CH687627A5 - Heat insulating construction or lighting element - Google Patents
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Abstract
Description
1 1
CH 687 627 A5 CH 687 627 A5
2 2nd
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein wärmeisolierendes Bau-und/oder Lichtelement gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a heat-insulating structural and / or light element according to the preamble of claim 1.
Seit Jahrzehnten hat sich an Gebäuden nach dem Vorfenster das doppelt und dreifach verglaste Fenster bewährt, welches im Verlauf der Zeit durch weitere Massnahmen, wie das Bedampfen mit einer Infrarot reflektierenden Schicht und Befüllen mit Edelgasen bezüglich Isolationswirkung auf einen k-Wert von 1,3 W/m2 K verbessert werden konnte. Im Vergleich zu gut isolierten Gebäudeaussenwänden ist dieser Wert noch unbefriedigend. For decades, the double and triple-glazed window on buildings after the front window has proven itself, which over the course of time through additional measures such as vapor deposition with an infrared reflecting layer and filling with noble gases with regard to the insulation effect to a k-value of 1.3 W. / m2 K could be improved. This value is still unsatisfactory compared to well-insulated building exterior walls.
Noch tiefere k-Werte (1,0 W/m2 K) werden bei Isolierglasfenstern erzielt, welche zwischen die Glasscheiben gespannte, die Infrarotstrahlen reflektierend beschichtete, transparente Folien aufweisen. Die Folien bewirken, dass Konvektion, d.h. die Wärmeübertragung durch bewegte Luft stark behindert wird. Zur Vermeidung eines Glasbruches, muss der sich bei einer Erwärmung zwischen den Glasscheiben bildende hohe Druck aus dem dichten Hohlraum der bis zu 100 mm dicken Fenster entweichen können. Ein zusätzlich vorgesehener Filter bewirkt, dass die eintretende neue Luft entfeuchtet wird, um ein Beschlagen der Glasscheiben im Hohlraum des Fensters auszusschliessen. Diese Konstruktion erlaubt einen günstigeren k-Wert, beeinträchtigt jedoch infolge der vielen Reflektionsschich-ten die Lichtdurchlässigkeit des Fensters. Zudem ist sie voluminös und aufwendig. Even lower k values (1.0 W / m2 K) are achieved with insulating glass windows, which are stretched between the glass panes and have transparent foils coated with infrared rays. The foils cause convection, i.e. heat transfer due to moving air is severely hampered. To avoid glass breakage, the high pressure that builds up when the glass panes are heated must be able to escape from the dense cavity of the windows, which are up to 100 mm thick. An additionally provided filter has the effect that the incoming new air is dehumidified in order to prevent fogging of the glass panes in the cavity of the window. This construction allows a more favorable k-value, but impairs the light transmission of the window due to the many reflection layers. In addition, it is voluminous and complex.
Durch vakuumisolierte Lichtelemente können noch weit bessere k-Werte erreicht werden, da bei zunehmendem Vakuum in einem Hohlraum die Konvektion der Luft und anschliessend die Wärmeleitung weitgehend aufgehoben werden. Daneben ist Glas einer der geeignetsten Werkstoffe, die ein Vakuum über Jahrzehnte aufrecht zu erhalten vermögen. Even better k-values can be achieved with vacuum-insulated light elements, since as the vacuum increases in a cavity, the convection of the air and then the heat conduction are largely eliminated. In addition, glass is one of the most suitable materials that can maintain a vacuum for decades.
Vakuumisolierte Lichtelemente erzielen zudem im Winter eine positive Wärmebilanz, weil der austretende Wärmeenergieverlust bei einem Fenster kleiner ist, als die durch das Licht eintretende Energie. Vacuum-insulated light elements also achieve a positive heat balance in winter, because the heat energy loss in a window is smaller than the energy entering through the light.
Der Vorteil eines evakuierten Lichtelementes besteht weiter darin, dass sich auch Schall im Vakuum nicht fortpflanzen kann. The advantage of an evacuated light element is that sound cannot propagate in a vacuum.
Ebenso vorteilhaft ist es, wenn sich in einem evakuierten Hohlraum kein Kondensat bilden kann. It is also advantageous if no condensate can form in an evacuated cavity.
Zudem ist eine Infrarot reflektierende Schicht, beispielsweise eine Silberaufdampfung, im Vakuum gegen Oxidation unerreicht gut geschützt, wodurch ein Blindwerden weitgehend verhindert wird. In addition, an infrared reflecting layer, for example silver vapor deposition, is uniquely protected against oxidation in a vacuum, which largely prevents it from becoming blind.
Es ist somit unbestrittene Tatsache, dass ein vakuumisoliertes Bau- und/oder Lichtelement in der Anwendung grosse Vorteile bringen würde. It is therefore an undisputed fact that a vacuum-insulated building and / or lighting element would bring great advantages in use.
Dennoch haben diese vorhandenen Erkenntnisse nicht zu einem wirtschaftlichen Erfolg gereicht. However, these existing findings have not been enough to achieve economic success.
