DE3626366A1 - In rollen- oder plattenform vorliegender mineralfaserfilz fuer die daemmung von heissen flaechen an waermetechnischen geraeten, sowie verfahren zu seiner herstellung und damit ausgeruestetes waermetechnisches geraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen in Rollen- oder Plattenform vorliegenden Mineralfaserfilz für die Dämmung von heißen Flächen an wärmetechnischen Geräten, wie Backröhren oder dergleichen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3 und ein damit ausgerüstetes wärmetechni­ sches Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Derartige Mineralfaserfilze werden bekanntlich dadurch hergestellt, daß Mineralschmelze in Zerfaserungsaggregaten zerfasert und auf einem Produktionsband abgelegt wird, wobei die auf das Produktionsband herabfallenden Fasern mit Bindemittel, in der Regel Phenolharz, besprüht werden. Auf dem Produktionsband bildet sich eine Faserschicht, die durch Walzen komprimiert wird, wobei in einem Tunnelofen das Bindemittel ausgehärtet wird. Je nach Kompressionsgrad und Bindemittelgehalt ergeben sich lockere, rollbare Filze mit geringer Rohdichte von beispielsweise 15 bis 30 kg/m³ oder dichtere, härtere Platten mit höheren Rohdichten bis 200 kg/m³ und mehr.

So hergestellte Mineralfaserfilze oder -platten werden zur Lösung der verschiedensten dämmtechnischen Probleme ein­ gesetzt und an den jeweiligen Einsatzzweck durch entspre­ chende Wahl der Rohdichte, des Bindemittelgehalts, der Ausrüstung usw. bestmöglich angepaßt. Soweit derartige Mineralfaserfilze für die Dämmung wärmetechnischer Geräte eingesetzt werden sollen, sind ihre genauen Eigenschaften im einzelnen mit dem Gerätehersteller abgestimmt und er­ folgt dessen Belieferung mit speziell für diesen gefer­ tigten Mineralfaserfilzen, die dann beim Gerätehersteller in die Geräte eingebaut werden.

Wenn nun ein solches Produkt, wie gattungsgemäß vorausge­ setzt ist, für die Dämmung von heißen Flächen an wärme­ technischen Geräten dient, so erfolgt im Betrieb des Ge­ räts erheblicher Wärmeeinfall an der der heißen Fläche zugewandten Seite des Mineralfaserfilzes. Wenn auch der Mineralfaserfilz entsprechend seiner Bestimmung gut dämmt und somit einen starken Temperaturabfall über seine Dicke erzeugt, so können die der heißen Fläche benachbarten Oberflächenbereiche doch Temperaturen von mehreren 100°C ausgesetzt sein. Die genaue Temperaturbelastung im Ein­ zelfall ist durch die Eigenschaften des Geräts bestimmt, für welches der Gerätehersteller das Mineralfaserprodukt bezieht. Üblicherweise verwendete Bindemittel wie Phenol­ harz sind aber nur gegen Temperaturen von 100 bis 200°C beständig, zersetzen sich also bei höheren Temperaturen. Dabei werden an sich unschädliche Gase frei, die aber ei­ nen zuweilen als unangenehm empfundenen Geruch erzeugen, so daß bei Inbetriebnahme neuer wärmetechnischer Geräte mit derartigen Dämmungen in der Anfangsphase derartige Gerüche unvermeidlich sind, bis das Bindemittel in den temperaturbelasteten Bereichen zersetzt ist und bei er­ neuter Temperaturbelastung keine Gase mehr freisetzt.

Um eine solche Geruchsbelästigung zu vermeiden, hat man bereits mit bindemittelfreien Mineralfaserfilzen gearbei­ tet, denen also im Fallschacht unterhalb des Zerfaserungs­ aggregates kein Bindemittel beigegeben wird. Stattdessen erfolgt die mechanische Verfestigung des Filzes durch Na­ deln, Steppen oder dergleichen.

