DE102011050472A1

DE102011050472A1 - Abstandhalteranordnung mit Stützelementen

Info

Publication number: DE102011050472A1
Application number: DE102011050472A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2011-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abstandhalteranordnung mit hülsenförmigen Stützelementen oder Stützstruktur zum Beabstanden von mit Druckkräften gegeneinander beaufschlagten Wandungen (106, 107), die einen (vorzugsweise evakuierten) Hohlraum (121) wenigstens von zwei Seiten umschließen. Es ist vorgesehen, dass eine Vielzahl einzeln stehender auf Druck beanspruchter hülsenförmiger Abstandhalter (250) einstückig aus einem verformbaren folien- oder plattenartigen Stoff in Gestalt einer Trayanordnung (251) ausgebildet ist, sodass die Montage der Vielzahl hülsenförmiger Abstandhalter (250) vereinfacht ist. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Föllstoff (251/1) ungepresst oder nur teilgepresst in die Abstandhalter (250) und Zwischenräume der Raumkavität (251/4) eingefüllt ist und keine Drucklastkräfte überträgt, oder ein Föllstoff (251/1) gepresst in die Abstandhalter (250) und Zwischenräume der Raumkavität (251/4) eingefüllt ist und die Drucklastkräfte ganz oder teilweise überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abstandhalteranordnung zum Beabstanden von Wandungen, eine weitere Abstandhalteranordnung zum Beabstanden von Wandungen, eine Verwendung der Abstandhalteranordnung zum Herstellen von VIP/VIG und eine Verwendung der Abstandhalteranordnung zum Herstellen eines evakuierten Randlos-Verbund-Systems mit den im Oberbegriff der jeweiligen unabhängigen Ansprüche genannten Merkmalen.
Es ist bekannt, dass mikroporöse oder mikrofeine Stoffe wie Perlit, Vermiculit, Kieselsäurepulver, Faseranordnungen oder Hartschäume nach deren Evakuierung deutlich niedrigere Wärmeleitwerte von 0,004 bis 0,001 W/mK erreichen. Je kleiner die porösen Strukturen sind, um so geringer sind die Anforderungen an die Vakuumtiefe, sodass bei Nanostrukturen der Kieselsäurepulver ein Grobvakuum von 0,5 bis zu 50 oder gar 100 mbar ausreicht und bei Mikrometerstrukturen der Perlite eine Vakuumtiefe von 0,001 bis 1 mbar ausreicht. Die mikroporösen Stoffe erfüllen zugleich auch die Aufgabe der Infrarotschilder, indem sie selbst opake Eigenschaften aufweisen oder mit einem Trübungsmittel vermengt werden.
Abstandhalter mit einem Leerraum von 0,1 bis 1 mm Beabstandung wie es bei den bekannten VIG-Glasscheiben (vacuum insulated glas) der Fall ist, erfordern bereits eine Vakuumtiefe, die im Bereich von 1E-3 mbar und tiefer angesiedelt ist, was noch durch Vorvakuumpumpen erreichbar ist. Noch größere Beabstandungen erfordern Vakuumtiefen, die nur noch unter sehr hohem labortechnischen Aufwand mehrstufig erzeugbar sind. Dies liegt an der Moleküldichte des Restgases, die in direktem Zusammenhang mit der freien Weglänge der Gasmoleküle steht. Für die Belange einer kommerziellen Vakuumwärmedämmung ist es daher von Vorteil, möglichst grobes Vakuum einsetzen zu können. Insbesondere die VIPs weisen eine lebenslang versiegelte gasdichte Hülle auf, die bspw. pro Jahr 1 mbar Druckzunahme zulässt, sodass nur teuere Kieselsäurepulver verwendbar bleiben. Evakuierte Leerräume, die durch Waben-, Hülsen- oder Zugkraft-Abstanbdhalter beabstandet sind erfordern zusätzlichen Aufwand zur Unterdrückung der Wärmestrahlung, die bspw. durch mehrere Reflexionsschirme realisierbar ist, deren Anordnung aufwendig und relativ teuer sein kann. Eine Quelle für eine Vielzahl durch abstützende Abstandhalter mit Leerräumen beabstandeter evakuierbarer Anordnungen ist im Onlinebuch „VIT, Vakuum Isolierende Technologien", November 2009, V. Schatz, Selbstverlag unter www.vakkuohm.de und in der Deutschen Nationalbibliothek zu finden.
Die bekannten VIPs mit verpresstem mikroporösem oder mikrofeinem Füllstoff weisen ferner den Nachteil auf, stark variierende geometrische Abmessungen zu haben, die zu ungleichen Dicken der Platten und bis zu 5% Abweichungen der Längenabmessungen führen. Dadurch entstehende Zwischenräume müssen mit einem konventionellen Dämmstoff ausgefüllt werden. Ein weiterer Nachteil der VIPs ist deren langsame Evakuierbarkeit, sodass sie großflächig d. h. unter Vakuumumgebung herzustellen sind, wodurch hohe Herstellkosten anfallen. In der WO2007/033836 ist eine als gasdichter Beutel ausgeführte VIP im offenen Einfüllbereich mit einem gasdurchlässigen Vliesstoff versehen, um hierdurch nachträglich evakuieren zu können, ohne das Pulver mit herauszusaugen. Diese Anordnung lässt jedoch immer noch nicht zu, den Inhalt schneller zu evakuieren, sondern macht es eher noch langsamer.
Als Strahlungsunterdrückungsmittel werden in evakuierten Isolationen reflektierende Folien eingesetzt, die zu einer mehrschichtigen MLI-(Multilayer)-Anordnung mit einer möglichst geringen Beabstandung und ohne Druck locker zusammengesetzt sind. Die Beabstandung kann durch Beabstandungslayer aus einem Gewebe, Vlies oder Netzt oder durch Formgebung der Oberflächen der reflektierenden Folien selbst realisiert sein. Eingesetzt sind diese MLIs in der Raumfahrt zur Strahlungsunterdrückung und bspw. in der Kryotechnik zum Isolieren von vakuumfesten Doppelrohren. Sie weisen in der Regel Layerdichten von 5 bis 20 Schichten pro mm Dicke auf und können Wärmeleitwerte von 1E-5 W/mK bei Kryo- und Raumtemperaturen erreichen. Die geringe Beabstandung und sehr geringen konduktiven Kontakte wegen druckloser Anordnung erlauben Vakuumtiefen von etwa 1E-3 bis 1E-4 mbar. Folien können aus Kunststoffträgerfolien bestehen, die durch Aufsputterung oder Aufdampfen mit einer metallischen Schicht von etwa 30 bis 90 nm ein- oder beidseitig beschichtet werden. Meistens wird PET oder bei Temperaturen bis zu 300 C Polyimidfolie oder Teflon^TM-Folie verwendet. Darüber hinaus können metallische Folien bei höheren Temperaturen eingesetzt werden. Beschichtungen aus Aluminium, Silber, Gold, Kupfer, Zink, Zinn, Blei, Chrom, TiN usw. werden eingesetzt, um möglichst geringe Emissivität zu erreichen. Der Emissivitätsgrad ist im Infrarotspektrum gewöhnlich besser als im sichtbaren Bereich. Die Layer können auch Schichten aufweisen, die speziell auf hohe Absorptivität und Reemission gerichtet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf Druckkraft beanspruchte Abstandhalter derart zu verbessern, dass es einfach und wirtschaftlich möglich wird, kontinuierliche und/oder diskontinuierliche Strahlungsunterdrückungsmittel zwischen den zu beabstandenden Wandungen anzuordnen und an die jeweilige Anwendung anzupassen. Ferner ist es eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe, die konduktive Wärmeleitung über die Abstandhalter noch effektiver zu verringern. Außerdem soll die Evakuierung vereinfacht und beschleunigt sein.
Nach einem ersten Aspekt geht die vorliegende Erfindung von einer Abstandhalteranordnung mit einer Vielzahl als stab- oder hülsenförmige Stützelemente oder Stützstruktur ausgebildeter auf Drucklast beanspruchter Abstandhalter zum Beabstanden von mit Masse- und/oder Druckkräften gegeneinander beaufschlagten Wandungen aus, die einen (vorzugsweise evakuierten) Hohlraum wenigstens von zwei Seiten umschließen. Dabei sind die Wandungen als Druckverteilungsplatten ausgebildet, deren Steifigkeit zur Überbrückung der Beabstandung benachbarter Stützelemente ausreicht.
Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden nach diesem ersten Aspekt dadurch gelöst, dass im Hohlraum wenigstens ein Wärmestrahlungsschild aus einem kontinuierlichen und/oder diskontinuierlichen Strahlungsunterdrückungsmittel so ausgebildet und angeordnet ist, dass es die Vielzahl der Stützelemente oder Stützstruktur umschließt.
Die stabförmigen Abstandhalter sind dabei bevorzugt aus einem wärmedämmend optimierten Stoff wie Hartschaum, Kork, Kunststoff, Glas, Keramik, Edelstahl oder ähnlich je nach Temperaturrandbedingungen ausgebildet. Sie können einzeln auf einem Trägersubstrat angeordnet und befestigt sein. Das kontinuierliche Strahlungsunterdrückungsmittel kann in Form schüttbarer Stoffe wie Pulver, Mineralwolle oder zerkleinerter Hartschäume, Aerogele eingefüllt sein oder in Gestalt einer vorgeformten verfestigten Platte aus diesen Stoffen mit ausgelassenen Durchstecköffnungen ausgebildet sein. Das diskontinuierliche Strahlungsunterdrückungsmittel kann in Form einer Multilayer-Superisolation mit ausgelassenen Durchstecköffnungen ausgebildet sein.
Nach einem zweiten erfindungsgemäßen Aspekt geht die vorliegende Erfindung von einer Abstandhalteranordnung mit einer Vielzahl als stab- oder hülsenförmige Stützelemente oder Stützstruktur ausgebildeter auf Drucklast beanspruchter Abstandhalter zum Beabstanden von mit mit Masse- und/oder Druckkräften gegeneinander beaufschlagten Wandungen aus, die einen (vorzugsweise evakuierten) Hohlraum wenigstens von zwei Seiten umschließen.
Dabei sind die Wandungen als Druckverteilungsplatten ausgebildet, deren Steifigkeit zur Überbrückung der Beabstandung benachbarter Stützelemente ausreicht.
Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden nach diesem zweiten Aspekt dadurch gelöst, dass die Vielzahl einzeln stehender auf Druck beanspruchter Stützelemente bzw. Abstandhalter einstückig ausgebildet ist, sodass die Montage bzw. Positionierung der Vielzahl der Abstandhalter entfällt oder vereinfacht ist.
Die Stützelemente sind bevorzugt als eine dünnwandige Beabstandungskräfte tragende Struktur mit einer Vielzahl stab- oder hülsenförmiger auf Druck beanspruchter Abstandhalter und wenigstens einer zusammenhängenden Raumkavität ausgebildet, deren Zellwandungen senkrecht oder konisch verjungt auf die beabstandeten Wandungen angeordnet sind, wobei Raumkavitäten der Abstandhalter und zusammenhängende Raumkavität durch Evakuierungsöffnungen, Evakuierungskanäle und/oder gasdurchlässige Zellwandungen/Wände miteinander und mit dem Hohlraum evakuierbar und befluidbar kommunizieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nach zweitem Aspekt ist im Hohlraum ebenso wenigstens ein Wärmestrahlungsschild aus einem kontinuierlichen und/oder diskontinuierlichen Strahlungsunterdrückungsmittel so ausgebildet und angeordnet, dass es die Vielzahl der Stützelemente oder Stützstruktur umschließt.
