DE102010040346A1

DE102010040346A1 - Wärmeisolierender Formkörper und Verfahren zu dessen Fertigung

Info

Publication number: DE102010040346A1
Application number: DE201010040346
Authority: DE
Inventors: Frank Bailly; Dasaradh Kumar Patchala; Dr. Stelzer Jörg
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-03-08
Also published as: WO2012031872A3; CN103261822A; EP2614322A2; WO2012031872A2

Abstract

Ein Verfahren zum Fertigen eines wärmeisolierenden Formkörpers umfasst die Schritte: a) Bereitstellen einer Hohlform (1); b) Einfüllen eines schüttfähigen porösen Materials (10) in die Hohlform (1); c) Verfestigen des schüttfähigen porösen Materials (10) in der Hohlform (1); d) Evakuieren und Verschließen der Hohlform (1)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen wärmeisolierenden Formkörper, insbesondere zur Verwendung beim Bau von Haushaltskältegeräten, und ein Verfahren zu dessen Fertigung.
Die meisten Kältegerätegehäuse werden derzeit gefertigt, indem vorgeformte Innen- und Außenhautelemente zu einem hohlwandigen Gehäuse zusammengefügt werden und in die Hohlräume der Wände ein Kunststoffmaterial eingespritzt wird, das darin aufschäumt und verfestigt. Durch das Aufschäumen wird eine vollständige Ausfüllung der Hohlräume und eine zuverlässig reproduzierbare Qualität der Isolation erreicht, ungeachtet eventueller Fertigungstoleranzen des Gehäuses.
Vakuumisolationspaneele sind als Elemente zur Fertigung von Kältegerätegehäusen seit langem bekannt. Sie sind im Allgemeinen aufgebaut aus einer hochgradig diffusionsdichten Kunststofffolie und einem porösen Füllkörper, zum Beispiel aus Zeolith, der von der Folie luftdicht ummantelt ist, um einen Unterdruck in den Poren des Füllkörpers aufrecht zu erhalten. Diese Vakuumisolationspaneele sind im Allgemeinen plattenförmig, so dass ein Paneel jeweils allenfalls eine einzelne Wand eines Kältegerätegehäuses bilden kann und mehrere Paneele zu einem vollständigen Gehäuse zusammengefügt werden müssen. Ein solches Verfahren ist erheblich arbeitsaufwändiger als das oben beschriebene Ausschäumen. Ein in dieser Weise gefertigtes Kältegerät wäre daher erheblich teurer als ein herkömmliches ausgeschäumtes, und hätte auf dem Markt trotz der überlegenen thermischen Eigenschaften der Vakuumisolationspaneele keine Chance.
Ein in herkömmlicher Weise aus Innen- und Außenhautelementen zusammengefügtes oder in anderer Weise vorgefertigtes hohlwandiges Gehäuse mit Vakuumisolationspaneelen auszufüllen ist ebenfalls nicht praktikabel, denn eine zum Anpassen an die Abmessungen des Gehäuses eventuell erforderliche abtragende Bearbeitung eines Vakuumisolationspaneels würde das Vakuum zerstören und damit die Isolationswirkung des Paneels weitgehend zunichte machen.
Es ist zwar möglich, die als plattenförmiges Halbfertigmaterial verfügbaren Stützkörper auf Maß zuzuschneiden, um sie in eine vorgefertigte Hohlform eines Gehäuses einzufügen, die Hohlform dann zu evakuieren und sie zu verschließen. Ein solcher Ansatz ist jedoch allenfalls dann praktikabel, wenn die Formkörper mit hoher Genauigkeit zusammenpassen und den in der Hohlform vorhandenen Raum exakt ausfüllen, da anderenfalls die Wände der Hohlform beim Evakuieren nachgeben und an Stellen, wo sie nicht hinreichend von den Formkörpern unterstützt sind, aufreißen können. Eine hohe Maßgenauigkeit der Hohlform ist mit den üblichen Verfahren des Tiefziehens nicht realisierbar. Es ist zwar auch möglich, Hohlräume zwischen Hülle und Stützkörper vor dem Evakuieren zu verfüllen, doch auch dies ist zeitaufwändig und dementsprechend kostspielig.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein einfaches, preiswertes und flexibles Verfahren zum Fertigen eines wärmeisolierenden Formkörpers beziehungsweise einen wärmeisolierenden Formkörper anzugeben, der es erlaubt, auf einfache und preiswerte Weise ein Kältegerätegehäuse mit ausgezeichneten thermischen Eigenschaften zusammenzufügen.
Die Aufgabe wird zum einen gelöst durch ein Fertigungsverfahren mit den Schritten:

a) Bereitstellen einer Hohlform;
b) Einfüllen eines schüttfähigen porösen Materials in die Hohlform;
c) Verfestigen des schüttfähigen porösen Materials in der Hohlform;
d) Evakuieren und verschließen der Hohlform.

Indem das poröse Material im schüttfähigen Zustand in die Hohlform eingefüllt wird, kann es sich deren Abmessungen in idealer Weise anpassen, auch wenn diese, eventuell bedingt durch das zum Bereitstellen der Hohlform eingesetzte Verfahren, schwanken.
Vor dem Einfüllen des schüttfähigen porösen Materials kann eine Schutzschicht in die Hohlform eingelegt werden, um zu verhindern, dass durch einen beim Verfestigen des Materials in der Hohlform einwirkenden Druck die Hohlform selber beschädigt und insbesondere undicht wird.
Als Schutzschicht kommt insbesondere eine gasdurchlässige Matte aus einem aus faserigen Material in Betracht, die einerseits in der Lage ist, das poröse Material von der Hohlform fern zu halten, andererseits aber eine Evakuierung der Hohlform zumindest nicht beeinträchtigt, vorzugsweise sogar unterstützt.
Das Verfestigen kann insbesondere ein Pressen des schüttfähigen porösen Materials umfassen. Alternativ oder kumulativ zu dem obigen kann das Verfestigen auch ein Aktivieren eines Bindemittels umfassen.
In letzterem Falle kann es zweckmäßig sein, wenn das schüttfähige poröse Material und das Bindemittel in in einer Flüssigkeit suspendierter oder gelöster Form eingefüllt werden und zum Aktivieren des Bindemittels die Flüssigkeit beseitigt wird. Dabei kann es zum Aktivieren des Bindemittels ausreichen, wenn dieses sich beim Verdunsten der Flüssigkeit an den Körnern des schüttfähigen porösen Materials niederschlägt.
Um die Hohlform mit dem schüttfähigen porösen Material exakt zu füllen, kann es sinnvoll sein, die Schritte b) und c) mehrfach durchzuführen.
Da die Genauigkeit, mit der das verfestigte Gehäusematerial des fertigen Formkörpers die Hohlform ausfüllt, nicht von deren Abmessungen beziehungsweise von Abweichungen dieser Abmessungen von einem Vorgabewert abhängt, kann die Hohlform in einfacher und wirtschaftlicher Weise durch Tiefziehen bereit gestellt werden.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen wärmeisolierenden Formkörper mit einer Hohlform und einem Kern aus in der Hohlform verfestigtem porösem Material.
Um mehrere Wände eines Kältegerätekorpus zu bilden, umfasst der Kern des wärmeisolierenden Formkörpers vorzugsweise wenigstens zwei im Wesentlichen rechteckig zueinander angeordnete Platten. Besonders bevorzugt kann der wärmeisolierende Formkörper einen kompletten wärmeisolierenden Korpus eines Kältegeräts bilden.
Vorzugsweise weist die Hohlform einen eine Einfüllumgebung umgebenden Flansch auf. Dieser ist zum einen nützlich, um den Hohlkörper durch Tiefziehen bereit zu stellen, zum anderen kann er nach Evakuieren auch dazu dienen, eine Dichtfolie daran anzusiegeln und so den Hohlkörper luftdicht zu verschließen.
Die Hohlform sollte hinterschneidungsfrei sein, um ein sicheres Befüllen ohne Bildung von unzureichend ausgefüllten Bereichen zu ermöglichen, die, wenn der Hohlkörper evakuiert ist, unter dem von außen einwirkenden Luftdruck kollabieren würden.
Die Dichtfolie kann insbesondere eine Außenseite einer Rückwand des Korpus des fertigen Kältegeräts bilden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Hohlform zur Verwendung bei der Fertigung des erfindungsgemäßen Formkörpers;
2 einen Schnitt durch die Hohlform der 1 während eines ersten Schritts des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens;
3 einen zu 2 analogen Schnitt, der einen zweiten Schritt des Fertigungsverfahrens zeigt; und
4 einen zu 2 analogen Schnitt, der einen dritten Schritt des Fertigungsverfahrens zeigt;
5 einen Detailschnitt durch die Hohlform gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Fertigungsschritt; und
6 einen zur 5 analogen Schnitt in einem anschließenden Fertigungsschritt.
1 zeigt eine Hohlform für die Fertigung eines Kältegerätekorpus gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Hohlform 1 ist aus einer Kunststoffplatine tiefgezogen, ähnlich den Innenbehältern herkömmlicher Kältegeräte. Wie diese umfasst die Hohlform 1 eine innere Rückwandplatte 2, einen (in der Perspektive der 1 nach unten gewandten) vorderen Rahmen 3 und sich zwischen dem vorderen Rahmen 3 und der inneren Rückwandplatte 2 erstreckende innere Seitenwand-, Boden- und Deckenplatten 4, 5 beziehungsweise 6. Zusätzlich hierzu grenzen außen an den vorderen Rahmen 3 äußere Seitenwand-, Boden- und Deckenplatten 7, 8 beziehungsweise 9 an. Ein in der Perspektive der 1 nach oben gewandter Hohlraum der Hohlform 1 muss mit Isolationsmaterial verfüllt werden, um ein wärmeisolierendes Gehäuse zu bilden.