Auf diese Weise läßt sich zwar die Geruchsbelästigung vermeiden, jedoch lassen sich solche Nadelfilze, Stepp­ matten oder dergleichen unter industriellen Fertigungsbe­ dingungen nur mit geringen Produktionsgeschwindigkeiten von beispielsweise 10 m/min herstellen, da die mechanische Einwirkung auf den Filz entsprechenden Zeitbedarf besitzt. Die üblichen Produktionsgeschwindigkeiten bei bindemit­ telhaltigen Mineralfaserfilzen liegen in der Größenordnung von 40 m/min und mehr, so daß eine wesentlich rationellere industrielle Fertigung möglich ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Mineralfaserfilz für die Dämmung wärmetechnischer Geräte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der bei Inbetriebnahme des zuvor unbenutzten wärmetechni­ schen Gerätes auftretende Geruchsbelästigungen auf einfa­ che Weise vermeidet bzw. drastisch vermindert, ohne daß hierfür von der bisher üblichen Art der industriellen Herstellung mit hoher Produktionsgeschwindigkeit abgewi­ chen werden muß.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Anspruchs 1.

Durch die Reduktion der Menge des in unzersetzter Form vorliegenden Bindemittels dort, wo der Mineralfaserfilz bestimmungsgemäß an der heißen Fläche des wärmetechnischen Gerätes anliegt, ergibt sich eine entsprechend verminderte Möglichkeit einer weiteren Zersetzung des Bindemittels. Dabei erfolgt auf jeden Fall eine Reduktion auf null an der heißen Seite des Filzes, um dort eine völlig binde­ mittelfreie Schicht bzw. äußerst bindemittelarme Zone ausreichender Tiefe zu schaffen, wobei unter "Bindemittel" in diesem Zusammenhang immer unzersetztes, also noch zer­ setzbares Bindemittel zu verstehen ist, welches bei Wär­ meeinwirkung Gase freisetzt.

Durch die praktisch völlige Abwesenheit zersetzungsfähigen Bindemittels in dem über die Temperaturbeständigkeit des Bindemittels hinaus wärmebelasteten Bereich an der heißen Fläche sind Geruchsbelästigungen vermieden. Da aber hierzu keinerlei mechanische Einwirkung auf den Filz bei der Pro­ duktion wie etwa Nadeln, Steppen oder dergleichen erfor­ derlich ist, kann mit unvermindert hoher Produktions­ geschwindigkeit gefertigt werden, so daß eine rationelle industrielle Massenfertigung bei günstigem Preis möglich ist, was gerade bei derartigen Massenprodukten herausra­ gende Bedeutung besitzt.

Durch die Maßnahmen des Anspruchs 2 wird bei üblichen or­ ganischen Bindemitteln wie Phenolharz trotz gegebenenfalls hoher Wärmeeinwirkung jegliche Zersetzung im Gerät mit Gewißheit ausgeschlossen, so daß absolute Geruchsfreiheit erzielt wird.

Zur Herstellung eines solchen Mineralfaserfilzes ist denkbar, den Bindemittelzusatz im Fallschacht unterhalb des Zerfaserungsaggregates derart zu beeinflussen, daß sich eine bindemittelfreie Oberflächenschicht ergibt, oder mit Fasern aus einer Mehrzahl hintereinandergeschalteter Zerfaserungsaggregate zu arbeiten, wobei die Fasern des in Produktionsrichtung letzten Zerfaserungsaggregates ohne Bindemittel abgelegt werden. Abgesehen davon, daß hier­ durch in den eigentlichen Produktionsprozeß eingegriffen wird, was bei derartigen, herstellungstechnisch diffizilen Produkten immer problematisch ist, läßt sich hierdurch in der Praxis eine völlige Bindemittelfreiheit der zur Anlage an die heiße Fläche vorgesehenen Oberflächenschicht nicht immer zuverlässig erreichen, so daß doch Geruchsbelästi­ gungen, wenn auch etwas vermindert oder kürzer, auftreten können.

