DE102019124110A1

DE102019124110A1 - Kühlvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102019124110A1
Application number: DE102019124110.3A
Authority: DE
Inventors: Mostafa Biglari; Christina Kotzur; Moritz Vogel
Original assignee: Trumpf SE and Co KG
Current assignee: Trumpf SE and Co KG
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2021-03-11
Also published as: CN114521226A; WO2021048177A1; US20220196349A1; EP4028707A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (100) zur Bereitstellung einer passiven Strahlungskühlung, umfassend ein Basissubstrat und eine auf dem Basissubstrat angeordnete, Licht bestimmter Wellenlängenbereiche absorbierende Beschichtung (200), wobei das Basissubstrat ein Metallsubstrat (110) ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung. Bei der Kühlvorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Füllvorrichtung, mittels welcher eine passive Kühlung durch die Abgabe eines Wärmestroms erreicht werden kann. Dies wird auch als Strahlungskühlung bezeichnet.
Stand der Technik
Um herkömmliche Kühllösungen, wie beispielsweise Kompressionskühlung, Absorptionskühlung oder die Verwendung von Kühlwasser zu ersetzen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Oberflächen mittels einer sogenannten Strahlungskühlung zu kühlen. Dabei machen sich die Systeme nach dem Stand der Technik zunutze, dass die von jedem warmen Körper abgegebene Schwarzkörperstrahlung derart emittiert werden kann, dass eine Abkühlung des Körpers resultiert. Insbesondere wird dabei angestrebt, die Strahlung im Wellenlängenbereich eines atmosphärischen Fensters, bei welchem die Atmosphäre besonders für Infrarotstrahlung durchlässig ist, so bereitzustellen, dass entsprechend die Wärme quasi wieder in den Weltraum emittiert wird.
Dieses Prinzip wurde bereits in vielen Gebieten der Welt nachts verwendet.
Shanhui Fan et al., Nature 2014 „Passive radiative cooling below ambient airtemperature under direct sunlight“ beschreiben eine 1,8 µm dünne Beschichtung, in welcher sich Lagen aus Siliziumdioxid und Hafniumoxid abwechseln und bei der auf der Oberseite eine hochreflektierende Silberschicht aufgebracht ist. Entsprechend kann durch die Silberbeschichtung das einfallende Sonnenlicht reflektiert werden und die darunterliegenden Lagen aus Siliziumdioxid und Hafniumoxid können die auf deren Unterseite eintretende Wärme aufnehmen und diese in Form von Strahlung wieder abgeben, wobei der Wellenlängenbereich der abgegebenen Strahlung zwischen 8 µm und 13 µm liegt, also im Bereich eines atmosphärischen Fensters für diese Infrarotstrahlung, sodass die Wärme die Erdatmosphäre durchdringen kann und entsprechend quasi in den Weltraum emittiert wird.
Aus der US 2017/0248381 A1 ist eine Struktur bekannt, bei welcher mit Glaskugeln versetzte Plastikfolien im Vakuum versilbert werden, um auf diese Weise eine Beschichtung aufzubringen.
Die bekannten bisherigen Ansätze fokussieren sich darauf, Beschichtungen bereitzustellen, welche beispielsweise auf Solarzellen oder auf Glas aufgebracht werden können, um auf diese Weise eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Solarzellen beziehungsweise eine Verbesserung eines Raumklimas bewirken zu können.
Zur Herstellung einer günstigen und auf einfache Weise in größeren Flächen zu fertigenden Kühlvorrichtung fehlen jedoch bislang die Ansätze.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kühlvorrichtung sowie ein vereinfachtes Herstellungsverfahren für eine solche Kühlvorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Entsprechend wird eine Kühlvorrichtung vorgeschlagen, welche ein Basissubstrat und eine auf dem Basissubstrat angeordnete, Licht bestimmter Wellenlängenbereiche absorbierende Beschichtung umfasst. Erfindungsgemäß ist das Basissubstrat ein Metallsubstrat.
Durch die Bereitstellung einer Kühlvorrichtung in der beschriebenen Art und Weise kann eine vereinfachte Kühlvorrichtung angegeben werden, welche durch den Aufbau der Beschichtung auf dem Metallsubstrat einen besonders guten Wärmefluss für einen sich an das Metallsubstrat anschließenden Körper oder ein sich an das Metallsubstrat anschließendes Medium bereitstellt.
Durch den Aufbau auf dem Metallsubstrat ist weiterhin möglich, direkt aus der Kühlvorrichtung selbst Strukturen zu bauen, beispielsweise die vorgeschlagene Kühlvorrichtung dazu zu verwenden, ein Kühlelement wie beispielsweise ein Gehäuse für einen Medienkühler / Radiator aufzubauen. Aus der Kühlvorrichtung kann entsprechend auch direkt ein Dach beziehungsweise ein Dachelement ausgebildet werden, sodass eine Kühlung des darunterliegenden Hauses beziehungsweise der darunterliegenden Räume erreicht werden kann.
Durch den Aufbau der Kühlvorrichtung auf dem Metallsubstrat kann weiterhin erreicht werden, dass die Kühlvorrichtung selbst besonders einfach herzustellen ist, wie sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung des Herstellungsverfahrens ergibt. Insbesondere kann eine skalierbare Massenherstellung beziehungsweise eine kontinuierliche Herstellung der Kühlvorrichtung durchgeführt werden, sodass eine kostengünstige Herstellung größerer Mengen der vorgeschlagenen Kühlvorrichtung erreicht werden kann.
Weiterhin kann die vorgeschlagene Kühlvorrichtung besonders robust bereitgestellt werden, so dass sie problemlos im Außenbereich verwendet werden kann und einige Jahre der Witterung ausgesetzt sein kann und immer noch eine ausreichende Kühlleistung zur Verfügung stellen kann. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Plastikfolien im Gegensatz zu der vorgeschlagenen Kühlvorrichtung nur mäßig witterungsbeständig sind, was zu einer geringeren Lebensdauer führen kann.
Bevorzugt ist das Metallsubstrat ein Metallblech und/oder eine Metallplatte und/oder ein Metallband, wobei das Metallblech und/oder die Metallplatte und/oder das Metallband bevorzugt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung oder Eisen oder eine Eisenlegierung, bevorzugt Stahl, oder Kupfer oder eine Kupferlegierung umfasst, oder ein Aluminiumblech oder ein Blech aus einer Aluminiumlegierung oder ein Eisenblech oder ein Blech aus einer Eisenlegierung oder ein Kupferblech oder ein Blech aus einer Kupferlegierung ist.
Diese Metalle sind wegen ihrer mechanischen Eigenschaften und der Herstellbarkeit und Verarbeitbarkeit als Baumaterial und Konstruktionsmaterial für Kühlelemente bevorzugt. Zudem ist die massenhafte Herstellung von Kühlvorrichtungen mit dieser Materialien kostengünstig zu erreichen.
