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Mehrschichtenisolierung Gegenstand der Erfindung ist eine Wärme-Mehrschichtenisolierung,
bei der die Isolierung aus einer Anzahl durch Luft- oder gasgefüllte Zwischenräume
voneinander getrennter Folien aus Polystyrol, Polyvinylchlorid und/oder einem Silikonpolymeren
oder einem gleich große Durchlässigkeit für Wärmestrahlung aufweisenden Kunststoff
besteht, wobei dem Kunststoff ein den Wärmedurchgang durch die Folie mittels Reflexion
und/oder Absorption blockierender Stoff als Zusatz beigemengt ist. Diese aus planen
Folien hergestellten Schichten werden in eine Form gebracht, um einen bestimmten
Abstand voneinander zu halten, oder bestehen aus gewellten Folien, die quer übereinanderliegend
angeordnet sein können, wobei die .entsprechenden Kontaktpunkte in geeigneter bekannter
Weise befestigt werden.
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Die bekannten Mehrschichtenisolierungen dieser Art sind aus einem
Celluloseester, vor allem Acetylcellulose, hergestellt worden und bieten gegenüber
den Mehrschichtenisolierungen aus Metallfolien oder aus auf andere Weise präpariertem
Papiermaterial große Vorteile. Wenngleich diese aus Celluloseestern aufgebauten
Mehrschichtenisolierungen in vielen Beziehungen ein Isoliermaterial von hervorragender
Güte darstellen, hat es sich doch als notwendig herausgestellt; solche Isolierungen
aus bestimmten anderen Arten von Kunststoffen herzustellen, um für gewisse Spezialzwecke
zusätzliche Vorteile zu gewinnen. Man hat erwarten
können, daß Mehrschichtenisolierungen
aus Polystyrol (Wasserabsorption = o) und/oder Polyvinylchlorid (Wasserabsorption
= o,o5 0/ö) in den Fällen, in denen die an und für sich sehr geringe Hygroskopizität
der Acetylcellulosefolien (Wasseraufnahme = 1,4 bis :21/o) nicht genügt, infolge
einer absoluten oder nahezu gänzlichen Unempfänglichkeit für Feuchtigkeit große
Vorteile gewähren. Bei Konstruktionen, bei denen zufolge hoher Temperaturen die
Beständigkeit der Celluloseester gegen Verkohlung und ähnlichen thermischen Zerfall
nicht ausreicht, hat sich gezeigt, daß durch die Herstellung der Folien aus Silikonkunststoff,
d. h. aus Polymeren eines Methylsilikons und verwandter Verbindungen, in denen die
Methylgruppen teilweise durch Sauerstoff ersetzt sind, verbesserte Mehrschichtenisolierungen
erhalten werden können. Es zeigt .sich jedoch in beiden Fällen, daß die Möglichkeit
der Ausnutzung ihrer besonderen Widerstandskraft zum größten Teil ausgeschaltet
wird. Die vorgeschlagenen Kunststoffe besitzen nämlich eine sehr große Durchdringung
für Wärmestrahlung. Das hat zur Folge, daß bei der fertiggestellten Isolierung der
Strahlungsaustausch jeder Folienschicht nicht nur mit .den angrenzenden Schichten,
sondern auch mit den hinter diesen gelegenen Schichten erfolgt.
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Durch unsere eigenen Arbeiten ist auch bekanntgeworden, daß bei Mehrschichtenisolierungen
mit aus Celluloseestern, insbesondere aus Acetylcellulose, hergestellten Folien
eine Verbesserung der Isolierung erzielt werden konnte durch Beimengung von z. B.
Aluminiumpulver. Hierbei wird die Strahlungszahl der Isolierung herabgesetzt und
@dementsprechend eine Verbesserung des Isoliervermögens erreicht. Da jedoch die
Wärmestrahlen auf ihrem Wege zu .den Aluminiumreflektoren schon in der Acetylcelluloseschicht
infolge der relativ großen Wärmeabsorptionsfähigk eit und dergeringen Durchlässigkeit
dieses Stoffes größtenteils absorbiert worden sind, können die Vorteile des durch
sein Reflexionsvermögen blockierenden Zusatzes nicht ganz ausgenutzt werden.
