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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ertüchtigung von mit Luft gefüllten Thermoscheiben oder zur Herstellung von mit Isoliergas gefüllten Thermoscheiben und eine Thermoscheibe nach dem Oberbegriff des 1. und 10. Patentanspruchs.
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Die Verwendung von Thermoscheiben, auch Mehrfachverbundscheiben oder Isolierglasscheiben genannt, ist Stand der Technik für Fenster im Wohn- und Gebäudebau. Derartige Scheiben werden etwa seit 1950 verwendet. Der Zwischenraum zwischen den Glasscheiben war zu diesem Zeitpunkt mit Luft gefüllt. Etwa ab 1995 werden zunehmend Gase verwendet, die einen geringeren Wärmeleitkoeffizienten haben als Luft. Die Wärmeverluste der Thermoscheiben können damit erheblich verringert werden. Beispiele für den Wämeleitkoeffizient verschiedener Gase zeigt folgende Tabelle.
| Gas | Wärmeleit - fähigkeit W/mh°K | Relativ zu Luft |
| Luft | 0,025 | 1 |
| Argon | 0,018 | 0,72 |
| CO2 | 0,016 | 0,64 |
| Krypton | 0,009 | 0,36 |
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Zum jetzigen Zeitpunkt sind noch sehr viele Thermoscheiben mit Luftfüllung vorhanden. Diese Thermoscheiben haben eine schlechte Isolierwirkung, die sich insbesondere im Winter bei niedrigen Außentemperaturen durch Bildung von Kondensat auf der Innenseite der Scheiben negativ auswirkt. Neben dem erheblichen Wärmeverlust führt diese Kondensatbildung auch zur Schimmelbildung mit all den damit verbundenen Problemen. Zur Verbesserung der Wärmedämmung werden diese mit Luft gefüllten Thermoscheiben nach dem Stand der Technik gegen mit Gas gefüllte Thermoscheiben ausgetauscht. Die mit Luft gefüllten Scheiben werden anschließend vernichtet. Diese Verfahrensweise ist mit einem hohen Anfall von Altglas verbunden und verursacht hohe Kosten. Die alten Thermoscheiben sind noch voll funktionsfähig, erfüllen jedoch nicht die gegenwärtigen erhöhten Forderungen bezüglich der thermischen Isolierwirkung.
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In der Druckschrift
DE 20 2009 006 250 U1 (1) wird die Verwendung von CO
2 als Füllgas beschrieben. Damit soll ein Dreischeiben-Isolierglas zur Verfügung gestellt werden, das einerseits ein hohes Isolationsvermögen mit einem Wärmedurchgangskoeffizienten U von weniger als 1,0 W/m2K und eine möglichst geringe Dicke besitzt. Dazu sind die Abstandhalter als Hohlprofil aus Kunststoff und Metall ausgebildet und dass das Hohlprofil mit reinem 3A-Molekularsieb-Trockenmittel gefüllt, Der Raum zwischen zwei Glasscheiben wird mit einer Gasfüllung mit einem Gehalt von wenigstens 90 % Kohlendioxid befüllt.
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Aus der Druckschrift
DE 20 2012 101 820 U1 (2) ist ein Nachfüllset für Isolierglasfenster bekannt, womit der Fenster-Zwischenraum zwischen Aussen- und Innenscheibe mit einem Edelgas in Form von Argon befüllt wird. Beschrieben werden die notwendigen technischen Mittel zur Einfüllung des Gases.
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Ein Verfahren zur Instandsetzung von Alt-Isolierverglasungen, bei denen der Luftzwischenraum zwischen zwei von einem Abstandshalter im Abstand gehaltenen Glasscheiben mit einem speziell aufbereiteten Gas oder Gas-Luftgemisch gefüllt ist, wird in
DE 28 22 413 A1 (3) beschrieben. Dabei durchbohrt man den Abstandshalter oder den Randbereich einer der beiden Glasscheiben, entlüftet den Luftzwischenraum durch die Bohrung und befüllt danach mit frischem Gas oder Gas-Luftgemisch und verschließt die Bohrungsöffnung hermetisch. Welches Gas oder Gas-Luftgemisch verwendet wird, ist nicht offenbart.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Ertüchtigung von mit Luft gefüllten Thermoscheiben oder zur Herstellung von mit Isoliergas gefüllten Thermoscheiben und eine Thermoscheibe zu entwickeln, welches die Isolierwirkung älterer, bereits eingebauter Thermoscheiben, die beispielsweise mit Luft gefüllt sind, erhöht und mittels Gasaustausch auf das Niveau der Isolierwirkung von modernen gasgefüllten bzw. edelgasbefüllten Thermoscheiben bringt, ohne dass die bereits eingebauten Scheiben ersetzt werden müssen, wobei die Thermoscheibe eine gute Isolierwirkung aufweist.
