DE3916810A1 - Waermeisolierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeisolierung für große Tempe­ raturunterschiede zwischen warmer und kalter Seite.

Derartige Wärmeisolierungen sind beispielsweise bei Tief­ temperaturbehältern oder Strömungs- oder Windkanälen ein­ setzbar, die zur Verbesserung des Abbildungsverhältnisses bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise bei Temperatur von flüssigem Stickstoff betrieben werden. In diesem Falle ist die Wärmeisolierung innen auf der Kanalwandung angeord­ net, und die kalte Innenseite der Wärmeisolierung befindet sich auf der Temperatur von flüssigem Stickstoff, während sich die mit der Beton- oder Stahlwandung des Windkanals verbundene Außenseite der Wärmeisolierung etwa auf Raum­ temperatur befindet. Bei derartigen Wärmeisolierungen treten beim Abkühlen, insbesondere bei häufigen Temperaturwechsel­ belastungen, Spannungen in der Wärmeisolierung auf, die daraus resultieren, daß sich die Wärmeisolierung bei Abküh­ lung auf der kalten Seite zusammenzieht, während die warme Seite im wesentlichen ihr Volumen beibehält. Hierdurch tre­ ten thermomechanische Spannungen im System auf. Wenn die Spannungen im Isoliermaterial die Bruchspannung des Materials übersteigen, kommt es zu Brüchen und Rissen im Material. In diesen Rissen treten außerdem unerwünschte Kon­ vektions- und Diffusionsströmungen auf.

Aus der DE-OS 25 55 618 ist eine Wärmeisolierung für Tief­ temperaturbehälter aus mehreren wärmeisolierenden Schaum­ stoffschichten bekannt, bei welcher zwischen zwei wärmeiso­ lierenden Schaumstoffschichten eine flexible Gewebeschicht vorgesehen ist. Durch diese Gewebeschicht ist es zwar gege­ benenfalls möglich, die Ausbreitung und Übertragung eines Wärmedehnungsrisses von einer Schaumstoffschicht der Wär­ meisolierung in die benachbarte Schaumstoffschicht zu ver­ hindern; durch die Gewebeschicht kann es jedoch in den mit dem Gewebe verklebten Schaumstoffschichten zu Spannungsris­ sen kommen.

Aus der DE-PS 30 42 374 ist eine Wärmedämmung für große Tem­ peraturintervalle bei niedrigen Temperaturen bekannt, die aus mehreren Schaumstoffschichten besteht, von denen wenig­ stens die kälteste aus einer Mehrzahl von durch mit elasti­ schem Isoliermaterial ausgefüllte Fugen voneinander getrenn­ ten Platten besteht. Die einzelnen Schaumstoffschichten sind stoffschlüssig miteinander verbunden, wobei sich wenigstens zwischen den beiden kältesten Schaumstoffschichten eine mit den beiden Schaumstoffschichten stoffschlüssig verbundene Zwischenschicht aus flexiblem Material erstreckt. Die Zwi­ schenschicht ist schubweich, d. h. sie soll so flexibel sein, daß sie die Übertragung von Schubspannung zwischen den bei­ den benachbarten Schaumstoffschichten im wesentlichen ver­ hindert. Die Mindestdicke der Zwischenschicht muß 5% der Gesamtdicke der beiden durch die Zwischenschicht verbundenen Schaumstoffschichten betragen, um sicherzustellen, daß die beiden benachbarten Schaumstoffschichten bezüglich der Über­ tragung von Schubspannungen weitgehend voneinander entkop­ pelt sind. Die Zwischenschicht besteht vorzugsweise eben­ falls aus einem Material mit guten Dämm- bzw. Isoliereigen­ schaften. Bevorzugte Materialien für die Zwischenschicht sind elastifizierter Polystyrolschaum oder Silikonschaum.

Mit der Wärmedämmung gemäß DE-PS 30 42 374 sollen die be­ nachbarten Schaumstoffschichten hinsichtlich der Übertragung von Schubspannungen weitgehend entkoppelt, die Entstehung von Spannungshäufungen in der Zwischenschicht verhindert und allgemein die Bildung von Wärmedehnungsrissen vermieden wer­ den.

