DE3346180C2 - Starrer Wärmedämmkörper - Google Patents
Starrer WärmedämmkörperInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen starren Wärmedämmkörper aus
durch Pressen verdichtetem Wärmedämmstoff auf der Basis
von aus der Flammenhydrolyse gewonnenem mikroporösem Oxid
aerogel, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Wärmedämmkörper in Form einer Wärmedämmplat
te zur Lagerung der elektrischen Heizwendel einer strahlungs
beheizten Kochplatte ist aus der DE-OS 30 20 326 bekannt.
Der dortige Wärmedämmkörper weist eine bodenseitige hoch
wirksame Dämmschicht feinporigen Kieselsäureaerogels und
darüber eine Lagerschicht für die Heizwendel mit gegenüber
der Dämmschicht unterschiedlicher Konsistenz auf, wobei der
Unterschied jedenfalls darin besteht, daß die Lagerschicht
des Wärmedämmkörpers mit einem Bindemittel ausgehärtet bzw.
stärker ausgehärtet ist als die Dämmschicht. Es ist auch be
kannt, derartige Wärmedämmplatten für elektrische Heizwendeln
homogen durchzuhärten, wenn die dadurch in gewissem Umfange
verminderte Wärmedämmfähigkeit in Kauf genommen werden kann.
Als Bindemittel sind in jedem Falle anorganische Bindemittel
vorgesehen, da im Betrieb von der elektrischen Heizwendel her
starker Wärmeeinfall auftritt.
Die Härtung derartigen Materials ist generell aus der US-PS
30 55 831 bekannt, wobei organische und anorganische Binde
mittel verwendet werden können. Hierbei bereitet jedoch
Schwierigkeiten, das Bindemittel mit kleiner Teilchengröße
homogen verteilt in das zu pressende Pulver einzumischen, so
daß die Gefahr von lokalen Bindemittelnestern und -agglome
raten besteht, was zu einer drastischen Verminderung der
durch die Härtung zu verbessernden Festigkeit führt und
durch lokal starkes Schrumpfverhalten Schrumpfrisse im
Preßteil ergibt. Derartige Inhomogenitäten werden gemäß
der Lehre der DE-OS 29 42 087 dadurch vermieden, daß das
Bindemittel in einem Vorgemisch gleichförmig mit einem
Dispergiermittel vermischt und derartig dispergiert in
das Hauptgemisch eingebracht wird, so daß es dort feindis
pers vorliegt.
Auch bei einer solchen homogenen Härtung des Wärmedämm
stoffs ergeben sich jedoch insbesondere bei unregelmäßig
geformten Wärmedämmkörpern zuweilen Probleme durch innere
Spannungen im gehärteten Wärmedämmstoff, die zu Rissen und
Brüchen führen können. Besonders gefährdet insoweit sind
etwa die Fußpunkte von relativ schlanken Erhebungen des
Wärmedämmkörpers, Kehlungen und vergleichsweise scharfkan
tige Übergänge; es sind dies also insbesondere diejenigen
Stellen, die konstruktiv zur Ausbildung von Spannungs
spitzen neigen. Dadurch, daß der Wärmedämmstoff bei der
Härtung bzw. bei der Abkühlung von der Härtungstemperatur
je nach verwendeter Stoffzusammensetzung und verwendetem
Bindemittel unterschiedlich stark schrumpft, ergibt sich
in einem derart gehärtetem Wärmedämmkörper ein innerer
Spannungszustand, der an durch Spannungsspitzen gefährde
ten Bereichen unmittelbar oder bei hinzukommenden mecha
nischen Belastungen etwa durch die Handhabung oder der
gleichen zu Rissen oder Brüchen führt.
Die regellos im Wärmedämmstoff verteilt angeordneten Fasern,
in der Regel Mineralfasern, vermögen, obwohl sie erhebliche
Zugfestigkeit besitzen, eine solche Rißbildung nicht merk
lich zu begrenzen oder zu unterdrücken. Die Fasern ragen
vielmehr aus den Bruchflächen heraus, sind also beim Riß
oder Bruch aus der gegenüberliegenden Schicht des Wärme
dämmstoffes herausgezogen worden, ohne hierbei wesentliche
Kräfte gegen die klaffende Bewegung der Rißbildung zu ent
wickeln.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
starren, gehärteten Wärmedämmkörper der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, der auch bei
hohem Härtungsgrad und ungünstigen Bedingungen eine erheb
lich verbesserte Festigkeit gegen Rißbildung infolge inne
rer Spannungen aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1.
