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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Dämmschicht zwischen einem Innengehäuse und einem Außengehäuse eines Kälteschranks. Diese Dämmschicht wird umgangssprachlich auch als Isolationsschicht bezeichnet.
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Bekannt sind Kälteschränke mit einem Innengehäuse und einem Außengehäuse und einer zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse angeordneten Dämmschicht, wobei die Dämmschicht aus wenigstens einer Dämmschaumschicht und wenigstens einer Vakuumdämmplatte (umgangssprachlich auch Vakuumisolationsplatte genannt, im Weiteren: VIP) besteht. Dämmschaumschichten können bevorzugt aus Ein- oder Mehrkomponentenschäumen bestehen oder aus anderen Materialien mit niedrigem Wärmeleitkoeffizienten hergestellt werden.
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In derartigen Kälteschränken können Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur bis -180°C herrschen, typischerweise jedoch weniger als -80°C. Wesentlich für derartige Kälteschränke ist eine gute Dämmschicht, um mit möglichst wenig Energieaufwand die Temperatur im Inneren des Kälteschranks stabil zu halten. Einen derartigen Kälteschrank zeigt beispielsweise das
US 6,260,377 B1 . Der dort offenbarte Kälteschrank weist eine Dämmschicht auf, bei welchem die VIP auf der Innenseite des Außengehäuses des Kälteschranks angeordnet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kälteschrank bereitzustellen, welcher eine verbesserte Dämmschicht aufweist, welche insbesondere ein besseres Dämmvermögen aufweist. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Dämmschicht bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Dämmschicht zwischen einem Innengehäuse und einem Außengehäuse eines Kälteschranks mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Kälteschrank mit einem Innengehäuse und einem Außengehäuse und einer zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse angeordneten Dämmschicht aus wenigstens einer Dämmschaumschicht und wenigstens einer VIP zeichnet sich dadurch aus, dass die VIP zwischen zwei Dämmschaumschichten angeordnet ist. Dabei können die beiden Dämmschaumschichten auch einstückig miteinander verbunden sein, solange sichergestellt ist, dass beidseitig der VIP Dämmschaum angeordnet ist. Dabei ist die dem Außengehäuse zugewandte Dämmschaumschicht vorab auf die VIP geschäumt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Wärmeleitkoeffizient λ bei den hier verwendeten Materialien mit steigender Temperatur größer wird, d. h. bei höherer Temperatur das Dämmvermögen schlechter wird. Dabei ist der λ-Wert eine nicht lineare, temperaturabhängige Funktion. Wird nun im Inneren der Dämmschaumschicht eine VIP angeordnet, so wird die Temperaturdifferenz zwischen der dem Innengehäuse zugewandten und der dem Außengehäuse zugewandten Oberfläche der VIP umso größer ausfallen, je näher die VIP am Innengehäuse angeordnet ist. Durch eine Anordnung der VIP nahe am Innengehäuse wird der kleinstmögliche Wärmedurchgangskoeffizient für die Dämmschicht erreicht und die VIP innerhalb der Dämmschicht besonders effektiv eingesetzt.
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Eine besonders effektive Wirkung der VIP kann erreicht werden, wenn die dem Innengehäuse zugewandte Dämmschaumschicht so dünn wie möglich oder die dem Außengehäuse zugewandte Dämmschaumschicht so dick wie möglich ausgebildet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die VIP zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse so nahe an dem Innengehäuse positioniert, dass gerade der minimal nötige Abstand für einen Schäumprozess zwischen dem Innengehäuse und der VIP gegeben ist.
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Vorteilhafterweise liegt das Verhältnis der Dicke der dem Innengehäuse zugewandten Dämmschaumschicht zu der Dicke der dem Außengehäuse zugewandten Dämmschaumschicht im Bereich von 20:80 bis 80:20, besonders bevorzugt im Bereich von 20:80 bis 50:50. Die Dicke der Dämmschaumschichten wird dabei im Wesentlichen entlang eines Schnitts vom Innengehäuse zum Außengehäuse senkrecht zur Fläche einer Gehäusewand des Innengehäuses oder des Außengehäuses bestimmt. Bei der Bestimmung der Dicke der dem Innengehäuse zugewandten Dämmschaumschicht wird dabei die Dicke des Dämmschaums, der zwischen eventuell auf der Außenseite des Innengehäuses vorhandenen Kühlelementen angeordnet ist, nicht berücksichtigt.
