CH687628A5

CH687628A5 - Waermeisolierendes Bau- und/oder Lichtelement.

Info

Publication number: CH687628A5
Application number: CH01558/86A
Authority: CH
Inventors: Emil Baechli
Original assignee: Emil Baechli
Priority date: 1986-04-16
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 1997-01-15

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierenden Bau- und/oder Lichtelement gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

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.

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.

Dabei dienen die Gebäudemauern während der Nacht als Wärmespeicher, bis dann am Morgen die Lichtheizung wieder aktiv wird.

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.

Es ist aber bis heute trotz grosser Anstrengungen nicht gelungen, eine zufriedenstellende Lösung zu finden.

Haupthindernis für eine Markteinführung bilden nach dem Stand der Technik die die Fensterdurchsicht stark störenden, rasterartig angeordneten Stützelemente, wie Kugeln oder stehende Bolzen, die von der Baupraxis abgelehnt werden. Zudem besteht eine permanente Unfallgefahr wegen Glasbruch durch Implosion evakuierter Fenster.

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.

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.

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.

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.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierendes Bau- und/ oder Lichtelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, das durch ein dauerhaftes Vakuum die Wärmeverluste weitestgehend verhindert und dessen hohes Isoliervermögen im Rahmen der industriellen Möglichkeiten unter wirtschaftlichen Bedingungen hergestellt werden.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Patentanspruch 1 gelöst.

Dieses Verfahren 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.

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.

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.

Vorteilhaft sind die Stützelemente im Sinne einer Begünstiung der ungestörten Durchsicht aus einem transparenten Werkstoff gebildet.

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.

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).

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.

Aufgrund der sich ändernden Temperaturdifferenzen beidseits des Bau- und/oder Lichtelementes und der dadurch eintretenden gegenseitigen Ver-

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Schiebungen der Wandelemente, ist es nützlich, wenn die Stützelemente mit einem Wandelement, z.B. durch Kleben, fest verbunden sind.

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.

Bauelemente ohne die Forderung nach Lichtdurchlässigkeit sind auch bei mehrschichtiger Bauweise in einer relativ dünnen Ausführung herzustellen.

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.

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.

Als vorteilhaft dichte Verbindung der Wandelemente erweist sich eine dünne Metallfolie, mit welcher das Bau und/oder Lichtelement am Rand U-förmig eingefasst wird.

Alternativ können die Ränder einer bandartigen Metallfolie an der Innenseite der Wandelemente, mit deren Rand dicht verbunden und mit dem über die Wandelemente hinausragenden Teil zu einem T-förmigen Querschnittsprofil an der Aussenkante des Bau- und/oder Lichtelementes anliegend gefaltet werden.

Als gasdichte Verbindung mit den Wandelementen kann Schmelzen, Löten oder Kleben angewendet werden. Unter der Metallfolie können Gettermittel eingelegt werden.

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.

Die Gettermittel können auch ausserhalb des Bau- und/oder Lichtelementes, in einem mit dem evakuierten Zwischenraum kommunizierenden Behälter vorgesehen sein.

Als weitere Möglichkeit zur Abdichtung des Zwischenraumes können die Wandelemente an der Innenseite mit wenigstens annähernd parallel zu den Rändern verlaufenden Dichtungsnuten ausgebildet sein.

Die wirtschaftliche Herstellung des erfindungsge-mässen Gegenstandes ist verhältnismässig einfach. Die transparenten oder nicht transparenten vakuumdichten Wände, z.B. Glastafeln, werden in der gewünschten Anzahl distanziert übereinander in eine verschliessbare Vakuumkammer gelegt. Bei den sich folgenden Tafeln werden vor dem Einlegen die Abstützkörper aufgelegt, die Randabdichtungen und die Gettermittel angebracht. Nach dem Schliessen der Vakuumkammer wird diese und somit auch die Zwischenräume zwischen den Tafeln evakuiert. Durch gleichzeitiges Erhitzen der Tafeln werden Wasser und absorbierte Gase aus den Tafeloberflächen und Dichtungen ausgetrieben und abgesaugt, sodass diese später nur noch sehr minim ausgasen können.