Auch bei einer nach der eingangs beschriebenen Art ausgebildeten Doppelverglasungseinheit eines Vakuumgehäuses gemäss der DE-A 2 755 013 tritt durch die Temperaturunterschiede der durch mehrere Abstandshalteeinrichtungen beabstandeten Glasscheiben eine Relativbewegung ein. Aus diesem Grunde weisen die Abstandshalteeinrichtungen jeweils an der Innenseite der Glasscheiben sich gegenüberliegende Lagerelemente auf, in die ein an beiden Enden kugelig ausgebildeter Abstandshalter-zapfen eingreift, der die Relativbewegung der Glasscheiben in einer Richtung ermöglicht. An den Rändern ist das Vakuumgehäuse mit einem zwischen den Glasscheiben und mit diesen an der Innenseite verbundenen Folienabdichtelement versehen. Even in a double glazing unit of a vacuum housing according to DE-A 2 755 013, which is designed in the manner described at the outset, a relative movement occurs due to the temperature differences of the glass panes spaced apart by a plurality of spacing devices. For this reason, the spacing devices each have opposite bearing elements on the inside of the glass panes, into which a spacer pin, which is spherical at both ends, engages, which enables the relative movement of the glass panes in one direction. At the edges, the vacuum housing is provided with a film sealing element connected between the glass panes and with these on the inside.
Die Konstruktion der Abstandhalteeinrichtung zwingt zu einem relativ grossen Abstand zwischen den Glasscheiben, so dass ein hoher Energieaufwand zur Herstellung eines isolierend wirkenden Vakuums erforderlich ist oder umgekehrt, es kann bei einem geringen Vakuum kein genügender Isolationswert entstehen. Bedenken bestehen auch hinsichtlich des verwendeten Folienabdichtelementes, das aufgrund seiner Anordnungsweise und Ausbildung bei Anwendung eines Vakuums zwischen den Glasscheiben einem von aussen einwirkenden Druck nicht wird standhalten können; das Folienabdichtungselement wird von den Glasscheiben abgeschält. The construction of the spacing device forces a relatively large distance between the glass panes, so that a high expenditure of energy is required to produce an insulating vacuum, or vice versa, a sufficient insulation value cannot be obtained with a low vacuum. There are also concerns regarding the film sealing element used, which due to its arrangement and design when using a vacuum between the glass panes cannot withstand an external pressure; the film sealing element is peeled off from the glass panes.
Bei einem wärmeisolierenden Fensterglas nach der EP-A 0 047 725 weisen die Glasscheiben einen niedrigen Schmelzpunkt auf, so dass die sich gegenüberliegenden, einen Zwischenraum bildenden Stützelemente, bei entsprechender Erwärmung aneinander verschmelzen. Zur dichten Abtrennung des evakuierten Zwischenraumes von der Umgebung sind die Kanten der Glasscheiben mit schmalen Glasstreifen verschmolzen. Die Glasscheiben sollen einen Abstand von 0,1 bis 0,3 mm und der dichte Zwischenraum ein niedrigeres Vakuum als 0,1 mbar resp. 10_1 mbar aufweisen. Hinsichtlich der Aufgabenstellung soll die Implosionsgefahr dahingehend gemindert werden, dass zwischen den Glasscheiben auf jedem cm2 zwischen 30 und 100 Stützelemente vorgesehen sind. Diese Voraussetzungen gestatten keine befriedigende, auf eine physikalischen Grundlage sich stützende Isolationswirkung des hier offenbarten Fensters, schon deshalb, weil das anzuwendende Vakuum von wenigstens 10~1 mbar und der Abstand der Glasscheiben von 0,1 bis 0,3 mm auf Annahmen beruhen, die in keinen physikalischen Zusammenhang bringbar sind. Weiterhin ist das Ausmass der Venwendung von Stützelementen derart hoch gewählt, dass eine Wärmeübertragung zwischen den Glasscheiben stattfinden wird, die durch die Glas-Stützelemente noch begünstigt wird. Auch sind die starren Verbindungen der Glasscheiben an den Kanten des Fensters ungeeignet, um die dauernd auftretenden unterschiedlichen Flächenausdehnungen der Glasscheiben aufnehmen bzw. kompensieren zu können. In the case of a heat-insulating window glass according to EP-A 0 047 725, the glass panes have a low melting point, so that the supporting elements located opposite one another, which form an intermediate space, fuse to one another when heated accordingly. The edges of the glass panes are fused with narrow glass strips to separate the evacuated space from the surroundings. The glass panes should have a distance of 0.1 to 0.3 mm and the tight space a vacuum lower than 0.1 mbar respectively. Have 10_1 mbar. With regard to the task, the risk of implosion should be reduced by providing between 30 and 100 support elements between the glass panes on each cm2. These requirements do not allow a satisfactory, physically based insulation effect of the window disclosed here, if only because the vacuum to be applied of at least 10 ~ 1 mbar and the distance between the glass panes of 0.1 to 0.3 mm are based on assumptions that cannot be brought into any physical context. Furthermore, the extent of the use of support elements is selected to be so high that heat transfer between the glass panes will take place, which is further favored by the glass support elements. The rigid connections of the glass panes at the edges of the window are also unsuitable in order to be able to absorb or compensate for the constantly occurring different surface expansions of the glass panes.
