DE102006042426B4 - Vorrichtung zur berührungslosen Kontrolle von Vakuumdämmplatten mittels RFID-Technik - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Kontrolle des Belüftungszustandes einer folienumhüllten, druckbelastbaren Vakuumdämmplatte mittels der RFID-Technik, wobei ein RFID-Transponder in einer Vakuumdämmplatte installiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass a) zusammen mit dem RFID-Transponder wenigstens ein belastungsdruckempfindlicher Schalter in der Vakuumdämmplatte installiert ist, b) der Schalter im Inneren der Vakuumdämmplatte an der Umhüllungsfolie platziert ist, so dass der atmosphärische Druck von 1 bar auf die Schaltvorrichtung einwirkt und der Schalter in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der Atmosphäre und dem Inneren der Vakuumdämmplatte entweder elektrisch durchgängig oder isolierend ist, c) und der Schalter an einen Stromkreis aus Transponderspule und Transponderchip angeschlossen ist, damit dieser Stromkreis je nach Belüftungszustand der Vakuumdämmplatte geschlossen bzw. kurzgeschlossen oder unterbrochen ist, d) wobei dieser Schaltzustand mit Hilfe des Erkennens/Nichterkennens eines Transpondersignales durch ein Lesegerät von außen erfassbar ist und Aufschluss darüber liefert, ob die Vakuumdämmplatte belüftet oder evakuiert ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle des Belüftungszustandes einer folienumhüllten, druckbelastbaren Vakuumdämmplatte mittels der RFID-Technik, wobei ein RFID-Transponder in einer Vakuumdämmplatte installiert ist, womit der Zustand von folienumhüllten Vakuumdämmplatten mit Hilfe der RFID-Technik berührungslos von außen gemessen werden kann.
• Evakuierte, folienumhüllte Vakuumdämmplatten ermöglichen eine sehr hohe Wärmedämmung bei geringstem Platzbedarf. Die Funktion ist aber nur gegeben, wenn die Dämmplatte ausreichend gut evakuiert wird. Mehrere bekannte Verfahren ermöglichen es, während der Herstellung der Vakuumdämmplatten zu prüfen, ob der Gasdruck gering genug ist. In einem Verfahren ( DE 102 15 213 C1 ) wird eine Metallscheibe, auf der sich ein dünnes Glasfaservlies befindet, in die Vakuumdämmplatte zwischen Hüllfolie und Dämmkern eingelegt. Von außen wird ein Messkopf mit erhöhter Temperatur aufgesetzt und der Wärmedurchgang ist vom Gasdruck im Inneren der Vakuumdämmplatte abhängig, so dass der Gasdruck im Bereich zwischen 0,05 mbar und 100 mbar recht genau bestimmt werden kann. Der Anfangsgasdruck liegt nach der Produktion der Vakuumdämmplatten typischerweise zwischen 0,1 und 1 mbar.
• Der Anstieg des Gasdruckes bei unbeschädigten Vakuumdämmplatten ist sehr gering. Er liegt im Bereich von 1 bis 2 mbar pro Jahr. Eine Beschädigung der Plattenhülle insbesondere beim Transport oder Einbau der Vakuumdämmplatten in das dämmende Objekt kann aber relativ schnell zu einer Belüftung führen. Belüftete Platten sind optisch relativ einfach daran zu erkennen, dass die Hüllfolie locker um den Kern liegt. Solche offensichtlich beschädigten Platten werden aussortiert. Vakuumdämmplatten werden allerdings meist so eingebaut, dass die Oberfläche nicht mehr zugänglich ist, z. B. durch Abdeckungen wie Holzplatten, beschichteten Glasplatten, Kunststoffplatten oder Putz bei Anwendungen im Baubereich. Ob eine eingebaute Vakuumdämmplatte defekt ist, kann dann nicht mehr auf einfache Weise festgestellt werden.
