EP4244472A1 - METALLHEIßTEILDÄMMELEMENT ZUR VERHINDERUNG BZW. VERRINGERUNG DES ENTSTEHENS UMWELT- UND/ODER GESUNDHEITSSCHÄDLICHER SCHWERMETALLVERBINDUNGEN - Google Patents

METALLHEIßTEILDÄMMELEMENT ZUR VERHINDERUNG BZW. VERRINGERUNG DES ENTSTEHENS UMWELT- UND/ODER GESUNDHEITSSCHÄDLICHER SCHWERMETALLVERBINDUNGEN

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EP4244472A1
EP4244472A1 EP21745237.4A EP21745237A EP4244472A1 EP 4244472 A1 EP4244472 A1 EP 4244472A1 EP 21745237 A EP21745237 A EP 21745237A EP 4244472 A1 EP4244472 A1 EP 4244472A1
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EP
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hot
insulating element
insulation
hot metal
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Ingrid Lipp
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    • F01N2310/00—Selection of sound absorbing or insulating material
    • F01N2310/02—Mineral wool, e.g. glass wool, rock wool, asbestos or the like

Definitions

  • Hot metal insulating element to prevent or reduce the formation of heavy metal compounds that are harmful to the environment and / or health
  • the present invention relates to a textile or partially metallic, preferably separable metal hot-part insulating element (also referred to herein as "insulating element") to prevent or reduce the formation of heavy metal compounds that are harmful to the environment and / or health, which is in the form of an insulating mattress, insulating cushion / pillow, insulating mat, insulating sleeve, Molded insulating part, insulating element, insulating hood, insulating blanket, molded glass fabric mat, insulating cassette, hardcover element or the like and is used for the thermal insulation of hot metal parts in a temperature range of 20 ° C to 750 ° C.
  • various types of insulation elements or insulation systems are known, which are used for heat insulation and / or sound insulation but also as heat protection for internal combustion engines (such as engines of motor vehicles, commercial vehicles, construction machinery, rail vehicles and ship engines), hot engine parts, components of exhaust systems such as diesel particulate filters , Turbochargers, catalytic converters, silencers, SCR systems and their associated components, as well as gas and steam turbines, generators, combined heat and power units and similar units, as well as supply and discharge lines belonging to all of the aforementioned systems.
  • internal combustion engines such as engines of motor vehicles, commercial vehicles, construction machinery, rail vehicles and ship engines
  • hot engine parts components of exhaust systems such as diesel particulate filters , Turbochargers, catalytic converters, silencers, SCR systems and their associated components, as well as gas and steam turbines, generators, combined heat and power units and similar units, as well as supply and discharge lines belonging to all of the aforementioned systems.
  • These known insulation elements or insulation systems usually consist of a cover made of textile fabrics using E-glass, ECR-glass, basalt or other high-temperature materials, each with or without metal wire reinforcement, each with or without different coatings and / or chemical impregnations as also on the cold side with laminations of plastic foils and / or metal foils, which enclose one or more layers of insulation material, which usually also consist of E-glass, ECR glass, basalt, rock wool or other high-temperature materials that are selected and designed so that they withstand the operating temperatures of the object to be insulated and also have good heat and sound insulation properties.
  • the known insulation elements or insulation systems are used for thermal insulation and / or sound insulation and / or as heat protection, temperature maintenance in the system, the Heat protection of components located in the vicinity against heat or heating or overheating, or to meet other application requirements such as sound insulation, protection against accidental contact, fire protection, occupational safety, etc.
  • these insulation elements or insulation systems takes place in different designs, such as in the form of a pillow, i.e. consisting of an inner fabric (so-called hot side), one or more inner insulating materials and an outer fabric (so-called cold side), or else in the form of a mattress, i.e. consisting of consisting of an inner fabric (so-called hot side), one or more layers of insulation material in the form of insulating mats, loosely filled insulation materials or combinations thereof, an outer fabric (so-called cold side) and a so-called fabric web (side part) that connects the inner and outer fabric and the Insulating element gives its box-like or mattress-like shape.
  • E-glass fabrics, ECR-glass fabrics, HR-glass fabrics, basalt fabrics, calcium-silicate fabrics, each with and without wire reinforcement, as carrier and cladding fabric has proven to be useful for temperatures in the range from 20 ° C to 750 ° C proven.
  • insulation compounds, thermal conductive cement, spray insulation, solid insulation, rock wool mats, E glass mats, ECR glass mats, HR glass mats, basalt mats, mineral fiber mats are also preferred.
  • the hot-sided fabric are provided with special coatings and / or impregnations.
  • the outer, ie cold-side fabric is often provided with a water- and / or oil-repellent coating and / or impregnation and / or laminated with a plastic film and / or metal film.
  • Some of the outer sides are provided with a metallic reinforcement.
  • E-glass needle mats, ECR glass needle mats, HR glass fiber mats, so-called superwool products, rock wool, basalt, ceramic fibers or similar insulation materials have proven themselves as insulating materials for temperatures in the range from 20 ° C to 750 ° C.
  • All of the aforementioned, currently preferred insulating fabrics and all of the aforementioned high-temperature insulating materials have a not inconsiderable mass content of more than 5 wt than 5% by weight of calcium, magnesium and / or their compounds (in particular oxides).
  • heat insulating materials with a high content of calcium silicate, a composite oxide of calcium oxide and silicon oxide are used for hot parts, since calcium silicate is considered to be an inexpensive material with good heat resistance, heat insulation and corrosion resistance.
  • Commercially available heat insulating materials contain the composite oxide calcium silicate as the main component.
  • chromium compounds When dismantling or replacing insulation elements or insulation systems that have been in use from systems encased with them (i.e. hot parts), as are known from the prior art, dusts and / or deposits from heavy metal compounds that are harmful to health and the environment, in particular chromium compounds, are now in particular chromium (VI) compounds, for example in the form of calcium chromate (often in the form of yellow powder), which settle between the part of the system to be insulated and the insulation.
  • VI chromium
  • JP2011232021A takes a comparable approach and proposes, in contrast, to coat a chromium-containing metal hot part with a film made of ceramic and to apply a heat-insulating material to this film that contains at least calcium, potassium, magnesium or sodium.
  • this layer usually has to be applied directly to the chromium-containing hot metal part by the manufacturer.
  • a solution containing a ceramic precursor has to be applied to the surface of the metal hot part, the formation of the film having to take place through the decomposition of the ceramic precursor as a result of a heat treatment.
  • the amount of heavy metal compounds produced cannot be predicted / limited, as every hot metal part is used under different conditions and is therefore exposed to different influences.
  • Heavy metal compounds, especially chromium compounds, here especially chromium (VI) compounds are considered to be extremely harmful to health and the environment. They can cause incurable diseases, are considered to be particularly worrying, carcinogenic and mutagenic and, depending on concentration and contact, can lead to death.
  • the present invention is therefore based on the technical problem of providing an insulation element or insulation system for use at temperatures in the range from 20 ° C to 750 ° C, which, when used as intended, particularly favors the formation of heavy metal compounds, especially chromium compounds, which are harmful to health and the environment Chromium (VI) compounds are prevented or their formation is reduced in such a way that the resulting concentration of these compounds does not pose any risks to health or the environment that can be averted by suitable protective measures.
  • this object is achieved by a preferably textile or partially metallic, in particular separable from the hot metal to be insulated
  • a lower outside (3) (also referred to herein as the hot side), which (when the metal hot part insulating element is used as intended) is designed as a direct contact surface for a metal hot part to be insulated, and
  • An upper outer side (4) (also referred to herein as the cold side), which is arranged opposite the contact surface for the hot metal part, the first outer layer (2) including alkali metals or alkaline earth metals and their compounds, but at least calcium and calcium compounds (in particular calcium oxide) has a mass content of less than 5 wt .-%, ie the first outer layer (2) consists of materials or insulation materials, the alkali metals or alkaline earth metals and their compounds, but at least calcium and calcium compounds (in particular calcium oxide) with a mass content of less than Have 5 wt .-%.
  • At least the first outer layer (2) or lower outer layer is preferably designed to be low in alkali metal and / or alkaline earth metal, ie the lower outer layer has less than 5 wt .-% of an alkali metal, alkaline earth metal or compounds (in particular its oxides).
  • the first outer layer (2) or lower outer layer (2) is free of alkali metal and / or alkaline earth metal.
  • the first outer layer (2) consists of a film or a flat textile structure, in particular a metal foil, particularly preferably a metal mesh, in particular a stainless steel mesh or a stainless steel foil or aluminum foil.
  • At least the lower outer layer (2) is low in calcium, preferably calcium free, particularly preferably low in alkali metal and / or alkaline earth metal, very particularly preferably free from alkali metal and / or alkaline earth metal, when the metal hot part or the metal hot device is used as intended at operating temperatures
  • the formation of heavy metal compounds that are harmful to the environment and / or health especially chromium compounds, entirely especially chromium (VI) compounds
  • the use of the metal hot part insulating element (1) with the structure according to the invention advantageously reduces the corrosion of the metal hot part - which occurs particularly in the presence of moisture or water (e.g. rainwater, condensation, condensation and ice formation) - due to the chemical reaction between the metallic material of the hot metal part and the conventional insulating elements, in particular with the alkali and alkaline earth metals or their compounds (in particular oxides) contained therein, reduced or even prevented.
  • corrosion is understood to mean the chemical reaction of a hot metal part with its surroundings (e.g. with the insulating material), which causes a measurable change in the hot metal part or its structural properties and can lead to an impairment of its function.
  • the hot metal part insulating element (1) is separably connected to the hot metal part to be insulated.
  • a metal hot part insulating element (1) that can be separated from the hot metal part to be insulated means here that it is not that is, for example, not connected to the hot metal part by welding, a sintering process, by burning out or the like.
  • the metal hot part insulating element (1) is accordingly detachable, detachable or separable from the surface of the metal hot part to be insulated, in particular easily removable without damaging the metal hot part, in particular its surface. This allows the deployed
  • Hot metal insulating element can simply be removed after its wear and, for example, can be replaced by another hot metal insulating element. Alternatively, this allows the insulated metal hot part to be disposed of without great separation effort.
  • the fact that the hot metal part insulating element (1) is separably connected to the hot metal part to be insulated does not (inevitably) rule out that the hot metal part insulating element (1) is glued, for example, to the surface of the hot metal part to be insulated, since common adhesives are simply treated with a solvent , preferably a liquid solvent, can be removed from the surface of the hot metal part to be insulated without damaging its surface.
  • the preposition “separable” specifies the hot metal insulating element in its property as a modular, detachable and / or not permanently connected hot metal insulating element with regard to the application or attachment to the hot metal part according to the invention.
  • the present invention is based on the knowledge that alkali metals and / or alkaline earth metals and compounds with them, in particular calcium and compounds with them against heavy metals such as chromium, which is used in steels, for example, serves as an oxidizing agent and thus the formation of highly toxic metal compounds, e.g. . promotes in the form of metal vapors and metal dusts.
  • the inventors of the present invention have also found that this effect occurs to a greater extent when hot metal parts, the materials of which contain such heavy metals, at temperatures in the range from 20 ° C to 750 ° C, in particular in the range from 200 ° C to 750 ° C, such as For example, they can be operated at temperatures around 250 ° C., around 300 ° C.
  • the term “SchwermetaN” includes metals (only non-ferrous metals) with a density> 5 g / cm 3 .
  • Many heavy metals, especially lead, cadmium, chromium, cobalt, copper, molybdenum, nickel, mercury, selenium and zinc can be highly toxic to animals and humans as metal, metal ion or in a chemically bound state.
  • chromium which is nontoxic in elemental form, essential as chromium (III) and toxic and carcinogenic as chromium (VI).
  • Non-toxic heavy metal compounds are harmful to the environment and / or health due to the chemical reaction between the metallic material of the metal hot part and the conventional insulation elements that contain calcium oxide (CaO)
  • CaO calcium oxide
  • chromium (III) in Chromium (VI) in the presence of oxygen (O2) and temperatures in the range from 200 ° C to 1,000 ° C, in particular 200 ° C to 600 ° C:
  • metal hot part refers to metallic hot devices (eg internal combustion engines or steam or gas turbines) and metallic ones Components (e.g. supply and discharge systems for hot devices) which, when used as intended, reach, generate or are operated with an operating temperature in the range of 20 ° C to 750 ° C.
  • Operating temperatures of the materials from which the metal hot part is formed is dependent and therefore at an operating temperature in the range from 20 ° C to 750 ° C, in particular in the range from 200 ° C to 750 ° C, such as, for example, at temperatures up to 300 ° C, up to 350 ° C., up to 400 ° C., up to 450 ° C., up to 500 ° C., up to 550 ° C., up to 600 ° C., up to 650 ° C. or up to 700 ° C., very particularly preferably in the range from 400 ° C. to 750 ° C is operated, in particular up to 700 ° C, 650 ° C, very particularly preferably up to 600 ° C
  • the hot metal parts that are insulated with the hot metal part insulating element (1) according to the invention consist of steel or cast steel, which in particular has alloy components containing heavy metals such as chromium, nickel, molybdenum, titanium or niobium.
  • alloy components containing heavy metals such as chromium, nickel, molybdenum, titanium or niobium.
  • chrome steel for hot metal parts with operating temperatures of 100 to 300 ° C), e.g. for heating systems, turbines; Chrome vanadium steel (for metal hot parts with an upper operating temperature of up to 220 ° C); Chrome-nickel steel (for metal hot parts with an upper operating temperature of up to 550 ° C), e.g. for machine and apparatus construction.
  • Further examples of heat-resistant steels containing heavy metals and application examples can be found in Table 1 below.
  • metal hot parts within the meaning of the present invention are internal combustion engines (such as engines of motor vehicles, commercial vehicles, construction machinery, rail vehicles or ship engines), engine hot parts, components of exhaust systems such as diesel particle filters, turbo-chargers, catalytic converters, silencers, SCR systems and their associated components, as well as gas and steam turbines, generators, combined heat and power units and similar units, as well as supply and discharge lines belonging to all of the aforementioned systems.
  • internal combustion engines such as engines of motor vehicles, commercial vehicles, construction machinery, rail vehicles or ship engines
  • engine hot parts components of exhaust systems such as diesel particle filters, turbo-chargers, catalytic converters, silencers, SCR systems and their associated components, as well as gas and steam turbines, generators, combined heat and power units and similar units, as well as supply and discharge lines belonging to all of the aforementioned systems.
  • turbines are also used as hot metal parts, in which (water) steam is used as a working medium with a lower limit of around 180 ° C.
  • the turbines of geothermal steam power plants have to be adjusted to the temperatures that arise and accordingly insulated.
  • Thermal insulation is understood to mean insulation systems against heat radiation or heat loss for hot metal parts (e.g. systems and metal hot devices) as well as for reducing the surface temperature that are operated above the ambient temperature. Depending on the operating temperature of the hot metal part to be insulated, different materials that are used for the insulation element are used for the thermal insulation.
  • the person skilled in the art knows how to select the suitable materials, whereby he can fall back on selection criteria, for example the properties of the material, such as thermal conductivity, application limit temperature, water vapor permeability, hydrophobic properties, flow resistance, fire behavior, mechanical properties, vibration behavior, acoustic properties, proportion organic components e.g. in air separation plants, mold resistance in damp rooms, corrosion behavior, e.g. low content of water-soluble chloride ions in connection with stainless austenitic steels, shelf life, transportability, processability, aging resistance, costs of the material used and disposal / recycling include.
  • the person skilled in the art uses known tables for this purpose. Reference is made here to DIN 4140, which deals with the implementation of insulation on technical systems in industry and in technical building equipment.
  • the VDI 2055 series of guidelines is a guideline for calculating and checking the properties of insulation materials and the thermal properties of insulation systems.
  • the individual components of the metal hot-part insulation element can be in the form of scrims, bundles, woven fabrics, knitted fabrics, knitted fabrics, braids, fleeces, felts, cardboard, papers, needle mats, stitch-bonded mats, mats, panels, solidified fibers, similar layers, loose fibers, powders, granulates or in the form of an insulating compound or solid insulation.
  • a material that is used for the insulating element is low in calcium in the sense of the present invention if it has calcium, calcium ions and / or calcium compounds (in particular calcium oxide) with a mass content of less than 5 %
  • By weight preferably in the range from 0 to 4% by weight, particularly preferably in the range from 0 to 3% by weight, very particularly preferably in the range from 0 to 2% by weight, 0 to 1.5% by weight .-%, 0 to 1 wt .-%, or 1 to 2 wt .-%.
  • Materials in the sense of the present invention are calcium-free if they contain calcium, calcium ions and / or calcium oxide only as unavoidable impurities of not more than 0.50% by weight in total, particularly preferably not more than 0.25% by weight in total, very particularly preferably not more than 0.10% by weight in total.
  • a low-alkali metal and / or low-alkaline earth metal material that is used for the insulation element is characterized in that these alkali metals, alkaline earth metals and their oxides with a mass content of less than 5 wt. %, preferably in the range from 0 to 4% by weight, particularly preferably in the range from 0 to 3% by weight, very particularly preferably in the range from 0 to 2% by weight, 0 to 1.5% by weight ,
  • Alkali metal-free or alkaline earth metal-free are materials within the meaning of the present invention if these alkali metals and alkaline earth metals or their compounds (in particular oxides with them) are only as unavoidable impurities of not more than 0.50% by weight, particularly preferably not more than 0.25% by weight, very particularly preferably not more than 0.10% by weight in total.
  • Such materials that can be used for the insulating element are S-glass, M-glass, Q-glass, D-glass, aluminoborosilicates (e.g. variant 1: S1O2 with 94-97% by weight, Al2O3 with 3-6% by weight , Others ⁇ 1% by weight; variant 2: S1O2 with 54% by weight, AI2O3 with 46% by weight; variant 3: S1O2 with 54% by weight, AI2O3 with 43% by weight and Cr203 with 3 % By weight), aluminosilicates, alumina fiber and silicate glass, as these are low in or free of alkali metals on the one hand and are also characterized in some cases by increased moisture resistance and / or strength.
  • aluminoborosilicates e.g. variant 1: S1O2 with 94-97% by weight, Al2O3 with 3-6% by weight , Others ⁇ 1% by weight; variant 2: S1O2 with 54% by weight, AI2O3 with 4
  • Fibers / filaments with a mass content of S1O2 of more than 94% are referred to as silicate glass.
  • the remaining mass fractions are Al 2 O 3 and about 1.5% are other constituents, the proportion of alkali metals, alkaline earth metals and their compounds (in particular oxides with them) being limited by the ranges defined herein.
  • Silicate glass is preferably obtained by chemical leaching, in which (earth) alkali metal components are removed.
  • materials normally used for the thermal insulation of hot parts at operating temperatures in the range from 20 ° C to 750 ° C such as artificial mineral fibers, in particular made of E-glass, ECR-glass, C-glass, basalt, calcium silicate fibers, CMS fibers (Calcium-Magnesium-Silicate), rock wool, slag wool, ceramic fibers have a mass content of oxides of sodium, potassium, calcium, magnesium and barium in total of more than 5% by weight and are therefore not low in calcium, preferably alkali metal and / or low-alkaline earth metal, particularly preferably calcium-free, very particularly preferably alkali metal and / or alkaline earth metal-free materials are suitable.
  • ECR glass > 15% by weight CaO
  • E-glass > 15% by weight CaO
  • C-glass > 10% by weight CaO
  • the aforementioned materials are also ruled out for the metal hot-part insulating element if they are in direct or indirect contact (e.g. leaching through moisture) with the metal hot part or other heavy-metal-containing components of the metal hot-part insulating element.
  • the materials used for the insulation element contain sodium as the alkali metal and / or sodium compounds (in particular sodium oxide or sodium hydroxide) with a mass content of less than 5% by weight, preferably in the range from 0 to 4% by weight, particularly preferably in the range from 0 to 3% by weight, very particularly preferably in the range from 0 to 2% by weight, 0 to 1.5% by weight, 0 to 1% by weight .-%, or 1 to 2 wt .-%.
  • sodium as the alkali metal and / or sodium compounds in particular sodium oxide or sodium hydroxide
  • the materials defined herein that are used for the insulating element contain potassium as an alkali metal and / or potassium compounds (in particular potassium oxide or potassium hydroxide) with a mass content of less than 5 wt. %, preferably in the range from 0 to 4% by weight, particularly preferably in the range from 0 to 3% by weight, very particularly preferably in the range from 0 to 2% by weight, 0 to 1.5% by weight , 0 to 1% by weight, or 1 to 2% by weight.
  • potassium as an alkali metal and / or potassium compounds in particular potassium oxide or potassium hydroxide
  • the materials that are used for the insulating element contain magnesium as the alkaline earth metal, magnesium ions and / or magnesium compounds (in particular magnesium oxide) with a mass content of less than 5% by weight, preferably in the range from 0 to 4% by weight. -%, particularly preferably in the range from 0 to 3% by weight, very particularly preferably in the range from 0 to 2% by weight, 0 to 1.5% by weight, 0 to 1% by weight, or 1 up to 2% by weight, which prevents or reduces the formation or release of heavy metal compounds that are harmful to health and the environment, in particular chromium compounds, more preferably chromium (VI) compounds at high operating temperatures.
  • magnesium compounds in particular magnesium oxide
  • the aforementioned materials which have calcium, in particular alkali metals, alkaline earth metals and their compounds with a mass content of more than 5 wt
  • Direct chemical reaction in particular a reaction between alkali metals, alkaline earth metals and their compounds with a heavy metal or a heavy metal compound with the formation of heavy metal compounds that are harmful to health and the environment, as defined herein, counteract when used as intended, so that the formation of heavy metal compounds that are harmful to health and the environment, e.g. chromium Compounds, in particular chromium (VI) compounds, are prevented or reduced in such a way that the resulting concentration of these compounds does not result in any harmful or environmentally harmful substances that can be averted by suitable protective measures Take risks.
  • chromium Compounds in particular chromium (VI) compounds
  • the impregnation, coating and / or lamination preferably has a layer thickness of 5 to 120 ⁇ m.
  • Suitable laminations include, for example, metal foils (e.g. aluminum foils, stainless steel foils, copper foils, titanium foils or others) or plastic foils (e.g. silicone foils, PTFE foils, polyimide foils, PVDF foils, polyamideimide foils, PEEK foils, PPS foils, PPSU foils, PES Films, PSU films, PEI films or others).
  • metal foils e.g. aluminum foils, stainless steel foils, copper foils, titanium foils or others
  • plastic foils e.g. silicone foils, PTFE foils, polyimide foils, PVDF foils, polyamideimide foils, PEEK foils, PPS foils, PPSU foils, PES Films, PSU films, PEI films or others.
  • the starting material ie the materials containing calcium, in particular alkali metals, alkaline earth metals and their compounds with a mass content of more than 5% by weight, which are conventionally used for the production of hot-part insulation elements, have a layer of metals , preferably coated with vaporizable aluminum.
  • Aluminum is particularly suitable because aluminum ensures excellent product protection, is easy to process and forms an ideal, preferably pore-free, barrier against external influences.
  • Suitable functional impregnations and / or coatings are based, for example, on silica, aluminum oxide, zirconium oxide, titanium oxide, silicon carbide or sheet silicate (e.g. vermiculite).
  • the layered silicate is selected from the group of two-layer clay minerals (1: 1 layered silicates), in particular the layered silicates belonging to the kaolinite-serpentine group without any cell-damaging and / or carcinogenic effect, preferably kaolinite, serpentine, and three-layer Clay minerals (2: 1 layered silicates), in particular beidellite, montmorillonite, vermiculite, lllite, saponite, smectite, laponite (e.g. Laponite XLG, XLS or RD, RDS), montmorillonite, muscovite, nontronite, pyrophyllite, saponite, talc or hectorite.
  • 1: 1 layered silicates in particular the layered silicates belonging to the kaolinite-serpentine group without any cell-damaging and / or carcinogenic effect, preferably kaolinite, serpentine, and three-layer Clay minerals (2: 1 layered silicates
  • A H, Li, NH 4 , Na and / or K;
  • B Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Fe, Mn;
  • A H, Li and / or NH 4 , so that the structural formula has no Na or K.
  • the proportion of A is reduced as much as possible in order to minimize the proportion of Ca and / or Mg.
  • B Sr, Ba, Zn, Fe, Mn, so that the structural formula does not contain any Mg or Ca.
  • the materials containing calcium, in particular alkali metals, alkaline earth metals and their compounds with a mass content of more than 5% by weight are pretreated in a chemical process in such a way that they do not contain any calcium, in particular no alkali metals, Alkaline earth metals and their compounds with a mass content of more than 5% by weight more.
  • Special leaching processes and the like should be mentioned here, for example.
  • the aforementioned materials which contain calcium, in particular alkali metals, alkaline earth metals and their compounds with a mass content of more than 5% by weight, can also be used, for example, as heat-insulating filler materials in the form of loose fibers, powder, granules, insulating material or any other material technically useful as described herein
  • Form of representation in a first inner layer (7) and / or in at least a second inner layer (8) are used, since in this case there is no direct contact between the metallic surface of the metal hot part to be insulated and these materials and / or if there is indirect contact (e.g. leaching through moisture) to the hot metal part or other heavy metal-containing components of the hot metal part insulating element.
  • Fibers / filaments consisting of the materials S-glass, M-glass, Q-glass, D-glass, aluminoborosilicates, aluminosilicates, alumina fibers, silica fibers, carbon fibers, cellulose fibers, textile fibers (in particular natural fibers, synthetic fibers), textile-metallic fibers are particularly preferred made of metal (e.g. aluminum), metal alloys (e.g.
  • plastic-coated metal plastic-coated plastic or a core completely encased in metal
  • plastic fibers such as para-aramid, meta-aramid, RBI, RBO , Polyimide, polypropylene, polyamide or polyester fibers which are used for the thermal insulation of hot metal parts at operating temperatures in the range from 20 ° C to 750 ° C, in particular in the range from 200 ° C to 750 ° C, very particularly preferably in the range from 400 ° C to 750 ° C are suitable.
  • Aluminum-silicate wool or polycrystalline wool are also suitable as low-alkali metal or low-alkaline earth metal material.
  • polyurethane / polyisocyanurate rigid foam PUR / PIR
  • polystyrene particle foam EPS
  • extruder foam XPS
  • FEF flexible elastomer foam
  • Fibers of vegetable origin, fibers of animal origin or chemical fibers made from natural polymers are particularly suitable as natural fibers for textiles or textile fabrics.
  • seed fibers such as cotton and kapok, etc.
  • leaf fibers such as hemp, jute, ramie, flax (linen), etc.
  • hard fibers such as sisal, etc.
  • fine animal hair such as sheep's wool, alpaca wool, cashmere wool, angora wool, camel hair, etc., has proven to be of animal origin; coarse animal hair, such as horsehair, cattle hair, pig bristles and others, and silks such as mulberry silk, tussah silk and others.
  • Man-made fibers made from natural polymers are in particular made from regenerated cellulose, such as viscose, rayon, modal, lyocell, cupro; from cellulose esters such as acetate, triacetate; Protein fibers such as casein fiber; Alginate; Chitin and bio-based polyamides.
  • regenerated cellulose such as viscose, rayon, modal, lyocell, cupro
  • cellulose esters such as acetate, triacetate
  • Protein fibers such as casein fiber
  • Alginate Chitin and bio-based polyamides.
  • synthetic fibers made from synthetic polymers are suitable as synthetic fibers for textiles or textile fabrics.
  • the materials defined herein that can be used for the insulating element can also be used in combination within a layer or as a heat insulating filler material, for example loose or as hybrid materials.
  • the material that can be used for the insulation element can also be surface-modified, e.g. it can contain an organic size or another modification, such as polydimethylsiloxane (PDMS), hexamethyldisilazane or alkylsilanes.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • hexamethyldisilazane or alkylsilanes.
  • a preferred fiber diameter is preferably in the range from 3 ⁇ m to 30 ⁇ m, particularly preferably 6 ⁇ m to 17 ⁇ m, very particularly preferably between 6 ⁇ m and 9 ⁇ m.
  • the fibers used are either limited in length (so-called staple fibers or cut fibers) or endless (filaments).
  • IR opacifiers for example in the form of a powder, can be added to the materials that can be used for the insulation element.
  • materials that can be used for the insulation element e.g. C, SiC, llmenite, zirconium silicate, iron oxide, T1O2, ZrC> 2, manganese oxide and iron titanate are possible.
  • Granules and powders such as fumed silica, aerogels, silicone resins (eg polymethylsiloxanes or polyalkylphenylsiloxanes and their copolymers with alkyd, acrylic or polyester resins or polyethers), polyfluorocarbon compounds, acrylic resins, oligomeric siloxanes, organosilanes, silicates, are also suitable as heat-insulating filler materials with hydrophobic additives, siliconates, stearates, paraffins, fatty acids, fatty acid esters, wax esters, ceresins, bitumen, alkyd resins, acrylate copolymers (e.g. also organosilicon-acrylate copolymers), styrene copolymers (e.g. butadiene-styrene copolymers or carboxylated butadiene-styrene Copolymers),
  • silicone resins eg polymethylsiloxanes or polyalkylphenyl
  • the materials that are used for the insulation element can be used individually or in combination.
  • Layered silicates such as vermiculite (also in expanded form) are also suitable as heat-insulating filler materials in the form of granules and powders.