Die Wärmedämmung gemäß DE-PS 30 72 374 mag zwar die Bildung von Wärmedehnungsrissen auch bei großen Temperaturinterval­ len bei niedrigen Temperaturen verhindern, sie ist jedoch allenfalls für drucklose Anwendungen geeignet. Eine Druckbe­ aufschlagung der Wärmedämmung sowie die dabei auftretenden Probleme sind in der DE-PS 30 42 374 nicht angesprochen, und die für die Zwischenschicht genannten Materialien, nämlich elastifizierter Polystyrolschaum oder Silikonschaum sind für eine Druckbeaufschlagung der Wärmedämmung auch nicht ge­ eignet, da sie entweder zu stark zusammengedrückt würden und/oder unerwünschte Konvektionsströmungen auftreten wür­ den, die langfristig zum Eindringen von Feuchtigkeit und zur Zerstörung der Wärmedämmung führen. Für viele Anwendungen von Wärmedämmungen bzw. Wärmeisolierungen, beispielsweise für druckbeaufschlagte Tieftemperaturbehälter oder als Innenauskleidung für einen Windkanal, ist jedoch eine Druck­ beaufschlagung der Wärmeisolierung notwendig oder wün­ schenswert. Beispielsweise können in einem Windkanal, der unter erhöhtem Druck betrieben wird, aufgrund der günstige­ ren Abbildungsverhältnisse größere Objekte simuliert werden als in einem bei Atmosphärendruck betriebenen Windkanal. Die als Innenauskleidung für einen Windkanal verwendete Wärme­ isolierung sollte deshalb mit Drücken bis zu beispielsweise etwa 10 bis 12 bar beaufschlagt werden können, ohne auch langfristig ihre Funktionsfähigkeit einzubüßen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Wärme­ isolierung bereitzustellen, die für große Temperaturinter­ valle bei niedrigen Temperaturen ausgelegt ist und bei Drücken oberhalb Atmosphärendruck betrieben werden kann, und bei der unter diesen Verhältnissen Wärmedehnungsrisse sowie das Auftreten von unerwünschten Konvektions- und/oder Dif­ fusionsströmungen verhindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Wärmeisolierung gemäß den Pa­ tentansprüchen gelöst. Die Erfindung geht dabei von dem Grundgedanken aus, die Wärmeisolierung aus mindestens zwei Lagen von Isolierschichten aufzubauen, wobei zumindest die beiden im Betrieb kältesten Isolierschichten durch eine Zwi­ schenschicht miteinander verbunden sind, die ganz oder teil­ weise aus einem homogenen, nicht-zellularen Elastomer be­ steht.

Durch die Ausbildung der Zwischenschicht aus einem homoge­ nen, nicht-zellularen Elastomer können einerseits mechani­ sche Spannungen durch gezielte Verformungen der Zwischen­ schicht reduziert und abgebaut werden, und andererseits kön­ nen durch den geschlossenzelligen Aufbau ohne großflächige offenzellige Schichten unerwünschte Konvektions- und Diffu­ sionspfade vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Wärmeisolierung ist derart aufgebaut, daß sie auch bei niedrigen Temperaturen und großen Tempera­ turunterschieden zwischen kalter und warmer Seite, bei­ spielsweise Raumtemperatur einerseits und Temperatur des flüssigen Stickstoffs andererseits, mit Drücken bis zu bei­ spielsweise etwa 10 bis 12 bar beaufschlagt werden kann, insbesondere von der kalten Seite her, ohne daß ihre Funktion langfristig beeinträchtigt wird.

Vorzugsweise besteht die erfindungsgemäße Wärmeisolierung aus zwei oder drei Lagen von Schaumstoffschichten, wobei die einzelnen Schaumstoffschichten aus plattenförmigen Po­ lyurethan-Hartschaumelementen aufgebaut sind. Die Hart­ schaumelemente zumindest der beiden kältesten Lagen sind vorzugsweise durch umlaufende Fugen voneinander getrennt, die mit einem elastischen Isoliermaterial, vorzugsweise einem geschäumten Material, wie Polyimidschaum, gefüllt sind.