Weiterhin ist durch die deutsche Offenlegungsschrift 2 520 062 ein Bauelement mit hoher Isolierfähigkeit bekanntgeworden, bei dem wenigstens eine der beiden im Abstand angeordneten Begrenzungsflächen lichtdurchlässig oder durchsichtig ist und die Begrenzungsflächen durch Stützelemente gegeneinander abgestützt sind. Im Rahmen der hier offenbarten Hinweise ist ein Bauelement vorgeschlagen, dessen Begrenzungsflächen aufgrund der aufzustellenden zylindrischen bzw. aufzuklebenden Furthermore, a component with high insulating capacity has become known from German Offenlegungsschrift 2,520,062, in which at least one of the two boundary surfaces arranged at a distance is translucent or transparent and the boundary surfaces are supported against one another by supporting elements. In the context of the information disclosed here, a component is proposed, the boundary surfaces of which are due to the cylindrical or adhesive to be set up
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kugelförmigen Stützelemente einen Abstand von mehreren Millimetern aufweisen. Der Vermerk, dass ein geringer Abstand zwischen den Begrenzungsflächen eine bessere Isolationswirkung ergibt, ist aufgrund der vermittelten Angaben unbegründet und beruht auf Annahmen, denen es an wirtschaftlichen Überlegungen und Erkenntnissen, wowie konstruktiven Ausführungsmerkmalen mangelt. Ungelöst ist auch die sich bei einer solchen Lösung aufdrängende besondere Ausgestaltung der Verbindung an den Rändern des mit geringem Abstand zwischen den Begrenzungsflächen ausgebildeten Bauelementes. Unerkannt ist auch die Lösung, die zur Vermeidung der Erkennbarkeit der einzelnen Abstützelemente führt, wenn wie e wähnt, leichte Tüllvorhänge oder Regentropfen erheblich stärker und unregelmässiger wirken. spherical support elements have a distance of several millimeters. The remark that a small distance between the boundary surfaces results in a better insulation effect is unfounded due to the information provided and is based on assumptions that lack economic considerations and knowledge as well as lack of constructive design features. The special configuration of the connection at the edges of the component formed with a small distance between the boundary surfaces is also unsolved in such a solution. Also unrecognized is the solution that leads to the avoidance of the recognizability of the individual support elements, if, as e thought, light tulle curtains or raindrops appear considerably stronger and more irregular.
Gemäss dem Schlussbericht eines schweizerischen Forschungsprojektes Nr. 1093.1 wurden in den Jahren 1983 bis 1985 Versuche bei der Entwicklung eines «Evakuierten Doppelfensters mit extrem hoher Wämedämmung» durchgeführt. Die nach der DOS 2 520 062 und der amerikanischen Patentschrift 3 916 871 ausgeübten Experimente ergaben keine aufschlussreichen und befriedigenden Erkenntnisse sowohl über die Ausgestaltung wie auch die wirtschaftliche Herstellung eines evakuierten Doppelfensters. Auch wenn die Dichtheit des Zwischenraumes hätte gelöst werden können, ist nach wie vor ein Fenster oder eine Glastüre mit den die freie Durchsicht beeinträchtigenden Abstützelementen unerwünscht und hat demnach zum vorzeitigen Ende des Forschungsprojektes geführt. According to the final report of a Swiss research project No. 1093.1, experiments were carried out in the years 1983 to 1985 in the development of an "evacuated double window with extremely high thermal insulation". The experiments carried out according to DOS 2 520 062 and the American patent specification 3 916 871 did not yield any informative and satisfactory knowledge about the design as well as the economical production of an evacuated double window. Even if the tightness of the intermediate space could have been solved, a window or a glass door with the support elements that impair the clear view is still undesirable and has therefore led to the early termination of the research project.
Bei der Wärmedämmung von Gebäuden bilden die Fenster bisheriger Konstruktionen die Archilles-sehne, die es zu beseitigen gibt. Durch die Vakuumtechnik müsste es an sich möglich sein, Fenster mit positiver Energiebilanz, d.h. mit k-Werten unter 0,5 W/m2, herzustellen. Im Winter wäre dann die eintretende Lichtenergie grösser als der austretende Wärmeverlust, wodurch ein Vakuumfenster auch auf der Nordseite eines Hauses tagsüber eine Art Heizwand darstellen könnte, trotzdem sie von der Sonne nicht beschienen wird. In the thermal insulation of buildings, the windows of previous constructions form the Archilles tendon, which must be removed. Vacuum technology should make it possible to open windows with a positive energy balance, i.e. with k values below 0.5 W / m2. In winter, the incoming light energy would be greater than the exiting heat loss, which means that a vacuum window on the north side of a house could represent a kind of heating wall during the day, even though it is not illuminated by the sun.
Bei gleichzeitiger Anwendung von vakuumisolierten Lichtelementen als Fenster und Fassadenelemente, könnte in vielen Fällen auf die konventionelle Gebäudeheizung verzichtet werden, da eine lichtdurchlässige Gebäudehaut genügend Lichtenergie in Form von Wärme in das Gebäudeinnere übertragen kann, also eine Art Wärmefalle darstellt. With the simultaneous use of vacuum-insulated light elements as windows and facade elements, conventional building heating could be dispensed with in many cases, since a translucent building skin can transfer enough light energy in the form of heat into the building interior, i.e. represents a kind of heat trap.
Dabei dienen die Gebäudemauern während der Nacht als Wärmespeicher, bis dann am Morgen die Lichtheizung wieder aktiv wird. The building walls serve as heat stores during the night until the light heating is activated again in the morning.
