DE102020109733A1

DE102020109733A1 - 3D-Vakuumisolationskörper

Info

Publication number: DE102020109733A1
Application number: DE102020109733.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Baars
Original assignee: VAKU ISOTHERM GmbH; VAKU-ISOTHERM GmbH
Current assignee: VAKU ISOTHERM GmbH; VAKU-ISOTHERM GmbH
Priority date: 2020-04-07
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2021-10-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Vakuumisolationskörpers (1), wobei der Vakuumisolationskörper (1) einen Isolationskörper (6) umfasst, der ein Schüttmaterial (14) und eine das Schüttmaterial (14) umschließende luftdichte Folie (12) umfasst, mit den folgenden Verfahrensschritten:- Einbringen des Isolationskörpers (6) in eine Umformvorrichtung (5),- Umformen des Isolationskörpers (6), so dass sich ein wannenförmiger Isolationskörper (6) ergibt, wobei vor dem Umformen, während des Umformens und/oder nach dem Umformen des Isolationskörpers (6) Luft aus dem Isolationskörper (6) gezogen wird und nach dem Schritt des Luft aus dem Isolationskörper (6) Ziehens die luftdichte Folie (12) verschlossen wird, so dass sich ein Vakuumisolationskörper (1) ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Vakuumisolationskörpers, wobei der Vakuumisolationskörper einen Isolationskörper umfasst, der ein, insbesondere in einem Vliesbeutel eingebrachtes, Schüttmaterial und eine, insbesondere den Vliesbeutel, umschließende luftdichte Folie umfasst.
Die Erfindung betrifft ferner einen Vakuumisolationskörper sowie ein Thermoisolationsgefäß oder Thermoisolationsbehälter.
Evakuierte Dämmmaterialien erreichen Wärmeleitfähigkeiten, die um einen Faktor 5 bis 20 geringer sind als die von belüfteten konventionellen Dämmstoffen. Es lassen sich damit kompakte, stark dämmende Transportbehälter für temperatursensitive Güter, stark gedämmte Kühl- und Gefriergeräte oder schlanke Dämmaufbauten im Gebäudebereich herstellen. Derartige evakuierte Dämmkörper bezeichnet man typischerweise als Vakuumisolationskörper oder auch, wenn sie in Plattenform vorliegen, als Vakuumisolationspaneele, kurz VIP. Im Rahmen dieser Erfindung werden diese Begriffe unter Vakuumisolationskörper subsumiert.
Bekannt sind beispielsweise aus DE 20 2017 004 267 U1 Vakuumisolationskörper, die eine zweidimensionale Struktur bzw. Geometrie aufweisen, also plattenförmig sind. Entsprechend sind derartige Vakuumisolationskörper bzw. Vakuumdämmplatten aus DE 10 2008 022 380 A1 bekannt.
Unter anderem bei Kühlboxen und anderen Anwendungen, bei denen es um die Dämmung eines dreidimensionalen Körpers geht, werden einzelne Platten eingesetzt, die anschließend auf Stoß aneinandergefügt werden. Dieser Stoß stellt zugleich allerdings eine Wärmebrücke dar, da die aneinandergereihten Vakuumkörper eine erhöhte Wärmeleitung über die Kanten und/oder Luftspalte aufweisen. Dies führt zu einer Verminderung der Dämmleistung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Vakuumisolationskörper zur Verfügung zu stellen, der insbesondere zur Anwendung in Thermoisolationsgefäßen oder Thermoisolationsbehältern geeignet ist und verbaut in Thermoisolationsgefäßen oder -behältern eine geringere Wärmeleitung aufweist sowie effizient hergestellt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Vakuumisolationskörpers, wobei der Vakuumisolationskörper einen Isolationskörper umfasst, der ein Schüttmaterial und eine das Schüttmaterial umschließende luftdichte Folie umfasst, mit den folgenden Verfahrensschritten:

- Einbringen des Isolationskörpers in eine Umformvorrichtung,
- Umformen des Isolationskörpers, so dass sich ein wannenförmiger Isolationskörper ergibt, wobei vor dem Umformen, während des Umformens und/oder nach dem Umformen des Isolationskörpers Luft aus dem Isolationskörper gezogen wird und nach dem Schritt des Luft aus dem Isolationskörper Ziehens die luftdichte Folie verschlossen wird, so dass sich ein Vakuumisolationskörper ergibt.