Gemäß beider vorhergehender erfindungsgemäßer Aspekte können weitere bevorzugte Ausgestaltungen ausgeführt werden. So sind die Stützelemente als eine dünnwandige Beabstandungskräfte tragende Struktur mit einer Vielzahl von hülsenförmigen auf Druck beanspruchten Abstandhaltern beliebiger Querschnittsform und wenigstens einer zusammenhängenden Raumkavität ausgebildet, deren Zellwandungen senkrecht oder konisch verjungt auf die beabstandeten Wandungen angeordnet sind. Dabei sind Raumkavitäten der Abstandhalter und zusammenhängende Raumkavität durch Evakuierungsöffnungen, Evakuierungskanäle und/oder gasdurchlässige Zellwandungen/Wände miteinander und mit dem Hohlraum evakuierbar und befluidbar kommunizierend verbunden. Die Stützelemente können gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung als eine dünnwandige Struktur mit einer Vielzahl linienförmiger Abstandhalter ausgebildet sein, deren Wandungen senkrecht auf die beabstandeten Wandungen angeordnet sind, wobei von den Wänden der Abstandhalter kein innenliegender Flächenabschnitt umschlossen ist. Das ermöglicht eine nahezu vollständige Abdeckung der Oberfläche durch eine Multilayeranordnung.
Die Trayanordnung umschließt in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wenigstens eine Raumkavität, die mit einem mikroporösen und/oder mikrofeinen Füllstoff gefüllt ist, wobei der Füllstoff ungepresst oder nur teilgepresst in die Raumkavität eingefüllt ist und keine beaufschlagende Druckkräfte überträgt, oder der Füllstoff gepresst in die Raumkavität eingefüllt ist und die beaufschlagende Druckkräfte ganz oder teilweise überträgt.
Das kontinuierliche Strahlungsunterdrückungsmittel ist vorzugsweise in Gestalt eines mikroporösen und/oder mikrofeinen Füllstoffs ausgebildet, das in schüttbarer Form oder in Form einer verfestigten Platte mit ausgelassenen Durchstecköffnungen ausgebildet ist, wobei der Füllstoff ungepresst oder nur teilgepresst in die zusammenhängende Raumkavität und/oder Raumkavitäten der hülsenartigen Abstandhalter eingefüllt ist und keine beaufschlagende Druckkräfte überträgt. Der Füllstoff kann alternativ auch gepresst in die Raumkavität/en eingefüllt sein und die beaufschlagende Druckkräfte ganz oder teilweise übertragen.
Das diskontinuierliche Strahlungsunterdrückungsmittel ist vorzugsweise in Gestalt einer Multilayer-Superisolation (MLI) mit wenigstens einem reflektierenden oder absorbierend/emittierend wirkenden Strahlungsschild mit darin zum Hindurchpositionieren der Druckaufnehmer ausgelassenen Durchstecköffnungen ausgebildet und in der zusammenhängenden Raumkavität angeordnet. Die Durchstecköffnungen ermöglichen eine wirtschaftliche Herstellung einer großflächig ausgebildeten MLI, die entweder direkt in der zusammenhängenden Raumkavität aufgeschichtet oder vorgefertigt werden. Die Multilayer-Superisolation kann sowohl flach als auch 2- oder 3-dimensional gekrümmt ausgebildet sein, wenn die Wandungen eine gekrümmte Gestalt aufweisen oder die Oberfläche wenigstens einer von ihnen beispielsweise gewölbt oder gewellt ausgebildet ist. Die Durchstecköffnungen können bevorzugt als ausgestanzte Aussparungen und/oder linienförmige Schnitte der Form der Abstandhalter nachgebildet sein.
Um die stab- oder hülsenartigen Abstandhalter kann in bevorzugter Weiterbildung eine zusätzliche umlaufende MLI-Anordnung angeordnet sein, die einen Strahlungsaustausch zwischen eventuell in einer Ausgestaltung freistehenden Wandabschnitten der Abstandhalter und einer der beabstandeten Wandungen reduzieren.
Die linienförmigen Abstandhalter und für sie vorgesehene Durchstecköffnungen können einen offenen Profil aus einer unvollständigen Auflistung aufweisen wie: Kreuz, Stern, T, U, I, E, H, Z, C, Eckenprofil und deren Ableitungen.
Auch in den Raumkavitäten der hülsenartigen Abstandhalter kann jeweils ein einzelnes diskontinuierliches Strahlungsunterdrückungsmittel in Gestalt einer Multilayer-Superisolation mit wenigstens einem reflektierenden Strahlungsschild angeordnet sein. Das ist zwar aufwendiger, als einen feinporösen füllstoff darin einzufüllen, jedoch kann der Aufwand in anspruchsvollen Anwendungen sich lohnen.
Der MLI-Wärmestrahlungsschild kann dabei aus einem reflektierenden und/oder einem absorbierend-emitierendem Stoff oder Beschichtung ausgebildet sein, wobei auch transparente Stoffe geeignet sind.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in der Ausbreitungsebene der Abstandhalteranordnung wenigstens ein Evakuierungsmittel vorgesehen, wobei diese durch folgende nicht vollständig aufgelistete Maßnahmen oder Mittel einzeln oder in beliebiger Kombination realisiert sein können:

– durch verzweigte Evakuierungskanäle, die in wenigstens einer Wandung/Druckverteilungsplatte und/oder deren Kanten ausgebildet sind;
– in Gestalt eines Spaltes zwischen zusammenhängender Raumkavität und der Innenseite einer der beabstandeten Wandungen;
– in Gestalt eines filtrierenden Vlieses, das den feinkörnigen Füllstoff zurückhält und hierzu die Perforierungen, Evakuierungsöffnungen, Evakuierungskanäle und/oder gasdurchlässige Zellwandungen/Wände oder Seitenwände der Struktur abdeckt;
– durch unvollständige Befüllung der zusammenhängenden Raumkavität mit dem Strahlungsunterdrückungsmittel, sodass ein großflächiger Evakuierungskanal leer verbleibt;
– durch eine zwischen Druckverteilungsplatte und Wandung angeordnete Kanäle bildende Platte wie Wellenplatte, Trapezwellenplatte oder ähnlich;
– durch wenigstens einen an einer der beabstandeten Wandungen angeordneten Evakuierungsanschluss.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich, wenn die zwischen den Abstandhaltern ausgebildete zusammenhängende Raumkavität mit einem Spalt vorgegebener Dicke von wenigstens einer der beabstandeten Wandungen beabstandet ausgebildet ist, wobei die im Spalt einander zugewandte Oberflächen der Wandung und der Struktur in Bezug auf die Wärmestrahlung reflektierend ausgebildet sein können. Dies verschafft ein zusätzliches Paar Strahlung reflektierender Mittel und einen großflächigen Evakuierungskanal.
Der Spalt kann optional keine oder eine ausreichend große bis zur maximalen die zusammenhängende Raumkavität ausfüllende Beabstandung aufweisen und wenigstens ein vorzugsweise diskontinuierlicher Wärmestrahlungsschild in ihm isoliert beabstandet angeordnet sein.
Die Struktur und/oder die Abstandhalter können aus einer nicht vollständigen Aufzählung aus Pappe/Papier, einem Pressholzstoff, Aramidpapier, Kunststoff-, oder Metallfolie oder -blech, Glas, Keramik oder Verbundfaserstoff ausgebildet sein, wobei der Querschnitt der hülsenförmigen Abstandhalter wärmedämmend optimiert ist, d. h. bei einem möglichst geringen Wärmeleitwert eine höchste erreichbare Lasttragfähigkeit angestrebt ist. Der Querschnitt der Hülsenzellen kann eine beliebige geometrische Form aufweisen.
Die Struktur ist bevorzugt mit Seitenwänden umrandet, die wenigstens abschnittsweise durch eine bevorzugt vielfache Perforation und/oder Evakuierungsöffnungen oder aus gasdurchlässigem Stoff gasdurchlässig ausgebildet und sind zwecks Rückhaltung eines Füllstoffs optional mit einem filtrierenden Vliesstoff versehen.
Der in die zusammenhängende Raumkavität und Raumkavitäten der Abstandhalter eingefüllte Füllstoff oder Multilayer-Superisolation ist gemäß bevorzugten weitergebildeten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung von wenigstens einer Trayschließplatte oder -hülle verschlossen, um dadurch eine einfach handhabbare staubfreie oder staubgeschützte Trayanordnung zu erhalten, wobei die Trayschließplatte oder -hülle in ihr ausgebildete Evakuierungskanäle in Gestalt von Rillen aufweisen und wenigstens abschnittsweise gasdurchlässig oder aus einem filtrierenden Vlies ausgebildet sein kann.
Gemäß einer bevorzugten weiteen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die hülsenförmigen Abstandhalter auf einen für sie ausgeformt gebildeten Standsockel der Tragstruktur aufsteckbar oder aufgesteckt ausgebildet. Dadurch ist es möglich verschiedene Materialien zur Herstellung der Tragstruktur und der Abstandhalter zu verwenden. Beispielsweise können die Abstandhalter als Hülsen aus Papier oder Zellglass oder als Stäbe aus Korz oder Hartschaumstoff und die Tragstruktur aus Metall- oder Kunsttsoffblechplatte geformt sein.
Die Abstandhalteranordnung kann bevorzugt rundum mit seitlicher Staubschutzversiegelung versehen sein, die als ein permanent angeordnetes gasdurchlässiges Filtervlies und/oder als ein vor dem Verwendungseinsatz entfernbares dichtes Versiegelungsband ausgebildet ist, sodass hierdurch das diskontinuierliche Strahlungsunterdrückungsmittel, d. h. eine in zusammenhängender Raumkavität angeordnete Multilayer-Superisolation, während Verarbeitung, Lagerung und Transport vor Staub und Schmutz geschützt ist.
Die Tragstruktur mit hülsenartigen Stutzern oder Abstandhaltern ist ferner bevorzugt als eine einstückige Traystruktur ausgebildet. Hierzu sind alle formgebenden Verfahren geeignet, wie Tiefziehen, Vakuumtiefziehen, Giesspritzen etc.. Alternativ können auf eine einstückig ausgebildete Tragstruktur eine Vielzahl von stab- oder hülsenförmig ausgebildeten Stützelementen angeordnet werden.
Um das Gewicht und Materialverbrauch für die Druckverteilungsplatten zu reduzieren können in bevorzugten Anwendungen die beabstandeten Wandungen zwischen den Stützelementen eingewölbt ausgebildet sind, sodass sie durch beaufschlagende Kräfte auf Zuglast beansprucht sind und infolgedessen dünnwandig ausgebildet sein können. So können Bleche von 0,1–0,2 mm Dicke auch kostenreduzierend verwendet werden. Auch die Abschnitte der beabstandeten Wandungen über den hülsenförmigen Stützelementen können ebenso eingewölbt ausgebildet sein, sodass sie durch beaufschlagende Kräfte auf Zuglast beansprucht sind und infolgedessen dünnwandig ausgebildet sein können.
Die Trayanordnung mit hülsenförmigen Abstandhaltern und Raumkavität ist ferner bevorzugt so ausgebildet, dass eine Befüllung mit Füllstoff von nur einer Seite möglich ist.
Der Spaltabstand ist dabei möglichst klein zu wählen, um die Anforderungen an die Vakuumtiefe zu reduzieren und kann bspw. von 0,1 bis 1 mm betragen. Es kann jedoch auf eine wärmedämmende Wirkung des Spaltes verzichtet werden und dieser nur als großflächige Evakuierungshilfe verwendet sein, dann kann ein gröberer Vakuum eingesetzt werden.
