DE10348169B4

DE10348169B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des Gasdruckes in metallumhüllten Hohlkörpern

Info

Publication number: DE10348169B4
Application number: DE10348169.9A
Authority: DE
Inventors: Roland Caps
Original assignee: Va Q Tec AG
Current assignee: Va Q Tec AG
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: DE10348169A1

Abstract

Vorrichtung zur Nutzung eines thermischen Messverfahrens zur Bestimmung des Gasdruckes in einem metallumhüllten, evakuierten Hohlkörper (2), dadurch gekennzeichnet, dass über eine kleine Öffnung (3) in der Hülle des Hohlkörpers ein dünnes, poröses Material (4) gelegt wird, das anschließend von eine Folie (5) überdeckt wird und deren überstehender Rand vakuumdicht mit der Metallumhüllung (2) des Hohlkörpers (2) verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der die Höhe des Gasdruckes in einem metallumhüllten Hohlkörper mit Hilfe eines thermischen Verfahrens von außen gemessen werden kann, sowie ein Verfahren zur Bestimmung des Gasdruckes in einem evakuierten, metallumhüllten Hohlkörper.
Evakuierte Wärmedämmplatten oder Vakuumpaneele erzielen eine hohe Dämmwirkung mit kleinsten Dämmstärken. Sie bestehen in der Regel aus einem evakuierbaren, porösen Kernmaterial geringer Wärmeleitfähigkeit und einer vakuumdichten Umhüllung. Zur Qualitätskontrolle ist es wichtig, den Gasdruck im Inneren sowohl nach der Produktion aber auch zu einem späteren Zeitpunkt zu kennen.
Für folienumhüllte Vakuumdämmplatten wurde in der Patentschrift DE 102 15 213 C1 ein einfaches und schnell durchführbares Verfahren vorgeschlagen, das sich gut bewährt hat. Die Höhe des Gasdruckes wird dort über ein thermisches Verfahren bestimmt. Es wird zwischen Dämmkern und Umhüllungsfolie eine kleine Metallplatte eingebracht, die als thermisches Reservoir dient. Zwischen dem thermischen Reservoir und der Umhüllungsfolie befindet sich als Wärmewiderstand eine dünne, poröse Zwischenschicht. Die Wärmeleitfähigkeit der Zwischenschicht hängt in charakteristischer Weise vom Gasdruck im Inneren des Paneels ab. Die Wärmeleitfähigkeit der Zwischenschicht wird dadurch gemessen, dass von außen eine deutlich erhöhte Temperatur aufgeprägt wird und der Wärmestrom über die Zwischenschicht zur inneren Platte gemessen wird. Aufgrund der geringen Wärmekapazität der Umhüllungsfolie und der dünnen Zwischenschicht stellt sich schnell (innerhalb von 1–2 sec) ein thermisches Gleichgewicht ein. Der Wärmewiderstand der Zwischenschicht ist dann proportional zum Verhältnis aus der Temperaturdifferenz zwischen innerer Platte und Sensorplatte einerseits und dem gemessenen Wärmestrom andererseits. Mit Hilfe einer Eichkurve kann sodann auf den Gasdruck im Inneren geschlossen werden.
Das oben beschriebene Verfahren ist allerdings nur auf mit einer dünnen Folie umhüllte Vakuumdämmplatten anwendbar. Vakuumdämmplatten können jedoch auch von einer metallischen Hülle, z. B. einem Edelstahlblech, umgeben sein. Aufgrund von deren Stärke von mindestens 0,2 mm und darüber leiten diese Bleche einen aufgeprägten Wärmestrom seitwärts weg, bzw. es dauert längere Zeit bis sich ein stationärer Zustand eingestellt hat. Eine Messung insbesondere durch dickere Deckbleche, die üblicherweise eine Stärke von 0,5 mm aufweisen, ist damit nicht möglich.
In vergleichbarer Weise wird in der JP 11 230 926 A vorgeschlagen, zur Beurteilung eines ausreichenden Vakuums zwischen zwei Glasscheiben eines doppellagigen Isolierglases eine der beiden Scheiben aufzuwärmen und den Temperaturverlauf über der Zeit mittels eines Temperatursensors zu messen, um dann daraus Rückschlüsse auf die Größe des Vakuums ziehen zu können. Hier wird primär der Temperaturabfluss durch das Vakuum hindurch gemessen. Da dieser Temperaturabfluss sehr gering ist, sind derartige Messungen mit sehr großen Toleranzen behaftet und können daher leicht zu falschen Messergebnissen führen. Es wird daher vorgeschlagen, diese Messung in einem abgeschlossenen Raum mit einer konstanten Temperatur auszuführen, was jedoch für die Praxis in einem Herstellungsbetrieb sehr unpraktisch ist.
Die DE 100 58 566 A1 schließlich betrifft weder ein Verfahren noch eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gasdruckes in einem Hohlkörper. Darüber hinaus offenbart dieses Dokument einen folienumhüllten Vakuumdämmkörper, nicht einen metallumhüllten Hohlkörper.
Aus den geschilderten Nachteilen des vorbekannten Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu finden, welche es erlauben, den Gasdruck im Inneren eines metallumhüllten Dämmkörpers auf einfache Weise zu bestimmen.