Weiterhin ist die Beschichtung von Metallsubstraten mit Polymeren und anderen Metallen im Massenbetrieb möglich und damit skalierbar und kostengünstig umzusetzen. Zudem lassen sich beschichtete Metallsubstrate zu Kühlelementen und anderen Bauteilen weiterverarbeiten.
Durch die Bereitstellung des Metallsubstrats in Form eines Metallblechs oder einer Metallplatte oder eines Metallbandes kann entsprechend eine Struktur aufgebaut werden, welche bereits in sich selbst mechanisch stabil ist und welche entsprechend zum Aufbau von Bauteilen, Dächern, Kühlelementen etc. verwendet werden kann. Das Metallsubstrat kann hierzu beispielsweise bereits in einer gebogenen oder geometrisch strukturierten Form bereitgestellt werden wie beispielsweise einer Wellblechstruktur.
Weiterhin wird durch die Verwendung des Metallblechs oder der Metallplatte erreicht, dass die Herstellung, wie sich aus dem nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahren ergibt, vereinfacht erreicht werden kann.
Bevorzugt ist zwischen dem Metallsubstrat und der darauf vorgesehenen Beschichtung eine Verspiegelung angeordnet, wobei die Verspiegelung eine hohe Reflektivität bevorzugt zumindest bei Wellenlängen im sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen in einem Bereich von 400nm bis 1200nm, aufweist, wobei bevorzugt eine als Verspiegelung ausgebildete Versilberung direkt auf dem Metallsubstrat zwischen dem Metallsubstrat und der Beschichtung angeordnet ist.
Die Aufbringung der Verspiegelung zwischen dem Metallsubstrat und der Beschichtung ermöglicht einen gut skalierbaren Verspiegelungsschritt, da die Verspiegelung direkt auf das Metallsubstrat aufgebracht werden kann. Dies kann beispielsweise durch bekannte und skalierbare Versilberungsverfahren wie beispielsweise die Verwendung eines galvanischen Versilberungsverfahrens erreicht werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem ein aufwändiges Aufdampfen im Vakuum stattfindet, kann so die Herstellung der Kühlvorrichtung vereinfacht und skalierbar gemacht werden.
Weiterhin ist die Verspiegelung durch ihre Anordnung zwischen Metallsubstrat und Beschichtung gut gegen Umwelteinflüsse geschützt, so dass die Kühlvorrichtung entsprechend langlebig ausgebildet sein kann. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten bedampften Plastikfolien ergibt sich so eine Verbesserung in der Dauerhaftigkeit der Kühlvorrichtung.
Durch das Bereitstellen der hohen Reflexivität im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts ist es möglich, dass das auf die Kühlvorrichtung eingestrahlte Sonnenlicht weitgehend reflektiert wird, sodass dieses nicht oder nicht wesentlich zu einer Erwärmung der Kühlvorrichtung beiträgt. Entsprechend kann eine Verwendung der Kühlvorrichtung auch unter Sonneneinstrahlung stattfinden, sodass sich die vorgeschlagene Kühlvorrichtung besonders auch zur Montage auf Hausdächern etc. eignet.
Bevorzugt liegt die Transparenz der Beschichtung bei Wellenlängen im sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen in einem Bereich von 400nm bis 1200nm, bei mindestens 80%, bevorzugt oberhalb von 90% und besonders bevorzugt oberhalb von 95%.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass das auf die Kühlvorrichtung eingestrahlten Sonnenlicht die Beschichtung durchstrahlt, dann an dem Metallsubstrat oder an der Reflexionsschicht beziehungsweise der Vorspiegelung reflektiert wird, und dann nach erneutem Durchtreten der Beschichtung vom Kühlelement fort reflektiert wird. Damit kann die Kühlvorrichtung auch bei direkter Einstrahlung von Sonnenlicht gut verwendet werden.
Bevorzugt liegt die Absorption der Beschichtung bei Wellenlängen in einem für IR-Strahlung durchlässigen atmosphärischen Fenster, insbesondere bei Wellenlängen von 7µm bis 13µm, bei mindestens 60%, bevorzugt oberhalb von 80%, besonders bevorzugt oberhalb von 90%.
Auf diese Weise kann eine Absorption und dann eine nachfolgende Emission von Wärme, die von dem Metallsubstrat beziehungsweise von den an das Metallsubstrat angrenzenden Körpern beziehungsweise Medien an das Metallsubstrat abgegeben werden, im Bereich des für die Infrarotstrahlung durchlässigen atmosphärischen Fensters wieder von der Kühlvorrichtung emittiert werden. Auf diese Weise kann eine Strahlungskühlung erreicht werden, da die im Metallsubstrat vorliegende Wärme über die selektive Absorption der Beschichtung aufgenommen wird, und dann im Bereich des atmosphärischen Fensters quasi in das Weltall abgestrahlt wird, sodass ein Wärmefluss von der Kühlvorrichtung fort stattfindet und entsprechend Wärme von dem Metallsubstrat abgestrahlt wird.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass das Metallsubstrat beziehungsweise die an das Metallsubstrat angrenzenden Körper beziehungsweise Medien auf einer Temperatur gehalten beziehungsweise auf eine Temperatur gebracht werden können, welche unterhalb der Umgebungstemperatur liegt.
Bevorzugt umfasst die Beschichtung Partikel und ein Polymer oder einen Polymerprecursor, bevorzugt keramische Partikel und ein thermoplastisches oder wärmeaushärtendes Polymer, wobei die Partikel besonders bevorzugt Siliziumdioxid und/oder Hafniumoxid und die Polymere bevorzugt Polymethylacrylat, TPX oder Polymethacrylmethylimid umfassen.
Ein bevorzugtes Mischungsverhältnis liegt bei 1 %-15% (Gewichtsprozent) der keramischen Partikel im Polymer.
Die keramischen Partikel haben bevorzugt eine mittlere Partikelgröße (D50) zwischen 1µm und 20µm besonders bevorzugt zwischen 7µm und 13µm.
Auf diese Weise kann das vorstehend beschriebene Verhalten der Beschichtung und insbesondere der keramischen Partikel der Beschichtung, nämlich die Absorption von Wärme beziehungsweise Wärmestrahlung aus dem Metallsubstrat und die nachfolgende Emission im Bereich der Wellenlängen des atmosphärischen Fensters, erreicht werden. Gleichzeitig können die keramischen Partikel durch die Polymermatrix sicher eingebunden werden. Das Bereitstellen der Polymermatrix führt weiterhin zu einer Transparenz der Beschichtung im Bereich der Wellenlängen des sichtbaren Lichtes, so dass sichtbares Licht durch die Beschichtung hindurchtreten kann und an der Grenzfläche zu dem Metallsubstrat hin reflektiert werden kann.
