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Die vorliegende Erfindung betrifft eine modulare Anordnung mit einer Vielzahl von Modulen, die ein wärmedämmendes, vorzugsweise poröses Material enthalten, das in einem Volumen unter Vakuum angeordnet ist und oftmals als VIP (vacuum insulating panel, Vakuumdämmpaneel) bezeichnet wird.
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Mit einem VIP kann die Leistungsfähigkeit im zu erwartenden Wärmemanagement verbessert und/oder die Gesamtdicke des Wärmedämmmaterials im Vergleich zu einem anderen Wärmedämmstoff verringert werden.
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„Porös“ bedeutet, dass das Material Zwischenräume hat, die den Durchgang von Luft ermöglichen. Zu den offenzelligen porösen Materialien gehören daher Schäume, aber auch faserige Materialien (wie Glas- oder Steinwolle). Um eine gute Wärmedämmung zu gewährleisten, liegen die als Poren zu bezeichnenden Durchtrittszwischenräume in einer Größenordnung von weniger als 1 oder 2 mm, vorzugsweise weniger als 1 Mikron, bevorzugt sogar weniger als 10-9m (nanoporöse Struktur), insbesondere wenn es um die Alterungsbeständigkeit und damit um mögliche geringere Unterdruckverhältnisse in der VIP-Hülle geht.
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„VIP“ (vacuum insulation panel auf Englisch) bezeichnet ein Modul oder ein Element unter Luftteilvakuum (wobei der Innendruck zwischen 102 Pa und weniger als 105 Pa liegen kann), das ein (vorzugsweise poröses) Wärmedämmmaterial (Porengrößen von weniger als 10 Mikron) enthält. Es ist jedoch zu beachten, dass der Ausdruck „Luftvakuum“ den Fall einschließt, bei dem dieses Teilvakuum durch eine „kontrollierte Atmosphäre“ ersetzt wird: Die Dämmtaschen werden mit einem Gas gefüllt, das eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die Umgebungsluft hat (26 mW/m.K).
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Um „wärmedämmend“ zu sein, muss das Material eine Wärmeleitfähigkeit kleiner oder gleich 50 mW/m.K haben.
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Bei den VIP handelt es sich typischerweise um Wärmedämmungen, bei denen Kerne aus porösem Material, z. B. Kieselgel oder Kieselsäurepulver (SiO2), in eine Platte gepresst werden und jeweils von einer gasdichten Umhüllungsfolie, z. B. aus Kunststoff und/oder rollgeformtem Aluminium, unter Teilvakuum umgeben werden.
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Ein Problem, das bei Modulen besteht, die einzeln ein wärmedämmendes Material enthalten, das in einem Volumen unter Vakuum angeordnet ist, kann sich darauf beziehen, wie deren bauliche Umgebung definiert wird und wie die Module in dieser baulichen Umgebung gestaltet und angeordnet werden.
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Eine Lösung besteht bei einem Fahrzeug mit einer Fahrgastzelle, die innerhalb eines Temperaturbereichs gehalten werden soll, wobei das Fahrzeug einen Fahrzeugaufbau (auch Karosserie genannt) und eine Anordnung mit einer die Fahrgastzelle begrenzenden Oberfläche umfasst, wobei die Anordnung enthält:
- - ein Strukturpaneel (auch Polymerstrukturplatte genannt) mit einer (globalen) Oberfläche, wobei das Strukturpaneel nicht eben ist, aus Polymer besteht und nach außen hin thermisch einer Außenumgebung ausgesetzt ist, in der sich das Fahrzeug befindet,
- - Befestigungsmittel zum Befestigen des Strukturpaneels an die Fahrzeugkarosserie,
- - eine modulare Anordnung, die eine Vielzahl von benachbarten Modulen umfasst, wobei sich jedes Modul in einer nicht ebenen Fläche erstreckt und enthält:
- -- eine luftdichte Umhüllung und, unter Vakuum innerhalb der Umhüllung eingeschlossen:
- -- eine Schicht mit einem wärmedämmenden Material, wobei die benachbarten Module nebeneinander in einer Richtung angeordnet sind, die entsprechend der Oberfläche des Strukturpaneels ausgerichtet ist,
wobei die benachbarten Module mit dem Strukturpaneel zusammengefügt sind, während sie mit der Fahrzeugkarosserie nur über die Befestigungsmittel verbunden sind.
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Polymerstrukturpaneel (auch Polymerstrukturplatte genannt) ist eine Platte (oder paneel), die ein Polymermaterial enthält.
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Die luftdichte Umhüllung kann aus mindestens einem dünnen Metallblech (vorzugsweise zwischen 0,06 mm und 0,5 mm) oder einer Vollkunststofffolie oder einer Verbundfolie (siehe unten) bestehen.
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Typischerweise kann hier eine Wärmeleitfähigkeit λ jedes Moduls kleiner oder gleich 0,01 W/m.K erwartet werden.
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Aus Polymer hergestellt bedeutet, dass das Strukturpaneel aus Vollkunststoff oder einem Verbundwerkstoff besteht (siehe unten).
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Durch Bereitstellen einer Einheit, die aus Modulen besteht, die mit dem Strukturpaneel zusammengefügt und mit Hilfe des Strukturpaneels (über die Befestigungsmittel) an der Fahrzeugkarosserie befestigt sind, kann eine industrielle Ausführung entsprechend einer Massenproduktion erfolgen.
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Durch Bereitstellen einer Vielzahl von sogenannten Modulen anstelle einer größeren einzelnen Einheit mit einem einzelnen Block aus wärmedämmendem Material in einem Unterdruckvolumen und durch Anordnen solcher Module aneinandergrenzend, nebeneinander, wie oben erwähnt, können ein Herstellungsprozess und eine industrielle Ausführung erfolgen, die mit mehr Flexibilität und einer Auswahl der Bereiche des Strukturpaneels, in denen diese benachbarten Module angeordnet werden sollen, einhergehen.