Das Erhitzen dient auch dazu, im Falle von gelöteten Randabdichtungen das Lot zum Schmelzen zu bringen.

Sofern ein gummiartiges Dichtelement verwendet wird, kann dieses durch die Tafelerhitzung vulkanisiert oder geschmolzen werden, wobei die Temperatur dem jeweiligen Verfahren angepasst wird. Mit einer ausserhalb der heizbaren Vakuumkammer steuerbaren mechanischen Halte- und Senkvorrichtung werden die Tafeln gesenkt und angepresst, sodass die Abstützelemente und die Randdichtungen zum Tragen kommen. Damit werden gleichzeitig die Tafelränder dicht vulkanisiert oder zusammen mit einer flexiblen Metallfolie vakuumdicht verlötet. Dies ist besonders vorteilhaft, weil das Lot oder das Vulkanisiermaterial in der Vakuumkammer gleichzeitig entgast wird. Nach Abkühlung sind die Elemente fertig evakuiert und abgedichtet und können der Vakuumkammer gebrauchsfertig entnommen werden. Es wäre vorteilhaft, wenn die Infrarot reflektierende Schicht in der gleichen Vakuumkammer aufgedampft würde, sodass sich eine spezielle Vakuumaufdampfanlage erübrigt. Auf die beschriebene Weise unter Anwendung der Automation kann eine besonders wirtschaftliche, energiesparende Herstellung von vakuumisolierten Elementen erreicht werden, weil alle Arbeitsgänge an einem Ort zusammengelegt sind und ineinander ablaufen und sich ergänzen.

Die Erfindung ist anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beispielsweise dargestellt und anschliessend erörtert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Bau- und/ oder Lichtelement,

Fig. 2 einen ausschnittweise vergrösserten Querschnitt durch ein Bau- und/oder Lichtelement,

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Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Lichtelement zur Erwärmung von Gebäude-Aussenwänden,

Fig. 4 einen ausschnittweise vergrösserten Querschnitt durch ein Bau- und/oder Lichtelement,

Fig. 5 einen ausschnittweise vergrösserten Querschnitt durch ein Bau- und/oder Lichtelement,

Fig. 6 einen ausschnittweise vergrösserten Querschnitt durch ein Bau- und/oder Lichtelement,

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Dünn-schicht-Vakuumkollektor,

Fig. 8 einen Querschnitt durch einen Dünnschicht-Vakuumkollektor,

Fig. 9 einen Querschnitt durch einen Wärmespeicher und

Fig. 10 eine Stanzvorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Bau- und/oder Lichtelement mit der Anordnung der Stützelemente 2 zwischen bspw. zwei Wandelementen 1.

Fig. 2 stellt ein Lichtelement mit zwei aus drei Wandelementen 1 gebildeten evakuierten Zwischenräumen dar, wobei zwei der Wandelemente 1 gegenüber dem anderen Wandelement 1 mit ihrem Rand zurückstehen. Aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen beidseits des Lichtelementes ist wegen der ungleichmässigen Flächenausdehnung eine flexible Randabdichtung vorgesehen. Besitzt das für die Randabdichtung verwendete Material einen anderen Ausdehnungskoeffizienten als jenes der Wandelemente, dann ist eine quer zur Ausdehnung gerichtete Schrumpfung bzw. Kompensation an der Randabdichtung zu berücksichtigen. Es erweist sich dafür eine geschrumpfte oder gewellte Edelstahlfolie als sehr zweckmässig.

Fig. 3 veranschaulicht die Anwendung einer Beschattungseinrichtung 26 an der Aussenwand eines Gebäudes. Eine Beschattungseinrichtung verhindert eine zu starke Erwärmung der Wand 27. Der Antrieb der Beschattungseinrichtung 26 erfolgt über ein Bimetall durch einen Elektromotor, welcher von einer Sonnenzelle 22 gespiesen und über einen Thermostat 24 gesteuert wird.