Durch Umformen des Isolationskörpers, so dass sich ein wannenförmiger Isolationskörper ergibt, ist es nicht mehr notwendig, Vakuumisolationskörper, die als Platten vorliegen, aneinander zu legen, so dass die Wärmebrücken an den Kanten wegfallen. Hierdurch ist eine sehr effiziente Möglichkeit gegeben, dreidimensionale Vakuumisolationskörper herzustellen. Hierbei kann beispielsweise ein flach vorliegender Vakuumisolationskörper oder ein noch nicht vakuummierter Isolationskörper umgeformt werden, um beim Schritt des Umformens und/oder danach durch Vakuummieren in einen Vakuumisolationskörper umgewandelt zu werden.
Der erfindungsgemäß hergestellte Vakuumisolationskörper kann auch als 3D-Vakuumisolationskörper bezeichnet werden.
Das Umformen entspricht hierbei einem Tiefziehen. Hierbei wird beispielsweise ein Stempel verwendet und ein Gegenstück zum Stempel, beispielsweise eine Umrandung, in die der Stempel eindringen kann. Beim Eindringen des Stempels in das Gegenstück besteht ein ausreichender Abstand, damit der Isolationskörper bzw. der Vakuumisolationskörper ausreichend Platz zwischen dem Stempel und dem Gegenstück zum Stempel haben. Der Stempel wird im Verfahren des Umformens, nachdem der Isolationskörper in die Umformvorrichtung eingebracht ist, auf den Isolationskörper gepresst oder gedrückt und dringt so zusammen mit einem Teil des Isolationskörpers in das Gegenstück ein. Je nach gewünschter Geometrie bzw. gewünschter Dicke des finalen Vakuumisolationskörpers ist die Geometrie des Stempels und des Gegenstücks zu gestalten.
Vorzugsweise ist das Schüttmaterial in einem Vliesbeutel eingebracht, wobei die luftdichte Folie den Vliesbeutel umschließt. Alternativ kann auch ein Vlies im Bereich einer Vakuumieröffnung der luftdichten Folie vorgesehen sein, um ein Austreten des Schüttmaterials beim Vakuummieren zu verhindern.
Vorzugsweise wird der Vakuumisolationskörper nach dem Verschließen der luftdichten Folie aus der Umformvorrichtung entnommen. Das Verschließen der luftdichten Folie kann auch vor dem Umformen geschehen, beispielsweise, wenn als Ausgangsmaterial zum Umformen ein schon fertiger Vakuumisolationskörper verwendet wird.
Das Verfahren kann vorzugsweise unter Wärmeeinwirkung geschehen, so dass vorzugsweise das Umformen des Isolationskörpers unter Wärmeeinwirkung, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 40 °C und 200 °C, insbesondere zwischen 60 °C und 150 °C, insbesondere zwischen 70 °C und 90 °C, geschieht. Eine bevorzugte Temperatur liegt bei 80 °C.
Die bevorzugte Temperatur hängt von den verwendeten Materialien ab. Insbesondere hängt dieses von dem Material der luftdichten Folie und des Schüttmaterials ab. Um den Prozess unter Wärme durchzuführen, kann der Vakuumisolationskörper oder der Isolationskörper vor dem Auflegen oder Einbringen in die Umformvorrichtung erwärmt werden. Alternativ oder ergänzend können auch der Stempel oder das Gegenstück hierzu oder der Stempel und das Gegenstück hierzu erwärmt werden. Durch diese Maßnahme kann insbesondere die den Vliesbeutel umschließende luftdichte Folie im Hinblick auf deren Dehnbarkeit unterstützt werden, so dass Beschädigungen der Folie verhindert werden.
