­ teils aus Mineralfasern muß unter allen Umständen vermieden werden, daß irgendeine Berührung zwischen Mineralfasern und der Heizwendel erfolgt; denn das in den Mineralfasern enthaltene Eisenoxid verbindet sich mit dem Chrom-Nickel- Draht der Heizwendel, so daß das Metall der Heizwendel seine Hochtemperaturbeständigkeit verliert und durchbrennt.

Daher besteht ein Bedürfnis nach einem hitzebeständig be­ schichteten Bauteil aus mineralischen Fasern, wobei eine geschlossene Oberflächenbeschichtung sowohl einen zuver­ lässigen mechanischen Berührungsschutz für die Fasern ergibt, als auch diese vor jeglichem Zutritt heißer Gase oder der­ gleichen schützt, und darüber hinaus die kunstharzgebundenen mineralischen Fasern im hinter der Beschichtung lie­ genden Kernbereich des Bauteiles im bestimmungsgemäßen Be­ trieb soweit vor übermäßiger Erwärmung geschützt sind, daß eine ausreichende strukturelle Unversehrtheit des Bau­ teiles im Langzeitbetrieb gewährleistet ist.

Demzufolge liegt der Erfindung ausgehend von einem hitze­ beständig beschichteten Bauteil gemäß der DE-OS 16 69 267 die Aufgtabe zugrunde, auch bei Bauteilen mit offenporiger Oberfläche, nämlich aus kunstharzgebundenen mineralischen Fasern, eine geschlossene, fest haftende Oberflächenbe­ schichtung als Hitzeschild im Dauerbetrieb zu erzielen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Danach enthält das Beschichtungsmaterial neben anorganischem Bindemittel wie Kieselsol anorganische Fasern wie Aluminium­ silikatfasern, die beim Aufbringen auf das Bauteil gewissermaßen durch Filterwirkung an dessen Oberfläche zurückgehalten werden und daher in der geschlossenen Oberflächenschicht vorliegen. Dort wirken die Fasern als schichtbildendes Mittel für das Kieselsol und ermöglichen so die Bildung einer absolut geschlossenwandigen Oberflächenschicht. Aus Kostengründen kann gegebenenfalls ein Teil der Fasern der Beschichtungsmasse durch grobkörnige anorganische Füll­ stoffe ersetzt werden, die benfalls an der Oberfläche des Bauteils verbleiben und infolge ihrer Grobkörnigkeit nicht in dessen Oberfläche eindringen können. Weiterhin weist jedoch die Beschichtungsmasse auch feinkörnige anorganische Füllstoffe wie Tone oder Kaolin auf, die zusammen mit einem weiteren Teil des Kieselsol in die Oberfläche eindringen und dort ähnlich der Lehre der US-PS 34 90 065 eine Im­ prägnierungsschicht bilden, die bei Erwärmung über den Zer­ setzungspunkt der mineralischen Fasern des Bauteils hinaus­ ein poröses Stützgerüst bilden. Im Unterschied zur Im­ prägnierungsschicht der US-PS 34 90 065 ist diese jedoch an ihrer Außenseite erfindungsgemäß durch eine geschlossen­ wandige Oberflächenbeschichtung abgedeckt, die in einem Zuge mit der Erzeugung der Imprägnierungsschicht mitgebildet wird und diese sowie die dahinterliegenden ungeschützten Mineralfasern des Bauteils vor mechanischer Berührung und vor Gaszutritt sowie als vorgelagerter weiterer Hitze­ schild schützt. Im Langzeitbetrieb eines erfindungsgemäßen Bauteils aus kunstharzgebundenen mineralischen Fasern etwa in Form einer Wärmedämmplatte für eine Ofentür oder dergleichen erfolgt ein Temperaturabfall über die geschlossen­ wandige Oberflächenbeschichtung sowie die anschließende Imprägnierungsschicht hindurch derart, daß die an die Im­ prägnierungsschicht anschließenden Fasern im wesentlichen unversehrt bleiben und so die strukturelle Integrität der Wärmedämmplatte auch im Langzeitbetrieb aufrecht erhalten wird. Im Falle der Verwendung des Bauteiles zu einer Lage­ rung heißer Körper, beispielsweise der elektrischen Heiz­ wendel eines Heizgerätes wie eines Einkochtopfes kann an den Auflagestellen des heißen Körpers lokal durchaus auch eine Überhitzung der hinter der Imprägnierungsschicht liegenden Fasern im Bereich des heißen Körpers zugelassen werden, so daß diese teilweise zersetzt werden, da die ausreichende Tragfähigkeit und strukturelle Unversehrtheit der tragenden hitzebeständigen Oberfläche des Bauteiles dadurch gesichert ist, daß die Oberflächenschicht und die ein zusätzliches Stützgerüst bildende Imprägnierungsschicht durch danebenliegende, einer geringeren Wärmeeinwirkung ausgesetzten mineralischen Fasern ausreichend abgestützt bleiben. Insbesondere etwa bei der Lagerung einer elektri­ schen Heizwendel bleibt auch der dort erforderliche Berüh­ rungsschutz durch die geschlossene Oberflächenbeschichtung unversehrt aufrechterhalten.

