DE102013205224B4

DE102013205224B4 - Sandwichelement, Isolations- und/oder Schutzvorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Sandwichelements

Info

Publication number: DE102013205224B4
Application number: DE102013205224.3A
Authority: DE
Inventors: Simon Brückmann; Gerhard Kopp; Elmar Beeh; Oliver Deißer; Jobst Kerspe
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2022-05-25
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: DE102013205224A1

Abstract

Sandwichelement (102), umfassend (i) einen Sandwichkern (104), welcher in einem belüfteten Zustand des Sandwichelements (102) forminstabil ist, (ii) eine erste Decklage (110a) und (iii) eine zweite Decklage (110b), wobei die erste Decklage (110a) und die zweite Decklage (110b) auf einander gegenüberliegenden Seiten (106, 108) des Sandwichkerns (104) angeordnet sind,wobei das Sandwichelement (102) einen evakuierten oder evakuierbaren Innenraum (116) umfasst, welcher mehrere voneinander unabhängige, fluiddichte Kammern (114) umfasst,wobei das Sandwichelement (102) eine Reservoirvorrichtung (120) zur Aufnahme und/oder Abgabe eines Stoffes umfasst, welcher als Füllgas wahlweise dem Innenraum (116) des Sandwichelements (102) zuführbar oder als Füllgas aus dem Innenraum (116) des Sandwichelements (102) entfernbar oder aufnehmbar ist,wobei der Stoff Wasserstoff ist undwobei die Reservoirvorrichtung (120) zur Aufnahme und/oder Abgabe des Stoffes ein metallhydridbildendes Reservoirmaterial umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sandwichelement, welches einen Sandwichkern, eine erste Decklage und eine zweite Decklage umfasst. Die erste Decklage und die zweite Decklage sind auf einander gegenüberliegenden Seiten des Sandwichkerns angeordnet. Das Sandwichelement umfasst einen evakuierten oder evakuierbaren Innenraum.
Ein solches Sandwichelement ist beispielsweise aus der DE 198 40 640 A1 bekannt.
Die DE 102 59 551 A1 offenbart einen Isolierbehälter, welcher einen von einem evakuierten Bereich umgebenen Hohlraum umfasst.
Die DE 198 07 170 A1 offenbart eine tragbare Box, welche beispielsweise als Kühlbox Anwendung findet.
Die US 5,578,393 A offenbart eine Hochtemperatur-Batterievorrichtung mit einem Gehäuse, dessen Wärmeleitfähigkeit einstellbar ist.
Die US 5,347,816 A offenbart eine Vorrichtung zur kontrollierten thermischen Isolation.
Die US 5,157,893 A offenbart eine Vorrichtung zur thermischen Isolierung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sandwichelement bereitzustellen, welches stabil ausgebildet ist und eine schaltbare Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Sandwichelement gemäß Anspruch 1 gelöst.
Dadurch, dass der Stoff wahlweise als Füllgas dem Innenraum des Sandwichelements zuführbar oder als Füllgas aus dem Innenraum des Sandwichelements entfernbar oder aufnehmbar ist, weist das Sandwichelement vorzugsweise eine schaltbare Wärmeleitfähigkeit auf.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Sandwichelement eine Regelvorrichtung umfasst, mittels welcher eine Konzentration des Füllgases in dem Innenraum des Sandwichelements steuerbar und/oder regelbar ist. Auf diese Weise kann die Wärmeleitfähigkeit des Sandwichelements gezielt gesteuert und/oder geregelt werden.
Vorzugsweise ist das Sandwichelement hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit selbstregelnd.
Unter „evakuiert“ ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere ein Zustand zu verstehen, in welchem in einem Innenraum des Sandwichelements ein Unterdruck, das heißt ein geringerer Druck als Atmosphärendruck, herrscht. Beispielsweise beträgt der Druck in dem Innenraum des Sandwichelements höchstens ungefähr 500 mbar, vorzugsweise höchstens ungefähr 50 mbar, insbesondere höchstens ungefähr 1 mbar.
Unter einem Druck ist insbesondere der Absolutdruck und/oder ein Partialdruck eines Füllgases zu verstehen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Reservoirmaterial materialbedingt bei Überschreiten einer Grenztemperatur Füllgas in den Innenraum des Sandwichelements abgibt und/oder bei Unterschreiten einer Grenztemperatur Füllgas aus dem Innenraum des Sandwichelements aufnimmt.
Zur Beeinflussung der Abgabe von Füllgas und/oder der Aufnahme von Füllgas kann vorgesehen sein, dass das Reservoirmaterial, insbesondere mittels einer externen Vorrichtung, heizbar und/oder kühlbar ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Sandwichelement einen evakuierten oder evakuierbaren Innenraum umfasst, welcher mehrere voneinander unabhängige, fluiddichte Kammern, insbesondere eine Vielzahl von voneinander unabhängigen, fluiddichten Kammern, umfasst.
Vorzugsweise sind die Kammern nicht fluidwirksam miteinander verbunden.