Bevorzugt weisen die Partikel und das Polymer oder der Polymerprecursor bei Wellenlängen im sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen von 400nm bis 1200nm, gleiche oder ähnliche Brechungsindices auf und die Partikel und das Polymer oder der Polymerprecursor weisen bei Wellenlängen im atmosphärischen Fenster, insbesondere bei Wellenlängen von 7µm bis 13µm, bevorzugt divergierende Brechungsindices auf.
Bevorzugt divergieren im Wellenlängenbereich von 400nm bis 1200nm die Brechungsindices um weniger als 10%, bevorzugt weniger als 5%. Im Wellenlängenbereich von 7µm bis 13µm hingegen divergieren die Brechungsindices bevorzugt mehr als 20%, besonders bevorzugt mehr als 40%.
Auf diese Weise kann ebenfalls das bevorzugte Verhalten der Beschichtung, nämlich das Hindurchlassen von sichtbarem Licht durch die Beschichtung zum Metallsubstrat beziehungsweise zu einer auf dem Metallsubstrat angeordneten Reflexionsschicht sowie die Absorption und nachfolgende Emission von Strahlung im Infrarotbereich erreicht werden.
Entsprechend kann mittels der vorstehend beschriebenen Kühlvorrichtung in allen beschriebenen Varianten und bevorzugten Ausgestaltungen eine Strahlungskühlung erreicht werden, bei welcher durch die Emission von Wärme im Infrarotbereich ein Abtransport von Wärme von dem Metallsubstrat erreicht werden kann.
Durch die durch die selektive Absorption der Beschichtung kann entsprechend eine selektive Abgabe von Wärmeenergie über die Kühlvorrichtung erreicht werden.
Bevorzugt weist die Beschichtung eine Prägung auf, um auf diese Weise die Absorption und Emission von Wärmestrahlung weiter zu verbessern. Durch die Prägung kann eine Vergrößerung der effektiven Oberfläche auf einfacher Weise erreicht werden.
Bevorzugt ist zwischen dem Metallsubstrat und der Reflexionsschicht eine weitere Metallschicht angeordnet, wobei die Metallschicht Zink oder eine Zinklegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung oder Zinn oder eine Zinnlegierung umfasst. Auf diese Weise kann ein Korrosionsschutz insbesondere für das Metallsubstrat bereitgestellt werden.
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Figuren sowie den Unteransprüchen.
Entsprechend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung, bevorzugt zur Bereitstellung einer passiven Strahlungskühlung, vorgeschlagen, umfassend die Schritte des Bereitstellens eines Metallsubstrats, des Vorbereitens des Metallsubstrats für die nachfolgende Bearbeitung sowie des Beschichtens des Metallsubstrats mit einer Licht bestimmter Wellenlängenbereiche absorbierenden Beschichtung.
Auf diese Weise lässt sich eine Kühlvorrichtung einfach und für die Massenfertigung herstellen.
Bevorzugt wird vor dem Beschichten des Metallsubstrats eine Reflexionsschicht auf dem Metallsubstrat bereitgestellt und die Beschichtung wird auf die Reflexionsschicht aufgebracht, wobei die Reflexionsschicht bevorzugt durch das Aufbringen einer Versilberung auf das Metallsubstrat hergestellt wird.
Das Aufbringen der Reflexionsschicht und insbesondere der Versilberung findet besonders bevorzugt durch galvanische oder chemische Verfahren statt. Dabei ist das galvanische Verfahren zur Aufbringung beziehungsweise Beschichtung der Reflexionsschicht besonders gut skalierbar, kostengünstig und flexibel. Insbesondere ist dabei die Dicke des abgeschiedenen Materials sehr gut kontrollierbar, das Verfahren kann weiterhin bei atmosphärischen Drücken und in einer einfachen Umgebung durchgeführt werden und das Verfahren kann mit anderen Verfahrensschritten zur Herstellung der Kühlvorrichtung in einem kontinuierlichen Verfahren kombiniert werden.
Damit kann die Herstellung der Kühlvorrichtung besonders skalierbar ausgebildet werden und eine Massenherstellung der vorgeschlagenen Kühlvorrichtung wird möglich.
Vor dem Aufbringen der Reflexionsschicht können weitere Beschichtungen auf das Metallsubstrat aufgebracht werden. Zum Beispiel kann ein Stahlsubstrat mit einer Verzinkung, einer Beschichtung mit Aluminium oder einer Verzinnung zum Korrosionsschutz und/oder zur Verbesserung der Wechselwirkung und/oder Haftung mit der Reflexionsschicht aufgebracht werden.
Mittels des Aufbringens der Reflexionsschicht werden die oben bereits zur Kühlvorrichtung beschriebenen Vorteile erreicht.
Bevorzugt wird das Metallsubstrat vor dem Beschichten in einer Reinigungsvorrichtung gereinigt und/oder vor dem Beschichten in einer Elektropoliturvorrichtung poliert.
Durch diese Vorbereitung des Metallsubstrats wird die nachfolgende Bearbeitung vereinfacht und es kann eine Oberfläche des Metallsubstrats bereitgestellt werden, welche die optischen Eigenschaften unterstützt.
Eine Beschichtung kann besonders einfach mittels einer Rollenauftragvorrichtung auf mindestens eine Seite des Metallsubstrats aufgetragen werden. Die Beschichtung kann bevorzugt auch mittels einer Rakelauftragvorrichtung oder einer Extrudiervorrichtung oder einer Laminiervorrichtung auf mindestens eine Seite des Metallsubstrats aufgetragen werden.
Bevorzugt wird das Metallsubstrat in Form eines Metallbandes bereitgestellt, bevorzugt in Form eines Aluminiumbandes oder eines Stahlbandes oder eines Kupferbandes, und bevorzugt ist eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden von aufeinanderfolgenden Metallbändern vorgesehen.
Das bereitgestellte Metallsubstrat kann bevorzugt schon eine Beschichtung umfassen, wie beispielsweise einen Korrosionsschutz, auf welche dann die Reflexionsschicht aufgebracht wird.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird das mit der Beschichtung beschichtete Metallband in einer Prägevorrichtung mit einer Prägung versehen.
Bevorzugt wird das Metallsubstrat in Form eines beschichteten Metallbandes bereitgestellt, bevorzugt in Form eines Bandes mit einer Zinkbeschichtung oder einer Beschichtung mit einer Zinklegierung, oder mit einer Aluminiumbeschichtung oder einer Beschichtung mit einer Aluminiumlegierung, oder mit einer Zinnbeschichtung oder einer Beschichtung mit einer Zinnlegierung, oder mit einer Magnesiumbeschichtung oder einer Beschichtung mit einer Magnesiumlegierung.