Es ist aus der DE-OS 31 02 935 bekannt, ein anorganisches, keramisches Bindemittel in Form niederschmelzender Mine­ ralteilchen mit einem hohen Anteil an Aluminiumsilikat­ fasern für eine hitzebeständige, durch keramische Bindung aushärtende, geschlossene Beschichtung eines Bauteils zu verwenden, wobei der hohe Anteil an Aluminiumsilikat­ fasern mit einer Temperaturbeständigkeit von über 1000° C einer Tendenz der Beschichtung zu einem Schrumpfen ent­ gegenwirkt. Das zu beschichtende Bauteil besteht jedoch nicht aus kunstharzgebundenen mineralischen Fasern, sondern im wesentlichen aus aus der Flammenpyrolyse ge­ wonnenem mikroporösem Oxidaerogel, also einem gepreßten hochdispersen Pulver mit einer Partikelgröße, die um einige Zehnerpotenzen geringer ist als der Durchmesser üblicher mineralischer Fasern, so daß das Bauteil hier mit einer praktisch geschlossenwandigen Oberfläche vorliegt.

Als anorganisches temperaturbeständiges Bindemittel kommt im Rahmen der Erfindung neben Kieselsol grundsätzlich auch jeder andere anorganische temperaturbeständige Kleber wie Wasserglas oder Monoaluminiumphosphat infrage. Eine Ver­ wendung von kolloidaler Kieselsäure oder Kieselsol ist jedoch im Hinblick auf die überlegene Verträglichkeit mit den meisten mineralischen Fasern bevorzugt.

Als mineralische Fasern für das Bauteil sind Basalt­ fasern bevorzugt, da diese einerseits gegenüber Glas­ fasern hitzebeständiger und andererseits gegenüber Alumi­ niumsilikatfasern erheblich billiger sind. Grundsätzlich kommen jedoch alle mineralischen Fasern zur Bildung des Bauteils in Frage, wobei in funktioneller Hinsicht mög­ lichst hitzebeständige Fasern wie Aluminiumsilikatfasern grundsätzlich bevorzugt sind, in der Praxis jedoch Zuge­ ständnisse unter Kostengesichtspunkten gemacht werden können, da die erfindungsgemäß aufzubringende hitzebe­ ständige Beschichtung des Bauteiles die entsprechende An­ forderungen an die Fasern des Bauteiles je nach Bedarf des Einsatzfalles verringern können. Die jeweils anzuwenden­ den Faserdurchmesser und Raumgewichte ergeben sich aus den praktischen Erfordernissen, so etwa durch die gewünschte mechanische Festigkeit der Platte oder des Formteils. Im Hinblick auf die Gegebenheiten der Produktion liegen die Faserdurchmesser insbesondere im Falle von Basaltwolle zwischen etwa 3 und 6 µm, wobei Raumgewichte von 100 kg/m³ bis 200 kg/m³ in der Regel zur Bildung einer ausreichend festen mechanischen Platte oder eines entsprechend festen Formteiles, das mit Kunstharz wie Phenolharzgebunden ist, zweckmäßig sind.

