DE10007185C2

DE10007185C2 - Ziegel sowie Verfahren zur Reduzierung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit von Ziegeln

Info

Publication number: DE10007185C2
Application number: DE2000107185
Authority: DE
Original assignee: ERKER JOSEF
Current assignee: ERKER JOSEF
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2020-02-18
Also published as: DE10007185A1

Description

Die Erfindung betrifft Ziegel, insbesondere Hochlochziegel, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Reduzierung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit von Ziegeln mit einer Mehrzahl an Hohlkammern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.

Diese Ziegel werden aus Ton, Lehm oder tonigen Massen geformt und gebrannt und weisen senkrecht durchgehende, von Lagerflä che zu Lagerfläche offene Hohlkammern auf. Es handelt sich dabei um Ziegel handelsüblicher Form, deren Formlinge im Strangpreßverfahren hergestellt werden. Das technische Gebiet auf das sich die Erfindung bezieht, betrifft Hochlochziegel, und insbesondere hochwärmedämmende Hochlochziegel für Mauer werke mit anderen Eigenschaften, wie gute Schalldämmung und hohe Festigkeit. Weiterhin betrifft das technische Gebiet ausdrücklich alle sonstigen Ziegel mit einer Mehrzahl an Hohlkammern, wie z. B. Deckenziegel oder Langlochziegel. Bei letzteren sind waagerecht durchgehende, von Stoßfläche zu Stoßfläche offene Hohlkammern vorhanden.

Ziegel und insbesondere Hochlochziegel für dieses technische Gebiet sind bereits in großer Vielfalt bekannt, auch Ziegel mit plangeschliffenen Ober- und Unterflächen sowie einer senkrecht dazu angeordneten Lochung als unverfüllbare und/ oder verfüllbare Lochung. Um eine gute Wärmedämmung zu erzielen, ist es sinnvoll, die äquivalente Wärmeleitfähigkeit ei nes Mauersteines zu senken. Gelingt dies, so kann man davon ausgehen, daß auch ein Mauerwerk aus diesen Steinen gute Wär medämmeigenschaften besitzt, d. h. einen geringen Wärmedurch gangskoeffizient k in W/m²K hat. Meistens werden solche Hoch lochziegel durch bestimmte Änderungen ihrer Geometrie, Loch form und Lochanordnung wärmetechnisch verbessert. Die geomet rische Verbesserung ist in den letzten 30 Jahren immer weiter verfeinert worden, so daß Hochlochziegel heute Äquivalentwär meleitfähigkeiten von bis herunter zu 0,11 W/(mK) besitzen. Eine weitere Verbesserung ist jedoch unter Berücksichtigung der heutigen Verfahrenstechnik kaum möglich, da die Stege der Hohlziegel bereits so dünn sind, daß sich sowohl Festigkeits- als auch schallschutztechnische Probleme bemerkbar machen. Wärme kann in Hohlsteinen durch Wärmeleitung durch das Zie gelmaterial und über Strahlung und Konvektion über die Luft kammern übertragen werden. Es besteht daher noch die Möglich keit die Äquivalentwärmeleitfähigkeit der Luftkammern inner halb des Mauersteines zu senken und so eine wärmetechnische Optimierung des gesamten Steines zu erzielen. So liegt die äquivalente Wärmeleitfähigkeit üblicher Luftkammern in Hoch lochziegeln bei ca. 0,05-0,1 W/(mK), übersteigt daher die Wärmeleitfähigkeit ruhender Luft von 0,024 W/(mK) um ein Vielfaches. Die so günstig wirkende ruhende Luft ist aber in handelsüblichen Dämmmaterialien enthalten und bewirkt deren günstige Eigenschaften. Es ist daher bekannt, daß man durch Senkung der Wärmeübertragung in den Lochkammern der Mauer steine deren Wärmedämmung verbessern kann. Es ist ebenfalls bekannt durch Reduktion der Wärmeübertragung allein durch Strahlung eine Verbesserung der Mauersteine zu erzielen.