Fig. 4 zeigt ein Bau- und/oder Lichtelement mit einem mittleren, vom Rand der anderen Wandelemente 1 nach innen zurückversetzten Wandelement 1. Im dadurch entstehenden Hohlraum ist eine mit den äusseren Wandelementen verlötete Foliendichtung 7 vorgesehen, sowie ein Evakuierungsrohr 21, welches mittels Ventil 16 oder durch Abquetschen verschlossen werden kann.

Fig. 5 vermittelt ein Bau- und/oder Lichtelement mit einem vom Rande zurückversetzten Wandelement 1. Die gefaltete Metallfoliendichtung 7 ist zusätzlich geschützt durch ein Kantenschutzprofil 10, welches ausgeschäumt sein kann. Durch Abdichtung des Kantenprofils kann der Hohlraum als Vorvakuumkammer dienen. Durch die Öffnung kann evakuiert und anschliessend der Deckel 18 mittels schmelzendem Lot 19 verschlossen werden.

Fig. 6 zeigt ein Bau- und/oder Lichtelement nach Fig. 12, jedoch mit wegnehmbarem Rohr 20, durch welches evakuiert werden kann. Die mit der gefalteten und quergeschrumpften Metallfoliendichtung parallelverlaufenden zwei Lötdrähte 19 ergeben beim

Schmelzen eine dichte Lötverbindung zwischen Glas und Metallfolie 7.

Fig. 7 stellt einen Dünnschicht-Vakuumkollektor dar, jedoch mit vier Wandelementen 1 und einer verlöteten Metallfoliendichtung 7. Das Wandelement 1 auf der Lichteinstrahlungsseite ist transparent. Das innere Wandelement 1, das auf die Rohrschlange drückt, ist selektiv beschichtet. Das transparente Wandelement 1 auf der Einstrahlungsinnenseite sowie die rückseitigen Wandelemente können vakuumseitig infrarotreflektierend beschichtet sein.

Fig. 8 veranschaulicht einen Dünnschicht-Vaku-umkollektor, bestehend aus einem Absorber 30, der nicht im Vakuumraum angeordnet, jedoch beidseitig durch je ein vakuumisoliertes Bau- und/oder Lichtelement wärmedämmend geschützt ist. Das rückseitige Element muss nicht transparent sein.

Fig. 9 zeigt einen Saisonwärmespeicher 32. Die selektive Schicht an der Behälteraussenwand 33 dient der Aufnahme der Lichteinstrahlung. Der ganze Behälter ist aussenseitig mit vakuumisolierten Bau- und/oder Lichtelementen bekleidet. Durch die schräg angelegte Seite kann im Winter der Schnee abrutschen.

Bei der Fabrikation des erfindungsgemässen Bau- und/oder Lichtelementes kommt der Herstellung und dem Einlegen der Stützelemente 2 eine grosse Bedeutung zu. Der vorliegende Erfindungsgedanke schlägt vor, dass die Stützelemente 2 über ihrer Endposition auf dem einen Wandelement

1 mittels einer Stanzvorrichtung 38 aus einem folienartigen Material ausgestanzt aufgelegt werden. So haben u.a. Versuche gezeigt, dass mikrodünne transparente Scheibchen zwischen den Wandelementen 1 liegend in einer Grösse von ca. 1 mm Durchmesser kaum noch erkennbar sind.

Ein einfaches, sehr kostengünstiges Verfahren besteht im Stanzen kleiner Scheibchen aus einer Folie 34 senkrecht über den Endpositionen auf einer waagrechten Glasfläche, wo die Stützelemente

2 plaziert sein müssen.