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Es besteht somit das Bedürfnis nach weiterer Nutzung von mit Luft gefüllten Thermoscheiben durch Erhöhung der Isolierwirkung, ohne dass die Produktion neuer Thermoscheiben und die Vernichtung der alten Thermoscheiben notwendig sind.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass verfahrensgemäß zur Ertüchtigung von mit Luft gefüllten Thermoscheiben durch Austausch des zwischen den Scheiben vorhandenen Fluids gegen ein Isoliergas oder zur Herstellung von mit Isoliergas gefüllten Thermoscheiben, wobei die Thermoscheibe im Wesentlichen aus wenigstens zwei durch einen Abstandshalter mit einem Zwischenraum beabstandeten Glasscheiben besteht und mindestens zwei Bohrungen/Durchbrüche von außen zum Zwischenraum führen, wobei die Durchbrüche in den Abstandshalter und/oder in wenigstens eine Glasscheibe eingebracht sind und durch wenigstens eine erste Bohrung Isoliergas in den Zwischenraum der Thermoscheibe eingebracht wird und das vorher in dem Zwischenraum zwischen den Scheiben vorhandene Fluid (z. B. Luft) durch mindestens eine zweite Bohrung ausströmt und die Bohrungen nach dem Befüllen des Zwischenraums der Scheiben mit Isoliergas verschlossen werden.
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Der Austausch des zwischen den Scheiben befindlichen Fluids (z. B. Luft) gegen Isoliergas erfolgt bevorzugt in zwei Schritten, wobei
- - in einem ersten Schritt der Zwischenraum zwischen den Scheiben mit CO2 gespült wird wobei die CO2-Menge ein Mehrfaches des Volumens des Zwischenraumes beträgt und das Fluid (z. B. Luft) durch das CO2 verdrängt wird und
- - in einem zweiten Schritt die Einfüllung des Isoliergases in Form eines Edelgases erfolgt.
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Mit diesem Verfahren wird eine preisgünstige Möglichkeit zur Füllung eines „Altfensters“, welches wenigstens zwei voneinander beabstandete Fensterscheiben aufweist, mit wärmeisilierendem Gas bereitgestellt.
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Eine weitere erfindungsgemäße Variante besteht darin, bei der Neuproduktion von Thermofenstern in diesem zweistufigen Verfahren die zwischen den Scheiben vorhandene Luft (das Fluid) zuerst durch preisgünstiges CO2 zu verdrängen und anschließend das preisintensive Edelgas einzufüllen.
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Vorteilhafter Weise wird beim Spülen des Zwischenraums zwischen den Scheiben mit CO2 die Luft zu mehr als 90 % verdrängt und erst danach Edelgas eingefüllt.
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Zum „Spülen“ des Scheibenzwischenraums mit CO2 beträgt die CO2-Menge insbesondere ein Mehrfaches des Volumens des Zwischenraumes zwischen den Scheiben, um zu gewährleisten, dass möglichst wenig „Restluft“ oder keine Luft mehr zwischen den Scheiben vorhanden ist.
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Dabei sollte die zum Spülen des Zwischenraums verwendete CO2-Menge bevorzugt das 2- bis 5-fache des Volumens des Zwischenraumes zwischen den Scheiben betragen.
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Vorteilhafter Weise sollte eine Mengenmessung der in den Zwischenraum eingeleiteten Gasmenge an Isoliergas und/oder CO2 erfolgen.
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Die sich einstellende Gaskonzentration des Isoliergases und/oder des CO2 und/oder die Konzentration an Restluft im Zwischenraum zwischen zwei Glasscheiben wird insbesondere unter Annahme einer Bedingung eines idealen diskontinuierlichen Rührkessels berechnet. Diese Berechnungsmethode ergibt den theoretisch höchsten Bedarf an Spülgas, womit die sich einstellende Restluftmenge in der Praxis mit Sicherheit unterschritten wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Einfüllung des Isoliergases / Edelgases nach dem Einfüllen des CO2 in einer Menge, die über dem Volumen des Zwischenraumes liegt.
