DE202006014363U1 - Vorrichtung zur berührungslosen Kontrolle von Vakuumdämmplatten mit RFID-Technik - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Kontrolle des Zustands von folienumhüllten, druckbelastbaren Vakuumdämmplatten mittels der RFID-Technik, dadurch gekennzeichnet, dass ein RF-Transponder zusammen mit einem belastungsdruckempfindlichen Schalter in eine Vakuumdämmplatte installiert wird, der Stromkreis aus Spule und Transponderchip durch den in Serie eingebauten belastungsdruckabhängigen Schalter unterbrochen werden kann, dieser Zustand mit Hilfe das Erkennens/Nichterkennens des Transpondersignales durch das Lesegerät von außen erfasst wird und daraus geschlossen werden kann, ob die Vakuumdämmplatte belüftet oder evakuiert ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem der Zustand von folienumhüllten Vakuumdämmplatten mit Hilfe der RFID-Technik berührungslos von außen gemessen werden kann.
• Evakuierte, folienumhüllte Vakuumdämmplatten ermöglichen eine sehr hohe Wärmedämmung bei geringstem Platzbedarf. Die Funktion ist aber nur gegeben, wenn die Dämmplatte ausreichend gut evakuiert wird. Mehrere bekannte Verfahren ermöglichen es, während der Herstellung der Vakuumdämmplatten zu prüfen, ob der Gasdruck gering genug ist. In einem Verfahren ( DE 102 15 213 ) wird eine Metallscheibe, auf der sich ein dünnes Glasfaservlies befindet, in die Vakuumdämmplatte zwischen Hüllfolie und Dämmkern eingelegt. Von außen wird ein Messkopf mit erhöhter Temperatur aufgesetzt und der Wärmedurchgang durch das Glasfaservlies in die kalte Metallscheibe gemessen. Dieser Wärmedurchgang ist vom Gasdruck im Inneren der Vakuumplatte abhängig, so dass der Gasdruck im Bereich zwischen 0,05 mbar und 100 mbar recht genau bestimmt werden kann. Der Anfangsgasdruck liegt nach der Produktion der Vakuumdämmplatten typischerweise zwischen 0,1 und 1 mbar.
• Der Anstieg des Gasdruckes bei unbeschädigten Vakuumdämmplatten ist sehr gering. Er liegt im Bereich von 1 bis 2 mbar pro Jahr. Eine Beschädigung der Plattenhülle insbesondere beim Transport oder Einbau der Vakuumdämmplatten in das zu dämmende Objekt kann aber relativ schnell zu einer Belüftung führen. Belüftete Platten sind optisch relativ einfach daran zu erkennen, dass die Hüllfolie locker um den Kern liegt. Solche offensichtlich beschädigten Platten werden aussortiert. Vakuumdämmplatten werden allerdings meist so eingebaut, dass die Oberfläche nicht mehr zugänglich ist, z.B. durch Abdeckungen wie Holzplatten, beschichteten Glasplatten, Kunststoffplatten oder Putz bei Anwendungen im Baubereich. Ob eine eingebaute Vakuumdämmplatte defekt ist, kann dann nicht mehr auf einfache Weise festgestellt werden.