Zu diesem Zweck wird vorteilhaft ein Folienband 34 zwischen einem mechanisch- oder elektromagnetisch betätigten Stempel 35 und einer Matrize 36 taktweise vorgeschoben und gestanzt, sodass der Stanzling senkrecht in die richtige Lage fällt oder vom Stempel 35 dorthin gedrückt wird. Die Stanzeinrichtung 38 besitzt vorteilhaft eine Abroll-und Aufrollvorrichtung 37 für das Folienband 34, ähnlich dem Farbband bei einer Schreibmaschine, (siehe Fig. 10).

Da die Stützelemente 2 rasterartig in regelmässigen Abständen auf einer Glasscheibe plaziert werden, wird eine oder mehrere der beschriebenen Stanzvorrichtungen 38 über der Glasfläche in die richtigen Positionen bewegt, oder es kann auch die Glasscheibe unter der feststehenden oder den feststehenden Stanzvorrichtungen 38 bewegt werden.

Eine besonders schnelle Aufbringung der Stützelemente 2 wird dadurch erreicht, indem die gleiche Anzahl Stanzvorrichtungen 38 über dem Wandelement 38 mit gleichem Rastermass angeordnet werden, soviel wie Stützelemente 2 auf das Glas aufzubringen sind.

Dadurch könnten bei grossen Fensterflächen pro

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Sekunde mehrere tausend Stützelemente über einer Glasfläche gestanzt und genau positioniert werden.

Für Stützelemente 2, die auf irgendwelche Art auf eine Glasfläche rasterartig aufgebracht werden, besteht die Möglichkeit, dass unter der Glasscheibe elektrostatisch aufladbare Nadeln oder Metallstifte vorgesehen sind, die die Stützelemente 2 richtig positionieren.

Aufliegende Scheiben haben gegenüber Kugeln oder Bolzen den Vorteil, dass sie nach der Aufbringung weder wegrollen noch umstürzen können.

Eine weitere rationelle Aufbringung von optisch nicht störenden Stützelementen 2 ermöglicht die Vakuumaufdampftechnik, indem mittels Masken, wie es bei der Herstellung von Mikro-Chips üblich ist, die Stützelemente 2 aufgedampft werden. Das aufzudampfende Substrat muss eine hohe Druckfestigkeit und eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

Sofern die Stützelemente 2 einen Durchmesser von weniger als 0,3 mm aufweisen, brauchen sie nicht transparent zu sein, da sie in dieser Grösse in einem Fenster nicht mehr sichtbar sind. Die Form der aufgedampften Stützelemente richtet sich nach einer wirtschaftlichen Herstellungsweise.

Ferner besteht die Möglichkeit, kleine nicht sichtbare Stützelemente mittels eines Druckverfahrens auf eine Glasfläche aufzutragen. Das pastenartige oder schmelzbare Stützelementematerial wird punktweise in vorbestimmter Rasteranordnung auf die Glasfläche gebracht oder auf eine andere geeignete Art aufgetragen, sodass nach Härtung der Paste druckfeste Stützelemente in Form von kleinen Erhöhungen auf der Glasoberfläche vorkommen.

Stützelemente 2 könnten auch auf eine Begrenzungsfläche gestreut werden, wobei die Aufstreuung auf verschiedene Arten erfolgen kann. Mit einer dünnen Platte, welche eine rasterartige Lochung aufweist und auf die Begrenzungsfläche aufgelegt wird, können die Stützelemente 2 positioniert werden.

Das Aufbringen von Stützelementen 2 kann auch mit einer gelochten Walze erfolgen, deren Löcher entsprechend dem gerasterten Abstand der Stützelemente auf dem Wandelement 1 entspricht, wobei die Stützelemente 2 beim Abrollen der Walze auf der begrenzten Fläche aus den Löchern der Walze herausfallen oder herausgepresst werden.

Es ist vorteilhaft, wenn das Stützelementematerial für alle Arten von Stützelementen oder die Stützelemente-Auflagefläche weniger hart ist als Glas, damit die Begrenzungsflächen durch den durch das Vakuum verursachten Anpressdruck nicht verletzt werden.

