DE20121944U1

DE20121944U1 - Evakuierte Umhüllung zur Wärmeisolierung

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Publication number: DE20121944U1
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Authority: DE
Original assignee: SAES Getters SpA
Current assignee: SAES Getters SpA
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2011-02-08
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Description

011970G Ml/ab

Evakuierte Umhüllung zur Wärmeisolierung

Die Erfindung betrifft evakuierte Umhüllungen zur Wärmeisolierung, insbesondere eine evakuierte Umhüllung, die eine verbesserte Hülle umfasst, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Evakuierte Umhüllungen werden zunehmend in einer Anzahl von Gebieten verwendet, auf welchen eine Wärmeisolierung bei Temperaturen von unter etwa 100 ⁰C erforderlich ist. Als Beispiele für die Verwendung dieser Umhüllungen sind Wände von Haushalt- und Industriekühlschränken, Getränkezapfanlagen oder Behältern für den isothermen Transport, beispielsweise von Medikamenten oder kalten bzw. gefrorenen Lebensmitteln, zu nennen. Weitere Verwendungen dieser Umhüllungen auf dem Gebiet des Bauwesens oder der Autoindustrie werden untersucht.

Es ist bekannt, dass eine evakuierte Umhüllung von einer Hülle gebildet wird, die mit einem Füllmaterial versehen ist. Dabei hat die Hülle den Zweck, den Zutritt von Atmosphärengasen in die Umhüllung zu verhindern (oder so weit wie möglich zu behindern), sodass ein Vakuum aufrecht erhalten wird, das für den Grad der Wärmeisolierung geeignet ist, welchen die Verwendung erfordert. Das Füllmaterial hat hauptsächlich die Aufgabe, die zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Hülle voneinander zu beabstanden, nachdem die Umhüllung evakuiert worden ist, und muss eine poröse oder diskontinuierliche innere Struktur haben, sodass seine Poren oder Zwischenräume evakuiert werden können, um die

Wärmeisolationsfunktion zu erfüllen. Dieses Material kann anorganisch, beispielsweise Siliciumdioxidpulver, Glasfasern, Aerogele und Diatomeenerde, oder organisch wie ein steifes Polyurethan bzw. ein steifer Polystyrolschaum, beides in Form von Tafeln und Pulver, sein.

Die Hülle wird aus so genannten Sperrfolien hergestellt, die dadurch charakterisiert sind, dass ihre Gaspermeabilität so niedrig wie möglich ist, und welche aus einer einzigen Komponente hergestellt werden können, aber häufiger aus mehreren Schichten aus unterschiedlichen Komponenten bestehen. Bei den Mehrschichtfolien wird die Sperrwirkung von einer der Schichten bzw. der Sperrschicht verliehen, die aus Polymermaterialien wie Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeren (aus der Literatur unter dem Akronym EVOH bekannt), aus Polymerschichten, auf welchen eine dünne Schicht (mit einer Dicke von im Allgemeinen unter 0,5 &mgr;&ngr;&agr;) aus Aluminium oder einem anorganischen Oxid aufgebracht worden ist, oder aus einer Metallfolie, hauptsächlich aus Aluminium, mit einer Dicke, die im Allgemeinen 4 bis 10 &mgr;&pgr;&igr; beträgt, geformt werden kann. Die mehrschichtige Sperrfolie umfasst mindestens eine Tragschicht aus einem Polymermaterial mit guten mechanischen Eigenschaften, insbesondere Formbarkeit, wobei diese Schicht beispielsweise aus Polyacrylnitril (PAN) oder einem Polyolefin gebildet werden kann. Auf der in Bezug auf diese Tragschicht anderen Seite ist die Sperrschicht mit mindestens einer, ebenfalls polymeren Schutzschicht bedeckt. Dabei sind die polymeren Schutzschichten üblicherweise aus Polyestern (beispielsweise Polyethylenterephthalat, üblicherweise abgekürzt als PET)

oder Polyamiden (beispielsweise Nylon") hergestellt. Mehrschichtfolien, die fünf, sechs oder noch mehr übereinander angeordnete Schichten umfassen, sind auch üblich.