• Es ist bekannt, dass in Vakuumdämmplatten eingebaute Gasdrucksensoren, in Verbindung mit einer berührungslosen RF-Transpondertechnik, auch durch mehrere Zentimeter starke, nicht-metallische Abdeckungen hindurch den Gasdruck einer Vakuumdämmplatte erkennen können. Eine ähnliche Technik wird auch angewendet, um im Automobilbereich den Druck der Fahrreifen zu überwachen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Sensoren relativ teuer sind, so dass sie nicht serienmäßig in Vakuumdämmplatten eingebaut werden. Für viele Anwendungen wäre es jedoch ausreichend zu wissen, ob ein bestimmter Gasdruck, z.B. 500 mbar, in einem ansonsten unzugänglichen Vakuumpaneel überschritten ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches kostengünstiges Verfahren zu finden, das mit Hilfe der herkömmlichen RF-Transpondertechnik erlaubt zu erkennen, ob ein bestimmter Gasdruck überschritten ist, bzw. die Vakuumdämmplatte belüftet ist.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einem Standardaufbau aus Spule und Transponderchip der Schwingkreis in Serie oder parallel mit einer elektrischen Kontakt gebenden Vorrichtung ergänzt wird, die auf Belastungsdruck reagiert. Die Schaltung aus RFID-Transponder und elektrischen Kontakt gebenden Vorrichtung wird im Inneren des Vakuumpaneels an der Umhüllungsfolie platziert. Damit kann der atmosphärische Belastungsdruck von einem bar direkt auf die Schaltvorrichtung einwirken. In Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der Atmosphäre und dem Inneren der Vakuumdämmplatte ist der Schalter entweder elektrisch durchgängig oder isolierend.
• Im evakuierten Zustand ist der Schalter geschlossen und der RFID-Transponder bei einer seriellen Verschaltung funktionsfähig. Würde der Schalter dagegen parallel zum Schwingkreis geschaltet, wäre in diesem Fall der RFID-Transponder nicht funktionsfähig.
• Wird das Vakuumpaneel belüftet, so entfällt die mechanische Belastung auf den elektrischen Schalter und er ist geöffnet. Ist der Schalter seriell mit dem Schwingkreis verbunden, kann der RFID-Transponders in diesem Zustand kein Signal mehr abgeben. Bei einer parallelen Verschaltung dagegen wäre der RFID-Transponder nun funktionsfähig.
• Als einfachste druckabhängige, kontaktgebende Vorrichtungen haben sich z.B. kleine, konvex gebogene Metallbleche erwiesen. Dieses Metallblech kann z.B. auf einer Lötplatine so befestigt werden, dass die Seite des Bleches mit einer Leiterbahn Kontakt hat und die Mitte des Bleches im gedrückten Zustand mit einer zweiten Leiterbahn Kontakt bekommt.
• Auf der Lötplatine können auch der Transponderchip und die Anschlüsse der Schwingspule eingelötet und die Schwingspule selbst befestigt werden. Die Lötplatine wird mit dem aufgebrachtem Metallblech und Transponder zwischen der Hüllfolie des Vakuumpaneels und dem Dämmkern platziert. Im evakuierten Zustand drückt der äußere Luftdruck über die Hüllfolie die Mitte des leicht konvex gebogenen Metallbleches auf einen Kontakt der Lötplatine, so dass ein elektrischer Durchgang geschaffen wird. Der RFID-Transponder ist nun bei dem seriell eingebauten Schalter auslesbar, was auf ein funktionsfähiges Vakuumpaneel hinweist.
• Steigt der Gasdruck im Inneren des Vakuumpaneels an, so verringert sich der Belastungsdruck auf den Schalter entsprechend. Ab einer bestimmten minimalen Belastung des Schalters springt das Metallblech in seine ursprünglich konvexe Form zurück und der elektrische Kontakt zwischen der Blechmitte und der Leiterbahn auf der Platine wird unterbrochen. Bei einem seriellen Einbau des Schalters ist der RFID-Transponder nun nicht mehr auslesbar. Dies bedeutet, dass das Vakuumpaneel einen zu hohen Gasdruck (z.B. größer 500 mbar) aufweist bzw. belüftet und damit nicht mehr funktionsgemäß ist.
• Anstelle des Metallbleches können zur Herstellung des Schalters auch zwei Kunststofffolien mit aufgeprägten Leiterbahnen verwendet werden, die aufeinander liegen. Ein oder beide Kunststofffolien können an der Schalterstelle konvex nach außen vorgeprägtsein, so dass sich im unbelasteten Zustand kein Kontakt zwischen den Folien ergibt, im belasteten Zustand dagegen die beiden Folien elektrischen Kontakt haben. Der elektrische Kontakt der beiden Folien schließt wieder den elektrischen Stromkreis aus Spule und Transponderchip. Auch andere Vorrichtungen sind denkbar, die einen elektrischen Kontakt unter Belastung schließen und bei Entlastung öffnen.