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Vorteilhafter Weise wird als Isoliergas / Edelgas Argon oder Krypton oder ein Gemisch aus diesen in den Zwischenraum zweier Glasscheiben gefüllt.
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Die Thermoscheibe, welche im Wesentlichen aus wenigstens zwei durch einen Abstandshalter mit einem Zwischenraum beabstandeten Glasscheiben besteht, weist erfindungsgemäß in dem Zwischenraum zwischen den Scheiben eine Gasfüllung aus Edelgas und CO2 auf.
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Diese Gasfüllung ist sehr preiswert herstellbar und kann für die Fertigung neuer Thermofenster verwendet werden oder kann auch als Gasfüllung bei der Ertüchtigung / Neufüllung von „alten Thermofenstern“ eingesetzt werden.
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Die Gasfüllung besteht dabei erstmalig aus 85 % bis 95 % Edelgas (Argon oder Krypton oder einem Gemisch aus diesen) und aus 15 % bis 5 % CO2.
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Erfindungsgemäß wird somit ein Austausch des zwischen den Scheiben befindlichen Fluids (z. B. Luft) durch ein Gas mit höherer Isolierwirkung durchgeführt.
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Dazu werden an den Isolierglasscheiben mindestens 2 Bohrungen angebracht, in eine Bohrung wird das Isoliergas eingeleitet, durch die 2. Bohrung strömt die sich zwischen den Scheiben befindliche Luft ins Freie. Die Bohrungen können entweder in die Glasscheiben oder in den Rahmen (Abstandshalter) zwischen den Glasscheiben eingebracht werden. Sinnvoll ist es, die Bohrungen diametral gegenüberliegend anzuordnen. Nach dem Gasaustausch sind die Bohrungen wieder gasdicht zu verschließen.
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Die erfindungsgemäße Durchführung des Verfahrens und die Vorrichtung werden an Hand eines Ausführungsbeispiels (1) näher erläutert:
- Die Insolierglasscheibe 1 besteht aus zwei Einzelscheiben 2.1, 2.2, die durch einen Zwischenraum 2.3 voneinander beabstandet sind. Auf die Darstellung der bekannten umfangsseitigen Dichtung und den/die Abstandshalter wurde verzichtet.
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An der hier in der Ansicht vorderen Einzelscheibe 2.1 ist in einer unteren Ecke wurde ein erster Durchbruch 3 und in einer oberen Ecke ein zweiter Durchbruch 4 eingebracht. Alternativ können die Bohrungen (Durchbrüche 3, 4) auch in die andere Einzelscheibe 2.2 oder in den Abstandshalter und eine der Glasscheiben 2.1, 2.2 bzw. in jede Glasscheibe 2.1, 2.2 ein Durchbruch 3, 4 eingebracht sein.
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Der untere Durchbruch 3 dient zur Gaszuführung in den Zwischenraum 2.3 und der obere Durchbruch 4 zum Ausströmen des Gases.
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Aus einem ersten Gasspeicher 5 (z. B. einem Druckbehälter) wird CO2 und aus einem zweiten Gasspeicher 6 (z. B. einem Druckbehälter) das Isoliergas entnommen.
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Der Gasspeicher 5 (bevorzugt für CO2) weist ein Absperrventil 5.1 auf und ist über eine Leitung L1 über eine Druckreduzierung 5.2 und ein Dosierventil 5.3 mit einer Messeinrichtung 7 für Gas verbunden.
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Der Gasspeicher 6 (bevorzugt für Isoliergas wie Edelgase Argon oder Krypton oder eine Mischung daraus) weist ebenfalls ein Absperrventil 6.1 auf und ist über eine Druckreduzierung 6.2 und ein Dosierventil 6.3 über eine Leitung L2 ebenfalls mit der Messeinrichtung 7 verbunden.
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Von der Messeinrichtung 7 führt eine Leitung L3 zu dem unteren Durchbruch 3.
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Aus dem ersten Druckbehälter 5 wird nach Öffnung des Ventils 5.1 und nach Druckreduzierung über die Druckreduzierung 5.2 (ein Druckreduzierungsventil) und vorzugsweise über die Messeinrichtung 7 (bevorzugt ein Mengenmessgerät) mittels eines Schlauches (Leitungen L1 und L3) und eines nicht dargestellten Mundstückes durch die untere Bohrung 3 CO2 in den Zwischenraum 2.3 der Thermoscheibe 1 eingeleitet. Dadurch wird die zwischen den Scheiben 2.1, 2.2 befindliche Luft verdrängt - diese strömt über die obere Bohrung / den Durchbruch 4 aus und der Zwischenraum 2.3 mit CO2 gefüllt.