Bevorzugt ist daher gemäß Anspruch 3, den Mineralfaserfilz in der üblichen Weise mit Bindemittelzusatz herzustellen und sodann im Zuge der Produktion die Oberfläche der Mi­ neralfaserbahn einer Wärmeeinwirkung auszusetzen, welche an der Oberfläche der Mineralfaserbahn bevorzugt eine Oberflächentemperatur von wenigstens 500°C erzeugt. Durch eine solche Wärmeeinwirkung wird das Bindemittel bis in eine gewünschte Tiefe zersetzt oder ausgebrannt. Besonders zweckmäßig erfolgt ein solches Ausbrennen und Zersetzen des Bindemittels in einem Oberflächenbereich zusätzlich zu einer für diesen Oberflächenbereich verminderten Binde­ mittelzugabe, was im Hinblick auf den geringeren Binde­ mitteleinsatz entsprechend kostengünstiger ist. Im Hin­ blick auf das nachfolgende Ausbrennen braucht aber kein besonderer Aufwand getrieben zu werden, um bereits bei der Ablage der Fasern eine fast bindemittelfreie Zone zu er­ zielen, sondern kann eine Reduktion der Bindemittelzugabe auf die oberflächenseitigen Fasern in dem Umfang erfolgen, in dem keinerlei Störungen des Produktionsbetriebes zu erwarten sind.

Die für das vollständige Ausbrennen des oberflächenseiti­ gen Bindemittels erforderliche Wärmeeinwirkung erfolgt gemäß Anspruch 4 zweckmäßig unterhalb einer Temperatur, welche der Sinterungstemperatur der Mineralfasern ent­ spricht. Auf diese Weise kann die Wärmeeinwirkung ohne Beeinflussung der Mineralfasern in der Weise und über ei­ nen solchen Zeitraum erfolgen, daß zuverlässig sämtliches gewünschte Bindemittel ausgebrannt wird, ohne daß eine Änderung der Konsistenz der Mineralfasern befürchtet wer­ den muß.

Besonders zweckmäßig erfolgt gemäß Anspruch 5 in einem zweiten Schritt eine lediglich kurzzeitige Wärmeeinwir­ kung, die eine über der Erweichungstemperatur der Fasern liegende Temperatur erzeugt. Hierdurch werden die ober­ flächenseitigen Fasern an ihren Berührungsstellen mitein­ ander verschweißt und wird die Oberfläche geglättet und stabilisiert. Auch nach Entfernung des Bindemittels in diesem Bereich ergibt sich damit eine in jedem Fall aus­ reichende Oberflächenverfestigung des Mineralfaserfilzes, so daß dieser bei der Handhabung gegenüber einer voll durchgehärteten Platte oder dergleichen keine Nachteile wie größere Beschädigungsanfälligkeit usw. zeigt.

Die vorliegende Erfindung manifestiert sich auch in einem mit einem solchen Mineralfaserfilz gedämmten wärmetechni­ schen Gerät, das bei erstmaliger Inbetriebnahme geruchfrei bleibt. Ein solches wärmetechnisches Gerät ist in den Ansprüchen 6 und 7 angegeben.

Aus der DE-OS 35 04 873 ist es bereits bekannt, Bindemit­ tel aus einer bindemittelhaltigen Mineralfaserbahn selek­ tiv durch Wärmeeinwirkung zu entfernen. Hierbei handelt es sich jedoch um die Herstellung von Isolierplatten für Kellergeschoßwände, die durch Imprägnierung hydrophob ausgerüstet sind. Zur Schaffung von Drainagekanälen im Mi­ neralfasermaterial für einen Wasserablauf wird das Impräg­ niermittel durch Wärmeeinwirkung örtlich beseitigt und dabei auch das Bindemittel zersetzt. Es handelt sich hier somit zwar um eine ähnliche Behandlung eines Mine­ ralfaserfilzes, jedoch ist der bestimmungsgemäße Einsatz dieses Mineralfaserfilzes nicht mit dem erfindungsgemäßen Einsatz in wärmetechnischen Geräten vergleichbar und wer­ den gänzlich andere Wirkungen erzielt und angestrebt, die nur für den andersartigen Einsatzfall, nicht aber im Rah­ men der Erfindung Bedeutung besitzen.