Die Korngröße der feinkörnigen und der gegebenenfalls vor­ handenen grobkörnigen Füllstoffe ist derart mit der Be­ schaffenheit der zu beschichtenden Mineralfaseroberfläche korreliert, daß die Fasern des Bauteiles ein Filter bilden, das die grobkörnigen Füllstoffe zumindest weit überwiegend zurückhält und die feinkörnigen Füllstoffe in das Bauteil eindringen läßt. Die Fasern des Füllstoffes entsprechen insoweit auch wenn sie auf geringere Faserlängen gemahlen verwendet werden, den grobkörnigen Füllstoffen und werden somit an der Oberfläche des Bauteils zurückgehalten. Bei einem Bauteil aus kunstharzgebundener Basaltwolle mit einem Faserdurchmesser von einigen Mikrometern und einem Raum­ gewicht von 180 kg/m³ bedeutet grobkörnig eine mittlere Korngröße oberhalb von 5 µm, vorzugsweise oberhalb von 10 µm, und feinkörnig eine mittlere Korngröße von weniger als 5 µm, insbesondere weniger als 3 µm und insbesondere weniger als 1 µm. Dabei ist unschädlich, wenn ein gewisser Anteil der grobkörnigen Füllstoffe so feinkörnig ausfällt, daß er miteindringt, und umgekehrt ein gewisser Anteil der feinkörnigen Stoffe so grobkörnig ausfällt, daß er an der Oberfläche des Bauteils verbleibt. Die so gegebenenfalls mit eindringenden Anteile des an sich grobkörnigen Füll­ stoffes sind im Rahmen der Erfindung dann dem feinkörnigen Füllstoff zuzurechnen, während umgekehrt an der Oberfläche des Bauteils verbleibende grobkörnige Anteile des an sich feinkörnigen Füllstoffes dem grobkörnigen Füllstoff zuzu­ rechnen sind. Je nach den verwendeten anorganischen Füll­ stoffen läßt sich durch einige Orientierungsversuche in jedem Falle eine gewünschte Steuerung des eindrigenden und des an der Oberfläche verbleibenden Anteils erreichen.

Als feinkörnige anorganische Füllstoffe, die in die Ober­ fläche des Bauteils zur Erzeugung einer Imprägnierungs­ schicht eindringen, eignen sich insbesondere in der Natur in entsprechend geringer Teilchengröße vorkommende silicium­ haltige Stoffe wie Tone oder Kaolin, wobei Kaolin häufig zu bevorzugen sein wird. Die Menge der feinkörnigen Füll­ stoffe in der Beschichtung richtet sich nach der jeweils gewünschten Eindringtiefe, und kann zwischen 5 Gew.-% bei geringerer Eindringtiefe von beispielsweise etwa 0,5 mm und 50 Gew.-% bei extrem starker Eindringtiefe von beispielsweise 10 mm oder mehr liegen, jeweils bezogen auf die gesamten Feststoffe der Beschichtungsmasse. Üblicherweise wird ein Anteil zwischen 10 und 30 Gew.-Prozent, insbesondere 10 bis 20 Gew.-Prozent gewählt werden, was eine Eindring­ tiefe von einigen Millimetern ergibt.

Als anorganische Fasern für die Beschichtungsmasse kommen grundsätzlich alle entsprechend temperaturbeständigen Fasern wie Aluminiumsilikatfasern, Quarzfasern usw. in Frage, wobei jedoch Aluminiumsilikatfasern aus Kostengrün­ den in Regel bevorzugt sein werden. Grundsätzlich kann der gesamte oberhalb der Oberfläche des Bauteils in der ge­ schlossenen Oberflächenbeschichtung vorliegende anorganische Füllstoffanteil ausschließlich durch die Fasern gebildet sein. Die Fasern müssen so eng beieinander liegen, daß das Kieselsol dazwischen eine Verbindung zu benachbarten Fasern bildet und an diesen haftet, statt eigene, nicht an Füllstoff gebundene Partikel zu bilden. Die Fasern wirken somit primär als Dispergierungsmittel für das Kieselsol, um mit diesem eine geschlossene Oberfläche zu bilden.