So wurden in der DE 196 30 267 A1 bereits Mauersteine be schrieben, die eine Oberflächenbeschichtung der in den Hohl kammern befindlichen Ziegeloberflächen aufweisen. Weiterhin werden in der DE 196 30 267 A1 auch Metalle oder Metalloxide als geeignete Beschichtungsmaterialien genannt, was sich in naheliegender Weise auch aus tabellierten Werten (s. VDI- Wärmeatlas 94) ablesen läßt. Metalle und Metalloxide sind aufgrund ihrer geringen Emissionskonstante für Infrarotstrah lung die geeignetsten Stoffe für diese Anwendung. Da Hoch lochziegel eine große Zahl an Löchern enthalten (z. T bis zu 180) kann eine Einbringung von Metallen und insbesondere Me talloxiden zweckmäßig in Pulverform geschehen, wodurch eine gute Abdeckung der Oberflächen der Hohlkammern erzielt wird, wenn z. B. eine haftungsfördernde Grundierung verwendet wird. Der Verbrauch an Metallen und Metalloxiden steigt jedoch stark an, je gröber die Korngröße ist. So benötigt man bei der Verwendung von normalem, grobem Aluminiumpulver ca. 120 g /Ziegel, bei Verwendung von staubförmigen, phlegmatisiertem Aluminium jedoch nur 3 g/Ziegel. Die Summe der Innenober flächen der vielen kleinen Hohlkammern beträgt ohne Berück sichtigung der Kapillaren bzw. der Oberfläche im Innern des porösen Ziegelgrundmaterials bereits ca. 1,5 bis 4 m² je nach Ziegel. Versucht man wie in DE 196 30 267 A1 vorgeschla gen, ganze Hochlochziegel per CVD-Verfahren zu bedampfen, d. h. eine Abscheidung aus der Gasphase zu erreichen, kommt ebenfalls die in den Kapillaren vorhandenen innere Oberfläche des Ziegelgrundmaterials hinzu, wodurch ein wirtschaftlich unvertretbar hoher Verbrauch an Beschichtungsmaterial ent steht. Eine wirtschaftlich vertretbare Anwendung einer Ober flächenbeschichtung ist daher bei den vorgeschlagenen Metho den nur dann gegeben, wenn möglichst staubförmige Materialien verwendet werden, was eine große Zahl von Nachteilen mit sich bringt. Sowohl Metallstäube als auch Metalloxidstäube werden in der Mehrzahl als giftig, gesundheitsschädlich oder haut reizend eingestuft. Aluminiumpulver ist überdies brennbar und kann zu Staubexplosionen bei der Verarbeitung im Ziegelwerk führen. Da auf Baustellen auch Ziegel mit Steinsägen getrennt werden, können anhaftende Metallstaubpartikel in die Luft ge langen und vom Verarbeiter eingeatmet werden.

Sowohl dem Mitarbeiter im Ziegelwerk, als auch dem späteren Verarbeiter auf der Baustelle kann ein Einatmen der Metall- bzw. Oxidstäube aus gesundheitlichen Gründen jedoch nicht zu gemutet werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Ziegel der eingangs ge nannten Art zu erzeugen mit denen bei der späteren Verarbei tung auf der Baustelle keine relevante Gesundheitsgefähr dung durch Metall- oder Metalloxidstäube zu erwarten ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Ziegel mit dem Merkma len des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit dem Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprü chen angegeben.

Das Problem der Staubbelastung wird dadurch gelöst, daß die wärmestrahlungsreflektierenden Substanzen, die naheliegend auch Metalle oder Metalloxide umfassen können, unter Verwen dung von Hilfsstoffen in Folien eingearbeitet werden und in dieser Form verwendet werden.

Natürlich können auch Trägerfolien durch Vakuumbedampfung mit Metalloxiden oder Metallen beschichtet werden (z. B. Aluminum bedampfte Polyesterfolie), wodurch der Massenanteil der ge sundheitsschädlichen Stoffe stark minimiert wird. Ebenfalls können auch handelsübliche Folien, z. B. aus Aluminium verwen det werden, die allgemein nicht zur Staubentwicklung neigen. Die Folien, die selbstverständlich auch Hilfsstoffe wie Kunststoffe, Papier, Fasern oder dgl. enthalten können, wer den in handelsüblicher Weise erzeugt. Dann werden sie in vie le kleine Teile zerkleinert, was nach üblichen Zerkleine rungsverfahren erfolgen kann. Die Größe der Folienteile be trägt dann noch z. B. 3 mm. Folienstücke können auch, ähnlich Konfetti, rundlich ausgestanzt werden. Ähnliche Folienteile entstehen auch beim Lochen von Papier bzw. Folien mit han delsüblichen Lochern, wie sie im Bürobereich eingesetzt wer den.

