-
Die
Erfindung betrifft ein Vakuumisolationspaneel, das besteht aus:
einem Gehäuse
mit einer ersten Hauptwand und einer zweiten Hauptwand, die sich
in der Anwendung beide senkrecht zu einem Temperaturgradienten erstrecken,
und Hilfswänden, die
die beiden Hauptwände
miteinander verbinden und sich in der Anwendung parallel zum Temperaturgradienten
erstrecken, wobei die Hilfswände
mit Hilfe von Rippen bzw. Streben mit den Hauptwänden verbunden sind, und einer
Füllung,
die sich in dem Gehäuse
befindet und Druckkräften
zu widerstehen vermag, worin der Druck im Gehäuse auf einen Wert reduziert
ist, bei dem kein Wärmetransport
durch eine Gasleitung stattfindet, und worin das Gehäuse aus Metall
hergestellt ist.
-
-
Die
Füllung
wird so ausgewählt,
dass kaum eine Wärmeleitung
dort hindurch in dem festen Material oder aufgrund einer Strahlung
stattfindet. Eine Wärmeleitung
bzw. -übertragung
findet jedoch durch die Hilfswände
statt. Es ist daher wichtig, diese so dünn wie möglich zu machen, wie beispielsweise
aus einer Metallfolie.
-
Bei
diesem aus dem Stand der Technik bekannten Isolationspaneel sind
die Hilfswände
und die Hauptwände
wechselseitig durch Schweißstellen verbunden,
die sich über
die Streben erstrecken. Die Bereiche, die an die Streben anschließen, sind
hierbei verdickt, um ein Verschweißen an den Streben zuzulassen,
während
eine dünne
Hilfswand beibehalten wird.
-
US-A-3 161 265 offenbart
ein ähnliches
Paneel, wobei ein Streifen der Hilfswand, der die Ecke kontaktiert,
an die Hauptwände
geschweißt
ist.
-
Die
Erfahrung hat gezeigt, dass die Qualität solcher Schweißstellen
nicht ausreichend ist, um eine lange Lebensdauer des Isolationspaneels
sicherzustellen. Eine minimale Lebensdauer von 50 Jahren ist hier
normalerweise erforderlich, was besonders hohe Anforderungen an
die Schweißverbindung
stellt, um das Vakuum über
diese lange Periode auszuhalten.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines
solchen Isolationspaneels, wobei eine Schweißstelle ausreichender Qualität zum Aushalten
des Vakuums für
eine lange Periode erhalten wird, wobei die Schweißstelle
auf einfache Weise reproduzierbar ist und wobei die guten Isolationseigenschaften
nichtsdestoweniger bewahrt werden.
-
Die
Aufgabe wird dadurch erreicht, dass ein Teil der Hilfswand, der
eine Strebe bzw. Rippe kontaktiert, an die Hauptwand geschweißt wird,
während er
mit einer Strebe verbunden ist, und dass ein Schweißstreifen
an die Schweißstelle
geschweißt wird.
-
Nur
mit Schweißen
einer ausreichend dünnen
Metallfolie ist es praktisch unmöglich,
eine Schweißstelle
ausreichender Qualität
zu erhalten. Mit einer Schweißstelle
auf Sandwichart ist es möglich,
eine ausreichend starke und zuverlässige Schweißverbindung
zu erhalten, selbst wenn eine sehr dünne Metallfolie als Hilfswand
verwendet wird. Die Reproduzierbarkeit der Schweißverbindung
wird auch verbessert, so dass ein robuster Herstellungsprozess resultiert.
-
Durch
die Verwendung der Schweißstreifen wird
natürlich
die thermische Leitfähigkeit
in Richtung des Temperaturgradienten erhöht. Die nachteiligen Effekte
hiervon können
dadurch vermieden werden, dass man die Metallfolie ausreichend dünn und breit macht.
Dies ist auf die Tatsache bezogen, dass ein beachtliches Stück Metallfolie,
wobei dieses das wichtigste Material ist, das einen Wärmetransport
in der relevanten Richtung sicherstellen kann, zwischen den zwei
Schweißstreifen
in der Richtung des Temperaturgradienten vorhanden ist.
-
Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die Hilfswände
durch ein Stück
Metallfolie mit einer Dicke zwischen 10 μm und 50 μm ausgebildet.
-
Es
ist herausgefunden, dass der Schweißprozess hier schnell durchgeführt werden
kann, während
der Wärmetransport
extrem minimal ist.
