CH699099A2 - Paneel mit einem geschlossenen Vakuumraum. - Google Patents

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Abstract

Bei einem Paneel (1) mit einem geschlossenen Vakuumraum (10) umfasst der geschlossene Vakuumraum (10) eine Vielzahl von geschlossenen Vakuumzellen (11).

Description


  [0001]    Die vorliegende Erfindung betrifft ein Paneel mit einem geschlossenen Vakuumraum.

  

[0002]    Um im Bauwesen, insbesondere im Gebäudebau, einen Wärmefluss zu reduzieren, gibt es verschiedene Isolationsmaterialien. Bei einer Isolation geht es im Wesentlichen darum, Festkörperleitung, Gasleitung, Strahlung und Konvektion von Wärme zu unterbinden. Durch ein Vakuum wird sowohl die Gasleitung als auch die Konvektion unterbunden. Es sind Vakuumisolationen bekannt, die einen Vakuumraum mit einem offenporigen Stützkörper aufweisen, der durch eine gasdichte Folie abgedichtet wird. Diese Vakuumisolationen sind beispielsweise als Paneele ausgebildet, die im Gebäudebau Verwendung finden.

  

[0003]    Die Verwendung von offenporigen Vakuumisolationen, die mit einer gasdichten Folie abgedichtet sind und einen Gasinnendruck von ungefähr 50 mbar aufweisen, erzielen zwar gute Isolationswerte, sind aber im Gebäudebau nur umständlich einsetzbar. Falls die gasdichte Folie bei Einbau- oder Umbauarbeiten beschädigt wird, so wird durch das Einströmen der Umgebungsluft die Isolationswirkung der Vakuumisolation unwirksam. Hierbei genügt eine ganz kleine Verletzung der gasdichten Folie, wie sie z. B. mit einem spitzen Gegenstand oder einem Bohrstab entstehen kann. Auch kann ein solches herkömmliches Paneel nicht beliebig in Form und Grösse modifiziert oder mit Löchern versehen werden, ohne die gasdichte Folie zu beschädigen.

   Somit kann ein herkömmliches Paneel nur in seiner ausgelieferten Grösse eingesetzt werden oder es müssen aufwändige Spezialanfertigungen auf Mass hergestellt werden.

  

[0004]    Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Paneel mit einem geschlossenen Vakuumraum vorzuschlagen, das die obengenannten Nachteile nicht aufweist und insbesondere einen Vakuumraum aufweist, der nicht durch übliche Tätigkeiten im Gebäudebau zerstört wird.

  

[0005]    Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Paneel gelöst, wie es im unabhängigen Patentanspruch 1 definiert ist. Der unabhängige Patentanspruch 10 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen Paneels. Vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

  

[0006]    Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ein erfindungsgemässes Paneel mit einem Vakuumraum eine Vielzahl von geschlossenen Vakuumzellen umfasst. Die Vakuumzellen bilden zusammen den geschlossenen Vakuumraum. Geschlossene Vakuumzellen haben im Vergleich zu einer offenporigen Struktur den Vorteil, dass, falls bei üblichen Tätigkeiten im Gebäudebau, wie beispielsweise Bohren, Sägen oder Zuschneiden, der Vakuumraum beschädigt wird, nur eine kleine Zahl der Vielzahl von geschlossenen Vakuumzellen beschädigt wird und somit eine durch den Vakuumraum gebildete Vakuumisolation nur geringfügig beeinträchtigt wird. Auch erlaubt der Vakuumraum mit einer Vielzahl von geschlossenen Vakuumzellen, dass das Paneel individuell und im Gebäudebau auch vor Ort bearbeitet werden kann, um eine gewünschte Grösse bzw. Form einzunehmen, ohne die Vakuumisolation zu beeinträchtigen.

   Die geschlossenen Vakuumzellen umfassen beispielsweise einen Hohlraum und dazugehörige Wände, die um den Hohlraum angeordnet sind. Die geschlossenen Vakuumzellen können eine Vielzahl an Formen aufweisen und deren Wände beispielsweise mit einem Klebstoff miteinander verbunden sein.