Auch Aluminiumsilikatfasern sind jedoch noch teurer als die meisten anorganischen grobkörnigen Zuschlagstoffe, wie gemahlenes Aluminiumoxid, Quarzsand, Mullit, Zirkonoxid usw., so daß die Fasern aus Kostengründen soweit als mög­ lich durch grobkörnige Füllstoffe ersetzt werden sollten. Da die grobkörnigen Füllstoffe jedoch weniger als die Fasern, die in Längen von mehr als 10 µm vorzugs­ weise mehr als 100 µm vorliegen, die geschlossene Schicht­ bildung des Kieselsol unterstützen können, können die Fasern nur zu einem Teil durch grobkörnige Füllstoffe er­ setzt werden. Daher sollte das Verhältnis der grobkörnigen Füllstoffe zu den Fasern nicht größer als 3 : 1, besser nicht größer als 2 : 1 sein, so daß der Anteil des in Faserform vorliegenden Füllstoffes der geschlossenen Ober­ flächenbeschichtung in jedem Falle erheblich bleibt. Aus Kostengründen kommt für den grobkörnigen Füllstoff ins­ besondere Aluminiumoxid oder Siliciumoxid in Sandform in Frage, wobei aus Gründen der gesundheitlich risikolosen Handhabung hier wiederum insbesondere Aluminiumoxid bevor­ zugt ist.

Der Anteil der Fasern zuzüglich grobkörniger Füllstoffe und feinkörniger Füllstoffe am gesamten Feststoffgehalt der Beschichtungsmasse ergibt sich aus der gewünschten Imprägniertiefe und der gewünschten Dicke der geschlossenen Oberflächenbeschichtung. Bei größerer gewünschter Impräg­ niertiefe ist der Anteil an feinkörnigen Füllstoffen höher zu wählen, bei größerer gewünschter Schichtdicke hingegen der Anteil an grobkörnigen Füllstoffen und Fasern. Bevor­ zugt ist jedoch der Anteil der grobkörnigen Füllstoffe sowie Fasern deutlich größer als der Anteil der feinkörni­ gen Füllstoffe, wobei das Verhältnis größer als 3 : 2, insbesondere größer als 2 : 1, vorzugsweise größer als 3 : 1 ist, um eine massive Oberflächenbeschichtung mit einer Schichtdicke zwischen etwa 0,5 mm und mehreren Milli­ metern zu erhalten, bei Bedarf mit einer Dicke der Größen­ ordnung der Dicke der Imprägnierungsschicht oder noch mehr, so daß die Imprägnierungsschicht im extremen Fall vor allem der Verankerung der geschlossenen Oberflächen­ beschichtung dient, die ihrerseits den hauptsächlichen Hitzeschutz übernimmt.

Die Menge an Kieselsol ergibt sich im wesentlichen aus dem Bedarf an Bindemittel für die geschlossene Oberflächenbe­ schichtung einerseits und für die Imprägnierungsschicht andererseits auf der Grundlage der hierfür gewählten Füll­ stoffanteile im Hinblick auf die gewünschte Verbackung der Füllstoffe miteinander und mit den Fasern des Bauteils.

Die Menge des Kieselsols hat eine Untergrenze dort, wo sich eine zu geringe Abriebfestigkeit der Oberfläche durch zu geringen Bindemittelanteil ergibt. Aus diesem Gesichts­ punkt darf der Anteil des Kieselsol als Feststoff nicht geringer sein als etwa ein Zehntel der damit zu bindenden grobkörnigen Füllstoffe und Fasern in der geschlossenen Oberflächenbeschichtung, zuzüglich der für die Imprägnie­ rungsschicht benötigten Kieselsolmenge, so daß das Kiesel­ sol in der geschlossenen Oberflächenbeschichtung jedenfalls in einen Feststoffanteil von 10 Gew.-Prozent oder mehr vorliegt. Eine Erhöhung des Kieselsolanteils ergibt zu­ nächst eine Erhöhung der Abriebfestigkeit durch bessere Einbindung der Fasern und der grobkörnigen Füllstoffe sowie weiterhin eine glänzende und glattere Oberfläche. Eine Obergrenze für den Kieselsolanteil in der geschlossenen Oberflächenbeschichtung liegt da, wo das Kieselsol dazu neigt, sich in körniger Form zu partikulieren und auf diese Weise brüchig zu werden. Dies wird durch einen aus­ reichend hohen Füllstoff-, ilnsbesondere Fasergehalt des Kieselsols vermieden. Daher darf der Anteil des Kieselsols, bezogen auf die Menge der Füllstoffe in der Beschichtungs­ masse - unter Berücksichtigung nicnt in Faserform vorlie­ gender grobkörniger Füllstoffe - nur etwa bei 1 : 1 liegen, so daß also mindestens ebenso viel Gewichtsanteile Füllstof­ fe wie Trockengewichtsteile Kieselsol in der geschlossenen Oberfläche vorhanden sind. Hierbei sollte jedoch der Ge­ wichtsanteil der in Faserform vorliegenden Füllstoffe nicht unter einem Drittel der Füllstoffe der Oberflächenbeschich­ tung liegen, um die Fasern ausreichend als Netzwerkbildner zur Bildung eines geschlossenen Films wirksam werden zulassen.