-
Es
wird hier angemerkt, dass es prinzipiell möglich ist, Metallfolie mit
einer anderen Dicke anzuwenden, wie beispielsweise mit einer Dicke
zwischen 15 μm und
40 μm und
20 μm oder
30 μm. Es
ist auch möglich,
ein Stück
Metallfolie mit einer Dicke zwischen 5 μm und 100 μm oder zwischen 2 μm und 500 μm auszuwählen. Die
oben angegebenen unteren und oberen Grenzen können miteinander kombiniert werden.
-
Es
ist vom Erfinder weiterhin herausgefunden worden, dass rostfreier
Stahl attraktive Eigenschaften für
eine Verwendung als Metallfolie für diese Anwendung hat. Er hat
schließlich
einen niedrigen Wärmeleitungskoeffizienten,
ist stark und kann ohne weiteres geschweißt werden. Andere Metalle,
wie beispielsweise Titan, sind jedoch keineswegs ausgeschlossen.
-
Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
stellt die Maßnahmen
zur Verfügung,
dass das Material des Schweißstreifens
dasselbe wie das Material der Hauptwand ist.
-
Als
Ergebnis dieser Maßnahme
erlangt der Schweißprozess
eine gewisse Symmetrie relativ zur Folie. Die Folie ist schließlich zwischen
dem Material der Hauptwand und dem – als Ergebnis dieser Maßnahme – identischen
Material des Schweißstreifens umgeben.
Diese Symmetrie hat den Effekt eines Verbesserns der Qualität des Schweißprozesses.
Insbesondere werden Probleme, wie beispielsweise das Durchbrennen
der Folie, wenn sie nicht richtig an den Einfassungen platziert
ist, vermieden.
-
Noch
ein weiteres Ausführungsbeispiel
stellt die Maßnahme
zur Verfügung,
dass das Füllmaterial durch
ein offenzelliges Material mit kleinen Aushöhlungen ausgebildet ist.
-
Die
Bezeichnung "klein" muss hier derart verstanden
werden, dass sie so klein bedeutet, dass die freie Pfadlänge der übrigen Moleküle im Vakuum, das
im Füllmaterial
erzeugt ist, größer als
die Dimension der Aushöhlungen
ist. Ein Wärmetransport durch
eine Gasleitung wird hierdurch weitestmöglich beschränkt.
-
Wenn
dieses Ausführungsbeispiel
angewendet wird, ist es attraktiv, dass das Füllmaterial mit Evakuierungskanälen auf
wenigstens einer Oberfläche
versehen ist, die sich quer zur Richtung des Temperaturgradienten
erstreckt.
-
Als
Ergebnis der kleinen Dimensionen der Zellen des Füllmaterials
ist nicht nur der Transport thermischer Energie weitestmöglich beschränkt, sondern
ist auch der Transport der Moleküle
per se stark beschränkt.
Eine vollständige
Evakuierung des Füllmaterials
würde hierdurch
eine relativ lange Zeit dauern. Durch Einrichten dieser Kanäle wird
die Evakuierungszeit beachtlich verkürzt, da die Entfernung, über welche
ein Molekularfluss im Füllmaterial
stattfindet, beachtlich verkürzt
wird und der Fluss in den Evakuierungskanälen noch laminar gehalten wird.
-
In
Abhängigkeit
vom gewählten
Material ist das Einrichten von solchen Kanälen im offenzelligen Material
nicht immer einfach; einige Materialien sind schwierig zu verarbeiten.
Um eine freie Auswahl von Füllmaterial
beizubehalten, kann es attraktiv sein, die Evakuierungskanäle in einem
getrennten Körper
anzuordnen, der beispielsweise aus einem Material hergestellt ist,
das einfach zu verarbeiten ist. Weil sich ein solcher getrennter
Körper
nur über
eine kurze Länge
in bezug auf den Temperaturgradienten erstreckt, wird der entgegenwirkende
Effekt davon auf die thermische Isolation beschränkt.
-
Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst das Füllmaterial
Fasern, vorzugsweise Glasfasern, die sich im Wesentlichen parallel
zu den Hauptwänden
erstrecken. Hierdurch wird ein sehr niedriger thermischer Widerstand
möglich, zusammen
mit einem einfachen Herstellungsprozess.
-
Um
eine Befestigung des Paneels so einfach wie möglich zu machen, ist mindestens
ein Befestigungsbügel
mittels Schweißverbindung
an mindestens einer der Hautwände
befestigt.
-
Die
thermischen Isolationseigenschaften werden durch das Schweißen an die
Hauptwände kaum
beeinflusst.