Figurenliste
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 eine schematische Darstellung einer Herstellungsstraße zum Herstellen einer Kühlvorrichtung und zur Durchführung eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung einer Kühlvorrichtung;
3 eine schematische Darstellung eines alternativen Herstellungsverfahrens zur Herstellung einer Kühlvorrichtung;
4A bis 4C eine schematische Darstellung eines weiteren alternativen Herstellungsverfahrens zur Herstellung einer Kühlvorrichtung; und
5 eine schematische Darstellung noch eines weiteren alternativen Herstellungsverfahrens zur Herstellung einer Kühlvorrichtung.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In 1 ist eine schematische Schnittdarstellung durch eine Kühlvorrichtung 100 gezeigt, wobei die Kühlvorrichtung 100 ein Metallsubstrat 110 umfasst, auf welches eine Licht bestimmter Wellenlängenbereiche absorbierende Beschichtung 200 aufgebracht ist.
Die Kühlvorrichtung 100 stellt eine passive Strahlungskühlung zur Verfügung.
Die Beschichtung 200 kann eine Polymermatrix 210, in welche keramische Partikel 220 eingebettet sind, umfassen.
Bei dem Metallsubstrat 110 handelt es sich bevorzugt um ein Metallblech oder eine Metallplatte, auf welche die Beschichtung 200 aufgebracht ist. Das Metallblech oder die Metallplatte können besonders bevorzugt in Form einer Aluminiumstruktur oder einer Stahlstruktur oder einer Kupferstruktur bereitgestellt sein, beispielsweise in Form eines Blechs oder einer Platte oder eines Metallbandes. Die Dicke des Metallsubstrats liegt bevorzugt zwischen 10µm und 2mm, besonders bevorzugt zwischen 10µm und 0,5mm.
Die keramischen Partikel 220 können beispielsweise in Form von Siliziumdioxid oder Hafniumoxid bereitgestellt sein, wobei die keramischen Partikel bevorzugt eine mittlere Partikelgröße (D50) zwischen 1µm und 20µm bevorzugt zwischen 7µm und 13µm haben.
Bei der Polymermatrix 210 kann es sich beispielsweise um ein thermoplastisches Polymer oder ein wärmeaushärtendes Polymer handeln. Bevorzugte Polymere sind Polymethylacrylat, TPX oder Polymethacrylmethylimid.
Besonders bevorzugt ist der Brechungsindex jeweils der keramischen Partikel 220 und der Polymermatrix 210 so gewählt, dass im sichtbaren Wellenlängenbereich, also in einem Bereich zwischen 400 nm und 1200 nm, die Brechungsindices der keramischen Partikel 220 und der Polymermatrix 210 im Wesentlichen gleich sind.
In anderen Bereichen in anderen Wellenlängenbereichen hingegen, insbesondere im Bereich eines atmosphärischen Fensters, durch welches im Infrarotbereich Energie in den Weltraum emittiert werden kann, insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 7 µm und 13 µm, sind die Brechungsindices der keramischen Partikel 220 und der Polymermatrix 210 bevorzugt divergierend und besonders bevorzugt stark unterschiedlich. Die starke Lichtdiffusion im Wellenlängenbereich von 7µm bis 13µm bewirkt die erwünschte hohe Emmisivität in diesem Bereich. In dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Beschichtung 200 und dem Metallsubstrat 110 eine Reflexionsschicht 120 vorgesehen, welche beispielsweise in Form einer Vorspiegelung realisiert sein kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Reflexionsschicht 120 in Form einer Versilberung bereitgestellt, wobei die Versilberung beispielsweise durch das Aufbringen einer dünnen Versilberungsschicht bereitgestellt werden kann.
Die Versilberungsschicht wird bevorzugt galvanisch oder bereitgestellt. Um die Kosten der Herstellung der Versilberungsschicht zu reduzieren wird die Versilberungsschicht bevorzugt in einer Schichtdicke von weniger als 10µm, besonders bevorzugt einer Schichtdicke von weniger als 500nm bereitgestellt.
Die Reflexionsschicht 120 ist bevorzugt so ausgebildet, dass sie einen hohen Reflexionsgrad zumindest im Bereich der sichtbaren Wellenlängen, also zwischen 400 nm und 1200 nm, bereitstellt.
Durch die vorgeschlagene Kühlvorrichtung 100 ist es möglich, zum einen eine erhöhte Absorption und damit auch eine erhöhte nachfolgende Emission von Energie im Bereich des atmosphärischen Fensters zu erreichen, sodass eine Strahlungskühlung bereitgestellt werden kann, mittels welcher Wärmeenergie im Bereich des atmosphärischen Fensters in den Weltraum emittiert werden kann, um auf diese Weise eine Strahlungskühlung zu erreichen.
Weiterhin ergibt sich durch die erhöhte Transmission der Beschichtung 200 im sichtbaren Bereich gleichzeitig eine Reflexion des auf die Kühlvorrichtung 100 einfallenden Sonnenlichts derart, dass das sichtbare Sonnenlicht durch die Beschichtung 200 hindurch trifft, dann auf die Reflexionsschicht 120 trifft, um dann wiederum durch die Beschichtung 200 hindurch reflektiert zu werden und entsprechend von dem Metallsubstrat 110 fort reflektiert wird und damit auch von der Kühlvorrichtung 100 fort reflektiert wird.
Entsprechend kann Wärme, welche als Schwarzkörperstrahlung beziehungsweise als Wärmestrahlung abgegeben werden soll und welche in das Metallsubstrat 110 eingebracht wird, auch bei Sonneneinstrahlung durch das atmosphärische Fenster hindurch emittiert werden, wobei die Einstrahlung des sichtbaren Lichts durch die Sonne entsprechend keine Rolle beziehungsweise nur eine untergeordnete Rolle spielt.
Durch die keramischen Partikel 220 und insbesondere das Bereitstellen der keramischen Partikel 220 in Form von Siliziumdioxid oder Hafniumoxid kann dem Metallsubstrat 110 die dort bereitgestellte Wärme entzogen werden und von den keramischen Partikeln im Wellenlängenbereich des atmosphärischen Fensters wieder abgegeben werden. Entsprechend kann stets eine Emission von Wärme aus dem Metallsubstrat 110 stattfinden. Das Auftreten von Sonneneinstrahlung bewirkt dabei keine oder keine besondere Zufuhr von Wärme in das Metallsubstrat 110.
Aus dem Metallsubstrat 110 mit der entsprechend aufgebrachten Beschichtung 200 kann damit erreicht werden, dass beispielsweise beim Aufbau eines Daches oder beim Aufbau eines Wärmetauschers das an das Metallsubstrat 110 anschließende Medium, beispielsweise Luft oder ein Kühlmedium, auf einer Temperatur gehalten wird, welche unterhalb der Umgebungstemperatur liegt. Auf diese Weise kann eine passive Strahlungskühlung bereitgestellt werden.
