DE19834379A1 - Wandelement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine wärme- und schallisolierendes Wandelement 1 mit vielseitigen Einsatzmöglichkeiten. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß Außenplatten 2, 3 vorgesehen sind, die mittels Verbindungselemente 4 verbunden und voneinander beabstandet sind, wobei die Vrbindungselemente an einer Mehrzahl von über die Innenflächen der Außenplatten verteilten Verbindungsstellen angeordnet sind und die Verbindungselemente so ausgebildet sind, daß Wärmeleitpfade oder Wärme- und Körperschalleitpfade, die über die Verbindungselemente verlaufen, mindestens doppelt so groß sind wie der Abstand A zwischen den Innenflächen der Außenplatten 2, 3.

Description

Die Erfindung betrifft ein wärme- und schallisolierendes Wandelement mit vielseitigen Einsatzmöglichkeiten.

Aus dem Stand der Technik sind evakuierte Wandelemente mit wärmeiso­ lierenden Eigenschaften bekannt, bei denen zwischen zwei parallelen Au­ ßenplatten ein fester Füllstoff mit geringem Wärmeleitvermögen vorgese­ hen ist.

Da das Wärmeleitvermögen von Feststoffen relativ groß ist, kann bei klei­ nen Wandstärken nur eine mäßige Isolationswirkung erzielt werden. Die Isolationswirkung kann wesentlich verbessert werden, wenn der Raum zwischen den Außenplatten evakuiert ist und kein Füllstoff eingesetzt wird. Das setzt jedoch voraus, daß durch geeignete konstruktive Maßnahmen ein Zusammenpressen der Außenplatten durch den äußeren Luftdruck vermieden wird. Es ist bekannt, Stützrippen, Stege o. ä. aus schlecht wärmeleitenden Materialien dazwischenzusetzen und zusätzlich Maßnah­ men gegen die Wärmeübertragung durch Strahlung vorzusehen.

Die DE 37 05 613 zeigt eine herkömmliche thermische Isoliereinrichtung auf, bestehend aus thermisch isolierendem Material mit gasundurchlässi­ gen Zwischenschichten, wobei die Zwischenschichten so aufgebaut sind, daß sie aneinandergereiht eine Wabenstruktur ergeben und die einzelnen Zellen der Wabenstruktur durch Öffnungswege so verbunden sind, daß kurze Evakuierungswege entstehen und eine Konvektion in senkrechter Richtung verhindert wird.

Diese Anordnung weist eine durchschnittliche thermische Isolation und ei­ ne schlechte Schallisolation auf.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Wandelement mit verbesserten Isola­ tionseigenschaften bezüglich Wärme und Schall bereitzustellen.

Die Aufgabe wird mit Wandelementen gemäß Patentanspruch 1 und 2 ge­ löst.

Gemäß Anspruch 1 wird ein evakuiertes Wandelement mit Außenplatten bereitgestellt, die mittels Verbindungselemente verbunden und voneinander beabstandet sind, wobei

• - die Verbindungselemente an einer Mehrzahl von über die Innenflächen der Außenplatten verteilten Verbindungsstellen angeordnet sind und
• - die Verbindungselemente so ausgebildet sind, daß Wärmeleitpfade oder Wärme- und Körperschalleitpfade, die über die Verbindungselemente ver­ laufen, mindestens doppelt so groß sind wie der Abstand zwischen den Innenflächen der Außenplatten.

Der Hauptvorteil der Erfindung nach Anspruch 1 besteht darin, daß durch das Vakuum eine sehr hohe Isolationswirkung erzielt wird. Die Außenwän­ de müssen so dimensioniert werden, daß der äußere Luftdruck die Wandabschnitte zwischen den Stützstellen nicht unzulässig deformiert. Auf Grund der sehr langen Wärmeleitpfade wird der hohe Isolationsgrad des Vakuums nicht durch eine unzulässig hohe Wärmeleitung zwischen den Platten reduziert. Da sich im Vakuum Schall nicht ausbreiten kann und der Körperschall lediglich über die langen Wärmeleitpfade übertragen wird, weist der Gegenstand nach Anspruch 1 gleichzeitig gute Schallisolati­ onseigenschaften auf.

Gemäß Anspruch 2 wird ein gasgefülltes Wandelement mit Außenplatten bereitgestellt, die mittels Verbindungselemente verbunden und voneinander beabstandet sind, wobei

• - die Verbindungselemente an einer Mehrzahl von über die Innenflächen der Außenplatten verteilten Verbindungsstellen angeordnet sind,
• - die Verbindungselemente so ausgebildet sind, daß Wärmeleitpfade oder Wärmeleit- und Körperschalleitpfade, die über die Verbindungselemente verlaufen, mindestens doppelt so groß sind wie der Abstand zwischen den Innenflächen der Außenplatten und
• - zwischen den Außenplatten Vorrichtungen zur Dämmung der Übertra­ gung des Raumschalls von der Außenplatte 1 zur Außenplatte 2 vorgese­ hen sind.

