WO2005047205A2 - Wärmedämmung für heizeinrichtung und verwendung von geschäumten mineralischen material für einen wärmedämmformkörper einer heizeinrichtung - Google Patents

Wärmedämmung für heizeinrichtung und verwendung von geschäumten mineralischen material für einen wärmedämmformkörper einer heizeinrichtung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a heat insulation body for a heating device, the use of such a heat insulation body and a heating device with such a heat insulation body.
  • the foamed material can consist of small balls which are themselves foamed and have an essentially closed surface. These balls can be mechanically firmly connected to each other to form a body as one component.
  • the structure of Styrofoam is similar. Such a body is above all very light, since there are relatively large air gaps.
  • a layer which should in particular be continuous, can consist of the foamed or expanded material according to the invention.
  • Another layer which is basically similar in shape, can consist of a customary insulation material.
  • This additional layer can, for example, be adapted to the desired intended use with regard to some properties if the properties of this insulating material even exceed those of the expanded or foamed material.
  • another layer can be placed on a layer of foamed or expanded material for insulation, which layer has a high proportion of pyrogenic silica or vermiculite. This makes it possible to take advantage of the fact that, for example, band-shaped resistance heating conductors can be better mechanically anchored in vermiculite. If, above all, foamed or expanded material for thermal insulation is arranged under this cover layer or anchoring layer, an overall lighter and cheaper thermal insulation body and overall better in terms of water adsorption can be created.
  • the thickness of the layers in a layer structure can vary and can be adapted to the absolute size of the body and the specific purpose.
  • the layers should usually be a few millimeters thick, which can go up to 15mm or 20mm.
  • a two-layer structure is generally preferred for the sake of simplicity. Vermiculite or conventional other insulation material is advantageously provided on the upper side to attach a heating resistor.
  • Fig. 1 shows a cross section through a radiant heater with a thermal insulation body according to the invention, which consists of a lower layer with foamed material with an outer ring
  • Fig. 2 shows a section through an alternative thermal insulation body made of large-grain foamed material, the two different designs for the thermal insulation body Layer structure and heating device.
  • an electric radiant heater 11 is shown, which is pressed onto the underside of a glass ceramic plate 8.
  • the radiant heater has a receiving shell 1, preferably made of sheet metal.
  • a thermal insulation body is inserted as a base 2.
  • This thermal insulation body or the base 2 is designed as a foam glass.
  • the base 2 carries in recesses 9, which are designed in the manner of circumferential grooves, in a manner known per se, heating conductor 5 in the manner of an upright ribbon.
  • the base 2 has a truncated cone-shaped elevation 4. This serves as a support for the temperature sensor 7 of a temperature monitor. This is well known from the prior art.
  • This edge 3 serves as a spacer element in order to keep the radiant heater 11 at a predetermined distance from the glass ceramic plate 8. It also provides thermal insulation to the side.
  • the edge 3 can in principle also consist of a foamed or expanded mineral material according to the invention. It advantageously consists of a common material, for example vermiculite, with increased strength.
  • a radiant heater 111 in FIG. 2 a two-layer structure of the heat insulation body is shown on the left side.
  • the thermal insulation body consists on the one hand of a base 102 which is formed from the material according to the invention.
  • a further layer 106 which consists of conventional material such as vermiculite, lies on the flat base 102. This layer 106 carries the heating conductor 105 in grooves 109. The layer 106 extends towards the edge into an upstanding ring 103. This corresponds to the ring 3 described in FIG. 1 in terms of shape and function.
  • a halogen radiation heater 205 is shown, which, in a functionally simplified manner, rests on the base 202.
  • thermal insulation body made of the material according to the invention is can be created.
  • the thermal insulation body can be designed differently and can also be combined with conventional materials.
  • the moisture absorption can be significantly reduced by partial or layer construction with a foamed or expanded mineral material according to the invention, and thus the overall behavior of the thermal insulation element can be improved.

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Abstract

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich, einen Wärmedämmkörper (2) für beispielsweise einen Strahlungsheizkörper (11) zu schaffen, der aus geschäumtem mineralischem Material, insbesondere Schaumglas, besteht. Eine Heizungseinrichtung (5) kann direkt eingesteckt sein oder darauf aufliegen. Des weiteren ist auch ein mehrschichtiger Aufbau in Kombination mit bekannten Wärmedämm-Materialien wie Vermiculite möglich.