Der allgemeine Bereich des Gewichtsanteils der langen Fa
sern zwischen etwa 10% und 25% des Preßstoffes liegt
weit überwiegend oberhalb der maximalen Faserzumischung
nach dem Stand der Technik zur Bildung von formstabilen
Platten mit 12 bis 15 Gew.-% an Fasern auch geringerer
Länge. Soweit es sich um Aluminiumsilikatfasern handelt,
deren Fasermaterial eine spezifische Dichte von etwa
2,55 g/cm³ besitzt, gelten die erfindungsgemäßen Gewichts
anteile unmittelbar. Bei spezifisch schwereren oder leich
teren Fasern ist eine Anpassung um den Faktor vorzunehmen,
der dem Verhältnis der abweichenden Dichte in g/cm³ von
2,55 entspricht. Von spezifisch doppelt so schwerem Faser
material muß also die doppelte Gewichtsmenge zugegeben
werden, so daß das entscheidende, von den Fasern eingenom
mene Volumen gleich bleibt. Jedoch kann nicht auf den Vo
lumenanteil der Fasern im Preßstoff Bezug genommen werden,
da das Volumen des Preßstoffes je nach dem gewählten Raum
gewicht stark schwankt, der Faseranteil aber gerade nicht
in Abhängigkeit von diesen Raumgewichtsschwankungen ge
ändert werden muß. Vielmehr wirkt eine gegebene optimale
Faserlänge in einem Preßstoff mit Raumgewicht 200 kg/m³
ebenso optimal in einem Preßstoff mit Raumgewicht 400 kg/m³,
obwohl dort der relative Volumenanteil der fast inkompres
siblen Fasern annähernd doppelt so hoch ist. Andererseits
kommt es aber auch nicht auf den bloßen Gewichtsanteil an,
unabhängig von der spezifischen Dichte, sondern auf das
im Einzelfall zugemischte Volumen, dieses jedoch wiederum
unabhängig von dem Volumen bzw. dem Raumgewicht des Preß
stoffs im übrigen.
Nach den der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnissen
kommt es jedoch nicht darauf an, daß die Gewichtsanteile
sämtlicher Fasern eines beigemengten Fasergemisches -
bei einer spezifischen Dichte des Fasermaterials von
2,55 g/cm³ - im allgemeinen Bereich zwischen 10 und 25
Gew.-% des Preßstoffes liegen, da sich gezeigt hat, daß
Fasern mit einer Länge von unter etwa 10 mm praktisch ohne
Einfluß auf die Festigkeit gegen Rißbildung sind. Übliche,
im Handel erhältliche Fasergemische für diese Zwecke be
sitzen ein Maximum der Häufigkeitsverteilung der Faser
länge bei etwa 5 mm, und vermögen auch in erhöhter Zumi
schungsmenge nicht merklich zur Verbesserung der Festig
keit gegen Rißbildung beizutragen. Dies liegt vermutlich
daran, daß Fasern mit einer Länge von weniger als 10 mm
selbst insoweit, als sie in einem geringen Umfange wirklich
senkrecht zu einem möglichen Riß liegen, zu beiden Seiten
des Risses nicht ausreichend verankert sind. Dabei hilft
natürlich eine massive Verankerung auf einer Seite des
möglichen Risses nicht weiter, wenn dafür die Verankerung
auf der gegenüberliegenden Seite um so schwächer ist und
die Faser dort problemlos herausgezogen werden kann, wenn
der Riß zu klaffen beginnt. Vielmehr sind zur Unterdrückung
einer Rißbildung nur solche Fasern wirksam, die zu beiden
Seiten des möglichen Risses ausreichend fest verankert sind
und den Riß möglichst senkrecht zu seiner Rißfläche durch
setzen. Dabei genügen auch nicht einige wenige Fasern, die
diese Bedingungen erfüllen, da solche vereinzelte Fasern
zwar verankert sind, aber alleine die Rißkräfte nicht auf
nehmen können und reißen. Vielmehr ergibt sich für einen
bestimmten Preßstoff und einen bestimmten Härtungsgrad
eine ganz bestimmte Faserbeimengung minimaler Länge und
minimalen Anteils, unterhalb der die Rißbildung im wesent
lichen ungehindert vonstatten geht, und oberhalb der die
Rißbildung wirksam unterdrückt wird, da eine ausreichende
Anzahl von Fasern das Material zu beiden Seiten des mög
lichen Risses zu halten vermag. Wie Versuche ergeben haben,
liegt eine Untergrenze für die Wirksamkeit zur Unterdrückung
der Rißbausbildung bei einem Anteil von etwa 10 Gew.-% von
mehr als 10 mm langen Fasern, wobei unter ungünstigen Ver
hältnissen ggf. auch ein höherer Anteil der Fasern und/oder
eine größere mittlere Länge der Fasern gewählt werden muß.