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Danach wird der Gasspeicher 5 mittels des Absperrventils 5.1 geschlossen und der Gasspeicher 6 mittels des Absperrventils 6.1 geöffnet. Das darin enthaltene Isoliergas strömt nun über die Druckreduzierung 6.2 (ein Druckreduzierungsventil) über das Mengenmessgerät 7 über die Leitungen L2 und L3 und ein nicht dargestelltes Mundstück über den unteren Durchbruch 3 in den Zwischenraum 2.3 zwischen den Scheiben 2.1 und 2.2 und verdrängt das CO2 vollständig oder zumindest teilweise. Als Isoliergas werden die handelsüblichen Edelgase Argon oder Krypton oder eine Mischung aus diesen verwendet.
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Anstelle der Mengenmessung vor der Eintrittsöffnung 3 mittels der Messeinrichtung 7 oder zusätzlich kann gemäß einer nicht dargestellten Variante eine Messung der Konzentration des aus der Austrittsöffnung austretenden Gasen erfolgen.
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Nach dem Befüllen des Zwischenraums mit Isoliergas werden die untere und die obere Bohrung bzw. die Durchbrüche gasdicht verschlossen, z. B. mittels gasdichter nicht dargestellter Verschlussstopfen.
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Vorgeschrieben für Thermoscheiben ist eine Verminderung des Luftgehaltes auf weniger als 10 %. Unter industriellen Bedingungen ist dies sicher zu erreichen. Das Verfahren wird jedoch unter handwerklichen Bedingungen, eventuell in einer Wohnung oder in einem Handwerksbetrieb durchgeführt. Um sicher eine Verminderung des Luftgehaltes auf unter 10 % zu erreichen wäre infolge auftretender Vermischungen von Luft und Isoliergas ein Vielfaches an Isoliergas notwendig, bezogen auf das Volumen des Raumes zwischen den Glasscheiben. Dies führt zu einem hohen Verbrauch an teuren Isoliergasen, wenn nur Isoliergas verwendet würde.
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Durch das erfindungsgemäße vorherige Einbringen von CO2 wird der Verbrauch an Isoliergasen vermindert und deshalb in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Zwischenraum zwischen den Glasscheiben zunächst mit preiswertem CO2 gespült.
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Die Konzentration an Luft im Zwischenraum kann durch analytische Untersuchung der Konzentration des austretenden Gases bestimmt werden. Diese Methode wird in
DE 20 2012 101 820 U1 beschrieben, sie erweist sich jedoch als ungeeignet da Analysengeräte eine nicht zu vernachlässigende Verzögerung in der Anzeige des Messwertes aufweisen und in der Handhabung unter Handwerksbedingungen nicht unproblematisch sind.
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Einfacher ist die Mengenmessung der in den Zwischenraum eingeleiteten Gasmenge an CO2. CO2 und Luft vermischen sich im Zwischenraum.
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Die sich einstellende Gaskonzentration an Isoliergas und/oder CO2 an bzw. die Konzentration an Restluft kann unter Annahme der Bedingungen des idealen diskontinuierlichen Rührkessels berechnet werden.
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Diese Berechnungsmethode ergibt den theoretisch höchsten Bedarf an Spülgas (CO2), womit die sich einstellende Restluftmenge in der Praxis mit Sicherheit unterschritten wird.
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Eine Berechnung nach der Methode des Strömungsrohres würde eine zu kleine Gasmenge ergeben, da diese Methode die Vermischung von Luft und Gas im Zwischenraum nicht berücksichtigt.
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Die Berechnungsergebnisse zeigt das folgende Diagramm:
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Wie das Diagramm zeigt, ist eine CO2-Gasmenge als Spülgas von etwa dem 2,5-fachen des Volumens des Zwischenraumes notwendig um mit Sicherheit einen Gehalt an Restluft von weniger als 10 % zu erreichen.
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Anschließend erfolgt die Einfüllung des Isoliergases in Form der Edelgase Argon oder Krypton oder eine Mischung daraus. Da die Luft bereits weitgehend durch CO2 verdrängt wurde, reicht jetzt ein geringer Überschuss von 10 % - 50 % an Isoliergasen bezogen auf das Volumen des Zwischenraumes zwischen den Glasscheiben.