Die Hülle wird im Allgemeinen aus zwei Sperrfolien mit rechtwinkliger Gestalt gebildet, die entlang ihrer Ränder durch umfängliche Schweißnähte miteinander verbunden sind. Die so miteinander verbundenen Ränder der Sperrfolien bilden vier Seitenwände, die an den Seiten der so gebildeten Hülle angeordnet sind. Jedoch besteht der Hauptnachteil der Hüllen dieser Art genau in dem Vorhandensein dieser Seitenwände, die sehr fragil sind und deren mögliche Risse sich leicht über die Umfangsschweißnähte hinaus fortpflanzen können, wodurch das Eindringen von Atmosphärengasen in die Umhüllung und somit die Verschlechterung ihrer
Wärmeisolationseigenschaften verursacht wird.

Auf anderen technischen Gebieten, beispielsweise bei der Verpackung von Lebensmitteln, ist ein allgemeines Verfahren zur Herstellung einer Hülle bekannt, das von einer einzigen rechtwinkligen Kunststofffolie ausgeht, wodurch es möglich wird, die Anzahl der Seitenwände von vier auf zwei zu senken. Gemäß jenem Verfahren, dessen Stufen kurz in den Figuren 5a bis 5c veranschaulicht sind, wird die Folie S umgebogen, bis sich zwei einander gegenüberstehende Ränder M, M¹, die zur selben Seite der Folie gehören, treffen (Fig. 5a). Diese Ränder werden durch eine Längsschweißnaht miteinander verbunden, wodurch sich ein Schweißsteg F bildet, der zur Außenfläche der Folie umgelegt wird (Fig. 5b). Somit wird eine Hülle mit zwei offenen Enden gebildet, deren

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Versiegelung quer zum Steg F durchgeführt wird, indem ihre Kanten zwischen Heizelemente gebracht werden. In den zwei Bereichen, in welchen sich diese Schweißnähte mit dem Steg treffen, nimmt die Hülle die in Figur 5c gezeigte Form an (deren Maßstab in Bezug auf die Figuren 5a und 5b vergrößert ist).

Dieses Verfahren kann jedoch nicht auf evakuierte Umhüllungen angewendet werden. In der in Figur 5c gezeigten umgebogenen Position verursacht der Steg F eine Dicke, welche den Übergang der Hitze von den Heizelementen auf die darunter liegenden Polymerschichten der Sperrfolie verringert und deshalb eine perfekte gegenseitige Versiegelung verhindert. Ferner bildet wegen ihrer Steifigkeit die Sperrfolie entlang den Biegelinien kaum scharfe Ecken und kann nur gebogen werden, wobei in dem gemeinsamen Bereich von Steg F und den dazu quer liegenden Versiegelungen ein Spalt (in Figur 5c mit L gekennzeichnet) übrigbleibt, welcher den Durchtritt von Atmosphärengasen ins Innere der Umhüllung, obwohl im verringerten Ausmaß, erlaubt. Die kleinsten Gaszutritte, die aus diesen Unvollkommenheiten resultieren und auf anderen technischen Gebieten akzeptabel sind, sind es nicht bei Hüllen für evakuierte Umhüllungen.

Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, eine evakuierte Umhüllung, die diese Nachteile nicht hat, bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine evakuierte Umhüllung gelöst, deren Hauptmerkmale im Patentanspruch 1 und deren weitere Merkmale in den folgenden Patentansprüchen definiert sind.

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Der erste Vorteil der erfindungsgemäßen evakuierten Umhüllung besteht darin, dass deren Hülle auch an den Versiegelungen der Enden eine sehr gute Gasdichtheit besitzt, obwohl sie aus einer einzigen Sperrfolie hergestellt wird. Da Tragschicht und Schutzschicht aus miteinander heißversiegelbaren Materialien mit ähnlicher Schmelztemperatur gebildet sind, ist es möglich, dass die einander gegenüberliegenden Schichten durch Längsschweißen entlang den einander gegenüberliegenden Seiten der Folie miteinander verbunden werden, sodass die erhaltene Hülle im Bereich der Schweißnaht flach ist und keinen Längssteg enthält.