Das wässrige Kieselsol, also die kolloidale Kieselsäure besitzt einen Feststoffanteil von zwischen etwa 30 und 40%. Vorstehend ist wegen der funktionellen Wirksamkeit auf den Feststoffanteil des Kieselsols abgehoben, da der Wasseran­ teil des wäßrigen Kieselsols sowie gegebenenfalls eine zusätzliche Wasserverdünnung nur dazu dienen, durch Ein­ stellung des Viskosität- oder allgemein des Fließverhaltens das Bindemittel mit den Füllstoffen zu vermischen und die entsprechenden Füllstoffe mit dem Bindemittel an die ge­ wünschten Stellen insbesondere in der Imprägnierungsschicht zu transportieren. Dies kann unterstützt werden durch eine Zugabe von Netzmitteln, wie dies an sich dem Stand der Technik bekannt ist, oder durch Absaugung von Kieselsol mit feinkörnigen Füllstoffen aus der aufgetragenen Beschichtungs­ masse in das Bauteil hinein, wobei natürlich auch eine mechanische Unterstützung durch Rakeln oder Walzen in Frage kommt. Jedoch bleibt an der Oberfläche des Bauteils immer eine geschlossene Beschichtung aus Kieselsol mit Fasern und gegebenenfalls grobkörnigen Füllstoffen als Berührungs­ schutz und Hitzeschild, wobei jedoch feinkörnige Teile der Überzugsmasse zusammen mit dem Bindemittel gleichzeitig in eine gewünschte Tiefe des Bauteiles eindringen und durch Bildung einer dortigen Imprägnierungsschicht das Bauteil bei Temperatureinwirkung stabilisieren sowie die ge­ schlossenen Oberflächenbeschichtung verankern.

Beispiel 1

Eine mit Phenolharz gebundene Mineralfaserplatte aus Basalt­ wolle wurde mit einem Raumgewicht von 180 kg/cm³ und einem Faserdurchmesser um 4 µm in der üblichen Weise erzeugt. Auf diese Mineralfasermatte wurde eine Überzeugsmasse folgender Zusammensetzung aufgetragen:
58,8 Gew.-Prozent wäßriges Kieselsol (30% Fest­ stoffanteil)
23,5 Gew.-Prozent Aluminiumsilikatfasern (gemahlen auf 1 mm Länge)
11,9 Gew.-Prozent grobkörniges Aluminiumoxid
5,9 Gew.-Prozent Kaolin

Durch Absaugung an der gegenüberliegenden Plattenseite drang ein Teil des Kieselsols mit dem Kaolin etwa 1 mm tief in die Mineralfaserplatte ein und bildete dort eine poröse Imprägnierungsschicht, während das restliche Kieselsol mit den Aluminiumsilikatfasern und dem grobkörnigen Alumini­ umoxid an der Oberfläche der Mineralfaserplatte eine ge­ schlossene Überzugsschicht bildete. Die so beschichtete Platte wurde bei 150° C etwa 20 Minuten lang getrocknet und sodann mittels eines Schweißbrenners extremer Hitze von der beschichten Seite her ausgesetzt.

Bei Beaufschlagung mit der Schweißbrennerflamme aus größerem Abstand, die jedoch bei einer entsprechenden unbeschichteten Mineralfaserplatte bereits zu einer Zersetzung der Ober­ fläche führte, zeigte sich überhaupt keine Veränderung an der Beschichtung oder den Fasern. Bei extrem starker Hitze­ einwirkung entstand an der dem Flammenauftreffpunkt gegen überliegenden Seite der Imprägnierungsschicht eine lokale Aushöhlung im Fasermaterial durch Zersetzung der dortigen Mineralfasern hinter der Beschichtung, während die Be­ schichtung selbst zwar geringfügige Verfärbungen zeigte, zusammen mit der dahinterliegenden Imprägnierungsschicht in ihrer mechanischen Integrität jedoch in keiner Weise beeinträchtigt wurde. Bereits in geringem Abstand seitlich neben dem Flammenauftreffpunkt blieben auch die Fasern der Mineralfaserplatte intakt und sicherten so die Lage der Beschichtung.

