DE10034816A1

DE10034816A1 - Vakuumisoliertes Gehäuse

Info

Publication number: DE10034816A1
Application number: DE2000134816
Authority: DE
Inventors: Jobst H Kerspe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2000-07-18
Publication date: 2002-02-07

Abstract

Vakuumisolierte Gehäuse für Speicher oder Hitzeschutzbehälter werden unter Anwendung "gestützten Vakuumisolations-Systeme" hergestellt. Solche Systeme weisen neben hervorragenden Isoliereigenschften in der Regel auch eine hohe Druckbelastbarkeit auf, können aber keine Zugbelastungen oder Momente übertragen. DOLLAR A Mit der dargestellten Erfindung können beliebige Kräfte so in die Isolierhülle eingeleitet werden, dass einerseits die Isoliereigenschaften nicht beeinträchtigt werden und andererseits mechanisch hochbelastbare, multifunktionale Einheiten entstehen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Kombination spezieller Stützmaterialien (4) mit mechanisch hochbelastbaren Strukturen (3). DOLLAR A Bei in sich geschlossenen Isolierbehältern kann das beschriebene Lastaufnahmeelement als umlaufender Ring oder Rahmen ausgebildet sein, wodurch sich die Belastbarkeit nochmals deutlich erhöht.

Description

Vakuumisolierte Gehäuse für Speicher oder als Hitzeschutzbehälter z. B. für Brennstoffzellen sind unter anderem aus DE 198 03 908 A1, DE 196 48 305 A1 oder DE 38 43 907 A1 bekannt. Die dort verwendeten "gestützten Vakuumisolations-Systeme" zeichnen sich einerseits durch hervorragende Isoliereigenschaften aus und sind andererseits in der Lage Druckbelastungen bis zu 8 bar (abhängig vom verwendeten Aufbau) aufzunehmen. Im evakuierten Zustand weisen derartige Aufbauten eine hohe Biegesteifigkeit auf, wie dies auch von Sandwich-Strukturen bekannt ist. In der praktischen Anwendung ist man jedoch darauf angewiesen, mögliche Krafteinleitungen in die Isolierung großflächig vorzunehmen.

Da aus Gewichtsgründen (insbesondere bei Systemen für den mobilen Einsatz) in der Regel sehr dünne Hüllmaterialien zum Aufbau der vakuumdichten Ummantelung verwendet werden, besteht bei bekannten Systemen jedoch die grundsätzliche Schwierigkeit Zug- und/oder Schubkräfte in derartige Isolierhüllen einzuleiten bzw. auf außen liegende Befestigungs-Elemente zu übertragen. Gerade bei Systemen für den Automotivbereich besteht aber häufig die Forderung Gewichts- und Beschleunigungskräfte der zu isolierenden Elemente (z. B. Brennstoffzellen) über die Isolierhülle abzufangen oder in entsprechende Fahrzeugstrukturen einzuleiten.

Zusätzliche Schwierigkeiten sind bekannt, wenn z. B. aufgrund von Leckagen in der Isolationshülle das Isolationsvakuum zusammenbricht; die dann sehr labile (weil dünnwandige) Ummantelung kann keine Kräfte mehr aufnehmen.

Der Einbau bekannter Tragstrukturen mit hohem Lastaufnahmevermögen, z. B. metallische Stege, die zwischen Innen- und Außenmantel eingeschweißt sind, ist nicht möglich, weil derartige Elemente als Wärmebrücken anzusehen sind und die Dämmeigenschaften des Gesamtgehäuses dadurch erheblich verschlechtert werden.

Aufgabe der dargestellten Erfindung ist es, beliebige Kräfte so in die Isolierhülle einzuleiten, dass die Isoliereigenschaften nicht beeinträchtigt werden. Diese Aufgabe wird durch die nach Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche enthalten Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.

Technische Untersuchungen haben gezeigt, dass durch die Kombination spezieller Stützmaterialien (4) mit mechanisch hochbelastbaren Strukturen - z. B. Profilleisten (3) - Kräfte und Momente übertragen werden können, ohne dass unzulässige Wärmebrücken entstehen.

Die in solchen Vakuumisolierungen standardmäßig verwendeten Füll- bzw. Stützmaterialien (5) sind so ausgelegt, dass sie Druckbelastungen von in der Regel 1 bar - in Ausnahmefällen bis zu 8 bar - aufnehmen können. Wie Versuche gezeigt haben, ist es möglich z. B. mineralische Fasern und/ oder Pulver durch höhere Verdichtung so aufzuarbeiten, dass hohe, örtliche Druck- und Schubkräfte aufgenommen werden können. Durch entsprechende Ausgestaltung der lasteinleitenden Komponenten - z. B. ineinander greifende Profile (3) - wird zudem erreicht, dass im isolierenden Stützmaterial (4) vorzugsweise Druckbelastungen auftreten.