Im Sommer entsteht durch die mit Beschattungsmitteln ausgestatteten, vakuumisolierten Fenster und Fassadenelemente ein kühleres Gebäude, auch mit hervorragenden Schalldämmungswerten, da sich Schall im Vakuum nicht fortpflanzen kann. In summer, the vacuum-insulated windows and facade elements equipped with shading devices create a cooler building, even with excellent sound insulation values, since sound cannot propagate in a vacuum.
Es ist aber bis heute trotz grosser Anstrengungen nicht gelungen, eine zufriedenstellende Lösung zu finden. However, despite great efforts, it has so far not been possible to find a satisfactory solution.
Haupthindernis für eine Markteinführung bilden nach dem Stand der Technik die die Fensterdurchsicht stark störenden, rasterartig angeordneten According to the prior art, the main obstacle to a market launch is the grid-like arrangement, which is very disruptive to the window view
Stützelemente, wie Kugeln oder stehende Bolzen, die von der Baupraxis abgelehnt werden. Zudem besteht eine permanente Unfallgefahr wegen Glasbruch durch Implosion evakuierter Fenster. Support elements, such as balls or standing bolts, which are rejected by construction practice. There is also a permanent risk of accident due to glass breakage due to implosion of evacuated windows.
Ausserdem ist es bis anhin nicht gelungen, diese bekannten Kugeln oder Bolzen auf wirtschaftliche Weise in grosser Anzahl rasterartig auf einer Glasfläche genau zu positionieren. In addition, it has so far not been possible to position these known balls or bolts precisely in large numbers in a grid-like manner on a glass surface.
Ein weiteres Hindernis für eine Realisierung bildete das angewendete Hochvakuum, um eine genügende Isolierwirkung erzielen zu können, welches jedoch wegen steter Ausdampfung der Glasoberflächen über längere Zeiträume nicht aufrecht zu erhalten ist. Another obstacle to implementation was the high vacuum used in order to achieve a sufficient insulating effect, which cannot be maintained over long periods due to the constant evaporation of the glass surfaces.
Das Bauelement nach der deutschen Offenlegungsschrift 2 520 062 weist die Nachteile der optisch störenden Abstützelemente auf. Dass auch in neuester Zeit noch keine Fortschritte erzielt werden konnten, vermittelt die Veröffentlichung einer Forschungsarbeit von SERI, Solar Energie Research Institute, Golden, Colorado USA in der Zeitschrift «In Rewiev» vom Januar 1985. The component according to German Offenlegungsschrift 2 520 062 has the disadvantages of the optically disruptive supporting elements. The publication of a research work by SERI, Solar Energy Research Institute, Golden, Colorado USA in the journal "In Rewiev" from January 1985 shows that no progress has been made in the recent past.
Diese Druckschrift zeigt zwei Glastafeln von 3 mm Dicke, zwischen denen kugelförmige AbStützungen mit einem die Durchsicht störenden Durchmesser von 4 mm rasterartig angeordnet sind. Das benötigte Hochvakuum von 1,3 x 10~5 mbar birgt grosse Schwierigkeiten zu seiner Aufrechterhaltung über Jahrzehnte. Auch besteht beim vorgesehenen Glasabstand eine Implosionsgefahr. This publication shows two glass plates with a thickness of 3 mm, between which spherical supports with a diameter of 4 mm which disturbs the view are arranged in a grid. The required high vacuum of 1.3 x 10 ~ 5 mbar poses great difficulties in maintaining it for decades. There is also a risk of implosion if the glass spacing is provided.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein wärmeisolierendes Bau- und/oder Lichtelement der eingangs genannten Art zu schaffen, welches durch ein dauerhaftes Vakuum die Wärmeverluste weitestgehend verhindert und dessen hohes Isoliervermögen im Rahmen der industriellen Möglichkeiten unter wirtschaftlichen Bedingungen hergestellt werden kann sowie eine klare Transparenz gewährleistet. The object of the invention is therefore to provide a heat-insulating structural and / or light element of the type mentioned, which largely prevents heat loss by a permanent vacuum and whose high insulating capacity can be produced within the scope of industrial possibilities under economic conditions, and a clear transparency guaranteed.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Patentanspruch 1 gelöst. According to the invention, this object is achieved according to the features of the characterizing part of patent claim 1.
Diese Definition bürgt für die Möglichkeit einer hohen Isolierfähigkeit eines Bau- und/oder Lichtelementes im Feinvakuumbereich und eine dauerhafte Aufrechterhaltung des Vakuums in dem durch die im Randbereich dicht miteinander verbundenen Wandelemente gebildeten Zwischenraum. Die erheblich aufwendigere Herstellung im Hochvakuum lässt sich dadurch vermeiden, ohne dass die Isolierfähigkeit gemindert und die Möglichkeit der freien Durchsicht beeinträchtigt wird, ganz im Gegenteil. This definition guarantees the possibility of a high insulating ability of a building and / or light element in the fine vacuum range and a permanent maintenance of the vacuum in the space formed by the wall elements which are tightly connected in the edge area. The considerably more complex production in a high vacuum can be avoided without reducing the insulating ability and impairing the possibility of a clear view, quite the contrary.
