DE202023001276U1

DE202023001276U1 - Vakuum-Isolations-Paneel mit einer Hülle und einem Stützkern und Verwendung einer Metallfolie

Info

Publication number: DE202023001276U1
Application number: DE202023001276.7U
Authority: DE
Original assignee: IfL Ingenieurbuero fuer Leichtbau GmbH and Co KG
Current assignee: IfL Ingenieurbuero fuer Leichtbau GmbH and Co KG
Priority date: 2023-06-08
Filing date: 2023-06-08
Publication date: 2023-06-28
Anticipated expiration: 2033-06-09

Abstract

Vakuum-Isolations-Paneel mit einer Hülle (1) und einem Stützkern (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (1) eine durch Löten dicht oder bis auf eine verschließbare Öffnung zum Evakuieren des Stützkerns (2) dicht verschlossene Hülle (1) aus einer Metallfolie ist, so dass die Hülle (1) den evakuierten Stützkern (2) oder den evakuierbaren Stützkern (2) umgibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuum-Isolations-Paneel mit einer Hülle und einem Stützkern und eine Verwendung einer Metallfolie.
Vakuum-Isolations-Paneele, auch als Vakuumdämmplatten bekannt, sind Paneele die die Vakuumwärmedämmung ausnutzen. Im Wesentlichen bestehen diese aus einer dichten Hülle mit einem Stützkern, welcher evakuierbar und den auf das Vakuum-Isolations-Paneel wirkenden Luftdruck aushalten muss. Der Stützkern kann aus offenporigen Kunststoffschäumen, Mikrofasermaterialien, pyrogener Kieselsäure oder Perliten bestehen. Durch Evakuierung wird die Gesamtwärmeleitung des Materials infolge der Unterdrückung der Gaswärmeleitung und Konvektion, sowie durch die Porosität des Materials und der damit verbundenen Unterbindung der Strahlungswärmeübertragung gesenkt. Durch diese Effekte wird eine hohe Wärmedämmung erreicht.
Durch die Druckschrift DE 10 2014 107 970 A1 ist ein Vakuum-Isolations-Paneel mit Nadelfilzkern bekannt, dessen Umhüllung aus einer Kunststoffverbundfolie ausgebildet ist. Darüber hinaus können auch Metallfolien mit verschweißten Seitenrändern als Umhüllung eingesetzt werden.
Die Druckschrift EP 3 960 948 A1 offenbart ein temperaturstabiles Vakuumisolationselement, welches ein Kernmaterial aus pyrogener Kieselsäure, ein Fasermaterial, ein Trübungsmittel und eine vakuumdichte Umhüllung aus mindestens einer Edelstahlfolie besitzt. Die Umhüllung kann auch zwei verschieden Edelstahlfolien umfassen, welche mittels Schweißen verbunden sind.
Beim Schweißen werden bekannterweise die miteinander zu fügenden Metallteile zu deren Verbindung geschmolzen. Dadurch ändern sich deren metallurgischen Eigenschaften. Dabei können Gefüge mit negativen Qualitätseinflüssen entstehen, so dass deren Dichtheit insbesondere auch über einen längeren Zeitraum nicht sich zu gewährleisten ist.
Der in den Schutzansprüchen 1 und 8 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vakuum-Isolations-Paneele mit einer erhöhten Lebensdauer ökonomisch günstig bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den in den Schutzansprüchen 1 und 8 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Das Vakuum-Isolations-Paneel mit einer Hülle und einem Stützkern zeichnet sich insbesondere durch eine erhöhte Lebensdauer bei ökonomisch günstiger Realisierung aus.
Dazu ist die Hülle eine durch Löten dicht oder bis auf eine verschließbare Öffnung zum Evakuieren des Stützkörpers dicht verschlossene Hülle aus einer Metallfolie, so dass die Hülle den evakuierten Stützkern oder den evakuierbaren Stützkern umgibt. Dazu wird vorteilhafterweise die Metallfolie verwendet.
Vakuum-Isolations-Paneele besitzen einen Stützkern beispielsweise aus pyrogener Kieselsäure und eine gasdichte Umhüllung aus einer mehrschichtigen Kunststoffverbundfolie. Darüber hinaus werden ökonomisch günstige Stützkerne aus Fällungskieselsäure, Glasfasern oder Kunststoffschäumen verwendet. Die Wärmeleitfähigkeit von Vakuum-Isolations-Paneelen ist vom jeweiligen Innendruck und dem verwendeten Stützkernmaterial abhängig. Da insbesondere die ökonomisch günstigen Kernmaterialien schon bei einem geringen Anstieg des Gasdrucks einen signifikanten Anstieg der Wärmeleitfähigkeit zeigen, ergeben sich für diese besonders hohe Anforderungen an die Permeationsbeständigkeit der Hüllfolien, sowohl für die Folie selbst als auch für die Foliensiegelnähte. Die Permeationsdichtheit bestimmt entscheidend die Lebensdauer der Vakuum-Isolations-Paneele. So können mehrschichtige Hochbarrierefolien als Außenhülle verwendet werden, so dass eine erhöhte Lebensdauer gegeben ist. Speziell für alternative und ökonomisch günstigere Kernwerkstoffe wie Fällungskieselsäure, Glasfasern, offenporigem Polyurethanschaum oder offenporigem Polystyrolschaum führt diese Hüllmethode jedoch schnell zu einem Anstieg des Innendrucks durch Permeation und damit zu stark verkürzten Lebensdauern. Damit ist ihr Einsatz eingegrenzt.