Diese Aufgabe wird im Rahmen einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Nutzung eines thermischen Messverfahrens für die Bestimmung des Gasdruckes in einem metallumhüllten, evakuierten Hohlkörper erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass über eine kleine Öffnung in der Hülle des Hohlkörpers ein dünnes, poröses Material gelegt wird, das anschließend von einer Folie überdeckt wird, und deren überstehender Rand vakuumdicht mit der Metallumhüllung des Hohlkörpers verbunden wird.
Nach der Fertigstellung der Vakuumdämmplatte herrscht in dem außen angebrachten Vliesmaterial aufgrund des Druckausgleiches durch die kleine Öffnung der gleiche Gasdruck wie im Inneren. Nun kann die Wärmeleitfähigkeit des Vlieses mit den gleichen Verfahren gemessen werden, wie sie in der Patentschrift DE 102 15 213 C1 beschrieben sind. Anstelle der dort beschriebenen eingelegten Metallscheibe übernimmt in der hier beschriebenen Erfindung die vorhandene metallische Umhüllung des evakuierten Raumes selbst die Funktion eines Temperaturreservoirs, das die Temperatur während der Messung im wesentlichen konstant hält.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass das poröse Material eine Stärke von 0,05 mm bis 2 mm aufweist, vorzugsweise eine Stärke von 0,2 mm bis 0,5 mm.
Das poröse Material kann aus Fasern, Glasfaser, Kunststofffasern, Papier, offenporigem Schaum oder gepresstem Pulver bestehen.
Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die Folie aus ein- oder mehrlagigen Kunststoffen, Metall oder Kombinationen dieser Materialien besteht und eine Dicke zwischen 0,01 mm und 0,5 mm aufweist.
Die Folie sollte am Rand mittels Kleber, durch Heißversiegeln, Löten oder Schweißen mit der Metalloberfläche verbunden sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Gasdruckes in einem evakuierten, metallumhüllten Hohlkörper zeichnet sich dadurch aus, dass ein Messkopf, der auf eine konstante, höhere Temperatur als die der Metallumhüllung geregelt ist, auf die Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5 aufgesetzt wird, so dass ein vom Gasdruck im Inneren des Hohlkörpers abhängiger Wärmestrom entsteht, der messtechnisch erfasst wird.
Weitere Merkmale, Vorteile, Eigenschaften oder Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Deren einzige Figur zeigt einen erfindungsgemäßen, metallumhüllten, evakuierten Hohlkörper in einer Schnittdarstellung.
Man erkennt, dass ein evakuierbares, poröses Kernmaterial 1 von einer vakuumdichten Umhüllung 2 umgeben ist.
An einer Stelle dieser metallischen Umhüllung 2 ist eine kleine Öffnung 3 vorgesehen.
Über die Öffnung 3 wird auf ihrer Außenseite ein dünnes Vlies 4 gelegt.
Anschließend wird das Vlies 4 von einer in der Fläche größeren, dünnen, vakuumdichten Kunststofffolie, Aluminiumverbundfolie oder Metallfolie 5 abgedeckt. Der überstehende Randbereich der Folie 5 wird mit der Metallhülle 2 vakuumdicht verbunden, z. B. durch Kleben und Heißkleben. Bei metallischen Folien 5 kann unter Umständen auch Löten oder Schweißen in Frage kommen. Vorzugsweise kommen dünne Metallfolien 5 mit geringer Wärmeleitfähigkeit in Betracht wie z. B. Edelstahlfolien, die mit 0,025 mm Stärke hergestellt werden können. Der weitere Arbeitsgang entspricht der üblichen Herstellung der Vakuumdämmplatte.
Nach der Fertigstellung der Vakuumdämmplatte herrscht in dem außen angebrachten Vliesmaterial 4 aufgrund des Druckausgleiches durch die kleine Öffnung 3 der gleiche Gasdruck wie im Inneren der Umhüllung 2. Nun kann die Wärmeleitfähigkeit des Vlieses 4 mit den gleichen Verfahren gemessen werden, wie sie in der Patentschrift DE 102 15 213 C1 beschrieben sind. Anstelle der dort beschriebenen eingelegten Metallscheibe übernimmt in der hier beschriebenen Erfindung die vorhandene metallische Umhüllung 2 des evakuierten Raumes selbst die Funktion eines Temperaturreservoirs, das die Temperatur während der Messung im wesentlichen konstant hält.
Zur Messung wird ein Messkopf auf die Folie mit dem darunter liegenden Vlies 4 gesetzt. Der Messkopf besteht beispielsweise im wesentlichen aus einer Heizfolie und einem dünnen Wärmeflussmesser. Die Temperatur der Heizfolie ist auf z. B. 70°C geregelt. Beim Auflegen des Messkopfes auf den Bereich des Vlieses 4 stellt sich nach kurzer Zeit ein stationärer Zustand des Wärmestroms zum Paneelblech ein. Der Wärmewiderstand des Vlieses 4 wird aus den Messwerten des Wärmestrommessers und den anliegenden Temperaturen bestimmt. Daraus ergibt sich mit Hilfe einer Eichfunktion der innere Gasdruck.
Die Erfindung eignet sich nicht nur zur Messung des Gasdruckes in metallumhüllten Vakuumdämmplatten, sondern kann auch auf andere evakuierte Hohlkörper übertragen werden, die von einer Metallhülle umgeben sind. Anstelle des Gasdruckes kann unter Umständen auch bei bekannten Gasdruck die Gasart im Inneren des Hohlkörpers gemessen werden, falls deren Wärmeleitfähigkeit charakteristisch von anderen Gasen abweicht.