  

[0007]    Vorzugsweise ist beim erfindungsgemässen Paneel der geschlossene Vakuumraum zwischen zwei Platten angeordnet. Eine solche Anordnung zwischen zwei Platten macht das erfindungsgemässe Paneel zusätzlich unempfindlicher gegenüber üblichen Tätigkeiten im Gebäudebau, die bei Einbau- bzw. Umbauarbeiten entstehen.

  

[0008]    Bei einer Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Paneels sind die geschlossenen Vakuumzellen kugelförmig ausgebildet. Vakuumkugeln als kugelförmige, geschlossene Vakuumzellen ermöglichen eine einfache, wenig aufwändige Konstruktion des Paneels. Solche Vakuumkugeln können hinsichtlich ihrer Grösse, Festigkeit und Verbindung verschiedenartig ausgebildet und angeordnet sein. Sie können beispielsweise aus Suiziden, Silizid-Kompositen, Metall, einer Legierung, Glas, Keramik oder Kunststoffen hergestellt sein. Sie umfassen beispielsweise eine kugelförmige Wand, die einen innenliegenden Hohlraum umschliesst, wobei die Wand beispielsweise eine Wandstärke im Bereich von 0.01 mm bis 5 mm, insbesondere eine Wandstärke im Bereich von 0.05 mm bis 1 mm aufweist. Die Vakuumkugeln können verallgemeinert auch eine ovale, respektive ellipsoide Form aufweisen.

  

[0009]    Bei einer alternativen Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Paneels sind die geschlossenen Vakuumzellen wabenförmig ausgebildet. Wabenförmig aufgebaute Vakuumzellen sind mechanisch stabil und wenig aufwändig in der Herstellung.

  

[0010]    Bei einer weiteren alternativen Ausführungsvariante umfasst der geschlossene Vakuumraum des erfindungsgemässen Paneels ein geschäumtes Material. Die geschlossenen Vakuumzellen sind als geschlossene Poren im geschäumten Material vorhanden. Die Verwendung eines geschäumten Materials erlaubt eine kostengünstige Herstellung des geschlossenen Vakuumraums.

  

[0011]    Vorzugsweise ist beim erfindungsgemässen Paneel das geschäumte Material ein geschäumter Kunststoff, insbesondere Polyurethan, oder ein geschäumtes Glas. Kunststoff, insbesondere Polyurethan, ist ein kostengünstiges Ausgangsmaterial für die Produktion des geschlossenen Vakuumraums. Glas geniesst eine hohe Akzeptanz im Gebäudebau.

  

[0012]    Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemässe Paneel mindestens eine wabenförmige Zellwandstruktur und mindestens zwei Abschlussplatten, wobei die Abschlussplatten beidseits der wabenförmigen Zellwandstruktur angeordnet und mit dieser luftdicht verbunden, beispielsweise verklebt, sind. Eine solche Bauweise des Paneels ergibt eine wenig aufwändige, aber stabile Konstruktion. Das Zusammenfügen der wabenförmigen Zellwandstrukturen und der mindestens zwei Abschlussplatten erfolgt idealerweise unter Vakuum, um so die geschlossenen Vakuumzellen zu bilden. Als Material für die wabenförmige Zellwandstruktur und die Abschlussplatten eignet sich Kunststoff, beispielsweise Polyurethan, oder Glas.

  

[0013]    Bevorzugt weisen beim erfindungsgemässen Paneel die geschlossenen Vakuumzellen einen grössten Durchmesser im Bereich von 0.01 mm bis 10 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 0.5 mm bis 5 mm, auf. Je grösser die Vakuumzelle, desto besser ist die Isolationswirkung des Paneels. Je kleiner die Vakuumzelle, desto weniger Vakuumzellen werden bei einer üblichen Tätigkeit im Gebäudebau, wie Bohren, Sägen oder Zuschneiden, zerstört.