  • metal hot part insulation element is to be understood as a thermal insulation for metal hot parts (as defined herein), which acts as heat protection against heat radiation (e.g. against components located in the vicinity) or heat loss to maintain the temperature in the system in the case of metal hot parts which are operated above ambient temperature, preferably at temperatures in the range from 20 ° C to 750 ° C, in particular in the range from 200 ° C to 750 ° C, very particularly preferably in the range from 400 ° C to 750 ° C.
  • the thickness of the metal hot-part insulating element according to the invention is in the range from 6 ⁇ m (for example foils) to 150 cm, 0.5 mm to 100 cm, preferably in the range from 1 to 90 cm, 1 to 80 cm, 1 to 70 cm, 1 to 60 cm , 1 to 50 cm, 1 to 40 cm, particularly preferably from 10 to 300 mm, 10-250 mm, 10 to 200 mm, 10 to 150 mm, very particularly preferably from 10 to 140 mm, up to 130 mm, up to 120 mm mm, up to 110 mm, up to 100 mm, up to 90 mm, up to 80 mm, up to 70 mm, up to 60 mm, up to 50 mm, up to 40 mm, up to 30 mm, up to 20 mm.
  • 6 ⁇ m for example foils
  • the hot metal part insulating element according to the invention is at least single-layer or single-layer, so that it comprises at least one so-called outer layer (2) which is designed as a contact surface for a hot metal part.
  • the insulating element according to the invention can also have multiple layers, preferably two, three, four, five or more layers or be multi-layered.
  • Multi-layer insulation is insulation made up of several layers of the same material (including material mixtures), while multi-layer insulation is insulation made up of several layers, with at least two layers made of different materials (also material mixtures).
  • the hot metal insulating element (1) comprises at least one second outer layer (5) (also referred to herein as the upper outer layer) which (when the hot metal insulating element is used as intended) is arranged opposite the first outer layer (2), the second outer layer (5 ) Has calcium and calcium compounds (in particular calcium oxide) with a mass content of less than 5% by weight.
  • the second outer layer (5) or upper outer layer is also preferably low in alkali metal and / or alkaline earth metal, i.e. the upper outer layer has less than 5% by weight of an alkali metal, alkaline earth metal or its compounds (in particular its oxides).
  • the second outer layer (5) or upper outer layer (5) is free of alkali metals and / or alkaline earth metals.
  • the individual plies or layers of the insulating element can be connected to one another using suitable joining techniques.
  • suitable joining techniques for example, the layers or
  • Layers can be sewn, welded, quilted, glued, needled, stapled, bound or connected via other connection options. If necessary, a joining technique of the individual layers can be dispensed with, e.g. by suitable folding or folding, or a combination of the above-mentioned joining techniques is used.
  • the layers or layers of the insulating element according to the invention can also be connected to a single or multi-layer or single or multi-layer side wall (6) or a corresponding side part and thus give the hot metal insulating element a box-like or mattress-like shape.
  • the side wall can, for example, as a separate side part, which is connected to the lower outer layer (2) and the upper outer layer (5) by suitable joining techniques described herein, or by so-called Darts of the lower outer layer (2) or the upper outer layer (5) are formed. Other forms of representation are also conceivable and are not described in more detail here.
  • the side wall (6) together with the first outer layer (2) and the second outer layer (5) provide what is known as a sheathing of the metal hot-part insulating element, which spans a free space which can be filled by at least one first inner layer.
  • the first inner layer and further inner layers of the hot metal insulating element can be designed in any technically meaningful representation form described herein.
  • the first inner layer and further inner layers of the hot metal insulating element can, for example, be loosely filled or in the form of loose fibers, fleeces, mats, plates, felts, bundles, papers or cardboard, single or multilayered, or single or multilayered, preferably made of Low-calcium or calcium-free insulation materials, particularly preferably made of low-alkali or alkaline-earth metal or -free insulation materials, very particularly preferably made of silicate fiber.
  • silicate fibers advantageously contain no toxic or irritating substances and, compared to biosoluble fibers, have an excellent temperature resistance of up to 1200 ° C. In this way, the silicate fiber can advantageously serve as an insulation material even in the event of a fire.
  • the silicate fiber is preferably used as a loose fiber, paper, cardboard, container, preferably as a fleece, particularly preferably as a felt, very particularly preferably as a fiber mat as an insulating material.
  • the fineness i.e. the average diameter of the preferably used silicate fiber as the insulating material of the metal hot-part insulating element is, for example, 4 to 17 ⁇ m, preferably 4 to 13 ⁇ m, particularly preferably 4 to 11 ⁇ m, very particularly preferably 6 to 9 ⁇ m.
  • a fineness defined in this way advantageously avoids penetration into the lungs and mechanically triggered itching, which can otherwise occur when the elements are assembled.
  • the S1O2 proportion of the silicate fiber is typically between 85 and 99%, preferably between 90 and 99%, particularly preferably 92 and 99%, very particularly preferably between 94 and 98%.
  • the remaining percentages are distributed among AI2O3 and others, whereby it is clear that the proportion of alkali metals, alkaline earth metals and their compounds (in particular oxides with them) is limited by the ranges defined herein.
  • the fiber mat preferably comprises or consists of silicate fibers with a fiber length of 1 mm to 1000 mm, preferably from 1 to 500 mm, 1 to 400 mm, 1 to 300 mm, 1 to 200 mm, particularly preferably between 1 to 190 mm, 1 to 180 mm, 1 to 170 mm, 1 to 160 mm, 1 to 150 mm, 1 to 140 mm, 1 to 130 mm, 1 to 120 mm, very particularly preferably 1 to 110 mm, 1 to 100 mm, 1 to 90 mm , 1 to 80 mm, 1 to 70 mm, 1 to 60 mm, 1 to 50 mm, 1 to 40 mm, 1 to 30 mm, 1 to 20 mm, 1 to 10 mm.
  • a limited fiber length defined in this way advantageously enables a loose layering of the fiber material, so that an improved thermal insulation property can be achieved through the insulating cavities obtained.
  • the thickness of the fiber mat as an embodiment of the hot metal insulating element is typically between 1 to 150 mm, preferably 1 to 140 mm, 1 to 130 mm, 1 to 120 mm, 1 to 110 mm, 1 to 100 mm, particularly preferably 3 to 90 mm, 3 to 80 mm, 3 to 70 mm, very particularly preferably 5 to 60 mm, 5 to 50 mm, 5 to 40 mm, 5 to 30 mm, 5 to
  • the density of the fiber mat as an embodiment of a silicate fiber of the insulating material of the metal hot-part insulating element is preferably between 50 and 500 kg / m 3, preferably between 50 and 400 kg / m 3 , 50 and 300 kg / m 3 , particularly preferably between 50 and 290 kg / m 3 3 , 50 and 280 kg / m 3 , 50 and 270 kg / m 3 , 60 and 260 kg / m 3 , 70 and 250 kg / m 3 , very particularly preferably between 80 and 240 kg / m 3 , 80 and 230 kg / m 3 , 80 and 220 kg / m 3 , 80 and 210 kg / m 3 , 90 and 200 kg / m 3 , 100 and 200 kg / m 3 , 110 and 190 kg / m 3 , 120 and 195 kg / m 3 , 130 and 180 kg / m 3 , 130 and 170 kg / m 3
  • a density defined in this way advantageously enables a low weight of the entire metal hot-part insulating element, which is an important criterion for applicability, especially when there is a large-area thermal insulation requirement for mechanically unstable hot elements such as drainage systems.
  • the weight of the fiber mat inevitably results from the thickness of the fiber mat and its density.
  • the fiber mat described herein as an embodiment of the insulating material of the metal hot-part insulating element, can, for example, be raw, without further pretreatment, preferably thermally desized, particularly preferably pre-shrunk Residual shrinkage ⁇ 5%, ⁇ 4%, ⁇ 3%, ⁇ 2%, ⁇ 1%, very particularly preferably thermally desized and pre-shrunk, residual shrinkage ⁇ 5%, ⁇ 4%, ⁇ 3%, ⁇ 2%, ⁇ 1% can be used .
  • the materials defined herein are suitable as materials that can be used for the side wall or the first and each further inner layer. As described above, one or more inner layers can be selected depending on requirements and the area of application.
  • the single or multilayer or single or multilayer side wall (6) is low in calcium, very particularly preferably low in alkali metal and / or alkaline earth metal, preferably free from alkali metal and / or alkaline earth metal.
  • the entire casing of the insulating element according to the invention consists of materials that contain alkali metals, alkaline earth metals and their oxides with a mass content of less than 5% by weight, ie low in alkali metals and / or alkaline earth metals, very particularly is advantageously made free of alkali metal and / or alkaline earth metal, so that all possible (outwardly directed) contact surfaces or points of the metal hot part insulating element that may come into contact with the metal surface of the metal hot part do not lead to the formation of toxic (severe -) contribute metal fumes and (heavy) metal dust.
  • the outer layer consists of
  • Metal hot-part insulating element made from a metal mesh, in particular stainless steel mesh or a foil, in particular a metal foil, particularly preferably stainless steel foil. At least the hot metal insulating element is preferably encased with such a film. When using foils, the metal hot part insulation element is a "closed system" to the outside towards the metal hot part, so that direct contact between the metal hot part and the materials used for the insulation element is prevented.
  • a “closed system” is to be understood here as a chemical barrier, which is advantageous for the exchange of substances between the hot metal part and the insulating materials of the insulating element and the surrounding area, especially with the hot metal part, or at least the penetration of substances, preferably toxic heavy metal compounds or prevent precursors from it.
  • This material barrier makes it possible, advantageously and especially compared to conventional porous insulation systems such as calcium silicates or ceramics (e.g. JP2011232021 A), that the exchange of substances, in particular moisture and / or by-products of the hot metal parts such as metallic derivatives, is prevented or at least minimized.
  • the formation of heavy metal compounds that are harmful to health and the environment is counteracted or prevented and, at the same time, the corrosion of the hot part is reduced under the given ambient conditions of the metal hot part.
  • Corrosion is one of the central technical hurdles in large-scale industry. To this day, almost all insulation materials are degraded by corrosion in the medium or long term. With the hot metal insulating element according to the invention, a corrosion-protecting and flexible insulation is provided, the latter technically promoting the former.
  • the synergy of corrosion protection and the flexibility of the metal hot-part insulation element results from the fact that the interaction of the corrosion-promoting influences of thermal (seasons, times of day, technical temperature fluctuations), actinic (cosmic radiation), mechanical (vibration, abrasion) or chemical (by-products of industry, moisture) , Gases) nature is advantageously canceled.
  • a “closed system” also advantageously allows a possible filling of the metal hot-part insulating element or other layers and / or layers in the first or second inner layer to be manufactured from insulating materials that are low in alkali metal and / or low-alkali metal.
  • the hot side is preferably a stainless steel mesh, that is, slightly heat-permeable, which has a positive effect on the heat penetration “hot on insulation material, so that effective heat insulation is guaranteed.
  • the cold side and side wall are not a fully metallic layer.
  • the metal hot-part insulating element (1) has a casing, the casing comprising the following components, which are intended to delimit the insulating element from the environment:
  • a first outer layer (2) which is designed as a direct contact surface for the metal hot part
  • a second outer layer (5) which is arranged opposite the first outer layer (2), and - Optionally at least one side wall (6) which connects the first outer layer (2) and the second outer layer (5) and thus gives the hot metal insulating element a box-like or mattress-like shape, the sheathing of the hot metal insulating element being made of materials including alkali metals, alkaline earth metals and their compounds have a mass content of less than 5% by weight, ie are low in alkali metals and / or alkaline earth metals, very particularly advantageously free of alkali metals and / or alkaline earth metals.
  • the individual components of the casing namely the lower outer layer (2), the upper outer layer (5) and one or more side walls (6), each independently of one another, have one or more layers or one or more layers can be formed in multiple layers.
  • the individual plies or layers can also be connected to one another by suitable abovementioned joining techniques.
  • individual components of the hot metal insulating element i.e. at least one outer layer (2, 5) or at least one side wall, are preferred (6) in whole or in part, particularly preferably the entire sheathing of the insulating element, very particularly preferably the entire metal hot-part insulating element in the form of scrims, bundles, fabrics,
  • the metal hot part insulating element can be fully or partially reinforced with a woven, knitted, knitted or otherwise manufactured metallic sheet-like structure which absorbs the vibrations of the hot part to be insulated.
  • the entire sheathing of the metal hot-part insulating element is a heat-insulating flat textile structure, plastic film, metal foil, plastic-coated metal, metal-coated plastic, or mixtures trained from it.
  • a textile fabric is a scrim, bundle, fabric, knitted fabric, knitted fabric, braid, fleece, felt, cardboard, paper, needle mat, stitched knitted mat, mat, plate, solidified fibers or similar layers.
  • Foils in particular metal foils, particularly preferably stainless steel foils (perforated or unperforated), or metallic fabrics can also be considered as materials for the sheathing of the metal hot-part insulating element.
  • the sheathing of the metal hot-part insulating element is designed entirely or partially in the form of a metal foil or a metal sheet.
  • This structure is advantageous on the one hand if materials are used as the inner layer (7) or as a heat-insulating filler material, e.g. for cost reasons, that are not low in alkali metal or alkaline earth metal or free of alkali metal or alkaline earth metal, so that they are shielded from direct contact with the hot metal part will.
  • this structure is particularly preferred if the hot metal parts to be insulated are exposed to increased exposure to external moisture (e.g. rainwater, condensation and / or ice formation) or external mechanical loads.
  • external moisture e.g. rainwater, condensation and / or ice formation
  • this construction allows the metal hot part insulating element to be connected to the metal hot part (as defined herein), e.g. by welding, pressing, screwing, gluing, or other connection options.
  • the hot metal insulating element can be completely or partially covered by a metallic jacket (9) in the form of a metal foil or a metal sheet (these are free of alkali and alkaline earth metals from the outset). It can also be provided here that the metallic jacket (9) is connected to the hot metal part (as defined herein), e.g. by welding, pressing, screwing, gluing, or other connection options.
  • the metallic jacket (9) in the form of a metal foil or a metal sheet can be designed in the form of a half or full shell.
  • the hot metal insulating element (1) comprises at least one first inner layer (7), the at least one first inner layer (7) in the form of a layer (ie one or more layers or one or more layers), as a heat insulating filler material or in any technically meaningful form described herein (i.e. for example in Form of loose fibers, powders, granules or insulating material as defined herein) is formed.
  • the inner layer (7) is in the form of a layer, it can be configured as a flat textile structure, plastic film, metal foil (e.g. stainless steel foil), plastic-coated metal, metal-coated plastic, or mixtures thereof.
  • the hot metal insulating element is a three- or multi-layer insulating element or insulation system, in the form of a single or multi-layer lower outer layer (2), a single or multi-layer upper outer layer (5), and a single or multi-layer inner layer (7).
  • the presence of side walls (6) is not necessary in this structure.
  • Optional foils which can be used, for example, as a cladding (ie as the layer delimiting the hot metal part as such and as a whole), for lamination of the insulation materials or any other component of the hot metal part according to the invention, are preferably made of polymers such as polyimide, polyaramid, polyamide, silicone , Polyether sulfones / polyester sulfones, polyphenylenes, polyaryl ethers, polyaryl esters, polyarylsulfones, particularly preferably metal foils, for example brass, tin, bronze, copper, nickel, Monell, titanium, aluminum, very particularly preferably stainless steel or inconel foils. These selected materials are known to those skilled in the art as high-performance thermal materials.
  • the film used typically has a thickness between 6 pm and 500 pm, preferably between 6 pm and 400 pm, 6 pm and 300 pm, 6 pm and 200 pm, 6 pm and 100 pm, particularly preferably between 6 pm and 90 pm and 6 pm 80 pm, 6 pm and 70 pm, 6 pm and 60 pm, very particularly preferably between 6 pm and 50 pm, 6 pm and 40 pm, 6 pm and 30 pm, 6 pm and 20 pm, 6 pm and 10 pm.
  • the preferred thickness of the foils advantageously enables mechanical stability without impairing the flexibility of the metal hot-part insulating element according to the invention.
  • the weight, strength and elongation of the film used depends on the material used and its specific density and is therefore also defined.
  • the particularly preferred stainless steel or inconel foil consists of a stainless austenitic steel, particularly preferably of a high-temperature resistant austenitic stainless steel, very particularly preferably of the austenitic materials 1.4571, 1.4401, 1.4404, 1.4841, 1.4845, 1.4876, 1.4878, 1.4828, 1.4301,
  • the film can be smooth, perforated, embossed or dome in its design and advantageously enables the person skilled in the art to make an application-specific selection.
  • the components of the metal hot-part insulating element can also be designed in the technically meaningful form of representation of fabrics, bundles and hybrid textiles.
  • Fabrics, bundles, and hybrid textiles include, according to the invention, low or alkaline metal (earth) alkali metal-free fabrics, bundles, hybrid textiles, with or without wire reinforcement, with or without impregnation or with or without coating, also microporous metal foil, preferably silicate fabric, or a mixture of these.
  • the silicate fabric of the metal hot-part insulating element preferably selected for fabric, bundles, and hybrid textiles, has, for example, a weight per unit area of 50 to 5000 g / m 2 , preferably 100 to 3000 g / m 2 , particularly preferably 300 to 2000 g / m 2 , very particularly preferred from 600 to 1500 g / m 2 , the preferred ranges advantageously contributing to the technical requirement of a low weight of the metal hot-part insulating element.
  • the thickness of the preferably used silicate fabric is generally preferably between 10 mm and 0.05 mm, preferably between 9 and 0.1 mm, 8 and 0.1 mm, 7 and 0.1 mm, 6 and 0.1 mm, 5 and 5 0.1 mm, particularly preferably between 4 and 0.15 mm, 3 and 0.15 mm, 2 and 0.15 mm, very particularly preferably between 1.9 and 0.2 mm, the thicknesses thus defined advantageously being high Allow stability and at the same time low weight of the silicate fabric.
  • the thread density of the preferred silicate fabric per thread system is typically between 1 and 500 threads / 10 cm, preferably between 10 and 450 threads / 10 cm, particularly preferably between 20 and 400 threads / 10 cm, very particularly preferably between 30 and 10 cm 300 threads / 10 cm.
  • Any weave such as leno weave, mock leno weave, plain weave, twill weave, Panama weave, grosgrain weave, satin or satin weave, ripstop, double or multiple weave or derivatives of these weaves can be used as the weave (construction) of the silicate fabric.
  • each silicate fabric described herein has different strengths (between 50 N / 5 cm and 10,000 N / 5 cm) and elongations (between 0 and 25%) in warp and weft.
  • the fineness of the silicate fiber of the silicate fabric used as the preferred fabric, container and / or hybrid textile of the metal hot-part insulating element is 4 to 17 pm, preferably 4 to 13 pm, particularly preferably 4 to 11 pm, very particularly preferably 6 to 9 pm, the fineness thus defined being advantageous insulating To promote cavities without to sell harmful effects.
  • the fineness has the advantage that there are no fragments ⁇ 3 pm, which may be lung-accessible.
  • the S1O2 fraction of the preferably selected silicate fiber is, for example, between 85 and 99%, preferably between 90 and 99%, particularly preferably 92 and 99%, very particularly preferably between 94 and 98%.
  • the remaining percentages are distributed among AI2O3 and others, whereby it is clear that the proportion of alkali metals, alkaline earth metals and their compounds (in particular oxides with them) is limited by the ranges defined herein.
  • a preferred silicate fiber is in the form of staple fiber, filament, textured filament, roving or a mixture thereof.
  • the thread of the silicate fiber of the silicate fabric used as the preferred fabric, container and / or hybrid textile of the metal hot-part insulating element is made from the silicate fiber and is a single thread, preferably a twisted or multiple twisted thread, and can be designed without wire reinforcement, but preferably with wire reinforcement.
  • the wire reinforcement in this case typically consists of 1 to 100 wires, which are present individually or as wire bundles, preferably from 1 to 90, 1 to 80, 1 to 70, 1 to 60, 1 to 50 wires, particularly preferably from 1 to 40, 1 to 30, 1 to 20, 1 to 10 wires, very particularly preferably 1 to 9, 1 to 8, 1 to 7, 1 to 6, 1 to 5, 1 to 4, 1 to 3, 1 to 2 wires, the Wire bundles described herein of the optional wire reinforcement act particularly advantageously for the structural stability of the silicate fiber.
  • Hot metal insulating element is, for example, between 1 mm and 0.01 mm, preferably between 0.9 mm and 0.01 mm, 0.8 mm and 0.01 mm, 0.7 mm and 0.01 mm, 0.6 mm and 0, 01 mm, 0.5 mm and 0.01 mm, particularly preferably between 0.4 mm and 0.05 mm, 0.3 mm and 0.05 mm, 0.2 mm and 0.05 mm, very particularly preferably between 0.19 mm and 0.1 mm, 0.18 mm and 0.1 mm, 0.17 mm and 0.1 mm, 0.16 mm and 0.1 mm, 0.15 mm and 0.1 mm, 0.14 mm and 0.1 mm, 0.13 mm and 0.1 mm, 0.12 mm and 0.1 mm, 0.11 mm and 0.1 mm, the diameter of the wire defined herein being the most suitable stability Silicate fibers serve without showing any particulate and thus potentially harmful properties.
  • All metals and their alloys such as brass, tin, bronze, copper, nickel, Monell, titanium, aluminum, raw iron, galvanized iron, inconel, Steel, duplex steel, stainless steel, martensitic steels, ferritic steels, Austenitic steels.
  • a stainless austenitic steel particularly preferably from a high temperature resistant, austenitic, stainless steel, very particularly preferably from the materials 1.4571, 1.4401, 1.4404, 1.4841, 1.4845, 1.4876, 1.4878, 1.4828, 1.4301, 1.4306.
  • the silicate fabric used is either provided without wire reinforcement, preferably with wire reinforcement in warp or weft, very particularly preferably with wire reinforcement in warp and weft, it being possible to advantageously modify the stability of the silicate fabric.
  • a wire reinforcement of the silicate fabric of the metal hot part insulating element according to the invention is achieved either by a wire-reinforced yarn as described herein or by weaving in wires as described herein.
  • the wire reinforcement takes place in warp or weft, preferably in both thread systems. It typically takes place in each individual thread or as each individual thread or at a distance of up to 100 consecutive threads. Preferably at a distance of 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10, particularly preferably at a distance of 9, 8, 7, 6, 5, very particularly preferably at a distance of 4, 3, 2, 1 threads, whereby the density of the silicate fabric can be modified advantageously by the preferred spacing of the individual threads.
  • Hot metal part insulating element is both raw, preferably thermally desized, particularly preferably pre-shrunk, very particularly preferably thermally desized and used pre-shrunk.
  • the selected silicate fabric can be provided with impregnation, e.g. based on polyacrylate, polyvinyl acetate, polyurethane, silicone or a vermiculite dispersion in the respective appearance, e.g. to improve the customization. Impregnation is less preferred, as decomposition products which are harmful or hazardous to health may arise during the first heating and may evaporate.
  • the silicate fabric used in the hot metal insulation element according to the invention can, for example, be provided with coatings on one or both sides, e.g. based on polyacrylate, polyvinyl acetate, polyurethane, silicone or a vermiculite dispersion, to improve the ability to be assembled or to protect against abrasion caused by vibration, However, it is preferred not to use this, since decomposition products which are harmful or hazardous to health may arise during the first heating and may evaporate.
  • the silicate fabric used in the hot metal insulating element according to the invention can also be designed with a smooth, embossed (e.g. coarse grain embossing), perforated or dome foil, such as an aluminum foil, titanium foil, stainless steel foil or other temperature-resistant foil as vibration or trickle protection, with one or both sides being laminated can. It is preferred, however, not to do this, since during the first heating-up, decomposition products of the laminating adhesive used, e.g. based on polyacrylate, may be harmful or hazardous to health.
  • embossed e.g. coarse grain embossing
  • perforated or dome foil such as an aluminum foil, titanium foil, stainless steel foil or other temperature-resistant foil as vibration or trickle protection
  • Poly vinyl acetate, polyurethane, silicone are formed and can evaporate.
  • a film described herein is connected to the silicate fabric on one or both sides, e.g. by sewing.
  • At least one must be present as a so-called lower layer. If two or more different or identical layers or layers are present, they can occur in any sequence, but preferably as in the sequence of the description.
  • the metal hot-part insulating element has an optional so-called web, then at least one of the optional layers or layers described herein must be designed as this. Are two or more different or the same layers or
  • layers can occur in any sequence, but preferably as in the sequence of the description.
  • the selection, the number and the sequence of the individual layers or layers of the web can differ from those of the lower layer, but are preferably identical with the selection, number and sequence.
  • At least one must be present as a so-called upper outer layer. If two or more different or identical layers or layers are present, they can occur in any sequence, but preferably as in the sequence of the description.
  • the selection, the number and the sequence of the individual layers or plies of the upper outer layer can differ from those of the lower layer or the web, but are preferably identical with the selection, number and sequence.
  • the upper outer layer of a single-layer insulation element and / or a multi-layer and / or multi-layer insulation system should either consist of a film as described herein, or one of the fabrics described here, whereby this is then preferably provided with an impregnation and / or coating and / or lamination or foil described herein.
  • Each component of the insulation element according to the invention can optionally be provided with functional finishes, coatings, impregnations and / or laminations (in particular with metal foils) and can contain and / or be made from metal fibers, strands, wires or filaments.
  • the functional finishes with which each of the components of the insulation element according to the invention can be provided also include coatings, impregnations and / or laminations, in particular functional impregnations, for example based on silica; Aluminum oxide, zirconium oxide, titanium oxide, silicon carbide, phyllosilicates (e.g. vermiculite) and / or coatings based on the aforementioned materials and / or laminations, for example with metal foils (e.g.
  • plastic foils e.g. silicone foils, PTFE foils, polyimide foils, PVDF films, polyamideimide films, PEEK films; PPS films, PPSU films, PES films, PSU films, PEI films.
  • the separable metal hot-part insulating element is designed as an independent functional element, which as such can be easily and individually assembled and / or easily separated from the hot element.
  • the product can advantageously be manufactured independently of the element to be insulated, manually and / or semi-automatically or individually adaptable (“offset”).
  • the separable metal hot part insulating element In order to easily adapt the separable metal hot part insulating element (e.g. during installation) to the shape of the hot device, it is designed as a textile or partially metallic metal hot part insulating element, preferably the metal hot part insulating element is constructed in such a way that its shape is upholstered to the contour of the hot device in a manner equal to the thickness of the entire metal hot part insulating element Shape corresponds to (offset).
  • the subject of the invention is a solution for the cost-effective renovation and / or retrofitting of individual hot-part insulating element parts.
  • textile or partially metallic, separable metal hot-part insulating elements has proven to be particularly advantageous if these are inherently low in alkali metal and / or alkaline earth metal.
  • the textile or partially metallic hot metal insulating elements are particularly preferably free of alkali metal and / or alkaline earth metal from the outset.
  • all components ie the insulation element casing, including outer layers (2, 5) and possibly side walls (6) as well as the inner layers (7, 8) or the insulation element filling of the hot metal insulating element, consist of materials containing alkali metals, alkaline earth metals and their compounds (in particular oxides therewith) with a mass content of less than 5% by weight.
  • all components consist at least of materials that are low in alkali metals and / or low in alkaline earth metals, ideally made of alkali metal and / or alkaline earth metal-free materials.
  • This structure proves to be particularly advantageous if permeable materials, such as, for example, scrims, bundles, woven fabrics, knitted fabrics, knitted fabrics, braids, nonwovens, felts, solidified fibers or the like are used for the sheathing of the hot metal insulating element and / or the hot metal parts to be insulated are used are exposed to increased exposure to external moisture (e.g. rainwater, condensation and ice formation) and thus leaching of the conventional materials described herein is to be expected.
  • permeable materials such as, for example, scrims, bundles, woven fabrics, knitted fabrics, knitted fabrics, braids, nonwovens, felts, solidified fibers or the like are used for the sheathing of the hot metal insulating element and / or the hot metal parts to be insulated are used are exposed to increased exposure to external moisture (e.g. rainwater, condensation and ice formation) and thus leaching of the conventional materials described herein is to be expected.
  • this structure is advantageous if the metal hot part insulation element is used for the thermal insulation of metal hot parts that radiate heat to such an extent that even the outside temperature of the "cold side" of individual insulation elements of an insulation system may still be in a temperature window where it may even be on the surface Chromium (VI) can still arise on the cold side. This often occurs with multilayer insulation systems, for example with turbine insulation.
  • the sheathing of the separable hot metal insulating element consists of a foil, in particular a metal foil, particularly preferably a stainless steel foil. At least the hot metal insulating element is preferably encased with such a film. In both cases, the hot metal insulation element is a "closed system" from the outside, so that, for example, moisture can penetrate into the hot metal insulation element and a Penetration to the metallic surface of the metal hot-part insulating element and the associated leaching of (earth) alkali metals and their compounds from the materials is prevented.
  • metal hot-part insulating element or other layers and / or layers in the first or second inner layer advantageously allows a possible filling of the metal hot-part insulating element or other layers and / or layers in the first or second inner layer to be made from materials that are low in alkali metals and / or low in alkaline earth metals, as defined herein.
