DE10159518A1 - Vakuum-Isolations-Paneel (VIP) mit Drucküberwachung - Google Patents

Vakuum-Isolations-Paneel (VIP) mit Drucküberwachung

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    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/76—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
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Abstract

Die Funktionsfähigkeit/Isoliereigenschaften von Vakuum-Isolationspaneelen (VIP) hängt vom Restgasdruck/der Güte des Vakuums im VIP ab. DOLLAR A Mit der dargestellten Erfindung wird eine zerstörungsfreie Prüfung zu jedem beliebigen Zeitpunkt auch an bereits eingebauten und damit nicht mehr zugänglichen VIP ermöglicht. Zur Bestimmung des Drucks wird die aktuelle Vorspannung der Folienumhüllung (1) des VIP herangezogen. Der Spannungszustand wird mittels Sensoren (5) bestimmt.

Description

    Stand der Technik
  • Vakuum-Isolations-Paneele (VIP) - wie beispielsweise aus DE 198 14 271 A1 und DE 298 09 807 oder DE 298 11 136.5 bekannt - sind bezüglich ihrer Funktionsfähigkeit auf einen dauerhaften Erhalt des einmal eingestellten Vakuums (Restgasdruckes in der Isolierung) angewiesen. Mit ansteigendem Restgasdruck nimmt das Isoliervermögen ab. Ursache für einen Anstieg des Restgasdruckes (Verschlechterung des Vakuums) kann einerseits eine tatsächliche Leckage in der Umhüllung des VIP sein - die u. U. auch bereits durch Fehler bei der Herstellung bedingt ist - andererseits führen andauernde Diffusions- und Permeationsvorgänge durch die Folienumhüllung immer zu einem Druckanstieg und damit zu einer Begrenzung der Lebensdauer des VIP.
  • Für den Hersteller der VIP ist es daher wünschenswert oder gar notwendig, die Funktionsfähigkeit der Isolierpaneele und/oder den exakt eingestellten Restgasdruck im VIP am Ende der Fertigungslinie zu bestimmen. Der Anwender derartiger Isolierungen möchte durch laufende oder zyklische Überwachung verlässliche Vorhersagen zur Restlebensdauer treffen können.
  • Gängige, aus der Vakuumtechnik bekannte Druckmessmethoden scheiden zur Überwachung von Serienprodukten von vornherein aus, weil derartige Meßsysteme aufwändig und teuer sind und zudem immer mit einem Durchbruch durch die vakuumdichte Umhüllung des VIP - und damit einer zusätzlichen, potentiellen Leckage verbunden sind.
  • Wegen der physikalisch gegebenen Abhängigkeit und Charakteristik zwischen Druck und spezifischer Wärmeleitfähigkeit ist auch eine Funktionsüberwachung mittels Wärmeleitfähigkeitsmessung und/oder Wärmebildgebungsverfahren sehr aufwändig und deswegen als Qualitätsprüfungsmethode nicht tauglich.
  • Als relativ einfache Prüfmethode hat sich im Fertigungsbereich bislang ein Verfahren etabliert, bei dem die VIP nach dem Evakuieren und Verschließen in einem Autoklaven mit einem Hüllvakuum beaufschlagt werden. Sobald das umhüllende Vakuum in etwa den Restgasdruck im Innern des VIP erreicht hat, beginnt die Hüllfolie des VIP abzuheben, was beispielsweise über einen Laser gemessen werden kann. Die Methode liefert allerdings nur relativ ungenaue Ergebnisse und keine gesicherten Erkenntnisse bei kleineren Leckagen (oder es müssen längere Lagerzeiten zwischen der Fertigstellung und der Prüfung des VIP eingehalten werden). Außerdem lässt sich ein solches Verfahren nicht zur laufenden Überwachung von bereits im Einsatz befindlichen VIP einsetzen.
    • Beschreibung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und kostengünstiges Meßsystem und -Verfahren zu etablieren, welches die Bestimmung des Restgasdruckes im VIP (und damit dessen Funktionsfähigkeit) zu jedem beliebigen Zeitpunkt sowohl nach der Herstellung als auch während des Betriebs ermöglicht.
  • Versuche haben überraschenderweise gezeigt, dass sich der Restgasdruck im VIP mit hinreichender Genauigkeit aus der Vorspannung der Folienumhüllung der VIP bestimmen lässt. Durch die Differenz aus dem umgebenden Atmosphärendruck und dem Vakuum im innern des VIP verhält sich die Folienumhüllung wie eine eingespannte, belastete Membran. Annähernd gleichbleibenden Umgebungsdruck vorausgesetzt, lässt der Spannungszustand der Folie Rückschlüsse auf den Restgasdruck im VIP zu. Der Spannungszustand der Folie lässt sich zuverlässig z. B. mittels Dehnungsmessstreifen bestimmen. Wird ein solcher Sensor unmittelbar nach der Fertigstellung des VIP auf die Folienumhüllung aufgeklebt, kann dieser Ausgangszustand als optimaler Druck festgehalten werden und Änderungen im Druckzustand sind entsprechend messbar.
  • Eine weitere Möglichkeit der Bestimmung des Spannungszustandes stellen sogenannte Piezofolien aus hochpolarisiertem Polyvinylfluorid (PVDF) dar. Gegenüber den DMS haben diese Folien im vorliegenden Fall den Vorteil, dass sie einfacher aufgebaut sind und auf dem VIP nicht auftragen.
  • Derartige Foliensensoren können entweder aufgeklebt oder fest mit der Folienumhüllung des VIP verschweißt werden. Entsprechend dem erwarteten Spannungszustand sowie der erforderlichen Messwertauflösung sind die messaktiven Folien mit Linien- Punkte- oder Matrixrastern zu versehen.
  • Wie praktische Versuche ergeben haben, lässt sich die Genauigkeit der Meßmethode und die Signalauswertung weiter verbessern, wenn im Stützkörper des VIP am Applikationsort des Sensors eine Vertiefung eingearbeitet wird, so dass die Folienumhüllung des VIP in diesem Bereich (durch die Druckdifferenz) stärker vorgespannt wird (s. Fig. 1)
  • Für die eigentliche Messwerterfassung besteht einerseits die Möglichkeit, die Messelektronik direkt am Sensor anzuschließen. Dies bedeutet allerdings, dass die zu überwachenden VIP und deren Meß-Sensoren frei zugänglich sind - die Drucküberwachung ist also in der Regel nicht am eingebauten VIP möglich.
  • Deshalb wurde eine andere Möglichkeit der Messwerterfassung untersucht und erprobt. Direkt am Sensor wird ein spezieller Transponder appliziert, der sowohl die Messbrückenschaltung/Verstärker als auch Speichereinheit und Sende-/Empfangs- Antenne beinhaltet. Speisespannung für die Messbrückenschaltung sowie Steuersignale können jetzt von außen mittels einer Sende-/Empfangseinheit übertragen werden und entsprechende Meß-Signale werden auf gleichem Wege empfangen. Außerdem ist ein Vergleich mit den im Transponder gespeicherten Werten aus vergangenen Messperioden möglich.
  • Auf diese Art und Weise ist eine langzeitige Drucküberwachung sowohl an freiliegenden als auch an verbauten VIP möglich.
  • Die Fig. 1 zeigt ein Vakuum-Isolationspaneel mit der erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtung. Die Komponenten sind im einzelnen wie folgt bezeichnet: 1 vakuumdichte Folienumhüllung
    1a Siegelnaht
    2 Stützmaterial des VIP
    3 Vertiefung im Stützmaterial
    4 Sensor
    5 Meßgerät
    6 Transponder
  • Weitere Möglichkeiten der Ausgestaltung sind in den Fig. 2 und 3 dargestellt.