  

[0014]    Bevorzugt weisen beim erfindungsgemässen Paneel die geschlossenen Vakuumzellen einen reduzierten Gasinnendruck im Bereich von 0.1 mbar bis 100 mbar, vorzugsweise in einem Bereich von 1 mbar bis 10 mbar, auf. Ein noch kleinerer Gasinnendruck wäre auch gut, aber praktisch unmöglich zu erreichen. Je kleiner dieser reduzierte Gasinnendruck in der geschlossenen Vakuumzelle ist, desto grösser ist die Isolationswirkung des Paneels, desto aufwändiger ist aber im Allgemeinen die Herstellung der geschlossenen Vakuumzelle.

  

[0015]    Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen Paneels mit einem geschlossenen Vakuumraum, wobei eine Vielzahl von geschlossenen Vakuumzellen gebildet wird und mit diesen ein Paneel hergestellt wird. Die geschlossenen Vakuumzellen können als Vakuumkugeln ausgebildet sein und eine kugelförmige Form aufweisen. Verallgemeinert können die Vakuumkugeln auch eine ovale, respektive ellipsoide Form aufweisen. Die geschlossenen Vakuumkugeln können unter Vakuum hergestellt werden oder mit einer Öffnung versehen sein, die nach Leerpumpen der Vakuumkugeln verschlossen wird. Ebenfalls möglich ist eine Herstellung' von Vakuumkugeln mit einer exothermen chemischen Reaktion, welche die Vakuumkugeln ausdehnt, sie erstarren lässt und beim Abkühlen zu einem reduzierten Gasinnendruck führt.

   Alternativ ist auch der Einsatz einer endothermen chemischen Reaktion denkbar, die zu einer Reduktion des Gasinnendruck führt. Um das Paneel zu formen, können die Kugeln beispielsweise zwischen zwei Platten eingebracht und miteinander verbunden, beispielsweise verklebt, werden.

  

[0016]    Vorzugsweise werden bei einem alternativen Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen Paneels die geschlossenen Vakuumzellen durch Schäumen eines Schaummaterials gebildet. Das Schäumen kann beispielsweise durch starke Reduktion des Gasaussendrucks erfolgen, wobei das Schaummaterial entweder durch Treibgas oder durch den inneren Überdruck aufgeschäumt wird. Der Gasaussendruck muss solange reduziert werden, bis eine dadurch entstandene Zellstruktur tragfähig ist. Ebenfalls möglich ist ein Einsatz einer chemischen Reaktion, die im Innern der geschlossenen Vakuumzellen den Gasinnendruck reduziert, sobald die geschäumte Zellstruktur tragfähig ist.

  

[0017]    Vorzugsweise wird beim Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen Paneels als Schaummaterial ein Kunststoff, insbesondere Polyurethan, oder Glas verwendet. Kunststoff, insbesondere Polyurethan, ist ein kostengünstiges Ausgangsmaterial für die Produktion des geschlossenen Vakuumraums. Glas geniesst eine hohe Akzeptanz im Gebäudebau.

  

[0018]    Bei einer weiteren alternativen AusführungsVariante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemässen Paneels wird mindestens eine wabenförmige Zellwandstruktur mit mindestens zwei Abschlussplatten versehen, wobei die Abschlussplatten beidseits der wabenförmigen Zellwandstruktur angeordnet werden und mit dieser unter Vakuum luftdicht verbunden werden. Alternierend werden eine wabenförmige Zellwandstruktur und eine Abschlussplatte unter Vakuum aufeinander gestapelt. Der Abschluss auf jeder Seite bildet ebenfalls eine Abschlussplatte. Die wabenförmige Zellwandstruktur und die jeweils benachbarten Abschlussplatten werden miteinander luftdicht verbunden, so dass geschlossene Vakuumzellen entstehen.

   Denkbar ist auch die Verwendung von vorfabrizierten wabenförmigen Zellwandstrukturen, die bereits mit einer der mindestens zwei Abschlussplatten verbunden sind und anschliessend unter Vakuum noch aufeinander gestapelt und miteinander verbunden, beispielsweise verklebt, werden. Der Gasinnendruck der geschlossenen Vakuumzellen kann gegebenenfalls auch nach einer (exothermen) chemischen Reaktion in den geschlossenen Vakuumzellen durch Abkühlung oder durch eine chemische Verbindung reduziert werden.