Wenn die Wärmeisolierung beispielsweise auf der Innenseite eines Kanals, beispielsweise eines Wind- oder Strömungska­ nals angeordnet ist, wird die äußerste Schaumstoffschicht mit der Wandung des Kanals verbunden, vorzugsweise mit einem Kleber verklebt. Mindestens die beiden kältesten Schaum­ stoffschichten, vorzugsweise alle Isolierschichten sind je­ weils durch die homogene Elastomerschicht miteinander ver­ bunden, welche eine Art Zwischenschicht zwischen den Iso­ lierschichten ausbildet. Auf diese Weise sind alle Isolier­ schichten sowie die Zwischenschichten aus dem homogenen Ela­ stomer stoffschlüssig miteinander verbunden.

Das homogene Elastomer für die Zwischenschicht wird vorzugs­ weise derart ausgewählt, daß es auch bei niedrigen Tempera­ turen bis zu etwa -100°C und darunter im wesentlichen ela­ stisch bleibt und nicht versprödet. Jedes homogene, nicht­ zellulare Elastomer, welches auch bei tiefen Temperaturen bis zu etwa -100°C und darunter nicht wesentlich versprödet, ist erfindungsgemäß als Material für die Zwischenschicht ge­ eignet. Vorteilhafterweise wird als Elastomer ein Silikon verwendet. Wegen des ausgezeichneten Kälteverhaltens ist ein Phenylmethyl-Dimethyl-Silikon oder ein Phenylvinylmethylsi­ likon besonders bevorzugt, beispielsweise ein Silikon­ kautschuk vom Typ SILASTIC (Warenzeichen der Dow Corning) LT-50 oder LT-70 TE 142/4 (rot). Dieses Elastomer ist völlig homogen und weist einen Versprödungspunkt nach ASTM D 2137-A von etwa -116°C entsprechend 157 K auf.

Bei Raumtemperatur weist das erfindungsgemäß bevorzugte Phe­ nylvinylmethylsilikon-Elastomer einen Druckmodul von etwa 7 N/mm² und einen Zugmodul von etwa 1,5 N/mm² auf, wobei der Schubmodul etwa zwischen diesen beiden Werten liegt. Bei ab­ nehmenden Temperaturen nimmt der Elastizitätsmodul erst langsam und in der Nähe des Versprödungspunktes von etwa -116°C rasch zu. Bei -100°C beträgt der Druckmodul etwa 35 N/mm² und der Zugmodul etwa 20 N/mm². Diese Werte liegen noch in dem Bereich, in dem die Elastomerschicht ihre erfin­ dungsgemäße Funktion erfüllen kann, nämlich die gesteuerte Deformation zum Abbau von thermomechanischen Spannungen in dem Wärmeisolierungssystem, wie nachstehend noch näher er­ läutert.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Wärmeisolierung wer­ den thermomechanische Spannungen im System durch gezielte Verformungen über die Elastomerschicht und gegebenenfalls das als elastische Keile wirkende Fugenfüllmaterial aus Po­ lyimidschaum abgebaut. Auf diese Weise können die thermome­ chanischen Spannungen in den als Dämmung wirkenden Po­ lyurethan-Hartschaumelementen so weit erniedrigt werden, daß sie für realistische Systeme deutlich unter der Bruchgrenze von Polyurethan-Hartschaum liegen. In der Regel können Si­ cherheitsfaktoren gegen Bruch erreicht werden, die größer als 2 sind.

Mindestens die kälteste der Elastomerschichten ist vorzugs­ weise an ihrer Unterseite zur Verstärkung mit einem Glasfa­ sergewebe kaschiert, welches als Rißbremse wirkt.

Damit die Elastomerschicht ihre Funktion im System erfüllen kann, sollte insbesondere die kälteste Elastomerschicht in­ nerhalb des Systems so angeordnet sein, daß die Temperatur dieser Elastomerschicht im Betrieb oberhalb der Ver­ sprödungstemperatur des Elastomers liegt, bei dem bevorzug­ ten Phenylvinylmethylsilikon also oberhalb -116°C.