Um die den Vliesbeutel umschließende luftdichte Folie bei dem Umformen weiter zu schonen, ist es bevorzugt, wenn die Folie im Herstellprozess des Vakuumisolationskörpers nicht eng an der Oberfläche anliegt, sondern etwas Freifläche aufweist. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die den Vliesbeutel umschließende luftdichte Folie eine Fläche aufweist, die 0,3 % bis 20 %, insbesondere 0,5 % bis 10 %, größer ist, als die Fläche des Vliesbeutels. Bevorzugt liegt der Bereich bei 0,5 % bis 3 %. Hierdurch wird erreicht, dass sich die den Vliesbeutel umschließende luftdichte Folie beim Umformen relativ zum Vlies bewegen kann, was Beschädigungen beim Umformen verhindert.
Vorzugsweise dauert der Umformprozess zwischen 1 s und 20 s, insbesondere zwischen 3 s bis 15 s. Vorzugsweise wird der hergestellte Vakuumisolationskörper für eine vorgebbare Zeit in der Umformvorrichtung gehalten, damit dieser nach dem Entnehmen aus der Umformvorrichtung die Form weitestgehend beibehält.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Vakuumisolationskörper, der vorzugsweise nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, wobei der Vakuumisolationskörper ein in eine luftdichte Folie eingebrachtes Schüttmaterial umfasst, wobei das Innere der luftdichten Folie vakuumiert ist und die luftdichte Folie luftdicht verschlossen ist, wobei der Vakuumisolationskörper in wenigstens einem Schnitt wenigstens abschnittsweise L-förmig oder U-förmig ist.
Durch den erfindungsgemäßen Vakuumisolationskörper ist es möglich, Kühlboxen bzw. Thermoisolationsgefäße oder Thermoisolationsbehälter herzustellen, die eine bessere Isolationswirkung haben.
Vorzugsweise ist das Schüttmaterial in einem Vliesbeutel eingebracht und die luftdichte Folie umschließt den Vliesbeutel.
Vorzugsweise ist der Vakuumisolationskörper wannenförmig.
Ferner vorzugsweise umfasst das Schüttmaterial Granulat, Pulver, Fasern und/oder Körner. Als Füllmaterial bzw. Schüttmaterial, das in den Vliesbeutel eingebracht wird, eignet sich beispielsweise Kieselsäure, die bevorzugt vor dem Vakuummieren getrocknet wurde. Dieses Material ist stabil und sorgt dafür, dass die hergestellte Form des Isolationskörpers stabil bleibt. Ergänzend können auch Fasern vorgesehen sein, die insbesondere die Stabilität erhöhen. Beispielsweise sind Zellulosefasern geeignet. Um die Isolationseigenschaften zu verbessern, kann ein die Wärmestrahlung (IR-Strahlung) dämpfendes Mittel, das als Verdunklungsmittel bezeichnet wird, wie Siliziumkarbid oder Eisenoxid hinzugefügt werden. Der Vliesbeutel ist luftdurchlässig und gleichzeitig staubdicht. Hierdurch ist es möglich, Luft aus dem Inneren des Vliesbeutels und aus der Umgebung des Schüttmaterials zu entfernen, wobei gleichzeitig die Form beibehalten wird und die den Vliesbeutel umschließende luftdichte Folie geschützt wird.
Vorzugsweise hat die den Vliesbeutel umschließende luftdichte Folie eine Fläche, die 0,5 % bis 20 %, insbesondere 1 % bis 10 %, größer ist, als die Fläche des Vliesbeutels.
Vorzugsweise umfasst ein Thermoisolationsgefäß oder Thermoisolationsbehälter einen erfindungsgemäßen Vakuumisolationskörper.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere“ oder „vorzugsweise“ gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Umformvorrichtung vor dem Umformen des Isolationskörpers,
2 die Umformvorrichtung aus 1 in einer Position, bei der die Umformung des Isolationskörpers stattgefunden hat,
3 einen umgeformten Vakuumisolationskörper in schematischer, dreidimensionaler Darstellung,
4 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Isolationskörper vor dem Umformen und
5 eine schematische Schnittdarstellung eines Vakuumisolationskörpers vor dem Umformen.