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Vorzugsweise ist an der zwischen der VIP und dem Außengehäuse angeordneten Dämmschaumschicht auf der dem Außengehäuse zugewandten Fläche eine dampfsperrende Schicht angeordnet, insbesondere ein dampfsperrende Schicht in Form einer Aluminiumkaschierung oder einer Folie, um die dämmende Wirkung der Dämmschicht weiter zu verbessern und insbesondere das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Dämmschicht zwischen einem Innengehäuse und einem Außengehäuse eines Kälteschranks, wobei die Dämmschicht aus wenigstens einer Dämmschaumschicht und wenigstens einer VIP besteht, weist folgende Schritte auf:
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Zunächst wird eine Dämmschaumschicht auf wenigstens einer Seite einer VIP zur Bildung einer vorgeschäumten Platte aufgeschäumt. Anschließend wird die vorgeschäumte Platte in den Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse des Kälteschranks eingesetzt. Schließlich wird ein Dämmschaum in den Zwischenraum zwischen der vorgeschäumten Platte und dem Innengehäuse, insbesondere auf der Seite der VIP, eingebracht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren, zunächst eine Dämmschaumschicht auf wenigstens einer Seite einer VIP anzubringen und anschließend die derart gebildete vorgeschäumte Platte in den Zwischenraum einzusetzen, hat den Vorteil, dass die VIP besser gegen äußere Einflüsse geschützt ist, die Handhabung und Montage der VIP deutlich vereinfacht wird und eine Positionierung innerhalb der Dämmschaumschicht derart, dass beispielsweise die Dämmschaumschicht eine Seitenfläche sowie die angrenzenden Schmalseiten umgibt, möglich ist, um die VIP noch besser gegen äußere Einflüsse zu schützen.
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Insbesondere ermöglicht die gesonderte Vorfertigung einer vorgeschäumten Platte, dass die Dämmschicht nicht zwingenderweise sowohl mit dem Innengehäuse als auch mit dem Außengehäuse durch den Dämmschaum verklebt ist, und somit im Bedarfsfall der Kälteschrank demontiert werden kann und gegebenenfalls Teile besser wiederverwertet werden können.
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Erfindungsgemäß erfolgt das Einsetzen der vorgeschäumten Platte in den Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse des Kälteschranks derart, dass die Dämmschaumschicht zum Außengehäuse weist und anschließend Dämmschaum in den Zwischenraum zwischen der vorgeschäumten Platte und dem Innengehäuse eingebracht wird, so dass die Dämmschicht mit dem Innengehäuse verklebt. Dies ermöglicht insbesondere, dass der anschließend in den Zwischenraum zwischen der vorgeschäumten Platte und dem Innengehäuse eingebrachte Dämmschaum an der Außenseite des Innengehäuses angeordnete Kühlelemente vollständig umschließen kann.
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Vorzugsweise wird auf der Dämmschaumschicht der vorgeschäumten Platte eine dampfsperrende Schicht aufgebracht, insbesondere ein dampfsperrende Schicht in Form einer Aluminiumkaschierung oder einer Folie, um die dämmende Wirkung der Dämmschicht weiter zu verbessern und insbesondere das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Anbringen der Dämmschaumschicht auf einer Seite einer VIP durch Einlegen der VIP in eine Form und Einbringen von Dämmschaum in diese Form. Auf diese Weise wird insbesondere die Dämmschaumschicht mit der VIP fest verbunden, insbesondere verklebt, und die Dämmschaumschicht passt sich luftspaltfrei der Struktur der VIP an. Insbesondere ist es beim derartigen Umschäumen der VIP möglich, die Dämmschaumschicht sowohl auf einer der Seitenflächen als auch angrenzend an die Schmalseiten oder Stirnseiten der VIP anzubringen, so dass die VIP, abgesehen von einer der beiden Seitenflächen, vollständig von der Dämmschaumschicht umgeben ist, besonders gut gegen äußere Einflüsse geschützt ist und einfach gehandhabt werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren ausführlich erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Frontansicht eines Kälteschranks,
- 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 1,
- 3 eine Ausschnittsvergrößerung aus 2,
- 4 einen Schnitt senkrecht zum Schnitt gemäß 2,
- 5 eine Ausschnittsvergrößerung aus 4,
- 6 den λ-Wert einer VIP in Abhängigkeit von der Temperatur,
- 7 den λ-Wert von Polyurethanschaum in Abhängigkeit von der Temperatur,
- 8 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des Wandaufbaus des Kälteschranks gemäß 3,
- 9 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Wandaufbaus des Kälteschranks gemäß 3, und
- 10 eine Darstellung des rechnerisch ermittelten normierten Transmissionswärmestroms in Abhängigkeit der Position der VIP in der Dämmschicht.
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Die 1 bis 5 zeigen verschiedene Ansichten eines Kälteschranks 10 mit einem Innengehäuse 12 und einem Außengehäuse 14. Zwischen dem Innengehäuse 12 und dem Außengehäuse 14 ist eine Dämmschicht 16 angeordnet. In den Figuren ist der Kälteschrank 10 ohne Fronttür dargestellt, wobei selbstverständlich der Kälteschrank 10 eine Tür aufweist, deren Schichtaufbau dem Schichtaufbau des Kälteschranks 10 entspricht.