Das Elastomermaterial selbst weist eine viel höhere Wärme­ leitfähigkeit auf als die benachbarten Polyurethan-Hart­ schaumelemente. Die beiden in Kontakt mit den beiden benach­ barten Isolierschichten stehenden Grenzschichten der Elasto­ merschicht befinden sich deshalb im wesentlichen auf dersel­ ben Temperatur, d. h. innerhalb der Elastomerschicht selbst treten keine zusätzlichen durch Wärmeunterschiede bedingten Schubspannungen auf. Im Gegensatz dazu bestehen in den Iso­ lierschichten große Temperaturgradienten zwischen der warmen und der kalten Seite. Die plattenförmigen Polyurethan-Hart­ schaumelemente, aus denen die Isolierschichten aufgebaut sind, ziehen sich dementsprechend bei Abkühlung auf der kal­ ten Seite zusammen, während sie auf der warmen Seite im we­ sentlichen ihr Volumen beibehalten. Dadurch biegen sich die Elemente am Rande auf und verformen sich schüsselartig zur kalten Seite hin. Dieser Effekt wird auch als "Schüsseln" bezeichnet. Da erfindungsgemäß innerhalb der Elastomer­ schicht aufgrund deren höherer Wärmeleitfähigkeit praktisch kein Temperaturgradient auftritt, treten innerhalb der Ela­ stomerschicht keine Schubspannungen und kein zusätzlicher "Schüssel"-Effekt auf. Das Elastomermaterial kann sich aber aufgrund seiner Eigenschaften der schüsselartigen Verformung insbesondere der jeweils kälteren Isolierschicht dadurch an­ passen, daß es sich an den den Rändern der plattenförmigen Isolierelemente benachbarten Stellen in der Richtung senk­ recht zur Ebene der plattenförmigen Elemente entsprechend ausdehnt. Hierdurch können Wärmespannungen und Rißbildungen im System verhindert werden.

Damit die kälteste Elastomerschicht bei niedrigen Betriebs­ temperaturen dennoch voll elastisch bleibt und dadurch der Verformung der Hartschaumelemente der Isolierschicht entge­ genkommen kann, ist die zur kalten Seite hinweisende Iso­ lierschicht jeweils so stark dimensioniert, daß die Tempera­ tur der kältesten Elastomerschicht noch oberhalb der Ver­ sprödungstemperatur des Elastomers liegt. Die Elastomer­ schicht selbst muß so dick sein, daß sie sich genügend ver­ formen kann, um die Schüsselung der Isolierschichten prak­ tisch auszugleichen und das Auftreten unerwünschter Fugen und Risse zu verhindern. Typischerweise beträgt die Dicke der Elastomerschicht etwa 2 bis 6 mm, vorzugsweise etwa 3 bis 5 mm, besonders bevorzugt etwa 4 mm.

Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme zur Verhinderung uner­ wünschter Diffusionsströmungen können vorzugsweise die kalte Seite der kältesten Isolierschicht sowie die beiden umlau­ fenden Kanten der jeweils wärmeren Isolierschichten mit einer Aluminiumfolie kaschiert sein, die beidseitig kunst­ stoffbeschichtet ist und gegen Wasserdampfdiffusion dicht ist. Durch diese Kaschierung wird verhindert, daß Wasser­ dampf aus dem Polyurethan-Hartschaum der Isolierschicht zur kalten Seite der Wärmeisolierung hin austreten kann. Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Wärmeisolierung in einem Wind- oder Strömungskanal ist diese kalte Seite dem Inneren des Kanals zugewandt. Somit wird durch diese Maßnahme die Diffusion von Wasserdampf in den Wind- oder Strömungskanal hinein verhindert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Übersicht über die er­ findungsgemäße Wärmeisolierung,

Fig. 2 den Aufbau der Wärmeisolierung im Detail und Fig. 3 einen Ausschnitt der Unterkonstruktion des Liners.

Fig. 1 zeigt ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmeisolierung für einen Strömungs- oder Windkanal, welcher unter Druckbeaufschlagung betrieben wird.

Die Druckschale oder Kanalwandung 10 weist eine Außenseite 11 und eine Innenseite 12 auf. Auf der Innenseite 12 der Wandung ist die Wärmeisolierung aufgebracht. Die Strömungs­ richtung in dem Strömungs- oder Windkanal ist durch einen Pfeil gekennzeichnet.