  • the lower outer layer (2) which is designed as a direct contact layer for a hot metal part to be insulated, or the lower outer side (3) or the hot metal part itself, has a nubby or essentially corrugated transversely or obliquely to the longitudinal axis or grooved surface (surface with elevations).
  • Knobs can be used, for example, in the form of pyramids, truncated pyramids, truncated cones, endless wedges and / or hemispheres.
  • the lower outer layer (2) itself is designed as a layer consisting of knobs, as defined above (see FIG. 13).
  • the distance between the knobs or elevations of the surface is in the range from 100 ⁇ m to 2 cm and the height of the elevations which are spaced apart from one another in the range from 100 ⁇ m to 2 cm.
  • the knobs or elevations of the surface can have a coating of aluminum oxide, which in turn can be coated with noble metals, in particular platinum, rhodium, palladium or nanoparticles.
  • the metal hot-part insulating element contains longitudinal or transverse seams, quilting seams or quilting in order to advantageously ensure the shape and dimensional stability (no slipping / shifting of the components (layers) with respect to one another) and thus a precisely fitting assembly.
  • Alternative connecting elements (10a) for connecting the individual components or all components of the metal hot-part insulating element to one another are, for example, clips, hooks, cords, straps, wires or similar suitable connecting elements.
  • the structure of the hot metal insulation element is from hot to cold when the hot metal insulation element is used as intended: a stainless steel wire mesh, or a metal foil (perforated, non-perforated) and / or a fabric that is free or low in (earth) alkali metal (Hot side), an inner layer (7) or a heat-insulating filler material that is free or low in (earth) alkali metal, and a stainless steel wire mesh (preferably coated to be oil- and water-repellent), or a metal foil (perforated or non-perforated) and / or a fabric (preferably with an oil- and water-repellent coating) which is free or low in (earth) alkali metals (cold side).
  • a stainless steel wire mesh or a metal foil (perforated, non-perforated) and / or a fabric that is free or low in (earth) alkali metals (cold side).
  • the separable hot metal insulating element according to the invention can be in the form of an insulating mattress, insulating cushion, insulating mat, insulating sleeve, insulating molded part, insulating element, insulating hood, insulating blanket, glass fabric molded mat, insulating cassette, hardcover element or the like. Insulation elements are often in use for many years. The insulation elements are under constant load day after day. Temperature changes, possibly moisture, vibrations and leaks - all of this has to be withstood by an insulating element.
  • the hot metal insulating element according to the invention can contain an optional knitted wire mesh which has a certain mesh size.
  • the mesh size is, for example, from 50 x 50 mm to 0.5 x 0.5 mm, preferably 45 x 45 mm, 40 x 40 mm, 35 x 35 mm, 30 x 30 mm, 25 x 25 mm, 20 x 20 mm, 15 x 15 mm, 10 x 10 mm, particularly preferably 9 x 9 mm, 8 x 8 mm, 7 x 7 mm, 6 x 6 mm, 5 x 5 mm, 4 x 4 mm, 3 x 3 mm, 2 x 2 mm, 1 x 1 mm, 0.5 x 0.5 mm, very particularly preferably 7.4 x 8 mm, 7 x 9 mm.
  • a mesh size defined in this way enables vibrations to be effectively reduced, so that mechanical abrasion of the metal hot-part insulating element, in particular over a long service life of the subject matter
  • a wire of the knitted wire for example with a diameter of 6 mm to 0.01 mm, preferably 5.5 mm, 5.0 mm, 4.5 mm, 4.0 mm, 3.5 mm, 3.0 mm, 2.5 mm, 2.0 mm, 1.5 mm, 1.0 mm, particularly preferably 0.5 mm, 0.45 mm, 0.4 mm, 0.35 mm,
  • a diameter of the wire of a knitted wire fabric defined in this way is advantageously guaranteed to have a high mechanical stability, which is required, for example, particularly in the case of engine-generator applications or hot exhaust parts.
  • All metals and their alloys such as brass, tin, bronze, copper, nickel, Monell, titanium, aluminum, raw iron, galvanized iron, inconel, steel, duplex steel, stainless steel, martensitic steels, ferritic steels, are typically used as the material for the wire of the wire mesh Steels, austenitic steels.
  • a stainless austenitic steel particularly preferably from a high-temperature resistant austenitic stainless steel, very particularly preferably from the materials 1.4571, 1.4401, 1.4404, 1.4841, 1.4845, 1.4876, 1.4878, 1.4828, 1.4301, 1.4306 completely or partially with the actual lower Outer layer connected, possibly also partially or completely in the web area, to prevent or reduce mechanical abrasion caused by vibration.
  • the metal hot-part insulating element according to the invention comprises an optional wire mesh / screen mesh / wire mesh, which has a mesh size of 50.0 mm to 0.01 mm, preferably 45 mm, 40 mm, 35 mm, 30 mm, 25 mm, 20 mm, 15 mm , 10 mm, particularly preferably 9 mm, 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm, 1 mm, 0.5 mm, 0.1 mm, very particularly preferably 0.09 mm, 0.08 mm, 0.07 mm, 0.06 mm, 0.05 mm, 0.04 mm, 0.03 mm, 0.02 mm, 0.01 mm.
  • a mesh size of the wire mesh / sieve mesh / wire mesh defined in this way enables, on the one hand, a reduction in vibrations and thus mechanical abrasion of the metal hot-part insulating element, as described above, and, on the other hand, loosening of loosely filled fibers, so that fiber accumulations and the associated reduced thermal insulation effect can be counteracted prematurely .
  • the optional wire mesh / screen mesh / wire mesh can consist of a wire with a diameter of (d) from 6 mm to 0.01 mm, preferably 5.5 mm, 5.0 mm, 4.5 mm, 4.0 mm, 3.5 mm, 3.0 mm, 2.5 mm, 2.0 mm, 1.5 mm, 1.0 mm, 0.5 mm, 0.1 mm, particularly preferably 0.09 mm, 0.08 mm, 0, 07 mm, 0.06 mm, 0.05 mm, very particularly preferably 0.045 mm, 0.04 mm, 0.035 mm, 0.030 mm, 0.020 mm, 0.015 mm, 0.010 mm.
  • Wire mesh / sieve mesh / wire mesh guarantees advantageous technical effects as described above for knitted wire mesh.
  • All metals and their alloys such as brass, tin, bronze, copper, nickel, Monell, titanium, aluminum, raw iron, galvanized iron, inconel, steel, duplex steel, stainless steel, martensitic steels, ferritic steels, austenitic steels are used as the material for the wire Steels.
  • a stainless austenitic steel particularly preferably from a high-temperature resistant austenitic stainless steel, very particularly preferably from the materials 1.4571, 1.4401, 1.4404, 1.4841, 1.4845, 1.4876, 1.4878, 1.4828, 1.4301, 1.4306 completely or partially with the actual lower outer layer connected, possibly also partially or completely in the web area, to prevent or reduce mechanical abrasion caused by vibration and, depending on the mesh size, to prevent fibers or dust from escaping from the subsequent layer.
  • Wire mesh / sieve mesh / wire mesh is, for example, between 0.45 mesh and 1270 mesh, preferably between 0.5 mesh and 2.51 mesh, particularly preferably between 1.69 mesh and 230 mesh, particularly preferably 2.79 mesh and 169 mesh, whole particularly preferably between 188 mesh and 1270 mesh. From an economic point of view, the application-oriented fineness should be selected in such a way that the material costs and weight of the wire mesh / sieve mesh / wire mesh result in a minimum.
  • the weave (construction) of the wire mesh / screen mesh / wire mesh can typically be any fabric weave such as plain weave, twill weave, Panama weave, rep weave, satin or satin weave, weft, ripstop, leno weave, Mock leno weave, double or multiple weave or derivatives of these weaves can be used.
  • the present invention therefore also comprises a separable metal hot-part insulating element system which comprises at least two metal hot-part insulating elements that are optionally connected below or with one another, as defined herein. It is also possible to provide hot metal insulation elements as defined herein (ie the first outer layer (2) consists of materials containing alkali metals or alkaline earth metals and their compounds, but at least calcium and calcium compounds (in particular calcium oxide) with a mass content of less than 5% by weight have) and conventional insulation elements to combine to form a complete system.
  • hot metal insulation elements as defined herein (ie the first outer layer (2) consists of materials containing alkali metals or alkaline earth metals and their compounds, but at least calcium and calcium compounds (in particular calcium oxide) with a mass content of less than 5% by weight have) and conventional insulation elements to combine to form a complete system.
  • an overall system can advantageously be designed, on the one hand, to ensure that the overall system is easy to assemble and to minimize heat transfer at the joints of the individual hot metal insulation elements, especially the lower hot metal insulation elements (arranged towards the hot metal part) by offset. At the same time, this enables better shape adaptation to the hot metal part to be insulated.
  • the size of the metal hot-part insulation elements is to be selected so that quick assembly and disassembly is possible. During maintenance and repair work, small units can thus advantageously be repaired or replaced if necessary.
  • such an overall system enables better shape adaptation as a whole, since especially the lower hot metal insulation element (arranged towards the metal hot part) of the overall system can be positively connected to the metal hot part.
  • a possibly reduced thermal insulation at any resulting crumple zones of the metal hot part insulating element positively connected to the metal hot part is advantageously canceled by thermal insulation of the metal hot part insulating elements of the overall system that are arranged away from the metal hot part.
  • a metal hot part insulating element of such an overall system, which is arranged towards the metal hot part, is preferably dividedled and positively attached over the individual technical parts of the metal hot part and covered over the entire area by the further metal hot part insulating element, which is arranged away from the metal hot part.
  • the individual metal hot-part insulating elements can be connected by connecting elements (10b), such as clips, hooks, springs, buckles, lugs, eyes, clamps, eye bolts, cap locks, loops, belts, tapes, cords, cords, straps, lashing eyes, Velcro connections, overlaps, wires or similar connecting elements, which are suitable for connecting two or more insulation elements or insulation systems below and / or with one another, to form a metal hot-part insulation element system.
  • connecting elements (10b) such as clips, hooks, springs, buckles, lugs, eyes, clamps, eye bolts, cap locks, loops, belts, tapes, cords, cords, straps, lashing eyes, Velcro connections, overlaps, wires or similar connecting elements, which are suitable for connecting two or more insulation elements or insulation systems below and / or with one another, to form a metal hot-part insulation element system.
  • the heat transfer in joints, crevices, joints, etc. is minimized or, at best, prevented.
  • the individual hot metal insulating elements of the hot metal insulating element system can be sewn, welded, stapled, quilted, glued, needled, bound or connected in some other way.
  • a particular advantage in providing the metal hot part insulation system, in which at least two metal hot part insulation elements are beneath or connected to one another, is in particular that this creates an insulation system that is sealed against external environmental influences, which prevents or at least minimizes the penetration of moisture.
  • the metal hot part insulation element system comprises at least the metal hot part insulation element, as defined herein, as well as the heat-insulating metal hot part, at least one metal hot part insulation element of the metal hot part insulation element system being at least partially separable connected to the metal hot part via a contact side.
  • the metal hot part is preferably an internal combustion engine (such as an engine of motor vehicles, commercial vehicles, construction machinery, rail vehicles or ship engines), an engine hot part, a component of exhaust systems such as diesel particle filters, turbo-chargers, catalytic converters, silencers, SCR systems and their associated components, as well as a gas and steam turbine, a generator, a block-type thermal power station and similar units, as well as supply and discharge lines belonging to all of the aforementioned systems.
  • the present invention comprises a metal hot part insulation element cassette, wherein a metal hot part insulation element (1), as defined herein, or a metal hot part insulation element system, as defined herein, is placed in a prefabricated cassette shape (13) or is fastened in this, so that this is in the direction of the metal hot part to be insulated forms a closed insulation system and can then be attached as a whole to or on the hot metal part to be insulated.
  • the metal hot part insulating element cassette describes a preferred embodiment of the invention, which is used only and advantageously for fastening, but not for an insulating effect.
  • the metal hot part insulating element cassette can be designed, for example, as a separable metallic jacket for attaching the metal hot part insulating element.
  • an outer steel jacket of similar products is included as an essential feature, which has significant load-bearing, corrosion-resistant and shape-stabilizing functions for the entire product, for example designed as an outer layer.
  • the object according to the invention is designed without a steel jacket, with metallic elements as exemplary embodiments being able to be of great technical advantage.
  • Two or more of these cassettes can be connected to one another using suitable connection methods or joining techniques.
  • the present invention also provides a method for thermal insulation of hot metal parts while reducing the formation of heavy metal compounds that are harmful to the environment and / or health during operation of hot metal parts, a hot metal part (12) being encased with the hot metal part insulating element according to one of the preceding claims.
  • a further aspect of the invention relates to the use of the metal hot part insulating element (1) defined herein, the metal hot part insulating element system defined herein or the metal hot part insulating element cassette defined herein as thermal insulation, sound insulation and / or heat protection of hot metal parts (12), in particular internal combustion engines (such as, for example, motors of motor vehicles, Commercial vehicles, construction machinery, rail vehicles and ship engines), hot engine parts, components of exhaust systems such as diesel particle filters, turbochargers, catalytic converters, silencers, SCR systems and their associated components, as well as gas and steam turbines, generators, combined heat and power units and similar units, as well as all of the above mentioned systems belonging supply and discharge lines in a temperature range from 20 ° C to 750 ° C, in particular in the range from 70 ° C to 750 ° C, particularly preferably in the range from 200 ° C to 750 ° C, very particularly preferably in the range of 400 ° C to 750 ° C, esp each of them up to 700 ° C, 650
  • the metal hot part insulating element is used specifically for insulating hot metal parts or, together with these, forms a metal hot part insulating element system as defined herein, which is operated in a temperature range of 80 to 120.degree.
  • engines e.g. gasoline engines, diesel engines
  • these metal hot parts are mostly exposed to different weather conditions in which moisture or water (e.g. rainwater, condensation and ice formation) has an effect. Under these conditions, on contact with materials containing alkali metals and alkaline earth metals, heavy metal compounds which are harmful to the environment and / or health are increasingly formed (see FIG. 1).
  • exhaust gas catalytic converters and exhaust gas ducts such as, for example, exhausts for exhaust gases from Otto or diesel engines, which are made of steels containing heavy metal additives, with the hot metal insulating element according to the invention.
  • exhaust gases reach temperatures in the range of approx. 800 ° C (idling) to approx. 900 ° C (full load).
  • exhaust gas temperatures in the range from approx. 250 ° C. (idling) to approx. 650 ° C., preferably up to approx. 500 ° C. (full load) are achieved with diesel engines.
  • Catalytic converters for motor vehicles are operated at operating temperatures in the range from 400 ° C to 900 ° C.
  • the separable hot metal insulating element is used specifically for insulating turbines and their components. These are made of steel, with the wall temperature of a turbine in the range of 400 ° C to 800 ° C during operation. Under these conditions, on contact with materials containing alkali metals and alkaline earth metals, heavy metal compounds which are harmful to the environment and / or health are increasingly formed (see FIG. 1).
  • the separable metal hot part insulating element is specifically used to insulate heat engines, such as for Organic Rankine Cycle (ORC) systems in the temperature range from 110 ° C to 550 ° C or in steam processes at temperatures of more than 150 ° C used to prevent unwanted heat loss.
  • ORC Organic Rankine Cycle
  • Fig. 1 Formation of chromium (VI) as a function of the heating temperature in the presence of NaOH, KOH, CaO or MgO or in the absence of alkali metal / alkaline earth metal compounds and the exclusive presence of O2.
  • Fig. 2 the schematic structure of an insulating element (1) according to the invention in
  • Pillow shape with a lower outer layer (2), an upper outer layer (5) and a first inner layer (7).
  • Fig. 5 the schematic structure of an insulating element (1) according to the invention in
  • Mattress shape with multi-layer filling With a first inner layer (7) and at least a second or further inner layer (8).
  • Fig. 6 The schematic structure of an insulating element (1) according to the invention which is partially additionally provided with a wire jacket (9) as a vibration-protecting layer on at least one of the outer layers and / or the web, at best the entire insulating element or insulating system.
  • FIG. 7 shows the schematic structure of an insulating element (1) according to the invention in the form of a cushion, which has fastening elements (11) on the lower outer layer (2) for attachment to a hot metal part (12).
  • 8 8 (A), 8 (B) and 8 (C) the schematic structure of an insulating element (1) according to the invention in the form of a mattress, which is additionally provided with suitable connecting elements (10b) on at least one of the outer layers and / or the side wall or is fixed and / or in which individual or all layers are connected with suitable connecting elements (10a) (for example transverse seams).
  • suitable connecting elements (10b) on at least one of the outer layers and / or the side wall or is fixed and / or in which individual or all layers are connected with suitable connecting elements (10a) (for example transverse seams).
  • Fig. 9 the schematic structure of an insulating element (1) according to the invention, which is placed in a prefabricated cassette shape (13) or fastened in this and is then attached to the hot metal part to be isolated and thus forms a partially or fully closed insulation system.
  • FIGS. 2, 4, 5 the schematic structure of a separable metal hot-part insulating element system, in which several layers of the insulating elements (1), in pillow and / or mattress form (cf. FIGS. 2, 4, 5) form an overall system, the lower layer of hot metal insulating elements (1) is designed according to the invention. Further layers are particularly advantageously also made up of hot metal insulating elements (1) according to the invention, but can optionally also consist of conventional insulating elements.
  • FIG. 11 a sectional view of a separable metal hot part insulating element (1) that is arranged around a metal hot part (12) (for example a turbocharger) for thermal insulation.
  • a metal hot part (12) for example a turbocharger
  • FIG. 13 the surface of a lower outer layer (2), which is designed with elevations / spacers in the form of knobs: in the form of hemispheres (FIG. 13A), endless wedges and pyramids (FIG. 13B) as well as truncated pyramids and / or truncated cones (Figure 13C).
  • the overall with (1) designated insulating element in the form of a cushion of Fig. 2 has a lower outer layer (2), also called the hot side, an upper outer layer (5), also called the cold side, and at least one first inner layer (7), also called Insulating material referred to.
  • Lower outer layer fabric with or without (earth) alkali metals, containers,
  • Hybrid textile with or without wire reinforcement, with or without impregnation or with or without coating, also microporous metal foil, preferably stainless steel mesh or silicate mesh, also as a mixture of these
  • Upper outer layer (earth) alkali metal low or free fabric, container,
  • Hybrid textile with or without wire reinforcement, with or without impregnation or with or without coating, also microporous metal foil, preferably stainless steel mesh or silicate mesh, also as a mixture of these, particularly preferably equipped with an oil- and water-repellent
  • Coating / lamination / lamination / foiling that is low in or free of (earth) alkali metals and has oil or water-repellent properties.
  • the following structure for example, can be selected while ensuring the prevention or reduction of the formation of compounds containing heavy metals and / or the environment:
  • Outer layer connected, possibly also partially or completely in the web area, to prevent or reduce mechanical abrasion caused by vibration.
  • Lower outer layer fabric with or without (earth) alkali metals, containers,
  • Hybrid textile with or without wire reinforcement, with or without impregnation or with or without coating, also microporous metal foil, preferably stainless steel mesh or silicate mesh, also as a mixture of these Inner layer (insulation): on the hot side (facing the lower outer layer) (earth) low-alkali metal or -free insulation material, e.g. as loose fibers, fleece, mat, felt, bundles, paper or cardboard, one or more layers or one or more layers , preferably silicate fiber mat, combined with one or more layers or one or more layers of insulating materials in any technically meaningful form of representation described herein, which are not low or free of (earth) alkali metal, facing the upper outer layer.
  • insulation material e.g. as loose fibers, fleece, mat, felt, bundles, paper or cardboard, one or more layers or one or more layers , preferably silicate fiber mat, combined with one or more layers or one or more layers of insulating materials in any technically meaningful form of representation described herein, which are not low or free of (
  • Upper outer layer (earth) alkali metal low or free fabric, container,
  • Hybrid textile with or without wire reinforcement, with or without impregnation or with or without coating, also microporous metal foil, preferably stainless steel mesh or silicate mesh, also as a mixture of these, particularly preferably equipped with an oil- and water-repellent
  • Coating / lamination / lamination / foiling which is at best low or free of (earth) alkali metal and has oil or water-repellent properties.
  • the following structure can be selected while ensuring the prevention or reduction of the formation of compounds containing heavy metals and / or environmentally hazardous:
  • Outer layer connected, possibly also partially or completely in the web area, to prevent or reduce mechanical abrasion caused by vibration.
  • Lower outer layer fabric with or without (earth) alkali metals, containers,
  • Hybrid textile with or without wire reinforcement, with or without impregnation or with or without coating, also microporous metal foil, preferably stainless steel mesh or silicate mesh, also as a mixture of these
  • Inner layer on the hot side (facing the lower outer layer) (earth-
  • Low-alkali metal or -free insulation material e.g. as loose fibers, fleece, mat, felt, bundles, paper or cardboard, single or multi-layer or one or more layers, preferably silicate fiber mat, combined with one or more layers or one or more layers of insulating materials in any technically meaningful representation described herein that are not low in or free of (earth) alkali metal, facing the upper outer layer.
  • Upper outer layer a non (earth) alkali metal-free or low-alkali metal fabric, container, hybrid textile, with or without wire reinforcement, with or without impregnation or with or without coating, also microporous metal foil, preferably stainless steel mesh or silicate mesh, also as a mixture of these, especially preferably equipped with an oil and water repellent
  • Coating / lamination / lamination / foiling which is at best low or free of (earth) alkali metal and has oil or water-repellent properties.
  • the following structure can be selected while ensuring the prevention or reduction of the formation of compounds containing heavy metals and / or environmentally hazardous:
  • Outer layer connected, possibly also partially or completely in the web area, to prevent or reduce mechanical abrasion caused by vibration.
  • Lower outer layer fabric with or without (earth) alkali metals, containers,
  • Hybrid textile with or without wire reinforcement, with or without impregnation or with or without coating, also microporous metal foil, preferably stainless steel mesh or silicate mesh, also as a mixture of these
  • Inner layer one or more layers or one or more layers of insulation materials in any technically meaningful form of representation described herein that are not low in or free of (earth) alkali metals
  • Upper outer layer a non (earth) alkali metal-free or low-alkali metal fabric, container, hybrid textile, with or without wire reinforcement, with or without impregnation or with or without coating, also microporous metal foil, preferably stainless steel mesh or silicate mesh, also as a mixture of these, especially preferably equipped with an oil and water repellent
  • Coating / lamination / lamination / foiling which is at best low or free of (earth) alkali metal and has oil or water-repellent properties.
  • the following structure can be selected while ensuring the prevention or reduction of the formation of compounds containing heavy metals and / or environmentally hazardous:
  • Outer layer connected, possibly also partially or completely in the web area, to prevent or reduce mechanical abrasion caused by vibration.
  • Lower outer layer fabric with or without (earth) alkali metals, containers,
  • Hybrid textile with or without wire reinforcement, with or without impregnation or with or without coating, also microporous metal foil, preferably stainless steel mesh or silicate mesh, also as a mixture of these
  • Inner layer one or more layers or one or more layers of insulation materials in any technically meaningful form of representation described herein that are not low in or free of (earth) alkali metals
  • Upper outer layer a (earth) alkali metal-free or low-alkali metal fabric, container, hybrid textile, with or without wire reinforcement, with or without impregnation or with or without coating, also microporous metal foil, preferably stainless steel mesh or silicate mesh, also as a mixture of these, particularly preferred equipped with an oil and water repellent
  • Coating / lamination / lamination / foiling the best at best is low in or free of (earth) alkali metals and has oil and water-repellent properties.
  • a further embodiment of the separable hot metal insulating element (1) is shown in the form of a mattress.
  • Hot metal insulating element comprises a lower outer layer (2), an upper outer layer (5), four webs or side parts (6) which together span a free space and thereby give the hot metal insulating element a box-like or mattress-like shape.
  • the free space is filled at least by a first inner layer (7).
  • a structure in the form of a mattress has proven particularly useful, which is constructed like the aforementioned pillow shape, but with a web corresponding to the upper outer layer, preferably corresponding to the lower outer layer. If the lower outer layer (hot side) consists of a metallic mesh or a metallic foil, the optional knitted wire mesh can be dispensed with.
  • the structures of the pillow shape described above also apply accordingly (only supplemented by a bar) to the mattress shape.
  • the separable hot metal insulating element or hot metal insulating element system has, for example, a single or multi-layer or single or multi-layer upper outer layer (5), a single or multi-layer or single or multi-layer inner layer (7; 8), a single or multi-layer or single or multilayer lower outer layer (2), which are connected by a web or side wall (6) corresponding to the insulation thickness.
  • Both the upper outer layer (5), the inner layer (7; 8), the lower outer layer (2) and the web (6) are made from components as defined herein.
  • the hot metal insulating element or hot metal insulating element system has on one, several or all of the outer layers (2; 5; 6) - the so-called sheathing - an additional partial or complete protective layer (9) (e.g.
  • This optional layer can replace one or more layers 2, 5 or 6, if necessary.
  • the insulation element or insulation system can contain longitudinal or transverse seams (10a) or be provided with pins, hooks, staples, quilting seams or other suitable connection options in order to reduce or reduce the displacement of the individual layers relative to one another. to prevent, and to ensure the shape or dimensional stability and thus a precisely fitting assembly.
  • the insulation element or insulation system as shown in FIG. Contain straps, lashing eyes, Velcro connections, overlaps, wires or similar connecting elements to connect two or more insulation elements below and / or with each other to form an insulation system in order to minimize or at best to prevent.
  • the insulating element can have fastening elements (11) which make it possible to fix it directly on the hot metal part and thus prevent displacement of individual insulating elements of an insulation system on the hot metal part.
  • the insulation system is made up of two or more layers of hot metal insulation elements, which form an overall system, at least the lower layer (layer facing the hot metal part) consisting of hot metal insulation elements according to the invention.
  • This ensures that the overall system is easy to assemble and minimizes heat transfer at the joints, especially the lower insulation element layer, by offsetting the layer above.
  • This enables better shape adaptation to the hot metal part to be insulated.
  • the size of the insulation elements is to be selected so that quick assembly and disassembly is possible. During maintenance and repair work, small units can thus be repaired or replaced if necessary.
  • the individual layers can be connected under and / or with one another as described above. List of reference symbols

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein textiles oder teilmetallisches Metallheißteildämmelement (hierein auch als „Dämmelement" bezeichnet) zur Verhinderung bzw. Verringerung des Entstehens umwelt- und/oder gesundheitsschädlicher Schwermetallverbindungen, das in Form als Isoliermatratze, Isolierkissen/Pillow, Isoliermatte, Isoliermanschette, Isolierformteil, Isolierelement, Isolierhaube, Isolierdecke, Glasgewebeformmatte, Isolierkassette, Hardcoverelemente o.ä. ausgebildet ist und zur Wärmeisolierung von Metallheißteilen in einem Temperaturbereich von 20°C bis 750°C verwendet wird.

Description

Metallheißteildämmelement zur Verhinderung bzw. Verringerung des Entstehens umweit- und/oder gesundheitsschädlicher Schwermetallverbindungen
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein textiles oder teilmetallisches, vorzugsweise trennbares Metallheißteildämmelement (hierin auch als „Dämmelement“ bezeichnet) zur Verhinderung bzw. Verringerung des Entstehens umweit- und/oder gesundheitsschädlicher Schwermetallverbindungen, das in Form als Isoliermatratze, Isolierkissen/Pillow, Isoliermatte, Isoliermanschette, Isolierformteil, Isolierelement, Isolierhaube, Isolierdecke, Glasgewebeformmatte, Isolierkassette, Hardcoverelemente o.ä. ausgebildet ist und zur Wärmeisolierung von Metallheißteilen in einem Temperaturbereich von 20°C bis 750°C eingesetzt wird.
Stand der Technik
Prinzipiell sind verschiedene Arten von Dämmelementen bzw. Dämmsystemen bekannt, die für die Wärmedämmung und/oder Schalldämmung aber auch als Hitzeschutz von Verbrennungsmotoren (wie bspw. Motoren von Kraftfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Baumaschinen, Schienenfahrzeugen und Schiffsmotoren), Motorenheißteilen, Bestandteilen von Abgassystemen wie z.B. Dieselpartikelfiltern, Turboladern, Katalysatoren, Schalldämpfern, SCR-Systemen und deren verbundenen Bauteilen, sowie Gas- und Dampfturbinen, Generatoren, Blockheizkraftwerken und ähnlichen Aggregaten, sowie zu sämtlichen zuvor genannten Anlagen gehörenden Zu- und Ableitungen eingesetzt werden.
Diese bekannten Dämmelemente bzw. Dämmsysteme bestehen in der Regel aus einer Umhüllung aus textilen Flächengebilden unter Verwendung von E-Glas, ECR-Glas, Basalt oder anderen Hochtemperaturwerkstoffen, jeweils mit oder ohne Metalldrahtverstärkung, jeweils mit oder ohne unterschiedlichen Beschichtungen und/oder chemischen Imprägnierungen als auch zur Kaltseite hin mit Kaschierungen aus Kunststofffolien und/oder Metallfolien, die eine oder mehrere Lagen Dämmstoff umschließen, die gewöhnlich ebenfalls aus E-Glas, ECR-Glas, Basalt, Steinwolle oder anderen Hochtemperaturwerkstoffen bestehen, die so gewählt und gestaltet sind, dass sie den Betriebstemperaturen des zu isolierenden Objekts standhalten und auch noch über gute Wärme- und Schallisoliereigenschaften verfügen.