Allein schon aufgrund ihrer Größe im mm-Bereich führen die Folienteile zu einer Minderung der Staubbelastung gegenüber Pulvern oder Stäuben, die im µm-Bereich angesiedelt sind. Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Metallstäuben oder Me tallpulvern ist ihre große spezifische Oberfläche, woraus ei ne schnelle Oxidation bzw. geringe Haltbarkeit resultiert. Metalloxide haben jedoch schlechtere strahlungsreflektierende Eigenschaften, d. h. höhere Emissionskonstanten als ihre zugrundeliegenden Metalle. Dieses Problem wird erfindungsge mäß ebenfalls durch die Anwendung von Folienstücken gelöst, deren spezifische Oberfläche wesentlich kleiner ist, die Haltbarkeit daher stark verlängert wird. Durch die Einarbei tung geeigneter Hilfsstoffe kann ebenfalls eine Oxidation der Metalle unter Einfluß von Luftfeuchte und Sauerstoff verzö gert werden. In DE 196 30 267 A1 wurde vorgeschlagen, eine durchgehende Folie in der Mitte eines Hohlraumes zu spannen, um die Wärmeübertragung durch Strahlung zu senken. Da heutige Hochlochziegel bis zu 180 Löcher enthalten können, ist dieser Vorschlag verfahrenstechnisch praktisch nicht zu realisieren. Durch die Zerkleinerung der Folien und Einbringung der Fo lienstücke auf die aus Ziegelmaterial bestehenden Innenober flächen der Hohlkammern, nicht in die Mitte der Hohlkammern wie in DE 196 30 267 A1 beschrieben, wird erfindungsgemäß % dieses Problem ebenfalls gelöst.

Dabei ist es für die Wirksamkeit der Erfindung gar nicht nö tig, die Innenoberflächen zu 100% mit Folienteilen zu bede cken. Eine partielle Belegung führt ebenfalls schon zu einer Minderung der Wärmeübertragung durch Strahlung. Begünstigt wird dieser Effekt, da beide pa rallel gegenüberliegende Hohlkammeroberflächen mit Folien stücken belegt sind. Bleiben daher z. B. 20% der aus Ziegel material bestehenden Oberfläche einer Hohlkammer unbedeckt, so beträgt die Wahrscheinlichkeit einer direkten Strahlungs verbindung von Ziegelmaterial zu Ziegelmaterial nur noch 4%. Durch die geringe Emissivität der aufgetragenen Folienstücke kann jedoch die Wärmeübertragung durch Strahlung und damit die äquivalente Wärmeleitfähigkeit eines Ziegels gesenkt wer den.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist die Anwendung mehrlagiger Folienstücke. So wird als Grundfolie z. B. eine Aluminiumfolie verwendet, auf die eine Papier schicht aufgeklebt oder kaschiert wird. Auf diese Papierschicht wird wiederum eine Aluminiumfolie aufgeklebt und so fort. Auf diese Weise entsteht ein mehrlagiger Aufbau, der auch beim Stanzen oder Zerkleinern der Folie zu kleinen Fo lienstücken erhalten bleibt. Sinn dieses mehrlagigen Aufbaus ist es, die Wärmeübertragung durch mehrere Schichten weiter zu senken. Da Metallfolien gute strahlungsreflektierende Ei genschaften und Nichtleiterfolien niedrige Wärmeleitfähigkei ten besitzen ist eine wechselweise Anordnung besonders sinn voll, um eine Minimierung der Wärmeübertragung zu erhalten. Eine Nichtleiterfolie, die z. B. aus transparentem Kunststoff besteht, muß dabei zwei Metallfolien trennen, um einen Kurzschluß durch Wärmeleitung zu verhindern. Ebenso ist denk bar, daß die Trennung zweier Metallfolien durch punktweise Trennschichten (Spacer) aus Nichtleitermaterial erfolgt.