Im montierten Zustand des Sandwichelements erhalten die Kammern einen evakuierten Zustand vorzugsweise unabhängig voneinander aufrecht.
Insbesondere dann, wenn das Sandwichelement einen Innenraum umfasst, welcher mehrere oder eine Vielzahl von voneinander unabhängigen fluiddichten Kammern umfasst, kann das Sandwichelement auch dann zumindest eingeschränkt weiterverwendet werden, wenn eine Kammer beschädigt, insbesondere belüftet, wird.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Sandwichkern mehrere voneinander unabhängige, vorzugsweise baugleiche, Kernsegmente umfasst. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Sandwichkern eine Vielzahl von voneinander unabhängigen, vorzugsweise im Wesentlichen baugleichen, Kernsegmenten umfasst.
Es kann vorgesehen sein, dass die Kernsegmente im montierten, evakuierten Zustand mittels der Decklagen in Form und/oder Position gehalten werden.
Vorzugsweise sind die Kernsegmente jeweils für sich genommen und/oder einzeln evakuierbar oder evakuiert.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Kernsegmente gemeinsam vor und/oder nach Anordnung der Deckplatten evakuierbar sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die Kernsegmente die Kammern des Innenraums bilden und/oder umfassen.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Wandungen der voneinander unabhängigen fluiddichten Kammern abschnittsweise durch ein Sandwichkernmaterial und abschnittsweise durch die Decklagen gebildet sind.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass Wandungen der voneinander unabhängigen, fluiddichten Kammern vollständig durch ein Sandwichkernmaterial, insbesondere durch die Kernsegmente, gebildet sind.
Unter einem belüfteten Zustand des Sandwichelements ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere ein Zustand des Sandwichelements zu verstehen, in welchem der Innenraum des Sandwichelements nicht evakuiert ist.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass der Sandwichkern in einem belüfteten Zustand des Sandwichelements forminstabil ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Sandwichkern ein Sandwichkernmaterial umfasst oder aus einem Sandwichkernmaterial gebildet ist, welches in einem belüfteten Zustand des Sandwichelements forminstabil, beispielsweise lose und/oder pulverförmig, ist.
Es kann vorgesehen sein, dass das Sandwichkernmaterial ein Reservoirmaterial, insbesondere ein metallhydridbildendes Reservoirmaterial, umfasst oder aus einem Reservoirmaterial, insbesondere aus einem metallhydridbildenden Reservoirmaterial, gebildet ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sandwichelement eine Beschichtung umfasst, welche Reservoirmaterial, insbesondere metallhydridbildendes Reservoirmaterial, umfasst.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Sandwichelement eine dem Innenraum des Sandwichelements zugewandt angeordnete Beschichtung und/oder Befüllung umfasst.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Sandwichkern und/oder eine oder beide Decklagen eine Beschichtung aufweist, welche Reservoirmaterial, insbesondere metallhydridbildendes Reservoirmaterial, umfasst.
Vorteilhaft kann es sein, wenn ein Stoff zum zumindest teilweisen Befüllen eines Innenraums des Sandwichelements Wasserstoff umfasst oder Wasserstoff ist.
Der Sandwichkern umfasst vorzugsweise ein offenporiges Schaummaterial oder ist zumindest abschnittsweise aus einem offenporigen Schaummaterial gebildet.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Decklagen ein metallisches Material, ein Faserverbundmaterial und/oder ein hybrides Metall-Faserverbundmaterial umfassen oder zumindest abschnittsweise oder vollständig aus einem metallischen Material, einem Faserverbundmaterial oder einem hybriden Metall-Faserverbundmaterial gebildet sind.
Die Decklagen sind vorzugsweise füllgasundurchlässig, insbesondere wasserstoffundurchlässig.
Vorzugsweise sind die Decklagen aus einem Material gebildet oder mit einem Material versehen, welches keinen Wasserstoff aufnimmt und/oder nicht mit Wasserstoff reagiert.
Günstig kann es sein, wenn das Sandwichelement mehrere Kammern umfasst, welchen unabhängig voneinander Füllgas zuführbar ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Sandwichelement mehrere Kammern umfasst, welchen im montierten Zustand des Sandwichelements, insbesondere im evakuierten Zustand des Innenraums des Sandwichelements, unabhängig voneinander Füllgas, beispielsweise Wasserstoff, zuführbar ist.
Das erfindungsgemäße Sandwichelement eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Isolations- und/oder Schutzvorrichtung.
Die erfindungsgemäße Isolations- und/oder Schutzvorrichtung weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sandwichelement beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Isolations- und/oder Schutzvorrichtung mindestens ein erfindungsgemäßes Sandwichelement.
Das Sandwichelement bildet beispielsweise eine Wandung der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Isolations- und/oder Schutzvorrichtung einen Behälter, eine Hülle und/oder eine Verschalung umfasst oder einen Behälter, eine Hülle und/oder eine Verschalung bildet.