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Wie insbesondere in 3 erkennbar, ist die Dämmschicht 16 derart aufgebaut, dass eine VIP 18 zwischen einer inneren Dämmschaumschicht 20 und einer äußeren Dämmschaumschicht 22 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die VIP 18 zwischen dem Innengehäuse 12 und dem Außengehäuse 14 so nahe an dem Innengehäuse 12 positioniert, dass gerade der minimal nötige Abstand für einen Schäumprozess zwischen dem Innengehäuse 12 und der VIP 18 gegeben ist. Das Verhältnis der Dicke der dem Innengehäuse 12 zugewandten Dämmschaumschicht 20 zu der Dicke der dem Außengehäuse 14 zugewandten Dämmschaumschicht 22 liegt im Bereich von 20:80 bis 80:20, vorzugsweise im Bereich von 20:80 bis 50:50. Die Dicke der Dämmschaumschichten 20, 22 wird dabei im Wesentlichen entlang eines Schnitts vom Innengehäuse 12 zum Außengehäuse 14 senkrecht zur Fläche einer Gehäusewand des Innengehäuses 12 oder des Außengehäuses 14 bestimmt, beispielsweise entlang der Linie A-A in 1. Bei der Bestimmung der Dicke der dem Innengehäuse 12 zugewandten Dämmschaumschicht 20 wird dabei die Dicke des Dämmschaums, der zwischen eventuell auf der Außenseite des Innengehäuses 12 vorhandenen Kühlelementen 30 angeordnet ist, nicht berücksichtigt. Als Dämmschaum wird besonders bevorzugt ein Polyurethanschaum verwendet.
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Auf der dem Außengehäuse 14 zugewandten Seite der äußeren Dämmschaumschicht 22 ist in einer bevorzugten Ausführungsform eine dampfsperrende Schicht 26 angeordnet, beispielsweise in Form einer Aluminiumkaschierung oder einer Folie, insbesondere in Form eines aluminiumkaschierten Kartons.
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Zwischen der äußeren Dämmschaumschicht 22 und dem Außengehäuse 14 kann ein Luftspalt 24 angeordnet sein.
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Auf der Außenseite des Innengehäuses 12 des Kälteschranks 10 sind ein oder mehrere Kühlelemente 30 einer Kühlanlage 32 angeordnet, welche beispielsweise als Rohrverdampfer, insbesondere als Kupferrohrverdampfer, ausgebildet sein können.
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Innerhalb des Innengehäuses 12 des Kälteschranks 10 sind ein oder mehrere Einschubelemente 34, beispielsweise in Form von Einschubgittern oder Einschubböden angeordnet, auf welchen zu kühlende Güter abgestellt werden können.
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Die Dämmschicht 16 des Kälteschranks 10 wird insbesondere auf folgende Weise gefertigt. Zunächst wird die VIP 18 in eine separate Form eingelegt und teilweise mit Dämmschaum umschäumt, wodurch die äußere Dämmschaumschicht 22 gebildet wird, so dass insgesamt eine vorgeschäumte Platte gefertigt wird. Die äußere Dämmschaumschicht 22 bedeckt dabei wenigstens eine Seitenfläche der VIP 18. Bevorzugt bedeckt die äußere Dämmschaumschicht 22 auch eine oder mehrere der angrenzenden Schmalseiten oder Stirnflächen der VIP 18. Auf diese Art und Weise wird die VIP 18 gegen äußere Einflüsse geschützt und lässt sich einfach handhaben.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, die VIP 18 vollständig mit Dämmschaum zu umschäumen.
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Die derart vorgeschäumte Platte wird in den Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse 12 und dem Außengehäuse 14 eingesetzt. Insbesondere wird die vorgeschäumte Platte derart eingesetzt, dass die äußere Dämmschaumschicht 22 zum Außengehäuse 14 des Kälteschranks 10 weist. In den Zwischenraum zwischen der vorgeschäumten Platte und dem Innengehäuse 12 wird anschließend in einem zweiten Schäumvorgang Dämmschaum eingebracht, der die innere Dämmschaumschicht 20 bildet und dabei insbesondere die vorgeschäumte Platte mit dem Innengehäuse 12 verklebt und gleichzeitig, falls Kühlelemente 30 vorhanden sind, das oder die Kühlelemente 30 mit einschließt. Alternativ kann die Dämmschicht 16 auch mit dem Außengehäuse 14 verklebt und die an der VIP 18 angeschäumte Dämmschaumschicht angrenzend an das Innengehäuse 12 vorgesehen werden.