Dieses Verfahren wird in Baustoffwerken werksmäßig zur Anwendung kommen, nicht erst auf Baustellen. Eine Einbringung der Folienstücke kann zu verschiedenen Zeitpunkten im verfahrenstechnischen Prozeß der Ziegelherstellung erfolgen. Am wirksamsten ist es, Folienteile nach erfolgtem keramischem Brand nachträglich auf die Hohlkammeroberflächen aufzubringen, da hier Metalle in ihrer elementaren Form erhalten bleiben und ihre günstigen wärmestrahlungsreflektierenden Eigenschaften voll zum Einsatz kommen. Bei der Verwendung metalloxidhaltiger Folien ist es unerheblich, ob diese vor oder nach dem Brand aufgebracht werden, da die Oxide im Brand nicht chemisch verändert werden. Eine Aufbringung nach dem Brand erfordert zusätzliche Transport- und Umladeanlagen, wie sie auch bei der Nachbearbeitung heutiger Ziegel per Planschliff eingesetzt werden. Auch müssen die bereits gebrannten, trockenen Ziegel wieder befeuchtet werden, um eine gute Haftung der Folienteile zu gewährleisten. Die Beschichtung nach dem Brand ist im allgemeinen als verfahrenstechnisch umständlicher zu bezeichnen, birgt aber bezüglich Wirksamkeit der Beschichtung große Vorteile. Die Beschichtung vor dem Brand z. B. nach dem Trocknen der Rohlinge bietet den Vorteil, daß nach dem Brand die Ziegel direkt verladen und palettiert werden können. Auch bietet die Wärmebehandlung bei den hohen Temperaturen von ca. 900°C des Ziegelbrandes den Vorteil, daß die Beschichtungsaufträge mit dem keramischen Grundmaterial verschmelzen können. Hierdurch wird natürlich eine sehr feste Verbindung mit dem Ziegelmaterial erzielt, wodurch die bereits beschriebene Staubbelastung ebenfalls vermieden werden kann.

Die Folienstücke können auch nach dem Pressen in die Löcher eingebracht werden, da die Rohlinge dann sowieso feucht sind und Folienteile, ggf. unter Einsatz von Bindemitteln, gut anhaften können.

Die Erfindung wird nun anhand der nachfolgenden, nicht maßstabsgetreuen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt die Draufsicht eines beliebigen Ziegels, in diesem Falle eines Hochlochziegels (1) mit einer Mehrzahl an Löchern oder Hohlkammern (2), wobei die aus Ziegelmaterial bestehenden Hohlkammerinnenoberflächen (3) mit wärmestrahlungsreflektierenden Folienstücken (4) beschichtet sind.

Fig. 2 zeigt die Draufsicht einer Hohlkammerinnenoberfläche (3) längs eines Schnittes I-II. Man erkennt in diesem Fall rundliche Folienstücke, die die Innenoberfläche partiell abdecken.

Fig. 3 zeigt die Auswirkung einer Beschichtung auf die Wärmeleitfähigkeit des Hochlochziegels (1) und die äquivalente Emissionskonstante u. a. geeigneter Folienteile.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf Folienteile, die durch Ausstanzen erzeugt wurden. Rechts davon sind die Seitenansichten dreier Folienteile abgebildet, die deren Aufbau verdeutlichen. Fig. 4a zeigt das rechteckige Folienteil, daß aus einer homogenen Folie besteht. Fig. 4b zeigt das sechseckige Folienteil, daß aus einer dreilagigen Folie besteht, wobei die erste und dritte Schicht aus dem gleichen Material z. B. Aluminium bestehen, und die zweite Trennschicht aus transparentem Papier besteht. Fig. 4c zeigt einen runden Folienteil, der fünfschichtig aufgebaut ist. Dieser besteht aus drei Lagen Folie, z. B. aus Aluminium, und zwei partikelweisen Trennschichten (6), die aus einem klebenden Granulat (Schwarz) bestehen. Die dazwischen liegenden weißen Bereiche kennzeichnen Umgebungsluft. Die in Fig. 4a-4c dargestellten Folien (5) sind übertrieben dick und nicht maßstäblich dargestellt. In Wirklichkeit sind sie natürlich von minimaler Schichtdicke.

Fig. 5 zeigt das hauptsächlich in Frage kommende Verfahren zur Herstellung solcher Ziegel, wobei die Beschichtung nach dem Brand erfolgt. Fig. 6 und

Fig. 7 kennzeichnen eine Variante des Verfahrens, bei der die Beschichtung bereits vor dem keramischen Brand, also nach dem Pressen oder Trocknen aufgebracht wird. Fig. 8 zeigt die verfahrenstechnischen Möglichkeiten A, B, C, D der Aufbringung von Folienteilen, die wahlweise in den in Fig. 5-7 dargestellten Fließschemata zur Anwendung kommen können. So kann z. B. eine Aufbringung durch Berieseln mit einer Feststoff- Wasser-Suspension der Folienteile nach dem Brand wie in Fig. 5 erfolgen, aber auch vor dem Brand wie in Fig. 6 beschrieben.