• Es ist bekannt, dass in Vakuumdämmplatten eingebaute Gasdrucksensoren, in Verbindung mit einer berührungslosen RF-Transpondertechnik, auch durch mehrere Zentimeter starke, nicht-metallische Abdeckungen hindurch den Gasdruck einer Vakuumdämmplatte erkennen können. Eine ähnliche Technik wird auch angewendet, um im Automobilbereich den Druck der Fahrreifen zu überwachen. Es hat jedoch gezeigt, dass diese Sensoren relativ teuer sind, so dass sie nicht serienmäßig in Vakuumdämmplatten eingebaut werden. Für viele Anwendungen wäre es jedoch ausreichend zu wissen, ob ein bestimmter Gasdruck, z. B. 500 mbar, in einem ansonsten unzugänglichen Vakuumpaneel überschritten ist.
• Die DE 101 17 021 A1 beschreibt ein Wärmeisolationselement, mit einem von einer luftdichten Hülle umschlossenen, unter Unterdruck stehenden Innenraum, in dem eine Druckmesseinrichtung untergebracht ist. Übersteigt der von der Druckmesseinrichtung angezeigte Druck des Innenraumes einen vorgegebenen Grenzdruck, so wird das Wärmeisolationselement als unbrauchbar verworfen. Dabei wird die Druckmessung nicht durch einen belastungdruckempfindlichen Schalter hervorgerufen, sondern durch einen Drucksensor, dessen Druckmesswert von einer integrierten Transponderschaltung digitalisiert, codiert und über eine Antenne abgestrahlt werden muss. Dieser Aufwand ist unpraktikabel.
• In der DE 101 59 518 A1 wird die Isoliereigenschaft von Vakuum-Isolationspaneelen in Abhängigkeit vom Restgasdruck bestimmt. Es wird eine Methode zur zerstörungsfreien Prüfung zu jedem beliebigen Zeitpunkt auch an bereits eingebauten und damit nicht mehr zugänglichen Vakuum-Isolationspaneelen ermöglicht. Dabei wird zur Bestimmung des Drucks die aktuelle Vorspannung der Folienumhüllung herangezogen und der Spannungszustand mittels Sensoren, welche mit einem Transponder galvanisch verbunden sind, indirekt bestimmt. Der Sensor samt Transponder befindet sich außerhalb der Umhüllung des Vakuumpaneels. Die indirekte Messung ist ungenau und störanfällig.
• Daraus resultiert das die Erfindung initiierende Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle des Belüftungszutandes einer folienumhüllten, druckbelastbaren Vakuumdämmplatte zur Verfügung zu stellen, welches mit preiswerten Mitteln arbeitet und daher in Vakuumdämmplatten dauerhaft einsetzbar ist, wobei die dazu benötigten Mess- und/oder Sendemittel quasi verloren sind.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Kontrolle des Belüftungszustandes einer folienumhüllten, druckbelastbaren Vakuumdämmplatte mittels der RFID-Technik. Dabei wird ein RFID-Transponder in einer Vakuumdämmplatte installiert, wobei zusammen mit dem RFID-Transponder wenigstens ein belastungsdruckempfindlicher Schalter in der Vakuumdämmplatte installiert ist. Dieser ist im Inneren der Vakuumdämmplatte an der Umhüllungsfolie platziert, so dass der atmosphärische Druck von 1 bar auf die Schaltvorrichtung einwirkt und der Schalter in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der Atmosphäre und dem Inneren der Vakuumdämmplatte entweder elektrisch durchgängig oder isolierend ist. Ferner ist der RFID-Transponder an einen Stromkreis aus Transponderspule und Transponderchip angeschlossen, damit dieser Stromkreis je nach Belüftungszustand der Vakuumdämmplatte geschlossen bzw. kurzgeschlossen oder unterbrochen ist. Darüberhinaus ist der Schaltzustand durch ein Lesegerät von außen über Erkennen bzw. Nichterkennen des Transpondersignals erfassbar und liefert Aufschluss darüber, ob die Vakuumdämmplatte belüftet oder evakuiert ist.