Durch die Verwendung des Metallsubstrats 110 kann aus der Kühlvorrichtung 100 eine tragfähige Struktur aufgebaut werden, beispielsweise eine selbsttragende Struktur in dem Sinne, dass aus der Kühlvorrichtung 100 beispielsweise ein Kühlelement in Form eines Radiators oder ein Kühlelement in Form eines Daches oder eines Dachelements ausgebildet werden kann. Aufgrund der Verwendung des Metallsubstrats kann ein solches Element direkt aus der Kühlvorrichtung gebogen oder zusammengesetzt werden. Die Kühlvorrichtung selbst ist einfach zu verarbeiten und kann in der gleichen Weise verarbeitet werden, wie Metallbleche oder Metallplatten zu verarbeiten sind. Insbesondere kann die Kühlvorrichtung geschweißt, gesägt, gebohrt, geschliffen, verklebt etc. werden, um den Aufbau von Strukturen direkt mit der Kühlvorrichtung zu ermöglichen.
In 2 ist schematisch eine Herstellungsstraße 1 zur Herstellung einer Kühlvorrichtung, wie sie zu 1 beschrieben ist, gezeigt. Im nachfolgenden wird die Herstellungsstraße 1 unter Berücksichtigung der einzelnen Bearbeitungspositionen, welche durch die Buchstaben bezeichnet sind, beschrieben werden.
An der ersten Position ist eine Abwickelvorrichtung A bereitgestellt, in welche eine Rolle 30 beziehungsweise ein „Coil“ mit einem aufgewickelten Metallblech beziehungsweise Metallband geladen werden kann, und durch welche das auf dieser Rolle 30 aufgewickelt Metallblech zur weiteren Verwendung in der Herstellungsstraße 1 abgewickelt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform, welche eine Kühlvorrichtung 100 mit den oben beschriebenen Eigenschaften und Vorteilen herstellt, kann das Metallblech beispielsweise in Form eines Aluminiumblechs bereitgestellt werden, welches auf der Rolle 30 aufgewickelt in die Abwickelvorrichtung A eingesetzt werden kann und entsprechend von der Abwickelvorrichtung A abgewickelt werden kann.
Folgend auf die Abwickelvorrichtung A ist stromabwärts eine Verbindungsvorrichtung B vorgesehen, mittels welcher ein vorheriges Metallblech mit einem darauffolgenden Metallblech verbunden werden kann. Dies ist beispielsweise von Bedeutung, wenn eine kontinuierliche Produktion erreicht werden soll und entsprechend nach dem vollständigen Verarbeiten einer vorherigen Rolle 30 des Metallblechs, welche in der Abwickelvorrichtung A eingesetzt war, eine darauffolgende Rolle 30 an Metallblech von der Abwickelvorrichtung A abgewickelt werden soll und entsprechend das Ende der des Metallblechs der vorherigen Rolle 30 mit dem Anfang der darauffolgenden Rolle 30 verbunden werden soll. Auf diese Weise kann durch das Anfügen von Metallbahnen quasi ein endloses Blech bereitgestellt werden, wodurch entsprechend ein kontinuierlicher Herstellungsprozess erreicht werden kann.
Die Verbindung des Endes des in der Abwickelvorrichtung A abgewickelten Metallbandes mit dem Anfang eines darauf in die Abwickelvorrichtung A eingesetzten Metallbandes kann beispielsweise durch ein Verschweißen des Bandendes mit dem neuen Bandanfang erreicht werden. Eine solche Verbindungsvorrichtung B wird auch als Sticher/Welder bezeichnet.
An der darauffolgenden Bearbeitungsposition ist eine Reinigungsvorrichtung C vorgesehen, mittels welcher das von der Abwickelvorrichtung A abgewickelte Metallband 10 gereinigt wird. Dabei kann das Metallband 10 in der Reinigungsvorrichtung C ein Reinigungsbad 32 durchlaufen, um auf diese Weise eine Reinigung des Metallbandes 10 zu erreichen. Die Reinigung kann beispielsweise ein Entstauben und Entfetten des Metallbandes 10 erreichen. Auf diese Weise wird das Reflexionsvermögen des Metallbandes 10 verbessert und die nachfolgenden Bearbeitungsschritte wie insbesondere ein Beschichten können vorbereitet und verbessert werden.
Durch die Reinigung des Metallbandes 10 kann auch die Oberfläche des Metallbandes 10 homogenisiert werden, so dass die Grundlage für eine konsistente Qualität der Beschichtung und weiterer Bearbeitungsschritte gelegt wird.
Das Reinigungsbad 32 kann beispielsweise in Form einer geeigneten Säure und/oder geeigneter Tenside und/oder einer geeigneten Lauge und/oder anderer Reinigungsmedien bereitgestellt werden, welche sowohl an das Material des jeweiligen Metallbandes 10 sowie an die erwarteten Verschmutzungen des Metallbandes 10 angepasst sind. Es können auch mehrere Reinigungsbäder nacheinander durchlaufen werden.
Folgend auf das Reinigungsbad 32 beziehungsweise folgend auf die Reinigungsvorrichtung C ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Herstellungsstraße 1 eine Speichervorrichtung D vorgesehen, in welcher das Metallband 10 unter Ausbildung von Schlaufen 12 gespeichert wird. Die schlaufenförmige Führung des Metallbandes 10, welche zu den Schlaufen 12 führt, wird in der Speichervorrichtung D durch Rollen 34 und Gegenrollen 36 erreicht, welche jeweils senkrecht zur Förderrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind.
Entsprechend kann im Bereich der Speichervorrichtung D eine vorgegebene Länge des Metallbandes 10 gespeichert werden beziehungsweise in den Schlaufen 12 aufgenommen werden, sodass in einem Falle, in welchem die in der Abwickelvorrichtung A eingesetzte Rolle 30 beendet ist und eine neue Rolle 30 in die Abwickelvorrichtung A eingesetzt wurde und dann entsprechend das Ende des vorherigen Bandes mit dem Anfang des neuen Bandes in der Verbindungsvorrichtung B verbunden werden soll, dennoch ein kontinuierlicher Bandfluss nach der Speichervorrichtung D dadurch erreicht werden kann, dass das in den Schlaufen 12 der Speichervorrichtung D schlaufenförmig aufgenommene Metallband 10 kontinuierlich in die stromabwärts gelegenen Bereiche der Herstellungsstraße 1 geführt werden kann.
Dazu wird in dem Falle, dass die Verbindungsvorrichtung B das Verbinden eines Bandendes mit einem neuen Bandanfang vornehmen muss, im Bereich der Verbindungsvorrichtung B das Metallband 10 festgehalten und das in den Schlaufen 12 aufgewickelte Metallband 10 wird durch eine Bewegung der Gegenrollen 36 auf die Rollen 34 zu für die stromabwärts gelegenen Bearbeitungsschritte freigegeben.