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Durch weitere eigene Arbeiten ist auch bekanntgeworden, daß- bei Mehrschichtenisolierun:gen
aus Acetylcellulose und ähnlichen Celluloseestexn die Wärmeabsorption des Folienstoffes
zwar sehr groß, aber bis zu einer gewissen Schichtenstärke der Folien nicht vollständig
ist. Bei Schichtenstärken von über o,i mm ist zwar praktisch die Absorption der
Wärmestrahlung vollständig; da aber solche starken Folien eine Verschwendung mit
dem teuren Ausgangsstoff bedeuten und überdies durch direkte Leitung in der Mehrschichtenkonstruktion
eine größere Wärmeüberführung mit sich bringen, hat man die Isolierungen aus schwächeren
Folien herstellen müssen als der zur vollständigen Absorption der Wärmestrahlung
erforderlichen Mindeststärke entspricht. Man hat daher, um das Wärmeabsorptionsvermögen
der Schichten zu verbessern, vorgeschlagen, dem Kunststoff Stoffe mit höherem Wärmeabsorptionsvermögen
als der in Kunststoffen beizumengen. Bei dieser früher von uns vorgeschlagenen Ausführung
hat man also bei einem relativ gut wärmeabsorbierenden Acetylcellulosematerial die
Wärmeabsorption der einzelnen Schichten der Mehrschichtenisolierung durch Zusatz
eines im Vergleich zu diesem Kunststoff in höherem Grad wärmeabsorbierenden Stoffes
vergrößert.
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Nach der Erfindung sollen nun bei Isolierurigen, die nach dem Mehrschichtenprinzip
aufgebaut sind, dieFolien aus Polystyrol, Polyvinylchlorid und/oder einem Silikonpolymer
oder aus .diesen Kunststoffen gleichkommenden Kunststoffen hergestellt werden, wobei
dem Kunststoff ein den Durchgang der Wärmestrahlen durch die Folien infolge Reflexion
und/oder Absorption blockierender Stoff als Zusatz beigemengt ist. Als derartige
die Wärmestrahlen durch Reflexion blockierende Zusätze können .dem Kunststoff beigemengte
Pulver, Schuppen, Körner od: dgl. aus Metall oder Stoffen mit metallischem Glanz
verwendet werden. Als Zusätze, die die Wärmestrahlen durchAbsorptio.n blockieren,
können Stoffe mit einem höheren Wärmeabsorptionsvermögen als ider Kunststoff, aus
dem die Folien hergestellt sind, z. B. dem Kunststoff beigemengte Pigmente oder
Farben, beispielsweise Graphit, verwendet werden. Beim Beimischen der in feinverteilter
Form befindlichen Zusätze ist zu achten, daß die Beimischung gleichmäßig im ganzen
Kunststoff erfolgt.
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Bei Mehrschichtenisolierungen der erfindungsgemäßen Art sind also
die Folien aus Kunststoffen hergestellt, die eine im Vergleich zu den Celluloseestern,
wieAcetylcellulose, bedeutend höhere Durchdringung für Wärmestrahlen besitzen und
bei denen demnach ein durch Reflexion blockierend wirkender Zusatz im Kunststoff
bedeutend besser ausgenutzt -,verden kann. Der blockierende Stoff wirkt unter Beibehaltung
seines Reflexionsvermögens auch in größerer Tiefe der Folie als bei der Verwendung
eines Grundstoffes mit geringerer Durchlässigkeit. Ein wesentlich größerer Teil
der Strahlung dringt zu dem reflektierenden Stoff vor, und gleichzeitig tritt nach
der Reflexion ein wesentlich größererTeil der Strahlung aus der Folie aus. Die Erfindung
bedeutet in dieser Hinsicht, daß derartige reflektierende Stoffe bei Mehrschichtenisolierungen
mit verbessertem Wirkungsgrad verwertet werden können.
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Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Zeichnung einer Isolationsschicht
nach der vorliegenden Erfindung. Die Schicht besteht aus drei gewellten Folien i
i, 12 und 13, wobei die Wellungen quer zueinander liegen. DerWinkel derKreuzung
beträgt hierbei go°. Der Winkel kann jedoch willkürlich gewählt werden, gleichfalls
.die Zahl der übereinanderzulegenden Folien.
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Die oberen Erhöhungen der drei Schichten sind in der Figur bezeichnet
mit 1q., 16 und 18 und die Vertiefungen mit 15, 17 und ig. Mit 2o sind die Kontaktpunkte
der unteren und oberen Erhöhung der gewellten Schicht bezeichnet; diese werden hier
in geeigneter Weise miteinander verbunden. Mit der Grundmasse werden sehr kleine
nichtmetallische Partikelchen vermischt; vergleiche den Hinweis in
Fig.
