DE602004009266T2

DE602004009266T2 - Vakuumisolationspaneel

Info

Publication number: DE602004009266T2
Application number: DE602004009266T
Authority: DE
Inventors: Wessel Bart Veltkamp
Original assignee: Level Holding BV
Current assignee: Level Holding BV
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2024-11-20
Also published as: ATE374872T1; CN1636707B; NL1024810C2; ES2295769T3; JP2005172420A; US20050144904A1; EP1533430A3; EP1533430A2; CN1636707A; US8137784B2; EP1533430B1; DE602004009266D1; CA2488078C; JP4755412B2; CA2488078A1

Description

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.
Ein solches Vakuumisolationspaneel ist aus EP-A-0 857 833 bekannt.
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.

Claims

Vakuumisolationspaneel, das besteht aus: – einem Gehäuse mit: – einer ersten Hauptwand (1) und einer zweiten Hauptwand (2), die in der Anwendung sich beide senkrecht zu einem Temperaturgradienten erstrecken, und – Hilfswänden (3), die die beiden Hauptwände (1, 2) miteinander verbinden und sich in der Anwendung parallel zum Temperaturgradienten erstrecken, worin die Hilfswände (3) mithilfe von Ecken mit den Hauptwänden (1, 2) verbunden sind, und – einer Füllung (4), die sich in dem Gehäuse (1, 2, 3) befindet und Druckkräften zu widerstehen vermag, – worin der Druck im Gehäuse (1, 2, 3) auf einen Wert reduziert ist, bei dem kein nennenswerter Wärmetransport stattfindet, und – worin das Gehäuse (1, 2, 3) aus Metall hergestellt ist, – worin ein Streifen von der Hilfswand (3), der eine Ecke berührt, mit den Hauptwänden (1, 2) verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schweißstreifen (7, 8) mit der Schweißstelle verschweißt ist.
Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswände von einem Stück Metallfolie (3) mit einer Dicke zwischen 10 und 50 μm gebildet werden.
Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (3) von einer Folie aus rostbeständigem Stahl gebildet wird.
Vakuumisolationspaneel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Schweißstreifens (7, 8) der gleiche ist wie der Werkstoff für die Hauptwände (1, 2).
Vakuumisolationspaneel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (4) von einem offenzelligen Material mit kleinen Aushöhlungen gebildet wird.
Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (4) mit Evakuierungskanälen an mindestens einer Fläche, die sich quer zur Richtung des Temperaturgradienten erstreckt, versehen ist.
Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Evakuierungskanäle in einem Körper angeordnet sind, der vom Rest der Füllung getrennt ist.
Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (4) Fasern umfasst, die sich im Wesentlichen parallel zu den Hauptwänden erstrecken.
Vakuumisolationspaneel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Befestigungsbügel (9) mittels Schweißverbindung an mindestens einer der Hauptwände (1, 2) befestigt ist.
Vakuumisolationspaneel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1, 2, 3) die Form eines Blocks hat und dass die Hauptwände (1, 2) flach sind.
Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwände (1, 2) an ihren Ecken umgebogen sind, um eine Einfassung (5, 6) zu bilden, die mit den Hilfswänden (3) verschweißt ist.
Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfassung (5, 6) auf ein dünneres Maß tiefgezogen ist.
Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einfassung (5, 6) an den Hauptwänden mithilfe eines Winkelprofils gebildet wird, das durch Schweißen mit der Hauptwand verbunden ist,.
Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwände (1, 2) sich außerhalb der Hilfswände (3) erstrecken und dass das Winkelprofil mit dem Teil der Hauptwände (1, 2), der nach außen über die Hilfswände (3) hinaus ragt, verschweißt ist.
Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 8–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswände (3) abgerundete Ecken umfassen.
Vakuumisolationspaneel, dadurch gekennzeichnet, dass – das Vakuumisolationspaneel von einer Anzahl Isolationspaneelen nach einem der Ansprüche 10–15 gebildet wird, die mit den Hauptflächen übereinander angeordnet sind, und – die gegenseitig benachbarten Hauptwände (1, 2) zu einer einzigen Zwischenwand (15) kombiniert sind.
Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwand auf eine Wand (15) reduziert ist, die sich zwischen den Hilfswänden (3) erstreckt.
Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationspaneel (18, 19, 21) die Form des Mantels eines kreisförmigen Zylinders hat, dass bei der Anwendung des Paneels der Temperaturgradient radial verlauft und dass die Hauptflächen (18, 20) konzentrisch angeordnet sind.
Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswände (21) ringförmig sind und dass eine sich nach außen erstreckende Einfassung (22, 23) durch Biegen an der Außenkante und der Innenkante gebildet wird, welche Einfassung (22, 23) mit den Hauptwänden (18, 20) verschweißt ist.
Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfassungen (22, 23) der Hilfswände (21) gegen die Innenflächen der Hauptwände (18, 20) geschweißt sind.
Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (19) durch spiralförmiges Aufwickeln einer Faser um die innere Hauptwand (18) gebildet wird.
Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 8 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern von Glasfasern gebildet werden.
Einseitig offene kastenähnliche Konstruktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände dieser kastenähnlichen Konstruktion aus Paneelen nach einem der Ansprüche 10–15 zusammengesetzt sind, worin die Hauptwände (1, 2, 24, 25) der Paneele sich auf der Innenseite beziehungsweise der Außenseite der kastenähnlichen Konstruktion befinden.
Kastenähnliche Konstruktion nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass gegenseitig verbindende Hauptwände (1, 2, 24, 25) der Paneele nur miteinander verbunden sind.