Das im Hochvakuumbereich eintretende Ausdampfen der Wände des evakuierten Zwischenraumes wird im Feinvakuumbereich weitgehend eliminiert und dadurch das Vermögen zur Aufrechterhaltung des Vakuums beträchtlich gesteigert. The evaporation of the walls of the evacuated space that occurs in the high vacuum area is largely eliminated in the fine vacuum area and the capacity for maintaining the vacuum is thereby increased considerably.
Der vorliegende Erfindungsgedanke stützt sich u.a. auf die physikalische Gegebenheit, wonach die Wärmeleitfähigkeit bei Gasen praktisch aufgehoben wird, wenn die freie Weglänge der vorhandenen Gasmoleküle grösser ist als der Abstand zwischen kalter und warmer Wand eines evakuierten Raumes. The present inventive concept is based among other things. to the physical fact that the thermal conductivity of gases is practically eliminated if the free path of the existing gas molecules is greater than the distance between the cold and warm wall of an evacuated room.
Die freie Weglänge der Gasmoleküle ist dem The free path length of the gas molecules is that
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durch das Vakuum erzeugten Unterdruck proportional. Die Konsequenz aus dieser Gesetzmässigkeit ist, dass je kleiner der Wandabstand, entsprechen weniger zu evakuieren ist, um die Wärmeleitung im Gas zu reduzieren bzw. zu unterbinden. So beträgt beispielsweise die mittlere freie Weglänge der Luftmoleküle bei einem Vakuum von 10~1 mbar ca. 0,6 mm bzw. bei 1 mbar ca. 0,06 mm. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Luftmoleküle in einem Vakuumraum nicht nur senkrecht von Wand zu Wand sich bewegen, sondern in allen Richtungen des Raumes. vacuum generated by the vacuum proportional. The consequence of this law is that the smaller the distance from the wall, the less to evacuate in order to reduce or prevent heat conduction in the gas. For example, the mean free path of the air molecules at a vacuum of 10-1 mbar is approximately 0.6 mm or at 1 mbar approximately 0.06 mm. It should be noted that the air molecules in a vacuum room not only move vertically from wall to wall, but in all directions of the room.
Die praktische Anwendung dieser Regel führt zu einem möglichst geringen Abstand der Wandelemente, so dass eine technische Realisierung gerade noch möglich wird. Je nach Oberflächenbeschaffenheit wird der Abstand der Wandelemente bzw. Glasscheiben zwischen 0,05 und 0,5 mm liegen. The practical application of this rule leads to the smallest possible distance between the wall elements, so that a technical implementation is just still possible. Depending on the surface condition, the distance between the wall elements or glass panes will be between 0.05 and 0.5 mm.
Selbstverständlich wird ein einen Abstand bis zu 1 mm aufweisender Zwischenraum vom vorliegenden Erfindungsgedanken als schlechtere Ausführung erfasst. Of course, a gap up to 1 mm apart is covered by the present inventive concept as a poorer version.
Aus dieser Erkenntnis entwickelt sich ein ungeahnter Vorteil, indem die Stützelemente zwischen Glasscheiben derart klein dimensionierbar sind, dass sie von blossem Auge auf weniger als einen Meter Distanz nicht oder nur sehr schlecht feststellbar sind. Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Stützelemente an wenigstens einem Wandelement befestigt sind, wodurch sich ihre Produktion und die Anbringung auf einfache Weise bewerkstelligen lassen. This knowledge gives rise to an undreamt-of advantage in that the support elements between glass panes can be dimensioned so small that they cannot be detected by the naked eye at a distance of less than one meter, or only very poorly. It proves to be particularly advantageous if the support elements are fastened to at least one wall element, as a result of which their production and attachment can be carried out in a simple manner.
Zweckmässig sind die Stützelemente als flache Scheibchen ausgebildet, wodurch sich ein geringer Abstand zwischen den Wandelementen des Zwischenraumes aus flachem Tafel- bzw. Bandmaterial oder zylindrischen bzw. prismatischen Werkstoffen fertigen lässt. The support elements are expediently designed as flat disks, as a result of which a small distance between the wall elements of the intermediate space can be produced from flat sheet or strip material or cylindrical or prismatic materials.
Vorteilhaft sind die Stützelemente im Sinne einer Begünstigung der ungestörten Durchsicht aus einem transparenten Werkstoff gebildet. The support elements are advantageously formed from a transparent material in order to promote undisturbed viewing.
Vorzugsweise ist dieser Werkstoff weicher als die Wandelemente ausgebildet, um auf diese Weise wegen der sich durch Wärmedifferenzen verschiebenden Wandelemente eine Verletzung bzw. Beschädigung der Oberfläche der Wandelemente vermeiden zu können. Hier eignet sich Kunststoff, beispielsweise Polyester oder Teflon als besonders günstiger Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften. This material is preferably made softer than the wall elements, in order to be able to avoid injury or damage to the surface of the wall elements because of the wall elements shifting due to heat differences. Here plastic, for example polyester or teflon, is suitable as a particularly inexpensive material with good sliding properties.