Es können mehrere Reflexionsschirmflächen aus beabstandeten metallisch beschichteten Kunststofffolien, eine sogenannte Superisolation, im Spalt angeordnet sein und hierzu der Spalt passend vergrößert sein.
Die geometrische Form der Abstandhalter kann konstruktiv zu einer höheren Tragfähigkeit führen, so bspw. ist Sechskantwabenform dafür bekannt, besonders sparsam mit dem Material zu sein. Thermoplastische Kunststofffolien in einer Dicke zwischen 0,2 und 1 mm bspw. aus PET, PP, PE können durch Vakuumtiefziehverfahren zu Trayanordnungen umgeformt werden.
In bevorzugten Ausgestaltungen entspricht der Verdichtungsgrad des Füllstoffs der einer Selbstverdichtung infolge von Vibration, sodass im Betrieb keine weitere Verdichtung durch Erschütterungen eintritt, jedoch zugleich die geringste und/oder eine wärmedämmend optimierte Verdichtung erreicht ist. Das kann verhindern, dass insbesondere bei vertikaler Anordnung der Füllstoff sich nach unten verdichtet und oberhalb leere Räume entstehen, die dann durch Wärmestrahlung und Restgaskonvektion erhöhten Wärmeübertrag verursachen würden. Dies ermöglich auch den Einsatz eigentlich sehr weicher Stoffe wie etwa Weichschaumstoffe usw., deren Wärmedämmwerte unter Vakuum noch unerforscht sind. Die Wollen können über eine eigene Federeigenschaften verfügen, sodass sie sich raumfüllend expandieren und folglich nicht selbsttätig verdichten. Die Wollen können über eine eigene Federeigenschaften verfügen, sodass sie sich raumfüllend expandieren und keine Selbstverdichtung zulassen. Es kann eine kombinierte Verwendung pulverartiger Füllstoffe mit Wollestoffen zum Einsatz kommen, um dadurch die federnden Eigenschaften der Wolle zum beständigen Ausfüllen der Holräume/Kavitäten zu nutzen.
Die beabstandeten Wandungen und die Strukturen mit Stützelementen können neben flacher eine beliebig 2- oder 3-dimensional gekrümmte Flächengestalt aufweisen, wodurch sie zum Umhüllen beliebig geformter Gegenstände geeignet sind.
Der Füllstoff ist bevorzugt aus einem mikrofeinen und/oder mikroporösen organischen oder anorganischen Stoff in einer beliebigen Zusammensetzung wie pyrogene oder Fällungs-Kieselsäurepulver (Siliziumoxid), Perlit, Vermiculit, Fasergelege oder Kurzfaseranordnung aus Glas-, Aramid- oder anderen Fasern, Keramikfasern, Mineralfasern, Steinwolle, Glaswolle, Holzfasern, Cellulosefasern, Pflanzenfasern, Baumwolle, Wolle, einem Aerogel, Hart-/ oder Weichschaum zerkleinert oder offenporig oder ähnlich, mit oder ohne Zugabe von Trübungsmitteln zum Absorbieren/Streuen/Reflektieren der Infrarotstrahlung ausgebildet. Seine Aufgabe ist es, durch möglichst kleine Porenräume die erforderliche Vakuumtiefe abzusenken und Wärmestrahlung zu unterdrücken. Der Füllstoff kann in Pulverform oder zerkleinert verfüllt werden oder im Falle von Wollestoffen in Gestalt einer Wollmatte und Aerogel als Blockplatte mit Lochungen für die Abstandhalter versehen und in den Hohlraum eingelegt werden. Füllstoffe aus Wollestoffmatten und Aerogelleblöcken benötigen evtl. keine filtrierende Vliesstoffe, da sie einen zusammenhaltenden Stoff bilden.
Als Trübungsmittel können alle bekannten Mittel wie pulverförmige Metalloxide, Kalziumoxid, Ilmenit, andere Metalloxide, Cellulose-/Holzfasern, Glasfasern-/wolle, Kohlenstofffasern, Rußpartikel und/oder metallisch beschichtete Glimmerstücke, zerschnittene Metallfolien oder metallisierte Kunststoffolien usw. verwendet werden und die üblichen Trocknungsmittel und/oder Gettermittel zur Aufrechterhaltung des Vakuums beigemischt sein. Deren Anteile können zwischen 0 und 50% erreichen.
Wenigstens die Innenseiten der beabstandeten Wandungen können in bevorzugten Ausgestaltungen mit Reflexionsoberflächen zum Reflektieren der Infrarotstrahlung versehen sein.
Die Abstandhalteranordnung weist ferner wenigstens ein Befestigungsmittel auf, mit dem es an wenigstens einer der beabstandeten Wandungen befestigt werden kann, wobei die jeweilige Wandung ein dafür vorgesehenes Gegenbefestigungsmittel aufweist. Das ist insbesondere in Randlos-Verbund-Systemen, die im Weiteren zur Sprache kommen, bei vertikaler oder geneigter Anordnung von Nutzen.
Die Befestigung ist dann bevorzugt durch Klebung, Aufhängungs- und/oder Abstützungsmittel ausgeführt oder unterstützt, wobei insbesondere eine vertikale oder eine beliebig geneigte Anordnung der Abstandhalter realisierbar ist.
Der Wärmeleitwert evakuierter erfindungsgemäßer Abstandhalteranordnung liegt bevorzugt zwischen 0,00001 und 0,008 W/mK, bevorzugter zwischen 0,0005 und 0,004 W/mK, und noch bevorzugter zwischen 0,001 und 0,002 W/mK.
Nach einem anderen Aspekt werden die erfindungsgemäßen Aufgaben durch eine Verwendung der Abstandhalteranordnung nach einer der vorhergehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen zum Herstellen von VIP (vacuum isolated panel) und/oder transparenter oder transluzenter VIG (vacuum evacuated glas), gelöst, wobei wenigstens eine Abstandhalteranordnung von wenigstens einer gasdichten Hülle umschlossen wird, und wobei die gasdichte Hülle wenigstens im Randbereich aus einer dünnen metallischen Folie oder metallisch dünn beschichteter Kunststofffolie wärmedämmend ausgebildet ist.
Die gasdichten metallisch beschichteten Barrieren aus Kunststofffolien weisen bevorzugt wie üblich eine Metallschicht von 50–100 nm auf oder können aus mehreren Lagen mit dünnerer Beschichtung bestehen.
Die metallische Folie oder metallische Beschichtung der gasdichten Hülle ist vorzugsweise aus einem Metall wie Aluminium, Titan, Edelstahl, Blei, Zinn, Zink, Bismut, Tantal, Nickel, Platin, Wolfram und ähnlich oder deren Legierungen aus einer nicht vollständigen Aufzählung gebildet, wobei die Beschichtungsdicke minimiert und Wärmeleitwert des verwendeten Metalls bevorzugt niedrig gewählt ist, um einen möglichst geringen Wärmeübertrag entlang der Metallbeschichtung zuzulassen. Dabei ist je nach Anwendung der niedrige Herstellpreis oder die niedrige Wärmeleitfähigkeit von Bedeutung. Eine gasdichte Siliziumoxidschicht kann durch Aufsputterung/Aufdampfung auf einer Kunststofffolie aufgebracht werden.
Nach einem weiteren Aspekt werden die erfindungsgemäßen Aufgaben durch eine Verwendung der Abstandhalteranordnung nach einer der vorhergehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen zum Herstellen eines evakuierten oder evakuierbaren Randlos-Verbund-Systems (RVS) gelöst, aufweisend eine innere und eine äußere gasdichte Hüllwandungen, wobei eine Vielzahl von Abstandhalteranordnungen mit oder ohne Abstand untereinander zwischen ausreichend versteiften Wandungen angeordnet ist. Dabei entstehen zwischen den Abstandhalteranordnungen miteinander kommunizierende Leerräume, die ein verzweigtes Kanalsystem ausbilden und der Evakuierung von wenigstens einem gemeinsamen Evakuierungs- und Befluidungsanschluss aus durch die zugänglichen Abschnitte der jeweiligen gasdurchlässigen Hüllen der Abstandhalteranordnungen dienen.
Die VIPs und/oder Randlos-Verbund-System werden gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zum Ausbilden wenigstens eines von folgenden funktionell zusammenhängenden thermoisolierenden/thermoisolierten und/oder schalisolierenden Isolations-Systemen in einer nicht vollständigen Aufzählung verwendet: Gebäudewandungen, Fundamentunterwandungen, Boden-/Etagenunterwandungen, Plattenbau-Paneele, Türen- und Fensterrahmen- und -zargen, Fensterscheiben, Dachwandungen, Gewächshäuser, flache und Rohr-Solarkollektoren, Rohrleitungen und Rohrfittinge, Rohrarmaturen, Ventile/Drosseln, elektrische Stromschalter, stationäre und portable Wärme-/Kältespeicher, Kälte-/Wärmetauscher gegenüber Außenumgebung, Kessel, Befüllungsanlagen/Anschlusse für heiße und/oder kalte Medien, Durchflussmesseinheiten, Kraftwerks- und Antriebs-Turbinen-, Dampfkondensatoren, Falltürme, Raketen-Antriebe und Gastanks, Elektro-Generatoren-, wärmeentkoppelte Drehwellen, Transformatoren-, Antriebskraftmaschinen-, Wärmekraftmaschinen, Stirlingmotor, Brenner-, Schornsteine, Müllverbrennungsanlagen, Brennstoffzellen-Ummantelung, Stromsupraleiter/Magnetspulen, Tokamak-/Kernfusionsreaktoren, Spinkerntomograf, Wärmetauscher, Wärmepumpen, Fernwärmeleitungen, Behälter/Container/Deckel, Versandmittel, Lebensmittel- und pharma-medizinische Verpackungsmittel, Dewarflaschen/Thermosflaschen, Schiffs-, Fluggerät-, Schienen- und Landfahrzeuggehäuse-/Rümpfe/Wandungen/Karosserien, Gehäuse, Kühlräume und Karosserien und Antriebsmaschinen, Kältegeräte, Kochgeschirr/Kochkessel-/Backgeräte, Schmelztiegel und -öfen, Thermobehandlungsanlagen, Öfen, Geschosstreibmittel aus Heißdampf, Wärmeschutzbekleidung/Schuhe, Taucheranzüge, flexible Abschirmungen/Zeltbehausungen, Hitzeschildelemente, Raffinerie-/Chemieanlagen und Rohrleitungen, Bremsleitungen, Pressluftbehälter, Flüssiggasbehälter, Helium-/Wasserstofftanks, eine Schottvorrichtung, VIP-Paneele und VIP-Winkel-/Eckenelemente, Schallisolationsumhüllungen für Kraftmaschinen und andere Anwendungen.
Die Evakuierung des Hohlraums erfolgt bei Kieselsäure oder Aerogel haltigem oder anderem nanoporösem Füllstoff auf 0,01 bis 10 mbar, und bei anderen nur mikroporösen Füllstoffen auf 0,0001 bis 1 mbar. Für die MLI-Anordnungen wird auf 1E-3 bis 1E-5 mbar evakueirt.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt werden ihre Aufgaben durch eine Verwendung der Abstandhalteranordnung nach einer der vorhergehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen zur Schalldämmung von Gegenständen oder Systemen gelöst, wobei der Füllstoff evakuiert oder mit einem Gas oder Gasmischung befluidet ist. Das ist dadurch erreichbar, dass die Füllstoffe und Vakuum die Schallausbreitung unterdrücken.