• Im evakuierten Zustand ist der Schalter geschlossen und der RFID-Transponder bei einer seriellen Verschaltung funktionsfähig. Würde der Schalter dagegen parallel zum Schwingkreis geschaltet, wäre in diesem Fall der RFID-Transponder nicht funktionsfähig.
• Wird die Vakuumdämmplatte belüftet, so entfällt die mechanische Belastung auf den elektrischen Schalter und er ist geöffnet. Ist der Schalter seriell mit dem Schwingkreis verbunden, kann der RFID-Transponder in diesem Zustand kein Signal mehr abgeben. Bei einer parallelen Verschaltung dagegen wäre der RFID-Transponder nun funktionsfähig.
• Als einfachste druckabhängige, kontaktgebende Vorrichtungen haben sich z. B. kleine, konvex gebogene Metallbleche erwiesen. Dieses Metallblech kann z. B. auf einer Lötplatine so befestigt werden, dass die Seite des Bleches mit einer Leiterbahn Kontakt hat und die Mitte des Bleches im gedrückten Zustand mit einer zweiten Leiterbahn Kontakt bekommt.
• Auf der Lötplatine können auch der Transponderchip und die Anschlüsse der Schwingspule eingelötet und die Schwingspule selbst befestigt werden. Die Lötplatine wird mit dem aufgebrachten Metallblech und Transponder zwischen der Hüllfolie der Vakuumdämmplatte und dem Dämmkern platziert. Im evakuierten Zustand drückt der äußere Luftdruck über die Hüllfolie die Mitte des leicht konvex gebogenen Metallbleches auf einen Kontakt der Lötplatine, so dass ein elektrischer Durchgang geschaffen wird. Der RFID-Transponder ist nun bei dem seriell eingebauten Schalter auslesbar, was auf eine funktionsfähige Vakuumdämmplatte hinweist.
• Steigt der Gasdruck im Inneren der Vakuumdämmplatte an, so verringert sich der Belastungsdruck auf den Schalter entsprechend. Ab einer bestimmten minimalen Belastung des Schalters springt das Metallblech in seine ursprünglich konvexe Form zurück und der elektrische Kontakt zwischen der Blechmitte und der Leiterbahn auf der Platine wird unterbrochen. Bei einem seriellen Einbau des Schalters ist der RFID-Transponder nun nicht mehr auslesbar. Dies bedeutet, dass die Vakuumdämmplatte einen zu hohen Gasdruck (z. B. größer 500 mbar) aufweist bzw. belüftet und damit nicht mehr funktionsgemäß ist.
• Anstelle des Metallbleches können zur Herstellung des Schalters auch zwei Kunststofffolien mit aufgeprägten Leiterbahnen verwendet werden, die aufeinander liegen. Ein oder beide Kunststofffolien können an der Schalterstelle konvex nach außen vorgeprägt sein, so dass sich im unbelasteten Zustand kein Kontakt zwischen den Folien ergibt, im belasteten Zustand dagegen die beiden Folien elektrischen Kontakt haben. Der elektrische Kontakt der beiden Folien schließt wieder den elektrischen Stromkreis aus Spule und Transponderchip. Auch andere Vorrichtungen sind denkbar, die einen elektrischen Kontakt unter Belastung schließen und bei Entlastung öffnen.
• Zwei gängige Frequenzen der RF-Transpondertechnik liegen bei 125 kHz und 13,56 MHz. Vorzugsweise wird die 125 kHz-Technik für die Erfindung verwendet. Die höhere Frequenz durchdringt nämlich nur äußerst schwierig metallisierte Folien, wie sie bei Vakuumdämmplatten Anwendung finden. Die Wellen mit 125 kHz werden dagegen ausreichend wenig von der dünnen Aluminiumschicht gedämpft. Die hauchdünn mit Aluminium metallisierten Folien sind notwendig, um den Gas- und Wasserdampfeintrag in die Vakuumdämmplatte so gering wie möglich zu halten. Vorzugsweise wird für diese Erfindung daher die 125 kHz-Technik verwendet.