2 unter 21. Diese kleinen Partikelchen sind für das bloße Auge nicht sichtbar; sie
geben der Folie ein in Farbe und Form gleichmäßig erscheinendes Aussehen. Verschiedene
Substanzen, welche infolge ihrer molekularen Struktur praktisch gegen Wärmeausstrahlung
undurchlässig sind, sind zur Mischung mit der Foliensubstanz geeignet. Der Farbe
eines solchen Materials braucht keine Bedeutung beigemessen werden, da es nicht
wichtig ist, daß .die Absorption im dunklen größer ist als im hellen Material. Als
eine besonders geeignete Substanz dieser Art ist Graphitpulver anzusehen, welches
in sehr feiner Form erhalten werden kann, und die Durchlässigkeit dieses Pulvers
gegenüber Wärmestrahlen ist gleich Null. Substanzen, die außerordentlich fein und
nicht verbrennbar sind, können verwendet werden. Als Beispiel für solche Substanzen
können erwähnt werden: Kaolin, Gips, Zinkweiß und Platinschwarz. Stark gefärbte
Substanzen sind ebenfalls brauchbar.
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Eine Beimischung von Feuer erstickende Dämpfe absorbierenden Substanzen
ist brauchbar: Wärme absorbierende Substanzen, welche farblos und transparent sind,
können ebenfalls verwendet werden. Isolierte Schichten nach der vorliegenden Erfindung
können also auch vollkommen lichtdurchlässig verwendet werden.
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Bei der bekannten Isolierung von mit Aluminium gemischten Celluloseestern
beträgt der durchschnittliche Abstand zwischen den Folien in isolierten Schichten
mit gewellten Folien allgemein 5 bis 7 mm. In Folien gemäß der vorliegenden Erfindung
hat sich vom technisch-ökonomischen Gesichtspunkt aus ein durchschnittlicher Abstand
von 2,5 bis 6 mm als nützlich .erwiesen. Der Abstand kann jedoch größer werden,
doch .sollen gute Isolationsschichten io mm nicht übersteigen. Andererseits wird
es als unnötig angesehen, den Abstand geringer als 2,5 mm zu machen, weil die Menge
des Materials als auch die direkte Leitung durch das Folienmaterial mit der Zahl
der Folien verschiedener Schichtdicke steigt.
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Aus ökonomischen Gründen und mit Rücksicht auf die direkte Wärmeleitung
soll die Dicke der Folien so klein wie möglich gehalten werden, aber es ist nach
den Erfahrungstatsachen erwiesen, daß diese Folien nicht dünner als o,oi mm sein
sollen. Eine geeignete Foliendicke zur Herstellung von Isolationsschichten mit verschieden
geriffelten Folien beträgt o,o4 mm. Solche Folien sind genügend elastisch und erleichtern
die Fabrikation dauerhafter Isolationsschichten. Solche Folien wiegen ungefähr
50 g/m2, und Isolationsschichten von solchen Folien mit einem durchschnittlichen
Abstand von 6 mm zwischen den Folien weisen ein Volumgewicht auf von ungefähr i4
lg/m3. Der Wert solcher Folien ist praktisch direkt proportional seiner Dicke, und
es ist klar, daß Isolationsschichten von dickeren Folien kostspieliger und mit der
Zeit in der Wirkung schlechter sind. Das Gewicht der Schichten hat eine große Bedeutung
in bezug auf Gebrauch von Isolationsschichten auf Booten, in Eisenbahnfahrzeugen,
Motorfahrzeugen und Flugzeugen usw. In solchen Fällen, bei denen hauptsächlich leichte
Schichten gewünscht werden und auf die Haltbarkeit weniger Wert gelegt wird, ist
eine Dicke unter o,oi mm angebracht. Die Menge der Wärme absorbierenden Substanzen,
die mit der Folienmasse vermischt ist, hängt ab von der Durchlässigkeit, von der
deckenden Eigenschaft und von dem spezifischen Gewicht der in Frage kommenden Substanzen.
In bezug auf die Menge der ganzen Folienmasse zu der Menge der Wärme absorbierenden
Substanz wird bemerkt, daß diese nicht weniger als 2% des Gewichtes und im allgemeinen
nicht mehr als 2o °/o des Gewichtes betragen soll.
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In dünnen Folien von o,oi bis 0,02 mm soll das Verhältnis von Graphit
zu der Menge der Foliengrundsubstanz vorzugsweise etwa 25% betragen, während für
Folien mit einer Dicke von etwa 0,07
bis o,i mm ein entsprechendes Verhältnis
von 5 bis loo/o an Graphit als ausreichend angesehen wird.
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Das zur Verwendung kommende Füllmaterial soll außerordentlich fein
verteilt sein, um einen vollständigen Deckeffekt zu erhalten, besonders bei der
Fabrikation solcher Folien in Gießmaschinen. Vorzugsweise sollen die beigefügten
Substanzen der Grundmasse in außerordentlich feiner Form beigemischt werden. Die
Vermählung soll in einer Kugelmühle in Gegenwart von weichen Mitteln, z. B. Trikresylphosphat,
durchgeführt werden..
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In der Literatur sind viele Zusätze zur Erhöhung der Unverbrennbarkeit
von Celluloseacetat bekanntgeworden. Verschiedene solcher Zusätze haben sich auch
bei der Herstellung von Folien nach der vorliegenden Erfindung als brauchbar erwiesen.