• Zwei gängige Frequenzen der RF-Transpondertechnik liegen bei 125 kHz und 13,56 MHz. Vorzugsweise wird die 125 kHz-Technik für die Erfindung verwendet. Die höhere Frequenz durchdringt nämlich nur äußerst schwierig metallisierte Folien, wie sie bei Vakuumdämmplatten Anwendung finden. Die Wellen mit 125 kHz werden dagegen ausreichend wenig von der dünnen Aluminiumschicht gedämpft. Die hauchdünn mit Aluminium metallisierten Folien sind notwendig, um den Gas- und Wasserdampfeintrag in das Vakuumpaneel so gering wie möglich zu halten. Vorzugsweise wird für diese Erfindung daher die 125 kHz-Technik verwendet.
• Eine praktisch gasdichte Aluminiumverbundfolie mit einer Aluminiumschichtdicke von typischerweise 6–10 μm, die teilweise auch für Vakuumdämmungen zur Anwendung kommt, wird allerdings von keiner der beiden Frequenzen durchdrungen. Um auch solche Vakuumdämmplatten mit dem erfindungsgemäßen System ausrüsten zu können, muss in die Aluminiumverbundfolie am Ort des Transponders ein Fenster mit der Größe der Transponderspule geschnitten werden. Das Fenster wird mit einer metallisierten Hochbarrierefolie verschlossen, die das RF-Signal von 125 kHz in ausreichender Stärke durchlässt. Vorzugsweise wird dabei z.B. bei einem kreisförmigen Fenster eine kreisförmige metallisierte Hochbarrierefolie mit einem etwas größerem Durchmesser zugeschnitten. Die kreisförmige metallisierte Hochbarrierefolie wird mit der Siegelschicht nach außen in die Fensteröffnung der Aluminiumverbundfolie gelegt und am überlappenden Rand auf die Siegelschicht kreisförmig aufgesiegelt. Zum Versiegeln wird ein entsprechend geformtes, geheiztes Werkstück auf den Randbereich gesetzt. Damit werden die beiden Siegelschichten rundum verschmolzen. Dadurch ist das Fenster vakuumdicht verschlossen. Dieser Vorgang kann auch noch beim schon umhüllten Kern, jedoch noch vor dem Einlegen des Transponder in das zu fertigende Vakuumpaneel durchgeführt werden.
• Mit dieser Technik ist es prinzipiell möglich, anstelle der 125 kHz auch die 13,56 MHz Transponder zu verwenden. Allerdings muss in diesem Fall eine metallfreie (transparente) Hochbarrierefolie als Fenster eingesetzt werden.
• Mit angepassten Spulengrößen des Transponders und des äußeren Senders/Empfängers kann die Information „Vakuumpaneel in Ordnung falls Transponder funktioniert" in ausreichend großer Entfernung vom Ort des im Vakuumpaneel eingebauten Transponders erkannt werden. Die typischen Entfernungen liegen zwischen 5 cm und 20 cm, so dass ein gutes Vakuumpaneel im eingebauten Zustand üblicherweise erkannt werden kann, ohne dass es anderweitig zugänglich sein muss. Zusätzlich können je nach Ausführung und Komplexität des Transponders z.B. noch eine Identifikationsnummer für das Vakuumpaneel oder sonstige Informationen wie Herstellungsdatum, Anfangsdruck etc. übertragen werden. Für die Erfindung werden dabei nur Standardkomponenten der RFID-Technik verwendet, so dass eine kostengünstige Realisierung der Qualitätskontrolle der Vakuumdämmplatten möglich ist.