Die Distanz zwischen den AbStützungen wird vornehmlich durch die eigene und durch die Festigkeitseigenschaften der Wandelemente bestimmt und ist entsprechend auszunutzen. Während bei der Fensterglasscheibe nach der europäischen Patentschrift 0 047 725 Distanzen von ca. 1 cm und weniger zwischen den Stützelementen vorgesehen sind, überdecken hier im Interesse eines geringen Wärmetransfers die Stützelemente maximal 1% (ein Promille) der gesamten Fläche des evakuierten Bau- und/oder Lichtelementes. Die Versuche haben gezeigt, dass ein erheblich tieferer Wert möglich ist, beispielsweise 0,3% (nullkommaacht Promille). The distance between the supports is primarily determined by your own and the strength properties of the wall elements and must be used accordingly. While distances of approx. 1 cm and less are provided between the support elements in the window glass pane according to European patent specification 0 047 725, in the interest of a low heat transfer the support elements cover a maximum of 1% (one per thousand) of the total area of the evacuated building and / or light element. The tests have shown that a significantly lower value is possible, for example 0.3% (zero-point per mille).
Zur Unterbindung der Infrarotstrahlung ist es vorteilhaft, wenn innerhalb des Zwischenraumes wenigstens eine die Infrarotstrahlen reflektierende Schicht aus Gold, Silber oder anderen sich eignenden Werkstoffen vorgesehen sind. To prevent infrared radiation, it is advantageous if at least one layer of gold, silver or other suitable materials reflecting the infrared rays is provided within the intermediate space.
Aufgrund der sich ändernden Temperaturdifferenzen beidseits des Bau- und/oder Lichtelementes und der dadurch eintretenden gegenseitigen Verschiebungen der Wandelemente, ist es nützlich, wenn die Stützelemente mit einem Wandelement, z.B. durch Kleben, fest verbunden sind. Due to the changing temperature differences on both sides of the building and / or light element and the resulting mutual displacements of the wall elements, it is useful if the support elements with a wall element, e.g. by gluing, are firmly connected.
Besondere Bedeutung bei der Verwirklichung eines nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten aufgebauten Bau- und/oder Lichtelementes kommt der zusammenhängenden technischen Funktionsfähigkeit der zu lösenden Teilaufgaben des sich zeigenden Problemkreises zu. Die Forderung nach einem technisch anspruchsloseren Vakuum in einem einen minimalen Abstand aufweisenden Zwischenraum und die daraus entstehenden gegenseitigen Verschiebungen der Wandteile in deren Erstreckungs-richtungen verlangen eine Kombination von Lösungsmerkmalen, die ganz offensichtlich auch bei den bekannten Entwicklungsversuchen nicht erkannt worden sind. Of particular importance in the implementation of a constructional and / or lighting element constructed from an economic point of view is the coherent technical functionality of the subtasks of the problem area that is to be solved. The demand for a technically less demanding vacuum in a space with a minimal distance and the resulting mutual displacements of the wall parts in their directions of extension require a combination of solution features that were obviously not recognized even in the known development attempts.
Des weiteren kann die Isolierwirkung durch ein weiteres oder mehrere aneinandergereihte Wandelemente verbessert werden, wobei vorteilhaft die Anordnungsweise der Stützelemente des einen Wandelementes gegenüber dem anderen zu versetzen ist, um so den Weg der Wärmeleitung weiter zu behindern. Ein aus drei Wandelementen gebildetes Bau- und/oder Lichtelement ermöglichte bei einem nach der Lehre dieser Erfindung ausgebildeten Prototyp einen noch nie erreichten k-Wert von 0,31 W/m2 K. Bauelemente ohne die Forderung nach Lichtdurchlässigkeit sind auch bei mehrschichtiger Bauweise in einer relativ dünnen Ausführung herzustellen. Furthermore, the insulating effect can be improved by a further or a plurality of wall elements arranged in a row, the arrangement of the support elements of the one wall element advantageously being offset relative to the other in order to further obstruct the path of heat conduction. A building and / or lighting element formed from three wall elements made it possible for a prototype designed according to the teaching of this invention to achieve an unprecedented k value of 0.31 W / m2 K. Components without the requirement for light transmission are also in one with a multi-layer construction relatively thin design.
Für eine dauerhafte Absorbtion von Restgasen oder Dämpfen, die zwar im vorgeschlagenen Vakuumbereich nur noch schwach auftreten, können Gettermittel, die mit dem Vakuumraum verbunden sind, angeordnet werden. Diese Gettermittel erhöhen die Zuverlässigkeit des Vakuums und können über die Funktionstauglichkeit des Bau- und/oder Lichtelementes mitbestimmend Einfluss nehmen. Gettermittel, die periodisch zu erwärmen sind, werden am Rand der durchsichtigen Glasscheiben der Sonnenbestrahlung ausgesetzt. Getter agents which are connected to the vacuum space can be arranged for a permanent absorption of residual gases or vapors which only occur weakly in the proposed vacuum range. These getter means increase the reliability of the vacuum and can have a decisive influence on the functionality of the component and / or light element. Getter agents that have to be heated periodically are exposed to the sun at the edge of the transparent glass panes.