Die Isolations- und/oder Schutzvorrichtung eignet sich insbesondere als Behälter, Hülle und/oder Verschalung für eine Batterie, einen Akkumulator, eine Brennstoffzellenvorrichtung, einen Hydridspeicher, einen Motor, insbesondere einen Verbrennungsmotor und/oder Elektromotor, und/oder für Elektronikbauteile.
Das mindestens eine Sandwichelement der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung bildet vorzugsweise einen Bestandteil einer tragenden Struktur, insbesondere eine Wandung, der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung.
Das mindestens eine Sandwichelement dient somit vorzugsweise nicht nur der thermischen Isolation, sondern auch der strukturellen Verstärkung, insbesondere einem mechanischen Schutz.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Isolations- und/oder Schutzvorrichtung eine Sensorvorrichtung umfasst, mittels welcher eine Temperatur ermittelbar ist.
Vorzugsweise ist mittels der Sensorvorrichtung eine Temperatur auf mindestens einer Seite des Sandwichelements und/oder eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten des Sandwichelements ermittelbar.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels der Sensorvorrichtung eine Temperatur in einem Innenraum der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung und/oder in einer Umgebung der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung ermittelbar ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur in dem Innenraum der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung und/oder in der Umgebung der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung ermittelbar ist.
Günstig kann es sein, wenn die Isolations- und/oder Schutzvorrichtung eine Regelvorrichtung umfasst, welche insbesondere so ausgebildet und eingerichtet ist, dass in Abhängigkeit von einer vorgegebenen oder vorgebbaren Grenztemperatur, insbesondere auf mindestens einer Seite des Sandwichelements, und/oder in Abhängigkeit von einer vorgegebenen oder vorgebbaren Grenztemperaturdifferenz, insbesondere zwischen den beiden Seiten des Sandwichelements, die Konzentration des Füllgases in dem Innenraum des Sandwichelements regelbar ist.
Auf diese Weise ist insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit des Sandwichelements der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung regelbar.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwichelements.
Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Sandwichelement bereitzustellen, welches stabil ausgebildet ist und eine schaltbare Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei dem Verfahren eine oder beide Decklagen und der Sandwichkern in einem evakuierten Raum miteinander verbunden, insbesondere miteinander verklebt oder verschweißt, werden.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Verfahren einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sandwichelement und/oder der erfindungsgemäßen Isolations- und/oder Schutzvorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Sandwichkern, insbesondere das Sandwichkernmaterial, und/oder eine oder beide Decklagen mit Reservoirmaterial, insbesondere mit metallhydridbildendem Reservoirmaterial, beschichtet werden.
Ferner können das erfindungsgemäße Sandwichelement, die erfindungsgemäße Isolations- und/oder Schutzvorrichtung und/oder die erfindungsgemäßen Verfahren einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen.
Das Sandwichelement ist vorzugsweise ein Vakuumbauteil, welches zur Isolation und/oder zur Stabilisierung desselben evakuiert oder evakuierbar ist.
Die Isolations- und/oder Schutzvorrichtung kann beispielsweise Bestandteil eines Elektrofahrzeugs sein, insbesondere um eine Fahrgastzelle, eine Batterie und/oder elektronische Komponenten zu isolieren und/oder zu schützen. Ferner kann hierdurch vorzugsweise eine Steifigkeitserhöhung erzielt werden.
Zur Beeinflussung der Wärmeleitfähigkeit des Sandwichelements wird vorzugsweise gasförmiger Wasserstoff dem Innenraum des Sandwichelements zugeführt oder aus dem Innenraum des Sandwichelements entfernt.
Das Füllgas kann insbesondere dadurch aus dem Innenraum des Sandwichelements entfernt werden, dass es mittels eines Reservoirmaterials aufgenommen wird. Entscheidend ist dabei, dass der das Füllgas bildende Stoff nicht mehr als Gas in dem Innenraum vorliegt. Unschädlich ist es, wenn der Stoff in nicht gasförmigem Zustand, beispielsweise in gebundenem Zustand, noch immer in dem Innenraum vorliegt.
Eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Sandwichelements ist beispielsweise dann gewährleistet, wenn ein Druck, insbesondere ein Partialdruck, des Füllgases, insbesondere von Wasserstoff, ungefähr 0,1 bar beträgt.
Vorzugsweise weist das Sandwichelement eine besonders hohe Festigkeit und/oder Steifigkeit auf, wenn der Druck in dem Innenraum des Sandwichelements höchstens ungefähr 50 mbar, insbesondere höchstens ungefähr 0,1 mbar, beträgt.
Insbesondere dann, wenn das Sandwichelement eine Mehrkammerkerngestaltung aufweist, das heißt eine Vielzahl von voneinander unabhängigen Kammern umfasst, kann das Sandwichelement besonders einfach bearbeitbar, insbesondere zuschneidbar, sein. Insbesondere können bei der Bearbeitung des Sandwichelements einzelne Kammern beschädigt, insbesondere belüftet oder geflutet werden, ohne die Stabilität und/oder die Funktionsweise der restlichen Kammern zu beeinträchtigen.