Nach Herausrechnung des Wasseranteils der kolloidalen Kiesel­ säure der obigen Beschichtungsmasse ergibt sich eine Fest­ stoffverteilung von etwa 30 Gew.-Prozent Kieselsol, 40 Gew.- Prozent Aluminiumsilikatfasern, 20 Gew.-Prozent Aluminium­ oxid und 10% Kaolin.

Beispiel 2

Eine Mineralfaserplatte entsprechend Beispiel 1 wurde mit folgender Überzugsmasse versehen:
70 Gew.-Prozent wässriges Kieselsol (30% Feststoffanteil)
13,3 Gew.-Prozent Aluminiumsilikatfasern (gemahlen)
6,7 Gew.-Prozent grobkörniges Aluminiumoxid 10 Gew.-Prozent Kaolin.

Hieraus wurde im Anschluß an eine wie beim vorherigen Bei­ spiel etwas mehr als 1 mm dicke geschlossene Oberflächen­ beschichtung eine etwa 5 mm unterhalb der Oberfläche der Mineralfaserplatte liegende Imprägnierungsschicht herge­ stellt. Nach dem Beispiel 1 entsprechender Weiterbehand­ lung ergaben die Flammenversuche mit dem Schweißbrenner insbesondere bei starker punktförmiger Hitzebelastung eine noch längere Unversehrtheit der hinter der Imprägnierungs­ schicht liegenden Mineralfasern, was auf die wesentlich er­ höhte Dicke der Imprägnierungsschicht im Anschluß an die geschlossene Oberflächenbeschichtung zurückgeführt werden muß.

Bei diesem Beispiel ergibt eine Umrechnung der Bestandteile auf Feststoffgehalt etwa 41 Gew.-Prozent Kieselsol, 26 Gew.-Prozent Aluminiumsilikatfasern, 13 Gew.-Prozent grobkörniges Aluminiumoxid und 20 Gew.-Prozent Kaolin.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher veranschaulicht.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch den unteren Teil eines Ein­ kochtopfes mit einem erfindungsgemäßen Mineral­ faserformteil zur Bildung einer bodenseitigen Wärmedämmplatte.

Fig. 2 eine stark vergrößerte Einzelheit aus Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 weist ein Einkochtopf 1 einen Mantel 2, einen darin eingesetzten Gutbehälter 3 mit einem Boden 4 unter­ halb des Bodens 4 eine Wärmedämmschicht 5 und zwischen dem Boden 4 und der Wärmedämmschicht 5 eine Heizeinrich­ tung 6 auf. Die Heizeinrichtung 6 besteht aus einer elek­ trischen Heizwendel 7, die von einer Mehrzahl aneinander­ gereihter kurzer Hülsen aus Keramikmaterial, sogenannten Perlen, als Berührungsschutz umgeben ist. Der Boden 4 des Gutbehälters 3 ist an den Stellen der Heizwendel 7 mit Aufnahmenuten versehen, und liegt zwischen den Gängen der Heizwendel 7 auf der Oberseite der Dämmschicht 5 auf, die ihrerseits die Heizwendel 7 in Lagernuten 10 von un­ ten her abstützt.

Die Dämmschicht 5 ist als Mineralfaserformteil ausgebildet, welches plattenförmig vorgefertigt in den Mantel 2 einsetz­ bar ist. Das die Dämmschicht 5 bildende Formteil besteht im Beispielsfalle aus Basaltfasern 11, die mit Kunstharz wie Phenolharz gebunden sind, wie dies bei 12 in Fig. 2 angedeutet ist. Derartige Basaltfaserplatten sind üblich und werden typischerweise mit Raumgewichten zwischen 100 und 200 kg/m³ sowie einem Bindemittelgehalt von etlichen Gew.-% hergestellt.