Es hat sich gezeigt, dass Metallfolien die besten Eigenschaften bezüglich Gasdichtheit aufzeigen. Die Hülle ist so eine durch Löten dicht oder bis auf eine verschließbare Öffnung zum Evakuieren des Stützkörpers dicht verschlossene Hülle aus einer Metallfolie, so dass die Hülle den evakuierten Stützkern oder den evakuierbaren Stützkern umgibt. Das Löten beispielsweise als Laserlöten erfolgt in einer Ausführungsform unter Vakuum. Löten ist eine elektrische Verbindungstechnik zum thermischen schlüssigen Fügen. Dabei wird das Material nicht aufgeschmolzen, sondern nur vom Lotmaterial benetzt, so dass sich die Fügepartner auf Mikroebene verbinden. Damit können ökonomisch günstige Stützkerne aus Fällungskieselsäure, Glasfasern, offenzelligen PUR-Schaum oder offenzelligen PS-Schaum verwendet werden. Der konfektionierte Stützkern mit seinen entsprechenden Abmessungen befindet sich dazu zwischen Metallfolien, die unter Vakuum permeationsdicht gelötet werden. Dazu kann das Laserlöten eingesetzt werden, wobei der Laserstrahl auf die zu lötende Stelle positioniert wird und damit eine lokale Erwärmung bewirkt. Dabei wird vorteilhafterweise nicht das gesamte Bauteil erwärmt, benachbarte Bereiche sind einer geringeren thermischen Belastung ausgesetzt sind. Mit einer Auswahl von auf das Absorptionsverhalten der zu fügenden Bauteile abgestimmten Laserwellenlängen kann der Aufheizprozess optimal gestaltet werden. Die Lote werden auf das Material der zu fügenden Bauteile und die späteren Anwendungsbedingungen abgestimmt.
Damit wird die Metallfolie als Hülle eines evakuierten oder mittels einer verschließbaren Öffnung evakuierbaren Stützkerns verwendet, wobei die Hülle eine durch Löten dicht oder bis auf die verschließbare Öffnung dicht verschlossene Hülle ist, so dass der evakuierte Stützkern und die Hülle ein Vakuum-Isolations-Paneel sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den folgenden Weiterbildungen und Ausführungsformen aufgeführt. Diese können das Vakuum-Isolations-Paneel mit einer Hülle und einem Stützkern und die Verwendung einer Metallfolie einzeln oder in einer Kombination fortbilden.
Der Stützkern besteht in einer Ausführungsform vorteilhafterweise aus pyrogener Kieselsäure, Fällungskieselsäure, Glasfasern, offenporigem Polyurethanschaum oder offenporigem Polystyrolschaum.
Die Metallfolie besteht in einer Ausführungsform insbesondere aus Aluminium, Titan oder Edelstahl.
Die Hülle besitzt in einer Ausführungsform einen Deckel und einen Boden oder einen Unterkasten, wobei der Deckel und der Boden oder der Deckel und der Unterkasten mittels wenigstens einer Lötnaht miteinander verbunden sind.
Die Form der Lötnaht ist insbesondere ein Stoß oder wenigstens eine Überlappung.
Die verschließbare Öffnung kann in einer Ausführungsform mit einem Verschlussteil verschlossen werden und damit sein.
Die verschließbare Öffnung ist in einer Ausführungsform mit einem Ventil ausgebildet. Das Ventil kann dazu insbesondere ein Absperrventil sein.
Zum Löten wird in einer Ausführungsform Weichlöten oder Hartlöten im Vakuum oder unter Normaldruck mit anschließender Evakuierung verwendet. Hartlöten erfolgt bei Schmelztemperaturen über 450 °C, während Weichlöten bei Schmelztemperaturen kleiner 450 °C erfolgt.
In einer Ausführungsform wird zum Löten Laserlöten, Reflowlöten und/oder induktives Löten verwendet. Dabei wird das auf die Lötstelle aufgebrachte Lot erwärmt, welches so aufgeschmolzen wird und den Fügespalt füllt. Die Schmelze verbindet die Metallfolie. Als Laser kann dazu beim Laserlöten beispielsweise ein Diodenlaser verwendet werden. Beim Reflowlöten kann zum Löten wenigstens ein beheizbarer Rahmen verwendet werden, welcher auch induktiv beheizbar sein kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:

1 ein Vakuum-Isolations-Paneel mit einem Stützkern in einer Hülle mit Laschen als Verbindungen,
2 eine Verbindung von Metallfolie mittels überlappender Lasche,
3 ein Vakuum-Isolations-Paneel mit einem Stützkern in einer Hülle aus einem Unterkasten und einem Deckel,
4 eine Verbindung eines Unterkastens und eines Deckels mit einer Aufnahme des Unterkastens und einem Endenbereich des Deckels mit Überlappung,
5 eine Verbindung eines Unterkastens und eines Deckels mit einem Zusatzstreifen,
6 eine Verbindung eines Bodens mit einer Vertiefung und eines Deckels und
7 ein Vakuum-Isolations-Paneel mit einem Stützkern in einer Hülle mit Laschen in Verbindung mit einem beheizbaren Rahmen.

Ein Vakuum-Isolations-Paneel besteht im Wesentlichen aus einer Hülle 1 mit einem Stützkern 2 in einem Vakuum 3.
Die 1 zeigt ein Vakuum-Isolations-Paneel mit einem Stützkern 2 in einer Hülle 1 mit Laschen 4 als Verbindungen in einer prinzipiellen Darstellung.
Die Hülle 1 besteht aus einer Metallfolie, welche insbesondere aus Aluminium, Titan oder Edelstahl bestehen kann. Die Hülle 1 umgibt den evakuierten Stützkern 2, welcher aus pyrogener Kieselsäure, Fällungskieselsäure, Glasfasern, offenporigem Polyurethanschaum oder offenporigem Polystyrolschaum bestehen kann. Die Hülle 1 ist dazu eine durch Löten dicht verschlossene Hülle 1 aus der Metallfolie. Zur Ausbildung des Vakuum-Isolations-Paneels mit dem evakuierten Stützkern 2 erfolgt das Löten als Laserlöten im Vakuum. Dazu kann das Weichlöten oder Hartlöten im Vakuum verwendet werden. Eine einfache Verbindung ist dabei durch Verbindungen mit Laschen 4 gegeben.
Die 2 zeigt eine Verbindung von Metallfolie mittels überlappender Lasche 4 in einer prinzipiellen Darstellung.
Die Laschen 4 überlappen sich. Dazwischen ist das Lot 5 platziert. Mittels Laserstrahlung 6 des Lasers wird die Metallfolie und das Lot 5 bis zur Schmelze des Lots 5 erwärmt, so dass das Lot 5 die Metallfolie benetzt.
Die 3 zeigt ein Vakuum-Isolations-Paneel mit einem Stützkern 2 in einer Hülle 1 aus einem Unterkasten 8 und einem Deckel 7 in einer prinzipiellen Darstellung.
Die Hülle 1 kann in einer Ausführungsform einen Deckel 7 und einen Unterkasten 8 besitzen, wobei der Deckel 7 und der Unterkasten 8 mittels wenigstens einer Lötnaht 9 miteinander verbunden sind. Das kann beispielsweise ein Stoß sein.
Die 4 zeigt eine Verbindung eines Unterkastens 8 und eines Deckels 7 mit einer Aufnahme 10 des Unterkastens 8 und einem Endenbereich des Deckels 7 mit Überlappung in einer prinzipiellen Darstellung.
Der Unterkasten 8 kann in einer Ausführungsform dazu eine Aufnahme 10 aufweisen, in der ein Endenbereich des Deckels 7 platziert ist. Die Aufnahme 10, beispielsweise in einer U-Form, ist mit dem Lot 5 befüllt, so dass das Lot 5 mit der Erwärmung mittels der Laserstrahlung 6 das Innere der Aufnahme 10 und den Endenbereich des Deckels 7 benetzt.
Die 5 zeigt eine Verbindung eines Unterkastens 8 und eines Deckels 7 mit einem Zusatzstreifen 11 in einer prinzipiellen Darstellung.
Der Endenbereich des Unterkastens 8 kann in einer Ausführungsform einen Zusatzstreifen 11 so besitzen, dass die Endenbereiche des Unterkastens 8 und des Zusatzstreifens 11 eine U-Form ausbilden. In diese ist der Endenbereich des Deckels 7 platziert. Die U-Form ist mit dem Lot 5 befüllt, so dass das Lot 5 mit der Erwärmung mittels der Laserstrahlung 6 das Innere der U-Form und den Endenbereich des Deckels 7 benetzt.
Die 6 zeigt eine Verbindung eines Bodens 12 mit einer Vertiefung 13 und eines Deckels 7 in einer prinzipiellen Darstellung.
Die Hülle 1 kann in einer Ausführungsform einen Deckel 7 und einen Boden 12 besitzen, wobei der Endenbereich des Bodens 12 eine Vertiefung 13 zur Aufnahme eines Endenbereichs des Deckels 7 besitzt. Die Vertiefung 13 ist mit dem Lot 5 befüllt, so dass das Lot 5 mit der Erwärmung mittels der Laserstrahlung 6 das Innere der Vertiefung 13 und den Endenbereich des Deckels 7 benetzt.
Die 7 zeigt ein Vakuum-Isolations-Paneel mit einem Stützkern 2 in einer Hülle 1 mit Laschen 4 in Verbindung mit einem beheizbaren Rahmen 14 in einer prinzipiellen Darstellung.
Zum Löten der Hülle 1 mit dem Stützkern 2 können beheizbare Rahmen 14 verwendet werden. Die Rahmen 14 umgeben den Stützkern 2 in der Metallfolie bis auf eine verschließbare Öffnung vollständig. Die verschließbare Öffnung kann auch durch fehlendes Lot 5 an dieser Stelle gebildet werden. Der Stützkern befindet sich dabei zwischen zwei Metallfolien, deren Endenbereiche als Laschen 4 und das zwischen den Laschen angeordnete Lot 5 die Hülle 1 des Stützkerns 2 ausbilden. Die Rahmen 14 erwärmen die Metallfolien und das Lot 5, welches die Metallfolien benetzt. Die Rahmen 14 können dazu Bestandteile eines Mechanismus 15 sein, so dass diese zueinander und voneinander bewegbar sind. Die kann durch ein Ventil als Absperrventil ergänzt werden, so dass der Innenraum der Metallfolien mit dem Stützkörper evakuierbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014107970 A1 [0003]
EP 3960948 A1 [0004]