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CO2 hat eine etwas niedrigere Wärmeleitfähigkeit als Argon und wird auch als Füllgas für Thermoscheiben beschrieben. Ein Restgehalt an CO2 wirkt sich somit nicht negativ auf die Isolierwirkung aus.
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Nach Einfüllung des CO2 und des Edelgases oder auch nur des Edelgases werden die Bohrungen verschlossen.
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In einer Abwandlung des beschriebenen Verfahrens können die Bohrungen auch unten und oben in zumindest eine der Glasscheiben eingebracht werden. Dies ist eventuell notwendig, wenn der Ausbau der Thermoscheiben nicht möglich ist. Die erhöhte Bruchgefahr der Glasscheiben ist zu beachten.
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Eine weitere Verfahrensvariante besteht darin, dass dieses für die Herstellung neuer Thermoscheiben verwendet wird. Auch bei der Produktion von mit Isoliergas gefüllten Thermoscheiben befindet sich auch zunächst Luft zwischen den Glasscheiben, die dann durch Isoliergas/Edelgas ersetzt wird.
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Bei der Herstellung von mit Isoliergas gefüllten Thermoscheiben befindet sich auch zunächst Luft zwischen den Glasscheiben, die dann durch Isoliergas ersetzt wird. Bei der Forderung nach einer Gasfüllung von mindestens 90 % sind Verluste an Isoliergas unvermeidlich. Auch dabei kann die Spülung des Zwischenraumes der Thermoscheiben mit CO2 als erstem Schritt vor der Einfüllung des Isoliergases eine Einsparung von Isoliergas bewirken.
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Bei der Forderung nach einer Gasfüllung von mindestens 90 % sind Verluste an Isoliergas unvermeidlich. Auch dabei kann die vorherige Spülung des Zwischenraumes der Thermoscheiben mit CO2 als erstem Schritt vor der Einfüllung des Isoliergases eine signifikante Einsparung von Isoliergas bewirken, ohne die Wärmedämmung der Thermoscheiben negativ zu beeinflussen.
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Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lösung kurz zusammengefasst:
- • Es werden zum Befüllen von alten Thermoscheiben 2 Bohrungen im Falz, dort wo die Scheiben zusammengeklebt sind, eingebracht,
- • Verdrängen der Luft mittels CO2 im Überschuss. Die Luft muss zu mehr als 90 % verdrängt werden. Dazu ist ca. das 3-fache des Volumens des Zwischenraumes zwischen den Scheiben notwendig. Dazu wird bevorzugt vor dem Einfüllen des Edelgases der Zwischenraum zwischen den Scheiben mit CO2 gespült, dieses hat eine bessere Isolierwirkung als Argon und ist billig.
- • Abschließend einfüllen von Isoliergas in Form von Argon oder Krypton. Die Gasmenge wird auf das Volumen zwischen den Scheiben berechnet. Damit hat man dann eine Gasfüllung zwischen den Scheiben, die aus Argon oder Krypton besteht mit Beimengungen aus CO2.
- • Wesentlich ist die möglichst vollständige Verdrängung der Luft.
- • Zum Schluss werden die Bohrungen/Durchbrüche verschlossen.
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Vorteile des Verfahrens:
- • Weitere Nutzung der „alten“ Isolierglasscheiben bei besserer Wärmedämmung.
- • Keine Vernichtung der „alten“ Thermoscheiben.
- • Erhöhung des Dämmwertes auf die Anforderungen der ENV (Erneuerbare Energien_Verordnung), ist ab 2016 vorgeschrieben.
- • Erhebliche Einsparung an Heizenergie.
- • Preiswerte Variante gegenüber dem Einbau neuer Scheiben und Vernichtung der alten (aber nicht kaputten) Scheiben.
- • Bei der Neuproduktion von Thermoscheiben kann die Menge an teurem Edelgas durch vorheriges Spülen mit CO2 reduziert und dadurch die Herstellungskosten verringert werden.
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Die verfahrensgemäß ertüchtigten „alt“-Thermoscheiben weisen nun einen erheblich höheren Dämmwert auf, als vorher (wo sie noch mit Luft gefüllt waren). Die Erfindung stellt damit ein preiswertes Verfahren zur Erhöhung des Dämmwertes alter Thermoscheiben dar, ohne das die Thermoscheiben komplett ausgetauscht werden müssen, wie es derzeitig meist der Fall ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009006250 U1 [0004]
- DE 202012101820 U1 [0005, 0038]
- DE 2822413 A1 [0006]