Description

Beschreibung Wärmedämmung für Heizeinrichtung und Verwendung von geschäumten mineralischen Material für einen Wärmedämmformkörper einer Heizeinrichtung
Die Erfindung betrifft einen Wärmedämmkörper für eine Heizeinrichtung, die Verwendung eines solchen Wärmedämmkörpers sowie eine Heizeinrichtung mit einem solchen Wärmedämmkörper.
Es sind beispielsweise aus der EP 1 236 703 A2 und EP 1 236 949 A2 Wärmedämmformkörper bekannt, welche für Strahlungsheizungen verwendet werden. Dort wird versucht, das Problem zu lösen, dass herkömmliche Wärmedämmformkörper beispielsweise aus geblähtem Vermiculite Wasser absorbieren können und in gewisser Menge speichern. Dieses an sich ist bereits schädlich, da damit ein gewisser Feuchtgehalt beispielsweise in einem Kochfeld gegeben ist. Des weiteren besteht die Problematik, dass beim starken und schnellen Aufheizen des Wärmedämmformkörpers durch eine darauf angeordnete Strahlungsheizung ein Teil des Wassers schlagartig verdampfen kann. Dieses kann im Ex- tremfall den Wärmedämmformkörper beschädigen oder zerstören. Diese Problematik soll durch die genannten Entwicklungen gelöst werden. Allerdings ist es selbst dort nicht zu vermeiden, immer noch eine gewisse Wasserabsorption in Kauf nehmen zu müssen. Des weiteren sind die hier verwendeten Materialien wie Vermiculite, welches aus Blähglimmer besteht, relativ teuer und dadurch, dass sie nur aus wenigen Bezugsquellen stammen, wegen der Bezugssicherheit nicht unbedingt vorteilhaft.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Wärmedämmkörper für eine Heizeinrichtung, die Verwendung eines sol- chen Wärmedämmkörpers sowie eine Heizeinrichtung selbst zu schaffen, mit denen die Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere die Wasseradsorption eines Wärmedämmkörpers gesenkt werden kann oder ein alternatives Grundmaterial für einen Wärmedämmkörper zur Verfügung gestellt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Wärmedämmkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , seine Verwendung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Wärmedämmkörper mineralisches Material aufweist, welches aufgeschäumt oder aufgebläht ist. Das mineralische Material kann Glas, Keramik, Ton oder Tonerde sowie mögliche Kombinationen davon sein. Das Aufschäumen und Aufblähen erfolgt mit einem an sich bekannten Verfahren, wie es allgemein zum Aufschäumen ähnlicher Materialien verwendet wird. Ein ähnliches derartiges Material ist unter der Bezeichnung FOAMGLAS der Firma Deutsche Foamglas GmbH erhältlich. Ebenso sind an sich Herstellungsverfahren von Blähton bekannt.
Durch die Wahl eines derartigen Materials kann zum einen die mögliche Wasseradsorption gesenkt bzw. auf Null reduziert werden. Dies liegt daran, dass die Poren eines solchen Materials weitaus größer sind als bei bekannten, teilweise faserhaltigem Material wie ansonsten auch Vermiculite. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die genannten Materialien nahezu unbegrenzt verfügbar und weitaus billiger sind. Darüber hinaus ist beispielsweise Schaumglas leichter als ein entsprechender Körper aus Vermiculite. Ein bevorzugtes Material ist eben Schaumglas. Ein Wärmedämmkörper kann beispielsweise vollständig aus Schaumglas bestehen oder zumindest eine Schicht daraus aufweisen. Solches Schaumglas kann bei- spielsweise auch aus Altglas hergestellt werden. Hier ist davon auszugehen, dass dieser Rohstoff ebenfalls in großen Mengen verfügbar ist und des weiteren bezüglich der Umweltbelastung als sehr vorteilhaft anzusehen wäre.
Es ist möglich, dem Material Trübungsmittel beizumengen. So kann insbesondere IR-Strahlung bzw. Wärmestrahlung allgemein absorbiert werden zur Verbesserung der Wärmedämmeigenschaften des Körpers. Ein solches Trübungsmittel ist beispielsweise Ruß oder Fe2Ü3.