Ähnlich ist es aus der DE-OS 31 47 316 bekannt, auf einem bindemittelhaltigen Mineralfaserfilz eine bindemittelfreie Oberflächenschicht zu erzeugen, die dann jedoch mit einer Kaschierung versehen wird und einer Brandschachtprüfung nach DIN 4102, Teil 1 unterzogen werden muß. Hierbei geht es um das Problem, daß beim Aufbringen der Kaschierung mit einem organischen Bindemittel der Bindemittelgehalt der der Kaschierung benachbarten Mineralfaserschicht zu einer lokal zu starken Belastung mit organischen Materialien führt, um im Brandschachtversuch eine Einstufung in Klasse A1 (nicht brennbar) zu ermöglichen. Statt einer Verminde­ rung der lokalen organischen Belastung durch Verwendung eines anorganischen Klebers für die Kaschierung wird vor­ geschlagen, das Bindemittel aus dem benachbarten Oberflä­ chenbereich der Mineralfaserbahn zu entfernen. Derartige Überlegungen im Zusammenhang mit dem Brandverhalten von im Hochbau zu verwendenden Baustoffen sind jedoch dem Einsatzfeld von Mineralfaserfilzen zur Wärmedämmung in wärmetechnischen Geräten gänzlich fremd, da es sich hier nicht um Baumaterialien handelt, deren Verhalten im Brandfall von sicherheitstechnischer Bedeutung ist. Somit kann erfindungsgemäß zwar auf insoweit bekannte Techniken zur lokalen Beseitigung des Bindemittelgehalts zurückge­ griffen werden, jedoch in einem gänzlich anders gearteten Einsatzfall und zu ganz anderen Zwecken.

Aus der US-PS 43 81 330 schließlich ist es bekannt, die Oberfläche eines Mineralfaserfilzes einer Wärmebehandlung bis über die Erweichungstemperatur der Mineralfasern hin­ aus auszusetzen, um ohne Verwendung einer Kaschierung dort eine mechanisch stabilisierte Oberfläche zu erzielen. Ein solches Vorgehen kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls genutzt werden, jedoch wird nach der Lehre der US-PS 43 81 330 der Mineralfaserfilz bindemittelfrei her­ gestellt, sodann genadelt, was eine entsprechende Vermin­ derung der Produktionsgeschwindigkeit mit sich bringt, und anschließend der Wärmeeinwirkung ausgesetzt, wonach erst eine Imprägnierung des fertigen Filzes mit Bindemittel erfolgt. Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung ent­ sprechend Anspruch 5 eine Erwärmung der Mineralfasern über ihren Erweichungspunkt hinaus erfolgt, so liegt der Mineralfaserfilz bindemittelhaltig und ohne mechanische Bearbeitung wie Nadelung, jedoch bereits mit oberflächen­ seitig ausgebranntem Bindemittel vor, und wird in einem letzten Schritt einer solchen zusätzlichen Wärmeeinwirkung zur Verfestigung der Oberfläche unterzogen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Backröhre mit teilweise ausgeschnitten dargestellter Umfangswand und

Fig. 2 den ausgeschnittenen Wandbereich aus Fig. 1 im Schnitt und in vergrößerter Darstellung.