Daher ist erfindungsgemäß vorgeschrieben, daß der allge
meine Bereich eines Gewichtsanteils der Fasern zwischen
10 und 25% des Preßstoffes nur für solche Fasern gelten
soll, die eine größere Länge als etwa 10 mm besitzen. Da
bei sollen allerdings Fasergemische verwendet werden, deren
Faserlänge ein Maximum über 10 mm aufweist, so daß der An
teil an gegenüber der Grenze von 10 mm kürzeren Fasern so
wie notwendigen Verunreinigungen in jedem Falle relativ klein
ist, in einem Idealfall völlig verschwinden würde. Dies
deshalb, weil Fasern mit einer geringeren Länge als etwa
10 mm zwar nicht oder kaum zur Unterdrückung einer Riß
bildung beitragen, jedoch die Wärmeleitzahl erhöhen, was
in jedem Falle nachteilig ist. In der Praxis zeigt sich
jedoch, daß jedenfalls im Falle einer Verwendung von Mine
ralfasern, beispielsweise Aluminiumsilikatfasern, ein An
teil kürzerer Fasern und Verunreinigungen von beispiels
weise etwa 10% bezogen auf das Fasergemisch, mit vertret
barem Aufwand nicht vermieden werden kann, so daß selbst
bei Verwendung spezieller Langstapelfasern der Gesamt
faseranteil in der Praxis minimal bei über 11 bis 12 Gew.-%
liegt, um zu einem Faseranteil mit einer größeren Länge
als 10 mm von minimal etwa 10 Gew.-% des Preßstoffes zu
gelangen. Ohne Verwendung spezieller Fasern, wie Lang
stapelfasern oder dergleichen, ergibt sich zur Erzielung
eines Minimalanteiles von 10 Gew.-% langer Fasern eine Ge
samtzumischung von zwischen 12 und 15 Gew.-% an Fasern, so
daß die praktische Obergrenze des Faseranteiles von 12 bis
15 Gew.-% nach dem Stand der Technik etwa die Untergrenze
des entsprechenden erfindungsgemäßen Bereiches darstellt.
Die Unterdrückung der Rißbildung wird mit größerer Länge
der Fasern und insbesondere mit größerem Gewichtsanteil
der über 10 mm langen Fasern immer sicherer, so lange um
die Fasern herum noch ausreichende Partikelmatrix aus
Aerogelteilchen und Trübungsmitteln besteht, um ein Zusam
menbacken dieser Teilchen zusammen mit den Fasern durch
das Bindemittel zu ermöglichen. In der Praxis hat sich
jedoch gezeigt, daß bei einem Bindemittelgehalt, der einen
in der Praxis interessanten Härtungseffekt ergibt, oberhalb
eines Langfaseranteiles von etwa 25 Gew.-% auch in ungün
stigsten Fällen keine Risse mehr auftreten. Erfindungsge
mäß liegt daher hier eine Obergrenze für den Gehalt an
Langfasern, da bei höherem Fasergehalt die Wärmeleitzahl
weiter ansteigt, ohne daß hierdurch anderweitig ein Vorteil
erzielt werden könnte. Häufig wird jedoch in der Praxis
auch ein geringerer Faseranteil völlig ausreichen und da
mit die praktische Obergrenze bilden.