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Durch Einbringen der VIP 18 zwischen zwei Dämmschaumschichten 20, 22 kann eine verbesserte Dämmung der Dämmschicht 16 erreicht werden. Dies wird anhand der 6 bis 10 erläutert.
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Die 6 zeigt die Abhängigkeit des Wärmeleitkoeffizienten λ von der Temperatur für eine VIP 18 (VIP), die 7 zeigt die Abhängigkeit des Wärmeleitkoeffizienten λ von der Temperatur für eine Dämmschaumschicht (PU). Die 8 und 9 zeigen den Wärmestrom durch einen Kälteschrank gemäß dem in 3 beschriebenen Aufbau mit zwei unterschiedlichen Verhältnisses von Dicke der dem Innengehäuse 12 zugewandten Dämmschaumschicht 20 zu der Dicke der dem Außengehäuse 14 zugewandten Dämmschaumschicht 22.
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Für den Wärmeleitkoeffizienten λ der VIP
18 gilt folgende Temperaturabhängigkeit:
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Der Wärmedurchgangskoeffizient ist ein Maß für die Fähigkeit einer ein- oder mehrschichtigen Wand, dem Wärmetransport einen Widerstand entgegenzusetzen. Er ist im Wesentlichen eine Funktion aus dem Wärmeleitkoeffizienten λ der Schichten und der dazugehörenden Schichtdicken. Wie in 7 zu erkennen ist, weist Polyurethanschaum im Temperaturbereich von -100°C bis 50°C einen nahezu konstanten Wärmeleitkoeffizienten auf. Der Wärmeleitkoeffizient der VIP 18 zeigt jedoch, wie in 6 erkennbar, eine ausgeprägte Temperaturabhängigkeit, wobei der Wärmeleitkoeffizient bei -100°C um ca. 15% geringer ist als der Wärmeleitkoeffizient bei 50°C.
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Das Wärmedämmvermögen einer mehrschichtigen Dämmschicht mit mindestens einer VIP 18 wird dadurch verbessert, dass die VIP bei möglichst tiefer Temperatur auf der dem Innengehäuse zugewandten Seite in der Dämmwand positioniert wird. Auf diese Weise kann gegenüber einer Dämmwand mit einer VIP auf der dem Außengehäuse zugewandten Seite eine deutliche Verringerung des Wärmedurchgangskoeffizienten der Dämmschicht erreicht und das Dämmvermögen der Dämmschicht verbessert werden.
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Dies zeigen insbesondere die 8 und 9, welche einen Schnitt durch eine Wand eines Kälteschranks gemäß 3 zeigen, wobei gemäß 8 das Verhältnis der Dicke der dem Innengehäuse 12 zugewandten Dämmschaumschicht 20 zu der Dicke der dem Außengehäuse 14 zugewandten Dämmschaumschicht 22 etwa 50:50 beträgt, während gemäß 9 das Verhältnis der Dicke der dem Innengehäuse 12 zugewandten Dämmschaumschicht 20 zu der Dicke der dem Außengehäuse 14 zugewandten Dämmschaumschicht 22 etwa 20:80 beträgt, die VIP somit näher an dem Innengehäuse 12 angeordnet als gemäß 8.
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In einem Beispiel liegt die Außentemperatur bei 32°C, während die Temperatur im Innengehäuse bei -86°C liegt, so dass ein Temperaturgradient von 118K besteht. Für eine normierte Fläche von einem Quadratmeter ergeben sich folgende Werte einerseits für eine Anordnung der VIP
18 am Außenkessel, andererseits für die Anordnung der VIP
18 zwischen zwei Dämmschaumschichten
20, 22 mit unterschiedlichen Dickenverhältnissen:
| | VIP bei 20:80 | VIP bei 50:50 | VIP bei 80:20 | VIP außen |
| U-Wertsumme in W/ (m2K) | 0,1283 | 0,1301 | 0,132 | 0,1378 |
| Temperaturdifferenz in K | 118 | 118 | 118 | 118 |
| Wärmestrom in W/m2 | 15,13 | 15,36 | 15,6 | 16,2 |
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Insgesamt zeigt sich, dass bei Anordnung der VIP zwischen zwei Dämmschaumschichten 20, 22 der Wärmestrom geringer ist als bei Anordnung der VIP auf der Innenseite des Außenkessels. Weiterhin zeigt sich, dass bei weiter innenliegender VIP innerhalb der Dämmschicht der Wärmestrom kleiner ist als bei weiter außenliegender VIP innerhalb der Dämmschicht. Dies verdeutlicht auch 10, aus welcher ersichtlich ist, dass der Wärmestrom kleiner und somit die Dämmung besser wird, je weiter innen die VIP innerhalb der Dämmschicht angeordnet ist.