Die in der 2 in der Speichervorrichtung D gezeigte Anzahl an Schlaufen 12 kann, je nach Fließgeschwindigkeit des Metallbandes 10 und je nach Zeitanforderung im Bereich der Verbindungsvorrichtung B, mit einer größeren Anzahl an Schlaufen oder einer geringeren Anzahl an Schlaufen sowie einem größeren Abstand zweier gegenüberliegender Rollen 34, 36 oder einem geringeren Abstand zweier aufeinanderfolgender Rollen 34, 36 so eingestellt werden, dass, unter Berücksichtigung einer entsprechenden Sicherheitsmarge, ein kontinuierlicher Fluss des Metallbandes 10 stromabwärts der Speichervorrichtung D bei normalem Betriebsablauf gewährleistet sein kann.
Folgend auf die Speichervorrichtung D wird eine Elektropoliturvorrichtung E bereitgestellt, in welcher das aus der Speichervorrichtung D abgegebene Metallband 10 ein Polierbad 38 durchläuft, in welchem eine Elektropolitur stattfindet. Die Elektropolitur in der Elektropoliturvorrichtung E ermöglicht es, die Oberflächen des Metallbandes 10 noch weiter zu verbessern und beispielsweise einen hohen Reflexionsgrad an der Oberfläche des in der Elektropoliturvorrichtung E behandelten Metallbandes 10 bereitzustellen.
Die Elektropolitur in der Elektropoliturvorrichtung E findet in an sich bekannter Weise durch ein elektrochemisches Abtragverfahren mit einer Fremdstromquelle statt. Der hierfür verwendete Elektrolyt wird entsprechend wieder so auf das Material des Metallbandes 10 abgestimmt, dass bei dem Elektropoliturverfahren in der Elektropoliturvorrichtung E das gewünschte Ergebnis eines auf diese Weise polierten Metallbandes 10 erreicht wird. Je nach verwendetem Material für das Metallband 10 sind dann die zu verwendenden Elektrolyte unterschiedlich.
Bei dem Elektropoliturverfahren wird das Metall auf der Oberfläche des Metallbandes 10 anodisch abgetragen, sodass das metallische Werkstück in Form des Metallbandes 10 die Anode einer elektrochemischen Zelle ausbildet.
Anschließend an die Elektropoliturvorrichtung E wird das gereinigte und polierte Metallband 10 in einer Versilberungsvorrichtung F, welche ein Versilberungsbad 40 aufweist, getaucht und in diesem mit einer Versilberung versehen. Mittels der Versilberungsvorrichtung F kann entsprechend eine Reflexionsschicht auf das Metallband 10 aufgebracht werden.
Die Versilberung beziehungsweise die Reflexionsschicht, welche auf das Metallband 10 aufgebracht wird, ist wiederum abhängig von den Materialeigenschaften des Metallbandes. In der Versilberungsvorrichtung F und in dem Versilberungsbad 40 der Versilberungsvorrichtung F kann beispielsweise in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Metallband 10 in einen Silberelektrolyten eingetaucht werden, beispielsweise Kaliumsilbercyanid, wobei dann durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an den Oberflächen des Metallbandes 10 ein Silberüberzug abgeschieden wird. Mit anderen Worten wird das Metallband 10 einer Galvanisierung unterzogen, um entsprechend einen galvanischen Überzug aus Silber zu erhalten.
Der Verfahrensschritt der Versilberung kann bei einer entsprechend hohen Oberflächengüte des in der Elektropoliturvorrichtung E polierten Metallbandes 10 auch fortgelassen werden. Mit anderen Worten kann die Versilberung entfallen, wenn die durch das gereinigte und polierte Metallband 10 bereitgestellte Oberfläche bereits ausreichend reflektierend für das sichtbare Sonnenlicht ist. Ob dies der Fall ist, kann auch von dem für das Metallband 10 verwendeten Material abhängen.
In einer auf die Versilberungsvorrichtung F folgenden Grundierungsvorrichtung G wird auf zumindest eine Seite des Metallbandes 10 eine Grundierung aufgebracht, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Grundierungsvorrichtung G mittels einer Rollenauftragvorrichtung 42 bereitgestellt ist, mittels welcher die Grundierung auf die in der 2 gezeigten Unterseite des Metallbandes 10 aufgetragen werden kann.
Die Grundierung dient dazu, dass Auftragverhalten beziehungsweise die Haftung zwischen der später aufzubringenden Beschichtung und dem verspiegelten Metallband 10 zu verbessern. Auch hier kann abhängig von den verwendeten Materialien und insbesondere von dem in der Versilberungsvorrichtung F aufgebrachten Material die Grundierung so gewählt werden, dass das nachfolgende Aufbringen der Beschichtung einfach möglich wird.
Anschließend an die Grundierungsvorrichtung G ist eine Aushärtvorrichtung H vorgesehen, mittels welcher die zuvor aufgebrachte Grundierung ausgehärtet wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass in der Aushärtvorrichtung H ein Aushärtsofen 44 vorgesehen ist, sodass ein thermisches Aushärten der Grundierung erreicht werden kann.
Folgend auf die Aushärtvorrichtung H durchläuft das nun verspiegelte und zumindest auf einer Seite mit einer ausgehärteten Grundierung versehene Metallband 10 dann eine Beschichtungsvorrichtung I, in welcher mittels einer weiteren Rollenauftragvorrichtung 46 eine Beschichtung auf die mit der Verspiegelung und der Grundierung versehene Seite des Metallbands 10 aufgebracht wird.
Bei der Beschichtung, welcher in der Beschichtungsvorrichtung I mittels der Rollenauftragvorrichtung 46 auf das Metallband aufgebracht wird, kann es sich beispielsweise um eine Mischung keramischen Partikeln wie Siliziumdioxidpartikeln (SiO2) und einem Präkursor eines wärmeaushärtenden Polymers handeln.
Bevorzugt haben das Polymer und die keramischen Partikel ähnliche Brechungsindices in dem sichtbaren Wellenlängenbereich, wohingegen sich die Brechungsindices dieser Materialien in dem Bereich des atmosphärischen Fensters, also Wellenlängen zwischen 8 und 10 Mikrometern, bevorzugt deutlich unterscheiden.
Anschließend an die Beschichtungsvorrichtung I durchläuft das mit der Beschichtung versehene Metallband 10 eine Beschichtungsaushärtung J, in der beispielsweise ein Aushärtofen 48 vorgesehen ist. Mit anderen Worten durchläuft das mit der Beschichtung in der Beschichtungsvorrichtung 1 versehene Metallband 10 nun einen Aushärtofen 48, mittels welchem die Beschichtung und insbesondere das Polymer aushärten kann.
Anschließend an die Beschichtungsaushärtung J kann eine Prägevorrichtung K vorgesehen sein, welche mittels zweier Prägewalzen 50 eine Prägung auf das mit der Beschichtung versehene Metallband 10 aufbringt.