Aus den einleitend geschilderten Gründen dürfen die Basalt­ fasern 11 nicht mit der Heizwendel 7 in Berührung gelangen, was durch die Spalte zwischen den Keramikhülsen 8 hindurch möglich wäre. Weiterhin wäre bei einer Abstützung der etwa 800 °C heißen Heizwendel über die Keramikhülsen 8 un­ mittelbar auf der Basaltwolle deren Hitzebelastung zu stark, so daß in unmittelbarer Nachbarschaft der Heizwendel 7 lie­ gende Basaltfasern thermisch zersetzt würden. Da das Binde­ mittel 12 in Form von Kunstharz bei Temperaturen oberhalb von etwa 250 °C thermisch zersetzt und damit weggeglüht würde, ginge der mechanische Halt der Basaltfasern 11 durch das Bindemittel in weitem Umkreis um die Heizwendel 7 herum verloren, so daß die Basaltfasern dort völlig lose vorlie­ gen und ihre Abstützfunktion nicht mehr wahrnehmen können. Dadurch würde die Heizwendel 7 nicht mehr sauber in den Aufnahmenuten es Gutbehälters 3 gehalten, sondern aus diesen abgesenkt, würde so neue Bereiche der Basaltfasern 11 der Hitzebelastung aussetzen und so das die Dämmschicht 5 bildende Formteil fortschreitend zerstören, wobei über­ dies die von der Heizwendel 7 auf das Gut im Gutbehälter 3 übertragbare Heizleistung drastisch abfallen würde. Aus diesen Gründen sind zur Bildung der Dämmschicht 5 bislang andere Stoffe insbesondere auf der Basis von Asbestfasern eingesetzt worden, was jedoch in vielerlei anderer Hinsicht nachteilig ist.

Zur Erzielung einer ausreichenden Hitzebeständigkeit der Dämmschicht 5 auf der Basis von Basaltfasern 11 im Dauer­ betrieb, und gleichzeitig zur Erzielung eines wirksamen Berührungsschutzes zwischen den Basaltfasern 11 und der Heizwendel 7 ist erfindungsgemäß auf der Oberseite des die Dämmschicht 5 bildenden Formteiles eine hitzebeständige Be­ schichtung 13 vorgesehen, die aus einer Oberflächenbeschich­ tung 14 und einer Imprägnierungsschicht 15 besteht, deren Zusammensetzung und Zustandekommen einleitend näher er­ läutert worden sind. Die Dicke der Beschichtung 13 ist in Fig. 1 und auch noch in der Vergrößerung gemäß Fig. 2 zur besseren Veranschaulichung übertrieben dargestellt, da im veranschaulichten Beispielsfalle eine Dicke der Oberflächen­ beschichtung 14 von etwa 0,5 mm und ebenso der Imprägnie­ rungsschicht 15 von etwa 0,5 mm zur Bildung einer ausrei­ chenden hitzebeständigen Beschichtung 13 ausreicht.

Wie an dem strichpunktierten kreisförmigen Bereich 16 an der Unterseite der Heizwendeln 7 veranschaulicht ist, ist die Hitzeeinwirkung durch die Beschichtung 13 hindurch so stark, daß im Umkreis der Heizwendel 7 das Bindemittel 12 ausglüht und dort die Basaltfasern 11 daher ungebunden, lose vorliegen. Weiterhin kann die Hitzebelastung der Ba­ saltfasern im Bereich der Lagernuten 10 unmittelbar unter­ halb der Oberflächenbeschichtung 14 durchaus so groß sein, daß auch diese am stärksten belasteten Basaltfasern 11 thermisch zersetzt werden, was jedoch beim veranschaulich­ ten Ausführungsbeispiel nicht auftreten dürfte.

