DE3533805A1 - Isolierscheiben - Google Patents

Isolierscheiben

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Description

Die Erfindung betrifft hochwärme- und/oder schallisolierende Scheiben.
Isolierscheiben bestehen bislang aus 2 oder 3 Glasscheiben, die im Abstand von 10 bis 30 mm angeordnet sind und an den Kanten mit einem luftundurchlässigen oft noch feuchtigkeitsabsorbierende Substanzen enthaltendem Material fest miteinander verbunden sind. Zwischen den Scheiben befindet sich meist Luft oder ein inertes Gas von normalem Druck. Die Isolierfähigkeit beruht auf der Isolierwirkung eines ruhenden Luft- oder Gasraumes und ist dadurch begrenzt.
Es war nun wünschenswert und es bestand die Aufgabe, die Isolierwirkung zu erhöhen.
Eine Möglichkeit wäre, zwischen die Scheiben noch zusätzlich isolierend wirkendes Material einzubringen, wie z. B. kugelförmiges SiO2-Aerogel. Ein solches Aerogel erhält man z. B. durch überkritische Trocknung von SiO2- Hydrogelen, die z. B. durch Hydrolyse von Wasserglas hergestellt werden. Eine mögliche Ausführungsform der überkritischen Trocknung ist folgende: Das wasserfeuchte Hydrogel wird in einem Druckbehälter mit Methanol gewaschen bis das Wasser weitestgehend entfernt ist. Anschließend wird durch das in methanolischer Suspension vorliegende Hydrogel, auch Lyogel genannt, bei Normaltemperatur (20 bis 25°C) und 80 bar flüssiges CO2 gepreßt und dadurch die methanolische Phase gegen flüssiges CO2 ausgetauscht. Danach wird der Druckbehälter unter Begrenzung des Drucks auf 80 bar und auf 60°C erwärmt. Das CO2 geht dabei in den überkritischen Zustand über und wird dann isotherm entspannt. Anschließend wird noch bei 50 bis 85°C mit Stickstoff gespült. Die überkritische Trocknung der SiO2-Hydrogelkugeln zum Aerogel kann aber auch aus überkritischem Methanol, wie z. B. beschrieben in der US-PS 20 93 454 und der EP-OS 18 955 erfolgen. Ein anderes mögliches Trocknungsverfahren, bei dem man SiO2- Aerogel einer höheren Dichte erhält, beruht auf einem successiven Lösungsmittelaustausch am Hydrogel von wassermischbaren zu mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln und anschließender Entfernung des Lösungsmittels bei Normaldruck und erhöhter Temperatur. Letztgenanntes Verfahren ist in der DE-OS 30 25 437 beschrieben.
Als Ausgangsmaterial für die Herstellung des SiO2-Hydrogels können selbstverständlich auch Kieselsäureorthoester verwendet und durch Hydrolyse im Sol-Gel-Prozess, wie z. B. in US-PS 36 72 833 beschrieben, polykondensiert werden.
Eine andere Möglichkeit, die Isolierung zu erhöhen, ist, den Raum zwischen den Scheiben mindestenssteilweise zu evakuieren, da ein luftverdünnter Raum eine zusätzliche Wärme- und Schallisolierung bringt. Voraussetzung für einen luftverdünnten Raum zwischen den Scheiben ist, daß durch geeignete Stege oder Stützen zwischen den Scheiben, der auf den Scheiben lastende (Atmosphären-) Druck abgefangen wird. Die Stege oder Stützen wirken jedoch für den Wärmetransport als Brücken und erhöhen so wieder den unerwünschten Wärme- oder Schallübergang. Man kann auch die sehr gut wärme- und schallisolierenden Aerogelkügelchen als Stützkörper zwischen die Scheiben einfüllen und dann zumindest teilweise evakuieren. Die Aerogelkügelchen sind nur begrenzt gegen Druck beständig. Es kommt auf ihre Dauer-Stabilität an und darauf, daß sie den auf die Scheiben wirkenden Luftdruck gegenüber dem luftverdünnten Zwischenraum aushalten und verteilen. Außerdem müssen die Kügelchen so eingefüllt sein, daß sie gegeneinander nicht verschiebbar sind. Durch Erschütterungen, Stöße oder Schläge besteht die Gefahr, daß diese Kügelchen durch die so erfolgende zeitlich und örtlich erhöhte Druckbeanspruchung zumindest teilweise zerbrechen und so nicht mehr im gewünschten Maße als Stütze wirken. Die Scheiben können dann unter der Wirkung des Außendruckes, im Falle von Glasscheiben brechen und splittern. Kunststoffscheiben erleiden Verbiegungen.