Die verwendeten Tragstrukturen/Profile (3) werden in der Regel eine unzulässig hohe Festkörperwärmeleitung aufweisen; es ist daher darauf zu achten, dass sich die verwendeten Elemente unter keinen Umständen berühren und so zur Bildung von Wärmebrücken führen. Der wirksamen wärmetechnischen Entkopplung der Profile dienen die vorgenannten speziellen Stützmaterialien (4).

Bei in sich geschlossenen Isolierbehältern kann das beschriebene Lastauf nahmeelement (wie in Fig. 1 dargestellt) als umlaufender Ring oder Rahmen ausgebildet sein, wodurch sich die Belastbarkeit nochmals deutlich erhöht.

Am inneren und/oder äußeren Tragprofil können Befestigungselemente - z. B. Schweißbolzen (7) - angebracht werden, die der Lasteinleitung in das eigentliche Tragelement dienen.

Als weitere Möglichkeit der Krafteinleitung ist die Verwendung von formschlüssigen Elementen gegeben (Fig. 2; Pos. 7)

Bei sehr dünnen Vakuumisolierungen kann die erforderliche Bauhöhe des Tragelementes die Isolationsdicke überschreiten; in diesen Fällen muß die Tragstruktur nach innen oder außen - wie in Fig. 1 dargestellt - über die Kontur des Isolierbehälters hinausgebaut werden.

Mit solchen Elementen können entsprechend den mechanischen Eigenschaften des verwendeten Stützmaterials Zug-/Druck- und Schubkräfte sowie Momente aufgenommen werden - dies gilt auch für den Fall, dass das Isolationsvakuum zusammenbricht.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung des Tragelementes ist in Fig. 2 dargestellt. Wegen der hier nicht gegebenen Verzahnung der Profilstrukturen ermöglicht diese Ausführungsform lediglich die Aufnahme von Schubkräften

Fig. 1 zeigt als Schnitt durch die Wandung einer gestützten Vakuumisolation und den Aufbau sowie die Wirkungsweise eines Lastaufnahmeelementes gemäß Anspruch 1. Die Komponenten sind im einzelnen wie folgt bezeichnet: 1 vakuumdichte Außenhülle der Isolierung
2 vakuumdichte Verbindung zwischen Hüllmaterial und Tragprofil
3 ineinandergreifende Tragprofile
4 Stützmaterial mit hoher Tragfähigkeit
5 Standardmäßig verwendetes Stützmaterial
6 Innere, vakuumdichte Hülle
7 Befestigungselement für Lasten

In Fig. 2 ist ein vereinfachter Aufbau dargestellt, der jedoch lediglich die Übertragung von Schubkräften zulässt.

Claims

1. Doppelwandiges Isoliergehäuse mit ausgefülltem, evakuiertem Zwischenraum dadurch gekennzeichnet, dass bereichsweise ein oder mehrere Lastauf nahmeelemente in die Isolierhülle integriert sind.

2. Isoliergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastaufnahmeelement aus ineinander greifenden Profilen sowie diese Profile separierende Stützmaterialien mit wärmedämmender Funktion aufgebaut ist.

3. Isoliergehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die separierenden Stützmaterialien aus hochverdichteter Mikroglasfaser ohne Bindemittel bestehen - vorzugsweise mit einer Dichte von mehr als 0,38 g/cm³.

4. Isoliergehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die separierenden Stützmaterialien aus hochverdichteten Pulvermischungen - vorzugsweise pürogener Kieselsäure - bestehen, die auf eine Dichte von mehr als 0,3 g/cm³ verpreßt sind.

5. Isoliergehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die separierenden Stützmaterialien aus gesinterten Formkörpern aus Schaumglasgranulat mit einer Dichte von 0,3 bis 0,5 g/cm³ bestehen.

6. Isoliergehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ineinander greifenden Profile aus Metall sind und vakuumdicht mit den ebenfalls metallischen Mänteln des Isoliergehäuses verschweißt sind.

7. Isoliergehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ineinander greifenden Profile aus Kunststoff sind und vakuumdicht mit den ebenfalls aus Kunststoffen gefertigten Mänteln des Isoliergehäuses verklebt oder verschweißt sind.

8. Isoliergehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ineinander greifenden Profile auf der Gehäuseinnenseite aus Metall und auf der Gehäuseaußenseite aus Kunststoff sind (oder umgekehrt) und vakuumdicht mit den jeweils aus artgleichem Werkstoff gefertigten Mänteln des Isoliergehäuses verklebt und/oder verschweißt sind.

9. Isoliergehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile und damit die Lastaufnahmeelemente insgesamt zu einem das Isoliergehäuse umfassenden, in sich geschlossenen Rahmen zusammengefügt sind.

10. Isoliergehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein rahmenförmiges Lastaufnahmeelement die vakuumdichten Gehäusemäntel nicht unterbricht, sondern z. B. durch Punktschweißen oder Kleben eingefügt und möglichst großflächig mit dem Innen- und Außenmantel verbunden wird.

11. Isoliergehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Kräfte und Momente formschlüssig erfolgt.