Claims

Vakuum-Isolations-Paneel mit einer Hülle (1) und einem Stützkern (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (1) eine durch Löten dicht oder bis auf eine verschließbare Öffnung zum Evakuieren des Stützkerns (2) dicht verschlossene Hülle (1) aus einer Metallfolie ist, so dass die Hülle (1) den evakuierten Stützkern (2) oder den evakuierbaren Stützkern (2) umgibt.
Vakuum-Isolations-Paneel nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkern (2) aus pyrogener Kieselsäure, Fällungskieselsäure, Glasfasern, offenporigem Polyurethanschaum oder offenporigem Polystyrolschaum besteht.
Vakuum-Isolations-Paneel nach wenigstens einem der Schutzansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie aus Aluminium, Titan oder Edelstahl besteht.
Vakuum-Isolations-Paneel nach wenigstens einem der Schutzansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (1) einen Deckel (7) und einen Boden (12) oder einen Unterkasten (8) besitzt, wobei der Deckel (7) und der Boden (12) oder der Deckel (7) und der Unterkasten (8) mittels wenigstens einer Lötnaht (9) miteinander verbunden sind.
Vakuum-Isolations-Paneel nach wenigstens einem der Schutzansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Lötnaht (9) ein Stoß oder wenigstens eine Überlappung ist.
Vakuum-Isolations-Paneel nach wenigstens einem der Schutzansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verschließbare Öffnung mit einem Verschlussteil verschlossen ist.
Vakuum-Isolations-Paneel nach wenigstens einem der Schutzansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verschließbare Öffnung mit einem Ventil ausgebildet ist.
Verwendung einer Metallfolie, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie als Hülle (1) eines evakuierten oder mittels einer verschließbaren Öffnung evakuierbaren Stützkerns (2) verwendet wird, wobei die Hülle (1) eine durch Löten dicht oder bis auf die verschließbare Öffnung dicht verschlossene Hülle (1) ist, so dass der evakuierte Stützkern (2) und die Hülle (1) ein Vakuum-Isolations-Paneel sind.
Verwendung einer Metallfolie nach Schutzanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Löten Weichlöten oder Hartlöten im Vakuum oder unter Normaldruck mit anschließender Evakuierung verwendet wird.
Verwendung einer Metallfolie nach wenigstens einem der Schutzansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Löten ein Laserlöten, ein Reflowlöten und/oder ein induktives Löten verwendet wird.