Die Wärmeisolierung besteht im wesentlichen aus drei Lagen 14, 16, 18 von plattenförmigen Elementen aus Isoliermate­ rial, vorzugsweise Polyurethan-Hartschaum mit einer Roh­ dichte von etwa 200 kg/m³. In den beiden inneren, d. h. käl­ teren Lagen 16, 18 aus Polyurethan-Hartschaum sind umlau­ fende Fugen ausgebildet, die mit Polyimidschaum gefüllt sind. Diese Fugen sind in Fig. 1 nicht im Detail darge­ stellt. Die äußerste, zur Kanalwandung 10 weisende warme Schicht oder Lage 14 aus Polyurethan-Hartschaum ist dort verklebt, vorzugsweise mit dem Kleber Henkel Makroplast. Die Lagen 14, 16, 18 aus Polyurethan-Hartschaum sind jeweils mit einer Schicht 20, 22 aus einem homogenen, nicht-zellularen, tieftemperaturbeständigen Elastomer miteinander verbunden, welches bei der jeweiligen Einsatztemperatur noch nicht ver­ sprödet. Als Elastomer wird vorzugsweise ein Phenylvinylme­ thylsilikon oder Phenylmethyl-Dimetyl-Silikon verwendet. Die Elastomerschichten können an ihrer Unterseite als Verstär­ kung mit einem Glasfasergewebe kaschiert sein, welches als Rißbremse wirkt.

Der Aufbau der Wärmeisolierung gemäß Fig. 1 führt durch ge­ zielte Verformungen über die Elastomerschichten 20, 22 und die in den Fugen der Polyurethan-Hartschaumelemente angeord­ neten elastischen Keile aus Polyimidschaum zu einem wesent­ lichen Abbau der thermomechanischen Spannungen im System. Es lassen sich auf diese Weise Sicherheitsfaktoren gegen Bruch von größer als 2 erreichen.

Die dem Inneren des Strömungskanals zugewandte Polyurethan- Hartschaumschicht 18 sowie die beiden umlaufenden Kanten der beiden inneren Schichten 16, 18 aus Polyurethan-Hartschaum sind vorzugsweise mit einer beidseitig kunststoffbeschichte­ ten und wasserdampfdiffusionsdichten Aluminiumfolie ka­ schiert. Durch diese Kaschierung wird verhindert, daß Was­ serdampf aus dem Polyurethan-Hartschaum in den Strömungska­ nal hinein diffundieren kann. Die gegebenenfalls vorhandenen Glasfaserarmierungen an den Unterseiten der beiden Elasto­ merschichten 20, 22 ergeben eine weitere Erhöhung der Si­ cherheit. Durch dieses System der Wärmeisolierung können einerseits thermische Spannungen im System durch gezielte Verformungen reduziert werden und andererseits können uner­ wünschte Konvektions- und Diffussionspfade durch den ge­ schlossenzelligen Aufbau der Dämmung oder Isolierung ohne großflächige offenzellige Schichten verhindert werden.

In Fig. 1 ist auch die Unterkonstruktion des Liners erkenn­ bar, der die Wärmeisolierung zum Innern des Kanals hin abdeckt. Diese besteht im wesentlichen aus Haltern 30 und Linerplatten 32, die zwischen inneren und äußeren Spanten oder Schienen 34, 36 gehalten werden. Der Aufbau der Unter­ konstruktion wird anhand von Fig. 3 noch näher erläutert.

Fig. 2 zeigt den Aufbau der Dämmung oder Isolierung im De­ tail. In Fig. 2 ist die Kanalwandung 10 dargestellt, auf der nach innen nacheinander die drei Isolierschichten 14, 16, 18 aus Polyurethan-Hartschaum aufgebracht sind. Zwischen den Isolierschichten sind die homogenen, nicht-zelligen Ela­ stomerschichten 20, 22 aus Phenylvinylmethylsilikon mit einer Versprödungstemperatur von -116°C angeordnet. Die ein­ zelnen Schichten sind durch einen Klebstoff 40, vorzugsweise Henkel Makroplast, miteinander verklebt. In den Fugen zwi­ schen den einzelnen Platten der beiden inneren, kälteren Isolierschichten 16, 18 sind durchgehende Keile 42 aus Poly­ imidschaum angeordnet. Eine Aluminiumkaschierung 44 ist an der Innenseite der kältesten Isolierschicht 18 sowie an den beiden umlaufenden Kanten der beiden kälteren Isolierschich­ ten 16, 18 vorgesehen. Die Keile 42 sind im Bereich der bei­ den kälteren Isolierschichten 16, 18 umlaufend angeordnet.