Deshalb bewirkt, wenn der Rand eines Endes der Hülle zwischen Heizelemente gebracht wird, um sie zu versiegeln, die Wärme der Heizelemente das Anschmelzen von Trag- und Schutzschicht, die weich werden, wodurch es möglich wird, dass sich die Heizelemente einander annähern und so sämtliche Spalten zwischen den Bereichen dieser Ränder beseitigen.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens zur Herstellung der evakuierten Umhüllung besteht darin, dass gleichzeitig mit dem Versiegeln der Enden der Hülle die Dicke der Querstege durch die Heizelemente gleich gemacht wird. Während sich die Heizelemente einander annähern, wird durch deren Druck überschüssiges Material von den Seiten hinausgedrückt und kann entfernt werden.

Entsprechend einem speziellen erfindungsgemäßen Merkmal werden Tragschicht und Schutzschicht aus demselben Material hergestellt.

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Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen evakuierten Umhüllung werden anhand der folgenden speziellen Beschreibung einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, wobei

- Figur 1 einen vergrößerten Querschnitt durch eine Sperrfolie, die zur Herstellung einer evakuierten Umhüllung gemäß dieser Ausführungsform verwendet werden kann,

- Figur 2 eine Stufe der Herstellung der evakuierten Umhüllung gemäß dieser Ausführungsform,

- Figur 3 eine vollständig evakuierte Umhüllung gemäß dieser Ausführungsform und

- Figur 4 einen vergrößerten Querschnitt durch eine Seitenwand der Umhüllung von Figur 3 entlang der Linie IV-IV jener Figur zeigt und die

- Figuren 5a, 5b und 5c, wobei die letzte ein vergrößerter Teilquerschnitt ist, schematisch drei Stufen der Herstellung einer bekannten Umhüllung zeigen.

In Figur 1 ist die Sperrfolie 1 gezeigt, welche die Hülle der evakuierten Umhüllung entsprechend der erfindungsgemäßen Ausführungsform bildet, und welche aus einer Mehrschichtfolie besteht, die eine mittlere Schicht 2 umfasst, die Sperreigenschaften gegenüber Atmosphärengasen besitzt und beispielsweise aus einer

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Metallfolie, beispielsweise aus Aluminium, mit einer Dicke von zwischen 4 und 10 &mgr;&idiagr;&eegr; besteht.

Weiterhin umfasst diese Mehrschichtfolie eine untere Schicht 3 und eine obere Schicht 4, die für die Bereitstellung von Unterstützung und Schutz für die mittlere Schicht 2 und für die Heißversiegelung der Folie geeignet sind. Außer guten mechanischen Eigenschaften, insbesondere Formbarkeit, ist es erforderlich, dass die Materialien, welche diese Schichten bilden, miteinander heißversiegelbar sind. Diese Materialien können aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Polyacrylnitril (PAN), Polyolefinen wie Polyethylen und Polyvinylchlorid sowie Mischungen und Copolymeren davon besteht. Untere Schicht 3 und obere Schicht 4 haben geeigneterweise eine Dicke von zwischen 20 und 100 &mgr;&pgr;&igr; und vorzugsweise von etwa 50 &mgr;&pgr;&igr;.

Entsprechend einer speziellen erfindungsgemäßen Ausführungsform sind untere Schicht 3 und obere Schicht aus demselben Material hergestellt. Dafür ist Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE) besonders geeignet.

In Figur 2 ist gezeigt, dass die Hülle der erfindungsgemäßen evakuierten Umhüllung hergestellt wird, indem die Sperrfolie 1 so umgebogen wird, dass ihre zwei einander entgegengesetzt liegenden Ränder 5 und 6 übereinander zur Auflage kommen. Dieses Übereinander-Anordnen wird so durchgeführt, dass sich die untere Schicht 3 mit dem Rand 5 mit der oberen Schicht 4 mit ihrem anderen Rand 6 berührt.

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In Figur 3 ist gezeigt, dass aufgrund der gegenseitigen Heißversiegelbarkeit von unterer Schicht 3 und oberer Schicht 4 die Längsschweißverbindung der zwei Ränder und 6 durchgeführt worden ist, ohne die Sperrfolie umlegen zu müssen, weshalb die erhaltene Hülle keinen Längssteg hat und im länglichen Bereich 7 der Längsschweißnaht flach ist.