-
In
vielen Fällen
gibt es eine Notwendigkeit für ein
rechteckförmiges
Isolationspaneel. Zu diesem Zweck stellt die Erfindung die Maßnahme zur
Verfügung,
dass das Gehäuse
die Form eines Blocks annimmt und dass die Hauptwände flach
sind.
-
In
der Anwendung erstreckt sich hierbei der Temperaturgradient senkrecht
zu der Hauptebene des Blocks, so dass der Block auf einfache Weise
als Aufbaukomponente für
thermisch isolierte Räume verwendet
werden kann. Gemäß der Erfindung
ist die Schweißstelle
an den Hilfswänden
anschließend
an die Streben angeordnet.
-
Um
eine Oberfläche
zu haben, an welche die Folie und der Schweißstreifen geschweißt werden können, können die
Hauptwände
an ihren Ecken gebogen werden, um eine Einfassung auszubilden. Diese
wird dann an die Hilfswände
geschweißt.
-
Um
den thermischen Widerstand weitestmöglich zu erhöhen, kann
die Einfassung auf ein dünneres
Maß tiefgezogen
werden. Diese Maßnahme
resultiert in einer dünnen
Einfassung mit hohem Wärmewiderstand.
-
Anstelle
eines Biegens der Ecken der Hauptwände ist es für eine Einfassung
auch möglich,
an den Hauptwänden
durch ein Winkelprofil ausgebildet zu sein, das durch Schweißen mit
der Hauptwand verbunden ist. Die Hilfswände werden dann daran geschweißt.
-
Das
Winkelprofil wird allgemein mit dem Teil der Hauptwände benachbart
zu den Streben der Hauptwände
verbunden sein. Es ist auch möglich, dass
die Hauptwände
sich außerhalb
der Hilfswände erstrecken
und dass das Winkelprofil an dem Teil der Hauptwand, der nach außen über die
Hilfswand hinausragt, fixiert ist.
-
Ein
solcher Aufbau ist vorzugsweise bei Isolationspaneelen anwendbar,
die als Abdeckpaneele für
Außenwände verwendet
werden. In diesem Fall dienen die hinausragenden Teile der wenigstens
einen Hauptwand zum Abdecken der Stützstruktur für die Paneele.
-
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
stellt die Maßnahme
zur Verfügung,
dass die Hauptwände
abgerundete Ecken aufweisen.
-
Diese
Maßnahme
betrifft das Verfahren, das zum Schweißen der Folie angewendet wird.
Die Folie wird hierbei bevorzugt um die Anordnung aus der Füllung und
den Hauptwänden
platziert und dann wird die Folie gespannt. Die Ecken der Hauptwände sind
vorzugsweise abgerundet, um dieses Spannen und Gleiten lassen der
Folie über
die Einfassungen der Hilfswände
zu erleichtern.
-
Ein
thermisches Isolationspaneel bzw. Vakuumisolationspaneel gemäß der vorliegenden
Erfindung kann auch aus unterschiedlichen Paneelen zusammengebaut
sein. In Abhängigkeit
von der gewählten
Anwendung können
solche zusammengesetzten Paneele beispielsweise wieder als Außenwand-Abdeckpaneel
erwünscht
sein.
-
Ein
solches zusammengesetztes Isolationspaneel ist vorzugsweise aus
einer Anzahl von Paneelen ausgebildet, die mit paralleler Hauptoberfläche übereinander
platziert sind, wobei die wechselseitig benachbarten Hauptwände in eine
einzige Zwischenwand kombiniert sind. Diese Anordnung stellt die
Option eines Reduzierens der Zwischenwand zu einer Wand zur Verfügung, die
sich zwischen den Hilfswänden
erstreckt.
-
Es
ist jedoch möglich,
Situationen ins Auge zu fassen, wie beispielsweise bei der thermischen Isolation
von Rohren, in welchen es attraktiv ist, dass das Isolationspaneel
die Form des Mantels eines kreisförmigen Zylinders hat, dass
sich der Temperaturgradient bei einer Anwendung radial erstreckt
und dass die Hauptoberflächen
konzentrisch platziert sind.
-
Bei
einer solchen Konfiguration ist es attraktiv, wenn das Füllmaterial
durch Wickeln einer Faser ausgebildet ist.
-
Dies
hat den Vorteil, dass Fasern, die übereinanderliegen und sich
wechselseitig unter einem Winkel schneiden, eine sehr kleine Kontaktfläche haben,
wodurch die thermische Leitfähigkeit über das feste
Material extrem niedrig ist.