Das erforderliche Vakuum für den Zwischenraum liegt im nicht anspruchsvollen Feinvakuumbereich. Hochvakuum ist nicht notwendig.

Die Distanz der Stützelemente zueinander ist abhängig vom Querschnitt und der Druckfestigkeit des verwendeten Materials. Es muss durch Optimierung eine möglichst geringe Wärmeleitung angestrebt werden. Stützelementematerial aus Getterwerkstoff wäre ideal.

Je kleiner die Querschnitte und somit die Druckbelastbarkeit sind, umso geringer sind die Abstände zwischen den Stützelementen 2 zu wählen, wodurch eine Optimierung der Dicke der Wandelemente bzw. eine sich auf den Preis der Wandelemente günstig auswirkende Lösung ermöglicht wird. Bei Venwendung von dünnem Tafelglas für ein vakuumisoliertes Bau- und/oder Lichtelement entsteht ein Verbundglas, das gegen Durchbiegung bei Winddruck bedeutend widerstandsfähiger ist als herkömmliches Isolierglas mit zwei oder drei Glasscheiben.

Dadurch, dass bei einem vakuumisolierten Lichtelement zwei, drei oder mehr Glastafeln mit einem Atmosphärendruck von 10 Tonnen pro m2 auf die in der mikrodünnen Vakuumschicht liegend angeordneten Stützelemente 2 pressen, und diese einer seitlichen Verschiebung der Glastafeln einen Widerstand entgegensetzen, entsteht ein gewisser Glasverbund.

Zwei, drei oder mehr Glastafeln erreichen so annähernd die Stärke eines Einzelglases in der Gesamtdicke der Summe der Einzelgläser.

Bei vakuumisolierten Lichtelementen gemäss dem Stand der Technik, mit bolzenartigen oder kugelförmigen Stützelementen, entsteht dieser Verbundeffekt nicht, weil diese einer seitlichen Verschiebung der Glastafeln bei einer Durchbiegung keinen Widerstand entgegenzusetzen vermögen.

Nebst den verschiedensten Anwendungsarten von hochisolierenden Verglasungen und Kombinationen, eignet sich das vakuumisolierte Lichtelement auch für die Verkleidung und zur aktiven Isolierung von Gebäudefassaden als Licht-Heizelement.

Damit die direkte Sonnenstrahlung die Gebäudewände 27 hinter den Lichtelementen nicht zu stark erhitzen kann, wird dieses mit einer Beschattungseinrichtung 26 kombiniert, welche mit einem Thermostat 24 automatisch geregelt werden kann. Die Beschattungseinrichtung wird vorteilhaft im Hohlraum zwischen dem vakuumisolierten Lichtelement und einer parallel dazu angeordneten transparenten oder teiltransparenten Fassadenplatte 40, die auch verputzähnlich strukturiert sein kann, vorgesehen.

Zur Aufnahme der Lichtenergie kann eine selektive Schicht 25 angewendet werden.

Das vakuumisolierte Lichtelement mit mikrodünnem Zwischenraum 3 gestattet auch eine hocheffiziente aktive Sonnenenergienutzung durch Sonnenkollektor 29, indem zwischen zwei Glasscheiben eine der Sonne zugekehrte selektive Schicht 25 auf einem Absorber 30 angeordnet ist.

Die durch Sonnen- oder Lichtstrahlung im Absorber 30 erzeugte Wärme kann einem Speicher 32 oder Wärmeverbraucher zugeführt werden.

Zwischen dem Absorber 30 und der vorder- und rückseitigen Glasabdeckung befindet sich eine mikrodünne Vakuumschicht 3, mit dem Vorteil, dass bei einer eventuellen Implosion keine gefährlichen Glassplitter weggeschleudert werden können und kein Hochvakuum, sondern nur ein Feinvakuum erforderlich ist. Ein solcher Dünnschicht-Vakuumkollektor 29 kann auch als Fassadenelement mit oder ohne Beschattungseinrichtung 26 verwendet werden.