Zum Schäumen des Materials gibt es verschiedene Möglichkeiten. Es kann offenporig geschäumt sein. Dieses ist im wesentlichen auch von Schaumstoff bekannt. Es kann auch als geschlossener Schaum hergestellt werden. Dabei ist damit zu rechnen, dass durch die hier entstehende geschlossene Oberfläche bezüglich möglicher Wasseradsorption besonders gute Eigenschaften erzielt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das geschäumte Material aus kleinen Kugeln bestehen, welche selber geschäumt sind und eine im wesentlichen geschlossene Oberfläche aufweisen. Diese Kugeln können miteinander mechanisch fest zu einem Körper verbunden werden als ein Bauteil. Ähnliches ist vom Aufbau her von Styropor bekannt. Ein solcher Körper ist vor allem sehr leicht, da relativ große Luftzwischenräume vorhanden sind.
Für Anwendungen, beispielsweise als Wärmedämmung in einer Heizeinrichtung, wie insbesondere einem Strahlungsheizkörper, kann der Körper flach bzw. scheibenförmig sein. Des weiteren kann er im wesentli- chen eben sein, so dass seine Wärmedämmeigenschaften, welche von der Materialdicke beeinflusst sind, relativ gleich gut sind.
Es ist auch möglich, den Wärmedämmkörper schichtweise unterschied- lieh aufzubauen. Eine Schicht, welche insbesondere durchgehend sein sollte, kann aus dem erfindungsgemäßen geschäumten oder geblähten Material bestehen. Eine weitere, grundsätzlich ähnlich geformte Schicht kann aus einem üblichen Dämm-Material bestehen. Diese weitere Schicht kann beispielsweise bezüglich mancher Eigenschaften an den gewünschten Verwendungszweck angepasst sein, wenn die Eigenschaften dieses Dämm-Materials diejenigen des geblähten oder geschäumten Materials sogar noch übertreffen. Beispielsweise kann zur Dämmung auf einer Schicht aus geschäumtem oder geblähtem Material eine weitere Schicht aufliegen, welche einen hohen Anteil an pyrogener Kieselsäure oder Vermiculite aufweist. Dadurch kann ausgenutzt werden, dass beispielsweise bandförmige Widerstands-Heizleiter in Vermiculite besser mechanisch verankert werden können. Wird unter dieser Deckschicht bzw. Verankerungs-Schicht vor allem geschäumtes oder geblähtes Material zur Wärmedämmung angeordnet, so kann ein insgesamt leichterer und kostengünstigerer sowie bezüglich der Wasseradsorption insgesamt besserer Wärmedämmkörper geschaffen werden.
Die Dicke der Schichten bei einem Schichtaufbau kann variieren und der absoluten Größe des Körpers sowie dem speziellen Verwendungszweck angepasst sein. Die Schichten sollten in der Regel einige Millimeter dick sein, was bis zu 15mm oder 20mm gehen kann. Bevorzugt wird in der Regel der Einfachheit halber ein zweischichtiger Aufbau. Zur Befestigung eines Heizwiderstands darauf ist an der oberen Seite vorteilhaft Vermiculite oder konventionelles anderes Dämm-Material vorgesehen.
Des weiteren ist es möglich, durch Beimengung von Zusätzen oder Zuschlägen geschäumtes Material, insbesondere Schaumglas, derart me- chanisch widerstandsfähig zu machen, dass es als Träger für ein Heizelement verwendet werden kann. So ist es im Rahmen der Erfindung möglich, eine Heizeinrichtung zu schaffen, welche insbesondere ein Strahlungsheizkörper ist. Ein Wärmedämmkörper, der die Umgebung und insbesondere die Unterseite eines Kochfeldes vor Überhitzung schützt, kann auf vorbeschriebene Art und Weise ausgebildet sein.