In der Zeichnung ist mit 1 ein wärmetechnisches Gerät wie eine Backröhre oder dergleichen bezeichnet, von dem ledig­ lich eine Wand 2 dargestellt ist, welche eine äußere heiße Fläche 3 besitzt. Diese ist beispielsweise gegenüber einer mit 4 bezeichneten Gehäuseaußenwand des wärmetechnischen Gerätes 1 auf engem Raum derart zu dämmen, daß die Außen­ seite der Gehäuseaußenwand 4 keine für die Benutzung des wärmetechnischen Gerätes 1 zu hohe Temperatur besitzt.

Zu diesem Zweck ist zwischen die Wand 2 und die Gehäu­ seaußenwand 4 ein Mineralfaserfilz 5 eingesetzt, über dessen veranschaulichten Querschnitt ein entsprechend steiler Temperaturabfall zu seiner an der Gehäuseaußen­ wand 4 anliegenden Oberfläche 8 hin erfolgt, wie dies be­ kannt und üblich ist.

Der Mineralfaserfilz 5 ist in der üblichen Weise mit Phe­ nolharz als organischem Bindemittel hergestellt, welches bei üblichen Mineralfaserfilzen im wesentlichen homogen verteilt angeordnet ist. Wenn nun die Temperatur der heis­ sen Fläche 3, deren Höchstwert durch den bestimmungsgemäs­ sen Gebrauch des wärmetechnischen Gerätes 1 festliegt, einen Wert von über etwa 200°C erreicht, so ist der Wär­ meeinfall in den mit 6 bezeichneten, der heißen Fläche 3 benachbarten Oberflächenbereich des Mineralfaserfilzes 5 so stark, daß dort vorliegendes Bindemittel zersetzen würde. Hierbei werden an sich unschädliche, jedoch als geruchsbelästigend empfundene Gase freigesetzt.

Um dies zu vermeiden, ist der Mineralfaserfilz 5 im Zuge seiner Produktion beim Mineralfaserhersteller im Bei­ spielsfalle einer Wärmeeinwirkung an seiner mit 7 be­ zeichneten Oberfläche des Oberflächenbereiches 6 ausge­ setzt worden, welche dort zu einer entsprechenden Zerset­ zung des dort vorliegenden Bindemittels führt. Alternativ oder unterstützend kann auch im Rahmen des Ablegens der Fasern eine Oberflächenschicht verminderten Bindemittel­ gehaltes erzeugt werden. Dies hat in jedem Fall zur Folge, daß der Oberflächenbereich 6 bis zu der strichpunktiert veranschaulichten Linie 9 praktisch frei von organischem Bindemittel ist, wenn der Mineralfaserfilz 5 in das wär­ metechnische Gerät 1 eingebaut wird. Unter Berücksichti­ gung der bekannten maximalen Wärmeeinwirkung von der heis­ sen Fläche 3 her und des Temperaturabfalls im Mineralfa­ serfilz 5 ist die mit t bezeichnete Tiefe des Oberflä­ chenbereiches 6 bis zu der veranschaulichten strichpunk­ tierten Linie 9 so gewählt, daß an der Linie 9 lediglich noch eine Temperatur von 150°C oder weniger vorliegt, so daß die in der Zeichnung unterhalb der Linie 9 liegenden Bereiche des Mineralfaserfilzes 5 keiner Temperaturein­ wirkung ausgesetzt sind, welche das dortige Bindemittel unter Geruchsbelästigung zersetzen würde.

Auf diese Weise ist die Geruchsbelästigung bei der ersten Inbetriebnahme des wärmetechnischen Gerätes auf einfache und sichere Weise vermieden.

Selbstverständlich führt die Entfernung des Bindemittels im Oberflächenbereich 6 zu einer entsprechenden Verminde­ rung der dortigen Bindekräfte. Wo dies bei der Handhabung oder bei der Montage etwa durch Beschädigungsanfälligkeit des Oberflächenbereiches 6 stört, kann im Anschluß an die Entfernung des Bindemittels eine weitere Wärmebehandlung der Oberfläche des Oberflächenbereichs 6 mit einer Tempe­ ratur vorgenommen werden, die oberhalb der Erweichungs­ temperatur der Mineralfasern liegt. Hierdurch werden die oberflächenseitigen Mineralfasern angeschmolzen, verbinden sich miteinander und bilden eine relativ feste, abriebfe­ ste und stabile Oberfläche ohne Verwendung eines organi­ schen Bindemittels.