  

[0019]    Vorzugsweise werden bei einer Ausführungsvariante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemässen Paneels eine Vielzahl von geschlossenen Vakuumzellen miteinander verbunden. Um das Paneel zu formen, können die geschlossenen Vakuumzellen beispielsweise zwischen zwei Platten eingebracht und miteinander verbunden, beispielsweise verklebt, werden.

  

[0020]    Im Folgenden wird das erfindungsgemässe Paneel unter Bezugnahme auf' die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Paneels mit einem geschlossenen Vakuumraum;


  <tb>Fig. 2<sep>einen Schnitt durch einen Teil eines Vakuumraums eines erfindungsgemässen Paneels mit kugelförmigen Vakuumzellen;


  <tb>Fig. 3<sep>eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Paneels mit wabenförmigen Vakuumzellen;


  <tb>Fig. 4<sep>einen Schnitt gemäss der Linie A-A von Fig. 3;


  <tb>Fig. 5<sep>eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Paneels mit wabenförmigen Vakuumzellen;


  <tb>Fig. 6<sep>einen Schnitt gemäss der Linie B-B von Fig. 5;


  <tb>Fig. 7<sep>einen Schnitt durch einen Teil eines Vakuumraums eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungs-gemässen Paneels mit geschäumten Vakuumzellen; und


  <tb>Fig. 8<sep>eine Seitenansicht der geschäumten Vakuumzellen des Teils des Vakuumraums von Fig. 7.

  

[0021]    Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Paneels 1 mit einem geschlossenen Vakuumraum 10, der zwischen zwei Platten 12 oder Folien angeordnet ist und eine Vielzahl von geschlossenen Vakuumzellen 11 umfasst. Die Platten 12 werden beispielsweise durch Verkleben mit dem Vakuumraum 10 verbunden, um das Paneel 1 zu bilden.

  

[0022]    Fig. 2 zeigt einen Teil eines geschlossenen Vakuumraums 101, der kugelförmige geschlossene Vakuumzellen 111 umfasst. Die kugelförmigen, geschlossenen Vakuumzellen 111 können hinsichtlich ihrer Grösse, Festigkeit und Verbindung verschiedenartig ausgebildet und angeordnet sein. Die kugelförmig geschlossenen Vakuumzellen 111 können verallgemeinert auch eine ovale, ellipsoide oder ungleichmässige Form aufweisen und sind miteinander zum geschlossenen Vakuumraum 101 verklebt. Der geschlossene Vakuumraum 101 kann zur Herstellung eines Paneels verwendet werden.

  

[0023]    Die Fig. 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Paneels mit einer wabenförmigen Zellwandstruktur 213 sowie zwei Abschlussplatten 212, die beidseits der wabenförmigen Zellwandstruktur 213 angeordnet sind. Die wabenförmige Zellwandstruktur besteht aus einer Vielzahl von Zellwänden, die hexagonal angeordnet sind. Die wabenförmige Zellwandstruktur 213 und die Abschlussplatten 212 werden unter Vakuum zusammengesetzt und luftdicht miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verklebt, um den geschlossenen Vakuumraum 201 mit geschlossenen Vakuumzellen 211 herzustellen. Als Material für die wabenförmige Zellwandstruktur 213 und die Abschlussplatten 212 eignet sich Kunststoff, beispielsweise Polyurethan, oder Glas.

  

[0024]    Die Fig. 5 und 6 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Paneels mit zwei wabenförmigen Zellwandstrukturen 313 und drei Abschlussplatten 312, die beidseits und zwischen den beiden wabenförmigen Zellwandstrukturen 313 angeordnet sind. Die wabenförmigen Zellwandstrukturen 313 und die Abschlussplatten 312 werden unter Vakuum zusammengesetzt und luftdicht miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verklebt, um den geschlossenen Vakuumraum 301 mit geschlossenen Vakuumzellen 311 herzustellen. Die wabenförmigen Zellwandstrukturen 313 können hierbei versetzt zueinander angeordnet sein, um eine grössere Isolationswirkung zu erreichen.