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Ferner begrenzt eine solche Modularität aufgrund der VIP-Module das Risiko eines dramatischen Verlusts an Wärmewirkungsgrad, da das eventuelle Durchstechen eines der benachbarten Module den Wärmewirkungsgrad der anderen nicht beeinträchtigt.
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Somit ist es möglich, die Anwendbarkeit der obigen Lösung auf ein Fahrzeug in Betracht zu ziehen,
- - wobei die Fahrzeugkarosserie bereichsweise ein Fahrzeugdach definiert, das sich oberhalb der Fahrgastzelle erstreckt, und wobei das Strukturpaneel über die Befestigungsmittel mit dem Fahrzeugdach verbunden ist, und/oder
- - wobei die Fahrzeugkarosserie einen Teil umfasst, der eine Tür zum Betreten oder Verlassen der Fahrgastzelle definiert, wobei das Strukturpaneel die Form einer Armlehne integriert und das Strukturpaneel über die Befestigungsmittel mit der Tür verbunden ist.
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Vorzugsweise sind das Strukturpaneel und die benachbarten Module jeweils aus thermoplastisch verformbarem Material hergestellt, vorzugsweise zu einem Stück zusammengefügt, und das Strukturpaneel und die benachbarten Module haben jeweils zusammenpassende, nicht ebene Formen.
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Sowohl das Strukturpaneel als auch die benachbarten Module sind heiß verformbar.
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Mit anderen Worten sind die luftdichten Umhüllungen der benachbarten Module vorzugsweise (zumindest teilweise) jeweils aus einer dünnen heißverformbaren thermoplastischen Folie (wie hauptsächlich PE und/oder PET) mit einer Dicke von weniger als 200 µm, vorzugsweise weniger als 105 µm, anstelle eines aus (vollständig oder zumindest im Wesentlichen) Metall bestehenden Blechs hergestellt. Das Verschmelzen (durch chemische Verbindung, z. B. durch Verkleben oder Heißschmelzen) des Kunststoffs der Folie(n) und des Kunststoffs des Strukturpaneels stellt einen effizienteren Weg dar, um sowohl
- - eine enge, nicht ebene Formschlüssigkeit zwischen dem Strukturpaneel und den benachbarten Modulen zu erreichen, als auch
- - das Strukturpaneel und die benachbarten Module miteinander zu verbinden.
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Vorzugsweise beträgt die Gesamtdicke jedes der benachbarten Module weniger als 8 mm und noch bevorzugter weniger oder gleich 4 mm.
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Das Bereitstellen, wie oben erwähnt, einer Vielzahl von benachbarten Modulen, die nebeneinander angeordnet sind, anstelle einer größeren einzelnen Einheit mit einem einzelnen Block aus wärmedämmendem Material in einem Unterdruckvolumen, ermöglicht eine solche Lösung von jeweiligen nicht ebenen Formen, die zusammenpassen.
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Für eine verbesserte Verbindung zwischen dem Strukturpaneel und zumindest einem der benachbarten Module wird vorgeschlagen, dass:
- - jedes Modul hermetisch dichte Lochungen durch die luftdichte Umhüllung und die Schicht mit dem Wärmedämmmaterial aufweist,
- - die Befestigungsmittel Stifte enthalten, die mit dem Strukturpaneel fixiert sind und durch die hermetisch dichten Lochungen hindurchgehen, und
- - die Stifte ein freies Ende haben, das mit Rändern versehen ist, die nach außen gegen das Modul gedrückt werden, um das Modul zu halten.
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Dies ist aufgrund der Flexibilität der Module möglich.
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Diese Flexibilität ist auch im Hinblick darauf zweckmäßig, wie die Module und das Strukturpaneel zusammengefügt werden.
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Bei den folgenden Optionen ist vorzugsweise vorgesehen, dass:
- - die Dicke jedes der benachbarten Module vorzugsweise weniger als 8 mm und noch weiter bevorzugt weniger oder gleich 4 mm beträgt,
- - sowohl das Strukturpaneel als auch die benachbarten Module heiß verformbar sind, und
- - das Strukturpaneel vorzugsweise aus einem plastisch verformbaren, thermoplastischen Vollkunststoff oder einem Verbundwerkstoff (d.h. einer Matrix und einem Füllstoff, wie z.B. Fasern, die die Heißverformung nicht beeinträchtigen) besteht.
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Die Dicke des Strukturpaneels ist vorzugsweise kleiner als 20 mm und noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 10 mm.
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In Anbetracht der obigen Ausführungen ist bei den bevorzugten Optionen, die hierbei in Bezug auf die Verbindung zwischen dem Strukturpaneel und den benachbarten Modulen untersucht wurden, vorgesehen, dass
- a) in dem Fahrzeug :
- - eine erste strukturelle nicht ebene Wandfläche und eine zweite strukturelle nicht ebene Wandfläche jeweils aus formbarem Material bestehen und dazwischen die benachbarten Module angeordnet sind, und
- - die benachbarten Module und die erste und zweite strukturelle Wandfläche so zusammengefügt sind, dass sie eine nicht ebene, einteilige Einheit bilden; oder
- b) in dem Fahrzeug :
- - die benachbarten Module das Strukturpaneel auf einer Seite verkleiden,
- - das Strukturpaneel und die benachbarten Module aus entsprechenden thermoplastisch verformbaren Materialien bestehen, und
- - die benachbarten Module und das Strukturpaneel so zusammengefügt sind, dass sie eine nicht ebene, einteilige Einheit bilden; und/oder
- c) in dem Fahrzeug :
- - das Strukturpaneel und die benachbarten Module aus jeweiligen thermoplastisch verformbaren Materialien bestehen, und
- - die benachbarten Module entsprechend der nicht ebenen Form des Strukturpaneels ausgebildet sind.