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Der atmosphärische Aussendruck von 10 Tonnen pro m2, welcher auf die Glasabdeckung und über die Stützelemente 2 auf den Absorber 30 drücken, kann dazu benutzt werden, eine sich zwischen zwei Absorberplatten befindliche Rohrschlange zusammenzupressen.

Der hohe Pressdruck ergibt eine gute wärmeleitende Verbindung zwischen Absorberplatten 30 und Rohrschlange, sodass eine Schweiss- oder Lötverbindung eingespart werden kann.

Ein vakuumisoliertes Lichtelement mit k-Wert von ca. 0,3 W/m2, ermöglicht erstmals den Bau eines verlustlosen Saisonwärmespeichers 32. Dazu wird ein im Freien aufgestellter Behälter 33, aussen mit vakuumisolierten Lichtelementen versehen. Da die auf die Behälterwandungen 27 auftreffende Licht-und Sonnenstrahlung stärker ist als der austretende Wärmeverlust, kann das Speichermedium im Speicher 32 nicht abkühlen, d.h. es entstehen keine Stillstandsverluste. Dadurch gelingt es, Wärme auf hohem Temperaturniveau wirtschaftlich vom Sommer in den Winter zu speichern. Als Behälter 33 für Wasser dienen einfache Stahl-, Kunststoff- oder Betonbehälter. Die Behälteraussenwände sind zur Aufnahme der Lichtenergievorteilhaft mit einer selektiven Schicht 25 versehen. Ein solcher Speicher kann auch direkt unter dem Dach eines Hauses aufgestellt werden, wenn das Bedachungsmaterial im Bereiche des Speichers transparent ist oder aus vakuumisolierten Lichtelementen besteht.

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.

Es ist vorteilhaft, die Randabdichtungen in einem dafür gebauten Vakuumofen mit den Glasflächen zu verlöten. Dazu werden die Glasränder und Randabdichtungen vorverzinnt. Nachdem die Stützelemente 2 aufgebracht und die Randabdichtung auf die erste Glasscheibe aufgelegt worden ist, wird die zweite Glasscheibe darauf gelegt. Beide Scheiben sind durch eine Halteeinrichtung oder durch ein Lot voneinander distanziert. Nach dem Schliessen des Vakuumofens kann die Evakuierung und das Ausheizen des Ofens beginnen.

Gleichzeitig wird auch die Luft und Feuchtigkeit zwischen den Glasscheiben abgesogen. Nach einer bestimmten Zeit wird die Temperatur im Vakuumofen erhöht, sodass die Randabdichtung 7 mit den Loten 19 schmilzt. Dadurch sinkt die obere Scheibe durch ihr Gewicht auf die Randabdichtung 7 mit dem flüssigen Lot 19 ab und es entsteht eine gasdichte Verbindung. Nach Abbruch des Heizvorganges erkaltet das Lot 19, sodass das fertig evakuierte Lichtelement dem Ofen entnommen werden kann. Sollte das Eigengewicht der oberen Scheibe als Belastung nicht ausreichen, so kann mit zusätzlichem Druck nachgeholfen werden. Anstelle eines Stützlotes 19, welches beim Schmelzen die obere Scheibe auf die Randabdichtung und die Stützelemente 2 sinken lässt, kann auch eine mechanische Absenkvorrichtung angewendet werden.

Die Evakuierung eines Lichtelementes kann aber auch mittels eines durch die Randabdichtung geführten Rohres 21 erfolgen, welches danach abgequetscht und dicht verlötet wird.

Es kann auch eine durch die Glasscheibe oder die Randabdichtung führende Öffnung 15 evakuiert werden. Zu diesem Zweck wird ein Rohr 20 dichtend auf die Glasscheibe oder die Randabdichtung gepresst und durch dieses Rohr 20 wird die Luft abgesaugt. Innerhalb des Rohres 20 über der Öffnung 15 befindet sich ein Verschlussdeckel 18. Während des Evakuierens ist dieser etwas angehoben, also nicht dicht aufgebracht. Nach beendeter Evakuation wird der Deckel 18 abgesenkt und gasdicht verschlossen. Dies erfolgt durch ein zwischen Glasscheibe bzw. Randabdichtung und Deckel schmelzendes Lot 19, welches durch eine Wärmequelle erhitzt wird. Auf diese Weise kann direkt im Vakuumofen evakuiert werden, auch wenn die Randabdichtungen bereits dichtend angebracht sind.