In einem konkreten Ausführungsbeispiel mit einem mittleren Durchmesser des Strömungskanals von etwa 7 m weisen die beiden inneren (kälteren) Isolierschichten beispielsweise eine Dicke von 45 und 60 mm auf, die Dicke der Elastomer­ schichten 20, 22 beträgt beispielsweise etwa 3 bis 5 mm, vorzugsweise etwa 4 mm. Die Keile 42 aus Polyimid sind bei­ spielsweise etwa 40 mm breit. Je nach Anwendung können auch nur zwei Isolierschichten mit einer Elastomerschicht oder mehr als drei Isolierschichten vorgesehen sein.

Die Unterkonstruktion für den Liner gemäß Fig. 3 ist aus Haltern 30 aufgebaut, auf die die Spante oder Schienen 34, 36 montiert sind, welche die Linerplatten 32 tragen.

Die Halter 30 bestehen im wesentlichen aus Glasfaserrohren oder GFK-Rohren 50, an denen an beiden Enden mittels eines Klebers 52, 53 Schuhe 54, 56 aus rostfreiem Stahl angeordnet sind. Der auf der unteren, d. h. der Kanalwandung zugewandten warmen Seite der Wärmeisolierung angeordnete Schuh 54 ist mit einem Gewindezapfen versehen, der in eine entsprechende Mutter 58 geschraubt wird, die an der Innenseite der Kanal­ wandung 10 angeschweißt ist.

Der auf der oberen, der Kanalwandung 10 abgewandten kalten Seite der Wärmeisolierung angeordnete Schuh 56 des Halters 30 weist eine zentrische Bohrung mit Innengewinde zur Mon­ tage der Spante 34, 36 mittels versenkter Schrauben 57 auf.

Der Hohlraum des GFK-Rohres 50 wird zur Unterdrückung von Strahlung und Konvektion vor Ort mit Schaum 60 mit hoher Rohdichte oder mit vorkomprimiertem Polyimid gefüllt.

Die Halter 30 sind jeweils an den Eckpunkten der einzelnen Paneele oder Platten angebracht. Ihr Abstand in Richtung der Kanalachse beträgt etwa 1,0 m, ihr Abstand in Umfangsrich­ tung berechnet sich entsprechend der Unterteilung der Wär­ meisolierung in beispielsweise 24 Platten entlang des Um­ fangs der Kanalwandung.

Die Halter 30 befinden sich in einer Aussparung der eigent­ lichen Wärmeisolierung, die von den Isolierschichten 14, 16, 18 gebildet wird. Der Hohlraum zwischen dem Halter 30 und der Wärmeisolierung wird mit vorkomprimierter, hydrophobier­ ter Glaswolle 62 oder mit vorkomprimiertem Polyimid gefüllt. Zwischen der eigentlichen Wärmeisolierung und der Glaswolle 62 sowie den inneren Spanten 34 ist eine Aluminiumfolie 63 vorgesehen. Zwischen der eigentlichen Wärmeisolierung und den Spanten 34 sind außerdem Zwischenscheiben 64 aus Teflon vorgesehen, die weitgehend die unerwünschte Konvektion unterbinden. Die Zwischenscheiben 64 können mit der Glas­ wolle 62 vorgefertigt und somit leicht verarbeitet werden. Wegen der schnellen Druckwechsel weisen die Zwischenscheiben 64 Perforationen 65 auf, deren Löcher vorzugsweise von der warmen zur kalten Seite hin größer werden.

Jeder Halter 30 fixiert die an ihn angrenzenden vier Paneele oder Platten über eine Druckplatte 66 aus Glasfaser oder GFK. Diese Fixierung ist einerseits so gestaltet, daß die gewollten thermischen Verformungen nicht behindert werden, andererseits stellt die Fixierung neben der Verklebung eine zusätzliche mechanische Sicherheit gegen ein Abheben der Paneele oder Platten von der Kanalwandung 10 dar.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Halter 30 stellt sicher, daß sich die Wärmeisolierung gezielt verformen kann, ohne durch die Unterkonstruktion behindert zu werden.

Die Schienen oder Spante 34, 36 zur Aufnahme der Linerplat­ ten 32 verlaufen jeweils in Richtung der Längsachse des Strömungs- oder Windkanals. Die Schienen 34, 36 sind bei­ spielsweise etwa 2 m lang und sind jeweils an zwei Haltern 30 befestigt, wobei die eine Befestigungsstelle als Fest­ punkt und die andere als Lospunkt ausgeführt ist. Dadurch können die Schienen oder Spante 34, 36 entsprechend der Tem­ peraturänderung des Kanals thermisch kontrahieren oder ex­ pandieren.