Der Hauptvorteil der Erfindung nach Anspruch 2 besteht darin, daß durch die langen Körperschalleitpfade eine gute Schallisolation erzielt wird.

Gemäß Anspruch 3 weisen die Wärmeleitpfade eine geringes spezifisches Wärmeleitvermögen auf, wodurch die Isolationswirkung weiter verbessert wird.

Gemäß Anspruch 4 weisen Wandelemente nach Anspruch 2 Verbindungse­ lemente auf, die strömungstechnisch so ausgebildet sind, um eine Gas­ konvektion weitgehend zu verhindern. Dadurch wird die Wärmeisolati­ onswirkung ebenfalls verbessert.

Gemäß Anspruch 5 sind die Wärmeleitpfade mindestens dreimal so groß wie der Abstand zwischen den Außenplatten, was eine besonders hohe Wärme- und Schallisolation bewirkt.

Gemäß Anspruch 6 sind die auf Zug belasteten Abschnitte oder Elemente im Querschnitt besonders dünn ausgebildet, wodurch die Wärme- und Schallisolation des Wandelements weiter verbessert wird.

Nach Anspruch 7 bilden stabförmige Verbindungselemente eine Verbund­ konstruktion mit besonders langen Wärmeleitpfaden aus. Das Wesen die­ ser Konstruktion besteht darin, daß die als Verbindungselemente vorgese­ henen Stäbe so ausgebildet bzw. geformt sind, daß die Stäbe nicht auf dem kürzesten Weg von Außenplatte zu Außenplatte verlaufen, sondern mehrfach abgewinkelt sind. Die Verbundkonstruktion muß so gestaltet sein, daß senkrecht zu den Außenplatten angreifende Druckkräfte sicher aufgenommen werden, so daß Kippmomente vermieden und die Stäbe nicht verbogen oder deformiert werden. Eine nähere Beschreibung erfolgt in den Ausführungsbeispielen.

Nach Anspruch 8 besteht das Wandelement aus einer Mehrzahl von inein­ ander gestapelten Blechen aus Werkstoffen zweckentsprechender Festig­ keit, über deren Fläche winklige oder hohle, kegelförmige Ausbildungen verteilt sind. Die Flanken der Winkel bzw. der Kegel weisen innerhalb eines Bleches einen gleichen Winkel auf. Das aufgelegte bzw. aufsitzende Blech weist einen größeren Winkel auf, so daß sich die Bleche nur an ihren Py­ ramidenspitzen berühren. Dieser Aufbau wird je nach Erfordernis mehrfach wiederholt. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Bleche mit diesen Ausbildungen technologisch leicht herstellbar sind und sich leicht übereinander stapeln lassen. Als Material können auch Kunststoffe oder Verbundwerkstoffe eingesetzt werden.

Anhand von Ausführungsbeispielen mit beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung naher erläutert.

Fig. 1a und 1b zeigen eine erste Prinzipdarstellung der Erfindung im Vergleich zu der

Fig. 1c, die den Stand der Technik zeigt.

Fig. 2 zeigt eine zweite Prinzipdarstellung der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine dritte Prinzipdarstellung der Erfindung.

Die Fig. 1a zeigt eine erste Prinzipdarstellung eines Wandelements 1 mit den Außenplatten 2 und 3, zwischen denen Verbindungsstege 4 angeord­ net sind. Diese Verbindungsstege sind in diesem Fall ca. dreimal so lang wie der Abstand A zwischen den Innenseiten der Außenplatten 2 und 3. Die Fig. 1b zeigt zur Veranschaulichung eine zweite Prinzipdarstellung ei­ nes Wandelements 1 mit den Außenplatten 2 und 3, zwischen denen Ver­ bindungsstege 4 angeordnet sind. Diese Verbindungsstege sind in diesem Fall ca. 7mal so lang wie der Abstand A zwischen den Außenplatten 2 und 3.

Die Fig. 1c zeigt zur Veranschaulichung ein herkömmliches Wandelement, dessen Verbindungsstege 4 ebenso lang sind wie der Abstand A zwischen den Außenplatten 2 und 3.

Wenn eine Temperaturdifferenz zwischen den Außenplatten 2 und 3 vor­ liegt, entsteht die Tendenz des Temperaturausgleichs. Die Wärme kann durch Wärmeleitung oder/und durch Konvektion oder/und durch Strahlung übertragen werden. Bei den nachfolgenden Betrachtungen wird vorausge­ setzt, daß die Wärmeübertragung durch Strahlung durch geeignete, dem Fachmann bekannte Maßnahmen, begrenzt wird.

