DE19834379C2 - Wandelement - Google Patents
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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 einem Wandelement gemäß Patentanspruch 1 ge
löst.
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 sind
zwischen den Außenplatten Vorrichtungen zur Dämmung der Übertra
gung des Raumschalls von der Außenplatte 1 zur Außenplatte 2 vorgese
hen, wodurch eine gute Schallisolation erzielt wird.
Gemäß Anspruch 3 weisen die Wärmeleitpfade ein geringes spezifisches
Wärmeleitvermögen auf, wodurch die Isolationswirkung weiter verbessert
wird.
Gemäß Anspruch 4 sind die Wärmeleitpfade mindestens dreimal so groß
wie der Abstand zwischen den Außenplatten, was eine besonders hohe
Wärme- und Schallisolation bewirkt.
Gemäß Anspruch 5 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 6 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 7 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 näher erläutert.
Fig. 1a und 1b zeigen Prinzipdarstellungen des Erfindungsgedankens
im Vergleich zu der
Fig. 1c, die den Stand der Technik zeigt.
Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
Die Fig. 1a zeigt eine Prinzipdarstellung des Erfindungsgedankens an einem Wandelement 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 andere Prinzipdarstellung.
Die 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 (7)
1. Evakuiertes Wandelement (1) mit Außenplatten (2, 3), die mittels
Verbindungselementen (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, die über die Verbindungselemente verlaufen, mindestens doppelt so groß sind wie der Abstand (A) zwischen den Innenflächen der Außenplatten (2, 3) und
- - die Verbindungselemente eine Druck-Zug-Konstruktion ausbilden, wobei an der Innenseite der Außenplatte (2) Druckelemente angeordnet sind, an die Zugelemente angekoppelt sind, und die wiederum auf Druckelemente wirken, die auf die Außenplatte (3) oder auf weitere Druck-Zug-Konstruktionen wirken.
2. Wandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß 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 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).
5. Wandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß
die Zugelemente wesentlich dünner als die Druckelemente
ausgebildet sind.
6. Wandelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver
bindungselemente der Druck-Zug-Konstruktion so ausgebildet sind, daß 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.
7. 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).
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