Folglich dienen die bekannten Dämmelemente bzw. Dämmsysteme der Wärmedämmung und/oder Schalldämmung und/oder als Hitzeschutz, dem Temperaturerhalt im System, dem Hitzeschutz in der Nähe befindlicher Bauteile vor Wärme bzw. Erhitzung oder Überhitzung, beziehungsweise um sonstigen Anwendungsanforderungen z.B. Schallschutz, Berührungsschutz, Brandschutz, Arbeitsschutz usw. gerecht zu werden.
Der Aufbau dieser Dämmelemente bzw. Dämmsysteme erfolgt in verschiedenen Ausführungen, wie z.B. in Kissenform, also bestehend aus einem Innengewebe (sog. Heißseite), einem oder mehreren innenliegenden Dämmstoffen und einem Außengewebe (sog. Kaltseite), oder aber auch in Matratzenform, also bestehend aus einem Innengewebe (sog. Heißseite), einer oder mehrerer Lagen Dämmstoff in Form von Dämmmatten, lose gefüllten Dämmmaterialien oder Kombinationen hieraus, einem Außengewebe (sog. Kaltseite) und einem sog. Gewebesteg (Seitenteil), der Innen- und Außengewebe verbindet und dem Dämmelement seine kästen- bzw. matratzenartige Form verleiht.
Weitere Darstellungsformen sind hierin genannt und werden an dieser Stelle nicht näher beschrieben.
In den letzten Jahren hat sich für Temperaturen im Bereich von 20°C bis 750°C die Verwendung von E-Glasgeweben, ECR-Glasgeweben, HR-Glasgeweben, Basaltgeweben, Calcium-Silikatgeweben, jeweils mit und ohne Drahtverstärkung, als Träger- und Umhüllungsgewebe bewährt. Ebenfalls bevorzugt werden in diesem Temperaturbereich Isoliermassen, Wärmeleitzement, Spritzisolierung, Feststoffisolierungen, Steinwollmatten, E- Glasmatten, ECR-Glasmatten, HR-Glasmatten, Basaltmatten, Mineralfasermatten eingesetzt.
Um eine temperaturbeständige Zweckmäßigkeit und Haltbarkeit zu erreichen, werden diese teilweise, insbesondere das heißseitige Gewebe, mit besonderen Beschichtungen und/oder Imprägnierungen versehen. Das äußere, also kaltseitige Gewebe, ist oft mit einer wasser- und/oder ölabweisenden Beschichtung und/oder Imprägnierung versehen und/oder mit einer Kunststofffolie und/oder Metallfolie kaschiert. Teilweise sind die Außenseiten mit einer metallischen Verstärkung versehen.
Als Dämmstoffe haben sich für Temperaturen im Bereich von 20°C bis 750°C E- Glasnadelmatten, ECR-Glasnadelmatten, HR-Glasfasermatten, sogenannte Superwool- Produkte, Steinwolle, Basalt, keramische Fasern oder ähnliche Dämmmaterialien bewährt.
Alle vorgenannten, zurzeit bevorzugt eingesetzten Isoliergewebe und alle vorgenannten Hochtemperaturdämmstoffe weisen einen nicht unerheblichen Massengehalt von in Summe mehr als 5 Gew.-% an Alkali- und/oder Erdalkalimetallen und/oder Verbindungen damit (insbesondere Oxide davon), insbesondere in Summe von jeweils mehr als 5 Gew.-% an Calcium, Magnesium und/oder deren Verbindungen (insbesondere Oxiden) auf. Typischerweise werden als wärmeisolierende Materialien mit einem hohen Anteil an Calciumsilikat, einem Verbundoxid aus Calciumoxid und Siliziumoxid, für Heißteile verwendet, da Calciumsilikat als kostengünstiges Material mit guter Wärmebeständigkeit, Wärmeisolation und Korrosionsbeständigkeit gilt. Handelsübliche wärmeisolierende Dämmstoffe enthalten das Verbundoxid Calciumsilikat als Hauptkomponente.
Bei der Demontage oder dem Austausch von im Einsatz gewesenen Dämmelementen oder Dämmsystemen von mit diesen ummantelten Anlagen (d.h. Heißteilen), wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, werden nun Stäube und/oder Ablagerungen aus gesundheits- und umweltschädlichen Schwermetallverbindungen, insbesondere Chromverbindungen, hier insbesondere Chrom(VI)-Verbindungen bspw. in Form von Calciumchromat (häufig in Form gelben Pulvers) festgestellt, die sich zwischen dem zu isolierenden Anlagenteil und der Isolierung absetzen.
Diese können als Rückstände sowohl auf den isolierten Bauteilen, auf der Oberfläche des Innengewebes dieser Dämmelemente oder Dämmsysteme, innerhalb der Dämmelemente oder Dämmsysteme, als auch auf der Oberfläche der verwendeten Isolierungen nachgewiesen werden.
Es ist bekannt, dass beim Kontaktieren chromhaltiger Materialien, wie beispielsweise Metallheißteile mit Sauerstoff, ggf. verstärkt unter dem Zutun von Wasserdampf hohen Temperaturen (bis zu 600°C) geringe Mengen der gasförmigen Chrom(VI)-Verbindungen Crvl03 bzw. Crvl02(0H)2 entstehen. CrÜ3 ist dabei nur wenig thermodynamisch stabil und zersetzt sich bei einer Temperatur von 200°C wieder in Cr(lll) und 02.
Dem Fachmann sind zudem wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Bildung von Cr(VI)- haltigen Verbindungen aus Cr-haltigen Materialien bekannt, welchen eine Oxidation von Chrom, insbesondere Cr(lll) zu Cr(VI), in Gegenwart von Sauerstoff und CaO zugrunde liegt. Die Forschungserkenntnisse zu den Ursachen der Bildung von Chrom (VI) an isolierten Heißteilen Industrieanlagen im Hochtemperaturbereich sind auf dem Stand, dass sich an der Kontaktfläche von Heißteilen aus chromhaltigem Metall und calciumhaltigen und/oder natriumhaltigen Dämmmaterialien Cr(VI)-haltige Verbindungen bilden.
Sayano et al. (2015) berichten von einer Zunahme der Bildung der Cr(VI)-Verbindungen, die zweifelsfrei mit einer steigenden Temperatur, einer steigender Kontaktzeit und einem steigendem Chrom-Gehalt des Stahls korreliert. Eindeutig wird die Entstehung von Na2CrÜ4 sowie eine charakteristisch gelbe Schicht aus CaCr04 nachgewiesen, welche sich auf einem Natrium- und/oder Calcium enthaltenden Dämmmaterial aus abgeschieden hatte, wobei dessen Entstehung mit nachfolgender Reaktionsgleichung erläutert wird:
Cr203 + CaO + 1.5 02 — > 2 CaCr04 Ansätze zur Unterbindung der Bildung derartiger gesundheits- und umweltschädlicher Schwermetallverbindungen sind bspw. aus der Patentschrift JP2012220174A bekannt. Diese schlägt ein insbesondere chromhaltiges Metallheißteil mit einem Blech aus Metall, insbesondere aus Eisen oder Nickel vor, wobei das Blech auf der Oberfläche des Metallheißteils untrennbar ausgebildet ist. Erst auf diesem Blech ist ein wärmeisolierendes Material aufgebracht, dass zumindest Calcium, Kalium, Magnesium oder Natrium enthält. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass durch die Ausbildung das Blechs auf der Oberfläche des Metallheißteils und somit zwischen dem zu isolierenden chromhaltigen Metallheißteil und dem wärmeisolierenden Material die Bildung von sechswertigem Chrom unterdrückt werden kann. Nachteilig ist hierbei, dass diese Metallheißteile, vorzugsweise direkt ab Werk von dem Hersteller selbst, mit diesem Blech überzogen werden müssen. Eine nachträgliche Beschichtung von bereits im Einsatz befindlichen Metallheißteilen ist aufwendig, kostenintensiv und vor Ort nur schwer umsetzbar.
Die Patentschrift JP2011232021A wählt einen vergleichbaren Ansatz und schlägt demgegenüber vor, ein chromhaltiges Metallheißteil mit einem Film aus Keramik zu überziehen und auf diesen Film ein wärmeisolierendes Material aufzubringen, dass zumindest Calcium, Kalium, Magnesium oder Natrium enthält. Nachteilig muss aber auch diese Schicht zumeist vom Hersteller direkt auf das chromhaltige Metallheißteil aufgebracht werden. Hierzu muss eine Lösung, die einen Keramikvorläufer enthält, auf die Oberfläche des Metallheißteils aufgebracht werden, wobei die Ausbildung des Films durch die Zersetzung des Keramikvorläufers in Folge einer Wärmebehandlung erfolgen muss.
Das Anheizen/Aufheizen von Metallheißteilen (z.B. Motoren/Turbinen), hohe Dauertemperaturen (400°C-750°C) und ggfs das Einwirken von Feuchtigkeit, scheinen den Prozess der Bildung von Schwermetallverbindungen zu befördern. Die Dauertemperatur dieser Metallheißteile ist jedoch nicht so hoch, dass sich diese entstandenen Schwermetallverbindungen, insbesondere Chrom(VI)-Verbindungen, verflüchtigen/verbrennen. Hierzu sind Temperaturen von mehr als 1.000°C erforderlich.
Die Menge entstehender Schwermetallverbindungen kann nicht vorausgesagt/eingegrenzt werden, da jedes Metallheißteil unter anderen Bedingungen im Einsatz und somit anderen Einflüssen ausgesetzt ist.
Schwermetallverbindungen, insbesondere Chromverbindungen, hier besonders Chrom(VI)- Verbindungen gelten als höchst gesundheits- und umweltschädlich. Sie können unheilbare Erkrankungen hervorrufen, gelten als besonders besorgniserregend, krebserzeugend und erbgutverändernd und können je nach Konzentration und Kontakt zum Tode führen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die technische Aufgabe zugrunde, ein Dämmelement oder Dämmsystem für den Einsatz bei Temperaturen im Bereich von 20°C bis 750°C bereitzustellen, das bei bestimmungsgemäßer Verwendung die Entstehung von gesundheits- und umweltschädlichen Schwermetallverbindungen, insbesondere Chromverbindungen, ganz besonders bevorzugt Chrom(VI)-Verbindungen unterbindet, bzw. die Entstehung derart reduziert, dass von der entstehenden Konzentration dieser Verbindungen keinerlei bzw. durch geeignete zumutbare Schutzmaßnahmen abwendbare gesundheits- und umweltschädliche Risiken ausgehen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein vorzugsweise textiles oder teilmetallisches, insbesondere von dem zu dämmenden Metallheißteil trennbares
Metallheißteildämmelement (1) zur Verhinderung bzw. Verringerung des Entstehens umwelt- und/oder gesundheitsschädlicher Schwermetallverbindungen gemäß Anspruch 1 gelöst, das zumindest einlagig bzw. einschichtig ausgebildet ist und somit zumindest eine erste Außenlage (2) (hierin auch als untere Außenlage bezeichnet) umfasst, wobei die erste Außenlage (2) bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Metallheißteildämmelements als direkte Kontaktlage für ein zu dämmendes Metallheißteil ausgebildet ist, wobei das Metallheißteildämmelement (1) durch seine Dreidimensionalität (bei bestimmungsgemäßem Gebrauch) zumindest folgendes umfasst:
- eine untere Außenseite (3) (hierin auch als Heißseite bezeichnet), die (bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Metallheißteildämmelements) als direkte Kontaktfläche für ein zu dämmendes Metallheißteil ausgebildet ist, und
- eine obere Außenseite (4) (hierin auch als Kaltseite bezeichnet), die der Kontaktfläche für das Metallheißteil gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die erste Außenlage (2) Alkalimetalle bzw. Erdallkalimetalle und deren Verbindungen, zumindest jedoch Calcium und Calciumverbindungen (insbesondere Calciumoxid) mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-% aufweist, d.h. die erste Außenlage (2) besteht aus Materialien bzw. Dämmmaterialien, die Alkalimetalle bzw. Erdallkalimetalle und deren Verbindungen, zumindest jedoch Calcium und Calciumverbindungen (insbesondere Calciumoxid) mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-% aufweisen.
Bevorzugt ist zumindest die erste Außenlage (2) bzw. untere Außenlage alkalimetall- und/oder erdalkalimetallarm ausgebildet, d.h., die untere Außenlage weist weniger als 5 Gew.-% eines Alkalimetalls, Erdalkalimetalls oder Verbindungen (insbesondere dessen Oxide) auf.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest die erste Außenlage (2) bzw. untere Außenlage (2) alkalimetall- und/oder erdalkalimetallfrei ausgebildet. Beispielsweise besteht die erste Außenlage (2) aus einer Folie oder einem textilen Flächengebilde, insbesondere einer Metallfolie, besonders bevorzugt einem Metallgewebe, insbesondere Edelstahlgewebe oder einer Edelstahlfolie oder Aluminiumfolie.
Vorteilhaft wird dadurch, dass zumindest die untere Außenlage (2) die calciumarm, vorzugsweise calciumfrei, besonders bevorzugt alkalimetall- und/oder erdalkalimetallarm, ganz besonders bevorzugt alkalimetall- und/oder erdalkalimetallfrei ausgebildet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Metallheißteils bzw. des Metallheißgerätes unter Betriebstemperaturen im Bereich von 20°C bis 750°C, insbesondere im Bereich von 200°C bis 750°C, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 400°C bis 750°C das Entstehen umweit- und/oder gesundheitsschädlicher Schwermetallverbindungen (insbesondere Chromverbindungen, ganz besonders Chrom(VI)-Verbindungen), die aufgrund chemischer Reaktionen zwischen dem metallischen Material des Metallheißteils bzw. den Stahlverstärkungen in den Dämmelementen und dem herkömmlichen Dämmelement bzw. Dämmmaterial, insbesondere den darin enthaltenen Alkalimetallen, Erdalkalimetallen bzw. deren Verbindungen (insbesondere Oxiden) während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Metallheißgerätes entstehen, verhindert bzw. verringert (siehe Fig. 1).
Darüber hinaus wird durch die Verwendung des Metallheißteildämmelementes (1) mit dem erfindungsgemäßen Aufbau vorteilhaft die Korrosion des Metallheißteils - die insbesondere bei Anwesenheit von Feuchtigkeit bzw. Wasser (z.B. Regenwasser, Kondenswasser, Tauwasser- und Eisbildung) verstärkt auftritt - aufgrund der chemischen Reaktion zwischen dem metallischen Material des Metallheißteils und den herkömmlichen Dämmelementen, insbesondere mit den darin enthaltenen Alkali-, Erdalkalimetallen bzw. deren Verbindungen (insbesondere Oxiden), verringert oder sogar unterbunden. Unter Korrosion wird hierbei die chemische Reaktion eines Metallheißteils mit seiner Umgebung (bspw. mit dem Dämmmaterial) verstanden, die eine messbare Veränderung des Metallheißteils bzw. seiner strukturellen Beschaffenheit bewirkt und zu einer Beeinträchtigung der Funktion führen kann.
Wie hierin für den Fachmann ersichtlich ist, ist das Metallheißteildämmelement (1) trennbar mit dem zu dämmenden Metallheißteil verbunden. Ein von dem zu dämmenden Metallheißteil trennbares Metallheißteildämmelement (1) bedeutet hierin, dass es nicht fest, d.h. bspw. nicht durch Verschweißen, einen Sinterprozess, durch Ausbrennen oder dergleichen, mit dem Metallheißteil verbunden ist. Das Metallheißteildämmelement (1) ist demnach von der Oberfläche des zu dämmenden Metallheißteil lösbar, abnehmbar bzw. abtrennbar, insbesondere einfach abnehmbar ohne das Metallheißteil, insbesondere dessen Oberfläche zu beschädigen. Dies erlaubt es, dass das eingesetzte
Metallheißteildämmelement nach dessen Verschleiß einfach abgenommen werden kann und bspw. durch ein anderes Metallheißteildämmelement ersetzt werden kann. Alternativ erlaubt dies, dass das gedämmte Metallheißteil ohne großen Trennungsaufwand entsorgt werden kann. Dass das Metallheißteildämmelement (1) trennbar mit dem zu dämmenden Metallheißteil verbunden ist, schließt jedoch nicht (zwangsläufig) aus, dass das Metallheißteildämmelement (1) bspw. auf die Oberfläche des zu dämmenden Metallheißteils aufgeklebt ist, da gängige Kleber durch einfache Behandlung mit einem Lösungsmittel, vorzugsweise einem flüssigen Lösungsmittel von der Oberfläche des zu dämmenden Metallheißteils entfernt werden können, ohne dessen Oberfläche zu beschädigen.
Die Präposition „trennbar“ spezifiziert das Metallheißteildämmelement in seiner Eigenschaft somit als modulares, abnehmbares und/oder nicht fest verbundenes Metallheißteildämmelement bezüglich der erfindungsgemäßen Auf- oder Anbringung am Metallheißteil.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Alkalimetalle und/oder Erdalkalimetalle und Verbindungen damit, insbesondere Calcium und Verbindungen damit gegenüber Schwermetallen, wie Chrom, welches bspw. in Stählen eingesetzt wird, als Oxidationsmittel dient und somit die Bildung von stark toxischen Metallverbindungen, bspw. in Form von Metalldämpfen und Metallstäuben fördert. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben zudem herausgefunden, dass dieser Effekt verstärkt auftritt, wenn Metallheißteile, deren Materialien derartige Schwermetalle aufweisen, bei Temperaturen im Bereich von 20°C bis 750°C, insbesondere im Bereich von 200°C bis 750°C, wie bspw. bei Temperaturen um 250°C, um 300°C bis 700°C, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 400°C bis 750°C betrieben werden, insbesondere jeweils bis zu 700°C, 650°C, ganz besonders bevorzugt bis 600°C. Unterschiedliche Untersuchungen scheinen die Vermutung zu bestätigen, dass die Bildung von gesundheits- und umweltschädlichen Schwermetallverbindungen, insbesondere Chrom- Verbindungen, insbesondere Chrom(VI)-Verbindungen, unmittelbar mit der Verwendung herkömmlicher alkalimetall- und erdalkalimetallhaltiger Dämmelemente und/oder Dämmsystemen und somit mit der Koexistenz von Alkali- bzw. Erdalkalimetallelementen und/oder deren Oxiden zusammenhängt.
Gemäß der Definition in der Technik und der Chemie fallen unter den Begriff „SchwermetaN“ Metalle (nur Nichteisenmetalle) mit einer Dichte > 5 g/cm3. Viele Schwermetalle, insbesondere Blei, Cadmium, Chrom, Cobalt, Kupfer, Molybdän, Nickel, Quecksilber, Selen und Zink können für Tiere und den Menschen als Metall, Metallion oder in chemisch gebundenem Zustand stark toxisch wirken.
Die toxische Wirkung von Schwermetallen kann dabei stark vom Oxidationszustand bzw. von der chemischen Verbindung des Schwermetalls abhängig sein. Ein Beispiel dafür ist Chrom, welches in elementarer Form ungiftig, als Chrom(lll) essentiell und als Chrom(VI) giftig und karzinogen ist.
Ein Beispiel für eine spezifische Umwandlung von „ungiftigen“ Schwermetallverbindungen in umweit- und/oder gesundheitsschädliche Schwermetallverbindungen aufgrund der chemischen Reaktion zwischen dem metallischen Material des Metallheißteils und den herkömmlichen Dämmelementen, die Calciumoxid (CaO) enthalten, ist die Oxidation von Chrom(lll) in Chrom(VI) bei Anwesenheit von Sauerstoff (O2) und Temperaturen im Bereich von 200°C bis 1.000°C, insbesondere 200°C bis 600°C:
Cr(lll) 203 + 2CaO + 3/2 02 - 2CaCr<vl>03
Zudem wurde herausgefunden, dass das Maximum der Chrom(lll)-Oxidation zu Chrom(VI) bei der Anwesenheit von Calciumoxid als auch bei der Anwesenheit von Magnesiumoxid (MgO) und der Alkalimetallhydroxide Kaliumhydroxid (KOH) und Natriumhydroxid (NaOH), die aus den entsprechenden Oxiden bei der Anwesenheit von Wasser gebildet werden, und die damit einhergehende Auslaugung von gesundheits- und umweltschädlichen Chrom(VI)- Verbindungen aus Metallheißteilen - die mit Materialien ummantelt oder gedämmt sind, die diese Verbindungen aufweisen - im Bereich zwischen 150°C bis 800°C bei Verwendung herkömmlicher Dämmelemente zu erwarten ist (siehe Figur 1).
Metallheißteil
Die Bezeichnung „Metallheißteil“ bezeichnet im Zusammenhang dieser Erfindung metallische Heißgeräte (z.B. Verbrennungsmotoren oder Dampf- bzw. Gas-Turbinen) und metallische Bauteile (z.B. Zu- und Ableitungssysteme von Heißgeräten), die während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs eine Betriebstemperatur im Bereich von 20°C bis 750°C erreichen, erzeugen oder damit betrieben werden.
Der Fachmann versteht im Kontext der Erfindung, dass der bestimmungsgemäße Gebrauch des Metallheißteils von dessen Einsatzgebiet und den hierin definierten oberen
Betriebstemperaturen der Materialien, aus dem das Metallheißteil gebildet ist, abhängig ist und demnach bei einer Betriebstemperatur im Bereich von 20°C bis 750°C insbesondere im Bereich von 200°C bis 750°C, wie bspw. bei Temperaturen bis 300°C, bis 350°C, bis 400°C, bis 450°C, bis 500°C, bis 550°C, bis 600°C, bis 650°C oder bis 700°C, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 400°C bis 750°C betrieben wird, insbesondere jeweils bis zu 700°C, 650°C, ganz besonders bevorzugt bis 600°C
Die Metallheißteile die mit dem erfindungsgemäßen Metallheißteildämmelement (1) gedämmt werden, bestehen aus Stahl bzw. Stahlguss, der insbesondere schwermetallhaltige Legierungskomponenten wie Chrom, Nickel, Molybdän, Titan bzw. Niob aufweist. Beispiele hierfür sind Chrom-Stahl (für Metallheißteile mit Betriebstemperaturen von 100 bis 300°C), bspw. für Heizungsanlagen, Turbinen; Chrom-Vanadium-Stahl (für Metallheißteile mit einer oberen Betriebstemperatur bis zu 220°C); Chrom-Nickel-Stahl (für Metallheißteile mit einer oberen Betriebstemperatur bis zu 550°C), bspw. für den Maschinen- und Apparatebau. Weitere Beispiele für warmfeste, schwermetallhaltige Stähle und Anwendungsbeispiele sind der nachstehenden Tabelle 1 zu entnehmen.
Tabelle 1: Beispiele für warmfeste, schwermetallhaltige Stähle
Beispiele für Metallheißteile im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Verbrennungsmotoren (wie bspw. Motoren von Kraftfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Baumaschinen, Schienenfahrzeugen oder Schiffsmotoren), Motorenheißteile, Bestandteile von Abgassystemen wie z.B. Dieselpartikelfiltern, Turboladern, Katalysatoren, Schalldämpfern, SCR-Systemen und deren verbundene Bauteile, sowie Gas- und Dampfturbinen, Generatoren, Blockheizkraftwerke und ähnliche Aggregate, sowie zu sämtlichen zuvor genannten Anlagen gehörenden Zu- und Ableitungen.
Auch werden beispielsweise bei der geothermischen Stromerzeugung Turbinen als Metallheißteile eingesetzt, bei denen (Wasser-) Dampf als Arbeitsmittel mit etwa 180°C als untere Grenze eingesetzt wird. Dabei müssen die Turbinen geothermischer Dampfkraftwerke auf die entstehenden Temperaturen abgestimmt und entsprechend isoliert sein.
Dämmmaterialien
Bei der Auswahl des Materials für die Wärmedämmung von Metallheißteilen ist der Zweck der Dämmung zu beachten. Unter Wärmedämmung sind Dämmsysteme gegen die Wärmeabstrahlung bzw. den Wärmeverlust für Metallheißteile (z.B. Anlagen und Metallheißgeräte) als auch zur Verringerung der Oberflächentemperatur zu verstehen, die oberhalb der Umgebungstemperatur betrieben werden. In Abhängigkeit der Betriebstemperatur des zu dämmenden Metallheißteils kommen hierin unterschiedliche Materialien, die für das Dämmelement eingesetzt werden, für die Wärmedämmung zum Einsatz.
Grundsätzlich weiß der Fachmann, wonach er die geeigneten Materialien auswählen muss, wobei er auf Auswahlkriterien zurückgreifen kann, die bspw. Eigenschaften des Materials, wie Wärmeleitfähigkeit, Anwendungsgrenztemperatur, Wasserdampfdurchlässigkeit, hydrophobe Eigenschaften, Strömungswiderstand, Brandverhalten, mechanische Eigenschaften, Schwingungsverhalten, akustische Eigenschaften, Anteil organischer Bestandteile z.B. bei Luftzerlegungsanlagen, Schimmelfestigkeit in Feuchträumen, Korrosionsverhalten, z.B. geringer Gehalt an wasserlöslichen Chloridionen in Verbindung mit nicht rostenden austenitischen Stählen, Lagerfähigkeit, Transportierbarkeit, Verarbeitbarkeit, Alterungsbeständigkeit, Kosten des eingesetzten Materials und Entsorgung/Recycling umfassen. Der Fachmann greift hierzu auf bekannte Tabellenwerke zurück. Hierin wird beispielhaft auf die DIN 4140 verwiesen, die die Ausführung von Dämmungen an betriebstechnischen Anlagen in der Industrie und in der technischen Gebäudeausrüstung behandelt. Die Richtlinienreihe VDI 2055 ist eine Richtlinie zur Berechnung, Überprüfung der Eigenschaften von Dämmstoffen und der wärmetechnischen Eigenschaften von Dämmsystemen.
Dabei können die einzelnen Komponenten des Metallheißteildämmelements in Form von Gelegen, Gebinden, Geweben, Gestricken, Gewirken, Geflechten, Vliesen, Filzen, Pappen, Papieren, Nadelmatten, Nähgewirkmatten, Matten, Platten, verfestigten Fasern, ähnlichen Schichten, losen Fasern, Pulvern, Granulaten oder in Form als Isoliermasse oder Feststoffisolierung ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß kommen als calciumarme, vorzugsweise alkalimetall- und/oder erdalkalimetallarme, besonders bevorzugt calciumfreie, ganz besonders bevorzugt alkalimetall- und/oder erdalkalimetallfreie Materialien insbesondere S-Glas, M-Glas, Q-Glas, D-Glas, Aluminoborosilicate, Aluminosilicate, Aluminafibre, Silica, Kohlenstoff und thermisch stabilisierte Zwischenprodukte auf dem Weg zur Carbonfaser, Cellulose, Textilfasern (Naturfasern, Kunstfasern), Metallfasern (bspw. Litzen, Drähte, Filamente), Metalle, Metalllegierungen, kunststoffbeschichtete Metalle, metallbeschichtete Kunststoffe, Kunststoffe oder Mischungen davon in Frage, die für die Wärmedämmung von Metallheißteilen bei Betriebstemperaturen im Bereich von 20°C bis 750°C, insbesondere im Bereich von 200°C bis 750°C, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 400°C bis 750°C geeignet sind.
Ein Material, das für das Dämmelement eingesetzt wird, insbesondere ein Dämmmaterial bzw. ein Dämmmaterialträger- bzw. ein Dämmelementumhüllungsmaterial ist im Sinne der vorliegenden Erfindung calciumarm, wenn dieses Calcium, Calciumionen und/oder Calciumverbindungen (insbesondere Calciumoxid) mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 0 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 3 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 2 Gew.-%, 0 bis 1 ,5 Gew.-%, 0 bis 1 Gew.-%, oder 1 bis 2 Gew.-% aufweist. Calciumfrei sind Materialien im Sinne der vorliegenden Erfindung, wenn diese Calcium, Calciumionen und/oder Calciumoxid lediglich als unvermeidbare Verunreinigungen von insgesamt nicht mehr als 0,50 Gew.-%, besonders bevorzugt von insgesamt nicht mehr als 0,25 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von insgesamt nicht mehr als 0,10 Gew.-% enthalten. Ein alkalimetall- und/oder erdalkalimetallarmes Material, das für das Dämmelement eingesetzt wird, wie z.B. ein Dämmmaterial bzw. Dämmmaterialträger- bzw. Dämmelementumhüllungsmaterial zeichnet sich dadurch aus, dass diese Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Oxide mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 0 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 3 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 2 Gew.-%, 0 bis 1 ,5 Gew.-%,
0 bis 1 Gew.-%oder 1 bis 2 Gew.-% aufweisen. Alkali metallfrei bzw. Erdalkalimetallfrei sind Materialien im Sinne der vorliegenden Erfindung, wenn diese Alkalimetalle und Erdalkalimetalle bzw. deren Verbindungen (insbesondere Oxide damit) lediglich als unvermeidbare Verunreinigungen von insgesamt nicht mehr als 0,50 Gew.-%, besonders bevorzugt von insgesamt nicht mehr als 0,25 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von insgesamt nicht mehr als 0,10 Gew.-% enthalten.