Die obere und untere Schiene 34 und 36 sind über die eigent­ lichen Befestigungsschrauben im Halter 30 und zusätzlich durch Verbindungsschrauben verbunden. Alle Schraubverbindun­ gen im Zusammenhang mit dem Halter, den Schienen und den Li­ nerplatten sind entsprechend DIN 17 440 gesichert.

Die eigentlichen Linerplatten 32 sind vorgekrümmt, so daß sie unter Vorspannung spielfrei in den Schienen 34, 36 sit­ zen und nicht klappern. Auf jeweils einer Seite sind die Li­ nerplatten 32 mit einer Schraube an der unteren Schiene 34 befestigt, damit ein definierter Sitz gewährleistet ist. Der Plattenübergang von einer Linerplatte zur anderen ist derart ausgeführt, daß zum einen keine Behinderung der Strömung im Kanal auftritt und zum anderen ein Druckausgleich zwischen dem Kanal und dem Bereich unter den Linerplatten 32 erfolgen kann.

Als Material für die Schienen 34, 36 und die Linerplatten 32 eignet sich sowohl rostfreier Stahl als auch Aluminiumlegie­ rungen. Bei gleichen Belastungen und zulässigen Verformungen sind eine Aluminium- und eine Stahlkonstruktion im wesentli­ chen etwa gleich sicher. Die Linerplatten aus Stahl weisen jedoch nur etwa 1/3 der Dicke von in Aluminium ausgeführten Linerplatten auf. Beispielsweise sind die Linerplatten aus Aluminium etwa 10 mm und die Linerplatten aus Stahl etwa 3,3 mm dick. Da sich die spezifischen Wärmen von Stahl und Alu­ minium etwa wie 1:2 verhalten, weist eine Stahlkonstruktion den Vorteil auf, daß sie nur etwa die halbe Wärmekapazität wie eine entsprechende Aluminiumkonstruktion hat.

Wesentlich für die Funktion der erfindungsgemäßen Wärmeiso­ lierung ist die Auswahl geeigneter Materialien. Für die Iso­ lierschichten 14, 16, 18 werden vorzugsweise Platten aus Po­ lyurethan-Hartschaum verwendet, dessen Rohdichte entspre­ chend den Anforderungen eingestellt wird. Vorzugsweise be­ trägt die Rohdichte etwa 180 bis 220 kg/m³, besonders bevor­ zugt etwa 200 kg/m³. Der Polyurethan-Hartschaum erfüllt die Anforderungen der Brandklasse B2.

Für die Zwischenschichten 20, 22 wird vorzugsweise ein homo­ genes, elastisches, nicht-zelliges, kautschukartiges Mate­ rial verwendet, wie Phenylvinylmethylsilikon, welches bis zu einer Temperatur von -116°C plastisch bleibt und erst bei niedrigeren Temperaturen dann rasch versprödet. Dieses Mate­ rial weist für die vorliegende Erfindung hervorragende Ei­ genschaften bezüglich des Elastizitätsmoduls und der Wasser­ dampfdiffusion auf. Die Verarbeitung dieses Materials ist mit einem geeigneten Kleber in Verbindung mit Polyurethan- Hartschaum unproblematisch.

Die Keile 42 zwischen den einzelnen, aus den Polyurethan- Hartschaumplatten und der Elastomerschicht bestehenden Dämm- Paketen werden vorzugsweise aus vorkomprimiertem Polyimid­ schaum gefertigt. Bevorzugt ist ein offenporiger Polyimid­ schaum, der auch bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff elastisch bleibt. Wegen der Eigenschaften dieses Materials in Bezug auf Wasserdampfdiffusion und konvektivem Wärmeüber­ gang sollten zur Wasserdampfdiffusionssperre die vorstehend erläuterten Vorsichtsmaßnahmen, insbesondere Kaschierung mit Aluminiumfolie, getroffen werden. Als Was­ serdampfdiffusionssperre und zur Verhinderung von erhöhtem konvektivem Wärmeübergang bei Druckwechseln werden die der kalten Seite zugewandten beiden Isolierschichten 16, 18 aus Polyurethan-Hartschaumplatten mit der dazwischen liegenden Elastomer-Zwischenschicht 22 horizontal, d. h auf der der In­ nenseite des Kanals zugewandten Seite, und vertikal mit einer doppelseitig beschichteten Aluminiumfolie 44 (bzw. 63) umschlossen. Die Stärke der Aluminiumfolie beträgt vorzugs­ weise im vertikalen Bereich etwa 10 bis 15 µm, vorzugsweise etwa 12 µm, und im horizontalen Bereich etwa 20 bis 50 µm, vorzugsweise etwa 30 bis 40 µm. Der durch die Aluminiumfolie dieser Stärke bedingte Wärmestrom senkrecht zur Plattenebene beträgt 10% des zulässigen Gesamtwärmestroms durch die Wärmeisolierung. Die Verklebung der Wasserdampfsperre mit dem Polyurethan-Hartschaum erfolgt mit einem Kleber, wobei sich durch eine Corona-Vorbehandlung der doppelseitig beschichteten Aluminiumfolie eine besonders gute Klebever­ bindung erzielen laßt.