Nachdem das erforderliche Vakuum erreicht ist, wird das zwischen Verschlussdeckel 18 und Randabdichtung 7 oder der Glasfläche liegende Lot 19 mittels einer Wärmequelle zum Schmelzen gebracht, sodass eine gasdichte Lötverbindung 8 entsteht.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierenden Bau- und/oder Lichtelement, bestehend aus wenigstens zwei, zumindest annähernd parallel verlaufenden Wandelementen, die durch dazwischen angeordnete Stützelemente in einem gegenseitigen Abstand gehalten und zur Bildung eines die Wärmeleitung herabsetzenden evakuierten Zwischenraumes in ihrem Randbereich mittels einer eine gegenseitige Verschiebung der Wandelemente aufnehmenden Verbindung dicht miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandelemente (1) jeweils paarweise oder mehrfach nach Einlegen der Stützelemente (2) und allfälliger Gettermittel sowie Auf- bzw. Anlegen der Randdichtung zur Bildung des Zwischenraumes (3) in einem Vorgang evakuiert, ausgeheizt und abgedichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (2) über ihrer Endposition auf dem einen Wandelement (1) mittels Stanzvorrichtung (38) aus einem zugeführten folien-oder tafelförmigen Material ausgestanzt und aufgelegt werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit mehreren, auf das Rastermass der Stützelemente (2) abgestimmten Stationen ausgebildete Stanzvorrichtung (38) und eine Zuführvorrichtung für das zu stanzende Material vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch

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gekennzeichnet, dass unter dem die Stützelemente (2) aufnehmenden Wandelement (1) und der Stanzvorrichtung (38) elektrostatisch aufladbare Nadeln oder Stifte zur Positionierung der Stützelemente (2) vorgesehen sind.

5. Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierenden Bau- und/oder Lichtelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (2) durch Aufdampfen auf das vorgesehene Wandelement (1) und nach einer mit den Endpositionen der Stützelemente (2) gerasterten, durchbrochenen Maske aufgedampft werden.

6. Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierenden Bau- und/oder Lichtelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (2) als härtende Paste oder schmelzendes Material aufgetragen werden.

7. Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierenden Bau- und/oder Lichtelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (2) durch Ausstreuen auf dem Wandelement (1) angeordnet werden.

8. Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierenden Bau- und/oder Lichtelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (2) aus einer nach dem vorbestimmten Rastermass mit Öffnungen am Mantelumfang versehenen, abrollenden Walze auf ein Wandelement (1) aufgetragen werden.

9. Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierenden Bau- und/oder Lichtelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Evakuierung des Zwischenraumes (3) durch eine Öffnung in der Randabdichtung, den Wandelementen (1) oder dem Gettermittelbehälter und diese Öffnung unter Vakuum verlötet und die Lötstelle erst nach Aushärtung des Lotes mit der atmosphärischen Umgebung in Verbindung gebracht wird.

10. Bau- und/oder Lichtelement, bestehend aus wenigstens zwei, zumindest annähernd parallel verlaufenden Wandelementen, die durch dazwischen angeordnete Stützelemente in einem gegenseitigen Abstand gehalten und zur Bildung eines die Wärmeleitung herabsetzenden evakuierten Zwischenraumes in ihrem Randbereich durch eine dichte Verbindung ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den den Wandelementen (1) des Zwischenraumes (3) maximal 0,5 mm beträgt.

11. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch

10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (2) an wenigstens einem Wandelement (1) befestigt sind.

12. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch

11, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Stützelemente (2) kleiner ist als dick.

13. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch

12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (2) als flache Scheibchen ausgebildet sind.

14. Bau- und/oder Lichtelement nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (2) aus einem transparenten Werkstoff gebildet sind.

15. Bau- und/oder Lichtelement nach einem der

Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (2) weicher als die Wandelemente (1) ausgebildet sind.

16. Bau- und/oder Lichtelement nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (2) zwischen den Wandelementen (1) maximal 1% (ein Promille) der gesamten Fläche des Bau- und/oder Lichtelementes dek-ken.

17. Bau- und/oder Lichtelement nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieses innerhalb des evakuierten Zwischenraumes (3) mit wenigstens einer die Infrarotstrahlung reflektierenden Schicht versehen ist.

18. Bau- und/oder Lichtelement nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Vakuum verbundene Gettermittel (5) vorgesehen sind.

19. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Randdichtung mehrstufig ausgebildet ist und gegenseitig dichte, evakuierte Kanäle aufweist.

20. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Randdichtung die Wandelemente (1) U-förmig umfasst.

21. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Randdich-tung jeweils seitlich mit den Innenseiten der Wandelemente (1) verbunden ist und mit einem über den Rand der Wandelemente (1) hinausragenden Zwischenteil ein gefaltetes, an der Kante des Bau-und/oder Lichtelementes anliegendes T-förmiges Querschnittsprofil bildet.

22. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandelemente (1) an der Innenseite mit wenigstens annähernd parallel zu den Rändern verlaufenden Dichtungsnuten (6) ausgebildet sind.

23. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Wandelemente (1) gegenüber dem/den anderen Wandelementen (1) mit einem zurückversetzten Rand ausgebildet ist.

24. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Randabdichtung durch eine quer zur Ausdehnung der Wandelemente (1) schrumpfbare oder gewellte Folie (7) ausgebildet ist, deren Ränder mit den Wandelementen (1) verbunden sind.

25. Bau- und/oder Lichtelement, bestehend aus wenigstens zwei, zumindest annähernd parallel verlaufenden Wandelementen, die durch dazwischen angeordnete Stützelemente in einem gegenseitigen Abstand gehalten und zur Bildung eines die Wärmeleitung herabsetzenden evakuierten Zwischenraumes in ihrem Randbereich durch eine dichte Verbindung ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an seiner Aussenseite eine aus Tageslicht erzeugte Energie betriebene thermostatisch gesteuerte Beschattungseinrichtung (26) vorgesehen oder die Beschattung durch andere Mittel steuerbar ist.

26. Bau- und/oder Lichtelement, bestehend aus wenigstens zwei, zumindest annähernd parallel verlaufenden Wandelementen, die durch dazwischen

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angeordnete Stützelemente in einem gegenseitigen Abstand gehalten und zur Bildung eines die Wärmeleitung herabsetzenden evakuierten Zwischenraumes in ihrem Randbereich durch eine dichte Verbindung ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Kollektor zur Gewinnung von Licht- und Sonnenenergie vorgesehen ist, wobei das an der Aussenseite angeordnete Wandelement (1) transparent ausgebildet und im Zwischenraum (3) mit selektiv beschichteten Absorbern und flüssigkeitsführenden Leitungen versehen ist.

27. Bau- und/oder Lichtelement, bestehend aus wenigstens zwei, zumindest annähernd parallel verlaufenden Wandelementen, die durch dazwischen angeordnete Stützelemente in einem gegenseitigen Abstand gehalten und zur Bildung eines die Wärmeleitung herabsetzenden evakuierten Zwischenraumes in ihrem Randbereich durch eine dichte Verbindung ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass diese an der tageslichtbestrahlten Aussenseite eines Wärmespeichers (32) angeordnet ist und die Speicherwände mit schwarzer oder selektiver Beschichtung versehen sind.

28. Bau- und/oder Lichtelement nach einem der Ansprüche 10 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandelemente (1) aus Glas gebildet sind.

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