Besonders vorteilhafte derartige für das Dämmelement einsetzbare Materialien sind S-Glas, M-Glas, Q-Glas, D-Glas, Aluminoborosilicate (z.B. Variante 1 : S1O2 mit 94-97 Gew.-%, AI2O3 mit 3-6 Gew.-%, Andere < 1 Gew.-%; Variante 2: S1O2 mit 54 Gew.-%, AI2O3 mit 46 Gew.-%; Variante 3: S1O2 mit 54 Gew.-%, AI2O3 mit 43 Gew.-% und Cr203 mit 3 Gew.-%), Aluminosilicate, Aluminafibre und Silikat-Glas, da diese einerseits alkalimetallarm bzw. -frei sind und sich zudem teilweise durch eine gesteigerte Feuchtebeständigkeit und/oder Festigkeit auszeichnen.
Als S-Glas (S = Strength) wird ein Aluminiumsilikat-Glas bezeichnet, das sich für hohe mechanische Anforderungen bei hohen Temperaturen eignet.
M-Glas (M = Modulus) ist ein berryliumhaltiges Glas, dass aufgrund seiner erhöhten Steifigkeit (E-Modul) bei höchsten mechanischen Anforderungen zum Einsatz kommt.
Q-Glas (Q = Quarz) bezeichnet Fasern/Filamente aus Quarzglas (S1O2), die üblicherweise bei sehr hohen Temperaturen von bis zu 1.450°C (bspw. als Brandschutz) eingesetzt werden.
D-Glas (D = Dielectric) ist ein Borosilikatglas.
Als Silikat-Glas werden Fasern/Filamente mit einem Massengehalt an S1O2 von mehr als 94% bezeichnet. Die verbleibenden Massenanteile entfallen auf Al203 und ca. 1 ,5 % auf andere Bestandteile, wobei der Anteil an Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Verbindungen (insbesondere Oxide damit) durch die hierin definierten Bereiche begrenzt ist. Silikat-Glas wird vorzugsweise durch das chemische Auslaugen (Leaching) erhalten, wobei (Erd-)Alkalimetallbestandteile entfernt werden. Sonst üblicherweise für die Wärmedämmung von Heißteilen bei Betriebstemperaturen im Bereich von 20°C bis 750°C eingesetzte Materialien, wie beispielsweise künstliche Mineralfaser, insbesondere aus E-Glas, ECR-Glas, C-Glas, Basalt, Calcium-Silikatfasern, CMS-Fasern (Calcium-Magnesium-Silikat), Steinwolle, Schlackenwolle, keramische Fasern weisen einen Massegehalt an Oxiden von Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium und Barium in Summe von über 5 Gew.-% auf und sind somit nicht als calciumarme, vorzugsweise alkalimetall- und/oder erdalkalimetallarme, besonders bevorzugt calciumfreie, ganz besonders bevorzugt alkalimetall- und/oder erdalkalimetallfreie Materialien geeignet.
Damit scheiden als Materialien für das Dämmelement herkömmliches ECR-Glas (> 15 Gew.- % CaO), E-Glas (> 15 Gew.-% CaO) und/oder C-Glas (> 10 Gew.-% CaO), insbesondere für Komponenten des erfindungsgemäßen Metallheißteildämmelementes aus, die in direktem Kontakt mit dem zu dämmenden Metallheißteil stehen. Die vorgenannten Materialien (z.B. als Lage, Schicht oder Füllmaterial) scheiden auch dann für das Metallheißteildämmelement aus, wenn diese direkten oder indirekten Kontakt (bspw. Auslaugung durch Feuchtigkeit) zum Metallheißteil bzw. sonstigen schwermetallhaltigen Komponenten des Metallheißteildämmelementes haben.
Typische Zusammensetzungen von Gläsern sind in der nachstehenden Tabelle 2 aufgelistet:
Tabelle 2: Typische Zusammensetzungen von Gläsern
Um der Entstehung bzw. Freisetzung von gesundheits- und umweltschädlichen Schwermetallverbindungen, insbesondere Chrom-Verbindungen, weiter bevorzugt Chrom(VI)-Verbindungen bei hohen Betriebstemperatur zu verhindern bzw. zu reduzieren, weisen die Materialien, die für das Dämmelement eingesetzt werden, Natrium als Alkalimetall und/oder Natriumverbindungen (insbesondere Natriumoxid bzw. Natriumhydroxid) mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 0 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 3 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 2 Gew.-%, 0 bis 1 ,5 Gew.-%, 0 bis 1 Gew.-%, oder 1 bis 2 Gew.-% auf.
Aus Fig. 1 geht hervor, dass es besonders bevorzugt ist, dass die hierin definierten Materialien, die für das Dämmelement eingesetzt werden, Kalium als Alkalimetall und/oder Kaliumverbindungen (insbesondere Kaliumoxid bzw. Kaliumhydroxid) mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 0 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 3 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 2 Gew.-%, 0 bis 1 ,5 Gew.-%, 0 bis 1 Gew.-%, oder 1 bis 2 Gew.-% aufweisen.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weisen die Materialien, die für das Dämmelement eingesetzt werden, Magnesium als Erdalkalimetall, Magnesiumionen und/oder Magnesiumverbindungen (insbesondere Magnesiumoxid) mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 0 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 3 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 2 Gew.-%, 0 bis 1 ,5 Gew.-%, 0 bis 1 Gew.-%, oder 1 bis 2 Gew.-% auf, wodurch die Entstehung bzw. Freisetzung von gesundheits- und umweltschädlichen Schwermetallverbindungen, insbesondere Chrom-Verbindungen, weiter bevorzugt Chrom(VI)-Verbindungen bei hohen Betriebstemperatur verhindert bzw. reduziert ist.
Allerdings können die vorgenannten Materialien, die Calcium, insbesondere Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Verbindungen mit einem Massengehalt von mehr als 5 Gew.-% aufweisen dann eingesetzt werden, wenn diese mit funktionellen Imprägnierungen und/oder Beschichtungen und/oder Kaschierungen versehen sind, die einer direkten chemischen Reaktion, insbesondere einer Reaktion zwischen Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und deren Verbindungen mit einem Schwermetall oder einer Schwermetallverbindung unter Bildung gesundheits- und umweltschädlichen Schwermetallverbindungen, wie hierin definiert, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch entgegenwirken, sodass die Entstehung von gesundheits- und umweltschädlichen Schwermetallverbindungen, bspw. Chrom-Verbindungen, insbesondere Chrom(VI)-Verbindungen verhindert bzw. derart reduziert wird, dass von der entstehenden Konzentration dieser Verbindungen keinerlei bzw. durch geeignete zumutbare Schutzmaßnahmen abwendbare gesundheits- und umweltschädliche Risiken ausgehen. Diese Imprägnierung, Beschichtung und/oder Kaschierung bewirkt somit für den Fachmann erkennbar vorteilhaft, dass die resultierenden, d. h. imprägnierten, beschichteten und/oder kaschierten vorgenannten Materialien, die Calcium, insbesondere Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Verbindungen mit einem Massengehalt von mehr als 5 Gew.-% aufweisen, gasdicht und/oder wasserdicht sind. Hierdurch können auch keine gasförmigen Schwermetallspezies, insbesondere gasförmigen Chromverbindungen in direkten mit den Materialien, die Calcium, insbesondere Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Verbindungen mit einem Massengehalt von mehr als 5 Gew.-% aufweisen.
Die Imprägnierung, Beschichtung und/oder Kaschierung weist vorzugsweise eine Schichtdicke von 5 bis 120 pm auf.
Geeignete Kaschierungen umfassen beispielsweise Metallfolien (z.B. Aluminiumfolien, Edelstahlfolien, Kupferfolien, Titanfolien oder andere) oder Kunststofffolien (z.B. Siliconfolien, PTFE-Folien, Polyimidfolien, PVDF-Folien, Polyamidimid-Folien, PEEK-Folien, PPS-Folien, PPSU-Folien, PES-Folien, PSU-Folien, PEI-Folien oder andere).
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Ausgangsmaterial, d.h. die Materialien, die Calcium, insbesondere Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Verbindungen mit einem Massengehalt von mehr als 5 Gew.-% aufweisen, die herkömmlicherweise für die Herstellung von Heißteildämmelementen verwendet werden, mit einer Schicht aus Metallen, vorzugsweise verdampfbarem Aluminium beschichtet. Insbesondere eignet sich Aluminium, da Aluminium einen hervorragenden Produktschutz sicher stellt, einfach verarbeitet werden kann und eine ideale, vorzugsweise porenfreie Barriere gegen äußere Einflüsse bildet. Geeignete funktionelle Imprägnierungen und/oder Beschichtungen sind beispielsweise auf Basis von Kieselsäure, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid, Siliciumcarbid oder Schichtsilikat (z.B Vermiculite) aufgebaut.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Schichtsilikat ausgewählt aus der Stoffgruppe der Zweischicht-Tonmineralien (1:1 -Schichtsilikate), insbesondere der der Kaolinit-Serpentin-Gruppe zugehörigen Schichtsilikate ohne zellschädigende und/oder krebserzeugender Wirkung, vorzugsweise Kaolinit, Serpentin, sowie Dreischicht- Tonmineralien (2:1 -Schichtsilikate), insbesondere Beidellit, Montmorillonit, Vermiculit, lllit, Saponit, Smectit, Laponit (z.B. Laponite XLG, XLS bzw. RD, RDS), Montmorillonit, Muskovit, Nontronit, Pyrophyllit, Saponit, Talk oder Hektorit.
Das Grundgerüst der Schichtsilikate (Phyllosilikate) weist dabei die folgende Strukturformel auf [SknOsn]2" , wobei x = 1 ,5 und n = 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 oder 24
Aa Bb Cc Dd [(Sl04-x)]n [AI03]m (OH)z wobei
A = H, Li, NH4, Na und/oder K;
B = Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Fe, Mn;
C = B, AI, Ga; D = Ti, Zr;
0 < x < 2 und 0 < n < 24 und 0 < m < 4,
0 < a < 4,
0 < b < 4,
0 < c < 4,
0 < d < 4,
(a+b+c+d-z) = n(4-2x) + 3m;
Es hat sich gezeigt, dass der Anteil an A möglichst stark reduziert ist, um den Anteil an Na und/oder K zu minimieren. Aus diesem Grund ist vorzugsweise 0 < a < 2, ganz besonders bevorzugt 0 < a < 1 , insbesondere ist 0 < a < 0,5, idealerweise ist a = 0 (wobei der Fachmann weiß, dass das Vorhandensein von Spuren und/oder Verunreinigungen von Na und/oder K nicht völlig ausgeschlossen werden kann).
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist A = H, Li und/oder NH4, so dass die Strukturformel kein Na oder K aufweist.
Es hat sich gezeigt, dass der Anteil an A möglichst stark reduziert ist, um den Anteil an Ca und/oder Mg zu minimieren. Aus diesem Grund ist vorzugsweise 0 s b s 2, ganz besonders bevorzugt 0 < b < 1 , insbesondere ist 0 < b < 0,5, idealerweise ist b = 0 (wobei der Fachmann weiß, dass das Vorhandensein von Spuren und/oder Verunreinigungen von Ca und/oder Mg nicht völlig ausgeschlossen werden kann).
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist B = Sr, Ba, Zn, Fe, Mn, so dass die Strukturformel kein Mg oder Ca aufweist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Materialien, die Calcium, insbesondere Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Verbindungen mit einem Massengehalt von mehr als 5 Gew.-% aufweisen, in einem chemischen Prozess so vorbehandelt sind, dass sie kein Calcium, insbesondere keine Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Verbindungen mit einem Massengehalt von mehr als 5 Gew.-% mehr aufweisen. Hierin sind beispielsweise spezielle Leaching-Verfahren und ähnliches zu nennen.
Gleichwohl können die vorgenannten Materialien, die Calcium, insbesondere Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Verbindungen mit einem Massengehalt von mehr als 5 Gew.-% aufweisen, bspw. auch als wärmedämmende Füllmaterialien in Form als lose Fasern, Pulver, Granulate, Isoliermasse oder in jeder anderen hierin beschriebenen technisch sinnvollen Darstellungsform in einer ersten Innenlage (7) und/oder in zumindest einer zweite Innenlage (8 ) zum Einsatz kommen, da in diesem Fall kein direkter Kontakt zwischen der metallischen Oberfläche des zu dämmenden Metallheißteils und diesen Materialien gegeben ist und/oder wenn indirekter Kontakt (bspw. Auslaugung durch Feuchtigkeit) zum Metallheißteil bzw. sonstigen schwermetallhaltigen Komponenten des Metallheißteildämmelementes auszuschließen ist.
Besonders bevorzugt sind Fasern/Filamente bestehend aus den Materialien S-Glas, M-Glas, Q-Glas, D-Glas, Aluminoborosilikate, Aluminosilikate, Aluminafiber, Silica-Fasern, Kohlefasern, Cellulosefasern, Textilfasern (insbesondere Naturfasern, Kunstfasern), textilmetallische Fasern, die aus Metall (bspw. Aluminium), Metalllegierungen (bspw. Stahlwolle), kunststoffbeschichtetem Metall, metallbeschichtetem Kunststoff oder einem vollständig mit Metall ummantelten Kern bestehen, und Kunststoffasern, wie Para-Aramid-, Meta-Aramid-,RBI-,RBO-, Polyimid- Polypropylen-, Polyamid- oder Polyesterfasern, die für die Wärmedämmung von Metallheißteilen bei Betriebstemperaturen im Bereich von 20°C bis 750°C, insbesondere im Bereich von 200°C bis 750°C, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 400°C bis 750°C geeignet sind. Als alkalimetallarmes bzw. erdalkalimetallarmes Material eignet sich auch Aluminium-Silikat-Wolle oder polykristalline Wolle. Darüber hinaus eignen sich als Material insbesondere zur Dämmung im Niedrigtemperaturbereich von 20°C bis 150°C Polyurethan-/Polyisocyanurat-Hartschaum (PUR/PIR), Polystyrol-Partikelschaum (EPS) und Extruderschaum (XPS) sowie flexibler Elastomerschaum (FEF).
Als Naturfasern, für Textilien bzw. textile Flächengebilde eignen sich insbesondere Fasern pflanzlichen Ursprungs, Fasern tierischen Ursprungs oder Chemiefasern aus natürlichen Polymeren. Als Fasern pflanzlichen Ursprungs kommen insbesondere Samenfasern, wie Baumwolle und Kapok u.a., Blattfasern wie Hanf, Jute, Ramie, Flachs (Leinen) u.a., Hartfasern, wie Sisal u.a. zum Einsatz. Als Fasern tierischen Ursprungs haben sich insbesondere feine Tierhaare, wie Schafwolle, Alpakawolle Kaschmirwolle, Angorawolle, Kamelhaar u.a.; grobe Tierhaare, wie Rosshaar, Rinderhaar, Schweineborsten u.a. und Seiden wie Maulbeerseide, Tussahseide u.a. erwiesen. Chemiefasern aus natürlichen Polymeren sind insbesondere aus regenerierter Cellulose, wie Viskose, Zellwolle, Modal, Lyocell, Cupro; aus Cellulose-Estern wie Acetat, Triacetat; Proteinfasern, wie Caseinfasern; Alginat; Chitin und biobasierte Polyamide.
Des Weiteren eignen sich als Kunstfasern für Textilien bzw. textile Flächengebilde Chemiefasern aus synthetischen Polymeren, wie bspw. Polyester (PES, PET, PTT, PBT); Polyamide (PA); Polyimid (PI); Polyamidimid (PAI); Aramide (AR) bspw. Meta-Aramid, Para- Aramid; Polyacryle (PAN); Modacryl (MAC); Polytetrafluorethylen (PTFE); Polyethylene (PE, UHMW-PE, HM-PE; HP-PE); Polypropylen (PP); Polychloride (CLF; PVC); Elastane (EL, EA/ELAS, PUE); Polybenzoxazol (PBO); Polybenzimidazol (PBI); Polyharnstoff; Melamine (MEL); Polyphenylensulfid (PPS); Trivinyl; Elastolefin (EOL); Elastomultiester (ELE); Polyvinylalkohol (PVA;PVAL); Vinylal (PVAL); Polycarbonat (PC); Polystyrol (PST, PS))
Es versteht sich, dass die hierin definierten Materialien, die für das Dämmelement eingesetzt werden können, auch innerhalb einer Lage bzw. Schicht oder als wärmedämmendes Füllmaterial auch kombiniert, bspw. lose oder als Hybridmaterialien, eingesetzt werden können.
Das Material, das für das Dämmelement eingesetzt werden kann, kann auch oberflächenmodifiziert sein, z.B. kann es eine organische Schlichte oder eine andere Modifizierung, wie Polydimethylsiloxan (PDMS), Hexamethyldisilazan oder Alkylsilane enthalten.
Ein bevorzugter Faserdurchmesser liegt vorzugsweise im Bereich von 3 miti bis 30 miti, besonders bevorzugt bei 6 pm bis 17 pm, ganz besonders bevorzugt zwischen 6 pm und 9 miti.
Die eingesetzten Fasern sind entweder Längenbegrenzt (sog. Stapelfasern oder Schnittfasern) bzw. endlos (Filamente).
Darüber hinaus können den Materialien, die für das Dämmelement eingesetzt werden können, IR-Trübungsmittel bspw. in Form als Pulver hinzugesetzt sein. In Frage kommen hierfür z.B. C, SiC, llmenit, Zirkonsilikat, Eisenoxid, T1O2, ZrC>2, Manganoxid und Eisentitanat.
Als wärmedämmende Füllmaterialien eignen sich auch Granulate und Pulver, wie z.B. pyrogene Kieselsäure, Aerogele, Silikonharze (z.B. Polymethylsiloxane oder Polyalkylphenylsiloxane und deren Copolymerisate mit Alkyd- , Acryl- oder Polyesterharzen oder Polyethern) , Polyfluorcarbonverbindungen, Acrylharze, Oligomere Siloxane, Organosilane , Kieselsäureester oder Silikate mit hydrophobierenden Zusätzen, Siliconate, Stearate, Paraffine, Fettsäuren, Fettsäureester, Wachsester, Ceresine, Bitumen, Alkydharze, Acrylat-Copolymere (z.B. auch Organosilicium- Acrylat-Copolymere) , Styrol-Copolymere (z.B. Butadien-Styrol- Copolymere oder carboxylierte Butadien-Styrol-Copolymere) ,
Po ly vinylacetat , Polyvinylpropionat , Polystyrolacrylate , Vinylchlorid-Copolymere , Vinylacetat-Copolymere , Vinylterpolymere, Polyolefine, Ethylen-Copolymere , Propylen- Copolymere, thermoplastische Polymere und Polymerblends (z.B. aus Polyethylen oder Polypropylen und Ethylen/Vinylacetat- oder Ethylen/Acrylat-Copolymeren, gegebenenfalls Silan-vernetzt zur Erhöhung der Erweichungstemperatur) und Kohlenstoff. Die Materialien, die für das Dämmelement eingesetzt werden, können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Auch Schichtsilikate wie z.B. Vermiculite (auch in expandierter Form) eignen sich als wärmedämmende Füllmaterialien in Form von Granulaten und Pulvern.
Metallheißteildämmelement
Unter der Bezeichnung „Metallheißteildämmelement“ ist im Sinne der Erfindung eine Wärmedämmung für Metallheißteile (wie hierin definiert) zu verstehen, die gegen die Wärmeabstrahlung als Hitzeschutz (bspw. ggü. in der Nähe befindlicher Bauteile) bzw. den Wärmeverlust zum Temperaturerhalt im System bei Metallheißteilen eingesetzt werden, die oberhalb der Umgebungstemperatur, vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 20°C bis 750°C, insbesondere im Bereich von 200°C bis 750°C, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 400°C bis 750°C betrieben werden.
Die Dicke des erfindungsgemäßen Metallheißteildämmelements liegt im Bereich von 6 pm (z.B. Folien) bis 150 cm, 0,5 mm bis 100 cm, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 90 cm, 1 bis 80 cm, 1 bis 70 cm, 1 bis 60 cm, 1 bis 50 cm, 1 bis 40 cm, besonders bevorzugt von 10 bis 300 mm, 10 - 250 mm, 10 bis 200 mm, 10 bis 150 mm, ganz besonders bevorzugt von jeweils 10 bis 140 mm, bis 130 mm, bis 120 mm, bis 110 mm, bis 100 mm, bis 90 mm, bis 80 mm, bis 70 mm, bis 60 mm, bis 50 mm, bis 40 mm, bis 30 mm, bis 20 mm.
Das erfindungsgemäße Metallheißteildämmelement ist zumindest einlagig bzw. einschichtig ausgebildet, sodass es zumindest eine sog. Außenlage (2) umfasst, die als Kontaktfläche für ein Metallheißteil ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Dämmelement kann auch mehrlagig, vorzugsweise aus zwei, drei, vier, fünf oder mehr Lagen oder mehrschichtig ausgebildet sein. Eine mehrlagige Dämmung ist eine Dämmung aus mehreren Lagen des gleichen Materials (auch Materialmischungen), während eine Mehrschichtdämmung eine Dämmung aus mehreren Schichten, wobei mindestens zwei Schichten aus unterschiedlichen Materialien (auch Materialmischungen) bestehen, darstellt.
Die Auswahl, ob das erfindungsgemäße Metallheißteildämmelement einlagig/einschichtig oder mehrlagig/mehrschichtig ausgebildet ist, die Auswahl der verwendeten Materialien und die Bestimmung der Dicke des Metallheißteildämmelementes richten sich nach der zu erreichenden Energieeffizienz der wärmezudämmenden Metallheißteile.
Basis für die Ermittlung von Dämmschichtdicken bilden, beispielsweise nach der Richtlinie VDI 2055 Blatt 1, betriebstechnische und wirtschaftliche Anforderungen sowie gesetzliche Auflagen und Verordnungen des Umweltschutzes, z.B. die Energieeinsparverordnung (EnEV). Betriebstechnische Anforderungen sind z.B.: die Einhaltung einer vorgegebenen Obergrenze für Wärmestromdichte oder Gesamtwärmeverlust, Einhaltung einer vorgegebenen Oberflächentemperatur zum Schutz vor Verbrennungen und zur Verminderung der Entzündungsgefahr sowie zur Vermeidung von Tauwasser- und Eisbildung, die Begrenzung der Temperaturänderung eines Mediums innerhalb einer vorgegebenen Zeit für ein ruhendes Medium, z.B. Temperaturabfall in einem Behälter, oder innerhalb einer vorgegebenen Strecke für ein strömendes Medium, z.B. Temperaturabfall in einer Leitung. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sollen Kapitalaufwand und Wärmeverlustkosten für die zu ermittelnde Dämmschichtdicke ein Minimum ergeben, es ist zwischen Kapitalaufwand für die Erhöhung der Energieeffizienz und den durch Wärmeverlust verursachten Kosten zu optimieren.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Metallheißteildämmelement (1) zumindest eine zweite Außenlage (5) (hierin auch als obere Außenlage bezeichnet), die (bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Metallheißteildämmelements) der ersten Außenlage (2) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die zweite Außenlage (5) Calcium und Calciumverbindungen (insbesondere Calciumoxid) mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-% aufweist.
Bevorzugt ist auch die zweite Außenlage (5) bzw. obere Außenlage alkalimetall- und/oder erdalkalimetallarm ausgebildet, d.h., die obere Außenlage weist weniger als 5 Gew.-% eines Alkalimetalls, Erdalkalimetalls oder dessen Verbindungen (insbesondere dessen Oxide) auf.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Außenlage (5) bzw. obere Außenlage (5) alkalimetall- und/oder erdalkalimetallfrei ausgebildet.
Die einzelnen Lagen bzw. Schichten des Dämmelements können dabei durch geeignete Fügetechniken miteinander verbunden sein. Beispielsweise können die Lagen bzw.
Schichten miteinander vernäht, verschweißt, versteppt, verklebt, vernadelt, geklammert, gebunden oder über andere Verbindungsmöglichkeiten verbunden sein. Gegebenenfalls kann auch auf eine Fügetechnik der einzelnen Lagen miteinander z.B. durch geeignetes Zusammenlegen bzw. -falten verzichtet werden oder es wird eine Kombination der oben genannte Verbindungstechniken verwendet.
Die Lagen bzw. Schichten des erfindungsgemäßen Dämmelements können auch mit einer ein- oder mehrlagigen bzw. ein- oder mehrschichtigen Seitenwand (6) bzw. einem entsprechenden Seitenteil verbunden sein und dem Metallheißteildämmelement damit eine kästen- bzw. matratzenartige Form verleihen. Die Seitenwand kann bspw. als separates Seitenteil, welches mit der unteren Außenlage (2) und der oberen Außenlage (5) durch geeignete hierin beschriebene Fügetechniken verbunden ist, oder durch sogenannte Abnäher der unteren Außenlage (2) oder der oberen Außenlage (5) gebildet werden. Auch andere Darstellungsformen sind denkbar und werden hierin nicht näher beschrieben. Durch die Seitenwand (6) wird zusammen mit der ersten Außenlage (2) und der zweiten Außenlage (5) eine sogenannte Ummantelung des Metallheißteildämmelements bereitgestellt, die einen Freiraum aufspannt, welcher durch zumindest eine erste Innenlage ausgefüllt werden kann.
Die erste Innenlage und weitere Innenlagen des Metallheißteildämmelements können in jeder hierin beschriebenen, technisch sinnvollen Darstellungsform ausgebildet sein.
Die erste Innenlage und weitere Innenlagen des Metallheißteildämmelements können bspw. lose verfüllt oder in Form von aus losen Fasern, Vliesen, Matten, Platten, Filzen, Gebinden, Papieren oder Pappen, ein- oder mehrlagig, bzw. ein- oder mehrschichtig bestehen, bevorzugt aus calciumarmen bzw. calciumfreien Dämmstoffen, besonders bevorzugt aus alkali- bzw. erdalkalimetallarmen bzw. -freien Dämmstoffen, ganz besonders bevorzugt aus Silikatfaser. Silikatfasern enthalten als asbestfreie und anorganische Produkte vorteilig keine giftigen oder reizenden Stoffe und weisen im Vergleich zu biolöslichen Fasern eine hervorragende Temperaturbeständigkeit bis 1200°C auf. Somit kann die Silikatfaser sogar im Brandfall vorteilhaft als Isolierungsmaterial dienen. Die Silikatfaser wird bevorzugt als lose Faser, Papier, Pappe, Gebinde, bevorzugt als Vlies, besonders bevorzugt als Filz, ganz besonders bevorzugt als in Form einer Fasermatte als Dämmmaterial verwendet.
Die Feinheit, d.h. der durchschnittliche Durchmesser der bevorzugt verwendeten Silikatfaser als Dämmmaterial des Metallheißteildämmelements beträgt beispielsweise 4 bis 17 pm bevorzugt 4 bis 13 pm besonders bevorzugt 4 bis 11 pm ganz besonders bevorzugt 6 bis 9 pm. Eine so definierte Feinheit vermeidet vorteilig das Eindringen in die Lunge und mechanisch ausgelösten Juckreiz, welcher andernfalls bei Montage der Elemente entstehen kann.
Der S1O2 Anteil der Silikatfaser liegt typischerweise zwischen 85 und 99 % bevorzugt zwischen 90 und 99 % besonders bevorzugt 92 und 99 % ganz besonders bevorzugt zwischen 94 und 98 %. Die verbleibenden Prozente verteilen sich auf AI2O3 und Sonstige, wobei klar ist, dass der Anteil an Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und deren Verbindungen (insbesondere Oxide damit) durch die hierin definierten Bereiche begrenzt ist.
Die Fasermatte als eine Ausgestaltung des bspw. Silikatfasern enthaltenden Dämmmaterials des Metallheißteildämmelements, welche beispielsweise durch Vernadelung von Fasern und Fasermaterialien (wie hierin definiert) oder als Nähgewirk von Fasermaterialien (wie hierin definiert) hergestellt ist, kann Bindemittel mit bis zu 5 Gew.-% enthalten, bevorzugt bis 4 %, besonders bevorzugt bis 3 %, bis 2 %, bis 1 %, ganz besonders bevorzugt < 1 % bzw. bindemittelfrei.
Die Fasermatte umfasst oder besteht vorzugsweise aus Silikatfasern mit einer Faserlänge von 1 mm bis 1000 mm, bevorzugt von 1 bis 500 mm, 1 bis 400 mm, 1 bis 300 mm, 1 bis 200 mm, besonders bevorzugt zwischen 1 bis 190 mm, 1 bis 180 mm, 1 bis 170 mm, 1 bis 160 mm, 1 bis 150 mm, 1 bis 140 mm, 1 bis 130 mm, 1 bis 120 mm, ganz besonders bevorzugt 1 bis 110 mm, 1 bis 100 mm, 1 bis 90 mm, 1 bis 80 mm, 1 bis 70 mm, 1 bis 60 mm, 1 bis 50 mm, 1 bis 40 mm, 1 bis 30 mm, 1 bis 20 mm, 1 bis 10 mm. Eine so definierte begrenzte Faserlänge ermöglicht vorteilhaft eine lockere Schichtung des Fasermaterials, sodass durch die gewonnenen isolierenden Hohlräume eine verbesserte Wärmedämmeigenschaft erzielt werden kann.