Aus der DE-OS 31 08 816 ist es zwar bereits bekannt, einen
Wärmedämmstoff der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebe
nen Zusammensetzung, jedoch ohne Bindemittel, mit Faser
bestandteilen herzustellen, wie sie auch erfindungsgemäß
verwendet werden. Hiermit soll jedoch die Notwendigkeit
einer Härtung zur Erzielung ausreichender Biegefestigkeit
etwa zur Einsparung des hierzu erforderlichen Energieauf
wandes vermieden werden, und im Gegensatz zu einem gehärte
tem, starren Wärmedämmkörper ein gut biegbarer Wärmedämm
körper geschaffen werden. Dies gelingt dadurch, daß auf
ein Bindemittel verzichtet wird, und dafür 10 bis 30 Gew.-%
des Preßstoffes an über 10 mm langen Fasern verwendet wer
den, sofern zugleich sichergestellt ist, daß der Preßstoff
bis auf ein Raumgewicht von über 200 kg/m³, vorzugsweise
über 250 kg/m³ verdichtet ist und die Summe der Gewichts
anteile der Fasern und der Trübungsmittel, die jedoch kein
Bindemittel enthalten, zwischen etwa 10 Gew.-% und 60 Gew.-%
des Preßstoffes liegt. Die Definition eines minimalen Raum
gewichtes ist in dem bekannten Falle erforderlich, da eine
Verankerung der Fasern in Abwesenheit eines Bindemittels
lediglich durch die benachbarten miteinander verpreßten
Aerogelteilchen erfolgt, die demzufolge eines gewissen
Mindestdruckes bedürfen. Die Begrenzung der Summe der
Gewichtsanteile der Fasern und der Trübungsmittel auf 60%
des Preßstoffes gewährleistet einen minimalen Anteil von
40 Gew.-% des Aerogels, damit dieses zu dem vorstehend ge
schilderten Effekt in ausreichender Menge zur Verfügung
steht; die Trübungsmittel vermögen keine ausreichende Halte
wirkung auf die Fasern auszuüben.
Erfindungsgemäß hingegen wird ein starrer, bindemittelhal
tiger Wärmedämmkörper geschaffen, der demzufolge von dieser
bekannten Lehre keinen Gebrauch macht. Weiterhin ist eine
Definition eines bestimmten minimalen Raumgewichtes nicht
erforderlich, da bei Erzielung eines ausreichenden Här
tungseffektes auch ausreichende Verankerungspunkte für die
Langfasern unabhängig vom Raumgewicht zur Verfügung stehen,
obwohl natürlich auch erfindungsgemäß das Raumgewicht häufig
über 200 kg/m³ liegen wird. Da es weiterhin erfindungsge
mäß nicht auf eine Verankerung der Langfasern gewissermaßen
durch Reibung an den Aerogelteilchen ankommt, sondern das
Bindemittel ein Anheften der Fasern auch an Zuschlagstoffen
zur Folge hat, kommt es auch nicht auf einen minimalen
Aerogelanteil an. Weiterhin ist erfindungsgemäß der Wirkungs
mechanismus grundsätzlich unterschiedlich: im bekannten
Falle wirkt jede Faser über ihre ganze Länge als Verstär
kungselement des Preßstoffes und sichert im Verein mit be
nachbarten Langfasern dessen Zusammenhalt insbesondere bei
einer Biegung. Erfindungsgemäß hingegen sind überhaupt nur
diejenigen Fasern wirksam, die (1) zu beiden Seiten eines
in der Entstehung begriffenen Risses eine ausreichende Ver
ankerungslänge von mindestens etwa 5 mm besitzen, und die (2)
gemäß zufälliger Verteilung im wesentlichen senkrecht zur
Ebene des Risses verlaufen und daher ohne auszureißen
Kräfte von einer Seite des in der Entstehung begriffenen
Risses auf die andere Seite übertragen können. Es sind
also im Falle der Erfindung nur diejenigen Langfasern
irgendwie wirksam, die gemäß zufälliger Verteilung im Preß
stoff und zufälliger Ausrichtung die vorstehenden Bedin
gungen erfüllen, wobei zur wirksamen Unterdrückung der
Rißbildung für eine ausreichende Anzahl solcher Fasern
gesorgt werden muß; sämtliche anderen Fasern, die außerhalb
des Bereichs von Spannungsspitzen im Wärmedämmkörper zu
liegen kommen, sind unwirksam und ermöglichen im Hinblick
auf die Härtung des Wärmedämmaterials auch keine Biegbar
keit oder dergleichen. Daher genügt es erfindungsgemäß
prinzipiell, wenn die erfindungsgemäßen Bedingungen im Be
reich von Spannungsspitzen des Preßstoffes erfüllt sind,
wobei in der Praxis durch die erforderliche Untermischung
der Fasern zumindest eine Preßstoffschicht mit homogen
verteilten Fasern versehen sein wird, auch wenn nur ein
relativ geringer Teil davon tatsächlich im Sinne der Er
findung wirksam wird und eine Rißbildung unterdrückt.