Neben freiliegenden, bandförmigen Widerstands-Heizleitern, welche auf dem Wärmedämmkörper aufliegen oder sogar darin eingedrückt sein können, ist es auch möglich, sogenannte Halogen-Strahlungsheizer zu verwenden. Diese können mit einem gewissen Abstand über dem Wärmedämmkörper verlaufen. Die Halterung kann entweder daran selber oder beispielsweise an einem umlaufenden Rand erfolgen, welcher die notwendige mechanische Festigkeit aufweist.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf ande- ren Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwi- schen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeich- nungen zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Strahlungsheizkörper mit einem erfindungsgemäßen Wärmedämmkörper, der aus einer unteren Lage mit geschäumtem Material mit einem außen aufliegenden Ring besteht und Fig. 2 einen Schnitt durch einen alternativen Wärmedämmkörper aus großkörnig geschäumtem Material, der zwei unterschiedliche Ausbildungen für den Wärmedämmkörper bezüglich Schichtaufbau sowie Heizungseinrichtung aufweist.
In Fig. 1 ist ein elektrischer Strahlungsheizkörper 11 dargestellt, der an die Unterseite einer Glaskeramikplatte 8 angedrückt ist. Der Strahlungsheizkörper weist eine Aufnahmeschale 1 auf, vorzugsweise aus Blech. In dieser ist ein Wärmedämmkörper als Unterlage 2 eingelegt. Dieser Wärmedämmkörper bzw. die Unterlage 2 ist als Schaumglas ausgebil- det. Die Unterlage 2 trägt in Ausnehmungen 9, welche nach Art von umlaufenden Nuten ausgebildet sind, auf an sich bekannte Art und Weise Heizleiter 5 nach Art eines aufrechtstehenden Flachbandes.
Im Mittelbereich weist die Unterlage 2 eine kegelstumpfförmige Erhe- bung 4 auf. Diese dient als Auflage für den Temperaturfühler 7 eines Temperaturwächters. Dies ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt.
Im Außenbereich der Unterlage 2 liegt auf dieser und innerhalb der Auf- nahmeschale 1 ein außenumlaufender Rand 3 auf. Dieser Rand 3 dient als Distanzelement, um den Strahlungsheizkörper 11 in einem vorbestimmten Abstand zu der Glaskeramikplatte 8 zu halten. Außerdem bildet sie eine Wärmeisolierung zur Seite hin. Der Rand 3 kann grundsätzlich ebenfalls aus einem erfindungsgemäßen geschäumten oder gebläh- ten mineralischem Material bestehen. Vorteilhaft besteht er aus einem üblichen Material, beispielsweise Vermiculite, mit erhöhter Festigkeit. In der Alternative eines Strahlungsheizkörpers 111 in Fig. 2 ist in der linken Seite ein zweischichtiger Aufbau des Wärmedämmkörpers dargestellt. Der Wärmedämmkörper besteht einerseits aus einer Unterlage 102, welche aus erfindungsgemäßem Material ausgebildet ist. Hier ist sie als großporiges Material ausgebildet, ähnlich dem vorbeschriebenen Material, welches Styropor ähnelt. Auf der flachen Unterlage 102 liegt eine weitere Schicht 106 auf, welche aus üblichem Material wie Vermiculite besteht. Diese Schicht 106 trägt in Nuten 109 den Heizleiter 105. Zum Rand hin erstreckt sich die Schicht 106 in einen aufragenden Ring 103. Dieser entspricht an sich in der Form und der Funktion dem vorbeschriebenen Ring 3 aus Fig. 1.
Hier bietet die obere Schicht 106 aus beispielsweise Vermiculite den Vorteil, dass der Heizleiter 105 in dieses mechanisch festere und tempe- raturbeständigere Material eingebettet ist. Beschädigungen des geschäumten, mineralischen Materials der Unterlage 102 durch zu große direkte Kontakthitze können so vermieden werden.
In der rechten Seite des Strahlungsheizkörpers 211 nach Fig. 2 ist alter- nativ die Unterlage 202 komplett und einstückig aus einem erfindungsgemäßen geschäumten Material hergestellt. Dieses kann beispielsweise dasselbe wie in der linken Hälfte sein, oder auch ein anderes, insbesondere auch Schaumglas. Es ist zu erkennen, wie die Unterlage 102 einstückig in den Randbereich 203 übergeht.
Des weiteren ist als alternative Beheizung ein Halogen-Strahlungsheizer 205 dargestellt, welcher, funktional vereinfacht, auf der Unterlage 202 aufliegt.