Günstig kann es sein, wenn das Sandwichelement eine Triggervorrichtung umfasst, mittels welcher gezielt eine oder mehrere Kammern belüftet oder geflutet werden können. Auf diese Weise kann ein gezieltes Versagen des Sandwichelements bei einer Krafteinleitung erzielt werden.
Das erfindungsgemäße Sandwichelement kann vorzugsweise zur Isolation und/oder zum Schutz einer Batterievorrichtung dienen. Insbesondere dann, wenn die Batterievorrichtung defekt ist, kann dabei auch das Sandwichelement durch eine zu hohe Wärmebelastung beschädigt werden, wodurch die Wärmeleitfähigkeit des Sandwichelements rapide ansteigt und eine zuverlässige Wärmeabfuhr aus der Batterievorrichtung an die Umgebung ermöglicht wird.
Das Sandwichelement, insbesondere eine Isolations- und/oder Schutzvorrichtung, welche mindestens ein Sandwichelement umfasst, kann zur Abschottung und/oder zum Blockieren von Motoren verwendet werden. Auf diese Weise kann beispielsweise der Motorblock als Wärmespeicher verwendet werden.
Ferner können Fahrgastbereiche von Fahrzeugen mittels des erfindungsgemäßen Sandwichelements isoliert und/oder geschützt und/oder verstärkt werden.
Das erfindungsgemäße Sandwichelement weist vorzugsweise eine integrierte Steuerung, insbesondere eine integrierte Ventilsteuerung, auf, welche ohne mechanische Komponenten, insbesondere ohne mechanische Ventile oder Pumpen, beispielsweise durch Aufnahme und/oder Abgabe von Füllgas mittels metallhydridbildendem Reservoirmaterial, eine Einstellung, Steuerung und/oder Regelung der Wärmeleitfähigkeit ermöglicht.
Das Reservoirmaterial kann insbesondere ein Wasserstoff-Getter-Material sein.
Günstig kann es sein, wenn das Füllgas des Sandwichelements austauschbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Füllgas gegen ein anderes Füllgas austauschbar ist. Durch eine solche Sandwichkernmedienänderung kann die Wärmeleitfähigkeit des Sandwichelements beeinflusst werden.
Das erfindungsgemäße Sandwichelement eignet sich insbesondere zur Verwendung in Straßen- und Schienenfahrzeugen, sowie bei Luft- und Raumfahrtanwendungen.
Das erfindungsgemäße Sandwichelement kann insbesondere in einem 3D-Vakuumsandwichverbund Anwendung finden.
Insbesondere zum Transport von Gütern, insbesondere sensiblen Gütern, kann die Isolations- und/oder Schutzvorrichtung im Medizinbereich und/oder in der Logistik Anwendung finden.
Beispielsweise in der Chemiebranche können mittels des erfindungsgemäßen Sandwichelements exotherme Prozesse gezielt abgeschottet werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der Sandwichkern einen mineralischen Schaum umfasst oder aus einem mineralischen Schaum gebildet ist.
Als Sandwichkernmaterial kann ferner ein verpresstes Pulver vorgesehen sein.
Mittels des erfindungsgemäßen Sandwichelements kann vorzugsweise im Bereich der erneuerbaren Energien bei Überlast Wärme abgeführt werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass über das erfindungsgemäße Sandwichelement gezielt Wärme aus Speicherheizungen an Wohnräume abgebbar ist.
Mittels des erfindungsgemäßen Sandwichelements und/oder der erfindungsgemäßen Isolations- und/oder Schutzvorrichtungen können vorzugsweise bei vollelektrifizierten Fahrzeugen große Energieeinsparungen erzielt und somit große Reichweiten ermöglicht werden.
Das Sandwichelement ist vorzugsweise im hauptsächlich schubbelasteten Kernbereich mit einem vakuumisierten Füllstoff versehen. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Sandwichkernmaterial, insbesondere ein offenzelliger, mikroporöser Werkstoff, beispielsweise ein offenzelliger organischer Schaum, mit einer vakuumdichten, metallischen Hülle eingefasst wird, welche nach erfolgtem Evakuieren fluiddicht geschlossen wird.
Das erfindungsgemäße Sandwichelement ist vorzugsweise in der Lage, hohe mechanische Lasten aufzunehmen und weist vorzugsweise eine hohe Steifigkeit auf.
Günstig kann es sein, wenn das Sandwichelement, insbesondere der Sandwichkern mit lasttragenden Deckschichten, beispielsweise aus metallischen Werkstoffen oder aus Faserverbundwerkstoffen, versehen wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Decklage, insbesondere beide Decklagen, aus einem metallischen Material, aus Faserverbundwerkstoff oder aus einem hybriden Metall-Faserverbundwerkstoff gebildet sind.
Es kann vorgesehen sein, dass das Sandwichelement eine Vielzahl von Einzelkernen umfasst.