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Um die Festigkeit der VIP-Module und deren Halt zu verbessern, wenn sie das Strukturpaneel auskleiden und mit diesem über nicht in das Strukturpaneel integrierte Befestigungsmittel verbunden werden, wird ferner vorgeschlagen:
- - dass eine Schaumstoffschicht hinzugefügt wird, die an das Strukturpaneel befestigt und an die benachbarten Module angelegt wird, derart, dass die benachbarten Module zwischen dem Strukturpaneel und der Schaumstoffschicht liegen, und/oder,
- - dass eine Auskleidung hinzugefügt wird, die das Strukturpaneel nach innen hin auskleidet und mit der das Strukturpaneel verbunden ist.
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Eine Auskleidung, auch Hautabdeckung genannt, ist ein Material oder Stoff, der die Innenfläche von etwas bedeckt. Gegenwärtig ist die Innenfläche die (nach innen) zur Fahrgastzelle gerichtete Fläche.
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Die Auskleidung kann eine dünne Befestigungswand sein, mit der die angrenzenden Module an der Strukturplatte gehalten werden. In einem solchen Fall können die benachbarten Module insbesondere durch eine chemische Verbindung (z. B. Schmelzen oder Kleben) oder eine mechanische Befestigung (z. B. Schrauben, Stifte, Clips oder ein Klettverschlusssystem, oft als „Velcro-System“ TM bezeichnet) weiter an der Strukturplatte befestigt werden.
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Außerdem können in einem solchen Fall die benachbarten Module folglich ohne Risiken zwischen dem Liner und der Polymerstrukturplatte angeordnet sein.
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Der Liner kann mechanisch widerstandsfähig sein, um die angrenzenden Module vor dem Durchstoßen der Hülle(n) und dem Brechen des Vakuums zu schützen. Die Norm EN 14477 oder ASTM F 1306 kann angefordert werden.
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Eine andere Lösung besteht darin, das Hüllmaterial als mindestens eine dünne Metallwand auszuführen.
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Wenn nicht wie oben beschrieben zwischengeschaltet, können die benachbarten Module so angeordnet werden, dass die Polymerstrukturplatte zwischen der Auskleidung und den benachbarten Modulen liegt.
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In einem solchen Fall sind die benachbarten Module durch die mechanisch widerstandsfähige Polymerstrukturplatte gegen ein Durchstechen der Umhüllung(en) und einen Abriss des Vakuums geschützt (siehe insbesondere die Ausführungsform in Bezug auf die , , , unten).
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Um das Wärmemanagement der Anordnung zu verbessern, ohne die oben genannten Vorteile zu beeinträchtigen, wird ebenfalls vorgeschlagen, dass die benachbarten Module einzeln zusätzlich eine Schicht mit einer Polymermatrix umfassen, in der ein thermisches Phasenwechselmaterial (auch PCM genannt) dispergiert ist und die mit der das wärmedämmende Material enthaltenden Schicht überlagert ist.
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Insbesondere kann es in einem solchen Fall zweckmäßig sein, dass die Module einzeln oder alle zusammen eine zusätzliche Umhüllung aufweisen, in der das (jeweilige) Wärmedämmmaterial ebenfalls eingeschlossen ist, wobei die zusätzliche Umhüllung mit der luftdichten Umhüllung verbunden ist.
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Falls erforderlich, wird die Erfindung besser verstanden werden und andere Merkmale, Details und Vorteile davon werden bei der Lektüre der folgenden Beschreibung als ein nicht erschöpfendes Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
- - 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeugdach mit PIV-Modulen, wie in der Erfindung vorgeschlagen,
- - 2 ist ein Schnitt entlang der Linie XX-XX von 1,
- - 3 ist ein schematischer Schnitt durch eine Kraftfahrzeugtür mit PIV-Modulen, wie sie in der Erfindung vorgeschlagen werden,
- - 4 ist ein schematischer Schnitt durch eine strukturelle Platte durch eine der Seite-an-Seite PIV-Module ausgekleidet, wie in der Erfindung vorgeschlagen und mit der strukturellen Platte integriert,
- - 5 ist ein schematischer Schnitt durch eine strukturelle Platte durch eine der Seite an Seite Module ausgekleidet, wie in der Erfindung vorgeschlagen und an der strukturellen Platte durch einen Stift, der durch ein luftdichtes Loch befestigen,
- - 6 ist ein schematischer Schnitt durch eine Strukturplatte, in die Seite an Seite PIV-Module, wie sie in der Erfindung vorgeschlagen werden, eingebettet sind, und,
- - 7 ist ein schematischer Schnitt durch das Detail VII in 3, der eine Strukturplatte zeigt, die von einem der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Seite an Seite PIV-Module ausgekleidet ist und unter einer inneren Leiste der Strukturplatte gehalten wird,
- - 8 und 9 sind alternative Schnitte eines VIP mit einer einfachen bzw. einer doppelten Umhüllung,
- - 10 ist ein Schnitt, der sich auf die nebeneinander liegende Anordnung von zwei benachbarten Modulen konzentriert, in einem Beispiel,
- - 11 ist eine schematische perspektivische Ansicht und Explosionsdarstellung in der Richtung XI von 3.
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„Seite an Seite“ bedeutet, dass die benachbarten Module nebeneinander in einer Richtung angeordnet sind, die mit der Oberfläche der Strukturplatte ausgerichtet ist.
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Bei einer Anwendung an einem Fahrzeug kann es notwendig sein, einen relativ großen Bereich mit mindestens einem Element abzudecken, das mindestens ein Wärmedämmmaterial umfasst, das in einem Vakuumvolumen, also einem VIP, enthalten ist.