Es wurde nun gefunden, daß man diese schwerwiegenden Nachteile bei der Herstellung hochisolierender, zumindest teilweises Vakuum enthaltender Isolierscheiben verhindern kann, wenn man Isolierscheiben herstellt, bestehend aus mindestens zwei im Abstand von 5 bis 50 mm parallel angeordneten etwa gleich großen Scheiben, die an den Kanten luft- bzw. gasdicht in an sich bekannter Weise verbunden sind, bei denen an den Innenseiten der Scheiben lose luft- bzw. gasundurchlässige Folien anliegen, die mit den Abdichtungen an den Scheibenkanten luft- bzw. gasdicht verbunden sind, der Raum zwischen den Folien mit Aerogelkügelchen ausgefüllt ist, dieser Raum völlig luft- bzw. gasdicht verschlossen wird, dann mittels einer geeigneten Vorrichtung (Sonde) im gewünschten Maße evakuiert wird und dabei gleichzeitig zwischen den Folien und den Scheiben durch eine oder mehrere Öffnungen oder Sonden Luft oder ein inertes Gas zugeführt wird. Die Öffnung an der Evakuierungsstelle wird dann vakuumdicht verschlossen. Die Öffnungen zwischen den Scheiben und Folien bleiben erhalten und verbinden so diesen Raum, gewünschtenfalls über ein Trockenmittel, mit der Außenluft, so daß ein Druckausgleich gegeben ist. In einer anderen Ausführungsform kann man aber auch zur Füllung des Raumes zwischen den Folien und den Scheiben als inertes Gas ein schwer diffundierendes Gas, wie z. B. Schwefelhexafluorid, vorzugsweise unter Normaldruck verwenden und diesen Raum nach außen gasdicht verschließen. Durch die Erfindung wird der Außendruck auf die Scheiben aufgrund des evakuierten Innenraums genommen und die Isolierwirkung der Isolierscheiben durch Verwendung eines luft- bzw. gasverdünnten Raumes und zusätzlichen Isoliermaterials zwischen den Scheiben deutlich vergrößert.
Durch die Verwendung der Folien wird der durch das Evakuieren entstehende Druck auf die Kügelchen stark verringert: Die Folien tangieren nicht nur die Kügelchen, wie es bei einer Kugel auf einer Ebene an der sehr kleinen Berührungsstelle der Fall ist, z. B. gegenüber Glas, sondern legen sich auch in einem gewissen Ausmaße teilweise um die Kügelchen. Durch die größere Berührungsfläche wird der Außendruck viel besser aufgefangen und verteilt. Bei Verwendung der Zwischenfolien und der Evakuierung werden die Kügelchen in ihrer Lage fixiert und können sich nicht mehr gegeneinander verschieben.
Als Füllmaterial kommen vorzugsweise Aerogele und diese wiederum bevorzugt in Kügelchen-Form in Frage. Diese können entsprechend dem Scheiben- bzw. Folienabstand einen Durchmesser von 0,5 bis 15 mm, vorzugsweise 2 bis 10 mm haben. Bei der Anwendung kann der Durchmesser der Kügelchen in diesem Bereich weit schwanken, er kann aber auch eng begrenzt sein. Man kann statt Aerogelen auch Aerosil verwenden.
Die nach den zuvor genannten Verfahren hergestellten Aerogelkügelchen sind von Natur aus transparent bis schwach opak. Die mit diesem Material erhaltenen Isolierscheiben sind nicht ganz transparent und in ihrer Optik mit lichtstreuendem Gas, z. B. Milchglas oder in der Durchsicht durch entsprechende Strukturierung gehindertes Glas zu vergleichen. Auf vielen Anwendungsgebieten, auf denen durch ungehinderten Strahlungseinfall Schlagschatten vermieden werden soll, wie z. B. Sporthallen, Treibhäusern, Werkshallen in der Industrie und Messe- oder Museumshallen ist das erfindungsgemäße Isoliersystem sehr gut zu verwenden.