Infolge der unterschiedlichen Wirkungsmechanismen ist es
eher zufällig, daß die minimale Faserlänge und der minimale
Faseranteil der Erfindung mit der Lehre der DE-OS 31 08 816
übereinstimmen. Die Obergrenze der Fasermenge liegt er
findungsgemäß jedoch etwas niedriger und ist nicht durch
eine plötzliche Änderung mechanischer Eigenschaften bestimmt.
Auf die Einhaltung zusätzlicher, im bekannten Fall notwen
diger Parameter kann erfindungsgemäß aufgrund der unter
schiedlichen Wirkungsmechanismen verzichtet werden.
Es stand auch nicht ohne weiteres zu erwarten, daß die
scheinbar unabhängig von der verwendeten Fasermenge und
Faserart bislang auftretende Rißbildung an gefährdeten
Stellen gehärteter, starrer Wärmedämmkörper unterdrückt
werden kann, wenn sowohl Faserlänge als auch Fasermenge
gegenüber den üblichen Werten auf ein für jeden Anwendungs
fall bestimmtes, diskretes Maß über 10 mm bzw. 10 Gew.-%
erhöht werden. Dies deshalb, weil die Unterdrückung der
Rißbildung sprunghaft einsetzt und unterhalb der erfindungs
gemäßen Minimalwerte auch nicht ansatzweise beobachtet
werden kann. Weiterhin ergibt sich - anders als im
Falle der DE-OS 31 08 116 - durch Änderungen des Faserge
haltes auch keine merkliche vorteilhafte Beeinflussung
anderer mechanischer Eigenschaften, etwa der Biegefestig
keit, die Anlaß geben könnte, Fasergemische der aus der
DE-OS 31 08 116 bekannten Art auch bei gehärteten Wärme
körpern einzusetzen. So ergibt sich etwa auch aus den
in der US-PS 30 55 831 angeführten Beispielen bei einem
Wärmedämmkörper mit 55 Gew.-% Kieselsäureaerogel und
28 Gew.-% Titanoxid sowie einem Kunstharz-Bindemittelge
halt von 5% und einem Fasergehalt von 12% eine Biege
festigkeit von 32 N/cm², und praktisch die gleiche Biege
festigkeit von 31 N/cm² bei ebenfalls 5 Gew.-% Kunstharz-
Bindemittelgehalt, jedoch nur 5 Gew.-% Fasern. Die Biege
festigkeit eines erfindungsgemäßen starren Wärmedämmkörpers
ist praktisch ausschließlich durch die Wirksamkeit des
Bindemittels bei der gewählten Zusammensetzung bestimmt,
und nicht durch den Fasergehalt innerhalb der hier in Rede
stehenden Bereiche, so daß auch durch die Erfindung die
Biegefestigkeit nicht merklich beeinflußt wird, sondern
lediglich die Rißbildung wirksam unterdrückt wird.