Da die Technik der oberflächenseitigen Entfernung von Bindemittel aus Mineralfaserfilzen, wenn auch zu ganz an­ deren Zwecken und für ganz andere Einsatzfälle, an sich bekannt ist, ebenso wie die oberflächenseitige Verfesti­ gung durch Erweichung der Mineralfasern etwa durch Flamm­ strahlen, kann auf eine nähere Erläuterung und Darstellung dieser Techniken verzichtet werden.

Claims (7)

1. In Rollen- oder Plattenform vorliegender Mineralfa­ serfilz (5) für die Dämmung von heißen Flächen (3) an wärmetechnischen Geräten (1), wie Backröhren oder dergleichen, welcher ein organisches Bindemittel aufweist, dessen Temperaturbeständigkeit durch die Temperatur der heißen Fläche (3) überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das in unzersetzter Form vorliegende Bindemittel des Mineralfaserfilzes (5) von der in Bezug auf die heiße Fläche (3) abgewandten Oberfläche (8) bis zu der für das Anliegen an die heiße Fläche (3) vorgesehenen Oberfläche (7) bis auf den Wert null reduziert ist.

2. Mineralfaserfilz (5) nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das in unzersetzter Form vorliegende Bindemittel an der für das Anliegen an die heiße Fläche (3) vorgesehenen, vorzugsweise unkaschierten Oberfläche (7) des Mineralfaserfilzes (5) mindestens bis in eine solche Tiefe (t) auf null reduziert ist, in der beim bestimmungsgemäßen Gebrauch eine Tempe­ ratur von ca. 150°C oder weniger vorliegt.

3. Verfahren zur Herstellung eines Mineralfaserfil­ zes (5) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mineral­ fasern unter gleichmäßigem oder stufenweisem Zusatz des organischen Bindemittels auf einem Produktions­ band zu einer Matte mit gleichmäßigem oder dickenmäs­ sig abnehmendem Bindemittelgehalt abgelegt und ver­ dichtet werden sowie das Bindemittel ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (7) der Mineralfaserbahn nach der Aushärtung des Binde­ mittels einer Wärmeeinwirkung ausgesetzt wird, die eine Oberflächentemperatur auf der Mineralfaserbahn von vorzugsweise wenigstens 500°C erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeeinwirkung eine Temperatur erzeugt, die unterhalb der Sinterungstemperatur der Mineralfasern liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem zweiten Schritt eine Wär­ meeinwirkung erfolgt, bei der kurzzeitig eine über der Erweichungstemperatur der Fasern liegende Tempe­ ratur erzeugt wird.

6. Wärmetechnisches Gerät (1), insbesondere Backröhre oder dergleichen, mit einer an heißen Flächen (3) anliegenden Dämmung aus ein organisches Bindemittel enthaltendem Mineralfaserfilz (5), dadurch gekenn­ zeichnet, daß das in unzersetzter Form vorliegende Bindemittel des Mineralfaserfilzes (5) von der in Bezug auf die heiße Fläche (3) abgewandten Oberflä­ che (8) bis zu der an der heißen Oberfläche (3) an­ liegenden Oberfläche (7) bis auf den Wert null redu­ ziert ist.

7. Gerät (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das in unzersetzter Form vorliegende Bindemittel an der an der heißen Fläche (3) anliegenden, vor­ zugsweise unkaschierten Oberfläche (7) des Mineral­ faserfilzes (5) mindestens bis in eine solche Tie­ fe (t) auf null reduziert ist, in der beim bestim­ mungsgemäßen Gebrauch des Geräts (1) eine Temperatur von ca. 150°C oder weniger vorliegt.