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Salze in feinverteilter Form können auch dem Grundmaterial zur Erhöhung
der Wärmeabsorption und Verminderung der Verbrennbarkeit zugegeben werden. Solche
Salze sind z. B. Borsäure, Natriumbiborat, Ammoniumsulfat, Antimonsalze, Calciumphosphat,
Ceriumoxalat, Aluminiumfluorid, Aluminiumphosphat, Calciumtartrat, Magnesiumtartrat
und Magnesiumnitrat.
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Substanzen mit hoher Absorptionskraft welche in Lösungsmitteln der
in Frage kommenden Grundsubstanzen löslich sind, sind hauptsächlich als Beimengungen
geeignet.
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Das Diagramm zeigt den totalen Wärmestrahlungsdurchgang durch Polystyrol
und Polyvinylchlorid mit verschiedenen Schichten-stärken im Vergleich zu Acetylcellulose
bei 6o°. Wie man ersieht, ist der Strahlungsdurchgang durch Acetylcellulose bereits
bei einer Schichtenstärke unter o,i mm praktisch Null. Die Kunststoffe, auf die
sich die Erfindung bezieht, weisen dagegen auch durch beträchtlich stärkere Schichten
einen bedeutenden Wärmestrahlungsdurchgang auf, und bei den praktisch anwendbaren
Schichtenstärken von z. B. o,o2 bis 0,05 mm ist der Durchgang so groß, daß diese
Stoffe erst durch die Erfindung bei Mehrschichtenisolierungen verwendbar geworden
sind. Die bei der Erfindung benutzten Kunststoffe zeichnen sich also durch eine
auch bei Schichtenstärken von o,i mm und darüber vergrößerte Wärmestrahlungsdurchlässigkeit
aus. Aus dem Diagramm geht weiter hervor, daß bei einer Schichtenstärke von
0,04
mm die Durchlässigkeit von Polystyrol. 27°/o und von Acetylcellulose nur 5"/a ist:
Da der .durchgelassene Teil .der Wärmestrahlung bekanntlich einen Verlust bedeutet,
ist der Zusatz an Blockierungs.stoff bei Mehrschichtenisolierungen aus Polystyrol
von unvergleichlich größerer Bedeutung als bei solchen aus Acetylcellulose, und
das gleiche gilt auch für die übrigen bei dex Erfindung angegebenen Kunststoffe,
Zur Verdeutlichung des nach der Erfindung vorgeschlagenen Zusatzes eines die Wärmestrahlen
durch Reflexion blockierenden Stoffes soll nachfolgendes angeführt werden. Für ein
durchsichtiges Material besteht zwischen r dem reflektierten, a dem absorbierten
und d dem durchgelassenen Teil der Strahlung der Zusammenhang r + a +
d = z.
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Da der von dem Kunststoff reflektierte Teil r ungeachtet der Art und
Dicke des vorliegenden Kunststoffes mit o,o5 angegeben werden kann, erhält der obengenannte
Zusammenhang bei einer Schichtendicke von 0,04 für eine Folie aus Polystyrol ohne
Zusatzmaterial die Form r+a+d=o,o5+o,68+0,27 und für eine Folie aus Acetylcellulose
r+a+d=0,05+o,9o+0,05.
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Bei Zusatz eines die Wärmestrahlen durch Reflexion blockierenden iStoffes,
wie Aluminium, erhöht sich zufolge des Zusatzstoffes der von der Folienschicht zurückgeworfene
Teil der Wärmestrahlung für Polystyrol von o,o5 auf etwa 0,40, woraus sich der Zusammenhang
r+a+d=0,40+0,59+o,oa ergibt, aber nur auf etwa o,r5 für Acetylcellulose, woraus
sich der Zusammenhang r+a+d=o,i5+0,84+o,or ergibt. Der Zusatz eines durch Reflexion
blockierenden Stoffes führt somit zu einem augenfällig größeren Effekt bei Polystyrol
als bei Acetylcellulose.
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Bei der praktischen Ausführung der Mehrschichtenisolierung nach der
Erfindung können die bekannten Maßnahmen angewendet werden. Die Erfindung bezieht
sich auch auf die Ausführung von Mehrschichtenisoliexungen mit Einschließung von
Gasen mit niedrigem Wärmeleitungsvermögen, wie Kohlensäure oder andere Gase mit
noch niedrigerem Wärmeleitungsvermögen. Mehrschichtenisolierungen, die aus Mischungen
der ' hier vorgeschlagenen Kunststoffe mit solchen bereits früher zu diesem Zweck
verwendeten ausgeführt sind, fallen ebenfalls in den Rahmen der Erfindung.