Die beabstandeten Wandungen sind ferner bevorzugt konstruktiv versteift durch Wellen, Rillen, Aus- und/oder Einwölbungen usw., um Dicke und/oder Gewicht der Anordnung zu reduzieren. Sie übertragen und verteilen die Druckdifferenzkräfte zwischen benachbarten Stützstrukturen der Abstandhalter. Die beabstandeten Wandungen können aus nahezu beliebigen Stoffen hergestellt sein, wie aus einer nicht vollständigen Aufzählung von Kunststoffplatten, Pressholzprodukten, Pappstoffen, Glas, Keramik, Metallblechen usw.. Ein wichtiges Kriterium zur Wahl des Werkstoffs kann neben Temperaturanwendung die geringe Ausgasung sein. Es können flache oder beliebig gekrümmte beabstandete evakuierte Wandanordnungen in 2- oder 3-dimensionaler Gestalt mit bekannten Verfahren wie Pressen, Tiefziehen, Extrudieren, Gießen/Spritzen, aber auch durch Zuschnitt aus Platten usw. ausgebildet werden.
Ein Randlos-Verbund-System weist ebenso vorzugsweise eine Barrierehülle aus Metallfolie oder metallisch beschichteter Kunststofffolie auf, wobei sie aus Aluminium, Titan, Edelstahl, Blei, Zinn, Zink, Bismut, Tantal, Nickel, Platin, Wolfram und ähnlich oder deren Legierungen aus einer nicht vollständigen Aufzählung ganz oder abschnittsweise gebildet ist. Die Einzelheiten über wärmebrückenfrei endlos aneinander zu einem Randlos-Verbund-System gereihte Abstandhalteranordnungen sind der oben erwähnten Literaturquelle entnehmbar.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Teilquerschnittansicht einer doppelwandigen evakuierbaren Umhüllung mit hülsenförmigen Druckkraft-Abstandhaltern und kontinuierlichem Strahlungsschild aus einem wärmedämmenden Stoff;
2 perspektivische Ansicht der einstückigen Druckkraft-Abstandhalteranordnung aus vorhergehender Figur;
3 eine Teilquerschnittansicht einer modifizierten doppelwandigen evakuierbaren Umhüllung mit hülsenförmigen Druckkraft-Abstandhaltern und kontinuierlichem Strahlungsschild aus einem wärmedämmenden Stoff;
4 eine Teilquerschnittansicht einer vereinfachten doppelwandigen evakuierbaren Umhüllung mit hülsenförmigen Druckkraft-Abstandhaltern und kontinuierlichem Strahlungsschild aus einem wärmedämmenden Stoff;
5 eine schematische Explosionsansicht einer weiteren Tray-Abstandhalteranordnung mit wenigstens einem zusätzlichen Infrarotstrahlungsschild;
6 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Multilayeranordnung;
7 eine Teilquerschnittansicht einer Abstandhalteranordnung mit eingewölbten beabstandeten Wandungen;
8 eine Teilquerschnittansicht einer Abstandhalteranordnung mit als Glasscheiben ausgebildeten beabstandeten Wandungen;
9 eine Teilquerschnittansicht einer weiteren Abstandhalteranordnung mit als Glasscheiben ausgebildeten beabstandeten Wandungen;
10 eine perspektivische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Multilayeranordnung;
11 eine perspektivische Ansicht einer einstückigen Druckkraft-Abstandhalteranordnung zur Verwendung mit Multilayeranordnung nach vorhergehender Figur; und
12 eine Anzahl exemplarischer Profile der Abstandhalter in Draufsicht.
1 zeigt eine Teilquerschnittansicht einer weiteren doppelwandigen evakuierbaren Umhüllung mit hülsenförmigen Druckkraft-Abstandhaltern 250 und einem kontinuierlichen Strahlungsschild 251/1 aus einem wärmedämmenden Stoff.
Die vorliegende Ausgestaltung ermöglicht vor allem, eine Vielzahl von Druckkraft-Abstandhaltern 250 manipulationsfrei einstückig bspw. durch Tiefziehen oder Vakuumtiefziehen aus einem Kunststoff- oder Metallblech als eine sogenannte Trayanordnung herzustellen. Ein Metallblech kommt sicher nur bei hochtemperaturigen Anwendungen in Frage und würde bevorzugt aus einem niedrig Wärme leitenden Metall wie Titan oder Edelstahl gefertigt. Ein Kunststoff wie Zellglas, Aramid oder Erzeugnisse daraus, wie Aramidpapier eignen sich besonders wegen derem günstigen Verhältnis aus Druckbelastbarkeit und Wärmeleitfähigkeit. Jedoch auch andere Kunststoffe wie PET, Polyamid usw. lassen gute Ergebnisse erreichen. Wichtig ist, dass sie im Vakuum nicht durch Austrocknung brüchig werden und evtl. nicht zu viel ausgasen und ein ausreichend hohes Elastizitätsmodul aufweisen. Auch Papiermaterial kann durch Vakuumformung zur Anwendung kommen.
In nächster Figur ist die Trayanordnung 251 mit einer Vielzahl einzeln stehender hülsenförmiger Druckkraft-Abstandhalter 250 in einer perspektivischen Ansicht von unten und vor dem Befüllen mit einem Füllstoff dargestellt.
Obgleich auch leere derartige Trayanordnung eine Funktionalität aufweist, wenn sie evakuiert wird, erweisen sich Füllstoffe als effektiver und oft preiswerter gegen den Strahlungsaustausch. Für die Evakuierbarkeit weist die Trayanordnung entweder eine Vielzahl von verteilt angeordneten Evakuierungsöffnungen auf (nicht dargestellt) oder ist durch feinporige Ausgestaltung gasdurchlässig ausgebildet.
Als Füllstoffe eignen sich alle bekannten mikroporösen bzw. mikrokörnigen Stoffe wie Perlit, Kieselsäurepulver, Metalloxide, Fasergelege oder -wolle, Hart-/ oder Weichschaumstoff usw., die evtl. mit einem Trübungsmittel versetzt sind, das für die Absorption von Wärmestrahlung sorgt. Ilmenit, Metalloxide, Zirkonsilikat und weitere werden bspw. als Trübungsmittel eingesetzt. Hierbei kann der Füllstoff gepresst oder ungepresst verfüllt werden. Da die Form bereits durch die Trayanordnung vorgegeben ist, werden nicht unbedingt Bindemittel benötigt, wodurch sie nicht zur Verschlechterung der Wärmedämmung beitragen können. Ebenso wirkt die größere Verdichtung dieser Füllstoffe verringernd auf die Wärmedämmung, sodass die nur locker verfüllten Füllstoffe eine verbesserte Wärmedämmung erhalten können.
Da die Füllstoffe feinkörnig sind, müssen sie, wenn die Evakuierungsöffnungen zu groß sind, mit zusätzlichen Filterstoffen wie einem Vlies oder ähnlich zurück gehalten sein. Hierzu können Stofflayer bevorzugt von der Innenseite im Tray angeordnet sein (nicht dargestellt).
Die Druckkräfte werden allein durch die hülsenförmigen Druckkraft-Abstandhalter 250 übertragen, die mit einer Hülsenkante 250/9 an den Tray anschließen. Diese Druckkraft-Abstandhalter 250 können auch eine andere als zylindrische Form aufweisen, insbesondere Wabenform, aber auch beliebige andere Polygonform.
Zwischen den Druckkraft-Abstandhaltern 250 und der Raumkavität 251/4 für den durch Füllstoff gebildeten Strahlungsschild 251/1 ist ein schmaler evakuierter Spalt 250/8 ausgebildet, sodass zwei verschiedene Wärmeströme unabhängig voneinander durch die Druckkraft-Abstandhalter 250 und durch Strahlungsschild 251/1 fließen.
Der Wärmestrom durch die Druckkraft-Abstandhalter 250 fließt durch den Füllstoff 250/1 und durch die dünnen Wände der Druckkraft-Abstandhalter 250, deren Querschnitt einen Bruchteil der gesamten Wärmeaustauschflächen der beabstandeten Wandungen 106 und 107 ausmacht.
Der Wärmestrom durch Strahlungsschild 251/1 setzt sich ebenso aus dem Wärmestrom durch den Füllstoff 251/1 und die dünnen Wände der Raumkavität 251/4 zusammen. Jedoch endet die konduktive Wärmeübertragung an der Begrenzungsfläche der Raumkavität 251/4, die mit einem evakuierten Spalt Δh von der Wandung 106 beabstandet ist. Der weitere Wärmeübertrag kann nach ausreichender Evakuierung nur noch durch Strahlungsaustausch erfolgen, vorausgesetzt die erforderliche Vakuumtiefe ist erreicht.
Da jedoch durch den Wärmedämmwiderstand des aus dem Füllstoff gebildeten Strahlungsschildes 251/1 ein Temperaturabfall stattgefunden hat, verbleibt eine geringere Temperaturdifferenz für den Strahlungsaustausch übrig. Diese Maßnahme ist sehr effektiv, weil der Strahlungsaustausch mit der Temperatur in vierter Potenz korreliert ist. Die verbleibende Strahlung kann zusätzlich mit einem oder besser mit zwei reflektierenden Oberflächen unterdrückt werden, die an der Innenseite der Wandung 106 in Form bspw. einer Beschichtung, Polierung oder Folienlaminat 106/1 und als eine reflektierende Folie an der Raumkavität 251/4 angebracht werden.
In weiteren Ausgestaltungen kann der Spalt Δh auch größer gewählt werden, um zusätzlichen Strahlungsschildern Platz zu machen. Die Beabstandung ist bevorzugt so zu wählen, dass die erforderliche Vakuumtiefe wegen freier Molekülweglänge nicht zu hoch wird. Bei 0,5 bis 2 mm kann Vakuumtiefe zw. 1 und 1E-5 mbar ausreichen.
Der Tray wird nach dem Befüllen mit einem Füllstoff durch eine Trayschließplatte oder -hülle 251/2 geschlossen, sodass der Füllstoff nicht mehr herausfällt und in der weiteren Produktion leicht gehandhabt sein kann.
Die gesamte Oberfläche des Trays ist durch den Spalt Δh und 250/8 über die gasdurchlässige Wandung des Trays von einem gemeinsamen Hohlraum 121 aus schnell evakuierbar. Zusätzlich können Maßnahmen vorgesehen sein, wie Kanäle, um auch über die Trayschließplatte oder- hülle 251/2 evakuieren zu können.
Die vorliegende Abstandhalteranordnung lässt sich mehrfach aufeinander stapeln und so auf einfache Weise eine dickere und effektivere Dämmung erhalten. Hierzu kann eine Druckverteilerplatte dazwischen angeordnet sein oder die Trayanordnungen zueinander in einem Fall mit ihren Trayschließplatten 251/2 gewandt oder im anderen Fall umgekehrt mit deren Hülsen-Abstandhaltern 250 zueinander gewandt angeordnet sein. Im ersten Fall ergibt sich ein Spalt Δh auch zur Wandung 107 hin und im zweiten Fall bildet sich ein größerer Spalt in der Mitte zwischen den Trays, der jedoch einfach durch eine beidseitig reflektierende Folie getrennt sein kann.
2 zeigt perspektivische Ansicht der einstückigen Druckkraft-Abstandhalteranordnung aus vorhergehender Figur. Die seitlichen Wände 251/3 ermöglichen ein Befüllen und Verschließen des Trays nach dem Befüllen mit dem Föllstoff. Die Kavitäten 250/1 der hülsenförmigen Druckkraft-Abstandhalter 250 können in einem Arbeitsgang von der gleichen Seite mit gleichem Föllstoff oder mit einem anderen Föllstoff befüllt werden. In einer Ausgestaltung nach 4 erfolgt die Befüllung von verschiedenen Seiten, bevorzugt nach dem Verschließen und Umdrehen. Die Seitenwände 251/3 können Evakuierungsöffnungen aufweisen, die bei Befüllung mit Föllstoff mit einem filtrierenden Vlies verschlossen werden.