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Dies kann der Fall sein, wenn eine Passagierkabine eines Kraftfahrzeugs oder eines Flugzeugs, sogar eines Schiffs, innerhalb eines Temperaturbereichs gehalten werden soll, wobei das Fahrzeug eine Fahrzeugkarosserie und eine Baugruppe mit einer die Passagierkabine begrenzenden Fläche umfasst.
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Die 1 und 2 zeigen ein Fahrzeugdach 100 mit einer erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe.
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Das Fahrzeug 101 weist eine Fahrgastkabine 102 auf, die in einem Temperaturbereich zu halten ist.
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Das Fahrzeug 101 umfasst eine Fahrzeugkarosserie 103 und eine Baugruppe (auch Anordnung genannt) 104 mit einer Fläche S1, die die Fahrgastkabine 102 begrenzt.
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Die Baugruppe 104 umfasst:
- - eine Strukturplatte 105 mit einer Oberfläche S2 (gestrichelte Umfangslinie in 1), die mit der Fahrzeugkarosserie 103 verbunden ist
- - eine Auskleidung 106, die das Strukturpaneel 105 nach innen hin auskleidet und mit der das Strukturpaneel befestigt ist, und,
- - eine modulare Baugruppe 107, die zwischen dem Strukturpaneel 105 und der Auskleidung 106 angeordnet ist.
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Die Auskleidung 106, auch Hautabdeckung genannt, kann vorteilhaft mechanisch widerstandsfähig sein, um die von der Auskleidung abgedeckten benachbarten Module vor Durchschlägen zu schützen.
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Die modulare Baugruppe 107 besteht aus einer Vielzahl von benachbarten Modulen, die in 1 mit 108a bis 108d bezeichnet sind. Jedes Modul umfasst:
- - eine einzelne Hülle 49 (2 oder 8) oder eine Doppelhülle 49, 51 (9) und, unter Vakuum innerhalb der Hülle eingeschlossen und in einer Richtung Z gestapelt, die von der Auskleidung 106 zur Strukturplatte 105 ausgerichtet ist:
- - (möglicherweise) eine erste Schicht, die ein PCM umfasst, 15,
- - eine (zweite) Schicht, die ein wärmeisolierendes Material umfasst, 23.
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Die benachbarten Module 108a bis 108d sind nebeneinander in einer Richtung angeordnet, die entsprechend der Oberfläche S2 des Strukturpaneels 105 orientiert ist; diese Oberfläche S2 ist, wie bereits verstanden, im Wesentlichen quer zu der Richtung Z, die durch das Strukturpaneel 105 und die Fahrzeugkarosserie 103 verläuft, die von dem Strukturpaneel 105 und den benachbarten Modulen (im Beispiel mit 108a bis 108d bezeichnet) ausgekleidet wird.
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Da die benachbarten Module „Seite an Seite“ angeordnet sind, sind sie nebeneinander angeordnet: Die benachbarten Module 108a bis 108d sind nicht übereinander gestapelt, sondern nebeneinander angeordnet. Im Beispiel von 2 oder 10 sind, wenn die Fläche S2 als Referenz betrachtet wird, die benachbarten Module 108a, 108b alle global entlang der Fläche S2 angeordnet, nicht in der Richtung Z gestapelt.
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Die Strukturplatte 105 ist (in der Richtung Z) zwischen der Vielzahl von benachbarten Modulen, im Beispiel 108a bis 108d, und der Fahrzeugkarosserie bzw. dem Aufbau 103, im Beispiel also dem Karosseriedach, angeordnet.
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Die Oberfläche S2 des Strukturpaneels 105 ist bei jedem Kraftfahrzeug mehr oder weniger eine leicht gewölbte bzw. leicht gekrümmte Fläche, entlang der sich das Strukturpaneel 105 erstreckt. In einem Rumpf, der eine Passagierkabine eines Flugzeugs umgibt, ist eine solche gewölbte oder gekrümmte Oberfläche typischerweise bogenförmiger.
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Die benachbarten Module 108a bis 108d werden jeweils mit der Strukturplatte 105 zusammengebaut.
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Die Umhüllung 49 bzw. 51 ist eine luftdichte Umhüllung, bis auf eine von ihnen:
- - wenn eine der Umhüllungen 49 oder 51 vollständig von der anderen umschlossen ist
- - oder wenn die Folie einer der Umhüllungen 49 oder 51 (auf einer Seite) von einer anderen Folie ausgekleidet ist, die luftdicht und schweißbar ist, wie in 9 dargestellt.
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Die Strukturplatte 105 ist nach außen hin thermisch einer äußeren Umgebung 109 (auch Außenumgebung genannt) ausgesetzt, in der das Fahrzeug angeordnet ist.
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Die Fahrzeugkarosserie 103 ist nach außen hin ebenfalls mit der äußeren Umgebung 109 thermisch belastet.
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Die Fahrzeugkarosserie 103 kann das Dach des Fahrzeugs, auch Fahrzeugdach genannt, umfassen, das sich oberhalb der Fahrgastzelle 102 erstreckt und typischerweise seitlich mit den Türpfosten der Fahrzeugkarosserie verschweißt sein kann.
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Je mehr das Dach in das allgemeine Profil der Fahrzeugkarosserie 103 integriert ist, desto mehr kann davon ausgegangen werden, dass die Fahrzeugkarosserie 103 lokal ein Fahrzeugdach 103a definiert, das sich oberhalb der Fahrgastkabine 102 erstreckt.
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Die Fahrzeugkarosserie 103 kann aus Metall oder aus einem Verbundwerkstoff bestehen, z. B. aus einem duroplastischen, mit Fasern verstärkten Kunststoff.