Dies geschieht wie in den 2 bis 4 dargestellt. Ein schüttfähiges, körniges oder pulverförmiges hochporöses Füllmaterial 10 wird in die Hohlform 1 eingefüllt. Es füllt die schmalen, bedingt durch die Fertigung der Hohlform 1 durch Tiefziehen sich geringfügig nach oben hin erweiternden Zwischenräume 12 zwischen den inneren und äußeren Platten 4, 7, 5, 8 beziehungsweise 6, 9 im wesentlichen lückenlos aus.
Das eingefüllte Material 10 wird mit einem von oben in die Hohlform 1 einfahrenden Kolben 11 verdichtet, wie in 3 dargestellt. Der Kolben 11 kann, wie in der 3 dargestellt, flach sein, um das Füllmaterial 10 nach vollständiger Befüllung der Hohlform 1 auf deren gesamter offener Rückseite zu verdichten. Um eine ausreichende Verdichtung des Füllmaterials 10 auch in der Nähe des vorderen Rahmens 3 zu erzielen, kann es zweckmäßig sein, die Zwischenräume zwischen den inneren und äußeren Platten 4, 7; 5, 7 beziehungsweise 6, 9 nur schrittweise zu füllen und nach jedem Füllschritt zunächst einen nicht dargestellten Kolben einzuführen, der geformt ist, um in die Zwischenräume 12 einzugreifen, und den Kolben 11 erst einzusetzen, wenn die Zwischenräume 12 auf diese Weise komplett gefüllt und verdichtet sind und im wesentlichen nur noch über der inneren Rückwandplatte 2 aufgefüllt werden muss.
Nachdem – in einem oder mehreren Füll- und Verdichtungsschritten – die Hohlform 1 vollständig gefüllt ist und das eingefüllte Material 10 in der Hohlform 1 zu einem festen Kern verdichtet ist, wird die Hohlform 1 wie in 4 gezeigt in einer Vakuumkammer 13 platziert, und diese wird evakuiert, wodurch die Luft auch aus den Poren des Füllmaterials 10 entweicht. Wenn auf diese Weise ein gewünschter Unterdruck erreicht ist, wird eine Abdeckfolie 14 über der offenen Rückseite der Hohlform 1 platziert und an einem die offene Rückseite rings umgebenden Flansch 15 luftdicht verklebt oder verschweißt. Der Flansch 15 entspricht einem Randbereich der zur Fertigung der Hohlform 1 verwendeten Kunststoffplatine, der beim Tiefziehen festgeklemmt war.
Es kommen unterschiedliche Arten von Füllmaterial zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Formkörper in Frage, wie etwa ein Granulat aus einem offenporigen Kunststoff-Hartschaum, ein Aerogel, Zeolith, Kieselsäure etc. Insbesondere bei Verwendung eines harten, mineralischen Füllmaterials und einer dünnwandigen Hohlform 1 kann die Gefahr einer Beschädigung der Hohlform 1 während des Verdichtens mit dem Stempel 11 nicht völlig ausgeschlossen werden. Um diese Gefahr zu vermeiden, kommen verschiedene Ansätze in Betracht. Einer ist, das Füllmaterial nicht trocken in die Hohlform 1 einzufüllen, sondern suspendiert in einer Flüssigkeit, die darüber hinaus noch mit einem Bindemittel angereichert sein kann. Hier wird eine Verfestigung des Füllmaterials 10 in der Hohlform erreicht, indem sich in dem Maße, wie die Flüssigkeit verdunstet, das Bindemittel auf den Füllmaterialpartikeln niederschlägt und sie aneinander verklebt. Nachteilig an diesem Verfahren ist die zur Beseitigung der Flüssigkeit benötigte lange Prozessdauer.
Ein alternativer, bevorzugter Ansatz ist in den 5 und 6 dargestellt: die hier nur ausschnittweise dargestellte Hohlform 1 ist vor dem Einbringen des Füllmaterials 10 mit einem porösen Vlies 16 oder Gewebe ausgelegt. Das Vlies 16 oder Gewebe ist dicht genug, um das anschließend eingefüllte Füllmaterial 10 an einem unmittelbaren Kontakt mit der Hohlform 1 zu hindern. Ein überstehender Randbereich 17 des Vlieses 16 hält auch den umlaufenden Flansch 15 der Hohlform im Wesentlichen frei von Partikeln des Füllmaterials 10.
Nachdem die Hohlform 1 mit dem Füllmaterial 10 ausgefüllt und dieses verdichtet worden ist, wird der Randbereich 17 des Vlieses 16 wie in 6 gezeigt, über die Rückwandplatte 2 auf den verdichteten Formkörper zurück geschlagen, so dass der Flansch 15 frei liegt und die Abdeckfolie 14 dicht darauf befestigt werden kann.