Durch das Aufbringen einer entsprechenden Strukturierung kann die Kühlleistung der Kühlvorrichtung in Form des mit der Beschichtung versehenen Metallbandes 10 weiter verbessert werden und die optischen Eigenschaften der Oberfläche können dadurch an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Eine Ausgangsspeichervorrichtung L dient wiederum dazu, dass nun beschichtete Metallband 10 um Rollen 52 und Gegenrollen 54 in Schlaufen 14 zu legen, um das Metallband 10 in einem kontinuierlichen Prozess aufnehmen zu können, wenn in einer nachfolgenden Aufwickelvorrichtung N eine Bandspule 58 vollständig aufgewickelt ist, und aus der Aufwickelvorrichtung N wieder herausgenommen werden muss, um Platz für eine neue Rolle 58 bereitzustellen.
Um das Metallband 10 zu trennen, wenn in der Aufwickelvorrichtung N die gewünschte Rollenstärke der Rolle 58 erreicht ist beziehungsweise die gewünschte Länge an Band auf die Rolle 58 aufgewickelt ist, ist eine Trennvorrichtung M vorgesehen, welche mit einem entsprechenden Messer 56 das Durchschneiden des Metallbandes 10 ermöglicht.
Mittels der Herstellungsstraße 1 ist es entsprechend möglich, ein Metallband von einer Abwickelvorrichtung A durch ein Reinigungsbad, ein Polierbad und ein Versilberungsbad hindurch zu leiten, um dann zumindest eine Seite des Metallbandes 10 mit einer Beschichtung zu versehen. Die Beschichtung weist eine selektive Absorption dahingehend auf, dass sie in dem atmosphärischen Fenster von beispielsweise 7-13 Mikrometer Wellenlänge eine Absorption aufweist, welche oberhalb von 60 Prozent, bevorzugt oberhalb von 80 Prozent, besonders bevorzugt oberhalb von 90 Prozent liegt. Gleichzeitig liegt die Transparenz der Beschichtung im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400nm und 1200nm oberhalb von 80 Prozent, bevorzugt oberhalb von 90 Prozent besonders bevorzugt oberhalb von 95 Prozent.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass Licht im sichtbaren Bereich an der Verspiegelung reflektiert wird, dass Licht im Bereich des atmosphärischen Fensters hingegen durch die Beschichtung absorbiert und dann wieder emittiert wird.
In der Herstellungsstraße 1 kann die auf diese Weise hergestellte Kühlvorrichtung 100 entsprechend kontinuierlich und - quasi - in einer unendlich langen Form hergestellt werden. Entsprechend ist es möglich, aus der mittels der Herstellungsstraße 1 hergestellten Kühlvorrichtung 1 Strukturen in sehr unterschiedlichen Dimensionen einstückig herzustellen. Weiterhin kann eine preisgünstige Massenfertigung erreicht werden, mittels derer die Kühlvorrichtung eine Breite Verwendung finden kann.
In der in 3 gezeigten alternativen Ausgestaltung können anstelle der zu 2 beschriebenen kontinuierlichen Herstellung eines Metallbandes nun in der 3 auch individuelle Metallplatten 14 beschichtet werden.
Hierbei wird beispielsweise in einem ersten Schritt eine Vorbehandlung A' vorgenommen und eine unbeschichtete Metallplatte 14 beispielsweise auf einem Rolltisch 60 transportiert und gereinigt und vorbehandelt. Beispielsweise kann die Metallplatte 14 auch poliert oder elektropoliert werden. Anschließend kann auch das Aufbringen einer Reflexionsschicht vorgenommen werden.
Im zweiten Schritt wird dann eine Beschichtung B' vorgenommen, wobei die Beschichtung mittels einer Rollenauftragvorrichtung 46 eine Seite der Metallplatte 14 aufgebracht. Bei der Beschichtung kann es sich um die bereits zu 2 beschriebene Mischung aus einem wärmeaushärtenden Polymer beziehungsweise einer wärmeaushärtenden Polymermatrix und keramischen Partikeln beispielsweise in Form von Siliziumsdioxid handeln.
Nach der Beschichtung im Schritt B wird die dann mit der Beschichtung versehene Metallplatte 14 zur Aushärtung C' in einen Aushärtungsofen 48 verbracht, um dort, ähnlich wie zu 2 beschrieben, auszuhärten.
In einer weiteren Ausführungsform kann anstelle eines wärmeaushärtenden Polymers beziehungsweise einer wärmeaushärtenden Polymermatrix für die Beschichtung auch ein thermoplastisches Polymer aufgebracht werden, welches mit keramischen Partikeln gemischt ist.
Dieses thermoplastische Polymer kann, wie beispielsweise in der 4A gezeigt, auf ein in einer Vorbehandlung A" vorbehandeltes Metallband 10 zur Beschichtung B" in einem heißen, geschmolzenen Zustand aufgebracht werden, wobei das Polymer dann entweder verstrichen werden kann, aufgesprüht werden kann, das Metallband in das heiß Polymer eingetaucht werden kann, oder das Polymer extrudiert werden kann.
Das auf diese Weise aufgebrachte thermoplastische Polymer kann dann durch Abkühlen aushärten C''', beispielsweise durch eine Kühlung über Ventilatoren 62, oder durch in 3B gezeigte Kühlrollen 64, oder durch das Aufsprühen eines Kühlmediums aus Kühldüsen 66, wie in 4C gezeigt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann, wie in 5 gezeigt, eine bereits vorbereitete Beschichtungsfolie 70 auf das vorbereitete Metallband 10 auflaminiert werden. Das Metallband 10 kann vor dem Auflaminieren der Beschichtungsfolie 70 gereinigt, poliert und mit einer Reflexionsschicht versehen sein.
Die Beschichtungsfolie 70 wird dabei mit der Metallband 10 bevorzugt in einer Laminierwalze 72 so zusammengeführt, dass sie durch den Walzschritt oder einen weiteres mechanisches Zusammenführen mit dem Metallband 10 sicher verbunden wird.
Die Beschichtungsfolie 70 kann auf diese Weise bereits vorproduziert sein und entsprechend ebenfalls eine Polymermatrix umfassen, in welcher die keramischen Partikel eingebracht sind.
Um die Stabilität und Langlebigkeit der Polymerbeschichtung zu verbessern, können auch mehrere Schritte des Geschichten des Metallbandes 10 beziehungsweise Metallplatten 14 mit dem Polymer durchgeführt werden, sodass entsprechend mehrere, aufeinander aufgebrachte Schichten des Polymers mit dem Metallband verbunden werden.