Aus der DE-OS 29 42 180 ist es zwar bereits bekannt, bis
zu 40 Gew.-% des Preßstoffes an Fasern zuzugeben, deren
Länge zwischen einigen Millimetern und einigen Zentimetern
liegen kann, wobei auch eine Härtung des Aerogelmaterials
erfolgen kann. In diesem Zusammenhang ist es aus der US-PS
30 55 831 bekannt, daß oberhalb eines Fasergehalts von
35 Gew.-% biegeweiche Matten erzeugt werden können, die
natürlich kein Bindemittel besitzen und auch keine merk
liche Biegesteifigkeit aufweisen. Daher ist bei hohen Zu
mischungsmengen an Verstärkungsfasern im Falle der
DE-OS 29 42 180 ersichtlich nicht an eine gleichzeitige Härtung
gedacht, sondern an die Herstellung biegeweicher Matten.
Die Erkenntnis, daß im Falle einer Härtung bei Einhaltung
bestimmter minimaler Zumischungsmengen und Faserlängen
im Falle der Herstellung eines starren Formkörpers die
Rißbildung unterdrückt werden kann, ist der DE-OS 29 42 180
völlig fremd.
Bevorzugt wird mit Fasergemischen gearbeitet, deren Faser
länge ein Maximum deutlich höher als 10 mm aufweist, bei
spielsweise bei 30 bis 50 mm liegt. Hierdurch wird der
Anteil an Fasern mit einer gegenüber 10 mm geringeren
Länge auch ohne besondere Zusatzmaßnahmen gering gehalten.
Andererseits ergibt sich eine Obergrenze für dieses Maxi
mum der Verteilung bei 50 bis 70 mm, da ein zu hoher An
teil langer Fasern sich etwa ebenso nachteilig auswirkt
wie ein zu hoher Anteil an Kurzfasern und Verunreinigungen;
denn eine Faser mit beispielsweise 100 mm Länge erweist
sich zur Unterdrückung der Rißbildung kaum wirksamer als
eine solche mit beispielsweise 30 bis 50 mm Länge, jedoch
sinkt durch einen hohen Anteil besonders langer Fasern bei
gleichem Gewichtsanteil die Zahl der Fasern ab, so daß sich
dann wieder eine verminderte Anzahl von Verankerungsfasern
zwischen den Wänden von in der Entstehung begriffener Risse
ergibt, die die Klaffungsbewegung nicht aufzuhalten vermag.
Aus derselben Erkenntnis folgt auch, daß der Faserdurch
messer im Durchschnitt jedenfalls unter 10 µm, bevorzugt
unter 5 µm und insbesondere etwa zwischen 1 und 3 µm liegen
sollte, damit bei gegebenem Gewichtsanteil eine vorbestimmte
Anzahl von Fasern pro Volumeneinheit im Bereich einer mög
lichen Rißbildung nicht unterschritten wird.
Der Gewichtsanteil der Fasern mit einer größeren Länge als
10 mm kann je nach Eigenschaften des gehärteten Wärmedämm
stoffes im einzelnen schwanken und sollte in jedem Einzel
fall so gewählt werden, daß eine Rißbildung sicher unter
drückt wird, ohne daß darüber hinaus weiterer Faserüber
schuß vorliegt. Ein Langfaseranteil von mindestens 12%,
ggf. mindestens 14 oder 15% führt bei üblichen Anwendungs
fällen mit ausreichender Gewißheit zur Unterdrückung jeg
licher Rißbildung. Unter besonders ungünstigen Bedingungen,
und um noch höhere Sicherheit zu erhalten, kann der Lang
faseranteil jedoch auch bei etwa 18%, 20%, 22% oder gar
25% gewählt werden, wobei dann auch unter schwierigsten
Bedingungen jede Rißbildung mit Gewißheit unterdrückt ist,
dies jedoch mit einem merklichen Anstieg der Wärmeleitzahl
erkauft wird.
Als Fasern kommen im Hinblick auf die üblicherweise vor
liegende Wärmebelastung insbesondere anorganische Fasern
in Frage, wie mineralische Fasern, insbesondere Aluminium
silikatfasern, Aluminiumoxidfasern oder Quarzfasern, oder
Mischungen hiervon.