In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
In 1 ist schematisch in einer Schnittdarstellung eine Umformvorrichtung 5 gezeigt, die einen Stempel 2 aufweist und eine Form 3. Auf die Form 3 ist ein Vakuumisolationskörper 1 aufgelegt. Der Stempel 2 kann in Bewegungsrichtung 4 des Stempels 2 bewegt werden. Zum Umformen, beispielsweise in Form eines Tiefziehens, wird der Stempel 2 nach unten auf den Vakuumisolationskörper 1 bewegt und drückt den Vakuumisolationskörper 1 in die Form 3. Dort wird der Stempel 2 in der in 2 gezeigten Position für eine vorgebbare Zeit gehalten, beispielsweise 2 bis 10 Sekunden. Danach wird der Stempel 2 wieder entnommen und der umgeformte Vakuumisolationskörper 1 kann entnommen werden.
Es ergibt sich dann ein wannenförmiger Vakuumisolationskörper 1, der beispielsweise schematisch in 3 dargestellt ist. In 3 ist die Wanne 10 bzw. die Wannenausmuldung erkennbar. Zudem ist eine Naht 11 zu sehen, die die den Vliesbeutel 13 umschließende luftdichte Folie 12 abdichtet.
Alternativ kann auch ein noch nicht vakuummierter Isolationskörper 6 auf die Form 3 aufgelegt werden und entsprechend verformt werden, wobei während des Verformens oder danach, d.h. noch in der Form 3 liegend, Luft aus dem Isolationskörper 6 entzogen werden kann, so dass ein Vakuumisolationskörper 1 entsteht. Für diesen Fall wird dann die Naht 5 bzw. eine Vakuumieröffnung 17 verschlossen, solange der Vakuumisolationskörper 1 noch in der Form 3 liegt.
4 zeigt einen Isolationskörper 6 vor dem Vakuumieren. Es ist außen eine luftdichte Folie 12 vorgesehen. Diese luftdichte Folie 12 kann metallbeschichtet sein, beispielsweise mit Aluminium beschichtet sein, und kann als vakuumdichte Hochbarrierefolie 12 bezeichnet werden. Innerhalb dieser vakuumdichten Folie bzw. luftdichten Folie 12 ist ein Vliesbeutel 13 vorgesehen, der luftdurchlässig, allerdings staubdicht ist. Dies dient dazu, dass Schüttmaterial 14, wie vorstehend beschrieben in den Vliesbeutel 13 eingebracht, aus diesem nicht mehr austreten soll. Hierzu wird zunächst Schüttmaterial 14 in den Vliesbeutel 13 eingebracht. Dann wird der Vliesbeutel 13 an der Naht 16 verschlossen. Anschließend wird der Vliesbeutel 13 in die luftdichte Folie 12 gebracht, die schon an einer Naht 15 luftdicht verschlossen ist. Anschließend wird Luft aus dem aus der Folie 12 gebildeten Beutel an der Vakuumieröffnung 17 entnommen und die Vakuumieröffnung 17 verschlossen. Es bildet sich dann ein Vakuumisolationskörper 1, der schematisch in einer Schnittdarstellung in 5 dargestellt ist. Dort ist dann eine Naht 15' gezeigt, an der die luftdichte Folie 12 auch verschlossen ist.
Als Füllmaterial 14 eignet sich Kieselsäure (SiO₂). Es können auch Viskosefasern hinzugefügt werden, beispielsweise mit einer Dichte von 1,5 g/cm³. Diese Fasern können eine Länge von 2 mm bis 10 mm haben. Zusätzlich kann ein Verdunklungsmittel wie Siliziumkarbid Verwendung finden. Die luftdichte Folie 12 kann ein mit einem Metall beschichteter Kunststoff sein, wie Polyethylen, Polyester oder Polyamid.