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Die Strukturplatte 105 kann aus Kunststoff wie PE (Polyethylen); PP (Polypropylen), PET (Polyethylenterephthalat) oder einem Verbundwerkstoff bestehen, wie dem oben genannten Kunststoff, dem Fasern aus z. B. Glas, Kohlenstoff (selten), Zellulose, Hanf, Flachs.... zugesetzt werden können.
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In Fahrzeugen wird PP oft für die Strukturplatte verwendet. Für das Dach ist es oft PP+Glasfasern.
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Ein Liner, wie der Liner 106, kann aus Stoff oder einem Filz bestehen, der eventuell mit einer inneren Schaumschicht ausgekleidet ist. So kann eine Schaumstoffschicht 119 zwischen der modularen Baugruppe 107 bzw. den benachbarten Modulen 108a bis 108d und dem Liner 106 eingefügt werden.
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Alternativ kann ein Teil der Fahrzeugkarosserie 103, der kein Dach ist, mit der oben erwähnten modularen Baugruppe 107 und der Strukturplatte 105 ausgestattet sein, aber möglicherweise ohne eine Auskleidung 106.
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Ein solches Teil kann ein Karosserietürblech (Metall oder Verbundwerkstoff) sein, das seitlich am Fahrzeug zwischen einem vorderen Türpfosten (oder einer vorderen Säule) 110a und einem mittleren Türpfosten (oder mittleren Säulen) 110b der Fahrzeugkarosserie angeordnet wird. Eine Baugruppe 104 verkleidet dieses Karosserietürblatt.
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Die Baugruppe 104 umfasst das Strukturblech 105, das auch als Struktureinheit bezeichnet werden kann, und die modulare Baugruppe 107, die eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Modulen, wie die in den 3 und 11 dargestellten 108e und 108f, umfasst.
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Die Baugruppe 104, die zwischen dem Fahrgastraum 102 und dem Karosserietürblech angeordnet ist, begrenzt das thermisch zu regelnde Innenraumvolumen, im Beispiel also den Fahrgastraum 102, nach außen.
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In diesem Zusammenhang zeigen die 3 und 11 deutlich eine Ausführungsform eines Karosserietürblechs 103b, das auf seiner der Fahrgastkabine 102 zugewandten Innenseite von der modularen Baugruppe 107 und anschließend von der Strukturplatte 105 innen ausgekleidet wird.
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Mit anderen Worten, die mehreren benachbarten Module, im Beispiel 108e und 108f, sind zwischen dem Strukturblech 105 und der Fahrzeugkarosserie bzw. dem Aufbau, im Beispiel dem Karosserietürblech 103b, angeordnet.
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Die benachbarten Module sind alle global entlang der Oberfläche S2 der Strukturplatte 105 angeordnet (siehe 11), nicht in Richtung Z gestapelt.
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Das Strukturpaneel 105 weist eine Vielzahl von Strukturflächen 115a, 115b aus einem verformbaren Material auf.
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Das Strukturpaneel oder die Struktureinheit 105 kann lokal eine Türarmlehne 123 bilden (siehe 3 als Beispiel).
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Ferner können, wie bereits erläutert und gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung, das unabhängig von der Form des Strukturpaneels und dem Teil der Fahrzeugkarosserie 103 (Tür, Dach...) gilt, wenn die Erfindung auf eine Fahrzeugkarosserie angewendet wird :
- - die benachbarten Module, wie z.B. 108e und 108f, des Baukastens nebeneinander in einer Richtung angeordnet sind, die sich an den jeweiligen Wandflächen orientiert (d.h. parallel zu diesen verläuft), und,
- - die PIV-Schicht 23, die nur ein isolierendes Material unter Vakuum enthält:
- -- entweder (während des Formprozesses) mit dem formbaren Material integriert ist, wie in 4 oder 6 dargestellt,
- -- oder die Strukturflächen 115a und 115b auskleidet, so daß die PIV-Schicht 23 mittels der luftdicht verschlossenen Umhüllung 49 und/oder 51 an die genannten Wandflächen angelegt und mit den Wandflächen fixiert wird.
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Möglicherweise wird anstelle der PIV-Schicht 23 auch nur eine Stapelung der oben erwähnten ersten Schicht 15 und zweiten Schicht 23 verwendet.
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Durch die modulare Baugruppe 104 wird der Fahrgastraum 102 wirksam thermisch vor übermäßiger Kälte oder übermäßiger Hitze in der Außenumgebung 109, in der das Fahrzeug angeordnet ist, geschützt.
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Diesbezüglich ist aus dem Vorangegangenen ersichtlich, dass die modulare Baugruppe 104 insbesondere sowohl thermisch wirksam als auch anpassungsfähig an unterschiedliche bauliche Umgebungen im Fahrzeug ist, und zwar aufgrund von :
- - die benachbarte und nebeneinander liegende Anordnung der Module 108a bis 108d bzw. 108e und 108f 3,11, und
- - die enge und vielseitige Verbindung mit der Strukturplatte 105.
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Die Verwendung der genannten Vielzahl von Modulen anstelle von nur einem mit einer größeren Fläche ermöglicht die einfache Herstellung und Anpassung der Module an verschiedene Formen in Abhängigkeit von der lokalen Form der Strukturplatte 105.
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Auch die Montage mit der Strukturplatte 105 ist einfacher und kann je nach lokaler Formgebung der Strukturplatte variieren. Die Verteilung des Wärmeschutzes durch die Vielzahl der Module kann auch genauer und flexibler entlang der Oberfläche S2 definiert werden.
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Wie bereits oben erwähnt, hat jedes Modul 108a... eine nicht planare Form. Die nicht-planare Form kann von einem der Module zum anderen unterschiedlich sein.