Wenn ein herkömmliches Wandelement nach Fig. 1c evakuiert ist, kann ein Temperaturausgleich lediglich durch Wärmeleitung über die Stege 4 erfol­ gen. Je geringer das Wärmeleitvermögen dieser Stege ist, um so kleiner kann der Abstand A sein. Das Wärmeleitvermögen der Stege ist vom Querschnitt und von der spezifischen Wärmeleitung des Materials und von der Länge der Stege abhängig. Da die spezifische Wärmeleitung des Mate­ rials und der Querschnitt nur innerhalb vorgegebener Grenzen geändert werden können und die Steglänge dem Abstand A entspricht, kann mit ei­ ner herkömmlichen Lösung nach Fig. 1c keine Steigerung der Isolations­ wirkung erzielt werden.

Wenn jedoch die Steglänge, d. h. der Wärmeleitpfad, wesentlich größer als A ist, verbessert sich die Isolationswirkung wesentlich, d. h. der Abstand A kann bei gleich guter Isolationswirkung wesentlich kleiner sein.

Dem Fachmann ist klar, daß die in Fig. 1a und 1b dargestellten Konstruk­ tionen der Verbindungsstege ungünstige mechanische Eigenschaften auf­ weisen und nicht geeignet sind, eine ausreichende mechanische Festigkeit des Wandelements zu gewährleisten. Aus dieser Abbildung, die den Kern der Erfindung zeichnerisch offenbart, kann aber der Fachmann das erfin­ derische Prinzip entnehmen und in Verbindung mit den nachfolgenden Ausführungsbeispielen auch weitere, nicht explizit dargestellte Konstruk­ tionen entnehmen, ohne erfinderisch tätig zu werden.

Die Fig. 2 zeigt eine Verbundkonstruktion mit besonders langen Wärme­ leitpfaden. Die Bezugszeichen 2 und 3 bezeichnen jeweils die untere und die obere Außenplatte des Wandelements. Zwei Stützelemente 5, 6 stehen senkrecht auf der Außenplatte 2. Von den oberen Endabschnitte der Stüt­ zelemente 5, 6 erstrecken sich jeweils zwei Paar Zugelemente 7, 8 und 9, 10 schräg nach unten, deren untere Endabschnitte mit einem pyramiden­ förmigen Zwischenstück 11 verbunden sind. Das Zwischenstück 11 be­ steht aus 4 Stäben, die die Seitenkanten 4a, 4b, 4c und 4d einer Pyramide bilden, über deren Spitze 4e zwei weitere Zugelemente 12 und 13 abge­ spannt sind, die ein V-förmiges Element 14 mit zwei Schenkeln 15 und 16 tragen, dessen Spitze mit der Außenplatte 3 in Kontakt ist. Zur mechani­ schen Stabilisierung sind die Stützelemente 5, 6 an ihren Endabschnitten mit einem Verbindungselement 17 verbunden, das parallel zu den Außen­ platten 2 und 3 verläuft.

Ohne nähere Erläuterung ist zu erkennen, daß der Wärmeleitpfad 5, 6 über 7, 8, 9, 10 über 11 über 12, 13 und über 15, 16 verläuft und wesentlich länger ist als der Abstand zwischen den Außenplatten 2 und 3. Es ist dem Fachmann weiterhin klar, daß diese Struktur eine symmetrische Kraftvertei­ lung aufweist, so daß senkrechte Kräfte F aufgenommen und gleichmäßig verteilt werden. Diese Stab-Zug-Konstruktion kann in verschiedenen Vari­ anten ausgeführt sein, wobei das Grundprinzip gleich bleibt.