-
Während des
Wickelns kann die Spannung in der Faser so gesteuert werden, dass
nach einer Evakuierung des Rohrs die Spannung im Produkt minimal
ist und die Form rein zylindrisch ist.
-
Eine
große
Anzahl von Wicklungen wird im Allgemeinen nötig sein, so dass die stochastische Variation
bezüglich
einer Dicke der Faser kaum in eine Variation bezüglich einer Dicke der Füllung umgesetzt
wird. Ein weiterer resultierender Vorteil besteht darin, dass die
Faser aus einer Gesamtheit besteht, so dass keine Enden an den Endflächen vorstehen
und die Gefahr, dass Fasern in die Schweißstelle eintreten, beschränkt ist.
-
Die
Fasern sind vorzugsweise durch Glasfasern ausgebildet.
-
Wenn
diese Konfiguration angewendet wird, ist es strukturell attraktiv,
dass die Hilfswände
kreisringförmig
sind und dass eine sich nach außen
erstreckende Einfassung durch Biegen an der äußeren Ecke und der inneren
Ecke ausgebildet wird, welche Einfassung an die Hauptwände geschweißt wird.
-
Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
stellt die Maßnahme
zur Verfügung,
dass Evakuierungskanäle,
die sich in einer axialen Richtung erstrecken, zum axialen Aneinanderschweißen in der Außenwand
ausgebildet sind.
-
Diese
Kanäle
dienen auch dazu, zu veranlassen, dass während einer Evakuierung eine
definierte Verformung über
dem Umfang auftritt.
-
Es
ist jedoch am attraktivsten, wenn die Einfassungen der Hilfswände gegen
die Innenflächen der
Hauptwände
geschweißt
werden. In diesem Fall kann auf die zwischen der Hilfswand und dem
Innenzylinder herzustellende Schweißstelle schneller zugegriffen
werden.
-
Dasselbe
Verfahren eines Wickelns der Fasern kann auch für die flachen Paneele angewendet werden,
indem die Spannung so aufgebaut wird, dass, nach einem axialen Trennen
der gewickelten Füllung,
sie sich praktisch flach erstreckt.
-
Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
stellt die Maßnahme
zur Verfügung,
dass das Paneel die Struktur eines einseitig offenen Isolationskastens
hat, wobei sich die Wände
entsprechend den Hilfswänden
parallel zur Ebene der offenen Seite erstrecken.
-
Es
ist auch attraktiv, die Ecke von einer der Hauptwände so zu
biegen, dass eine dünne
Hilfswand resultiert, die unter einem rechten Winkel zur Hauptwand
ist, welche infolge davon unter einem rechten Winkel dazu einen
Streifen mit der ursprünglichen
Dicke hat, der als Schweißstreifen
dient.
-
Eine
solche Konfiguration ist beispielsweise bei einem Kühlschrank
attraktiv.
-
Hierbei
können
auch die Maßnahmen
gemäß der Erfindung
angewendet werden.
-
Die
Erfindung betrifft nicht nur ein Vakuumisolationspaneel in diversen
Konfigurationen, sondern betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen
eines Vakuumisolationspaneels.
-
Dieses
Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – Versehen
beider Hauptwände
mit einer Einfassung, die sich in der Anwendung in der Richtung des
Temperaturgradienten erstreckt;
- – übereinander
Anbringen einer unteren Hauptwand, der Füllung und der oberen Hauptwand;
- – Anordnen
einer Folie, aus der die Hilfswand um den so ausgebildeten Aufbau
ausgebildet werden muss;
- – Verschweißen der
Folie mit den Einfassungen; und
- – Evakuieren
des so entstandenen Paneels, worin die Folie mit den Einfassungen
unter Zufügung
eines Schweißstreifens
verschweißt
wird.
-
Um
Spannungen während
des Schweißens weitgehendst
zu verhindern, wird die Folie gleichzeitig mit den beiden an die
Folie angrenzenden Einfassungen, d. h. der Einfassung der oberen
Hauptwand und der Einfassung der unteren Hauptwand, verschweißt. Der
Folienstreifen wird hierdurch symmetrisch belastet, so dass ein
Verziehen verhindert wird.
-
Um
die Kontrolle über
den Schweißprozess weitestmöglich zu
verbessern, geschieht das Schweißen mittels Laserschweißen.