In weiteren vorteilhaften Ausführungen kann das Aushärten eines Polymers auch beispielsweise durch das Bestrahlen mit ultraviolettem Licht erreicht werden.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Herstellungsstraße
10: Metallband
12: Schlaufe
14: Metallplatte
100: Kühlvorrichtung
110: Metallsubstrat
120: Reflexionsschicht
200: Beschichtung
210: Polymermatrix
220: keramischer Partikel
30: Rolle
32: Reinigungsbad
34: Rolle
36: Gegenrolle
38: Polierbad
40: Versilberungsbad
42: Rollenauftragsvorrichtung
44: Aushärtofen
46: Rollenauftragvorrichtung
48: Aushärtofen
50: Prägewalze
52: Rolle
54: Gegenrolle
56: Messer
58: Rolle
60: Rolltisch
62: Ventilator
64: Kühlrolle
66: Kühldüse
70: Beschichtungsfolie
72: Laminierwalze
A: Abwickelvorrichtung
B: Verbindungsvorrichtung
C: Reinigungsvorrichtung
D: Speichervorrichtung
E: Elektropoliturvorrichtung
F: Versilberungsvorrichtung
G: Grundierungsvorrichtung
H: Aushärtvorrichtung
I: Beschichtungsvorrichtung
J: Beschichtungsaushärtung
K: Prägevorrichtung
L: Ausgangsspeichervorrichtung
M: Trennvorrichtung
N: Aufwickelvorrichtung
A', A'': Vorbehandlung
B', B'': Beschichtung
C', C'': Aushärtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017/0248381 A1 [0005]

Claims

Kühlvorrichtung (100) zur Bereitstellung einer passiven Strahlungskühlung, umfassend ein Basissubstrat und eine auf dem Basissubstrat angeordnete, Licht bestimmter Wellenlängenbereiche absorbierende Beschichtung (200), dadurch gekennzeichnet, dass das Basissubstrat ein Metallsubstrat (110) ist.
Kühlvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsubstrat (110) ein Metallblech und/oder eine Metallplatte und/oder ein Metallband ist, wobei das Metallblech und/oder die Metallplatte und/oder das Metallband bevorzugt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung oder Eisen oder eine Eisenlegierung, bevorzugt Stahl, oder Kupfer oder eine Kupferlegierung umfasst, oder ein Aluminiumblech oder ein Blech aus einer Aluminiumlegierung oder ein Eisenblech oder ein Blech aus einer Eisenlegierung oder ein Kupferblech oder ein Blech aus einer Kupferlegierung ist.
Kühlvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Metallsubstrat (110) und der Beschichtung (200) eine Reflexionsschicht (120) angeordnet ist, wobei die Reflexionsschicht (120) eine hohe Reflektivität bevorzugt zumindest bei Wellenlängen im sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen in einem Bereich von 400nm bis 1200nm, aufweist, wobei bevorzugt eine als Verspiegelung ausgebildete Versilberung als Reflexionsschicht (120) direkt auf dem Metallsubstrat (110) zwischen dem Metallsubstrat (110) und der Beschichtung (200) angeordnet ist.
Kühlvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption der Beschichtung (200) bei Wellenlängen in einem für Infrarotstrahlung durchlässigen atmosphärischen Fenster, insbesondere bei Wellenlängen von 7µm bis 13µm, bei mindestens 60%, bevorzugt oberhalb von 80%, besonders bevorzugt oberhalb von 90%, liegt.
Kühlvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transparenz der Beschichtung (200) bei Wellenlängen im sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen in einem Bereich von 400nm bis 1200nm, bei mindestens 80%, bevorzugt oberhalb von 90% und besonders bevorzugt oberhalb von 95%, liegt.
Kühlvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (200) Partikel (220) und ein Polymer (210) oder einen Polymerprecursor umfasst, bevorzugt keramische Partikel und ein thermoplastisches oder wärmeaushärtendes Polymer, wobei die Partikel besonders bevorzugt Siliziumdioxid oder Hafniumoxid und die Polymere bevorzugt Polymethylacrylat, TPX oder Polymethacrylmethylimid umfassen, wobei ein besonders bevorzugtes Mischungsverhältnis von 1 %-15% (Gewichtsprozent) der keramischen Partikel im Polymer bevorzugt ist.
Kühlvorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (220) und das Polymer (210) oder der Polymerprecursor bei Wellenlängen im sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen von 400nm bis 1200nm, gleiche oder ähnliche Brechungsindices aufweisen und die Partikel und das Polymer oder der Polymerprecursor bei Wellenlängen im atmosphärischen Fenster, insbesondere bei Wellenlängen von 7µm bis 13µm, divergierende Brechungsindices aufweisen.
Kühlvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Beschichtung (200) eine Prägung aufweist.
Kühlvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Metallsubstrat (110) und der Reflexionsschicht (120) eine weitere Metallschicht angeordnet ist, wobei die Metallschicht Zink oder eine Zinklegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung oder Zinn oder eine Zinnlegierung umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung (100), bevorzugt zur Bereitstellung einer passiven Strahlungskühlung, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Metallsubstrats (110); - Vorbereiten des Metallsubstrats (110) für die nachfolgende Bearbeitung; - Beschichten des Metallsubstrats (110) mit einer Licht bestimmter Wellenlängenbereiche absorbierenden Beschichtung (200).
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beschichten des Metallsubstrats (110) eine Reflexionsschicht (120) auf dem Metallsubstrat (110) bereitgestellt wird und die Beschichtung (200) auf die Reflexionsschicht (120) aufgebracht wird, wobei die Reflexionsschicht (120) bevorzugt durch das Aufbringen einer Versilberung auf das Metallsubstrat (110) hergestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsubstrat (110) vor dem Beschichten in einer Reinigungsvorrichtung (C) gereinigt wird und/oder vor dem Beschichten in einer Elektropoliturvorrichtung (E) poliert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (200) mittels einer Rollenauftragvorrichtung (46) oder einer Rakelauftragvorrichtung oder einer Extrudiervorrichtung oder einer Laminiervorrichtung auf mindestens eine Seite des Metallsubstrats (110) aufgetragen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsubstrat (110) in Form eines Metallbandes (10) bereitgestellt wird, bevorzugt in Form eines Aluminiumbandes oder eines Eisenbandes oder eines Kupferbandes oder eines Bandes aus einer Aluminiumlegierung oder eines Bandes aus einer Eisenlegierung oder eines Bandes aus einer Kupferlegierung, und bevorzugt eines Verbindungsvorrichtung (B) zum Verbinden von aufeinanderfolgenden Metallbändern (10) vorgesehen ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Beschichtung (200) beschichtete Metallband (10) in einer Prägevorrichtung (K) mit einer Prägung versehen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsubstrat (110) in Form eines beschichteten Metallbandes (10) bereitgestellt wird, bevorzugt in Form einer Bandes mit einer Zinkbeschichtung oder einer Beschichtung mit einer Zinklegierung, oder mit einer Aluminiumbeschichtung oder einer Beschichtung mit einer Aluminiumlegierung, oder mit einer Zinnbeschichtung oder einer Beschichtung mit einer Zinnlegierung, oder mit einer Magnesiumbeschichtung oder einer Beschichtung mit einer Magnesiumlegierung.