Die Einzelkerne sind vorzugsweise mittels einer Vakuumfolie ummantelt.
Die Größe der Einzelkerne (Sandwichkernsegmente) kann vorzugsweise variieren. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mehrere gleichartige Einzelkerne (Sandwichkernsegmente) vorgesehen sind.
Das erfindungsgemäße Sandwichelement kann vorzugsweise dreidimensional gestaltet sein.
Ferner eignet sich das Sandwichelement vorzugsweise als Isoliergehäuse für thermische Prozesse, beispielsweise für Destillationskolonnen.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Isolations- und/oder Schutzvorrichtung, bei welcher eine separate Reservoirvorrichtung vorgesehen ist;
2 einen schematischen Querschnitt durch ein Sandwichelement der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung aus 1 längs der Linie 2-2 in 1;
3 eine schematische Darstellung eines Behälters, welcher mit der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung aus 1 versehen ist, in einem isolierenden Zustand der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung;
4 eine der 3 entsprechende schematische Darstellung des Behälters, wobei die Isolations- und/oder Schutzvorrichtung in einem wärmeleitenden Zustand ist;
5 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Isolations- und/oder Schutzvorrichtung, bei welcher eine in ein Sandwichelement der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung integrierte Reservoirvorrichtung vorgesehen ist;
6 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Isolations- und/oder Schutzvorrichtung, bei welcher ein Sandwichkern eines Sandwichelements der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung aus einem schaumartigen Material gebildet ist;
7 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Isolations- und/oder Schutzvorrichtung, bei welcher der Sandwichkern des Sandwichelements der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung mit Abschlusselementen versehen ist;
8 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Isolations- und/oder Schutzvorrichtung, bei welcher ein Sandwichelement vorgesehen ist, welches einen Sandwichkern aus mehreren Kernsegmenten umfasst, wobei die Kernsegmente mittels tragender Deckschichten miteinander verbunden sind; und
9 eine der 8 entsprechende schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Isolations- und/oder Schutzvorrichtung, bei welcher entsprechend der in 8 dargestellten fünften Ausführungsform der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung ein Sandwichkern aus mehreren Kernsegmenten vorgesehen ist, die Kernsegmente jedoch mittels nicht tragender Deckschichten, welche sich an die Form der Kernsegmente anpassen, miteinander verbunden sind.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in den 1 bis 4 dargestellte erste Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Isolations- und/oder Schutzvorrichtung umfasst ein Sandwichelement 102.
Das Sandwichelement 102 umfasst einen Sandwichkern 104, welcher auf einander gegenüberliegenden Seiten, insbesondere einer Unterseite 106 und einer Oberseite 108, mit Decklagen 110 versehen ist.
Eine erste Decklage 110a ist dabei an der Oberseite 108 des Sandwichkerns 104 angeordnet.
Eine zweite Decklage 110b ist an der Unterseite 106 des Sandwichkerns 104 angeordnet.
Je nach Anordnung und Ausrichtung des Sandwichelements 102 können die erste Decklage 110a und die zweite Decklage 110b jedoch auch seitliche Decklagen 110 des Sandwichkerns 104 sein.
Wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, ist der Sandwichkern 104 bei der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 als ein Wabenkern ausgebildet.
Der Sandwichkern 104 ist dabei so orientiert, dass die Decklagen 110 die Waben 112 des Sandwichkerns 104 abdecken.
Mittels des Sandwichkerns 104 und der Decklagen 110 sind somit Kammern 114 des Sandwichelements 102 gebildet, welche gemeinsam einen Innenraum 116 des Sandwichelements 102 bilden.
Eine Wandung 118 einer jeden Kammer 114 ist dabei teilweise durch den Sandwichkern 104 und teilweise durch die Decklagen 110 gebildet.
Es kann vorgesehen sein, dass die Kammern 114 unabhängig voneinander und nicht fluidwirksam miteinander verbunden sind.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Kammern 114, beispielsweise mittels (nicht dargestellter) Durchtrittsöffnungen, fluidwirksam miteinander verbunden sind.
Die Stabilität des Sandwichelements 102 ergibt sich vorzugsweise dadurch, dass der Innenraum 116 des Sandwichelements 102 evakuiert wird und somit die Decklagen 110 aufgrund des Umgebungsdrucks auf den Sandwichkern 104 gepresst werden.
Im evakuierten Zustand der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 ist einerseits eine große Stabilität des Sandwichelements 102 gewährleistet.
Andererseits ist eine Wärmeleitfähigkeit des Sandwichelements 102 stark reduziert.
Um das Sandwichelement 102 wahlweise in einen isolierenden oder in einen wärmeleitenden Zustand versetzen zu können, umfasst die Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 eine Reservoirvorrichtung 120, welche insbesondere ein metallhydridbildendes Reservoirmaterial umfasst.
Mittels der Reservoirvorrichtung 120, insbesondere mittels des metallhydridbildenden Reservoirmaterials, kann ein Füllgas aus dem Innenraum 116 des Sandwichelements 102 entfernt oder dem Innenraum 116 des Sandwichelements 102 zugeführt werden.