-
Die
Folie wird vorzugsweise straff gezogen und ein Vakuum wird aufgebracht,
bevor ein Schweißen
beginnt. Hierdurch wird ein guter Kontakt zwischen der Folie bei
der zu schweißenden
Position und den Einfassungen der Hauptwände erhalten, und die obere
Oberfläche
wird relativ zu der unteren Oberfläche so positioniert, dass die
Variation der Eckenposition, genommen als Ganzes über dem Umfang,
minimal ist.
-
Während des
Schweißens
wird die Folie an dem Werkstück
angebracht. Es ist dann nicht mehr möglich, beide Enden der Folie
straff zu spannen, obwohl es dann für das lose Ende der Folie noch
attraktiv ist, während
des Schweißens
straff gezogen zu werden, wodurch ein festes Sandwich-Paneel erzeugt
wird, welches aufgrund der Kompression des Füllmaterials bereits die Form
des Endprodukts hat, so dass die Spannungen minimiert werden. Dadurch, dass
das Aufbringen des Vakuums und ein Spannen der Folie gleichzeitig
stattfinden und diese Vorgänge aneinander
angepasst werden, bleibt die Folie unverformt.
-
Um
das Halten der Form des Werkstücks während eines
Schweißens
sicherzustellen, wird die untere Hauptwand vor dem Schweißen auf
einen Vakuumtisch gelegt. Weiterhin wird vorzugsweise während eines
Schweißvorgangs
ein Vakuum auf das Innere des Paneels ausgeübt.
-
Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Vakuumisolationspaneels
vom oben angegebenen Typ, wobei vor einem Anordnen der Füllung die
Füllung
durch Wickeln einer Faser um einen Kern, Schneiden durch das so
ausgebildete Faserpaket in radial-axialer Richtung zum Wickelkern
ausgebildet wird.
-
Während eines
Wickelns wird die Spannung der Faser vorzugsweise zum Wickeln der
Faser mit einer Spannung so gesteuert bzw. überwacht, dass die Spannung
der Fasern beim Schneiden im Wesentlichen dieselbe ist. Die Wicklungen,
die an der Außenseite
der Umhüllung
vorhanden sind, werden schließlich
eine größere Länge als
diejenigen an der Innenseite haben. Dieser Unterschied kann durch Kontrollieren
bzw. Steuern der Spannung kompensiert werden.
-
Diese
Spannungssteuerung kann unter Verwendung eines Verfahrens ausgeführt werden,
bei welchem die Spannung in den Fasern durch Aussetzen der Fasern
einer Erhöhung
bezüglich
einer Temperatur gesteuert wird. Dies ist insbesondere attraktiv,
wenn die Fasern durch Glasfasern ausgebildet sind. Glasfasern werden
mit einer Beschichtung geliefert, die für die Anwendung bei der vorliegenden Erfindung
nicht erwünscht
ist. Diese Beschichtung wird durch die Erwärmung abgebrannt.
-
Andere
attraktive bevorzugte Ausführungsbeispiele
sind in den übrigen
Unteransprüchen
angegeben.
-
Die
vorliegende Erfindung wird hierin nachfolgend unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Figuren erklärt
werden, wobei:
-
1 eine
schematische, perspektivische Ansicht eines Isolationspaneels gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
-
2 eine
Ansicht, teilweise im Querschnitt, des in 1 gezeigten
Isolationspaneels ist;
-
3 eine
Querschnittansicht entsprechend der 2 eines
weiteren Ausführungsbeispiels
des Isolationspaneels gemäß der Erfindung
ist;
-
4 eine
Querschnittsansicht entsprechend den 2 und 3 von
noch einem weiteren Ausführungsbeispiel
des Isolationspaneels ist;
-
5 eine
Ansicht während
eines Schweißens
gemäß der 1 ist;
-
6a eine
horizontale Querschnittsansicht des Isolationspaneels gemäß der Erfindung
während eines
Anordnens der Folie ist;
-
6b eine
Ansicht entsprechend der 6a ist,
nachdem die Folie angeordnet worden ist;
-
7 eine
schematische, perspektivische Ansicht einer Füllung gemäß einem attraktiven Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
-
8 eine
auseinandergezogene Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels
des Isolationspaneels gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
-
9 eine
Querschnittsansicht des in 8 gezeigten
Ausführungsbeispiels
ist; und
-
10 eine
perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels ist.
-
Das
in 1 gezeigte Isolationspaneel ist durch eine obere
Hauptwand 1 und eine untere Hauptwand 2, die in 1 nicht
sichtbar ist, ausgebildet, wobei beide Hauptwände wechselseitig durch eine
Metallfolie 3 verbunden sind, die sich um das Gesamte erstreckt.