Claims

Verfahren zum Fertigen eines wärmeisolierenden Formkörpers mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Hohlform (1); b) Einfüllen eines schüttfähigen porösen Materials (10) in die Hohlform (1); c) Verfestigen des schüttfähigen porösen Materials (10) in der Hohlform (1); d) Evakuieren und Verschließen der Hohlform (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einfüllen des schüttfähigen porösen Materials (10) eine Schutzschicht (16) in die Hohlform (1) eingelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (16) eine gasdurchlässige Matte aus einem faserigen Material ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfestigen ein Pressen des schüttfähigen porösen Materials (10) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfestigen ein Aktivieren eines Bindemittels umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das schüttfähige poröse Material (10) und das Bindemittel in in einer Flüssigkeit suspendierter oder gelöster Form eingefüllt werden und zum Aktivieren des Bindemittels die Flüssigkeit beseitigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b) und c) mehrfach durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlform (1) durch Tiefziehen bereitgestellt wird.
Wärmeisolierender Formkörper mit einer Hohlform (1) und einem Kern aus in der Hohlform (1) verfestigtem porösem Material (10).
Wärmeisolierender Formkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern wenigstens zwei im Wesentlichen rechteckig zueinander angeordnete Wandplatten umfasst.
Wärmeisolierender Formkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (1) ein wärmeisolierender Korpus eines Kältegeräts, insbesondere eines Haushalts-Kältegeräts ist.
Wärmeisolierender Formkörper nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlform (1) einen eine Einfüllöffnung umgebenden Flansch (15) aufweist, an den eine Dichtfolie (14) angesiegelt ist.
Wärmeisolierender Formkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlform (1) hinterschneidungsfrei ist.
Wärmeisolierender Formkörper nach Anspruch 12 oder 13, soweit auf Anspruch 11 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfolie (14) eine Außenseite einer Rückwand des Korpus bildet.