Als Füllgas kann insbesondere Wasserstoff verwendet werden.
Mittels des metallhydridbildenden Reservoirmaterials der Reservoirvorrichtung 120 kann das Füllgas somit wahlweise in einem Feststoff gespeichert oder freigelassen werden.
Bei der Verwendung von Wasserstoff als Füllgas kann die Wärmeleitfähigkeit des Sandwichelements 102 bereits durch geringe Konzentrationsänderungen von Wasserstoff in dem Innenraum 116 des Sandwichelements 102 beeinflusst werden.
Zur gezielten Steuerung und/oder Regelung der Konzentration des Füllgases in dem Innenraum 116 des Sandwichkerns 104 ist vorzugsweise eine Regelvorrichtung 122 der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100, insbesondere des Sandwichelements 102, vorgesehen.
Mittels der Regelvorrichtung 122 kann insbesondere gesteuert und/oder geregelt werden, welche Menge von Wasserstoff mittels des metallhydridbildenden Reservoirmaterials der Reservoirvorrichtung 120 gebunden ist und welche Menge als gasförmiger Wasserstoff in dem Innenraum 116 des Sandwichkerns 104 vorliegt.
Zur gezielten Aufnahme und/oder Abgabe von Wasserstoff mittels der Reservoirvorrichtung 120 kann vorgesehen sein, dass das metallhydridbildende Reservoirmaterial der Reservoirvorrichtung 120 beispielsweise mittels einer Heizvorrichtung 124 erhitzt und/oder mittels einer Kühlvorrichtung 126 gekühlt wird.
Die Wasserstoffkonzentration, insbesondere Wasserstoffdichte, in dem Innenraum 116 des Sandwichelements 102 kann beispielsweise mittels der Regelvorrichtung 122 in Abhängigkeit von Sensorvorrichtungen 128 gesteuert und/oder geregelt werden.
Mittels der Sensorvorrichtungen 128 ist insbesondere eine Temperatur ermittelbar.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Temperatur in einem kühlzuhaltenden Behälterinnenraum 130 eines Behälters 132, welcher mit der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 versehen oder durch dieselbe gebildet ist, mittels einer Sensorvorrichtung 128 ermittelbar ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mittels einer Sensorvorrichtung 128 eine Temperatur einer Umgebung 134 des Behälters 132 ermittelbar ist.
Mittels der Regelvorrichtung 122 kann durch Auswertung der mittels der Sensorvorrichtung 128 ermittelten Temperaturwerte bestimmt werden, ob die Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 isolierend oder wärmeleitend sein soll.
Insbesondere kann mittels der Regelvorrichtung 122 eine gewünschte Wärmeleitfähigkeit gezielt eingestellt werden.
Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, ist in einem isolierenden Zustand der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 eine Übertragung von Wärme (mittels Pfeilen angedeutet) von dem Behälterinnenraum 130 auf die Umgebung 134 bzw. von der Umgebung 134 auf den Behälterinnenraum 130 wirksam blockiert.
In dem in 4 dargestellten wärmeleitenden Zustand der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 kann hingegen Wärme von dem Behälterinnenraum 130 auf die Umgebung 134 und/oder von der Umgebung 134 auf den Behälterinnenraum 130 übertragen werden.
Die in den 1 bis 4 dargestellte erste Ausführungsform der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 funktioniert wie folgt:

Mittels der Sensorvorrichtung 128 werden die Temperaturen in dem Behälterinnenraum 130 und in der Umgebung 134 ermittelt.

Mittels der Regelvorrichtung 122 werden die ermittelten Temperaturwerte ausgewertet und hierdurch bestimmt, beispielsweise anhand von vorgegebenen Grenzwerten, ob und in welchem Maße die Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 wärmeleitend oder isolierend sein soll.
Mittels der Regelvorrichtung 122 wird dann, insbesondere über die Heizvorrichtung 124 oder die Kühlvorrichtung 126, gezielt auf die Reservoirvorrichtung 120 eingewirkt, um durch Anpassung der Dichte des Füllgases in dem Innenraum 116 des Sandwichelements 102 die Wärmeleitfähigkeit des Sandwichelements 102 gezielt anzupassen.
Insbesondere ist das Sandwichelement 102 hierdurch wahlweise in den in 3 dargestellten isolierenden Zustand und in den in 4 dargestellten wärmeleitenden Zustand bringbar.
Die Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 weist aufgrund des in dem Innenraum 116 des Sandwichelements 102 herrschenden Unterdrucks eine hohe Stabilität und Festigkeit auf.
Der mittels der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 umgebene oder gebildete Behälter 132 kann somit nicht nur wahlweise thermisch isoliert, sondern auch vor mechanischer Belastung geschützt werden.