Die die gegenseitige Verschiebung der Wandelemente aufnehmende dichte Verbindung im Endbereich des Bau- und/oder Lichtelementes ist nachgiebig, elastisch und/oder flexibel ausgebildet, um die insbesondere bei flachen Zwischenräumen durch Wärmedifferenzen auftretenden unterschiedlichen Änderungen in der Erstreckung der Wandelemente auffangen zu können. Die Abdichtung der Verbindung an den Wandelementen kann mittels Glas-schweissung, Löten, Kleben oder Vulkanisieren eines gasdichten, auch gummiähnlichen Materials erfolgen. Die Abdichtung kann auch mehrstufig ausgebildet sein und bietet dadurch den Vorteil grösserer Sicherheit. The tight connection in the end region of the structural and / or light element, which accommodates the mutual displacement of the wall elements, is flexible, elastic and / or flexible, in order to be able to absorb the different changes in the extension of the wall elements, particularly in the case of flat interspaces due to heat differences. The connection to the wall elements can be sealed by means of glass welding, soldering, gluing or vulcanizing a gas-tight, also rubber-like material. The seal can also be designed in several stages and thus offers the advantage of greater security.
Als gasdichte Verbindung mit den Wandelementen kann Schmelzen, Löten oder Kleben angewen- Melting, soldering or gluing can be used as a gas-tight connection with the wall elements.
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det werden. Unter der Metallfolie können Gettermittel eingelegt werden. be det. Getter agents can be inserted under the metal foil.
Damit dem Hohlraum für die Gettermittel eine höhere Beständigkeit gegenüber dem atmosphärischen Aussendruck vermittelt wird, kann in den Hohlraum ein zur Kante des Bau- und/oder Lichtelementes hin offenes C-Profil eingelegt werden. Damit lässt sich der Hohlraum zur Plazierung von Gettermittel nutzbar gestalten. So that the cavity for the getter is given a higher resistance to the atmospheric external pressure, a C-profile open towards the edge of the structural and / or light element can be inserted into the cavity. This allows the cavity to be used for placing getter agents.
Die Gettermittel können auch ausserhalb des Bau- und/oder Lichtelementes, in einem mit dem evakuierten Zwischenraum kommunizierenden Behälter vorgesehen sein. The getter means can also be provided outside of the structural and / or light element, in a container communicating with the evacuated space.
Als weitere Möglichkeit zur Abdichtung des Zwischenraumes können die Wandelemente an der Innenseite mit wenigstens annähernd parallel zu den Rändern verlaufenden Dichtungsnuten ausgebildet sein. As a further possibility for sealing the intermediate space, the wall elements can be formed on the inside with sealing grooves running at least approximately parallel to the edges.
Die Erfindung ist anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beispielsweise dargestellt und anschliessend erörtert. Es zeigen: The invention is illustrated, for example, on the basis of the embodiments shown in the drawing and subsequently discussed. Show it:
Fig. 1 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäs-se Bau- und/oder Lichtelement, 1 is a plan view of the constructional and / or light element according to the invention,
Fig. 2 einen Querschnitt durch das Bau- und/ oder Lichtelement, 2 shows a cross section through the structural and / or light element,
Fig. 3 einen ausschnittweise vergrösserten Querschnitt durch ein Bau- und/oder Lichtelement, 3 shows an enlarged cross section through a construction and / or light element,
Fig. 4 einen ausschnittweise vergrösserten Querschnitt durch ein Bau- und/oder Lichtelement, 4 shows an enlarged cross section through a construction and / or light element,
Fig. 5 einen ausschnittweise vergrösserten Querschnitt durch ein Bau- und/oder Lichtelement, 5 shows an enlarged cross section through a structural and / or light element,
Fig. 6 einen ausschnittweise vergrösserten Querschnitt durch ein Bau- und/oder Lichtelement, 6 is a partially enlarged cross section through a structural and / or light element,
Fig 7 einen ausschnittweise vergrösserten Querschnitt durch ein Bau- und/oder Lichtelement, 7 shows an enlarged cross section through a structural and / or light element,
Fig. 8 einen ausschnittweise vergrösserten Querschnitt durch ein Bau- und/oder Lichtelement. Fig. 8 is a partially enlarged cross section through a construction and / or light element.
Fig. 1 zeigt ein Bau- und/oder Lichtelement mit der Anordnung der Stützelemente 2 zwischen bspw. zwei Wandelementen 1. 1 shows a construction and / or lighting element with the arrangement of the support elements 2 between, for example, two wall elements 1.
In Fig. 2 ist dieses Bau- und/oder Lichtelement mit dem Zwischenraum 3 im Querschnitt dargestellt. Fig. 3 zeigt eine mehrstufige Randabdichtung aus einem elastischen, gummiähnlichen Material. Zwischen der in Nuten 6 liegenden Dichtung 4 sind zwischen den Wandelementen 1 Getter 5 vorgesehen. Die zwischen den Dichtungen 4 liegenden Kanäle sind evakuiert und gegenseitig abgedichtet, sodass das Versagen einer Dichtung 4 keinen spürbaren Einfluss auf die nächste Stufe ausübt. In Fig. 4 ist eine flexible Randabdichtung aus einer dünnen Metallfolie 7 dargestellt, die mit ihren Rändern an der Innenseite der Wandelemente 1 verlötet oder verklebt ist und deren verbleibender Teil gefaltet über die Kante des Bau- und/oder Lichtelementes hinausragend anliegt. Gettermittel, welche durch die Lichteinstrahlung erwärmt werden, können in Form eines dünnen Belages oder Bandes im evakuierten Zwischenraum 3 angeordnet werden. In Fig. 2 this construction and / or light element with the space 3 is shown in cross section. Fig. 3 shows a multi-stage edge seal made of an elastic, rubber-like material. Getters 5 are provided between the wall elements 1 between the seal 4 located in the grooves 6. The channels between the seals 4 are evacuated and mutually sealed, so that the failure of a seal 4 has no noticeable influence on the next stage. In Fig. 4, a flexible edge seal made of a thin metal foil 7 is shown, which is soldered or glued with its edges to the inside of the wall elements 1 and the remaining part of which lies folded and protrudes beyond the edge of the structural and / or light element. Getter agents which are heated by the light radiation can be arranged in the form of a thin covering or tape in the evacuated space 3.