  

[0025]    Die in den Fig. 5 und 6 gezeigte Anordnung mit alternierender Zellwandstruktur 313 und Abschlussplatte 312 kann beliebig fortgeführt werden, um eine gewünschte Dicke des geschlossenen Vakuumraums 301 zu erreichen, der dann wiederum zur Herstellung eines Paneels verwendet werden kann.

  

[0026]    Die Fig. 7 und 8 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Paneels, bei dem ein geschlossener Vakuumraum 401 ein geschäumtes Material 413 umfasst. Das geschäumte Material 413 weist geschlossene Vakuumzellen 411 auf, die anlässlich des Schäumens des Materials 413 gebildet worden sind. Als geschäumtes Material 413 kann Kunststoff, beispielsweise Polyurethan, oder Glas verwendet werden.

  

[0027]    Zu den vorbeschriebenen Paneele sind weitere konstruktive Variationen realisierbar. Insbesondere sind Kombinationen der verschiedenen Ausführungsbeispiele bzw. Kombinationen der verwendeten Verfahren denkbar, um ein Paneel mit einem geschlossenen Vakuumraum herzustellen.

Claims (14)

1. Paneel (1) mit einem geschlossenen Vakuumraum (10; 101; 201; 301; 401), dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vielzahl von geschlossenen Vakuumzellen (11; 111; 211; 311; 411) umfasst.
2. Paneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Vakuumraum (10; 101; 201; 301; 401) zwischen zwei Platten (12) angeordnet ist.
3. Paneel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossenen Vakuumzellen (111) kugelförmig ausgebildet sind.
4. Paneel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossenen Vakuumzellen (211; 311) wabenförmig ausgebildet sind.
5. Paneel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Vakuumraum (401) ein geschäumtes Material (413) umfasst.
6. Paneel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das geschäumte Material (413) ein geschäumter Kunststoff, insbesondere Polyurethan, oder ein geschäumtes Glas ist.
7. Paneel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine wabenförmige Zellwandstruktur (213; 313) und mindestens zwei Abschlussplatten (212; 312) umfasst, wobei die Abschlussplatten (212; 312) beidseits der wabenförmigen Zellwandstruktur (213; 313) angeordnet und mit dieser luftdicht verbunden sind.
8. Paneel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossenen Vakuumzellen (11; 111; 211; 311; 411) einen grössten Durchmesser im Bereich von 0.01 mm bis 10 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 0.5 mm bis 5 mm, aufweisen.
9. Paneel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossenen Vakuumzellen (11; 111; 211; 311; 411) einen reduzierten Gasinnendruck im Bereich von 0.1 mbar bis 100 mbar, vorzugsweise in einem Bereich von 1 mbar bis 10 mbar, aufweisen.
10. Verfahren zur Herstellung eines Paneels (1) mit einem geschlossenen Vakuumraum (10; 101; 201; 301; 401), dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von geschlossenen Vakuumzellen (11; 111; 211; 311; 411) gebildet wird und mit diesen ein Paneel (1) hergestellt wird.
11. Verfahren zur Herstellung eines Paneels nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossenen Vakuumzellen (11; 411) durch Schäumen eines Schaummaterials (413) gebildet werden.
12. Verfahren zur Herstellung eines Paneels nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaummaterial (413) ein Kunststoff, insbesondere Polyurethan, oder Glas verwendet wird.
13. Verfahren zur Herstellung eines Paneels nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine wabenförmige Zellwandstruktur (213; 313) mit mindestens zwei Abschlussplatten (212; 312) versehen wird, wobei die Abschlussplatten (212; 312) beidseits der wabenförmigen Zellwandstruktur (213; 313) angeordnet werden und mit dieser unter Vakuum luftdicht verbunden werden.
14. Verfahren zur Herstellung eines Paneels nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von geschlossenen Vakuumzellen (11; 111; 411) miteinander verbunden werden.
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