Als Oxidaerogel eignet sich insbesondere übliches Kiesel
säureaerogel infolge seines niedrigen Preises, jedoch auch
Aluminiumoxidaerogel oder eine Mischung zwischen beiden,
da Aluminiumoxidaerogel relativ günstig verfügbar ist und
bessere Wärmebeständigkeit aufweist.
Als Bindemittel für die Härtung kommen organische und/oder
anorganische Substanzen in Frage, wie sie etwa aus der
DE-OS 29 41 606 bekannt sind. Dabei können in das Gemisch
selbstverständlich Vorläufersubstanzen zu den dort genannten Binde
mitteln eingesetzt werden, so beispielsweise Borkarbid
zur Bildung von Boroxid als wirksames Bindemittel im Zuge
der Härtung.
Im übrigen sind als anorganische Bindemittel bevorzugt
niederschmelzende Gläser, glasbildende Stoffe, Glaslote,
Phosphate, Sulfate, Karbonate, Hydroxide oder Oxide der
Alkali- oder Erdalkalimetalle, Natriumsilikate, Borate,
Borax, Natriumperborat oder deren Gemische. Zweckmäßig wird Soda
oder Natriumsulfat eingesetzt, wobei dem Natriumsulfat
zur Reduzierung etwas feinkörniger Ruß beigegeben ist.
Hinsichtlich der Trübungsmittel ergeben sich durch
die Erfindung keine Besonderheiten, so daß übliche Trübungs
mittel usw. in den üblichen Zumischungen und Korngrößen
zugesetzt werden können.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmedämmkörpers
kann infolge verfahrenstechnisch analoger Problemstellungen
auf das Verfahren gemäß der DE-OS 31 08 816 zurückgegriffen
werden, wobei der dort erzeugte gepreßte Rohling im Falle
der Erfindung natürlich in der hierzu an sich bekannten
Weise anschließend auf Härtungstemperatur gebracht wird,
um auszuhärten. Zur Erzeugung des Rohlings wird zunächst
ein Vorgemisch aus dem Oxidaerogel und den Trübungsmitteln
erzeugt, dem dann als letzter Bestandteil
die Fasern zumindest gruppenweise vereinzelt, beispielswei
se in kleinen, lockeren Flocken oder dergleichen, allmäh
lich zugemischt werden. Hierbei ist anzustreben, daß das
Vorgemisch das Oxidaerogel und
das Trübungsmittel bereits in einer so
homogenen Verteilung enthält, wie für den späteren Wärme
dämmkörper vorgesehen ist, so daß bezüglich dieser sonsti
gen Rohstoffe bei der Faserzumischung keine zusätzliche
Homogenisierung erfolgen muß. Der letzte Arbeitsgang der
allmählichen Zumischung der Fasern in lockerer Flockenform
oder dergleichen dient somit ausschließlich zu deren homo
gener Verteilung mit dem gewünschten Homogenisierungsgrad.
Eine derzeit besonders bevorzugte Anwendung der Erfindung
liegt bei Wärmedämmplatten etwa der aus der DE-OS 30 20 326
bekannten grundsätzlichen Bauart. Derartige Wärmedämmplat
ten weisen einen umlaufenden Kragen zur Abstützung an einer
Glaskeramikplatte auf, wobei eine durch Spannungsspitzen
gefährdete Stelle der Übergang des oberen Bodens der Wärme
dämmplatte mit den Lagernuten zur Aufnahme der Heizwendel
zum umlaufenden Kragen ist. Hier traten häufig Risse auf,
die in ungünstigen Fällen soweit führten, daß der umlau
fende Kragen vom Hauptkörper der Wärmedämmplatte wegbrach.
Wird hingegen eine solche Wärmedämmplatte als erfindungs
gemäßer Wärmedämmkörper hergestellt, so sind keinerlei
Risse zu beobachten.
