DE3533805C2 - Verfahren zur Herstellung von Isolierscheiben mit hoher Wärme- und/oder Schallisolierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochwärme- und/oder schallisolierender 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 da­ durch begrenzt. Zur Erhöhung der Isolierwirkung sind bereits ver­ schiedene Vorschläge erfolgt.

Eine Möglichkeit ist, zwischen die Scheiben noch zusätzlich iso­ lierend wirkendes Material einzubringen, wie z. B. kugelförmiges SiO₂-Aerogel, vgl. EP 000 3417 A1.

Ein solches Aerogel erhält man z. B. durch überkritische Trocknung von SiO₂-Hydrogelen, die z. B. durch Hydrolyse von Wasserglas her­ gestellt 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 Sus­ pension vorliegende Hydrogel, auch Lyogel genannt, bei Normaltem­ peratur (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 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 über­ kritischem Methanol, wie z. B. beschrieben in der US-PS 2 093 454 und der EP 18 955 A1, erfolgen. Ein anderes mögliches Trocknungs­ verfahren, bei dem man SiO₂-Aerogel einer höheren Dichte erhält, beruht auf einem successiven Lösungsmittelaustausch am Hydrogel von wassermischbaren zu mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmit­ teln und anschließender Entfernung des Lösungsmittels bei Normal­ druck und erhöhter Temperatur. Letztgenanntes Verfahren ist in der DE 30 25 437 A1 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 3 672 833 be­ schrieben, polykondensiert werden.

Eine andere Möglichkeit, die Isolierung zu erhöhen, ist, den Raum zwischen den Scheiben mindestens teilweise 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 ab­ gefangen wird. Die Stege oder Stützen wirken jedoch für den Wärmetransport als Brücken und erhöhen so wieder den unerwünsch­ ten Wärme- oder Schallübergang.

Man kann auch die sehr gut wärme- und schallisolierenden Aerogel­ kügelchen als Stützkörper zwischen die Scheiben einfüllen und dann zumindest teilweise evakuieren.

Die Aerogelkügelchen sind aber nur begrenzt gegen Druck bestän­ dig. Es kommt auf ihre Dauer-Stabilität an und darauf, daß sie den auf die Scheiben wirkenden Luftdruck gegenüber dem luftver­ dünnten Zwischenraum aushalten und verteilen. Außerdem müssen die Kügelchen so eingefüllt sein, daß sie gegeneinander nicht ver­ schiebbar sind. Durch Erschütterungen, Stöße oder Schläge besteht die Gefahr, daß diese Kügelchen durch die so erfolgende zeitlich und örtlich erhöhte Druckbeanspruchung zumindest teilweise zer­ brechen 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.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine andere Möglich­ keit zur Erhöhung der Isolierwirkung zu entwickeln, die die be­ schriebenen Schwierigkeiten beseitigt.

Es wurde nun gefunden, daß man diese schwerwiegenden Nachteile bei der Herstellung hochisolierender, zumindest teilweises Vakuum enthaltender Isolierscheiben verhindern kann, wenn man Isolier­ scheiben 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 Abdich­ tungen 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 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 Druckaus­ gleich 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 Ver­ wendung eines luft- bzw. gasverdünnten Raumes und zusätzlichen Isolier­ materials 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 gegenein­ ander verschieben.

Als Füllmaterial kommen vorzugsweise Aerogele und diese wiederum bevor­ zugt in Kügelchen-Form in Frage. Diese können entsprechend dem Schei­ ben- 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 Glas, 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 erfin­ dungsgemäße 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 verschie­ denen Kunststoffen verwenden, z. B. aus glasklarem Polystyrol und seinen Copolymerisaten, aus PVC. Polymethacrylat. Polycarbonat oder Polyuretha­ nen. Man kann auch schwach opake Scheiben verwenden, z. B. aus Kunststof­ fen wie Polyolefinen, Polyamid.

Als Folien kommen Kunststoffolien in Frage, die vorzugsweise etwas Dehn­ elastizität 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, Polyethylen­ terephthalat oder Folien, die auf Fluorolefinbasis und deren Mischpoly­ merisaten 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 Isolier­ glasscheiben 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 (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Isolierscheiben, bestehend aus mindestens zwei im Abstand von 5 bis 50 mm parallel angeord­ neten etwa gleich großen Scheiben, die an den Kanten luft- bzw. gasdicht in an sich bekannter Weise verbunden sind, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Innenseiten der Scheiben lose luft- bzw. gasundurchlässige Folien angelegt werden, die mit den Abdichtungen an den Scheibenkanten luft- bzw. gas­ dicht verbunden werden, der Raum zwischen den Folien mit Aerogelkügelchen ausgefüllt wird, dieser Raum völlig luft- bzw. gasdicht verschlossen wird, mittels einer Sonde im ge­ wünschten 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 und an­ schließend die Öffnung an der Evakuierungsstelle vakuumdicht und der mit inertem Gas gefüllte Zwischenraum zwischen den Scheiben und Folien gasdicht verschlossen wird, bzw. der mit Luft gefüllte Zwischenraum zwischen den Scheiben und Folien, gegebenenfalls über ein Trockenmittel, mit der Außenluft ver­ bunden bleibt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Scheiben solche aus Glas oder Kunststoff, wie Poly­ olefine, Polyamid, PVC, Polystyrol und seine Copolymerisate, Polymethacrylat, Polyurethan, Polyethylenterephthalat, Poly­ carbonat verwendet.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man durchsichtige und/oder glasklare Scheiben verwendet.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man als Folien Kunststoffolien aus PVC, Poly­ olefinen, Polyamid, Polyurethanen, Polycarbonat, Polyethylen­ terephthalat verwendet.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man glasklare oder nur schwach opakte Folien verwendet.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man Aerogele in Kugelform verwendet, die trans­ parent bis opak sind.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man Aerogele aus SiO₂ verwendet.