3 zeigt eine Teilquerschnittansicht einer weiteren doppelwandigen evakuierbaren Umhüllung mit modifizierten hülsenförmigen Druckkraft-Abstandhaltern 250 und kontinuierlichem Strahlungsschild 251/1, 251/4 aus einem wärmedämmenden Stoff.
In Gegensatz zur vorherigen Ausgestaltung, sind die Druckkraft-Abstandhalter 250 hierbei nicht einstückig mit dem Tray, sondern als einzelne Hülsen ausgebildet. Das ermöglicht Verwendung verschiedener materialien, bspw. höherwertigerer Stoffe für die Hülsen und eines billigeren für den Tray.
Außerdem wurde im Inneren der Druckkraft-Abstandhalter 250 eine mit dem Spalt 250/81 beabstandete mit Föllstoff befüllte Innenhülse 251/5 im Trayhalter ausgebildet, sodass der Fällstoff in der Innenhülse keinen konduktiven Beitrag zur Wärmeübertragung liefert. Seine Stirnfläche kann mit einer Reflexionsschicht versehen sein.
Die Hülsen der Druckkraft-Abstandhalter 250 werden bevorzugt auf jeweils für sie vorgesehene Abstufungen oder Standsockel 250/91 der Tragstruktur oder Innenhülsenaufgesetzt und evtl. befestigt. Alternativ könnten die Innenhülsen fortgelassen sein und der Fällstoff direkt in die Hülsen der Druckkraft-Abstandhalter 250 gefüllt werden.
Die Hülsen der Druckkraft-Abstandhalter 250 werden auch hierbei gasdurchlässig ausgebildet, sodass eine Evakuierung durch sie hindurch erfolgen kann.
Es ist von weiterem Vorteil, die hier einzeln stehenden Druckkraft-Abstandhalter 250 zu einem einstückigen Trayelement zusammenzufassen und so eine Doppeltray-Anordnung zu erhalten, die einfach herstellbar ist.
4 zeigt eine Teilquerschnittansicht einer vereinfachten doppelwandigen evakuierbaren Trayanordnung mit hülsenförmigen Druckkraft-Abstandhaltern 250 und kontinuierlichem Strahlungsschild aus einem wärmedämmenden Föllstoff.
In Gegensatz zu Ausgestaltungen in 1 und 3 gibt es keinen Spalt mit der beabstandungshöhe Δh, sodass der Föllstoff den Hohlraum 121 ganz ausfällt. Dadurch entfällt wenigstens eine Reflexionsschicht.
Die Trayanordnung 251 ist einstückig aus einem bspw. PET-Folienblatt vakuumtiefgeformt und hat so eine Vielzahl hülsenförmiger Abstandhalter 250, die voneinander mit vorgegebenem Abstand benachbart beabstandet sind. Diese hülsenförmige Abstandhalter 250 übertragen anteilig die beaufschlagenden Druckdifferenzkräfte von 1 bar, die von den steifen Wandungen 106 und 107 verteilt werden.
Die ausgeformte Raumkavität zwischen den Abstandhaltern 250 vorheriger Ausgestaltungen ist zu null reduziert und nun durch den leeren Raum gebildet. In diesem leeren Raum ist der Föllstoff 251/1 eingefüllt, wobei in anderen Ausgestaltung statt dessen auch diskontinuierliche Wärmestrahlungsschilder in gestalt mehrlagiger Superisolation angeordnet sein können.
Die hülsenförmigen Abstandhalter 250 weisen in vorliegender Ausgestaltung geschlossenen Boden 250/10 auf, sodass deren Befüllung mit dem Füllstoff 250/1 nur von einer Seite zugänglich ist. In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen kann dieser Boden ausgespart sein, um eine Befüllung der ganzen Trayanordnung von nur einer Seite zu ermöglichen.
Die gefüllten Abstandhalter 250 werden durch eine untere in vorliegender Figur Trayschließplatte oder -hülle 251/2 verschlossen. Ein zweite obere Trayschließplatte oder -hülle 251/2 in Gestalt einer Folie schließt die übrige gefüllte Raumkavität. Beide Trayschließplatten oder -hüllen 251/2 werden an den Seitenwänden 251/3 befestigt, sodass die fertige Abstandhalteranordnung danach dicht verschlossen ist und in der Fertigung oder an einer Baustelle leicht gehandhabt werden kann.
Wenigstens eine der Trayschließplatten oder -hüllen 251/2 ist mit Evakuierungsöffnungen oder Perforation versehen, um eine großflächige Evakuierung zu ermöglichen. Auch die Seitenwände 251/3 und die hülsenförmige Abstandhalter 250 können mit Evakuierungsöffnungen oder Perforation versehen sein. Damit der feinkörnige Füllstoff nicht über diese Evakuierungsöffnungen oder Perforation entweichen kann, werden sie von innen oder außen mit einem (nicht dargestellten) filtrierenden Vlies, Textil oder ähnlich abgedeckt.
Die als eine Baugruppe vorgefertigte gefüllte und verschlossene Trayanordnung 251 kann nun in eine VIP-Platte oder in ein Randlos-Verbund-System eingebaut werden. Es werden zwei steife die Druckkräfte verteilende Platten benötigt, die aus einem gasdichten metallischen oder gasundichten nichtmetallischen Stoff bestehen können. Dabei ist es von Vorteil spezielle Evakuierungskanäle vorzusehen, die weit verzweigt über die ganze Oberfläche der Trayanordnung eine großflächige Evakuierung durch die Trayschließplatte oder -hülle 251/2 ermöglichen. In vorherigen Ausgestaltungen hat der Spalt Δh diese Funktion erfüllt.
Nur exemplarisch dargestellt können diese Evakuierungskanäle 115/1 als ausgewölbte Rillen 115/3 ausgebildet sein, wobei dadurch zugleich eine willkommene Versteifung der Wandung 106 erfolgt. Die andere Wandung 107 kann ebenso ausgebildet sein oder auch flach bleiben.
Sofern die Wandungen 106, 107 aus einem Metallblech gasdicht ausgebildet sind, benötigt man keine zusätzliche gasdichte Barriere, andernfalls muss noch eine dünne Barriere in Gestalt einer Metallfolie oder metallisch beschichteter Kunststofffolie um die Wandungen 106, 107 umhüllt werden. Der Rand einer VIP-Platte oder ein in einem Randlos-Verbund-System unvermeidbarer Rand wird jedoch auf jeden Fall gasdicht mithilfe einer dünnen metallischen oder metallisierten Barriere verschlossen.
Die Evakuierung erfolgt bevorzugt von wenigstens einem Evakuierungsanschluss aus. Bei VIP-Platten begrenzter Größe können diese unter Vakuumumgebung evakuiert und versiegelt werden, wodurch ein Evakuierungsanschluss entfällt.
Ein Unterdruckkontrollmittel in Gestalt eines mechanisch-optischen Unterdruckanzeigers und/oder eines elektronischen Sensors kann im Hohlraum 121 angeordnet sein. Eine drahtlose Ausführung bspw. durch RFID-Technik ist auf diese Weise bereits in den konventionellen VIPs verwendet.
Der Komprimierungsgrad des Füllstoffs kann zwischen lockerer Aufschüttung und tragfähiger Vollkomprimierung eingestellt sein. Optimale Ergebnisse werden durch eine verringerte Komprimierung erreicht, weil dann die Wärmeleitfähigkeit im gleichen Maße reduziert ist und die Menge des oft recht teueren Füllstoffs reduziert wird. Der optimale Komprimierungsgrad ist für jeden Füllstoff experimentell zu ermitteln, weil die Wärmeleitwerte mit dem steigenden Komprimierungsgrad zunächst fallen und dann wieder ansteigen können. Andererseits darf die unzureichende Komprimierung nicht dazu führen, dass bspw. bei vertikaler Anordnung der Trayabstandhalter der Füllstoff infolge von Erschütterungen oder unter Eigengewicht nach unter absackt und oberhalb leeren Räume entstehen. Solche leeren Räume würden durch direkten Strahlungsaustausch und durch Konvektion des Restgases drastisch mehr Wärme übertragen können.
5 zeigt eine schematische Explosionsansicht einer weiteren Tray-Abstandhalteranordnung mit wenigstens einem zusätzlichen Infrarotstrahlungsschild 203/1, der hierbei zwecks seiner Versteifung exemplarisch gewellt ausgebildet ist. Durch die versteifende Wellung kann der Infrarotstrahlungsschild 203/1 an wenigen Abstandhaltern 203/2, die hier exemplarisch als dünnwandige Röhrchen aus Kunststoff ausgebildet sind, beabstandet sein. Das zu tragende Gewicht ist extrem klein, sodass äußerst dünnwandige Röhrchen einsetzbar sind.
Die Druckabstandhalter sind hier ferner als dünnwandige Hülsen ausgebildet und weisen optional nicht dargestellte Evakuierungsöffnungen/Perforation oder Seitenschlitze auf, durch die sie evakuierbar sind. Die Evakuierung kann jedoch vor allem über die Trayschließplatten oder Druckverteilungsplatten wie oben beschrieben großflächig ausgebildet sein. Die Hülsengestalt der Abstandhalter ermöglicht größere Steifigkeit bei geringerem Querschnitt. Alternativ können vieleckige Formen insbesondere Hexawabenform in Betracht kommen.
Anstelle eines vorzugsweise beidseitig reflektierend ausgebildeten Infrarotstrahlungsschildes 203/1 kann eine mehrschichtige Superisolationsfolie, oft als Multilayerisolation (MLI) bezeichnet, wie sie aus der Kryo- und Raumfahrttechnik bekannt ist, eingesetzt werden, die selbst eine Vielzahl beabstandeter Schilder aufweist. Der gesamte Hohlraum 121 kann mit geschichteten Infrarotstrahlungsschildern ausgefüllt werden, die voneinander wärmedämmend beabstandet sind. Zwecks besserer Evakuierbarkeit kann jedoch vorteilhafter sein, einen teil des Hohlraums auf Kosten der Paneldicke leer zu lassen. Es ist ein Vorzug der Hülsenabstandhalter gegenüber den Wabenstrukturen, dass die Infrarotstrahlungsschilder 203/1 evtl. mit Beabstandungslayern dazwischen als ein zusammenhängendes Paket mit ausgesparten Durchstecköffnungen für die Hülsenabstandhalter 250 herstellbar und über einen größeren Abschnitt der Abstandhalteranordnung einlegbar sind.
Zwar wird allgemein ein tieferes Vakuum für die mit üblichen Beabstandungen von 0,1 bis 1 mm beabstandeten reflektierenden Wärmeschildern 203/1 benötigt, jedoch kann bei entsprechendem Aufwand eine bessere Strahlungsunterdrückung erreicht werden, als es mit Füllstoffen möglich ist. Dadurch kann der Strahlungswärmeübertrag im Vergleich zu dem konduktiven Wärmeübertrag bis zur Bedeutungslosigkeit, bspw. bis zu 1E-5 W/mK bei Raum- und Kryotemperaturen geführt werden und somit die nominale Wärmedämmung der Trayanordnung erreicht werden.
Es ist möglich, eine Kombination der Ausgestaltungen aus 1 und 3 mit vorliegender auszubilden, indem der Spalt Δh vergrößert wird, um einer Anzahl von Infrarotstrahlungsschildern 203/1 Platz zu bieten. So läßt sich höhere Effizienz gegen Wärmestrahlung mit geringeren Kosten kombinieren.