• In einer Variante der Erfindung werden zwei RFID-Transponder nebeneinander in das Vakuumpaneel eingesetzt, wobei ein Transponder 1 mit dem Schalter in Serie und der andere Transponder 2 parallel mit dem Schalter verbunden ist. Im Falle eines ausreichend evakuierten Vakuumpaneels sind beide Schalter gedrückt, wobei nur der Transponder 1 ein Signal ausgeben kann, das z.B. zusätzlich noch eine gerade Identifikationsnummer enthält. Steigt der Gasdruck im Inneren des Vakuumpaneels, verringert sich die Belastung auf den beiden Schaltern, so dass ab einem gewissen Gasdruck oder spätestens im belüfteten Zustand die beiden Schalter öffnen. In diesem Fall wird der Transponder 2 nun fähig ein Signal auszugeben, das z.B. eine ungerade Identifikationsnummer enthält. Der Transponder 1 ist dagegen nicht mehr ansprechbar. Auf diese Weise kann jeweils mit einem positiven Signal eindeutig erkannt werden, ob das Vakuumpaneel defekt ist oder ob es ausreichend evakuiert ist.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Kontrolle des Zustands von folienumhüllten, druckbelastbaren Vakuumdämmplatten mittels der RFID-Technik, dadurch gekennzeichnet, dass ein RF-Transponder zusammen mit einem belastungsdruckempfindlichen Schalter in eine Vakuumdämmplatte installiert wird, der Stromkreis aus Spule und Transponderchip durch den in Serie eingebauten belastungsdruckabhängigen Schalter unterbrochen werden kann, dieser Zustand mit Hilfe das Erkennens/Nichterkennens des Transpondersignales durch das Lesegerät von außen erfasst wird und daraus geschlossen werden kann, ob die Vakuumdämmplatte belüftet oder evakuiert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der belastungsdruckabhängige Schalter in Parallelschaltung den Stromkreis aus Spule und Transponderchip unter Belastung kurzschließt.
3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der belastungsdruckabhängige Schalter zwischen Folie und Dämmkern platziert wird.
4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Transponderspule und Transponderchip zwischen Folie und Dämmkern platziert werden.
5. Vorrichtung, nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile auf einer Lötplatine installiert sind.
6. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile auf einer mit Leiterbahnen versehenen Kunststoffolie aufgebracht sind.
7. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass über der Spule des eingebauten Transponders ein für die Radiofrequenz durchlässiges Fenster aus Kunststofffolie in die Hülle der Hochbarrierefolie eingesiegelt ist.
8. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der belastungsdruckabhängige Schalter sich beim Unterschreiten einer Belastung unterhalb von 900 mbar bis 10 mbar, vorzugsweise unter 500 mbar bis 50 mbar und besonders bevorzugt zwischen 200 und 100 mbar öffnet.
9. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Serienschaltung des Schalters ein unbeschädigtes Vakuumpaneel durch die Auslesbarkeit des RFID-Transponders im Vakuumpaneel erkannt wird, ein belüftetes oder beschädigtes Vakuumpaneel mit Gasdrücken oberhalb von 500 mbar dagegen durch die Nichtauslesbarkeit des Transponders.
10. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Parallelschaltung des Schalters mit dem Transponderschwingkreis ein unbeschädigtes Vakuumpaneel durch die Nicht-Auslesbarkeit des RFID-Transponders gekennzeichnet ist, ein beschädigtes Vakuumpaneel dagegen durch die Auslesbarkeit des Transponders.
11. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass sowohl ein RFID-Transponder mit Serienschaltung als auch ein RFID-Transponder mit Parallelschaltung des belastungsdruckabhängigen Schalters in ein Vakuumpaneel eingebaut werden, so dass sowohl im Fall des ausreichend evakuierten Vakuumpaneels ein RFID-Signal ausgelesen werden kann als auch im Fall eines belüfteten oder beschädigten Vakuumpaneels.