Aus den vorgenannten und beschriebenen Figuren wird deutlich, inwiefern ein ein- oder mehrschichtiger Aufbau oder auch ein insgesamt nur einteiliger Wärmedämmkörper aus erfindungsgemäßem Material ge- schaffen werden kann. Je nach Anforderungen, konstruktiven Vorgaben oder Art der Beheizung sowie des gewählten Materials kann der Wärmedämmkörper unterschiedlich ausgebildet sein und auch mit herkömmlichen Materialien kombiniert werden.
Selbst bei Kombination mit herkömmlichen Materialien, wie beispielsweise Vermiculite, welche die oben beschriebene Problematik der Feuchtigkeitsaufnahme aufweisen, kann durch Teil- oder Schichtaufbau mit einem erfindungsgemäßen geschäumten oder geblähten mineralischen Material die Feuchtigkeitsaufnahme deutlich gesenkt und somit insgesamt das diesbezügliche Verhalten des Wärmedämmkörpers verbessert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmedämmkörper (2, 102, 202) für eine Heizeinrichtung, insbesondere einen Strahlungsheizkörper (11 , 111 , 211), dadurch gekennzeichnet, dass er geschäumtes oder geblähtes mineralisches Material aufweist, wobei das mineralische Material aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Glas, Keramik, Ton, Tonerde.
2. Wärmedämmkörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er Schaumglas enthält, vorzugsweise vollständig aus Schaumglas besteht, wobei insbesondere das Schaumglas aus Altglas hergestellt ist.
3. Wärmedämmkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Trübungsmittel aufweist zur Absorption von Infrarotstrahlung, wobei vorzugsweise das Trübungsmittel
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4. Wärmedämmkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er offenporig geschäumt ist.
5. Wärmedämmkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geschäumte Material aus Kugeln besteht, welcher selber geschäumt sind und eine geschlossene Oberfläche bilden, wobei die Kugeln miteinander mechanisch fest und unlösbar zu einem Körper verbunden sind.
6. Wärmedämmkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er flach und/oder scheibenförmig ist, wobei er vorzugsweise zumindest bereichsweise oder zum großen Teil eben ist.
7. Wärmedämmkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine, insbesondere durchgehende, Schicht (2, 102, 202) aus geschäumtem oder geblähtem Material aufweist und mindestens eine weitere, insbesondere durchgehende, Schicht (3, 103) aufweist, wobei vorzugsweise eine die weitere Schicht einem Heizelement (5, 105, 205)zugewandt ist.
8. Wärmedämmkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht (3, 103) ein Material mit hoher Temperaturstabilität und/oder hoher Temperaturwechselbeständigkeit enthält.
9. Wärmedämmkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht (3, 103) ein Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und/oder niedriger Strahlungstransparenz enthält.
10. Wärmedämmkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht (3, 103) ein Material mit hohem Anteil an pyrogener Kieselsäure enthält.
11. Wärmedämmkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er vollständig aus geschäumtem oder geblähtem Material besteht.
12. Wärmedämmkörper nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schichten (2, 102, 202; 3, 103) einige Millimeter beträgt, vorteilhaft zwischen 3mm und 15mm, wobei insbesondere ein zweischichtiger Aufbau mit jeweils einer Schicht vorgesehen ist.
13. Verwendung eines Wärmedämmkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Wärmedämmung in einer Hei2 einrich- tung, insbesondere einem Strahlungsheizkörper (11 , 111 , 211 ).
14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das geschäumte oder geblähte Material als Träger (2) für ein Heizelement (5, 105, 205) verwendet wird.
15. Heizeinrichtung, insbesondere Strahlungsheizkörper, mit wenigstens einem Heizelement (5, 105, 205) und einem Wärmedämmkörper (2, 102, 202) zur Abschirmung zumindest eines Teils der Umgebung vor dem Heizelement, gekennzeichnet durch einen Wärmedämmkörper (2, 102, 202) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
16. Heizeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (5, 105, 205) mit dem Wärmedämmkörper (2, 102, 202) Kontakt hat bzw. zumindest teilweise darin eingebettet ist, wobei insbesondere das Heizelement ein Band-Heizleiter ist.
17. Heizeinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement eine Halogen-Strahlungsheizung (205) ist, welche vorzugsweise mit einem gewissen Abstand über dem Wärmedämmkörper (2, 102, 202) verläuft und daran festgehalten ist.
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