Eine Trayanordnung aus bspw. PET- oder Zellglas-Folie könnte einen rein konduktiven Wärmeleitwert von 0,001 bis 0,0005 W/mK erreichen. Der nicht Kräfte tragende nur wenig komprimierte Füllstoff aus einem Gemisch aus pyrogener Kieselsäure mit Trübungsmitteln kann bspw. Wärmeleitwerte zwischen 0,002 und 0,001 W/mK erreichen, sodass insgesamt ein Wärmeleitwert von 0,003 bis 0,0015 W/mK erreichbar ist. Laut grober Schätzung ist eine Halbierung des Wärmeleitwertes erreichbar, wodurch bei gleicher Dämmung die Wandbeabstandung und somit die eingesetzte Füllstoffmenge halbiert sein kann. Wenn der Füllstoff auch noch halb so fest komprimiert ist, dann ergibt es noch einmal Halbierung der eingesetzten Füllstoffmenge. Im Ergebnis kann die gleiche Wärmedämmung bei halbierter Wanddicke mit einem Viertel des Füllstoffs erreicht werden, was im Falle der teueren pyrogenen Kieselsäure, die etwa 50–70% der Produktkosten ausmacht, eine ganz erhebliche Kostenersparnis darstellt. Eine Gewichtsersparnis kann bei mobilen Anwendungen im Transportbereich besonders vorteilhaft sein, da hierdurch Antriebsenergie zur Beschleunigung eingespart und Nutzlast erhöht wird. Die Trayanordnung selbst samt steifer Wandungsplatten fügt keine hohen Herstellkosten hinzu, sodass die Kostenersparnisse deutlich bleiben. Ferner kann aber muss kein spezielles Bindemittel im Füllstoff mit seinen Zusatzkosten und zusätzlichem Wärmeübertrag eingesetzt werden. Herstellvorgänge zum Pressen und Verbacken von VIP-Platten entfallen in der Regel, obgleich auch ein gepresster Füllstoffkern erfindungsgemäß einsetzbar ist. Die werksseitige Evakuierung der versiegelten VIP-Platten kann durch einfaches Anschließen an eine Evakuierungsanlage erfolgen, sodass diese VIP-Platten beliebig groß und geformt sein dürfen.
Zu weiteren erreichten erfindungsgemäßen Vorteilen zählen sehr gute geometrische Maßhaltigkeit in der Baudicke und Längenabmessungen und die Möglichkeit, durch Verwendung von Kieselsäuregemischen einen groben Vakuum für langjährige Evakuierungen einzusetzen. Verwendet man für die Randversiegelung anstatt verbreiteter Aluminiumbeschichtungen aufgesputtete oder aufgedampfte Titan-, Bismut/Blei oder Edelstahlbeschichtungen, so lassen sich wegen niedrigerer Wärmeleitwerte auch die Wärmerandbrücken um Faktor 10 bis 20 reduzieren und es werden somit teuere doppellagige überlappende VIP-Anordnungen unnötig.
Beim Verwenden von billigeren Füllstoffen wie Perlit, Vermiculit usw. reduzieren sich die Kosten für die Befüllung zu einem gänzlich unbedeutenden Kostenanteil. Auch wenn die Anforderungen an die Vakuumtiefe und an die Dichtheit dann höher sind, können Anwendungen mit sehr dichten Barrieren aus Metallblechen und -folien und bei Randlos-Verbund-Systemen evtl. unter Einsatz eines Nachevakuierungssystems davon profitieren.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen als eine Multilayeranordnung 203/1p ausgebildeten diskontinuierlichen Strahlungsunterdrückungsmittels, das eine Vielzahl einzelner vorzusgweise metallisch beschichteter oder aus Metallfolien ausgebildeter Strahlungsschilder 203/1n aufweist, die voneinader wie üblich durch Beabstandungslayer in Gestalt von Gewebe, Netz etc. oder durch Formung von Noppen oder Rillen beabstandet sind.
Die Layer-Anordnung ist zu einem Paket zusammengefasst und erfindungsgemäß mit Druckaufnehmeröffnungen oder Stützeröffnungen 203/1ik im vorgegebenen Raster versehen. Auf diese weise kann ein Multilayer-Paket einfach hergestellt sein und anschließend einstückig in die vorgesehene Raumkavität der Trayanordnung eingelegt werden. Alternativ kann es direkt in der Raumkavität angeordnet sein. In der Raumkavität kann es durch Befestigungsmittel befestigt oder auch unbefestigt angeordnet sein, wenn der Rand des Paketes nicht knickbar ausgebildet sein sollte. Die Anordnung erlaubt eine der jeweiligen Anwendung wirtschaftlich angepasste Ausführung. Auch muss nicht der gesamte zur Verfügung stehende Raum mit dem Strahlungsschildpaket 203/1p ausgefüllt sein, sondern ein Teilraum kann als großflächig ausgebildetes Evakuierungskanalsystem leer gelassen sein.
Die Form der Druckaufnehmeröffnungen oder Stützeröffnungen 203/1ik ist hier nur beispielhaft recheckig gewählt und passt zu ebenso recheckig ausgebildeten Druckaufnehmern. Für die in 2 beschriebene Trayanordnung müssen die Druckaufnehmeröffnungen oder Stützeröffnungen 203/1ik bspw. eine kreisrunde Form aufweisen.
7 zeigt eine Teilquerschnittansicht einer Abstandhalteranordnung mit den zwischen den Abstandhaltern 250 eingewölbten beabstandeten Wandungen 106 und 107.
Durch diese Einwölbung werden die Wandungen 106 und 107 bei nach innen weisender Druckdifferenz entlang der Spannungslinien auf Zuglast beansprucht und müssen daher nicht mehr schersteif ausgeführt sein. Es genügt ein dünnes Metallblech, bspw. von 0,1 mm Dicke oder ein metallisch gasdicht beschichteter Kunststoff, um die Druckdifferenzkräfte auf die Abstandhalter 250 flächenanteilig zu übertragen. Die flach dargestellten Auflagebereiche 106/k können in weiteren Ausgestaltungen ebenso eingewölbt in den Hohlraum der Abstandhalter ausgebildet sein – sowohl von einer als auch von beiden Seiten.
Die Trayanordnung 251 ist so ausgestaltet, dass ihr versetzter Boden die beiden beabstandeten Wandungen 106 und 107 bevorzugt nicht berührt. Auf diesem Boden ist eine einstückige durchlochte Multilayeranordnung 203/1 bspw. mithilfe dünner Fäden locker befestigt. Der Trayboden weist bevorzugt Evakuierungsöffnungen 251/8 auf, die die beiden Teilhohlräume 121/1 und 121/2 verbinden und die Evakuierung der Multilayeranordnung 203/1 verbessern. Die hülsenförmigen Abstandhalter sind außerdem auch mit Evakuierungsöffnungen oder -schlitzen ausgestattet, die deren Hohlräume 121/3, 250/1 mit wenigstens einem der Hohlräume 121/1, 121/2 verbinden.
In den Hohlräume 121/3, 250/1 der Abstandhalter sind bevorzugt anstelle optionaler Füllstoffe ebenso als Multilayer ausgebildete Strahlungsunterdrückungsmittel 203/11 angeordnet und bspw. mittels Fäden 203/12 locker ohne Druckausübung befestigt. Diese könnten aus Ausstanzungen der Haupt-MLI stammen. Die Strahlungsunterdrückungsmittel 203/11 können auch mittels zusätzlicher Positioniermittel oder durch Bodenversetzung in gleicher mit der Haupl-MLI 203/1 Höhe angeordnet sein, um dadurch für beide ein gleiches Temperaturpotenzial einzustellen.
Der Trayboden kann wie gezeigt mit einer Seitenwand 251/3 abschließen, die jedoch optional auch ganz ausbleiben kann.
Der Ausschnitt zeigt einen Rand der Anordnung, der jeweils mit Randkanten 106/19 und 107/19 der jeweiligen beabstandeten Wandungen 106, 107 gebildet ist. Diese umlaufend ausgebildeten Randkanten ermöglichen eine Aneinanderreihung weiterer Anordnungen und deren gasdichte Verlötung oder Verschweißung entlang der Außenkanten 106/19 oder Innenkanten 107/192. Diese Kanten können zwecks besserer Verlötbarkeit mit einer Metallschicht aus Zinn oder Kupfer chemisch- oder elektrogalvanisch oder durch Verzinnung belegt sein. Zur Herstellung von VIP-Platten können die Randkanten mit einem dünnen Metallfolienband oder metallisch beschichtetem Kunststoffband per Verlötung, Klebung oder Verschweißung versiegelt werden.
Die von außen entstandenen Einwölbungen können mit einem beispielsweise als Schalldämmung 107/16 dienendem Stoff ausgefüllt werden. Auch kann eine der Wandungen in weiteren Ausgestaltungen flach ausgebildet bleiben.
Nicht zuletzt wird erfindungsgemäß die Evakuierbarkeit durch die zwangsweise unter den Einwölbungen entstandenen leeren Holräume verbessert. Die Höhe der Abstandhalter belegt fast die gesamte Paneldicke, sodass der konduktive Wärmeübertrag den geringsten erreichbaren Wert erhält. Die Dicke und Layeranzahl der Multilayeranordnung 203/1 kann für eine Anwendung angepasst vorgegeben sein. Auch wenn sie nicht mehr vollständig den Hohlraum ausfüllen kann, erreicht diese Anordnung aufgrund der Dämmleistung der MLI von 1E-5 W/mK (bei Krayo- und Umgebungstemperaturen) beachtenswerte Leistung, die die Dämmleistung feinporöser Füllstoffe um Faktor 5 bis 20 übertreffen kann.
Schließlich erlauben die Einwölbungen in Verbindung mit dünnen Wandungen eine gewisse Flexibilität der Anordnung, die zum Ausgleich der thermischen Ausdehnungen der kalten und warmen Wandungen äußerst nützlich ist, wodurch weitere Maßnahmen entfallen können.
Die Trayanordnung 251 ist nach einem formgebenden Verfahren als ein Tiefziehteil aus Kunststoff, ein Pressteil aus Presspapier, ein Spritzteil aus Kunststoff, ein Glas- oder Keramikgießteil oder auch aus Metallblech einstückig herstellbar.
Weil die Multilayer-Superisolation 203/1 eine äußerste Staubfreiheit und Herstellreinheit erfordert, damit die empfindlichen reflektierenden Folienoberflächen ihre niedrigen Emissionsgrade nicht einbüßen, können die fertig gestellten Platten bis zu ihrem Verwendungseinsatz entlang rundum der Randkanten gegen Staub- und Schmutzeindringen geschützt werden. Hierzu kann ein (nicht dargestelltes) Bandsteifen aus Filtervlies permanent oder entfernbar angeordnet sein. Bei permanenter Anordnung sollen die zum Verbinden vorgesehenen Randbereiche ausgespart bleiben und der Staubschutz behindert weder Evakuierung durch seitliche Evakuierungsöffnungen noch die gasdichte Verbindung. Alternativ kann die Randschließung durch ein entfernbares staubdichtes Band verschlossen sein, der unmittelbar vor dem Einbau in eine Anwendung abgenommen werden muss.
Das permanent angeordnete Bandsteifen aus Filtervlies kann zugleich die Funktion erfüllen, das fertige Paket zusammen zu halten, sodass es einfach gehandhabt werden kann. Alternativ oder ergänzend können Rückhaltemittel zum Zusammenhalten der beabstandeten Wandungen 106 und 107 in Gestalt bspw. von die Druckaufnehmer 250 umfassenden Nestern vorgesehen sein, die in den Druckauflageflächen von außen und/oder innen den Druckaufnehmer umfassen und evtl. Einrastmittel für zusätzlichen Halt sorgen können.