Nachfolgend werden zwei Beispiele für die Rezeptur zur Her
stellung eines erfindungsgemäßen Wärmedämmkörpers gegeben:
58,0% pyrogene Kieselsäure
20,0% Ilmenit (Trübungsmittel)
20,0% Aluminiumsilikatfasern
hiervon 17% über 10 mm und 3% unter 10 mm Länge sowie Verunreinigungen
2,0% Härter
20,0% Ilmenit (Trübungsmittel)
20,0% Aluminiumsilikatfasern
hiervon 17% über 10 mm und 3% unter 10 mm Länge sowie Verunreinigungen
2,0% Härter
31,7% pyrogene Kieselsäure
31,7% pyrogenes Aluminiumoxid
20,0% Ilmenit (Trübungsmittel)
15% Aluminiumsilikatfaser
hiervon 12,5% mit über 10 mm und 2,5% unter 10 mm Länge sowie Verunreinigungen
1,6% Härter
31,7% pyrogenes Aluminiumoxid
20,0% Ilmenit (Trübungsmittel)
15% Aluminiumsilikatfaser
hiervon 12,5% mit über 10 mm und 2,5% unter 10 mm Länge sowie Verunreinigungen
1,6% Härter
Sämtliche vorstehenden Prozentangaben sind Gewichtsprozent
bezogen auf das gesamte Preßstoffgemisch.
Ein gemäß Rezeptur im Beispiel 2 hergestellter Wärmedämm
körper weist infolge des Anteils an pyrogenem Aluminium
oxid größere Wärmebeständigkeit im Vergleich zur Rezeptur
gemäß Beispiel 1 auf.
Claims (10)
1. Starrer Wärmedämmkörper aus durch Pressen verdichtetem
Wärmedämmstoff auf der Basis von aus der Flammenhydro
lyse gewonnenem mikroporösem Oxidaerogel, mit biege
elastischen oder biegeschlaffen Fasern und ggfs.
Trübungsmitteln als Zuschlagstoffen, wobei der Wärmedämm
körper zumindest in oberflächennahen Schichten mittels
eines Bindemittels gehärtet ist, dadurch gekennzeich
net, daß die Häufigkeitsverteilung der Faserlänge ein
Maximum über 10 mm aufweist, und daß der Gewichtsanteil
der Fasern mit einer spezifischen Dichte des Fasermate
rials von 2,55 g/cm³, soweit die Fasern eine größere
Länge als 10 mm besitzen, zwischen 10% und 30%
des Preßstoffes liegt, wobei im Falle von Fasermaterial
mit einer von 2,55 g/cm³ abweichenden Dichte die Ge
wichtsanteile mit einem Faktor abzuwandeln sind, der
dem Verhältnis der abweichenden Dichte zu 2,55 ent
spricht.
2. Wärmedämmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gewichtsanteil der Fasern mit einer größeren Länge
als 10 mm über 12%
liegt.
3. Wärmedämmkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gewichtsanteil der Fasern mit einer größeren Länge
als 10 mm über 18% liegt.
4. Wärmedämmkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dicke der Fasern unter 10 µm,
bevorzugt unter 5 µm
liegt.
5. Wärmedämmkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Häufigkeitsverteilung
der Faserlänge ein Maximum zwischen 20 mm und 70 mm
aufweist.
6. Wärmedämmkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß anorganische Fasern in Form
von mineralischen Fasern
verwendet werden.
7. Wärmedämmkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß das Oxidaerogel ein Kiesel
säureaerogel oder ein Aluminiumoxid-Aerogel oder eine
Mischung hiervon ist.
8. Wärmedämmkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß ein anorganisches Bindemittel
in Form niederschmelzender Gläser; Glaslote; Phosphate,
Sulfate, Karbonate, Hydroxide oder Oxide der Alkali-
oder Erdalkalimetalle; Natriumsilikate, Borate, Borax
und/oder Natriumperborat und/oder als Vorläufersubstanz hierzu
eingesetzt wird.
9. Wärmedämmkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß Borkarbid als Vorläufersubstanz für Boroxid eingesetzt wird.
10. Wärmedämmkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ge
kennzeichnet durch seine Ausbildung als Wärmedämmplatte
zur wärmedämmenden Lagerung einer elektrischen Heizwen
del, insbesondere für eine strahlungsbeheizte Kochplatte.
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