• Eine praktisch gasdichte Aluminiumschichtdicke von typischerweise 6–10 μm, die teilweise auch für Vakuumdämmungen zur Anwendung kommt, wird allerdings von keiner der beiden Frequenzen durchdrungen. Um auch solche Vakuumdämmplatten mit dem erfindungsgemäßen System ausrüsten zu können, muss in die Aluminiumverbundfolie am Ort des Transponders ein Fenster mit der Größe der Transponderspule geschnitten werden. Das Fenster wird mit einer metallisierten Hochbarrierefolie verschlossen, die das RF-Signal von 125 kHz in ausreichender Stärke durchlässt. Vorzugsweise wird dabei z. B. bei einem kreisförmigen Fenster eine kreisförmige metallisierte Hochbarrierefolie mit einem etwas größeren Durchmesser zugeschnitten. Die kreisförmige metallisierte Hochbarrierefolie wird mit der Siegelschicht nach außen in die Fensteröffnung der Aluminiumverbundfolie gelegt und am überlappenden Rand auf die Siegelschicht kreisförmig aufgesiegelt. Zum Versiegeln wird ein entsprechend geformtes, geheiztes Werkstück auf den Randbereich gesetzt. Damit werden die beiden Siegelschichten rundum verschmolzen. Dadurch ist das Fenster vakuumdicht verschlossen. Dieser Vorgang kann auch noch beim schon umhüllten Kern, jedoch noch vor dem Einlegen des Transponders in die zu fertigende Vakuumdämmplatte durchgeführt werden.
• Mit dieser Technik ist es prinzipiell möglich, anstelle der 125 kHz auch die 13,56 MHz Transponder zu verwenden. Allerdings muss in diesem Fall eine metallfreie (transparente) Hochbarrierefolie als Fenster eingesetzt werden.
• Mit angepassten Spulengrößen des Transponders und des äußeren Senders/Empfängers kann die Information „Vakuumpaneel in Ordnung falls Transponder funktioniert” in ausreichend großer Entfernung vom Ort des im Vakuumpaneel eingebauten Transponders erkannt werden. Die typischen Entfernungen liegen zwischen 5 cm und 20 cm, so dass ein gute Vakuumdämmplatte in eingebautem Zustand üblicherweise erkannt werden kann, ohne dass es anderweitig zugänglich sein muss. Zusätzlich kann je nach Ausführung und Komplexität des Transponders z. B. noch eine Identifikationsnummer für die Vakuumdämmplatte oder sonstige Informationen wie Herstellungsdatum, Anfangsdruck etc. übertragen werden. Für die Erfindung werden dabei nur Standardkomponenten der RFID-Technik verwendet, so dass eine kostengünstige Realisation der Qualitätskontrolle der Vakuumdämmplatten möglich ist.