Anschließend werden die offenen Enden entlang der Kanten, die quer zu den Rändern 5 und 6 stehen, versiegelt, indem diese Kanten zwischen Heizelemente gebracht werden. Nach Versiegelung miteinander bilden diese Kanten zwei Seitenwände 8.

Vor dem letzten Versiegelungsvorgang wird ein poröses oder unterbrochenes organisches oder anorganisches Füllmaterial einer beliebigen bekannten Art und wahlweise ein Gettermaterial bzw. eine Gettervorrichtung in der Hülle angeordnet. Auf diesem Gebiet ist eine Anzahl von Gettermaterialien bzw. -vorrichtungen bekannt, die für die Chemisorption von Feuchtigkeit oder anderen Atmosphärengasen geeignet sind, weshalb eine spezielle Beschreibung nicht erforderlich ist.

In Figur 4 ist ein vergrößerter Teilquerschnitt durch eine der Seitenwände 8 gezeigt. Insbesondere ist der Teil dieser Seitenwand gezeigt, der den länglichen Bereich der Längsschweißnaht umfasst. Unter Bezugnahme auf diese Figur ist gezeigt, dass die Dicke einer jeden Seitenwand 8 über deren gesamte Länge gleich ist, unabhängig von der dreifachen Übereinander-Anordnung der Sperrfolie 1 im länglichen Bereich 7 der Längsschweißnaht. Dies kann unter Berücksichtigung der

Tatsache erklärt werden, dass im länglichen Bereich 7 die untere Schicht 3 und die obere Schicht 4 der Sperrfolie dünner geworden sind. In der Stufe der Versiegelung der Hüllenenden bewirkt die Hitze der Heizelemente, dass diese Schichten anschmelzen und weich werden, sodass etwas von dem Polymermaterial, aus welchem sie gebildet sind, durch den von diesen Heizelementen ausgeübten Druck von den Seiten verdrängt wird und somit entfernt werden kann. Wie der Figur zu entnehmen, sind die Kanten der Hüllenenden ohne Spalt miteinander perfekt versiegelt. Im Gegensatz dazu sind nach dem Verfahren des Standes der Technik, das weiter oben unter Bezugnahme auf Figur 5c beschrieben worden ist, die Versiegelungen in diesem Bereich nicht perfekt, sodass der Luftzutritt in die Umhüllung möglich ist, was deren Wärmeisolationseigenschaften verschlechtert.

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Claims

1. Evakuierte Umhüllung zur Wärmeisolierung, die ein unterbrochenes oder poröses organisches oder anorganisches Füllmaterial umfasst, das in einer Hülle angeordnet ist, die aus mindestens einer mehrschichtigen Sperrfolie (1) mit im Wesentlichen rechtwinkliger Form hergestellt ist, die mindestens eine polymere oder anorganische mittlere Schicht (2) mit Sperreigenschaften für Atmosphärengase, eine obere Schicht (4) und eine untere Schicht (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass obere Schicht (4) und untere Schicht (3) der Sperrfolie (1) aus miteinander heißversiegelbaren Polymermaterialien gebildet sind.

2. Evakuierte Umhüllung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Polymermaterial, aus welchem die obere Schicht (4), als auch das Polymermaterial, aus welchem die untere Schicht (3) der Sperrfolie (1) gebildet ist, aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyolefinen, Polyacrylnitril, Polyvinylchlorid und Mischungen oder Copolymeren davon besteht.

3. Evakuierte Umhüllung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die obere Schicht (4) als auch die untere Schicht (3) der Sperrfolie aus Polyethylen mit hoher Dichte oder einem Copolymer davon hergestellt ist.

4. Evakuierte Umhüllung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Schicht (4) und die untere Schicht (3) der Sperrfolie (1) eine Dicke von zwischen 20 und 100 µm besitzen.

5. Evakuierte Umhüllung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Schicht (4) und die untere Schicht (3) eine Dicke von etwa 50 µm besitzen.

6. Evakuierte Umhüllung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gettermaterial oder eine Gettervorrichtung enthält.