Der Aufbau der Wärmeisolierung läßt sich je nach Anwendung mit einem dreidimensionalen, instationären FEM-Programm mo­ dellmäßig berechnen und bezüglich der Dicke der Isolier­ schichten und der Elastomer-Zwischenschichten optimieren. Ziel dieser Optimierung ist es, die auftretenden Spannungen im Polyurethanschaum so gering wie möglich zu halten, um eine hohe Sicherheit gegen Bruch zu erzielen. Bei diesen Op­ timierungen zeigt es sich, daß die zur kalten Seite hinwei­ sende Polyurethanschicht gerade so stark dimensioniert wer­ den sollte, daß die darunter befindliche kälteste Elastomer­ schicht noch voll elastisch bleibt, d. h. nicht versprödet. Nur wenn die Elastomerschicht noch elastisch ist, kann sie der Verformung des Polyurethanschaums derart entgegenarbei­ ten, daß Spannungen im Polyurethan ausreichend verringert werden. Bei den Modellrechnungen ergeben sich maximale Span­ nungen im Polyurethan-Hartschaum von etwa 1,43 N/mm² bei Normaldruck und 1,51 N/mm² bei 3,5 bar Überdruck im Kanal. Diese Spannungen liegen etwa um den Faktor 2 unter der Bruchspannung von Polyurethan-Hartschaum.

Claims (12)

1. Wärmeisolierung aus mindestens zwei Lagen von Isolier­ schichten (14, 16, 18), wobei zumindest die beiden käl­ testen Isolierschichten (16, 18) durch eine Zwischen­ schicht (20, 22) miteinander verbunden sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenschicht (10, 22) ein homo­ genes, nicht-zellulares Elastomer aufweist.

2. Wärmeisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer ein Silikon ist.

3. Wärmeisolierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer ein Phenylvinylmethylsilikon oder Phe­ nylmethyl-Dimethyl-Silikon ist.

4. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Elastomer bei Temperaturen bis etwa -100°C nicht wesentlich versprödet.

5. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Elastomer im Temperaturbe­ reich von Raumtemperatur bis etwa -100°C einen Elastizi­ tätsmodul von etwa 1,5 N/mm² bis etwa 35 N/mm² aufweist.

6. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Elastomer an seiner Unter­ seite mit einem Glasfasergewebe kaschiert ist.

7. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest die kälteste Iso­ lierschicht (18) mit einer Aluminiumfolie (44) kaschiert ist, die vorzugsweise beidseitig kunststoffbeschichtet ist.

8. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die kälteste Zwischenschicht (22) innerhalb der Wärmeisolierung so angeordnet ist, daß die Temperatur der Zwischenschicht (22) im Betrieb oberhalb der Versprödungstemperatur des Elastomers liegt.

9. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zwischenschich­ ten (20, 22) etwa 2 bis 6 mm, vorzugsweise etwa 3 bis 5 mm, besonders bevorzugt etwa 4 mm beträgt.

10. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten (14, 16, 18) aus plattenförmigen Elementen aus Schaumstoff aufge­ baut sind.

11. Wärmeisolierung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fugen (42) zwischen den einzelnen Elementen der Isolierschichten mit elastischem Schaum, vorzugs­ weise Polyimidschaum gefüllt sind.

12. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner gekennzeichnet durch einen Liner (32).