Die in den 1 bis 4 dargestellte erste Ausführungsform der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100, insbesondere das Sandwichelement 102, kann insbesondere dadurch hergestellt werden, dass der Sandwichkern 104 und die Decklagen 110 in einem evakuierten Raum miteinander verbunden werden, so dass der Innenraum 116 des Sandwichelements 102 bereits bei der Verbindung der Decklagen 110 mit dem Sandwichkern 104 evakuiert ist. Hierdurch können insbesondere eine große Vielzahl von Kammern 114 einfach evakuiert werden.
Die Decklagen 110 werden dabei beispielsweise auf den Sandwichkern 104 aufgeklebt.
Eine in 5 dargestellte zweite Ausführungsform einer Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Reservoirvorrichtung 120 keine von dem Sandwichelement 102 separate Vorrichtung ist.
Vielmehr ist die Reservoirvorrichtung 120 als eine Beschichtung 136 oder teilweise Befüllung 138 in dem Innenraum 116 des Sandwichelements 102 ausgebildet.
Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass die Beschichtung 136 oder die Befüllung 138 aus metallhydridbildendem Reservoirmaterial der Reservoirvorrichtung 120 gebildet ist.
Bei der Aufnahme des Füllgases durch das metallhydridbildende Reservoirmaterial wird bei der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform das Füllgas insofern aus dem Innenraum 116 des Sandwichelements 102 entfernt, als dass der das Füllgas bildende Stoff nicht mehr gasförmig, sondern gebunden und somit nicht mehr „als Füllgas“ in dem Innenraum vorliegt.
Entsprechend ist zur Abgabe des Füllgases in den Innenraum zwar der das Füllgas bildende Stoff, insbesondere der Wasserstoff, bereits in dem Innenraum 116 des Sandwichelements 102 vorhanden, jedoch in gebundener Form und nicht gasförmig. Erst durch die Abgabe des Stoffes aus der Reservoirvorrichtung 120 wird das Füllgas als solches dem Innenraum 116 zugeführt.
Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte zweite Ausführungsform der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 6 dargestellte dritte Ausführungsform der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Sandwichkern 104 aus einem schaumartigen Material, insbesondere aus einem offenporigen, mineralischen Schaum, gebildet ist.
Bei alternativen Ausführungsformen kann ferner vorgesehen sein, dass der Sandwichkern 104 aus einem, insbesondere gepressten, Pulvermaterial und/oder aus Reservoirmaterial gebildet ist.
Im Übrigen stimmt die in 6 dargestellte dritte Ausführungsform der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 7 dargestellte vierte Ausführungsform einer Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass das Sandwichelement 102 zur zusätzlichen Stabilisierung Abschlusselemente 140 umfasst.
Die Abschlusselemente 140 bilden insbesondere Abstandshalter 142 für die Decklagen 110, insbesondere die erste Decklage 110a und die zweite Decklage 110b.
Die Abschlusselemente 140 bilden vorzugsweise eine vakuumdichte Umrandung des Sandwichelements 102. Hierdurch können die Anforderungen an die Dichtheit der Kammern 114 des Sandwichkerns 104 vorzugsweise reduziert werden.
Die Abschlusselemente 140 dienen vorzugsweise ferner der Verbindung des Sandwichelements 102 mit weiteren Bauteilen, je nach Verwendung des Sandwichelements 102.
Im Übrigen stimmt die in 7 dargestellte vierte Ausführungsform der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 8 dargestellte fünfte Ausführungsform einer Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Sandwichkern 104 nicht aus einem durchgängigen oder miteinander verbundenen Kernmaterial gebildet ist.
Vielmehr ist der Sandwichkern 104 bei der in 8 dargestellten fünften Ausführungsform der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 aus einer Mehrzahl, insbesondere einer Vielzahl, von einzelnen, separaten Kernsegmenten 144 gebildet.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kernsegmente 144 jeweils separate Kammern 114, insbesondere evakuierte oder evakuierbare Kammern 114, bilden.
Die einzelnen Kernsegmente 144 werden vorzugsweise mittels tragender Decklagen 110 miteinander verbunden, das heißt, dass die Decklagen 110 selbst zur Stabilisierung des Sandwichkerns 104 beitragen.
Die in 8 dargestellte fünfte Ausführungsform der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung bietet insbesondere den Vorteil, dass selbst bei Beschädigung einzelner Kernsegmente 144 die übrigen Kernsegmente 144 ihren evakuierten Zustand und somit ihre Stabilität behalten.
Im Übrigen stimmt die in 8 dargestellte fünfte Ausführungsform der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 9 dargestellte sechste Ausführungsform der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 8 dargestellten fünften Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Decklagen 110 nichttragend sind, das heißt, dass sich die Decklagen 110 an die Form der Kernsegmente 144 anpassen.
Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die Decklagen 110 durch Evakuieren eines Zwischenraums zwischen den Decklagen 110, insbesondere eines von den Kammern 114 verschiedenen Innenraums 116 des Sandwichelements 102, an die Kernsegmente 144 angepresst werden und hierdurch sich an die Form der Kernsegmente 144 anpassen.