Von außen können an wenigstens einer der gewölbten Wandungen 106, 107 Befestigungsmittel zum Befestigen der Paneele an einer vertikalen Tragstruktur vorgesehen sein. Das kann bspw. einfach eine bzw. mehrere aus Blech geformte und angeschweißte Ösen oder Haken oder weitere Einrastmittel sein.
Der frei im Hohlraum stehende zylindrische Teil eines Druckaufnehmers 250 befindet sich in einem Strahlungsaustausch mit der jeweiligen eingewölbten Teilfläche der Wandung 106 oder 107. Sollte dieser Wärmeübertrag in einer Anwendung bedeutend werden, lässt es sich durch Anbringen einer ringförmigen MLI-Anordnung um den Druckaufnehmer reduzieren. Alternativ kann die Haupt-MLI anstatt flach der 3-dimensionalen Formfläche der gewölbten Wandungen nachgebildet und an diese jeweils angelehnt werden.
8 zeigt eine Teilquerschnittansicht einer Abstandhalteranordnung mit als Glasscheiben ausgebildeten beabstandeten Wandungen 106 und 107.
Die Trayanordnung 251 ist einstückig aus einem transparenten oder transluzenten Kunststoff wie Polyamid, Acryl oder Glas usw. hergestellt und weist gekantete Abstandhalter 250 auf, die den Boden des Trays vorzugsweise von beiden beabstandeten Glasscheiben beabstanden. Andere Ausführungen können jedoch auch einen berührenden Boden haben. Die Innenräume 250/1 der Abstandhalter sind bevorzugt durch Schlitze oder Öffnungen mit wenigstens einem der beiden geteilten Hohlräume 121/1 und 121/2 zwecks Evakuierbarkeit verbunden.
Durch beidseitige, bevorzugt mittige Anordnung des Traybodens dient dieser selbst als eine Folienscheibe, die als ein Strahlungsunterdrückungsmittel funktioniert: es werden von den meisten Kunststoffen über 95% einfallender Wärmestrahlung absorbiert. Danach erfolgt eine Reemission in beide Richtungen, sodass grob geschätzt je nach Temperaturenaufteilung die Hälfte der absorbierten Strahlung zurück gestrahlt wird. Ferner kann der Trayboden und/oder die Oberflächen der Glasscheiben wie üblich mit selektiv reflektierenden Schichten ausgestattet sein, die speziell für UV-Spektrum und/oder Infrarotspektrum als Schirm dienen.
Die Spalte zwischen dem Trayboden und den Glasscheiben betragen für VIG übliche 0,1 bis 1 mm, sodass die Vakuumtiefe von 1E-3 bis 1E-4 ausreicht, um Restgaskonvektion ausreichend zu unterbinden.
An den Rändern der Glasscheiben sind bspw. metallische, meistens aus Edelstahl ausgebildete Randstreifen 106/12 und 107/12 gasdicht bspw. durch Glas-Metall-Lötung oder -schweißung angebracht. Deren Anordnung kann alternativ an den inneren Kanten oder an den Stirnkanten erfolgen. Diese Randstreifen können entweder zu einer VIG am Rand versiegelt und in ein Randlos-Verbund-System wärmebrückenfrei eingebunden werden.
9 zeigt eine Teilquerschnittansicht einer weiteren Abstandhalteranordnung mit als Glasscheiben ausgebildeten beabstandeten Wandungen 106 und 107.
Im Unterschied zur vorherigen Ausgestaltung sind die Abstandhalter der Trayanordnung hierbei als Formauflageflächen ausgebildet. Sie können durch thermoplastisches Aufschweißen auf eine Folie oder durch ein formgebendes Verfahren einstückig mit der Folienanordnung hergestellt sein.
Die Glasscheiben können neben flacher auch eine 2- oder 3-dimensional gekrümmte Form haben, um bspw. in Transportmitteln wie Fahrzeugen eingesetzt zu werden.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Multilayeranordnung 203/1p. Diese ist vorgesehen, mit linienförmig ausgebildeten Druckkraft-Abstandhaltern eingesetzt zu werden. Die Durchstecköffnungen 203/1ik sind deshalb linienförmig der entlang der mittigen Profillinie eines linienförmig ausgebildeten Abstandhalters 250 im vorliegenden Beispiel kreuzförmig ausgeführt.
Durch die linienförmig ausgebildeten Druckkraft-Abstandhalter entfällt ein in den Abstandhalter innenliegender Hohlraum, der folglich keine Befüllung mit einem Strahlungsunterdrückungsmittel benötigt. Die Multilayeranordnung 203/1p deckt somit nahezu 100% der Oberfläche einstückig ab. Je nach Geometrie der Abstandhalter, entfällt auf diese ein Flächenanteil von 1 bis 3%. Wenn die Rippendicke der linienförmigen Abstandhalter etwas größer ausfällt, können die Durchstecköffnungen 203/1ik auch mit einer angepassten Spaltbreite ausgespart sein.
Beim Durchstecken der Abstandhalter durch die Durchstecköffnungen 203/1ik der Multilayeranordnung 203/1p werden die Ränder der Durchlassöffnung/en durch jeweiligen Abstandhalter auseinander gespreizt und an diesem angelehnt.
Sofern die MLI in einer Anordnung mit dem Boden oder einer der beabstanduneten Wandungen in berührung kommt, ist ihre äußere Seite mit einem Beabstandungslayer aus Gewebe oder Netz zu versehen, um konduktive Kontakte auszuschließen.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer einstückigen Druckkraft-Abstandhalteranordnung 251 zur Verwendung mit Multilayeranordnung nach vorhergehender Figur. Die Abstandhalter 250 sind hierbei in Gestalt gekreuzter senkrecht stehender Rippen ausgebildet und können mit der Tragstruktur oder Boden 251/4 nach einem geeigneten Verfahren einstückig oder zusammengesetzt hergestellt sein. Spritzgießen aus Kunststoff, Glas, Keramik etc. oder auch Tiefziehen aus Kunststoff oder Metallblech oder Pressverfahren aus Presspapiermaterialien können bspw. eine preiswerte Herstellung gewährleisten. Die zu verwendenden Materialien sind nach Gesichtspunkten der thermischen Belastbarkeit in der Anwendung und/oder während einer Ausheizphase und nach Ausgasungseigenschaften zu wählen. Eine langzeitliche Belastbarkeit ist selbstverständlich die unerlässliche Eigenschaft der verwendbaren Materialien und der Konstruktion.
12 zeigt eine Anzahl exemplarischer Profile der Abstandhalter 250 in Draufsicht. Es können praktisch alle denkbaren Profile verwendet sein, wie Kreuz, Stern, T, U, I, H, Z, C, Eckenprofil und deren Ableitungen usw..
Die Abstandhalter weisen keine eingeschlossene Hohlräume auf, sodass die Multilayeranordnung die gesamte frei zugängliche Oberfläche abdecken kann. Sie können durch insbesondere deren Ecken eine beachtliche Steifigkeit erreichen, die mit Waben- oder Hülsenstrukturen vergleichbar sein kann.
Ferner können die Linienprofile bei Ausführung als Tiefziehteil doppelwandig ausgebildet sein. Ein kleiner Hohlraum ist durch Formgebung bedingt und verschafft zusätzliche Steifigkeit, da die Anzahl der Ecken zunimmt. In den Hohlraum kann je nach Anwendung ein Strahlungsunterdrückungsmittel wie Faserfilz oder Wolle eingelegt sein oder mit einem filtrierenden Vlies auch ein Pulverstoff. In einigen weniger anspruchsvollen Anwendungen können diese Hohlräume auch leer gelassen werden.
Es sei angemerkt, dass die dargestellten Ausgestaltungen nicht den gesamten Umfang der vorliegenden Erfindung beschreiben können, sondern es einem durchschnittlichen Fachmann möglich ist, weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen zu kreieren, die von dem in den Ansprüchen definierten Schutzumfang erfasst sind, ohne dass er hierzu erfinderisch tätig werden muss.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2007/033836 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„VIT, Vakuum Isolierende Technologien”, November 2009, V. Schatz, Selbstverlag unter www.vakkuohm.de [0003]

Claims

Abstandhalteranordnung mit einer Vielzahl lokal wirkender, voneinander beabstandet angeordneter als stab- oder hülsenförmige Stützelemente (250) oder Stützstruktur ausgebildeter auf Drucklast beanspruchter Abstandhalter (250) zum Beabstanden von mit Masse- und/oder Druckkräften gegeneinander beaufschlagten Wandungen (106, 107), die einen Hohlraum (121) wenigstens von zwei Seiten umschließen, wobei die Wandungen als Druckverteilungsplatten ausgebildet sind, deren Steifigkeit zur Überbrückung der Beabstandung benachbarter Stützelemente (250) ausreicht, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlraum (121) wenigstens ein Wärmestrahlungsschild (203/1, 251/1) aus einem kontinuierlichen (251/1) und/oder diskontinuierlichen (203/1) Strahlungsunterdrückungsmittel so ausgebildet und angeordnet ist, dass es die Vielzahl der Stützelemente oder Stützstruktur umschließt.
Abstandhalteranordnung mit einer Vielzahl lokal wirkender, als stab- oder hülsenförmige Stützelemente oder Stützstruktur ausgebildeter auf Drucklast beanspruchter Abstandhalter zum Beabstanden von mit Masse- und/oder Druckkräften gegeneinander beaufschlagten Wandungen (106, 107), die einen Hohlraum (121) wenigstens von zwei Seiten umschließen, wobei die Wandungen als Druckverteilungsplatten ausgebildet sind, deren Steifigkeit zur Überbrückung der Beabstandung benachbarter Stützelemente ausreicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Stützelemente/Abstandhalter (250) einstückig mit einem Trägersubstrat (251/4) ausgebildet ist, sodass die Montage/Positionierung der Vielzahl der Abstandhalter (250) entfällt.
Abstandhalteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlraum (121) wenigstens ein Wärmestrahlungsschild (203/1, 251/1) aus einem kontinuierlichen (251/1) und/oder diskontinuierlichen (203/1) Strahlungsunterdrückungsmittel so ausgebildet und angeordnet ist, dass es die Vielzahl der Stützelemente oder Stützstruktur umschließt.
Abstandhalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente als eine dünnwandige Struktur (251) mit einer Vielzahl hülsenförmiger Abstandhalter (250) beliebiger Querschnittsform und wenigstens einer zusammenhängenden Raumkavität (251/1, 251/4) ausgebildet sind, deren Zellwandungen senkrecht oder konisch verjungt auf die beabstandeten Wandungen (106, 107) angeordnet sind, wobei Raumkavitäten der Abstandhalter (250, 250/1) und zusammenhängende Raumkavität (251/4) durch Evakuierungsöffnungen, Evakuierungskanäle und/oder gasdurchlässige Zellwandungen/Wände miteinander und mit dem Hohlraum (121) evakuierbar und befluidbar kommunizieren, oder die Stützelemente als eine dünnwandige Struktur (251) mit einer Vielzahl linienförmiger Abstandhalter (250) ausgebildet sind, deren Wandungen senkrecht auf die beabstandeten Wandungen (106, 107) angeordnet sind, wobei von den Wänden der Abstandhalter kein innenliegender Flächenabschnitt umschlossen ist.
Abstandhalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) das kontinuierliche Strahlungsunterdrückungsmittel in Gestalt eines mikroporösen und/oder mikrofeinen Füllstoffs (250/1, 251/1) ausgebildet ist, das in schüttbarer Form oder in Form einer verfestigten Platte mit ausgelassenen Durchstecköffnungen ausgebildet ist, wobei der Füllstoff (250/1, 251/1) ungepresst oder nur teilgepresst in die zusammenhängende Raumkavität (251/1, 251/4) und/oder Raumkavitäten der hülsenartigen Abstandhalter (250/1) eingefüllt ist und keine beaufschlagende Druckkräfte überträgt, oder b). der Füllstoff (250/1, 251/1) gepresst in die Raumkavität/en eingefüllt ist und die beaufschlagende Druckkräfte ganz oder teilweise überträgt; und/oder c). das diskontinuierliche Strahlungsunterdrückungsmittel in Gestalt einer Multilayer-Superisolation (203/1p) mit wenigstens einem reflektierenden Strahlungsschild (203/1n) mit darin zum Hindurchpositionieren der Druckaufnehmer (250) ausgelassenen Durchstecköffnungen (203/1ik) ausgebildet und in der zusammenhängenden Raumkavität (251/1, 251/4) angeordnet ist, wobei die Durchstecköffnungen (203/1ik) als ausgestanzte Aussparungen und/oder linienförmige Schnitte der Form der Abstandhalter nachgebildet sind; und/oder d). in den Raumkavitäten der hülsenartigen Abstandhalter (250/1) jeweils ein einzelnes diskontinuierliches Strahlungsunterdrückungsmittel in Gestalt einer Multilayer-Superisolation (203/11) mit wenigstens einem reflektierenden Strahlungsschild angeordnet ist, und/oder e). um die stab- oder hülsenartigen Abstandhalter (250) eine zusätzliche umlaufende MLI-Anordnung angeordnet ist, die einen Strahlungsaustausch zwischen freistehenden Wandabschnitten der Abstandhalter (250) und einer der beabstandeten Wandungen (106, 107) reduzieren, und/oder f). die linienförmigen Abstandhalter (250) und für sie vorgesehene Durchstecköffnungen (203/1ik) einen offenen Profil aus einer unvollständigen Auflistung aufweisen können: Kreuz, Stern, T, U, I, E, H, Z, C, Eckenprofil und deren Ableitungen.
Abstandhalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausbreitungsebene der Abstandhalteranordnung Evakuierungsmittel (115/1) vorgesehen sind, wobei diese durch folgende nicht vollständig aufgelistete Maßnahmen oder Mittel einzeln oder in beliebiger Kombination realisiert sein können: a) verzweigte Evakuierungskanäle (115/1), die in wenigstens einer Wandung/Druckverteilungsplatte (106) und/oder deren Kanten ausgebildet sind; b) in Gestalt eines Spaltes (Δh) zwischen zusammenhängender Raumkavität (251/4) und der Innenseite (106/1) einer der beabstandeten Wandungen (106); c) in Gestalt eines filtrierenden Vlieses, das den feinkörnigen Füllstoff zurückhält und hierzu die Perforierungen, Evakuierungsöffnungen, Evakuierungskanäle und/oder gasdurchlässige Zellwandungen/Wände oder Seitenwände (251/3) der Struktur (251) abdeckt; d) durch unvollständige Befüllung der zusammenhängenden Raumkavität (251/1, 251/4) mit dem Strahlungsunterdrückungsmittel (251/1, 203/1), sodass ein großflächiger Evakuierungskanal leer verbleibt; e) durch eine zwischen Druckverteilungsplatte und Wandung (106, 107) angeordnete Kanäle bildende Platte wie Wellenplatte, Trapezwellenplatte oder ähnlich; f) durch wenigstens einen an einer der beabstandeten Wandungen (106, 107) angeordneten Evakuierungsanschluss.
Abstandhalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass a). die zwischen den Abstandhaltern (250) ausgebildete zusammenhängende Raumkavität (251/1) mit einem Spalt (Δh) vorgegebener Dicke von wenigstens einer der beabstandeten Wandungen (106, 107) beabstandet ausgebildet sein kann, wobei die im Spalt einander zugewandte Oberflächen der Wandung (106) und der Struktur (251/4) in Bezug auf die Wärmestrahlung reflektierend ausgebildet sein können, und/oder b). der Spalt (Δh) optional keine oder eine ausreichend große bis zur maximalen die zusammenhängende Raumkavität (251/1, 251/4) ausfüllende Beabstandung aufweist und wenigstens ein diskontinuierlicher Strahlungsunterdrückungsmittel (203/1) in ihm isoliert beabstandet angeordnet ist, und/oder c). die Struktur (251) und/oder die Abstandhalter (250) aus Pappe/Papier, einem Pressholzstoff, Aramidpapier, Kunststoff-, oder Metallfolie oder -blech, Glas, Keramik oder Verbundfaserstoff ausgebildet ist/sind, wobei der Querschnitt der hülsenförmigen Abstandhalter (250) wärmedämmend optimiert ist, d. h. bei einem möglichst geringen Wärmeleitwert eine höchste erreichbare Lasttragfähigkeit angestrebt ist, und der Querschnitt der Hülsenzellen eine beliebige geometrische Form aufweist; und/oder d). die Struktur (251) mit Seitenwänden (251/3) umrandet ist, die wenigstens abschnittsweise durch eine Perforation und/oder Evakuierungsöffnungen oder aus gasdurchlässigem Stoff gasdurchlässig ausgebildet und optional mit einem filtrierenden Vliesstoff versehen sind; und/oder e). der in die zusammenhängende Raumkavität (251/1) und Raumkavitäten der Abstandhalter (250) eingefüllte Füllstoff oder Multilayer-Superisolation von wenigstens einer Trayschließplatte oder -hülle (251/2) verschlossen ist, um dadurch eine einfach handhabbare staubfreie oder staubgeschützte Trayanordnung zu erhalten, wobei die Trayschließplatte oder -hülle (251/2) in ihr ausgebildete Evakuierungskanäle in Gestalt von Rillen aufweisen und wenigstens abschnittsweise gasdurchlässig oder aus einem filtrierenden Vlies ausgebildet sein kann; und/oder f). hülsenförmiger Abstandhalter (250) auf ein für ihn ausgeformt gebildetes Standsockel (250/91) der Tragstruktur aufsteckbar ausgebildet ist, und/oder g). die Abstandhalteranordnung rundum mit seitlicher Staubschutzversiegelung versehen ist, die als ein permanent angeordnetes gasdurchlässiges Filtervlies und/oder als ein vor dem Verwendungseinsatz entfernbares dichtes Versiegelungsband ausgebildet ist, sodass hierdurch das diskontinuierliche Strahlungsunterdrückungsmittel, eine in zusammenhängender Raumkavität angeordnete Multilayer-Superisolation (203/1, 203/1p), während Verarbeitung, Lagerung und Transport vor Staub und Schmutz geschützt ist, und/oder h). die Tragstruktur mit hülsenartigen Stutzern oder Abstandhaltern (250) als eine einstückige Traystruktur ausgebildet ist, und/oder i). die beabstandeten Wandungen (106, 107) und die Strukturen mit Stätzelementen können neben flacher eine beliebig 2- oder 3-dimensional gekrümmte Flächengestalt aufweisen, wodurch sie zum Umhüllen beliebig geformter Gegenstände geeignet sind.
Abstandhalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beabstandeten Wandungen (106, 107) zwischen den Stätzelementen (250) eingewölbt ausgebildet sind, sodass sie durch beaufschlagende Kräfte auf Zuglast beansprucht sind und infolgedessen dünnwandig ausgebildet sein können, und/oder die Abschnitte der beabstandeten Wandungen (106, 107) über den hülsenförmigen Stätzelementen eingewölbt ausgebildet sind, sodass sie durch beaufschlagende Kräfte auf Zuglast beansprucht sind und infolgedessen dünnwandig ausgebildet sein können.
Verwendung der Abstandhalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Herstellen evakuierter oder evakuierbarer opaker VIP (vacuum isolated panel) und/oder transparenter oder transluzenter VIG (vacuum evacuated glas), wobei wenigstens eine Abstandhalteranordnung von wenigstens einer gasdichten Hülle oder Randversiegelung umschlossen wird, und wobei die gasdichte Hülle wenigstens im Randbereich aus einer dünnen metallischen Folie oder metallisch dünn beschichteter Kunststofffolie wärmedämmend ausgebildet ist.
Verwendung der Abstandhalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Herstellen eines evakuierten oder evakuierbaren Randlos-Verbund-Systems (RVS), aufweisend eine innere und eine äußere gasdichte Hüllwandungen, wobei eine Vielzahl von Abstandhalteranordnungen mit oder ohne Abstand untereinander zwischen ausreichend versteiften Wandungen (106, 107) angeordnet ist, wobei zwischen den Abstandhalteranordnungen Leerräume entstehen, die ein verzweigtes Kanalsystem ausbilden und der Evakuierung von wenigstens einem gemeinsamen Evakuierungs- und Befluidungsanschluss aus durch die zugänglichen Abschnitte der jeweiligen gasdurchlässigen Hüllen der Abstandhalteranordnungen dienen.
Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die VIPs, VIGs und/oder Randlos-Verbund-System zum Ausbilden wenigstens eines von folgenden funktionell zusammenhängenden thermoisolierenden/thermoisolierten und/oder schalisolierenden Isolations-Systemen in einer nicht vollständigen Aufzählung verwendet werden: Gebäudewandungen, Fundamentunterwandungen, Boden-/Etagenunterwandungen, Plattenbau-Paneele, Türen- und Fensterrahmen- und -zargen, Fensterscheiben, Dachwandungen, Gewächshäuser, flache und Rohr-Solarkollektoren, Rohrleitungen und Rohrfittinge, Rohrarmaturen, Ventile/Drosseln, elektrische Stromschalter, stationäre und portable Wärme-/Kältespeicher, Kälte-/Wärmetauscher gegenüber Außenumgebung, Kessel, Befüllungsanlagen/Anschlusse für heiße und/oder kalte Medien, Durchflussmesseinheiten, Kraftwerks- und Antriebs-Turbinen-, Dampfkondensatoren, Falltürme, Raketen-Antriebe und Gastanks, Elektro-Generatoren-, wärmeentkoppelte Drehwellen, Transformatoren-, Antriebskraftmaschinen-, Wärmekraftmaschinen, Stirlingmotor, Brenner-, Schornsteine, Müllverbrennungsanlagen, Brennstoffzellen-Ummantelung, Stromsupraleiter/Magnetspulen, Tokamak-/Kernfusionsreaktoren, Spinkerntomograf, Wärmetauscher, Wärmepumpen, Fernwärmeleitungen, Behälter/Container/Deckel, Versandmittel, Lebensmittel- und pharma-medizinische Verpackungsmittel, Dewarflaschen/Thermosflaschen, Schiffs-, Fluggerät-, Schienen- und Landfahrzeuggehäuse-/Rümpfe/Wandungen/Karosserien, Gehäuse, Kühlräume und Karosserien und Antriebsmaschinen, Kältegeräte, Kochgeschirr/Kochkessel-/Backgeräte, Schmelztiegel und -öfen, Thermobehandlungsanlagen, Öfen, Geschosstreibmittel aus Heißdampf, Wärmeschutzbekleidung/Schuhe, Taucheranzüge, flexible Abschirmungen/Zeltbehausungen, Hitzeschildelemente, Raffinerie-/Chemieanlagen und Rohrleitungen, Bremsleitungen, Pressluftbehälter, Flüssiggasbehälter, Helium-/Wasserstofftanks, eine Schottvorrichtung, VIP-Paneele und VIP-Winkel-/Eckenelemente, Schallisolationsumhüllungen für Kraftmaschinen und andere Anwendungen.