Eine Füllung 4 ist
zwischen der unteren Hauptwand 2 und der oberen Hauptwand 1 angeordnet
und durch die Metallfolie umgeben.
-
Wie
es unter anderem in 2 gezeigt ist, ist die Metallfolie 3 mit
einer gebogenen Einfassung 5 der oberen Hauptwand 1 und
einer gebogenen Einfassung 6 der unteren Hauptwand 2 verschweißt. Um die
Qualität
der Schweißstelle
zwischen der gebogenen Einfassung 5 und der Metallfolie 3 und
zwischen der gebogenen Einfassung 6 und der Metallfolie 3 zu verbessern,
ist jeweils ein Streifen 7, 8 grob übereinstimmend
mit den gebogenen Einfassungen 5, 6 angeordnet.
Dieser Streifen dient für
eine bessere Steuerung bzw. Kontrolle bzw. Überwachung des Schweißprozesses.
-
Ein
Vakuum wird in dem fertiggestellten Vakuumpaneel erzeugt. Dieses
Vakuum wird bereits teilweise während
des Spannens der Metallfolie erzeugt und wird teilweise erzeugt,
nachdem das Paneel hergestellt ist, wobei die Gase, die im Inneren vorhanden
sind, teilweise durch eine Öffnung
entfernt werden, die in der oberen Hauptwand 1 angeordnet ist.
Die in Frage stehende Öffnung
wird dann mittels einer Abdeckplatte 9 geschlossen. Diese
ist mit der oberen Hauptwand 1 verschweißt. Es wird
offensichtlich sein, dass die Schweißstellen, um eine vakuumdichte
Umhüllung
mit einer ausreichenden Lebensdauer zu erhalten, die hohen Standards
erfüllen
müssen.
Um den Isolationswert des Paneels weitestmöglich zu erhöhen, ist
die Folie 3 vorzugsweise so dünn wie möglich und ist vorzugsweise
aus Metall mit niedriger Leitfähigkeit,
wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Titan oder einer geeigneten
Legierung, hergestellt.
-
Bei
dem unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen
Ausführungsbeispiel
wird die Einfassung 5, 6 durch Biegen einer Ecke
der oberen Hauptwand 1 bzw. der unteren Hauptwand 2 erhalten,
obwohl es stattdessen auch möglich
ist, an ein Winkelprofil zu schweißen. Im Allgemeinen ist es
einfach, eine Schweißverbindung
mit den Hauptwänden 1, 2 herzustellen,
da diese aus einem dickeren Material als die Folie hergestellt sind.
-
Das
Winkelprofil kann an der Innenseite der äußeren Ecke der Hauptwände 1, 2 platziert
sein. Dann ergibt sich eine Konfiguration, die sich von der in 1 und 2 gezeigten
Konfiguration etwas unterscheidet.
-
Es
ist jedoch auch möglich,
beide Hauptwände 1, 2,
oder eine hiervon, sich etwas über
die Wand hinausgehend erstrecken zu lassen, die im vorliegenden
Fall durch eine Folie ausgebildet ist, wodurch ein vorstehender
Flansch erhalten wird, der beispielsweise zum Abdecken eines Rahmens
verwendet werden kann.
-
In
einer solchen Situation kann das Profil auch an der Außenseite
angeordnet sein, wie es in 3 gezeigt
ist. In einigen Situationen kann es attraktiv sein, eine zusammengesetzte
Wandkonfiguration zu verwenden.
-
Es
ist möglich,
ein Aufbauen einer solchen Konfiguration aus zwei Isolationspaneelen
ins Auge zu fassen, die übereinander
gestapelt sind. Eine einzige Wand kann hierbei zwischen den zwei
Paneelen vorhanden sein, aber diese Trennwand kann auch als Ring
verkörpert
sein, der nur denjenigen Teil des größeren Paneels bedeckt, der
nicht durch das kleinere Paneel bedeckt ist. Ein Querschnitt einer
solchen Konfiguration ist in 4 gezeigt.
-
Es
wird offensichtlich sein, dass eine solche Konfiguration zahlreiche
Formen annehmen kann; sie kann beispielsweise abgerundet sein, rechteckförmig sein
oder, in Abhängigkeit
von der Anwendung, eine andere zufällige Form haben. Es ist weiterhin
möglich,
Konfigurationen ins Auge zu fassen, bei welchen beide Paneele wechselseitig
versetzt sind.
-
Bei
der Herstellung eines solchen Paneels wird beginnend von dem Ausführungsbeispiel
aus, das mit den Einfassungen 5, 6 versehen ist,
die untere Hauptwand 1 anfangs auf einen Vakuumtisch 13 gelegt.