Im Übrigen stimmt die in 9 dargestellte sechste Ausführungsform der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 8 dargestellten fünften Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Bezugszeichenliste

100: Isolations- und/oder Schutzvorrichtung
102: Sandwichelement
104: Sandwichkern
106: Unterseite
108: Oberseite
110: Decklage
110a: erste Decklage
110b: zweite Decklage
112: Waben
114: Kammer
116: Innenraum
118: Wandung
120: Reservoirvorrichtung
122: Regelvorrichtung
124: Heizvorrichtung
126: Kühlvorrichtung
128: Sensorvorrichtung
130: Behälterinnenraum
132: Behälter
134: Umgebung
136: Beschichtung
138: Befüllung
140: Abschlusselement
142: Abstandshalter
144: Kernsegment

Claims

Sandwichelement (102), umfassend (i) einen Sandwichkern (104), welcher in einem belüfteten Zustand des Sandwichelements (102) forminstabil ist, (ii) eine erste Decklage (110a) und (iii) eine zweite Decklage (110b), wobei die erste Decklage (110a) und die zweite Decklage (110b) auf einander gegenüberliegenden Seiten (106, 108) des Sandwichkerns (104) angeordnet sind, wobei das Sandwichelement (102) einen evakuierten oder evakuierbaren Innenraum (116) umfasst, welcher mehrere voneinander unabhängige, fluiddichte Kammern (114) umfasst, wobei das Sandwichelement (102) eine Reservoirvorrichtung (120) zur Aufnahme und/oder Abgabe eines Stoffes umfasst, welcher als Füllgas wahlweise dem Innenraum (116) des Sandwichelements (102) zuführbar oder als Füllgas aus dem Innenraum (116) des Sandwichelements (102) entfernbar oder aufnehmbar ist, wobei der Stoff Wasserstoff ist und wobei die Reservoirvorrichtung (120) zur Aufnahme und/oder Abgabe des Stoffes ein metallhydridbildendes Reservoirmaterial umfasst.
Sandwichelement (102) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sandwichkern (104) eine Vielzahl von voneinander unabhängigen Kernsegmenten (144) umfasst.
Sandwichelement (102) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wandungen (118) der voneinander unabhängigen, fluiddichten Kammern (114) abschnittsweise durch ein Sandwichkernmaterial und abschnittsweise durch die Decklagen (110a, 110b) gebildet sind.
Sandwichelement (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwichelement (102) eine Beschichtung (136) umfasst, welche Reservoirmaterial umfasst.
Sandwichelement (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sandwichkern (104) ein offenporiges Schaummaterial umfasst oder zumindest abschnittsweise aus einem offenporigen Schaummaterial gebildet ist.
Sandwichelement (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklagen (110a, 110b) ein metallisches Material, ein Faserverbundmaterial und/oder ein hybrides Metall-Faserverbundmaterial umfassen oder aus einem metallischen Material, einem Faserverbundmaterial oder einem hybriden Metall-Faserverbundmaterial gebildet sind.
Sandwichelement (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwichelement (102) mehrere Kammern (114) umfasst, welchen unabhängig voneinander Füllgas zuführbar ist.
Isolations- und/oder Schutzvorrichtung (100), umfassend mindestens ein Sandwichelement (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Isolations- und/oder Schutzvorrichtung (100) eine Sensorvorrichtung (128) umfasst, mittels welcher eine Temperatur auf mindestens einer Seite (106, 108) des Sandwichelements (102) und/oder eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten (106, 108) des Sandwichelements (102) ermittelbar ist, wobei eine Regelvorrichtung (122) der Isolations- und/oder Schutzvorrichtung (100) so ausgebildet und eingerichtet ist, dass in Abhängigkeit von einer vorgegebenen oder vorgebbaren Grenztemperatur auf mindestens einer Seite (106, 108) des Sandwichelements (102) und/oder in Abhängigkeit von einer vorgegebenen oder vorgebbaren Grenztemperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten (106, 108) des Sandwichelements (102) die Konzentration des Füllgases in dem Innenraum (116) des Sandwichelements (102) regelbar ist.
Verfahren zum Herstellen eines Sandwichelements (102), umfassend: - Bereitstellen einer Vielzahl von Sandwichkernsegmenten (144) eines Sandwichkerns (104), wobei die Sandwichkernsegmente (144) jeweils eine oder mehrere evakuierte oder evakuierbare fluiddichte Kammern (114) umfassen, wobei der Sandwichkern (104) in einem belüfteten Zustand des Sandwichelements (102) forminstabil ist; - Bereitstellen einer ersten Decklage (110a) und einer zweiten Decklage (110b); - Evakuieren einer Umgebung (134), in welcher der Sandwichkern (104) und die Decklagen (110a, 110b) angeordnet sind; - Anordnen der ersten Decklage (110a) und der zweiten Decklage (110b) auf einander gegenüberliegenden Seiten (106, 108) des Sandwichkerns (104), so dass in dem Sandwichelement (102) evakuierte, fluiddichte Kammern (114) entstehen.