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Wenn die polymere Strukturplatte und die angrenzenden Module aus entsprechenden thermoplastisch verformbaren Materialien bestehen, wird es sehr begünstigt, dass die polymere Strukturplatte und die angrenzenden Module entsprechende nicht-planare Formen haben können, die zueinander passen, umso mehr, wenn sie an einem Fahrzeugdach oder einer Fahrzeugtür (als Verkleidung) angebracht werden.
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Die Integration der Polymer-Strukturplatte und der angrenzenden Module in eine einteilige Formeinheit wird auch einfacher zu produzieren sein.
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Wie weiter unten beschrieben, kann die Befestigung der benachbarten Module, wie 108a bis 108d, oder 108e und 108f, an der Strukturplatte 105 mindestens eine der folgenden sein: Integration in einem Stück (typischerweise über einen Formgebungsprozess), mechanische Befestigung (wie Stifte, Clips oder Klettverschlusssystem), chemische Befestigung (wie Kleben).
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Die Befestigung der Strukturplatte 105 an der Fahrzeugkarosserie 103 kann durch Clips, Nieten, Schrauben, Verankerungen oder andere herkömmliche Mittel (auch Befestigungsmittel genannt) erfolgen, die in 2 oder 3 mit 116 bezeichnet sind.
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Zur Verbesserung der selbsttragenden und nicht planaren Ausbildung der zweiten Schicht, die das wärmeisolierende Material 23 umfasst, umfasst dieses Material 23 vorzugsweise weiterhin eine Polymermatrix 113, in der das thermische Phasenwechselmaterial dispergiert ist.
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Es kann eine Lösung sein, jede modulare Baugruppe 107 mit einer inneren Umhüllung 51 zu versehen, in der das wärmeisolierende Material 23 hermetisch eingeschlossen ist und die mit der (zweiten) Umhüllung 49 fest verbunden ist, wie dies in Bezug auf 9 dargestellt und bereits erläutert wurde.
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Wenn die Hülle 51 das Wärmedämmmaterial 23 vollständig unter Vakuum umschließt, aber nur auf einer Seite mit der (zweiten) Hülle 49 ausgekleidet ist, wie in 9 dargestellt, ist die Hülle 51 eine luftdichte Hülle und die (zweite) Hülle 49 kann eine nicht luftdichte Hülle sein.
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Um den Herstellungsprozess und die Handhabung der modularen Baugruppe 107 zu verbessern, kann es vorteilhaft sein, dass die Strukturplatte 105 und die Module 108a bis 108d aus entsprechenden thermoplastisch verformbaren Materialien (siehe Beispiele für solche Materialien oben) in einem Stück gefertigt sind; siehe z. B. 4.
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Die Umhüllung 49 und/oder 51 ist dann eine thermoformbare Folie mit einer Dicke von weniger als 100µm (+/- 10%).
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Die Strukturplatte 105 ist dann eine thermoformbare Platte, die zunächst als ebene Fläche hergestellt wird und aus einem thermoformbaren Material besteht (siehe Beispiele für solche Materialien oben), vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 0,2 cm und 2 cm, und noch bevorzugter mit einer Dicke zwischen 0,4 cm und 1 cm.
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Jedes Modul, wie z. B. 108a bis 108d, ist dann ein thermoformbares Element, das zunächst als ebene Fläche hergestellt wird und mit einem thermoformbaren wärmeisolierenden Material 23, wie z. B. einem Schaum aus Polyurethan, PET, PE, PP oder einem Fasermaterial aus PET, PP, PE, hergestellt wird, das vorzugsweise eine Dicke zwischen 1 mm und 8 mm und besonders bevorzugt eine Dicke zwischen 2 mm und 5 mm aufweist.
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Die Strukturplatte 105 - die typischerweise eine global konkave Fläche und eine gegenüberliegende global konvexe Fläche aufweisen soll - und die jeweiligen benachbarten Module, im Beispiel mit 108a bis 108d bezeichnet, können wie folgt zusammengebaut und aneinander angepasst werden:
- - a) Zunächst ist jedes der jeweiligen benachbarten Module im gefertigten Zustand planar geformt,
- - b) es wird eine Form zur Formgebung verwendet, die geeignet ist, sich durch Biegen und Verformen thermisch zu verformen;
- - c) in einer solchen Form werden die jeweiligen benachbarten Module nebeneinander angeordnet (z.B. wie in den 1, 2, 3),
- - d) dann wird das Kunststoff- oder Verbundmaterial der Strukturplatte 105 in die Form eingebracht; die Form wird geschlossen und auf die Thermoform- (auch Warmverformungs-) Temperatur aufgeheizt, so daß durch den Innendruck und die Temperatur der Form die jeweils benachbarten Module mit der Strukturplatte 105 zu einem Stück zusammengefügt und verformt (warmverformt) werden, um der insgesamt konkaven Fläche der Strukturplatte 105 zu folgen (Linie), so daß sie gemeinsam gebogen sind,
- - e) die Form wird dann und geöffnet, so dass ein gebogenes, einteiliges Element erhalten wird.
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Eine Hautabdeckung 112 (ggf. aus Stoff oder einem Filz) kann als Auskleidung der jeweils benachbarten Module hinzugefügt werden.
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Die Hautabdeckung 112, auch Auskleidung genannt, kann vorteilhaft mechanisch widerstandsfähig sein, um die von der Hautabdeckung abgedeckten benachbarten Module vor Durchschlägen zu schützen.
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In 4 ist ein solches gebogenes, einteiliges Element dargestellt, bei dem die jeweils benachbarten Module (oben mit 108a bis 108d bezeichnet) die global konkave Seite der Bauplatte 105 auskleiden (nur eines der Module, 108a, ist dargestellt).