Claims

Vorrichtung zur Nutzung eines thermischen Messverfahrens zur Bestimmung des Gasdruckes in einem metallumhüllten, evakuierten Hohlkörper (2), dadurch gekennzeichnet, dass über eine kleine Öffnung (3) in der Hülle des Hohlkörpers ein dünnes, poröses Material (4) gelegt wird, das anschließend von eine Folie (5) überdeckt wird und deren überstehender Rand vakuumdicht mit der Metallumhüllung (2) des Hohlkörpers (2) verbunden wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material mit einer Stärke von 0,05 mm bis 2 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material aus Fasern, Glasfaser, Kunststofffasern, Papier, offenporigem Schaum oder gepresstem Pulver besteht.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (5) aus ein- oder mehrlagigen Kunststoffen, Metall oder Kombinationen dieser Materialien besteht und eine Dicke zwischen 0,01 mm und 0,5 mm aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (5) am Rand mit Klebern, durch Heißversiegeln. Löten oder Schweißen mit der Metalloberfläche verbunden wird.
Verfahren zur Bestimmung des Gasdruckes in einem evakuierten, metallumhüllten Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messkopf, der auf eine konstante, höhere Temperatur als die der Metallumhüllung geregelt ist, auf die Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5 aufgesetzt wird, so dass ein vom Gasdruck im Inneren des Hohlkörpers abhängiger Wärmestrom entsteht, der messtechnisch erfasst wird.