Dann wird darauf und auf der oberen der Hauptoberfläche 1 eine
Füllung
platziert.
-
Eine
Schleife 14 wird um die so ausgebildete Anordnung aus der
Metallfolie 3 ausgebildet, wie es in 6a gezeigt
ist. Diese Schleife 14 wird, zusammen mit einem Anlegen
eines Vakuums im Inneren der Anordnung, mittels einer Spannvorrichtung
um die Anordnung gespannt. Die Folie wird hierdurch gegen die Anordnung
gezogen werden und das Füllmaterial
wird komprimiert werden, so dass die Folie bei der richtigen Position
relativ zu den Einfassungen angeordnet wird.
-
Die
Vorrichtung ist dann dazu bereit, geschweißt zu werden. Zu diesem Zweck
werden aufgrund der besseren Steuerbarkeit bzw. Kontrollierbarkeit
des Schweißprozesses
vorzugsweise Laserschweißvorrichtungen
verwendet. Wie es in
-
5 gezeigt
ist, werden Laserschweißstrahlen 16, 17 auf
die Elemente zum Verbinden gerichtet, d. h. die Metallfolie 3 und
die gebogene Einfassung 5 bzw. 6. Bevor der Schweißprozess
beginnt, werden jeweilige Schweißstreifen 7, 8 angeordnet
und wird dann das auszubildende Isolationspaneel geschweißt. Es ist
hierbei möglich,
die Quelle der Laserschweißenergie
um das Werkstück
zu bewegen, und zwar beispielsweise dadurch, dass diese Laserschweißquelle
in dem Kopf eines Roboters untergebracht ist, oder indem das Werkstück hinter
die Laserschweißquelle
bewegt wird.
-
Es
ist hier anzumerken, dass die Ecken der oberen und der unteren Hauptwand
und der Füllung 4 abgerundet
sind, um zu ermöglichen,
dass die Metallfolie auf einfache Weise um das Werkstück straff gezogen
wird. Dies hat darüber
hinaus den Vorteil, dass die Folie auf einfache Weise straff gezogen
werden kann; die Folie wird sich schließlich einfach entlang den gekrümmten Wandteilen
bewegen.
-
Es
wird weiterhin offensichtlich sein, dass dann, wenn die Schweißoperation
zum Zusammenschweißen
von Folie und oberer bzw. unterer Wand und den relevanten Schweißstreifen 7, 8 fertiggestellt ist,
die Folie und die Schweißstreifen 7, 8 getrennt werden
müssen
und die zwei Enden der Folie 3 zusammengeschweißt werden
müssen.
Zu diesem Zweck wird vorzugsweise auch ein Stück eines Schweißstreifens
verwendet, der sich in diesem Fall parallel zum Temperaturgradienten
erstreckt und somit einen potentiellen thermischen Kurzschluss ausbildet.
Um ein robustes Schweißen
der Folie mit den Schweißstreifen
zu ermöglichen,
ist eine Start- und Endplatte 11, 12 hinter der
Folie und den Schweißstreifen
platziert, welche Platte einem Stoßschweißen an beide Einfassungen 5, 6 unterzogen
ist. Angesichts der kleinen Dimensionen dieses Elements ist jedoch
der dadurch verursachte thermische Verlust vernachlässigbar.
-
Das
Vakuumpaneel kann dann mittels der in der oberen Wand angeordneten Öffnung zu
dem erforderlichen Enddruck evakuiert werden. Zu diesem Zweck wird
anfangs ein Spülen
ausgeführt,
um Restmaterial zu entfernen, wie beispielsweise Wasser und ähnliches,
welches im Inneren vorhanden ist und welches in einer Kontaminierung
resultieren kann, wenn ein ausreichendes Vakuum erzeugt worden ist. Die
Spülschritte
werden vorzugsweise mit leichteren Gasen aufeinanderfolgend ausgeführt.
-
Es
ist weiterhin möglich,
ein Getter bzw. einen Fangstoff zum Anordnen im Inneren zu verwenden.
Dies ist jedoch nicht empfohlen.
-
Nachdem
ein ausreichendes Vakuum angelegt worden ist, wird die Abdeckplatte 9 auf
magnetische Weise auf der Öffnung
platziert, während
ein Vakuum beibehalten wird, und dann wieder einmal mittels eines
Lasers an der Stelle geschweißt.