Kastenähnliche Konstruktion nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass Hauptwände (1, 2, 24, 25) der Paneele, die der offenen Seite benachbart sind, mit einem Folienstreifen (26) versehen sind, der mit der offenen Seite verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Vakuumisolationspaneels, bestehend aus: – einem Gehäuse (1, 2, 3) mit: – einer ersten Hauptwand (1) und einer zweiten Hauptwand (2), die sich beide in der Anwendung senkrecht zu einem Temperaturgradienten erstrecken, und – Hilfswänden (3), die die beiden Hauptwände (1, 2) miteinander verbinden und sich in der Anwendung parallel zum Temperaturgradienten erstrecken, worin die Hilfswände (3) mithilfe von Ecken mit den Hauptwänden (1, 2) verbunden sind, und – einer Füllung (4), die sich in dem Gehäuse (1, 2, 3) befindet und Druckkräften zu widerstehen vermag, – worin der Druck im Gehäuse (1, 2, 3) auf einen Wert reduziert ist, bei dem kein nennenswerter Wärmetransport stattfindet, und – worin das Gehäuse (1, 2, 3) die Form eines Kastens hat und die Hauptwände (1, 2) flach sind; und – worin das Gehäuse (1, 2, 3) aus Metall hergestellt ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – übereinander Anbringen einer unteren Hauptwand (2), der Füllung (4) und der oberen Hauptwand (2); – Anbringen einer Folie, aus der die Hilfswand (3) um den so gebildeten Aufbau gebildet werden muss; – Verschweißen der Folie (3) mit den Einfassungen (5, 6); und – Evakuieren des so entstandenen Paneels, – worin die Folie (3) mit den Einfassungen (5, 6) unter Zufügung eines Schweißstreifens (7, 8) verschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) gleichzeitig mit den beiden an die Folie (3) angrenzenden Einfassungen (5, 6) verschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen mittels Laserschweißen geschieht.
Verfahren nach Anspruch 26, 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) bevor das Schweißen beginnt, straffgezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26–29, dadurch gekennzeichnet, dass das lose Ende der Folie (3) während des Schweißvorgangs gestrafft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26–30, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Hauptwand vor dem Schweißen auf einen Vakuumtisch gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schweißvorgangs ein Unterdruck auf das Innere des Paneels ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfsfolie um den Zusammenbau gelegt wird, während ein Unterdruck aufgebracht wird, und dass die Metallfolie (3) und die Schweißstreifen (7, 8) gleichzeitig mit dem Schweißen angebracht werden, während die Hilfsfolie entfernt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Vakuumisolationspaneels nach einem der vorhergehenden Ansprüche 26–33, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anbringen der Füllung die Füllung durch Wickeln einer Faser um einen Kern gebildet wird, Schneiden durch das so gebildete Faserpaket in radial-axialer Richtung zum Wickelkern.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass während des Wickelvorgangs die Faserspannung überwacht wird, um die Faser mit einer Spannung aufzuwickeln, derart dass die Spannung in den Fasern beim Schneiden im Wesentlichen dieselbe ist.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung in den Fasern überwacht wird, indem die Fasern einer Temperaturerhöhung ausgesetzt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Vakuumisolationspaneels, bestehend aus: – einem Gehäuse mit: – einer ersten Hauptwand (18) und einer zweiten Hauptwand (20), die sich beide in der Anwendung senkrecht zu einem Temperaturgradienten erstrecken, und – Hilfswänden (21), die die beiden Hauptwände (18, 20) miteinander verbinden und sich in der Anwendung parallel zum Temperaturgradienten erstrecken, worin die Hilfswände (21) mithilfe von Ecken mit den Hauptwänden (18, 20) verbunden sind, und – einer Füllung (19), die sich in dem Gehäuse befindet und Druckkräften zu widerstehen vermag, – worin der Druck im Gehäuse auf einen Wert reduziert ist, bei dem kein nennenswerter Wärmetransport stattfindet, – worin die Teile der Hilfswände (21), die mit den Ecken verbunden sind, dicker als die übrigen Teile der Hilfswände (21) sind, – worin das Gehäuse die Form eines Zylinders hat; und – worin das Gehäuse aus Metall hergestellt ist, gekennzeichnet durch die Schritte: – Wickeln einer Füllung (19) um die innere Hauptwand (18); – Anordnen der äußeren Hauptwand (20) um die Füllung (19); – Anbringen der Hilfswände (21) gegen die Hauptwände (18, 29); – Schweißen von gebogenen Einfassungen der Hilfswände (21) mit den Hauptwänden (19, 20) unter Zufügen von Schweißstreifen (22, 23); und – Evakuieren des sich so ergebenden Paneels.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25–37, dadurch gekennzeichnet, dass das Evakuieren über eine Öffnung geschieht, die in einer Hauptwand (18, 20) angebracht ist und die nach dem Evakuieren durch Aufschweißen einer Platte verschlossen wird, die während des Evakuierungsvorgangs an einer Stelle oberhalb der Öffnung aufgrund magnetischer Kraft gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn des Evakuierungsvorgangs bei einem Vakuumpumpendruck durchgeführt wird, der eine Laminarströmung in den Evakuierungskanälen und eine Molekularströmung in der Füllung zur Folge hat.
Verfahren nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spülen bis zu einem Druck stattfindet, bei dem in der Füllung gerade Laminarströmung eintritt.
Verfahren nach Anspruch 38, 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülen während der Evakuierung mit einem leichten Gas geschieht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36–41, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung nach der Evakuierung verschlossen wird und der Druck nach Ablauf einer bestimmten Zeit gemessen wird, worin das Paneel zurückgewiesen wird, wenn der Druck zu hoch ist.