Die Dicke der Fasermatte als eine Ausgestaltung des Metallheißteildämmelements beträgt typischerweise zwischen 1 bis 150 mm bevorzugt 1 bis 140 mm, 1 bis 130 mm, 1 bis 120 mm, 1 bis 110 mm , 1 bis 100 mm besonders bevorzugt 3 bis 90 mm, 3 bis 80 mm, 3 bis 70 mm, ganz besonders bevorzugt 5 bis 60 mm, 5 bis 50 mm, 5 bis 40 mm, 5 bis 30 mm, 5 bis
25 mm, 10 bis 25 mm, 12,5 bis 25 mm, 15 bis 25 mm, 15 bis 20 mm, 10 bis 20 mm, 5 bis 20 mm.
Die Dichte der Fasermatte als eine Ausgestaltung einer Silikatfaser des Dämmmaterials des Metallheißteildämmelements beträgt vorzugweise zwischen 50 und 500 kg/m3 bevorzugt zwischen 50 und 400 kg/m3, 50 und 300 kg/m3, besonders bevorzugt zwischen 50 und 290 kg/m3, 50 und 280 kg/m3, 50 und 270 kg/m3, 60 und 260 kg/m3, 70 und 250 kg/m3, ganz besonders bevorzugt zwischen 80 und 240 kg/m3, 80 und 230 kg/m3, 80 und 220 kg/m3, 80 und 210 kg/m3, 90 und 200 kg/m3, 100 und 200 kg/m3, 110 und 190 kg/m3, 120 und 195 kg/m3, 130 und 180 kg/m3, 130 und 170 kg/m3, 130 und 160 kg/m3. Eine so definierte Dichte ermöglicht vorteilig ein geringes Gewicht des gesamten Metallheißteildämmelements, welches ein wichtiges Kriterium der Anwendbarkeit, insbesondere bei großflächiger Wärmedämmerfordernis von mechanisch instabilen Heißelementen wie beispielsweise Abrohrsystemen ist. Das Gewicht der Fasermatte ergibt sich zwangsläufig aus der Dicke der Fasermatte und deren Dichte.
Die Fasermatte, hierin als eine Ausgestaltung des Dämmmaterials des Metallheißteildämmelements beschrieben, kann beispielsweise roh, ohne weitere Vorbehandlung, bevorzugt thermisch entschlichtet, besonders bevorzugt vorgeschrumpft Restschrumpf < 5 %, < 4 %, < 3 %, < 2 %, < 1 %, ganz besonders bevorzugt thermisch entschlichtet und vorgeschrumpft Restschrumpf < 5 %, < 4 %, < 3 %, < 2 %, < 1 % eingesetzt werden.
Als Materialien, die für die Seitenwand bzw. die erste und jede weitere Innenlage eingesetzt werden können, eignen sich die hierin definierten Materialien. Wie oben beschrieben, kann die eine oder die weiteren Innenlagen je nach Bedarf und Einsatzgebiet ausgewählt werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die ein- oder mehrlagige bzw. ein- oder mehrschichtige Seitenwand (6) calciumarm, ganz besonders bevorzugt alkalimetall- und/oder erdalkalimetallarm, vorzugsweise alkalimetall- und/oder erdalkalimetallfrei ausgebildet.
Wie oben bereits beschrieben, kann die Anwesenheit von Feuchtigkeit bzw. Wasser (z.B. Regenwasser, Kondenswasser-, Tauwasser- und Eisbildung) dazu führen, dass ein verstärktes Auslaugen gesundheits- und umweltschädlicher Schwermetallverbindungen bzw. Vorläuferverbindungen davon beobachtet wird. Aus dieser Überlegung erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die gesamte Ummantelung des erfindungsgemäßen Dämmelements aus Materialien besteht, die Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Oxide mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-% aufweisen, d.h. alkalimetall- und/oder erdalkalimetallarm, ganz besonders vorteilhaft alkalimetall- und/oder erdalkalimetallfrei ausgebildet ist, damit dadurch alle möglichen (nach außen gerichteten) Kontaktflächen bzw. -stellen des Metallheißteildämmelements, die mit der Metalloberfläche des Metallheißteils in Kontakt treten können, während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Metallheißteils nicht zur Bildung toxischer (Schwer-)Metalldämpfe und (Schwer-)Metallstäube beitragen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Außenlage des
Metallheißteildämmelements aus einem Metallgewebe, insbesondere Edelstahlgewebe oder einer Folie, insbesondere einer Metallfolie, besonders bevorzugt Edelstahlfolie. Zumindest ist das Metallheißteildämmelement vorzugsweise mit einer derartigen Folie umhüllt. Bei der Verwendung von Folien handelt es sich bei dem Metallheißteildämmelement insofern um ein nach außen zum Metallheißteil hin „geschlossenes System“, sodass ein direkter Kontakt zwischen dem Metallheißteil und den Materialien, die für das Dämmelement eingesetzt werden, verhindert ist.
Ein „geschlossenes System“ ist hier als chemische Barriere zu verstehen, welche vorteilig den Austausch von Stoffen zwischen dem Metallheißteil und den Dämmmaterialien des Dämmelementes sowie der Umgenung, insbesondere mit dem Metallheißteil, oder zumindest das Eindringen von Stoffen, vorzugsweise toxischen Schwermetallverbindungen oder Prekusoren davon verhindert. Diese Stoffbarriere ermöglicht vorteilhaft und insbesondere gegenüber konventionellen porösen Dämmsystemen wie beispielsweise Calciumsilikaten oder Keramiken (bspw. JP2011232021 A), dass der Austausch von Stoffen, insbesondere Feuchtigkeit und/oder Nebenprodukten der Heißmetallteile wie beispielsweise metallische Derivate, verhindert wird bzw. zumindest minimiert ist. Auf diese Weise wird einerseits der Bildung gesundheits- und umweltschädlicher Schwermetallverbindungen entgegengewirkt oder unterbunden sowie zugleich die Korrosion des Heißteils unter den gegebenen Umgebungsbedingungen des Metallheißteils verringert.
Korrosion stellt eines der zentralen technischen Hürden der Großindustrie dar. Bis heute werden fast alle Isolierstoffe durch Korrosion mittel- oder langfristig abgebaut. Mit dem erfindungsgemäßen Metallheißteildämmelement ist eine korrosionsschützende und flexible Isolierung bereitgestellt, wobei letzteres ersteres technisch fördert. Die Synergie von Korrosionsschutz und der Flexibilität des Metallheißteildämmelements ergibt sich daraus, dass das Zusammenwirken der korrosionsfördernden Einflüsse thermischer (Jahreszeiten, Tageszeiten, technisch bedingte Temperaturschwankungen), aktinischer (kosmische Strahlung), mechanischer (Vibration, Abrieb) oder chemischer (Nebenprodukte der Industrie, Feuchtigkeit, Gase) Natur vorteilig aufgehoben wird.
Ein „geschlossenes System“ erlaubt es weiterhin vorteilhaft, dass eine mögliche Füllung des Metallheißteildämmelements bzw. andere Lagen und/oder Schichten in der ersten bzw. zweiten Innenlage bedenkenlos aus alkalimetall- und/oder erdalkalimetallarmen Dämmmaterialien gefertigt sein können. Bevorzugt ist die Heißseite ein Edelstahlgewebe, also leicht wärmedurchlässig, was den Wärmeeintritt „Heiß auf Dämmstoff positiv beeinflusst, damit eine effektive Wärmedämmung gewährleistet ist. Um die direkte Wärmeübertragung Heiß/Kalt zu verhindern, ist es von Vorteil, wenn die Kaltseite und Seitenwand eine nicht vollmetallische Schicht sind.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Metallheißteildämmelement (1) eine Ummantelung auf, wobei die Ummantelung folgende Komponenten umfasst, die als Abgrenzung des Dämmelements zur Umgebung vorgesehen sind:
- eine erste Außenlage (2), die als direkte Kontaktfläche für das Metallheißteil ausgebildet ist,
- eine zweite Außenlage (5), die der ersten Außenlage (2) gegenüberliegend angeordnet ist, und - optional zumindest eine Seitenwand (6), die die erste Außenlage (2) und die zweite Außenlage (5) verbindet und damit dem Metallheißteildämmelement eine kästen- bzw. matratzenartige Form verleiht, wobei die Ummantelung des Metallheißteildämmelements aus Materialien besteht, die Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Verbindungen mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-% aufweisen, d.h. alkalimetall- und/oder erdalkalimetallarm, ganz besonders vorteilhaft alkalimetall- und/oder erdalkalimetallfrei sind.
Es versteht sich, dass die einzelnen Komponenten der Ummantelung, nämlich die untere Außenlage (2), die obere Außenlage (5) und ein oder mehreren Seitenwände (6), je nach dem Einsatzgebiet jeweils unabhängig voneinander ein- oder mehrlagig bzw. ein- oder mehrschichtig ausgebildet sein können. Die einzelnen Lagen bzw. Schichten können dabei ebenfalls durch geeignete vorgenannte Fügetechniken miteinander verbunden sein.
Um Zerstörungen des Metallheißteildämmelements durch Vibration und/oder Relativbewegungen der Dämmelemente zueinander bzw. zwischen Dämmelementen und dem zu isolierenden Metallheißteil zu verringern bzw. bestenfalls zu verhindern, sind vorzugsweise einzelne Komponenten des Metallheißteildämmelements, d.h. zumindest eine Außenlage (2, 5) oder zumindest eine Seitenwand (6) ganz oder teilweise, besonders bevorzugt die gesamte Ummantelung des Dämmelements, ganz besonders bevorzugt das gesamte Metallheißteildämmelement in Form von Gelegen, Gebinden, Geweben,
Gestricken, Gewirken, Geflechten, Vliesen, Filzen, Pappen, Papieren, Nadelmatten, Nähgewirkmatten, Matten, Platten, verfestigten Fasern oder ähnlichen Schichten ausgebildet sein.
Zudem kann das Metallheißteildämmelement ganz oder teilweise mit einem gewebten, gestrickten, gewirkten, oder auf andere Weise hergestellten metallischen Flächengebilde verstärkt sein, welches die Vibrationen des zu isolierenden Heißteils absorbiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die gesamte Ummantelung des Metallheißteildämmelements, d.h. die erste Außenlage (2), die zweite Außenlage (5) und die zumindest eine Seitenwand (6) als wärmedämmendes textiles Flächengebilde, Kunststofffolie, Metallfolie, kunststoffbeschichtetes Metall, metallbeschichteter Kunststoff, oder Mischungen davon ausgebildet. Ein textiles Flächengebilde ist dabei ein Gelege, Gebinde, Gewebe, Gestrick, Gewirk, Geflecht, Vlies, Filz, Pappe, Papier, Nadelmatte, Nähgewirkmatte, Matte, Platte, verfestigte Fasern oder ähnliche Schichten.
Als Materialien für die Ummantelung des Metallheißteildämmelements kommen auch Folien, insbesondere Metallfolien, besonders bevorzugt Edelstahlfolien (perforiert oder unperforiert), oder metallische Gewebe in Betracht.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Ummantelung des Metallheißteildämmelements ganz oder teilweise in Form einer Metallfolie oder eines Metallbleches ausgebildet ist.
Dieser Aufbau ist einerseits von Vorteil, wenn als Innenlage (7) bzw. als wärmedämmendes Füllmaterial z.B. aus Kostengründen Materialien verwendet werden, die nicht alkalimetall- bzw. erdalkalimetallarm oder alkalimetall- bzw. erdalkalimetallfrei sind, sodass diese vor einem direkten Kontakt mit dem Metallheißteil abgeschirmt werden.
Gleichwohl ist dieser Aufbau besonders bevorzugt, wenn die zu dämmenden Metallheißteile einem erhöhten Einwirken von äußerer Feuchtigkeit (z.B. Regenwasser, Tauwasser- und/oder Eisbildung) oder äußeren mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind.
Darüber hinaus erlaubt es dieser Aufbau, dass das Metallheißteildämmelement mit dem Metallheißteil (wie hierin definiert) verbunden werden kann, z.B. durch Schweißen, Verpressen, Verschrauben, Verkleben, oder andere Verbindungsmöglichkeiten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Metallheißteildämmelement von einem metallischen Mantel (9) in Form einer Metallfolie oder eines Metallbleches (diese sind von vornherein alkali- und erdalkalimetallfrei) ganz oder teilweise umhüllt sein. Dabei kann auch hierbei vorgesehen sein, dass der metallische Mantel (9) mit dem Metallheißteil (wie hierin definiert) verbunden wird, z.B. durch Schweißen, Verpressen, Verschrauben, Verkleben, oder andere Verbindungsmöglichkeiten.
Der metallische Mantel (9) in Form einer Metallfolie oder eines Metallbleches kann dabei in Halb- oder Vollschalenform ausgeführt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Metallheißteildämmelement (1) zumindest eine erste Innenlage (7), wobei die zumindest eine erste Innenlage (7) in Form als Lage (d.h. ein- oder mehrlagig bzw. ein- oder mehrschichtig), als wärmedämmendes Füllmaterial oder in jeder hierin beschriebenen technisch sinnvollen Form (d.h. bspw. in Form von losen Fasern, Pulvern, Granulaten oder Isoliermasse wie hierin definiert) ausgebildet ist.
Ist die Innenlage (7) in Form als Lage ausgebildet, so kann diese als textiles Flächengebilde, Kunststofffolie, Metallfolie (wie z.B. Edelstahlfolie), kunststoffbeschichtetes Metall, metallbeschichteter Kunststoff, oder Mischungen davon ausgestaltet sein.
In einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Metallheißteildämmelement um ein drei- oder mehrlagiges Dämmelement oder Dämmsystem, in Form einer ein- oder mehrlagigen unteren Außenlage (2), einer ein- oder mehrlagigen oberen Außenlage (5), sowie einer ein- oder mehrlagigen Innenlage (7). Das Vorhandensein von Seitenwänden (6) ist bei diesem Aufbau nicht erforderlich.
Optionale Folien, welche beispielsweise als Ummantelung (d.h. als die das Metallheißteildämmelement als solche und im Gesamten abgrenzende Schicht), für Kaschierungen der Dämmaterialien oder jede andere Komponente des erfindungsgemäßen Metallheißteildämmelements verwendet werden können, sind bevorzugt aus Polymeren wie z.B. Polyimid, Polyaramid, Polyamid, Silikon, Polyethersulfone / Polyestersulfone, Polyphenylene, Polyarylether, Polyarylester, Polyarylsulfone, besonders bevorzugt Metallfolien z.B. Messing, Zinn, Bronze, Kupfer, Nickel, Monell, Titan, Aluminium ganz besonders bevorzugt Edelstahl- oder Inconelfolien ausgewählt. Diese ausgewählten Materialien weisen sind dem Fachmann als thermische Hochleistungswerkstoffe bekannt.
Die eingesetzte Folie hat typischerweise eine Dicke zwischen 6 pm und 500 pm bevorzugt zwischen 6 pm und 400 pm, 6 pm und 300 pm, 6 pm und 200 pm, 6 pm und 100 pm, besonders bevorzugt zwischen 6 pm und 90 pm 6 pm und 80 pm, 6 pm und 70 pm, 6 pm und 60 pm, ganz besonders bevorzugt zwischen 6 pm und 50 pm, 6 pm und 40 pm, 6 pm und 30 pm, 6 pm und 20 pm, 6 pm und 10 pm. Die bevorzugte Dicke der Folien ermöglicht vorteilig mechanische Stabilität, ohne die erfindungsgemäße Flexibilität des Metallheißteildämmelements zu beeinträchtigen.
Das Gewicht, die Festigkeit, die Dehnung der eingesetzten Folie hängt vom verwendeten Werkstoff und dessen spezifische Dichte ab und ist somit ebenfalls definiert.
Die besonders bevorzugt verwendete Edelstahl- bzw. Inconelfolie besteht aus einem nicht rostenden austenitischen Stahl, besonders bevorzugt aus einem hochtemperaturbeständigen austenitischen nicht rostenden Stahl, ganz besonders bevorzugt aus den austenitischen Werkstoffen 1.4571 , 1.4401 , 1.4404, 1.4841, 1.4845, 1.4876, 1.4878, 1.4828, 1.4301 ,
1.4306, 1.4435, 1.4541 , 1.4016.
Die Folie kann dabei in ihrer Ausgestaltung glatt, perforiert, geprägt oder kalottiert sein und und ermöglicht dem Fachmann vorteilig eine anwendungsspezifische Auswahl. Die Komponenten des Metallheißteildämmelements können ferner der technisch sinnvollen Darstellungsform von Geweben, Gebinden, und Hybridtextilien ausgebildet sein. Gewebe, Gebinden, und Hybridtextilien umfassen erfindungsgemäß (Erd-)alkalimetallarmes oder - freies Gewebe, Gebinde, Hybridtextilie, mit oder ohne Drahtverstärkung, mit oder ohne Imprägnierung bzw. mit oder ohne Beschichtung, auch mikroporöse Metallfolie, bevorzugt Silikatgewebe, oder als Misch hieraus.
Das für Gewebe, Gebinden, und Hybridtextilien bevorzugt gewählte Silikatgewebe des Metallheißteildämmelements weist beispielsweise ein Flächengewicht von 50 bis 5000 g/m2, bevorzugt von 100 bis 3000 g/m2, besonders bevorzugt von 300 bis 2000 g/m2, ganz besonders bevorzugt von 600 bis 1500 g/m2 auf, wobei die bevorzugten Bereiche vorteilig zum technischen Erfordernis eins geringen Gewichts des Metallheißteildämmelementes beitragen.
Die Dicke des bevorzugt eingesetzten Silikatgewebes beträgt im Allgemeinen bevorzugt zwischen 10 mm und 0,05 mm bevorzugt zwischen 9 und 0,1 mm, 8 und 0,1 mm, 7 und 0,1 mm, 6 und 0,1 mm, 5 und 0,1 mm, besonders bevorzugt zwischen 4 und 0,15 mm, 3 und 0,15 mm, 2 und 0,15 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 1 ,9 und 0,2 mm, wobei die so definierten Dicken vorteilig eine hohe Stabilität und gleichzeitig geringes Gewicht des Silikatgewebes ermöglichen.
Die Fadendichte des bevorzugten Silikatgewebes beträgt je Fadensystem (Kette oder Schuß) typischerweise zwischen 1 und 500 Fäden/10 cm, bevorzugt zwischen 10 und 450 Fäden/10 cm, besonders bevorzugt zwischen 20 und 400 Fäden/10 cm, ganz besonders bevorzugt zwischen 30 und 300 Fäden/10 cm.
Als Bindung (Konstruktion) des Silikatgewebes kann jede beliebige Gewebebindung wie z.B. Dreherbindung, Scheindreherbindung, Leinwandbindung, Köperbindung, Panamabindung, Ripsbindung, Atlas oder Satinbindung, Ripstop, Doppel- oder Mehrfachgewebebindung oder Ableitungen von diesen Bindungen verwendet werden. Ganz besonders bevorzugt Leinwand, Panama, Kreuzköper, Köper, Ripstop.
Es versteht sich von selbst, dass jedes hierin beschriebene Silikatgewebe unterschiedliche Festigkeiten (zwischen 50 N/5 cm und 10000 N/5 cm) und Dehnungen (zwischen 0 und 25 %) in Kette und Schuß aufweist.
Die Feinheit der Silikatfaser des verwendeten Silicatgewebes als bevorzugtes Gewebe, Gebinde, und/oder Hybridtextilie des Metallheißteildämmelements beträgt 4 bis 17 pm bevorzugt 4 bis 13 pm besonders bevorzugt 4 bis 11 pm ganz besonders bevorzugt 6 bis 9 pm, wobei die so definierte Feinheiten vorteilig isolierende Hohlräume zu fördern ohne gesundheitsschädliche Wirkungen zu veräußern. Zudem hat die Feinheit den Vorteil, dass keine Bruchstücke < 3 pm, welche ggf. lungengängig sind, entstehen.
Der S1O2 Anteil der bevorzugt gewählten Silikatfaser liegt beispielsweise zwischen 85 und 99 % bevorzugt zwischen 90 und 99 % besonders bevorzugt 92 und 99 % ganz besonders bevorzugt zwischen 94 und 98 %. Die verbleibenden Prozente verteilen sich auf AI2O3 und Sonstige, wobei klar ist, dass der Anteil an Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und deren Verbindungen (insbesondere Oxide damit) durch die hierin definierten Bereiche begrenzt ist.
Eine bevorzugte Silikatfaser liegt als Spinnfaser, Filament, texturiertes Filament, Roving oder als Mischung hieraus vor.
Der aus der Silikatfaser hergestellte Faden der Silikatfaser des verwendeten Silicatgewebes als bevorzugtes Gewebe, Gebinde, und/oder Hybridtextilie des Metallheißteildämmelements liegt als Einfachgarn, bevorzugt als Zwirn oder Mehrfachzwirn vor, und kann ohne Drahtverstärkung, aber bevorzugt mit Drahtverstärkung ausgestaltet sein. Die Drahtverstärkung besteht in diesem Fall typischerweise aus 1 bis 100 Drähten die einzeln oder als Drahtbündel vorliegen, bevorzugt aus 1 bis 90, 1 bis 80, 1 bis 70, 1 bis 60, 1 bis 50 Drähten, besonders bevorzugt aus 1 bis 40, 1 bis 30, 1 bis 20, 1 bis 10 Drähten, ganz besonders bevorzugt 1 bis 9, 1 bis 8, 1 bis 7, 1 bis 6, 1 bis 5, 1 bis 4, 1 bis 3, 1 bis 2 Drähten, wobei die hierin beschriebenen Drahtbündel der optionalen Drahtverstärkung besonders vorteilig für die Strukturstabilität der Silikatfaser fungieren.
Der Durchmesser des Drahtes einer Drahtverstärkung eines Fadens einer Silikatfaser des bevorzugt verwendeten Silikatgewebes des erfindungsgemäßen
Metallheißteildämmelements liegt beispielsweise zwischen 1 mm und 0,01 mm bevorzugt zwischen 0,9 mm und 0,01 mm, 0,8 mm und 0,01 mm, 0,7 mm und 0,01 mm, 0,6 mm und 0,01 mm, 0,5 mm und 0,01 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,4 mm und 0,05 mm, 0,3 mm und 0,05 mm, 0,2 mm und 0,05 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 0,19 mm und 0,1 mm, 0,18 mm und 0,1 mm, 0,17 mm und 0,1 mm, 0,16 mm und 0,1 mm, 0,15 mm und 0,1 mm, 0,14 mm und 0,1 mm, 0,13 mm und 0,1 mm, 0,12 mm und 0,1 mm, 0,11 mm und 0,1 mm, wobei die hierin definierten Durchmesser des Drahtes zweckmäßiger Stabilität der Silikatfaser dienen, ohne partikuläre und damit potentiell gesundheitsschädliche Eigenschaften auszuweisen.
Als Werkstoff für den Draht einer Drahtverstärkung eines Fadens einer Silikatfaser des bevorzugt verwendeten Silikatgewebes des erfindungsgemäßen Metallheißteildämmelements dienen sämtliche Metalle und deren Legierungen wie z.B. Messing, Zinn, Bronze, Kupfer, Nickel, Monell, Titan, Aluminium, Eisen roh, Eisen verzinkt, Inconel, Stahl, Duplexstahl, Edelstahl, Martensitische Stähle, Ferritische Stähle, Austenitische Stähle. Bevorzugt aus einem nicht rostenden austenitischen Stahl, besonders bevorzugt aus einem hochtemperaturbeständigen, austenitischen, nicht rostenden Stahl, ganz besonders bevorzugt aus den Werkstoffen 1.4571 , 1.4401, 1.4404, 1.4841 , 1.4845, 1.4876, 1.4878, 1.4828, 1.4301 , 1.4306.
Die für das Silikatgewebe des erfindungsgemäßen Metallheißteildämmelements eingesetzten Garne/Zwirne weisen im Allgemeinen bevorzugt eine Feinheit von 11 tex (tex = g/1000 m) bis 3000 tex, bevorzugt von 34 tex bis 2700 tex, besonders bevorzugt 68 tex bis 2500 tex ganz besonders bevorzugt von 140 tex bis 2000 tex auf.
Das eingesetzte Silikatgewebe ist entweder ohne Drahtverstärkung, bevorzugt mit einer Drahtverstärkung in Kette oder Schuß, ganz besonders bevorzugt mit einer Drahtverstärkung in Kette und Schuß versehen, wobei die Stabilität des Silikatgewebes vorteilig modifiziert werden kann.
Eine Drahtverstärkung des Silikatgewebes des erfindungsgemäßen Metallheißteildämmelementes wird entweder durch ein wie hierin beschriebenes drahtverstärktes Garn oder durch Einweben wie hierin beschriebener Drähte erzielt. Die Drahtverstärkung erfolgt in Kette oder Schuß bevorzugt in beiden Fadensystemen. Sie erfolgt typischerweise in jedem einzelnen Faden bzw. als jeder einzelne Faden oder in einem Abstand von bis zu 100 aufeinander folgenden Fäden. Bevorzugt im Abstand von 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10 besonders bevorzugt im Abstand von 9, 8, 7, 6, 5 ganz besonders bevorzugt im Abstand von 4, 3, 2, 1 Fäden, wobei die Dichte Silikatgewebes durch den bevorzugten Abstand der einzelnen Fäden vorteilig modifiziert werden kann.
Das hierin beschriebene Silikatgewebe des erfindungsgemäßen
Metallheißteildämmelementes wird sowohl roh bevorzugt thermisch entschlichtet, besonders bevorzugt vorgeschrumpft, ganz besonders bevorzugt thermisch entschlichtet und vorgeschrumpft eingesetzt.
Das ausgewählte Silikatgewebe kann in der jeweiligen Erscheinungsform z.B. zur Verbesserung der Konfektionierbarkeit mit Imprägnierungen z.B. auf Basis von Polyacrylat, Polyvinylacetat, Polyurethan, Silikon oder einer Vermiculitdispersion versehen sein. Imprägnierungen sind weniger bevorzugt, da beim ersten Aufheizen ggf. gesundheitsbeeinträchtigende oder -gefährdende Zersetzungsprodukte entstehen und abdampfen können.
Das eingesetzte Silikatgewebe des erfindungsgemäßen Metallheißteildämmelementes kann z.B. zur Verbesserung der Konfektionierbarkeit oder zum Schutz vor vibrationsbedingtem Abrieb mit einseitigen oder beidseitigen Beschichtungen z.B. auf Basis von Polyacrylat, Polyvinylacetat, Polyurethan, Silikon oder einer Vermiculitdispersion versehen sein, bevorzugt wird jedoch hierauf verzichtet da beim ersten Aufheizen ggf. gesundheitsbeeinträchtigende oder -gefährdende Zersetzungsprodukte entstehen und abdampfen können.
Auch kann das eingesetzte Silikatgewebe des erfindungsgemäßen Metallheißteildämmelementes mit einer glatten, geprägten (z.B. Grobkornprägung), perforierten oder kalottierten Folie, wie beispielsweise einer Aluminiumfolie, Titanfolie, Edelstahlfolie oder sonstigen temperaturbeständigen Folie als Vibrations- oder Rieselschutz gestaltet sein, wobei ein- oder beidseitig kaschiert sein kann. Bevorzugt wird jedoch hierauf verzichtet, da beim ersten Aufheizen ggf. gesundheitsbeeinträchtigende oder -gefährdende Zersetzungsprodukte der verwendeten Kaschierkleber z.B. auf Basis von Polyacrylat,
Po ly vinylacetat, Polyurethan, Silikon, entstehen und abdampfen können. Alternativ wird eine hierin beschriebene Folie ein- oder beidseitig z.B. durch Vernähen mit dem Silikatgewebe verbunden.
Von den hierin beschriebenen optionalen Lagen bzw. Schichten muss zumindest eine als sogenannte untere Lage vorhanden sein. Sind zwei oder mehrere unterschiedliche oder gleiche Lagen bzw. Schichten vorhanden, so können diese in beliebiger Abfolge Vorkommen, bevorzugt jedoch wie in der Abfolge der Beschreibung.
Besitzt das Metallheißteildämmelement einen optionalen sogenannten Steg, so muss von den hierin beschriebenen optionalen Lagen bzw. Schichten zumindest eine als diese ausgebildet sein. Sind zwei oder mehrere unterschiedliche oder gleiche Lagen bzw.
Schichten vorhanden, so können diese in beliebiger Abfolge Vorkommen, bevorzugt jedoch wie in der Abfolge der Beschreibung. Die Auswahl, die Anzahl und die Abfolge der einzelnen Schichten bzw. Lagen des Stegs können von denen der unteren Lage abweichen, sind aber bevorzugt mit Auswahl, Anzahl und Abfolge identisch.
Von den hierin beschriebenen optionalen Lagen bzw. Schichten muss zumindest eine als sogenannte obere Außenlage vorhanden sein. Sind zwei oder mehrere unterschiedliche oder gleiche Lagen bzw. Schichten vorhanden, so können diese in beliebiger Abfolge Vorkommen, bevorzugt jedoch wie in der Abfolge der Beschreibung. Die Auswahl, die Anzahl und die Abfolge der einzelnen Schichten bzw. Lagen der oberen Außenlage können von denen der unteren Lage bzw. vom Steg abweichen, sind aber bevorzugt mit Auswahl, Anzahl und Abfolge identisch. Zum Schutz vor äußeren Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Öl, Wasser oder Verschmutzung, sollte die obere Außenlage eines einlagigen Dämmelementes und/oder eines mehrlagigen und/oder mehrschichtigen Dämmsystems entweder aus einer wie hierin beschriebenen Folie bestehen, oder aus einem der hierin beschriebenen Gewebe, wobei dieses dann bevorzugt mit einer hierin beschriebenen Imprägnierung und/oder Beschichtung und/oder Kaschierung bzw. Folierung versehen ist.