In jedem Falle ist jedoch wichtig, daß die geschlossene Oberflächenbeschichtung 14 der Hitzebelastung standhält und so als zuverlässiger Berührungsschutz zwischen der Heizwendel 7 und den Basaltfasern 11 erhalten bleibt. Wei­ terhin bildet die Oberflächenbeschichtung 14 zusammen mit der Imprägnierung 15 ein auch bei Hitzebelastung unver­ sehrtes Stützgerüst, welches die mechanische Integrität der hitzebelasteten Oberfläche des Formteiles gewährleistet. Das Formteil selbst erfährt sogar bei flächenhafter Hitze­ belastung noch keine merkliche mechanische Beeinträchtigung, wenn die Basaltfasern im Bereich der Imprägnierungsschicht 15 thermisch zersetzt werden, da die Imprägnierungsschicht 15 auch ohne darin enthaltene Basaltfasern an der Rück­ seite der Oberflächenbeschichtung 14 ein dann poröses, je­ doch mechanisch festes Stützgerüst bildet, welches ledig­ lich der Anbindung an die unversehrten Basaltfasern 11 be­ darf. Bei nur lokaler, dort aber sehr starker Hitzebela­ stung, wie im Beispielsfalle und wie sie in aller Regel auftritt, ist eine feste mechanische Verbindung zwischen gebundenen Basaltfasern und derImprägnierungsschicht 15 in denjenigen Bereichen problemlos aufrechtzuerhalten, die einen ausreichenden Abstand von den hitzebelasteten Stellen besitzen, wie dies etwa in Fig. 2 zu beiden Seiten der Heizwendel 7 angedeutet ist. Infolge der mechanischen Un­ versehrtheit der Beschichtung 13 überbrückt diese dann problemlos auch solche Bereiche, an denen infolge übermä­ ßiger Hitzebelastung an der Rückseite der Beschichtung 13 eine ausreichende Verankerung der Imprägnierungsschicht 15 an den Basaltfasern 11 sowie darüber hinaus eine gegen­ seitige Bindung der Basaltfasern 11 fehlt. Auch ohne gegen­ seitige Bindung der Basaltfasern 11 in den Bereichen 16 können diese jedoch ihre Wärmedämmwirkung entfalten.

Wie einleitend geschildert ist, sind die Dicke der Ober­ flächenbeschichtung 14 sowie insbesondere auch der Imprä­ gnierschicht 15 in weiten Grenzen frei wählbar. Dadurch kann die Dicke insbesondere der Imprägnierungsschicht 15 so gewählt werden, daß infolge des Temperaturabfalles durch die Oberflächenbeschichtung 14 und die Imprägnierschicht 15 hindurch an der Rückseite der Imprägnierschicht 15 die zur Erzielung der gewünschten mechanischen Unversehrtheit erforderlichen Temperaturverhältnisse vorliegen, also ent­ weder eine Temperatur von 250 °C unterschritten wird, um die dortige Wirksamkeit des Bindemittels 12 aufrechtzuer­ halten, oder eine thermische Zersetzungstemperatur für die Basaltfasern nicht unterschritten wird, um dort einen unversehrten Anschluß von wärmedämmenden Basaltfasern 11 zu gewährleisten.

Claims (10)

1. Hitzebeständig beschichtetes Bauteil mit einer ge­ schlossenen Oberflächenbeschichtung auf einer Wärme­ dämmschicht, wobei die Oberflächenbeschichtung ein an­ organisches temperaturbeständiges Bindemittel, insbe­ sondere Kieselsol und einen anorganischen Füllstoff enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmedämmschicht (5) aus kunstharzgebundenen mineralischen Fasern besteht,
daß der anorganische Füllstoff wenigstens zu einem er­ heblichen Teil in Faserform sowie als feinkörniger und grobkörniger Füllstoff, vorliegt, und
daß unter der Oberflächenbeschichtung (14) eine Impräg­ nierungsschicht (15) für die mineralischen Fasern ent­ haltend das Bindemittel und einen feinkörnigen anorga­ nischen Füllstoff vorgesehen ist.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß; die Fasern Basaltfasern (11) sind.

3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feinkörnige anorganische Füllstoff Ton, insbe­ sondere Kaolin, ist.

4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff in Faserform Aluminiumsilikatfasern auf­ weist.

5. Bauteil na einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der grobkörnige Füllstoff gemahlenes Aluminiumoxid enthält.

6. Bauteil nach eiem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dicke der geschlossenen Ober­ flächenbeschichtung (14) 0,5 bis 3 mm beträgt.

7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dicke der Imprägnierungsschicht (15) zwischen 0,5 und 10, insbesondere zwischen 1 und 5 mm beträgt.

8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Länge der Fasern des Füllstoffes größer als 10 µm, insbesondere größer als 100 µm ist.

9. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kieselsol in der geschlossenen Oberflächenbeschichtung (14) höchstens in einer dem Gewicht des Füllstoffes entsprechenden Menge vor­ liegt.

10. Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Basaltfasern (11) des Bauteils (5) einen Fasderdurchmesser zwischen 3 µm und 6 µm besitzen und zu einem Raumgewicht von etwa 180 kg/m³ verdichtet sind, und daß die Partikelgröße des feinkörnigen Füllstoffes unterhalb von 5 µm, vorzugsweise unterhalb von 3 µm und insbesondere unterhalb von 1 µm liegt.