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Eine weitere Möglichkeit ist, z.B. eine (Automobil-)Dachhimmelversteifung - als Strukturplatte 105 - mit diesen jeweils benachbarten Modulen zu verkleiden, wie folgt
- - a) die jeweils benachbarten Module werden in einer ebenen Form hergestellt,
- - b) das Strukturpaneel 105 ist ebenfalls separat in einer ersten Aufbauschicht und einer zweiten Aufbauschicht hergestellt, die beide planar sind, was jeweils als (oben genannt) Strukturwandfläche bezeichnet werden kann,
- - c) die jeweils benachbarten Module und der erste Schichtaufbau miteinander verbunden oder zusammengefügt werden, beispielsweise durch Verkleben,
- - d) eine Form für die Formgebung verwendet wird, die geeignet ist, sich durch Biegen und/oder Verformen thermisch zu verformen,
- - e) in einer solchen Form die zweite Lageneinstellung so angeordnet ist, daß die jeweils benachbarten Module, die nebeneinander angeordnet sind, zwischen der ersten und der zweiten Lageneinstellung angeordnet sind,
- - f) dann werden in der Form die jeweiligen benachbarten Module und die erste und zweite Lageneinstellung alle zusammen zu einer global nicht ebenen Form heißverformt, typischerweise einer Form :
- -- mit einer global konkaven Fläche und einer gegenüberliegenden global konvexen Fläche, so daß alle Schichten gemeinsam gebogen sind, und/oder
- -- mit zumindest einigen Prägungen, lokal,
- - g) die Form wird dann geöffnet, so daß ein nicht planes einteiliges Element erhalten wird, möglicherweise ein gebogenes einteiliges Element, das genannt werden kann: eine thermisch wirksame modulare Anordnung.
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Beispielsweise können die lokalen Prägungen aus lokalen Vertiefungen auf einer Seite und Erhebungen auf der gegenüberliegenden Seite bestehen, die möglicherweise mit Löchern durchsetzt sind.
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6 zeigt ein Beispiel für eine solche thermisch wirksame modulare Baugruppe, die durch die Schritte a) bis g) hergestellt wurde und so angeordnet ist, dass sie ein Innenvolumen 102 nach außen begrenzt.
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Diese thermisch wirksame modulare Baugruppe umfasst:
- - die Struktureinheit 105 mit der Vielzahl von strukturellen Wandflächen 105c, 105d aus formbarem Material, die zur Bildung der Struktureinheit zusammengesetzt sind,
- - die Mehrzahl von benachbarten Modulen, wie z.B. die Module 108a, 108b, wobei jedes Modul umfasst:
- -- die luftdicht verschlossene Umhüllung 49 und/oder 51 und in der Richtung Z (vom Innenvolumen zur Struktureinheit orientiert) gestapelt:
- -- eventuell die erste Schicht 15, die PCM enthält, und,
- -- die zweite Schicht 23, bestehend aus dem Wärmedämmstoff.
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Die benachbarten Module sind in einer an den Wandflächen orientierten Richtung nebeneinander angeordnet, also quer zur Richtung Z.
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Eine weitere andere Möglichkeit ist wie folgt:
- - a) Zunächst werden das Strukturpaneel 105 und die jeweiligen benachbarten Module 108a bis 108d separat hergestellt; jedes wird in seine endgültige nicht planare Form gebracht: Es werden mehrere getrennte Formen verwendet, die mindestens eine Form für das Strukturpaneel 105 und eine Form für die jeweiligen benachbarten Module umfassen. In jeder Form wird die entsprechende nicht-planare oder gebogene Form durch Thermoformen erreicht. Die Form der jeweiligen benachbarten modularen Baugruppen 107 ist so angepasst, dass sie der Form der Strukturplatte 105 auf einer Seite davon folgt, typischerweise der global konkaven Seite der Strukturplatte 105,
- - b) dann werden Befestigungsmittel wie 117a, 117b ausgewählt und die jeweiligen benachbarten Module an der Strukturplatte 105 auf einer Seite davon befestigt, typischerweise mit der global konvexen Seite der jeweiligen benachbarten Module, die der global konkaven Seite der Strukturplatte zugewandt ist, wie in 2 dargestellt.
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Wenn das Befestigungsmittel, wie z. B. 117a, z. B. ein Klettverschlusssystem ist, wird eine Reihe von entsprechenden männlichen und weiblichen Teilen von Klettverschlüssen jeweils an die entsprechenden benachbarten Module 108a bis 108d und die Strukturplatte 105 geklebt oder befestigt, bevor sie zusammen befestigt werden.
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Wenn das Befestigungsmittel, wie z. B. 117b, z. B. Klammern, Nieten oder Stifte umfasst, werden die Befestigungsmittel nach dem Anbringen der jeweiligen benachbarten Module an der Strukturplatte 105 angeordnet.
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Wie in 2 schematisch dargestellt, können solche Befestigungsmittel unabhängige Stifte, Clips oder Nieten 117b sein, die durch Löcher 121 in den jeweiligen benachbarten Modulen 108a bis 108d hindurchgehen und im Material der Strukturplatte 105 befestigt (verschraubt oder gepresst) werden.
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Bei den Löchern 121 handelt es sich um hermetische Löcher: Jedes Loch 121 wird von einem Teil der luftdichten Hülle 49 und/oder 51 begrenzt, der einen Durchgang 124 auskleidet, der durch die erste Schicht mit dem PCM 15 und die zweite Schicht mit dem Wärmedämmstoff 23 verläuft. Somit erstreckt sich an der Stelle jedes Lochs 121 ein Teil der luftdichten Umhüllung 49 und/oder 51 von einer Seite des Moduls zur anderen.