• In einer Variante der Erfindung werden zwei RFID-Transponder nebeneinander in die Vakuumdämmplatte eingesetzt, wobei ein Transponder 1 mit dem Schalter in Serie und der andere Transponder 2 parallel mit dem Schalter verbunden ist. Im Falle einer ausreichend evakuierten Vakuumdämmplatte sind beide Schalter gedrückt, wobei nur der Transponder 1 ein Signal ausgeben kann, das z. B. zusätzlich noch eine gerade Identifikationsnummer enthält. Steigt der Gasdruck im Inneren des Vakuumdämmplatte, verringert sich die Belastung auf den beiden Schaltern, so dass ab einem gewissen Gasdruck oder spätestens in belüftetem Zustand die beiden Schalter öffnen. In diesem Fall wird der Transponder 2 nun fähig, ein Signal auszugeben, das z. B. eine ungerade Identifikationsnummer enthält. Der Transponder 1 ist dagegen nicht mehr ansprechbar. Auf diese Weise kann jeweils mit einem positiven Signal eindeutig erkannt werden, ob die Vakuumdämmplatte defekt ist oder ob es ausreichend evakuiert ist.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Kontrolle des Belüftungszustandes einer folienumhüllten, druckbelastbaren Vakuumdämmplatte mittels der RFID-Technik, wobei ein RFID-Transponder in einer Vakuumdämmplatte installiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass a) zusammen mit dem RFID-Transponder wenigstens ein belastungsdruckempfindlicher Schalter in der Vakuumdämmplatte installiert ist, b) der Schalter im Inneren der Vakuumdämmplatte an der Umhüllungsfolie platziert ist, so dass der atmosphärische Druck von 1 bar auf die Schaltvorrichtung einwirkt und der Schalter in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der Atmosphäre und dem Inneren der Vakuumdämmplatte entweder elektrisch durchgängig oder isolierend ist, c) und der Schalter an einen Stromkreis aus Transponderspule und Transponderchip angeschlossen ist, damit dieser Stromkreis je nach Belüftungszustand der Vakuumdämmplatte geschlossen bzw. kurzgeschlossen oder unterbrochen ist, d) wobei dieser Schaltzustand mit Hilfe des Erkennens/Nichterkennens eines Transpondersignales durch ein Lesegerät von außen erfassbar ist und Aufschluss darüber liefert, ob die Vakuumdämmplatte belüftet oder evakuiert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der belastungsdruckabhängige Schalter in Serie in den Stromkreis aus Transponderspule und Transponderchip eingebaut ist, so dass dieser Stromkreis unterbrochen werden kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der belastungsdruckabhängige Schalter in Parallelschaltung zu dem Stromkreis aus Transponderspule und Transponderchip eingebaut ist, um diesen unter Belastung kurzzuschließen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der belastungsdruckabhängige Schalter zwischen Umhüllungsfolie und Dämmkern platziert ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Transponderspule und Transponderchip zwischen Umhüllungsfolie und Dämmkern platziert sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile auf einer Lötplatine installiert sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile auf einer mit Leiterbahnen versehenen Kunststofffolie aufgebracht Rind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllungsfolie als Hochbarrierefolie ausgebildet ist, in die über der Transponderspule des eingebauten Transponders ein für die Radiofrequenz durchlässiges Fenster aus Kunststofffolie eingesiegelt ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der belastungsdruckabhängige Schalter derart ausgelegt ist, dass er sich beim Unterschreiten einer Belastung unterhalb von 900 mbar bis 10 mbar, vorzugsweise unter 500 mbar bis 50 mbar, und besonders bevorzugt zwischen 200 und 100 mbar, öffnet.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Serienschaltung des Schalters eine unbeschädigte Vakuumdämmplatte durch die Auslesbarkeit des RFID-Transponders in der Vakuumdämmplatte erkennbar ist, eine belüftete oder beschädigte Vakuumdämmplatte mit Gasdrücken oberhalb von 500 mbar dagegen durch die Nicht-Auslesbarkeit des Transponders.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Parallelschaltung des Schalters mit einem Transponderschwingkreis eine unbeschädigte Vakuumdämmplatte durch die Nicht-Auslesbarkeit des RFID-Transponders erkennbar ist, eine beschädigte Vakuumdämmplatte dagegen durch die Auslesbarkeit des Transponders.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl ein RFID-Transponder mit Serienschaltung als auch ein RFID-Transponder mit Parallelschaltung des belastungsdruckabhängigen Schalters in eine Vakuumdämmplatte eingebaut sind, so dass sowohl im Fall der ausreichend evakuierten Vakuumdämmplatte ein RFID-Signal ausgelesen werden kann, als auch im Fall einer belüfteten oder beschädigten Vakuumdämmplatte.