Jede Komponente des erfindungsgemäßen Dämmelementes kann ggf. mit funktionellen Ausrüstungen, Beschichtungen, Imprägnierungen und/oder Kaschierungen (insbesondere mit Metallfolien) versehen sein und kann Metallfasern, -litzen, -drähte oder -filamente enthalten und/oder aus diesen hergestellt sein. Die funktionellen Ausrüstungen, mit denen jede der Komponente des erfindungsgemäßen Dämmelementes versehen sein können, umfassen auch Beschichtungen, Imprägnierungen und/oder Kaschierungen, insbesondere funktionelle Imprägnierungen beispielsweise auf Basis von Kieselsäure; Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid, Siliciumcarbid, Schichtsilikaten (z.B. Vermiculite) und/oder Beschichtungen auf Basis vorgenannter Materialien und/oder Kaschierungen beispielsweise mit Metallfolien (z.B. Aluminiumfolien, Edelstahlfolien, Kupferfolien, Titanfolien) oder Kunststofffolien (z.B. Siliconfolien, PTFE-Folien, Polyimidfolien, PVDF-Folien, Polyamidimid- Folien, PEEK-Folien; PPS-Folien, PPSU-Folien, PES-Folien, PSU-Folien, PEI-Folien).
Das trennbare Metallheißteildämmelement ist erfindungsgemäß als eigenständiges Funktional ausgebildet, welches als solches einfach und individuell montierbar und/oder leicht trennbar von dem Heißelement ist. Als solches kann das Erzeugnis vorteilig unabhängig vom zu bedämmenden Element, manuell und/oder halbautomatisch oder individuell anpassbar („Offset“) gefertigt werden kann.
Um das trennbare Metallheißteildämmelement (z.B. bei der Installation) leicht an die Form des Heißgerätes anzupassen, ist dieses als textiles oder teilmetallisches Metallheißteildämmelement ausgebildet, vorzugsweise ist das Metallheißteildämmelement so aufgebaut, dass seine Form der Kontur des Heißgerätes in einer um die Dicke des gesamten Metallheißteildämmelementes aufgepolsterten Form entspricht (Offset). Daraus ergibt sich eine besondere Eignung für Anwendungen an Metallheißteilen mit Untereinheiten von unterschiedlicher Gebrauchszeit, da hierbei die betreffenden Offset-Teile des Heißteildämmelementes unabhängig voneinander ausgetauscht werden können. Insbesondere für das Ersetzen von einzelnen Heißteilen besonderer Beanspruchung durch weiterentwickelte Hochleistungsstählen, dessen Legierungen sich zunehmend zu einem hohem Anteil Chrom, Nickel, Molybdän, Vanadium oder anderen verändern, bietet der Erfindungsgegenstand eine Lösung zur kostengünstigen Renovierung und/oder Nachrüstung von individuellen Heißteildämmelementteilen.
Darüber hinaus hat sich die Verwendung von textilen bzw. teilmetallischen, trennbaren Metallheißteildämmelementen als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn diese von Haus aus alkalimetall- und/oder erdalkalimetallarm sind. Besonders bevorzugt sind die textilen bzw. teilmetallischen Metallheißteildämmelemente von vornherein alkalimetall- und/oder erdalkalimetallfrei.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen sämtliche Komponenten, d.h. die Dämmelementummantelung, umfassend Außenlagen (2, 5) und ggf. Seitenwände (6) sowie die Innenlagen (7, 8) bzw. die Dämmelementfüllung des Metallheißteildämmelements aus Materialien, die Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Verbindungen (insbesondere Oxide damit) mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-% aufweisen. D.h. sämtliche Komponenten bestehen zumindest aus alkalimetall- und/oder erdalkalimetallarmen Materialien, bestenfalls aus alkalimetall und/oder erdalkalimetallfreien. Dieser Aufbau erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn für die Ummantelung des Metallheißteildämmelements durchlässige Materialien, wie bspw. Gelege, Gebinde, Gewebe, Gestricke, Gewirke, Geflechte, Vliese, Filze, verfestigte Fasern oder ähnliche verwendet werden und/oder die zu dämmenden Metallheißteile einem erhöhten Einwirken von äußerer Feuchtigkeit (z.B. Regenwasser, Tauwasser- und Eisbildung) ausgesetzt sind und somit ein Auslaugen von herkömmlichen hierin beschriebenen Materialien zu erwarten ist.
Zudem ist dieser Aufbau von Vorteil, wenn das Metallheißteildämmelement zur Wärmedämmung von Metallheißteilen eingesetzt wird, die Wärme in einem derartigen Maße abstrahlen, dass selbst die Außentemperatur der „Kaltseite“ einzelner Dämmelemente eines Dämmsystems ggf. noch in einem Temperaturfenster liegt wo möglicherweise selbst auf der Oberfläche der Kaltseite noch Chrom(VI) entstehen kann. Dies kommt häufig bei mehrlagigen Dämmsystemen bspw. bei Turbinenisolierungen vor.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Ummantelung des trennbaren Metallheißteildämmelements aus einer Folie, insbesondere einer Metallfolie, besonders bevorzugt Edelstahlfolie. Zumindest ist das Metallheißteildämmelement vorzugsweise mit einer derartigen Folie umhüllt. In beiden Fällen handelt es sich bei dem Metallheißteildämmelement insofern um ein nach außen hin „abgeschlossenes System“, sodass z.B. das Eindringen von Feuchtigkeit in das Metallheißteildämmelement und ein Vordringen zur metallischen Oberfläche des Metallheißteildämmelements und ein damit einhergehendes Auslaugen von (Erd-)Alkalimetallen und deren Verbindungen aus den Materialien verhindert ist. Dies erlaubt es vorteilhaft, dass eine mögliche Füllung des Metallheißteildämmelements bzw. andere Lagen und/oder Schichten in der ersten bzw. zweiten Innenlage bedenkenlos aus alkalimetall- und/oder erdalkalimetallarmen Materialien, wie hierin definiert, gefertigt sein können.
Somit wird die direkte Freisetzung von umweit- und/oder gesundheitsschädlichen Schwermetallverbindungen in die Umwelt unterbunden, da kein direkter Kontakt zwischen der metallischen Oberfläche des Metallheißteildämmelements und einer calciumhaltigen, insbesondere (erd-)alkalimetallhaltigen Schicht gegeben ist. Schwermetallverbindungen können sich unter diesen Umständen allenfalls nur innerhalb des Metallheißteildämmelementes, bspw. an einer innenliegenden Kontaktfläche der untern/oberen Außenlage zur ersten und/oder zweiten Innenlage (Dämmmaterial) bilden, wobei die Freisetzung von Schwermetallverbindungen in die Umwelt durch die Art und Weise, wie die Ummantelung ausgestaltet ist, nämlich als „geschlossenes System“ (bspw. als Folie oder Metallfolie), unterbunden wird, wobei die Ummantelung als eine Barriere wirkt. Allerdings kann es Vorkommen, dass ein Metallheißteildämmelement mit diesem Aufbau als Sondermüll entsorgt werden muss.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die untere Außenlage (2), die als direkte Kontaktlage für ein zu dämmendes Metallheißteil ausgebildet ist, bzw. die untere Außenseite (3) bzw. das Metallheißteil selbst, eine genoppte oder im Wesentlichen quer oder schräg zur Längsachse gewellte bzw. geriefte Oberfläche (Oberfläche mit Erhebungen) aufweist. Noppen können dabei bspw. sowohl in Form von Pyramiden, Pyramidenstümpfen, Kegelstümpfen, Endloskeilen und/oder Halbkugeln eingesetzt werden.
Dabei ist festgestellt worden, dass eine entsprechende Ausgestaltung der Oberfläche der unteren Außenlage (2) bzw. des Metallheißteils selbst, als Abstandshalterzwischen der Oberfläche des zu dämmenden Metallheißteils (bspw. aus Stahl gebildet) und dem Metallheißteildämmelement, insbesondere Komponenten dieses Dämmelements, die nicht aus calciumarmen bzw. (erd-)alkalimetallarmen Materialien bestehen, fungieren kann. Der durch den zusätzlich gewonnenen Abstand entstehende Hohlraum begünstigt dabei vorteilig die Dämmwirkung der Außenlage.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die untere Außenlage (2) selbst als eine Schicht bestehend aus Noppen, wie vorstehend definiert, ausgebildet (siehe Fig. 13). In beiden Fällen liegt der Abstand zwischen den Noppen bzw. Erhebungen der Oberfläche im Bereich von 100 pm bis 2 cm und die Höhe der zueinander beabstandeten Erhebungen im Bereich von 100 pm bis 2 cm.
Die Noppen bzw. Erhebungen der Oberfläche können eine Beschichtung aus Aluminiumoxyd, das wiederum mit Edelmetallen, insbesondere Platin, Rhodium, Palladium oder Nanopartikeln beschichtet sein kann, aufweisen.
Einzelne Komponenten bzw. alle Komponenten des trennbaren Metallheißteildämmelements können auch durch Verbindungselemente (10a) miteinander verbunden und dadurch zueinander fixiert sein.
So kann vorgesehen sein, dass das Metallheißteildämmelement Längs- bzw. Quernähte, Steppnähte oder Versteppungen enthält, um dadurch vorteilhaft die Formgebung und die Formbeständigkeit (kein verrutschen/verschieben der Komponenten (Lagen/Schichten) zueinander) und somit eine passgenaue Montage zu gewährleisten.
Alternative Verbindungselemente (10a), um die einzelnen Komponenten bzw. alle Komponenten des Metallheißteildämmelements miteinander zu verbinden, sind z.B. Klammern, Haken, Schnüre, Riemen, Drähte oder ähnliche geeignete Verbindungselemente.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Aufbau des Metallheißteildämmelements bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Metallheißteildämmelements von heiß nach kalt: ein Edelstahldrahtgewebe, oder eine Metallfolie (perforiert, nicht perforiert) und/oder einem Gewebe, welches (erd-)alkalimetallfrei oder -arm ist (Heißseite), einer Innenlage (7) bzw. einem wärmedämmenden Füllmaterial, die/das (erd- )alkalimetallfrei oder -arm ist, und einem Edelstahldrahtgewebe (vorzugsweise öl- und wasserabweisend beschichtet), oder einer Metallfolie (perforiert oder nicht perforiert) und/oder einem Gewebe (vorzugsweise öl- und wasserabweisend beschichtet), welches (erd-)alkalimetallfrei oder -arm ist (Kaltseite).
Das erfindungsgemäße trennbare Metallheißteildämmelement kann in Form als Isoliermatratze, Isolierkissen/Pillow, Isoliermatte, Isoliermanschette, Isolierformteil, Isolierelement, Isolierhaube, Isolierdecke, Glasgewebeformmatte, Isolierkassette, Hardcoverelemente o.ä. ausgebildet sein. Dämmelemente sind oft viele Jahre im Einsatz. Dabei stehen die Dämmelemente Tag für Tag unter Dauerlast. Temperaturwechsel, ggf. Feuchtigkeit, Vibrationen und Leckagen, all das hat ein Dämmelement auszuhalten.
Daher kann das erfindungsgemäße Metallheißteildämmelement ein optionales Drahtgestrick enthalten, welches eine bestimmte Maschengröße aufweist. Die Maschengröße ist beispielsweise von 50 x 50 mm bis 0,5 x 0,5 mm, vorzugsweise 45 x 45 mm, 40 x 40 mm, 35 x 35 mm, 30 x 30 mm, 25 x 25 mm, 20 x 20 mm, 15 x 15 mm, 10 x 10 mm, besonders bevorzugt 9 x 9 mm, 8 x 8 mm, 7 x 7 mm, 6 x 6 mm, 5 x 5 mm, 4 x 4 mm, 3 x 3 mm, 2 x 2 mm, 1 x 1 mm, 0,5 x 0,5 mm, ganz besonders bevorzugt 7,4 x 8 mm, 7 x 9 mm. Eine so definierte Maschengröße ermöglicht eine effektive Verringerung von Vibrationen, sodass mechanischer Abrieb des Metallheißteildämmelementes, insbesondere über lange Nutzungsdauer des Erfindungsgegenstandes, minimiert werden kann.
Hergestellt aus einem Draht des Drahtgestrickes beispielsweise mit einem Durchmesser von 6 mm bis 0,01 mm, vorzugsweise 5,5 mm, 5,0 mm, 4,5 mm, 4,0 mm, 3,5 mm, 3,0 mm, 2,5 mm, 2,0 mm, 1 ,5 mm 1 ,0 mm, besonders bevorzugt 0,5 mm, 0,45 mm, 0,4 mm, 0,35 mm,
0,3 mm 0,25 mm, 0,2 mm, 0,15 mm, 0,1 mm, 0,05 mm, 0,01 mm ganz besonders bevorzugt 0,29 mm, 0,28 mm, 0,27 mm, 0,26 mm, 0,25 mm, 0,24 mm, 0,23 mm, 0,22 mm, 0,21 mm.
Ein so definierter Durchmesser des Drahtes eines Drahtgestrickes ist gewährleistet vorteilig eine hohe mechanische Stabilität, welche beispielsweise besonders bei Anwendungen von Motor- Generator oder Auspuffheißteilen gefordert ist.
Als Werkstoff für den Draht des Drahtgestrickes dienen typerweise sämtliche Metalle und deren Legierungen wie z.B. Messing, Zinn, Bronze, Kupfer, Nickel, Monell, Titan, Aluminium, Eisen roh, Eisen verzinkt, Inconell, Stahl, Duplexstahl, Edelstahl, Martensitische Stähle, Ferritische Stähle, Austenitische Stähle. Bevorzugt aus einem nicht rostenden austenitischen Stahl, besonders bevorzugt aus einem hochtemperaturbeständigen austenitischen nicht rostenden Stahl, ganz besonders bevorzugt aus den Werkstoffen 1.4571 , 1.4401 , 1.4404, 1.4841 , 1.4845, 1.4876, 1.4878, 1.4828, 1.4301 , 1.4306 komplett oder teilweise mit der eigentlichen unteren Außenlage verbunden, ggf. auch teilweise oder komplett im Stegbereich, zur Verhinderung bzw. Verringerung von vibrationsbedingtem, mechanischem Abrieb.
In einer Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Metallheißteildämmelement ein optionales Drahtgewebe/Siebgewebe/Drahtgeflecht, welches eine Maschenweite von 50,0 mm bis 0,01 mm, vorzugsweise 45 mm, 40 mm, 35 mm, 30 mm, 25 mm, 20 mm, 15 mm, 10 mm, besonders bevorzugt 9 mm, 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm, 1 mm, 0,5 mm, 0,1 mm, ganz besonders bevorzugt 0,09 mm, 0,08 mm, 0,07 mm, 0,06 mm, 0,05 mm, 0,04 mm, 0,03 mm, 0,02 mm, 0,01 mm aufweist. Eine so definierte Maschenweite des Drahtgewebes/Siebgewebes/Drahtgeflechtes ermöglicht zum einen eine Verringerung von Vibrationen und damit mechanischen Abrieb des Metallheißteildämmelementes, wie oben beschrieben, und zum anderen eine Auflockerung von lose verfüllten Fasern, sodass voreilig Faserakkumulationen sowie der damit verbundenen verringerten Wärmedämmwirkung entgegengewirkt werden kann.
Das optionale Drahtgewebe/Siebgewebe/Drahtgeflecht kann aus einem Draht mit einem Durchmesser von (d) von 6 mm bis 0,01 mm vorzugsweise 5,5 mm, 5,0 mm, 4,5 mm, 4,0 mm, 3,5 mm, 3,0 mm, 2,5 mm, 2,0 mm, 1,5 mm 1 ,0 mm, 0,5 mm, 0,1 mm, besonders bevorzugt 0,09 mm, 0,08 mm, 0,07 mm, 0,06 mm, 0,05 mm, ganz besonders bevorzugt 0,045 mm, 0,04 mm, 0,035 mm, 0,030 mm, 0,020 mm, 0,015 mm, 0,010 mm gebildet sein. Ein so definierter Durchmesser des Drahtes eines
Drahtgewebes/Siebgewebes/Drahtgeflechtes ist gewährleistet vorteilige technische Effekte wie oben für Drahtgestricke beschrieben.
Als Werkstoff für den Draht dienen sämtliche Metalle und deren Legierungen wie z.B. Messing, Zinn, Bronze, Kupfer, Nickel, Monell, Titan, Aluminium, Eisen roh, Eisen verzinkt, Inconel, Stahl, Duplexstahl, Edelstahl, Martensitische Stähle, Ferritische Stähle, Austenitische Stähle. Bevorzugt aus einem nicht rostenden austenitischen Stahl, besonders bevorzugt aus einem hochtemperaturbeständigen austenitischen nicht rostenden Stahl, ganz besonders bevorzugt aus den Werkstoffen 1 .4571 , 1.4401 , 1.4404, 1.4841 , 1.4845, 1.4876, 1.4878, 1.4828, 1.4301 , 1.4306 komplett oder teilweise mit der eigentlichen unteren Außenlage verbunden, ggf. auch teilweise oder komplett im Stegbereich, zur Verhinderung bzw. Verringerung von vibrationsbedingtem, mechanischem Abrieb und je nach Maschenweite zur Verhinderung des Austritts von Fasern oder Stäuben aus der nachfolgenden Lage.
Die Feinheit (Mesh = Anzahl Maschen pro engl. Zoll) des
Drahtgewebes/Siebgewebes/Drahtgeflechts beträgt beispielsweise zwischen 0,45 Mesh und 1270 Mesh, bevorzugt zwischen 0,5 Mesh und 2,51 Mesh, besonders bevorzugt zwischen 1 ,69 Mesh und 230 Mesh, besonders bevorzugt 2,79 Mesh und 169 Mesh, ganz besonders bevorzugt zwischen 188 Mesh und 1270 Mesh. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sollte die anwendungsorientierte Feinheit so gewählt sein, dass sich aus Materialkosten und Gewicht des Drahtgewebes/Siebgewebes/Drahtgeflechts ein Minimum ergibt.
Als Bindung (Konstruktion) des Drahtgewebes/Siebgewebes/Drahtgeflechts kann typischerweise jede beliebige Gewebebindung wie z.B. Leinwandbindung, Köperbindung, Panamabindung, Ripsbindung, Atlas oder Satinbindung, Tresse, Ripstop, Dreherbindung, Scheindreherbindung, Doppel- oder Mehrfachgewebebindung oder Ableitungen von diesen Bindungen verwendet werden. Ganz besonders bevorzugt Leinwand, Köper, Tresse, Ripstop, da diese die voreiligsten Eigenschaften unter hohen thermischen Belastungen aufweisen.
Die vorliegende Erfindung umfasst daher auch ein trennbares Metallheißteildämmelementsystem, das zumindest zwei ggf. unter- bzw. miteinander verbundene Metallheißteildämmelemente, wie hierin definiert, umfasst. Auch kann vorgesehen sein Metallheißteildämmelemente, wie hierin definiert (d.h. die erste Außenlage (2) besteht aus Materialien, die Alkalimetalle bzw. Erdallkalimetalle und deren Verbindungen, zumindest jedoch Calcium und Calciumverbindungen (insbesondere Calciumoxid) mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-% aufweisen) und herkömmlichen Dämmelementen zu einem Gesamtsystem zu kombinieren. Dadurch kann vorteilhaft ein Gesamtsystem ausgebildet werden, um einerseits die Montagefreundlichkeit des Gesamtsystems zu gewährleisten und um einen Wärmedurchgang an den Stoßstellen der einzelnen Metallheißteildämmelemente, speziell der unteren (zum Metallheißteil hin angeordneten) Metallheißteildämmelemente durch Versatz zu minimieren. Zugleich wird hierdurch eine bessere Formanpassung an das zu isolierende Metallheißteil ermöglicht. Die Größe der Metallheißteildämmelemente ist hierbei so zu wählen, dass eine schnelle Montage und Demontage möglich ist. Bei Wartungs- und Reparaturarbeiten können somit vorteilhaft kleine Einheiten ggf. repariert oder ausgetauscht werden.
Unabhängig von einem vorteilhaften Versatz der einzelnen Metallheißteildämmelemente eines Gesamtsystems, ermöglicht ein solches Gesamtsystem eine bessere Formanpassung im Gesamten, da speziell das untere (zum Metallheißteil hin angeordneten) Metallheißteildämmelemente des Gesamtsystems formschlüssig an das Metallheißteil verbunden werden kann. Dabei ist eine möglicherweise verringerte Wärmedämmung an ggf. entstehenden Knautschzonen des formschlüssig mit dem Metallheißteil verbundenen Metallheißteildämmelemente vorteilig durch eine Wärmedämmung der vom Metallheißteil weg angeordneten Metallheißteildämmelemente des Gesamtsystems aufgehoben.
Ein zum Metallheißteil hin angeordnetes Metallheißteildämmelement eines solchen Gesamtsystems ist dabei vorzugsweise parzelliert formschlüssig über die einzelnen technischen Teile des Metallheißteiles angebracht und von dem weiteren Metallheißteildämmelement, welches vom Metallheißteil weg angeordnet ist, flächendeckend überschlossen. Auf diese Weise ist vorteilig eine schnelle Montage und Demontage möglich, da bei Wartungs- und Reparaturarbeiten vorteilhaft kleine Einheiten ggf. repariert oder ausgetauscht werden können, sodass eine Zeit-, und Materialvorteil entsteht Die einzelnen Metallheißteildämmelemente können dabei durch Verbindungselemente (10b), wie z.B. Klammern, Haken, Federn, Schnallen, Laschen, Ösen, Schellen, Ringschrauben, Kappenschlösser, Schlaufen, Gurte, Bänder, Schnüre, Kordeln, Riemen, Zurrösen, Klettverbindungen, Überlappungen, Drähte oder ähnliche Verbindungselemente, die geeignet sind zwei oder mehrere Dämmelemente bzw. Dämmsysteme unter- und/oder miteinander zu verbinden, verbunden sein, um ein Metallheißteildämmelementsystem zu bilden. Gleichzeitig wird dadurch der Wärmedurchgang in Fugen, Spalten, Stößen etc. minimiert bzw. bestenfalls verhindert.
Alternativ bzw. ergänzend dazu können die einzelnen Metallheißteildämmelemente des Metallheißteildämmelementsystems unter- und/oder miteinander vernäht, verschweißt, geklammert, versteppt, verklebt, vernadelt, gebunden oder auf andere Weise verbunden sein.
Ein besonderer Vorteil bei der Bereitstellung des Metallheißteildämmelementsystems, bei dem zumindest zwei Metallheißteildämmelemente unter- bzw. miteinander verbundenen sind, liegt insbesondere darin, dass dadurch ein gegenüber äußeren Umwelteinflüssen abgeschlossenes Dämmsystem entsteht, wodurch das Eindringen von Feuchtigkeit verhindert wird bzw. zumindest minimiert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Metallheißteildämmelementsystem, zumindest das Metallheißteildämmelement, wie hierin definiert, als auch das wärmezudämmende Metallheißteil, wobei zumindest ein Metallheißteildämmelement des Metallheißteildämmelementsystems über eine Kontaktseite zumindest teilweise mit dem Metallheißteil trennbar verbunden ist. Das Metallheißteil ist hierbei bevorzugt ein Verbrennungsmotor (wie bspw. ein Motor von Kraftfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Baumaschinen, Schienenfahrzeugen oder Schiffsmotoren), ein Motorenheißteil, ein Bestandteil von Abgassystemen wie z.B. Dieselpartikelfiltern, Turboladern, Katalysatoren, Schalldämpfern, SCR-Systemen und deren verbundene Bauteile, sowie eine Gas- und Dampfturbine, ein Generator, ein Blockheizkraftwerk und ähnliche Aggregate, sowie zu sämtlichen zuvor genannten Anlagen gehörende Zu- und Ableitungen.
Zudem umfasst die vorliegende Erfindung eine Metallheißteildämmelementkassette, wobei ein Metallheißteildämmelement (1), wie hierin definiert, oder ein Metallheißteildämmelementsystem, wie hierin definiert, in eine vorgefertigte Kassettenform (13) gelegt oder in dieser befestigt ist, sodass diese ein in Richtung des zu dämmenden Metallheißteil geschlossenes Dämmsystem bildet und anschließend als Ganzes auf bzw. an dem zu isolierenden Metallheißteil angebracht werden kann. Die Metallheißteildämmelementkassette beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, welche lediglich und vorteilig der Befestigung, nicht aber einer Dämmwirkung dient. Die Metallheißteildämmelementkassette kann beispielsweise als ein trennbarer metallischer Mantel zur Anbringung des Metallheißteildämmelementes ausgestaltet sein.
Im Stand der Technik ist ein äußerer Stahlmantel ähnlicher Erzeugnisse als wesentliches Merkmal umfasst, welcher bedeutsam tragende, korrosionsbeständige und formstabilisierende Funktionen für das Gesamterzeugnis veräußert, beispielsweise ausgeführt als äußere Schicht. Der erfindungsgemäße Gegenstand ist hingegen ohne einen Stahlmantel ausgelegt, wobei metallene Elemente als Ausführungsbeispiele von großem technischem Vorteil sein können.
Dabei können zwei oder mehrere dieser Kassetten mit geeigneten Verbindungsmethoden bzw. Fügetechniken miteinander verbunden werden.
Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zum Wärmedämmen von Metallheißteilen unter der gleichzeitigen Reduktion der Bildung umweit- und/oder gesundheitsschädlicher Schwermetallverbindungen während des Betriebs von Metallheißteilen, wobei ein Metallheißteil (12) mit dem Metallheißteildämmelement nach einem der vorgenannten Ansprüche ummantelt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung des hierin definierten Metallheißteildämmelements (1), des hierin definierten Metallheißteildämmelementsystems bzw. der hierin definierten Metallheißteildämmelementkassette als Wärmedämmung, Schalldämmung und/oder Hitzeschutz von Metallheißteilen (12), insbesondere Verbrennungsmotoren (wie bspw. Motoren von Kraftfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Baumaschinen, Schienenfahrzeugen und Schiffsmotoren), Motorenheißteilen, Bestandteilen von Abgassystemen wie bspw. Dieselpartikelfiltern, Turboladern, Katalysatoren, Schalldämpfern, SCR-Systemen und deren verbundenen Bauteilen, sowie Gas- und Dampfturbinen, Generatoren, Blockheizkraftwerken und ähnliche Aggregaten, sowie zu sämtlichen zuvor genannten Anlagen gehörenden Zu- und Ableitungen in einem Temperaturbereich von 20°C bis 750°C, insbesondere im Bereich von 70°C bis 750°C, besonders bevorzugt im Bereich von 200°C bis 750°C, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 400°C bis 750°C, insbesondere jeweils bis zu 700°C, 650°C, ganz besonders bevorzugt bis 600°C. Hierzu kann es vorgesehen sein, das erfindungsgemäße trennbare Metallheißteildämmelement in einer metallischen Engverschalung zu verwenden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Metallheißteildämmelement spezifisch zur Dämmung von Metallheißteilen verwendet bzw. bildet mit diesen ein hierin definiertes Metallheißteildämmelementsystem, die in einem Temperaturbereich von 80 bis 120°C betrieben werden. Hierzu zählen insbesondere Motoren (z.B. Ottomotoren, Dieselmotoren), sowie sämtliche hierzu gehörenden Zu- und Ableitungen. Diese Metallheißteile sind im alltäglichen Betrieb zumeist unterschiedlichen Witterungsverhältnissen ausgesetzt, bei denen Feuchtigkeit bzw. Wasser (z.B. Regenwasser, Tauwasser- und Eisbildung) einwirkt. Unter diesen Bedingungen bilden sich bei Kontakt mit alkalimetall- und erdalkalimetallhaltigen Materialien verstärkt umweit- und/oder gesundheitsschädliche Schwermetallverbindungen (siehe Fig. 1).
Es ist daher besonders sinnvoll, Abgaskatalysatoren und Abgaskanäle, wie bspw. Auspuffe für Abgase von Otto- oder Dieselmotoren, die aus Stählen hergestellt sind, die Schwermetallzusätze enthalten, mit dem erfindungsgemäßen Metallheißteildämmelement zu dämmen. So erreichen Abgase bei Ottomotoren Temperaturen im Bereich von ca. 800°C (Leerlauf) bis ca. 900°C (Volllast). Demgegenüber werden mit Dieselmotoren Abgastemperaturen im Bereich von ca. 250°C (Leerlauf) bis ca. 650°C, bevorzugt bis ca. 500°C (Volllast) erreicht. Abgaskatalysatoren von Kraftfahrzeugen werden bei Betriebstemperaturen im Bereich von 400°C bis 900°C betrieben.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird das trennbare Metallheißteildämmelement spezifisch zur Dämmung von Turbinen und deren Komponenten eingesetzt. Diese sind aus Stahl gefertigt, wobei die Wandtemperatur einer Turbine während des Betriebs im Bereich von 400°C bis 800°C liegt. Unter diesen Bedingungen bilden sich bei Kontakt mit alkalimetall- und erdalkalimetallhaltigen Materialien verstärkt umweit- und/oder gesundheitsschädliche Schwermetallverbindungen (siehe Fig. 1).