Es ist besonders erwähnenswert, daß die auf Zug belasteten Elemente oder Abschnitte, die sich gemäß dem Erfindungsgedanken prinzipiell mit den auf Druck belasteten Stützelementen oder Abschnitten abwechseln, wesentliche Vorteile für die Wärme- und Schallisolation bewirken. Die Zug­ elemente oder Zugabschnitte nehmen lediglich Zugkräfte auf und brauchen im Gegensatz zu den druckaufnehmenden Stützelementen nicht auf Knick­ festigkeit ausgelegt zu sein. Daher können die Zugelemente sehr dünn di­ mensioniert werden, wodurch sie eine schlechte Wärme- und auch Schal­ leiteigenschaft aufweisen.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Zwischen den Außenplatten 2 und 3 sind zwei unterschiedliche Typen von spitz­ winkligen Profilblechen 18 bis 25 abwechselnd ineinandergelegt, deren einzelne Abschnitte wechselseitig auf Zug und Druck beansprucht werden. Wie ersichtlich, weisen die Profile jeweils unterschiedliche Abmessungen und Winkel auf, wobei die Gestalt der Profile so ausgelegt ist, daß sich die Profilbleche wechselweise jeweils nur an ihren inneren und äußeren Spit­ zen berühren. Wie in der Beschreibung der Fig. 2 bereits erläutert, werden auch hier sehr lange Wärmeleitpfade erzeugt, wie aus der Zeichnung ohne zusätzliche Erläuterungen entnehmbar ist. Diese Ausführungsform läßt sich technologisch besonders leicht und kostengünstig herstellen, wobei die auf Zug beanspruchten Abschnitte wiederum dünn, z. B. als Membran, aus­ gebildet sein können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß diese Ausfüh­ rungsform im makroskopischen als auch im mikroskopischen Bereich ein­ gesetzt werden kann. Die makroskopische Ausführung ist z. B. in der Fig. 3 im Maßstab 1 : 1 abgebildet. Eine mikroskopische Ausführung kann z. B. 10 . . . 20mal oder noch kleiner sein.

Anstelle der Winkelprofile können auch Bleche oder harte Folien mit tiefge­ zogenen Pyramiden beliebiger Form verwendet werden.

Es ist darauf zu verweisen, daß die genannten Ausführungsformen nur zur Erläuterung der Erfindung dienen und diese nicht beschränken.

Claims (8)

1. Evakuiertes Wandelement (1) mit Außenplatten (2, 3), die mittels Ver­ bindungselemente (4) verbunden und voneinander beabstandet sind, wobei

• - die Verbindungselemente an einer Mehrzahl von über die Innenflächen der Außenplatten verteilten Verbindungsstellen angeordnet sind und
• - die Verbindungselemente so ausgebildet sind, daß Wärmeleitpfade oder Wärme- und Körperschalleitpfade, die über die Verbindungselemente ver­ laufen, mindestens doppelt so groß sind wie der Abstand (A) zwischen den Innenflächen der Außenplatten (2, 3).

2. Gasgefülltes Wandelement mit Außenplatten (2, 3), die mittels Verbin­ dungselemente (4) verbunden und voneinander beabstandet sind, wobei

• - die Verbindungselemente an einer Mehrzahl von über die Innenflächen der Außenplatten verteilten Verbindungsstellen angeordnet sind,
• - die Verbindungselemente so ausgebildet sind, daß Wärmeleitpfade oder Wärme- und Körperschalleitpfade, die über die Verbindungselemente ver­ laufen, mindestens doppelt so groß sind wie der Abstand zwischen den Innenflächen der Außenplatten (2, 3) und
• - zwischen den Außenplatten (2, 3) Vorrichtungen zur Dämmung der Über­ tragung des Raumschalls von der Außenplatte (2) zu der Außenplatte (3) vorgesehen sind.

3. Wandelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitpfade ein geringes spezifisches Wärmeleitvermögen aufwei­ sen.

4. Wandelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindungselemente strömungstechnisch so ausgebildet sind, um eine Gas­ konvektion weitgehend zu verhindern.

5. Wandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Länge der Wärmeleitpfade mindestens dreimal so groß ist wie der Abstand zwischen den Außenplatten (2, 3).

6. Wandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbindungselemente eine Druck-Zug-Konstruktion bilden, wobei die Zugelemente wesentlich dünner als die Druckelemente ausgebildet sind.

7. Wandelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindungselemente eine Druck-Zug-Konstruktion bilden, wobei auf der Au­ ßenplatte (2) zwei Stützelemente (5, 6) senkrecht stehen, an deren oberen Endabschnitten sich jeweils zwei Zugelemente (7, 8) und (9, 10) schräg nach unten erstrecken und dort mit einem pyramidenförmigen Zwischen­ stück (11) verbunden sind, wobei das Zwischenstück (11) aus 4 Stäben besteht, die die Seitenkanten (4a, 4b, 4c und 4d) einer Pyramide bilden, über deren Spitze (4e) zwei weitere Zugelemente (12 und 13) abgespannt sind, die ein umgekehrtes V-förmiges Element (14) mit zwei Schenkeln (15) und (16) tragen, dessen Spitze mit der Außenplatte (3) in Kontakt ist, wobei die Stützelemente (5, 6) an ihren Endabschnitten zur mechanischen Stabilisierung mit einem Verbindungselement (17) verbunden sind, das zu den Außenplatten (2) und (3) parallel verläuft.

8. Wandelement nach Patentanspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente als winklig gefaltetes oder als pyramiden­ förmig tiefgezogenes Blech ausgebildet und ineinandergestapelt sind, (Fig. 3).