Bezugszeichenliste

1

Hochlochziegel

2

Hohlkammern

3

Hohlkammerinnenoberfläche (Ziegelmaterial)

4

Folienstücke

5

Folie

6

Trennschicht (Spacer)

7

Ziegelmaterial

Claims

1. Ziegel, insbesondere hochwärmedämmender Hochlochziegel für Außenmauerwerk, mit einer Mehrzahl an Hohlkammern, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einzelne Hohl kammerinnenoberflächen (3) zumindest partiell mit einer dünnschichtigen Oberflächenbeschichtung zur Senkung des Strahlungswärmeaustausches versehen sind, die aus einer Vielzahl kleiner Folienstücke (4) mit geringem Emissi onsgrad besteht, wobei die Folienstücke (4) einen Durch messer von mindestens 0,1 mm aufweisen.

2. Ziegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienstücke (4) aus einer mit Metall oder Metalloxid beschichteten Folie (5) bestehen und an den Hohlkammer innenoberflächen (3) anhaften.

3. Ziegel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienstücke (4) einlagig ausgebildet sind.

4. Ziegel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienstücke (4) mehrlagig ausgebildet sind.

5. Ziegel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienstücke (4) aus mehreren übereinander kaschierten Folien (5) bestehen.

6. Ziegel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die Folienstücke (4) als Kupferfolienstü cke, aluminiumbedampfte Polyesterfolienstücke oder Aluminium- Papier- Kunststoff- Aluminiumfolienstücke ausge bildet sind.

7. Ziegel nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass einzelne metallische Lagen der mehrlagig ausgebildeten Folienstücke (4) durch nicht leitende Trennschichten (6) gegeneinander isoliert sind.

8. Ziegel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschichten (6) punktweise zwischen den einzelnen me tallischen Lagen angeordnet sind.

9. Ziegel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass alle Hohlkammerinnenoberflächen (3) mit der Oberflächenbeschichtung versehen sind.

10. Ziegel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass die Hohlkammerinnenoberflächen (3) mit Folienstücken (4) aus unterschiedlichen Folienmateria lien beschichtet sind, wobei die unterschiedlichen Fo lienmaterialien sowohl zusammen als auch getrennt in je der der Hohlkammern angeordnet sind.

11. Ziegel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass die Folienstücke (4) Pigmente, Me tallsalze, Metalle oder Metalloxide enthalten.

12. Ziegel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass die Folienstücke (4) unterschiedliche Formen und unterschiedliche Größen aufweisen und derge stalt auch in Mischungen auf den Hohlkammerinnenoberflächen (3) vorliegen, um eine höheren Prozentsatz der Be deckung der Ziegelinnenoberflächen zu erzielen.

13. Ziegel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, dass die Folienstücke (4) unter Einsatz von Bindemitteln an den Hohlkammerinnenoberflächen (3) anhaften.

14. Verfahren zur Reduzierung der äquivalenten Wärmeleitfä higkeit von Ziegeln mit einer Mehrzahl an Hohlkammern, insbesondere von Hochlochziegeln nach Anspruch 1 und den daraus gebildeten Wänden, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Ziegelmaterial bestehenden Oberflächen (3) der Hohlkammern bzw. Löcher zumindest partiell mit einer Vielzahl kleiner, wärmestrahlungsreflektierenden Folien stücken (4) beschichtet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht durch Einbringen der Folienstücke (4) in die Lochkammern nach dem Brand des Ziegels des Hochlochziegels erzeugt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht durch Einbringen der Folienstücke (4) in die Lochkammern nach dem Trocknen eines Formlings des Ziegels erzeugt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht durch Einbringen der Folienstücke (4) in die Lochkammern eines Rohlings des Ziegels nach dem Pressen erzeugt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht durch Ein bringen der Folienstücke (4) in die Lochkammern eines mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten befeuchteten Roh lings oder Formlings oder Ziegels erzeugt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser oder die anderen Flüssigkeiten mit einem Bin demittel vermischt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht durch Tau chen in Feststoffbäder oder flüssigkeitshaltige Suspen sionen der strahlungsreflektierenden Folienstücke er zeugt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht durch Auf sprühen oder Berieseln mit Feststoff-Wasser-Suspensionen der Folienstücke erzeugt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienbestandteile thermoplas tische Bindemittel umfassen und auf den vom Brennen oder Trocknen erhitzten Lochkammerinnenoberflächen durch Verschmelzen oder Verkleben anhaften.