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung wird das trennbare Metallheißteildämmelement spezifisch zur Dämmung von Wärmekraftmaschinen, wie z.B. für Organic-Rankine-Cycle- (ORC)-Systeme im Temperaturbereich von 110°C bis 550°C oder in Dampf prozessen bei Temperaturen von mehr als 150°C eingesetzt, um einen unerwünschten Wärmeverlust zu verhindern. Ausführungsbeispiele
Anhand folgender Figuren und Ausführungsbeispiele wird die vorliegende Erfindung näher erläutert, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken.
Dabei zeigt
Fig. 1: Entstehung von Chrom(VI) als Funktion der Erwärmungstemperatur bei der Anwesenheit von NaOH, KOH, CaO oder MgO bzw. bei Abwesenheit von Alkalimetall-/Erdalkalimetallverbindungen und der ausschließlichen Anwesenheit von O2.
Fig. 2: den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Dämmelements (1) in
Kissenform, mit einer unteren Außenlage (2), einer oberen Außenlage (5) und einer ersten Innenlage (7).
Fig. 3: den schematischen Aufbau der unteren bzw. oberen dreidimensionalen Außenlage (2, 5) mit der unteren Außenseite (Heißseite) (3) und der oberen Außenseite (Kaltseite) (4).
Fig. 4: den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Dämmelements (1) in Matratzenform mit der Seitenwand (6) und einer ersten Innenlage (7).
Fig. 5: den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Dämmelements (1) in
Matratzenform mit mehrlagiger Füllung. Mit einer ersten Innenlage (7) und einer zumindest zweiten bzw. weiteren Innenlage (8).
Fig. 6: den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Dämmelements (1) welches partiell zusätzlich mit einem Drahtmantel (9), als vibrationsschützende Schicht an mindestens einer der Außenlagen und/oder dem Steg bestenfalls das gesamte Dämmelement oder Dämmsystem versehen ist.
Fig. 7: den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Dämmelements (1) in Kissenform, das an der unteren Außenlage (2) Befestigungselemente (11) zur Anbringung an ein Metallheißteil (12) aufweist.
Fig. 8: 8(A), 8(B) und 8(C) den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Dämmelements (1) in Matratzenform, welches zusätzlich mit geeigneten Verbindungselementen (10b) auf mindestens einer der Außenlagen und/oder der Seitenwand versehen ist bzw. fixiert ist und/oder bei dem einzelne bzw. alle Lagen mit geeigneten Verbindungselementen (10a) (bspw. Quernähte) verbunden sind.
Des Weiteren ist die Überlappungslasche (15) bzw. eine Teilkassette (13) schematisch dargestellt. Fig. 9: den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Dämmelementes (1), welches in eine vorgefertigte Kassettenform (13) gelegt oder in dieser befestigt ist und anschließend auf dem zu isolierenden Metallheißteil angebracht wird und somit ein teil- bzw. vollgeschlossenes Dämmsystem bildet.
Fig. 10: den schematischen Aufbau eines trennbaren Metallheißteildämmelementsystems, bei dem mehrere Lagen der Dämmelemente (1), in Kissen-, und/oder Matratzenform (vgl. Fig. 2, Fig. 4, Fig. 5) ein Gesamtsystem bilden, wobei die untere Lage Metallheißteildämmelemente (1) erfindungsgemäß ausgebildet ist. Weitere Lagen sind besonders vorteilhaft ebenfalls aus erfindungsgemäßen Metallheißteildämmelementen (1) aufgebaut, können aber ggf. auch aus herkömmlichen Dämmelementen bestehen.
Fig. 11: eine Schnittdarstellung eines trennbaren Metallheißteildämmelements (1), dass zur Wärmedämmung um ein Metallheißteil (12) (bspw. Turbolader) angeordnet ist.
Fig. 12: den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Dämmelements (1), welches zusätzlich mit einem metallischen Mantel (9) ganz oder teilweise umhüllt ist. Hier ist die Darstellungsform einer Halbschale skizziert.
Fig. 13: die Oberfläche einer unteren Außenlage (2), die mit Erhebungen/Abstandshaltern in Form von Noppen ausgebildet ist: in Form von Halbkugeln (Fig. 13A), Endloskeilen und Pyramiden (Fig. 13B) als auch Pyramidenstümpfen und/oder Kegelstümpfen (Fig. 13C).
Das insgesamt mit (1) bezeichnete Dämmelement in Kissenform von Fig. 2 weist eine untere Außenlage (2), auch als Heißseite bezeichnet, eine obere Außenlage (5), auch als Kaltseite bezeichnet, und zumindest eine erste Innenlage (7), auch als Dämmmaterial bezeichnet, auf.
Für die hierin aufgeführten Anwendungstemperaturen des Metallheißteils bzw. des trennbaren Metallheißteildämmelements hat sich insbesondere folgender Aufbau in Kissenform bewährt:
Ausführung 1 - alles arm oder frei
Optional: Drahtgestrick, komplett oder teilweise mit der eigentlichen unteren Außenlage verbunden, ggf. auch teilweise oder komplett im Stegbereich, zur Verhinderung bzw. Verringerung von vibrationsbedingtem, mechanischem Abrieb. Untere Außenlage: (erd-)alkalimetallarmes oder -freies Gewebe, Gebinde,
Hybridtextilie, mit oder ohne Drahtverstärkung, mit oder ohne Imprägnierung bzw. mit oder ohne Beschichtung, auch mikroporöse Metallfolie, bevorzugt Edelstahlsiebgewebe bzw. Silikatgewebe, auch als Misch hieraus
Innenlage (Dämmung): (erd-)alkalimetallarmer oder -freier Dämmstoff, als lose Fasern, Vlies, Matte, Filz, Gebinde, Papier oder Pappe, ein- oder mehrlagig, bzw. ein- oder mehrschichtig bevorzugt Silikatfasermatte oder anderen (erd-)alkalimetallarmen oder -freien Dämmstoffen
Obere Außenlage: (erd-)alkalimetallarmes oder -freies Gewebe, Gebinde,
Hybridtextilie, mit oder ohne Drahtverstärkung, mit oder ohne Imprägnierung bzw. mit oder ohne Beschichtung, auch mikroporöse Metallfolie, bevorzugt Edelstahlsiebgewebe bzw. Silikatgewebe, auch als Misch hieraus, besonders bevorzugt ausgerüstet mit einer öl- und wasserabweisenden
Beschichtung/Kaschierung/Laminierung/Folierung, die (erd- )alkalimetallarm oder -frei ist und über öl- bzw. wasserabweisende Eigenschaften verfügt.
Ausführung 2 - Heißseite arm oder frei/Füllunq Kombi/Kaltseite arm oder frei
Je nach Anwendungstemperatur und Einsatzbedingungen des Metallheißteils bzw. des trennbaren Metallheißteildämmelementes kann unter Sicherstellung der Verhinderung bzw. Verminderung der Entstehung schwermetallhaltiger gesundheits- und/oder umweltgefährdender Verbindungen bspw. folgender Aufbau gewählt werden:
Optional: Drahtgestrick, komplett oder teilweise mit der eigentlichen unteren
Außenlage verbunden, ggf. auch teilweise oder komplett im Stegbereich, zur Verhinderung bzw. Verringerung von vibrationsbedingtem, mechanischem Abrieb.
Untere Außenlage: (erd-)alkalimetallarmes oder -freies Gewebe, Gebinde,
Hybridtextilie, mit oder ohne Drahtverstärkung, mit oder ohne Imprägnierung bzw. mit oder ohne Beschichtung, auch mikroporöse Metallfolie, bevorzugt Edelstahlsiebgewebe bzw. Silikatgewebe, auch als Misch hieraus Innenlage (Dämmung): heißseitig (der unteren Außenlage zugewandt) (erd- )alkalimetallarmer oder -freier Dämmstoff, bspw. als lose Fasern, Vlies, Matte, Filz, Gebinde, Papier oder Pappe, ein- oder mehrlagig bzw. ein- oder mehrschichtig, bevorzugt Silikatfasermatte, kombiniert mit einer oder mehreren Lagen bzw. ein- oder mehreren Schichten von Dämmstoffen in jeder hierin beschriebenen technisch sinnvollen Darstellungsform, die nicht (erd-)alkalimetallarm oder -frei sind, der oberen Außenlage zugewandt.
Obere Außenlage: (erd-)alkalimetallarmes oder -freies Gewebe, Gebinde,
Hybridtextilie, mit oder ohne Drahtverstärkung, mit oder ohne Imprägnierung bzw. mit oder ohne Beschichtung, auch mikroporöse Metallfolie, bevorzugt Edelstahlsiebgewebe bzw. Silikatgewebe, auch als Misch hieraus, besonders bevorzugt ausgerüstet mit einer öl- und wasserabweisenden
Beschichtung/Kaschierung/Laminierung/Folierung, die bestenfalls (erd-)alkalimetallarm oder -frei ist und über öl- bzw. wasserabweisende Eigenschaften verfügt.
Ausführung 3 - Heißseite arm oder frei/Füllunq Kombi/Kaltseite nicht arm oder frei
Als weiterer Aufbau, je nach Anwendungstemperatur und Einsatzbedingungen des Metallheißteils bzw. des trennbaren Metallheißteildämmelementes kann unter Sicherstellung der Verhinderung bzw. Verminderung der Entstehung schwermetallhaltiger gesundheits und/oder umweltgefährdender Verbindungen bspw. folgender Aufbau gewählt werden:
Optional: Drahtgestrick, komplett oder teilweise mit der eigentlichen unteren
Außenlage verbunden, ggf. auch teilweise oder komplett im Stegbereich, zur Verhinderung bzw. Verringerung von vibrationsbedingtem, mechanischem Abrieb.
Untere Außenlage: (erd-)alkalimetallarmes oder -freies Gewebe, Gebinde,
Hybridtextilie, mit oder ohne Drahtverstärkung, mit oder ohne Imprägnierung bzw. mit oder ohne Beschichtung, auch mikroporöse Metallfolie, bevorzugt Edelstahlsiebgewebe bzw. Silikatgewebe, auch als Misch hieraus
Innenlage (Dämmung): heißseitig (der unteren Außenlage zugewandt) (erd-
)alkalimetallarmer oder -freier Dämmstoff, bspw. als lose Fasern, Vlies, Matte, Filz, Gebinde, Papier oder Pappe, ein- oder mehrlagig bzw. ein- oder mehrschichtig, bevorzugt Silikatfasermatte, kombiniert mit einer oder mehreren Lagen bzw. ein- oder mehreren Schichten von Dämmstoffen in jeder hierin beschriebenen technisch sinnvollen Darstellungsform, die nicht (erd-)alkalimetallarm oder -frei sind, der oberen Außenlage zugewandt.
Obere Außenlage: ein nicht (erd-)alkalimetallarmes oder -freies Gewebe, Gebinde, Hybridtextilie, mit oder ohne Drahtverstärkung mit oder ohne Imprägnierung bzw. mit oder ohne Beschichtung, auch mikroporöse Metallfolie, bevorzugt Edelstahlsiebgewebe bzw. Silikatgewebe, auch als Misch hieraus, besonders bevorzugt ausgerüstet mit einer öl- und wasserabweisenden
Beschichtung/Kaschierung/Laminierung/Folierung, die bestenfalls (erd-)alkalimetallarm oder -frei ist und über öl- bzw. wasserabweisende Eigenschaften verfügt.
Ausführung 4 - Heißseite arm oder frei/Füllunq nicht arm oder frei/Kaltseite nicht arm oder frei
Als weiterer Aufbau, je nach Anwendungstemperatur und Einsatzbedingungen des Metallheißteils bzw. des trennbaren Metallheißteildämmelementes kann unter Sicherstellung der Verhinderung bzw. Verminderung der Entstehung schwermetallhaltiger gesundheits und/oder umweltgefährdender Verbindungen bspw. folgender Aufbau gewählt werden:
Optional: Drahtgestrick, komplett oder teilweise mit der eigentlichen unteren
Außenlage verbunden, ggf. auch teilweise oder komplett im Stegbereich, zur Verhinderung bzw. Verringerung von vibrationsbedingtem, mechanischem Abrieb.
Untere Außenlage: (erd-)alkalimetallarmes oder -freies Gewebe, Gebinde,
Hybridtextilie, mit oder ohne Drahtverstärkung, mit oder ohne Imprägnierung bzw. mit oder ohne Beschichtung, auch mikroporöse Metallfolie, bevorzugt Edelstahlsiebgewebe bzw. Silikatgewebe, auch als Misch hieraus
Innenlage (Dämmung): eine oder mehrere Lagen bzw. ein- oder mehrere Schichten von Dämmstoffen in jeder hierin beschriebenen technisch sinnvollen Darstellungsform, die nicht (erd-)alkalimetallarm oder -frei sind Obere Außenlage: ein nicht (erd-)alkalimetallarmes oder -freies Gewebe, Gebinde, Hybridtextilie, mit oder ohne Drahtverstärkung mit oder ohne Imprägnierung bzw. mit oder ohne Beschichtung, auch mikroporöse Metallfolie, bevorzugt Edelstahlsiebgewebe bzw. Silikatgewebe, auch als Misch hieraus, besonders bevorzugt ausgerüstet mit einer öl- und wasserabweisenden
Beschichtung/Kaschierung/Laminierung/Folierung, die bestenfalls (erd-)alkalimetallarm oder -frei ist und über öl- bzw. wasserabweisende Eigenschaften verfügt.
Ausführung 5 - Heißseite arm oder frei/Füllunq nicht arm oder frei/Kaltseite arm oder frei
Als weiterer Aufbau, je nach Anwendungstemperatur und Einsatzbedingungen des Metallheißteils bzw. des trennbaren Metallheißteildämmelementes kann unter Sicherstellung der Verhinderung bzw. Verminderung der Entstehung schwermetallhaltiger gesundheits und/oder umweltgefährdender Verbindungen bspw. folgender Aufbau gewählt werden:
Optional: Drahtgestrick, komplett oder teilweise mit der eigentlichen unteren
Außenlage verbunden, ggf. auch teilweise oder komplett im Stegbereich, zur Verhinderung bzw. Verringerung von vibrationsbedingtem, mechanischem Abrieb.
Untere Außenlage: (erd-)alkalimetallarmes oder -freies Gewebe, Gebinde,
Hybridtextilie, mit oder ohne Drahtverstärkung, mit oder ohne Imprägnierung bzw. mit oder ohne Beschichtung, auch mikroporöse Metallfolie, bevorzugt Edelstahlsiebgewebe bzw. Silikatgewebe, auch als Misch hieraus
Innenlage (Dämmung): eine oder mehrere Lagen bzw. ein- oder mehrere Schichten von Dämmstoffen in jeder hierin beschriebenen technisch sinnvollen Darstellungsform, die nicht (erd-)alkalimetallarm oder -frei sind
Obere Außenlage: ein (erd-)alkalimetallarmes oder -freies Gewebe, Gebinde, Hybridtextilie, mit oder ohne Drahtverstärkung mit oder ohne Imprägnierung bzw. mit oder ohne Beschichtung, auch mikroporöse Metallfolie, bevorzugt Edelstahlsiebgewebe bzw. Silikatgewebe, auch als Misch hieraus, besonders bevorzugt ausgerüstet mit einer öl- und wasserabweisenden
Beschichtung/Kaschierung/Laminierung/Folierung, die bestenfalls (erd-)alkalimetallarm oder -frei ist und über öl- bzw. wasserabweisende Eigenschaften verfügt.
Weitere Aufbauten, je nach Anwendungstemperatur und Einsatzbedingungen des Metallheißteils bzw. des trennbaren Metallheißteildämmelementes sind unter Sicherstellung der Verhinderung bzw. Verminderung der Entstehung schwermetallhaltiger gesundheits und/oder umweltgefährdender Verbindungen möglich und werden an dieser Stelle nicht näher beschrieben.
In Fig. 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform des trennbaren Metallheißteildämmelements (1) in Matratzenform dargestellt. Das
Metallheißteildämmelement umfasst eine untere Außenlage (2), eine obere Außenlage (5), vier Stege bzw. Seitenteile (6), die zusammen einen Freiraum aufspannen und dadurch dem Metallheißteildämmelement eine kästen- bzw. matratzenartige Form verleihen. Der Freiraum wird dabei zumindest durch eine erste Innenlage (7) gefüllt.
Für die hierin aufgeführten Anwendungstemperaturen des Metallheißteils bzw. Metallheißteildämmelements hat sich insbesondere ein Aufbau in Matratzenform bewährt, der wie die vorgenannte Kissenform, jedoch mit einem Steg, der oberen Außenlage entsprechend, bevorzugt der unteren Außenlage entsprechend aufgebaut ist. Besteht die untere Außenlage (Heißseite) aus einem metallischen Siebgewebe oder einer metallischen Folie, kann auf das optionale Drahtgestrick verzichtet werden. Die oben beschriebenen Aufbauten der Kissenform gelten entsprechend (nur durch Steg ergänzt) auch für die Matratzenform.
Beschreibung des Aufbaus eines beispielhaften erfindungsgemäßen Dämmelementes bzw. Dämmsystems:
Das trennbare Metallheißteildämmelement oder Metallheißteildämmelementsystem hat bspw. eine ein- oder mehrlagige bzw. ein- oder mehrschichtige obere Außenlage (5), eine ein- oder mehrlagige bzw. ein- oder mehrschichtige Innenlage (7; 8), eine ein- oder mehrlagige bzw. ein- oder mehrschichtige untere Außenlage (2), die durch einen, der Dämmdicke entsprechenden Steg bzw. Seitenwand (6) verbunden sind. Sowohl die obere Außenlage (5), die Innenlage (7; 8), die untere Außenlage (2), sowie der Steg (6) sind aus Komponenten wie hierin definiert beschrieben ausgeführt. Optional weist das Metallheißteildämmelement oder Metallheißteildämmelementsystem auf einer, mehreren bzw. allen äußeren Lagen (2; 5; 6) - der sog. Ummantelung - eine zusätzliche teilweise oder komplette Schutzlage (9) (z.B. in Form eines Metalldrahtgewebes, -gestrickes, einer Metallfolie oder einer anderen Darstellungsform eines als Schutzlage geeigneten Materials) auf, um das Dämmelement gegen sonstige äußere Einflüsse, insbesondere Vibration, Abrasion, elektrostatische Aufladung, Eindringen von Flüssigkeiten oder ähnlichen Einflüssen zusätzlich zu schützen. Diese optionale Lage kann ggf. eine oder mehrere Lagen 2, 5 bzw. 6 ersetzen.
Optional kann das Dämmelement oder Dämmsystem, wie in Fig. 8 dargestellt Längs bzw. Quernähte (10a) enthalten bzw. mit Pins, Haken, Krampen, Steppnähten, oder sonstigen geeigneten Verbindungsmöglichkeiten versehen sein, um ein Verschieben der einzelnen Lagen zueinander zu verringern bzw. zu verhindern, und um die Formgebung bzw. Formbeständigkeit und somit eine passgenaue Montage zu gewährleisten.
Auch kann vorgesehen sein, dass das Dämmelement oder Dämmsystem, wie in Fig. 8 dargestellt, Verbindungselemente (10b) wie z.B. Klammern, Haken, Federn, Schnallen, Laschen, Ösen, Schellen, Ringschrauben, Kappenschlösser, Schlaufen, Gurte, Bänder, Schnüre, Riemen, Zurrösen, Klettverbindungen, Überlappungen, Drähte oder ähnliche Verbindungselemente enthalten, um zwei oder mehrere Dämmelemente unter- und/oder miteinander zu verbinden, um ein Dämmsystem zu bilden, um dadurch möglichst den Wärmedurchgang in Fugen, Spalten, Stößen etc. zu minimieren bzw. bestenfalls zu verhindern.
Optional kann das Dämmelement wie in Fig. 7 dargestellt, Befestigungselemente (11) aufweisen, die es ermöglichen dieses direkt auf dem Metallheißteil zu fixieren und somit eine Verschiebung einzelner Dämmelemente eines Dämmsystems auf dem Metallheißteil zu verhindern.
Fig. 10 zeigt, dass das Dämmsystem aus zwei- oder mehreren Lagen Metallheißteildämmelemente, die ein Gesamtsystem bilden aufgebaut ist, wobei zumindest die untere Lage (dem Metallheißteil zugewandte Lage) aus erfindungsgemäßen Metallheißteildämmelementen besteht. Hierdurch wird die Montagefreundlichkeit des Gesamtsystems gewährleistet und Wärmedurchgang an den Stoßstellen speziell der unteren Dämmelementelage durch Versatz der darüber liegenden Lage minimiert. Zugleich wird hierdurch eine bessere Formanpassung an das zu isolierende Metallheißteil ermöglicht. Die Größe der Dämmelemente ist so zu wählen, dass eine schnelle Montage und Demontage möglich ist. Bei Wartungs- und Reparaturarbeiten können somit kleine Einheiten ggf. repariert oder ausgetauscht werden. Die einzelnen Lagen können wie oben beschrieben unter- und/oder miteinander verbunden werden. Bezugszeichenliste
1 trennbares Metallheißteildämmelement
2 untere Außenlage
3 untere Außenseite (Heißseite) 4 obere Außenseite (Kaltseite)
5 obere Außenlage
6 Seitenwand (Steg)
7 erste Innenlage (Dämmmaterial)
8 zweite oder weitere Innenlage 9 metallischer Mantel
10a Verbindungselemente als Mittel zur Verhinderung von Lagenverschiebungen innerhalb eines trennbaren Metallheißteildämmelementes
10b Verbindungselemente als Mittel zur Verbindung von trennbaren Metallheißteildämmelementen zueinander 11 Befestigungselement
12 Metallheißteil
13 Kassette (Teil- oder Vollkassette)
14 Abstandshalter
15 Überlappungslasche

Claims

Patentansprüche
1. Metallheißteildämmelement (1), das zumindest einlagig bzw. einschichtig ausgebildet ist und somit zumindest eine erste Außenlage (2) umfasst, wobei die erste Außenlage (2) als direkte Kontaktlage für ein zu dämmendes Metallheißteil ausgebildet ist, wobei das Metallheißteildämmelement (1) zumindest folgendes umfasst:
- eine untere Außenseite (3), die als Kontaktfläche für ein zu dämmendes Metallheißteil ausgebildet ist, und
- eine obere Außenseite (4), die der Kontaktfläche für das Metallheißteil gegenüberliegend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Außenlage (2) calciumfrei ausgebildet ist, wobei Calcium, Calciumionen und/oder Calciumverbindungen im Bereich von 0 bis 3 Gew.-% enthalten sind, und wobei die erste Außenlage Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Oxide mit einem Massengehalt im Bereich von 0 bis 3 Gew.-% aufweist..
2. Metallheißteildämmelement nach Anspruch 1 , wobei das Metallheißteildämmelement (1) zumindest eine zweite Außenlage (5) umfasst, die der ersten Außenlage (2) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die zweite Außenlage (5) Calcium und Calciumverbindungen mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-%, insbesondere Alkalimetalle bzw. Erdallkalimetalle und deren Verbindungen mit einem Massengehalt von weniger als 5 Gew.-% aufweist.
3. Metallheißteildämmelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Metallheißteildämmelement (1) eine Ummantelung aufweist, wobei die Ummantelung folgende Komponenten umfasst:
- eine erste Außenlage (2), die als Kontaktfläche für das Metallheißteil ausgebildet ist,
- eine zweite Außenlage (5), die der ersten Außenlage (2) gegenüberliegend angeordnet ist, und
- optional zumindest eine Seitenwand (6), die die erste Außenlage (2) und die zweite Außenlage (5) verbindet, wobei die Ummantelung des Metallheißteildämmelements aus Materialien besteht, die calciumfrei ausgebildet sind, wobei Calcium, Calciumionen und/oder Calciumverbindungen im Bereich von 0 bis 3 Gew.-% enthalten sind, und wobei die Ummantelung Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Oxide mit einem Massengehalt im Bereich von 0 bis 3 Gew. % aufweist.
4. Metallheißteildämmelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Metallheißteildämmelement (1) zumindest eine erste Innenlage (7) umfasst, wobei die zumindest eine erste Innenlage (7) in Form als Lage oder wärmedämmendes Füllmaterial ausgebildet ist.
5. Metallheißteildämmelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Außenlage (2), die zweite Außenlage (5) und die zumindest eine Seitenwand (6) als textiles Flächengebilde, Kunststofffolie, Metallfolie, kunststoffbeschichtetes Metall, metallbeschichteter Kunststoff, oder Mischungen davon ausgebildet ist.
6. Metallheißteildämmelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sämtliche Komponenten des Metallheißteildämmelements aus Materialien bestehen, die calciumfrei ausgebildet sind, wobei Calcium, Calciumionen und/oder Calciumverbindungen im Bereich von 0 bis 3 Gew.-% enthalten sind, und wobei die erste Außenlage Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Oxide mit einem Massengehalt im Bereich von 0 bis 3 Gew.-% aufweist..
7. Metallheißteildämmelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Materialien, die Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Verbindungen mit einem Massengehalt von von 0 bis 3 Gew. % aufweisen, aus der Gruppe bestehend aus S-Glas, M-Glas, Q-Glas, D-Glas, Aluminoborosilicate, Aluminosilicate, Aluminafibre, Silica, Kohlenstoff und thermisch stabilisierte Zwischenprodukte auf dem Weg zur Carbonfaser, Cellulose, Textilfasern (Naturfasern, Kunstfasern), Metallfasern (bspw. Litzen, Drähte, Filamente), Metallen, Metalllegierungen, kunststoffbeschichtete Metalle, metallbeschichtete Kunststoffe, Kunststoffe oder Mischungen davon ausgewählt sind.
8. Metallheißteildämmelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die einzelnen Komponenten des Metallheißteildämmelements in Form von Gelegen, Gebinden, Geweben, Gestricken, Gewirken, Geflechten, Vliesen, Filzen, Pappen, Papieren, Nadelmatten, Nähgewirkmatten, Matten, Platten, verfestigten Fasern, ähnlichen Schichten, losen Fasern, Granulaten oder Pulvern ausgebildet sind oder aus Folien bestehen.
9. Metallheißteildämmelement nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Ummantelung des Metallheißteildämmelements ganz oder teilweise in Form einer Metallfolie oder eines Metallbleches ausgebildet ist.
10. Metallheißteildämmelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Metallheißteildämmelement von einem metallischen Mantel (9), wobei der metallische Mantel (9) in Form einer Metallfolie oder eines Metallbleches in Halb- oder Vollschalenform ausgeführt ist, ummantelt ist.
11. Metallheißteildämmelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei einzelne Komponenten des Metallheißteildämmelements durch Verbindungselemente (10a) miteinander verbunden und dadurch zueinander fixiert sind.
12. Metallheißteildämmelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Dämmmaterialien, die Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und deren Verbindungen mit einem Massengehalt von mehr als 5 Gew.-% aufweisen, imprägniert und/oder beschichtet und/oder kaschiert sind.
13. Metallheißteildämmelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei mindestens eine Außenseite (2, 5 oder 6) zumindest teilweise mit einem metallischen Schutz gegen direkte mechanische Belastung, z.B. durch Vibration, versehen ist, bspw. in Form eines Drahtgestricks, eines Drahtgewebes oder einer metallischen Folie.
14. Metallheißteildämmelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei auf mindestens einer Außenseite Verbindungselemente (10b, 11) angebracht sind, die eine Verbindung mindestens zweier Metallheißteildämmelemente zueinander ermöglichen bzw. das Anbringen mindestens eines Metallheißteildämmelements auf dem Metallheißteil ermöglicht.
15. Metallheißteildämmelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei auf der unteren, dem Metallheißteil zugewandten Seite Befestigungselemente (11) angebracht sind.
16. Metallheißteildämmelementsystem, umfassend zumindest zwei Metallheißteildämmelemente nach einem der vorgenannten Ansprüche, die ggf. unter- bzw. miteinander verbunden sind.
17. Metallheißteildämmelementsystem nach Anspruch 16, umfassend ein Metallheißteil und ein daran angebrachtes Metallheißteildämmelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
18. Metallheißteildämmelementkassette, wobei ein Metallheißteildämmelement (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 bzw. ein Metallheißteildämmelementsystem gemäß Anspruch 16 oder 17 in eine vorgefertigte Kassettenform (13), bzw. metallische Engverschalung gelegt oder in dieser befestigt ist oder mit einem metallischen Mantel in Halb- oder Vollschalenform (9) versehen wird, sodass diese ein geschlossenes Dämmsystem bildet.
19. Verfahren zur Wärmedämmung von Metallheißteilen (12), dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallheißteil (12) mit einem Metallheißteildämmelement bzw. mit einem Metallheißteildämmelementsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche ummantelt wird.
20. Verwendung eines Metallheißteildämmelements (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, eines Metallheißteildämmelementsystems gemäß Anspruch 16 oder 17 oder einer Metallheißteildämmelementkassette gemäß Anspruch 18 als Wärmedämmung, Schalldämmung und/oder Hitzeschutz von Metallheißteilen in einem Temperaturbereich von 20°C bis 750°C.
21. Verwendung eines Metallheißteildämmelements (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, in einer metallischen Engverschalung.
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