Claims (10)

1. Vakuum-Isolationspaneel (VIP) mit integrierter Drucküberwachung dadurch gekennzeichnet, daß die Folienumhüllung des VIP gleichzeitig als Meß- Membran (1) dient.
2. Vakuum-Isolationspaneel (VIP) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (2) des VIP an einer Stelle eine runde, ca. 5 mm tiefe Ausarbeitung (3) besitzt und dadurch eine definierte Vorspannung der Folienumhüllung (1) erreicht wird, sobald das VIP evakuiert ist.
3. Vakuum-Isolationspaneel (VIP) nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des vom Differenzdruck abhängigen Spannungszustandes der Folienumhüllung ein Sensor (4) fest mit der Folienumhüllung (1) des VIP verbunden ist.
4. Vakuum-Isolationspaneel (VIP) nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sensor (4) um einen Dehn-Meß- Streifen handelt.
5. Vakuum-Isolationspaneel (VIP) nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sensor (4) um eine Piezofolie aus hochpolarisiertem PVC handelt.
6. Vakuum-Isolationspaneel (VIP) nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) flächig mit einem elastischen Kleber auf die Umhüllung (1) des VIP geklebt wird.
7. Vakuum-Isolationspaneel (VIP) nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) vollflächig an der Folienumhüllung (1) anliegende und am Rand des Sensors (4) umlaufend mit der Folienumhüllung (1) verschweißt wird.
8. Vakuum-Isolationspaneel (VIP) nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) zur Druckmessung galvanisch mit einer entsprechenden Messbrückenschaltung (5) und einem Anzeigegerät verbunden wird.
9. Vakuum-Isolationspaneel (VIP) nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) dauerhaft und galvanisch mit einem Transponder (6) verbunden ist.
10. Vakuum-Isolationspaneel (VIP) nach den Ansprüchen 1 bis 5 und 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (6) mindestens eine Messbrückenschaltung, einen Messwertspeicher und eine Antenne zur induktiven Kopplung mit einem externen Messgerät beinhaltet.
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