-
Hierdurch
wird ein Vakuumpaneel erhalten, das einen außergewöhnlich hohen Isolationswert
mit einer langen Lebensdauer von wenigstens 50 Jahren, ein attraktives
Erscheinungsbild, kombiniert, so dass es gut zur Anwendung als Außenwandelement geeignet
ist, während
es weiterhin zahlreiche Freiheitsgrade für sein Design gibt.
-
Die
Evakuierung des Inneren des Vakuumpaneels wird stark verbessert,
wenn die Füllung
des Vakuumpaneels mit Evakuierungskanälen versehen ist, wie es in 7 gezeigt
ist. Diese erstrecken sich vorzugsweise auf diejenige Seite der
Füllung,
an welche die Evakuierungsöffnung
anschließt.
Diese Kanäle
sind vorzugsweise durch Nuten ausgebildet, die in der Füllung angeordnet
sind.
-
Sie
können
jedoch auch als Kanäle
verkörpert
sein, die sich im Inneren der Füllung
erstrecken. Es ist gleichermaßen
möglich,
diese Kanäle
in einem separaten Material anzuordnen, das dann auf der Füllung platziert
wird. Das Material muss dann mit Öffnungen, wie beispielsweise
bei den Positionen, wo sich die Kanäle schneiden, versehen sein,
um eine Verbindung mit der tatsächlichen
Füllung
auszubilden.
-
Bei
den oben erklärten
Ausführungsbeispielen
ist der Temperaturgradient in jedem Fall senkrecht zu den Hauptwänden des
Paneels ausgerichtet.
-
Es
gibt Anwendungen, wie beispielsweise für Isolationsrohre oder Durchführungen,
bei welchen das Isolationspaneel vorzugsweise eine zylindrische Form
hat, wobei sich der Temperaturgradient in radialer Richtung erstreckt.
-
Ein
solches Isolationspaneel ist in 8 gezeigt.
Es weist ein inneres Rohr 18 auf, um welches eine Füllung aus
Isoliermaterial 19 platziert ist, welches an seiner Außenseite
durch ein äußeres Rohr 20 umgeben
ist. Der Endfläche,
die in die sem Fall durch zwei Ringe 21 ausgebildet ist,
muss die dünnste
Form, die möglich
ist, gegeben werden, um einen thermischen Fluss zu verhindern. Zu
diesem Zweck kann dieselbe Konfiguration wie beim oben angegebenen
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung verwendet werden. Ringe werden vorzugsweise mit einer
U-förmigen Konfiguration
verwendet, die dann an sowohl das innere Rohr 18 als auch
das äußere Rohr 20 geschweißt werden,
während
jeweilige Streifen 22, 23 hinzugefügt werden.
Diese Schweißstreifen bringen
eine Verbesserung bezüglich
der Schweißqualität hervor.
-
Eine
solche Konfiguration ist in 9 gezeigt.
-
Aufgrund
der kreisringförmigen
Konfiguration dieses Paneels wird vorzugsweise ein Füllmaterial
verwendet, das aus einer Faser, wie beispielsweise einer Glasfaser,
gewickelt ist. Durch spiralförmiges
Wickeln der Fasern wird die Kontaktfläche zwischen den gewickelten
Teilen der Fasern extrem klein, so dass der Wärmetransport durch das Material über eine
Wärmeleitung
sehr gering wird.
-
Dieses
Herstellungsverfahren für
das Füllmaterial
kann auch für
das flache Paneel angewendet werden, wobei die Faser unter Spannung
auf einen ausreichend großen
Zylinder gewickelt wird, so dass sich das Füllmaterial nach einem axialen
Schneiden ausbreitet, um eine Oberfläche auszubilden. Die Spannung
kann auch durch Erwärmen
der Faser während
eines Wickelns erhalten werden, was auch den Vorteil hat, dass die
Beschichtung der Faser abgebrannt wird und die Vakuumpumpe nicht
damit kontaminiert wird.
-
Schließlich zeigt
die 10 ein alternatives Ausführungsbeispiel in der Form
eines Gehäuses, wie
beispielsweise eines Kühlschranks,
bei welchem die Erfindung gleichermaßen anwendbar ist. Hier ist das
Isolationspaneel in der Form eines Gehäuses; hier sind ebenso ein
inneres Gehäuses 24 und
ein äußeres Gehäuses 25 vorhanden,
die wechselseitig durch einen Folienstreifen 26 verbunden
sind, über welchem
der Temperaturgradient vorhanden ist.
-
Die
Vorteile der Erfindung werden auch durch Schweißen dieses Streifens bei einer
Stelle auf die oben beschriebene Weise erhalten.