Als Scheiben kommen vorzugsweise Glasscheiben in Frage, die in üblichen verschiedenen Dicken verwendet werden. Für spezielle Anwendungszwecke kann man auch Glasverbundscheiben oder Kunststoffscheiben aus verschiedenen Kunststoffen verwenden, z. B. aus glasklarem Polystyrol und seinen Copolymerisaten, aus PVC, Polymethacrylat, Polycarbonat oder Polyurethanen. Man kann auch schwach opake Scheiben verwenden, z. B. aus Kunststoffen wie Polyolefinen, Polyamid.
Als Folien kommen Kunststoffolien in Frage, die vorzugsweise etwas Dehnelastizität besitzen und die in entsprechender Dicke, wie z. B. über 15 µm, luft- bzw. gasundurchlässig und vakuumdicht sind, z. B. Folien aus PVC, Polyolefinen, Polyamid, Polyurethanen, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat oder Folien, die auf Fluorolefinbasis und deren Mischpolymerisaten aufgebaut sind, wie z. B. Polyvinylfluoriden. Diese Folien können schwach opak oder volltransparent sein.
Die Verbindung der Scheiben miteinander, ihre Fixierung zueinander und gleichzeitig die Fixierung der Folien kann mit den üblichen bei Isolierglasscheiben angewandten Mitteln und Vorrichtungen geschehen. Die Folien kann man an den Scheibenkanten und den dort befindlichen Abstandhaltern z. B. durch Verkleben fixieren. Man kann aber auch die Folien an den Enden miteinander verschweißen und gewünschtenfalls diese Schweißnaht in das Dichtungsmaterial zwischen den Scheibenkanten einarbeiten. An den für die Evakuierung zwischen den Folien vorgesehenen Stellen kann man plastisch- elastisches Material oder Metall, wie Bleilot verwenden, das sich nach Entfernen der Evakuierungssonde entweder selbsttätig verschließt oder verlötet wird. Zusätzlich können diese Stellen erforderlichenfalls durch plastisches Material luftdicht verschlossen werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Isolierscheiben, bestehend aus mindestens zwei im Abstand von 5 bis 50 mm parallel angeordneten etwa gleichgroßen Scheiben, die an den Kanten luft- bzw. gasdicht in an sich bekannter Weise verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den Innenseiten der Scheiben lose luft- bzw. gasundurchlässige Folien anliegen, die mit den Abdichtungen an den Scheibenkanten luft- bzw. gasdicht verbunden sind, der Raum zwischen den Folien mit Aerogelkügelchen ausgefüllt ist, dieser Raum völlig luft- bzw. gasdicht verschlossen wird, dann mittels einer geeigneten Vorrichtung (Sonde) im gewünschten Maße evakuiert wird und dabei gleichzeitig zwischen den Folien und den Scheiben durch eine oder mehrere Öffnungen oder Sonden Luft oder ein inertes Gas zugeführt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung an der Evakuierungsstelle vakuumdicht verschlossen wird, während die Öffnungen zwischen den Scheiben und Folien, gegebenenfalls über ein Trockenmittel, mit der Außenluft verbunden bleiben.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Scheiben solche aus Glas oder Kunststoff, wie Polyolefine, Polyamid, PVC, Polystyrol und seine Copolymerisate, Polymethacrylat, Polyurethan, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat verwendet.
4. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man durchsichtige und/oder glasklare Scheiben verwendet.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Folien Kunststoffolien aus PVC, Polyolefinen, Polyamid, Polyurethanen, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat verwendet.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man glasklare oder nur schwach opake Folien verwendet.
7. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Aerogele in Kugelform verwendet, die transparent bis opak sind.
8. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man Aerogele aus SiO2 verwendet.
9. Isoliersystem, hergestellt gemäß den Ansprüchen 1 bis 8.
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