Fig. 5 veranschaulicht eine flexible Randabdichtung wie in Fig. 4 mit dem Unterschied eines zur Aufnahme der Gettermittel vorgesehenen grösseren FIG. 5 illustrates a flexible edge seal as in FIG. 4 with the difference of a larger one intended for receiving the getter means
Raumes. Dies wird durch Einlegen eines druckfesten C-Profils 9, welches von der T-förmigen Metallfolie umschlossen ist, erreicht. U-Profil 10 dient als mechanischer Schutz. Space. This is achieved by inserting a pressure-resistant C-profile 9, which is enclosed by the T-shaped metal foil. U-profile 10 serves as mechanical protection.
Fig. 6 stellt eine flexible Randabdichtung aus einem zweiteiligen Metallprofil 11 dar. Die Schenkel sind mit den Wandelementen 1 vakuumdicht verklebt oder verlötet, ebenso die Trennstelle 12 des zweiteiligen Metallprofils. Diese Anwendung ist auch für die Ausführung nach den Fig. 3 und 4 möglich. 6 shows a flexible edge seal made of a two-part metal profile 11. The legs are vacuum-sealed or soldered to the wall elements 1, as is the separating point 12 of the two-part metal profile. This application is also possible for the embodiment according to FIGS. 3 and 4.
Fig. 7 veranschaulicht eine Randabdichtung aus einem die Wandelemente 1 umgebenden, aufvulkanisierten Material. 7 illustrates an edge seal made of a vulcanized-on material surrounding the wall elements 1.
In Fig. 8 ist eine Randabdichtung gemäss den Fig. 3 und 7 mit einem vakuumdichten Vierkantrohr-Rahmen 14 dargestellt, welcher mittels einer Verbindung mit dem Zwischenraum 3 kommuniziert. Der Hohlraum des Rohres ist mit Gettermitteln versehen. An diesem Rohr-Rahmen kann ein Vakuumventil 16 angebracht werden. Zur Aufhebung der Infrarotstrahlung kann die dem Zwischenraum 3 zugekehrte Fläche der Wandelemente 1 mit einer Silber, Gold oder anderen, dem gleichen Zweck dienenden Aufdampfschicht versehen werden. FIG. 8 shows an edge seal according to FIGS. 3 and 7 with a vacuum-tight square tube frame 14, which communicates with the intermediate space 3 by means of a connection. The cavity of the tube is provided with gettering agents. A vacuum valve 16 can be attached to this tubular frame. To cancel the infrared radiation, the surface of the wall elements 1 facing the intermediate space 3 can be provided with a silver, gold or other vapor deposition layer serving the same purpose.
Im übrigen ist es möglich, die Gettermittel auswechselbar anzubringen, ohne dass während dem Auswechseln das Vakuum leidet. In addition, it is possible to interchangeably attach the getter without the vacuum suffering during the exchange.
Des weiteren können die vakuumisolierten Bau-und/oder Lichtelemente mit einem Ventil oder dgl. ausgestaltet sein, das erlaubt, nach sehr langer Zeit nachzuevakuieren, was aber kaum nötig sein wird, da Gettermittel allfällige Ausgasungen der Wandelemente 1 und der Dichtungen dauernd absorbieren. Dieses Problem tritt vornehmlich im Hochvakuumbereich ein, ist jedoch im vorliegenden Fall weitgehend entschärft. Furthermore, the vacuum-insulated construction and / or light elements can be designed with a valve or the like, which allows to be re-evacuated after a very long time, but this will hardly be necessary since getter agents permanently absorb any outgassing of the wall elements 1 and the seals. This problem occurs primarily in the high vacuum range, but is largely mitigated in the present case.
Vakuumisolierte Bau- und/oder Lichtelemente nach der erfindungsgemässen Idee eignen sich auch als preisgünstige Dünnschichtisolationen für Kühlschränke, Gefriertruhen, Kühlräume etc., sowie überall dort, wo bei kleinstem Platzbedarf hohe Wärmedämmung erreicht werden soll. Anstelle von Glastafeln können auch Metallplatten in beliebig vielen Schichten verwendet werden, sodass bei einer Dicke von ca. 10 mm k-Werte von weniger als 0,1 W/m2 erreichbar sind. Ein noch besserer k-Wert wird erzielt bei durch Anordnung von infrarotreflektierenden Folien in den mikrodünnen Vakuumschichten 3. Vacuum-insulated components and / or light elements according to the idea of the invention are also suitable as inexpensive thin-layer insulation for refrigerators, freezers, cold rooms, etc., and wherever high thermal insulation is to be achieved with the smallest space requirement. Instead of glass panels, metal plates can be used in any number of layers, so that with a thickness of approx. 10 mm, k values of less than 0.1 W / m2 can be achieved. An even better k value is achieved by arranging infrared-reflecting foils in the micro-thin vacuum layers 3.
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