Nach dem Umformen behält der Vakuumisolationskörper 1 seine Form bei. Besonders bevorzugt ist ein Füllmaterial bzw. ein Schüttmaterial 14 aus Kieselsäure, Eisenoxid und Fasern, wobei Kieselsäure ca. 2/3-Anteil aufweist und der Anteil von Eisenoxid fünf- bis zehnmal so groß ist wie der Anteil der Fasern. Vorzugsweise wird der Vliesbeutel 13 nach dem Befüllen mit dem Schüttmaterial 14 für eine vorgegebene Zeit getrocknet.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
Bezugszeichenliste

1: Vakuumisolationskörper
2: Stempel
3: Form
4: Bewegungsrichtung des Stempels
5: Umformvorrichtung
6: Isolationskörper
10: Wanne
11: Naht
12: Folie
13: Vliesbeutel
14: Schüttmaterial
15, 15': Naht
16: Naht
17: Vakuumieröffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202017004267 U1 [0004]
DE 102008022380 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Vakuumisolationskörpers (1), wobei der Vakuumisolationskörper (1) einen Isolationskörper (6) umfasst, der ein Schüttmaterial (14) und eine das Schüttmaterial (14) umschließende luftdichte Folie (12) umfasst, mit den folgenden Verfahrensschritten: - Einbringen des Isolationskörpers (6) in eine Umformvorrichtung (5), - Umformen des Isolationskörpers (6), so dass sich ein wannenförmiger Isolationskörper (6) ergibt, wobei vor dem Umformen, während des Umformens und/oder nach dem Umformen des Isolationskörpers (6) Luft aus dem Isolationskörper (6) gezogen wird und nach dem Schritt des Luft aus dem Isolationskörper (6) Ziehens die luftdichte Folie (12) verschlossen wird, so dass sich ein Vakuumisolationskörper (1) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttmaterial (14) in einem Vliesbeutel (13) eingebracht ist, wobei die luftdichte Folie (12) den Vliesbeutel (13) umschließt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumisolationskörper (1) nach dem Verschließen der luftdichten Folie (12) aus der Umformvorrichtung (5) entnommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen des Isolationskörpers (6) unter Wärmeeinwirkung, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 40 °C und 200 °C, insbesondere zwischen 60 °C und 150 °C, insbesondere zwischen 70 °C und 90 °C, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Vliesbeutel (13) umschließende luftdichte Folie (12) eine Fläche hat, die 0,5 % bis 20 %, insbesondere 1 % bis 10 %, größer ist, als die Fläche des Vliesbeutels (13).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformprozess zwischen 1 s und 20 s, insbesondere 3 s bis 15 s, dauert, wobei insbesondere nach dem Umformen der hergestellte Vakuumisolationskörper (1) für eine vorgebbare Zeit in der Umformvorrichtung (5) gehalten wird.
Vakuumisolationskörper (1), insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend ein in eine luftdichte Folie (12) eingebrachtes Schüttmaterial (14), wobei das Innere der luftdichten Folie (12) vakuumiert ist und die luftdichte Folie (12) luftdicht verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumisolationskörper (1) in wenigstens einem Schnitt wenigstens abschnittsweise L-förmig oder U-förmig ist.
Vakuumisolierkörper (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttmaterial (14) in einem Vliesbeutel (13) eingebracht ist und die luftdichte Folie (12) den Vliesbeutel (13) umschließt.
Vakuumisolationskörper (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumisolationskörper (1) wannenförmig ist.
Vakuumisolationskörper (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttmaterial (14) Granulat, Pulver, Fasern und/oder Körner umfasst.
Vakuumisolationskörper (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die den Vliesbeutel (13) umschließende luftdichte Folie (12) eine Fläche hat, die 0,3 % bis 20 %, insbesondere 0,5 % bis 10 %, größer ist, als die Fläche des Vliesbeutels (13).
Thermoisolationsgefäß oder Thermoisolationsbehälter umfassend einen Vakuumisolationskörper (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11.