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In einer weiteren Ausführungsform solcher Befestigungsmittel, wie in 5 dargestellt:
- - jedes Modul (oben mit 108a bis 108d bezeichnet) aus einem thermoplastisch verformbaren Material hergestellt ist und jedes Modul hermetische Löcher 121 durch die erste Schicht 15, die zweite Schicht 23 und die luftdichte Umhüllung 49 und/oder 51 aufweist, und,
- - die Strukturplatte 105 Stifte 122 aufweist, die durch die hermetischen Löcher 121 hindurchgehen, und wobei die Stifte ein freies Ende aufweisen, das mit Rändern versehen ist, die nach außen gegen das Modul angelegt werden, um das Modul zu halten.
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Insbesondere wenn es an einem Fahrzeugdach oder einer Tür (Verkleidung) angebracht ist, hat jedes Modul 108a bis 108d eine nicht planare Form.
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Jeder Stift 122 kann einen Vorsprung umfassen, der aus dem Körper 105a des Strukturpaneels 105 (der Außenfläche) herausragt und durch eines der Löcher 121 gesteckt wird.
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An einem freien Ende kann der Stift 122 eine Verbreiterung oder eine schwenkbare Kante aufweisen, so dass eine Kante 122a, wenn sie in Eingriff ist, das Modul gegen (den Körper 105a der) Platte in Z-Richtung hält.
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Die Kante 122a kann als ein Rand betrachtet werden, der nach außen gegen das Modul angelegt wird, um das Modul in Bezug auf (den Körper der) Platte 105 zu halten.
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Eine weitere mechanische Befestigung zwischen der Bauplatte 105 und zumindest einigen der nebeneinander angeordneten Module kann darin bestehen, dass die Bauplatte 105 mit Rändern oder Leisten 125 (wie im Beispiel von 7) versehen wird, unter denen das/die Modul(e), wie z. B. das Modul 108a, in Eingriff gebracht werden können.
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Durch die Leiste(n) 125 gehalten, liegt (liegen) das (die) Modul(e) auf dem (Hauptteil) der Strukturplatte 105.
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Vorzugsweise sind die Leisten 125 am Umfang der Strukturplatte 105, an deren Innenseite, angeordnet.
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Eine Schaumstoffschicht 119 kann die benachbarten Module 108a bis 108d auskleiden und abdecken und an der Strukturplatte 105 befestigt sein, so dass die Schaumstoffschicht 119 dazu beiträgt, die benachbarten Module 108a bis 108d an der Strukturplatte 105 auf einer Seite derselben zu halten.
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Die Schaumstoffschicht 119 kann von der zur Fahrgastkabine hin orientierten Auskleidung 106 oder 112 nach außen hin ausgekleidet werden und möglicherweise eine mechanische Beständigkeit aufweisen, um die von der Auskleidung abgedeckten angrenzenden Module vor Durchschlag zu schützen.
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Im Beispiel von 7 umfasst das Modul 108a nur ein PIV, d. h. das von der luftdichten Hülle 49 eingeschlossene Wärmedämmmaterial 23.
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Mit anderen Worten, und allgemeiner, unabhängig von der Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung, kann jedes der nebeneinander angeordneten Module Folgendes umfassen
- - a) nur PIV, oder
- - b) eine Doppelschicht aus der oben erwähnten ersten Schicht, die ein thermisches Phasenwechselmaterial umfasst, und einer zweiten Schicht, die ein wärmeisolierendes Material umfasst. Dies gilt für jede oben beschriebene und/oder in den Figuren dargestellte Ausführungsform (auch wenn einige dieser Figuren sowohl die sogenannte erste als auch die zweite Schicht zeigen).
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Bei Option b) kann die Lösung in Bezug auf 8 oder 9 bevorzugt sein.
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Wenn ein PCM in einer Schicht wie 15 vorgesehen ist, kann es beispielsweise aus einer Kautschukzusammensetzung bestehen, wie sie in
EP2690137 oder in
EP2690141 beschrieben ist, nämlich im zweiten Fall aus einer vernetzten Zusammensetzung auf der Basis mindestens eines bei Raumtemperatur vulkanisierten „STR“-Silikonelastomers, das mindestens ein Phasenwechselmaterial (PCM) enthält, wobei das mindestens eine Silikonelastomer eine bei 23 °C gemäß ISO 3219 gemessene Viskosität von höchstens 5000 mPa.s aufweist.
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In dieser Zusammensetzung kann die Elastomermatrix überwiegend (d.h. bezogen auf eine Menge von mehr als 50 phr, vorzugsweise mehr als 75 phr) aus einem oder mehreren „STR“-Silikonelastomeren bestehen. Somit kann die Elastomermatrix dieser Zusammensetzung ein oder mehrere Silikonelastomere in einer Gesamtmenge von mehr als 50 phr und optional ein oder mehrere andere Elastomere (d.h. andere als „STR“-Silikone), bezogen auf eine Gesamtmenge von weniger als 50 phr, enthalten. PCM besteht aus n-Hexadecan, Eicosan oder einem Lithiumsalz oder alternativ aus einem Material auf Basis von Fettsäure, Paraffin oder einem eutektischen oder hydratisierten Salz.
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Es ist zu beachten, dass der Begriff „Material“ in „Phasenwechselmaterial“ die Möglichkeit der Verwendung eines PCM mit zwei Phasen, nämlich flüssig und gasförmig, nicht ausschließt.
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Was das in der Hülle
49 und/oder
51 enthaltene wärmeisolierende Material
23 betrifft, so kann es aus einem porösen Material (z. B. mit einer Nanostruktur, wie Siliziumdioxid-Pulver oder Luftgel, wie ein Siliziumdioxid-Luftgel) bestehen, das in einer Folie oder einem flexiblen Film eingeschlossen ist, der den Wasserdampf oder das Gas nicht durchlässt. Das erhaltene VIP wird entlüftet, um z. B. einen Druck von einigen Millibar zu erreichen, und kann dann versiegelt werden. Typischerweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit λ eines solchen VIPs 0,004/0,008 W/m.K. Durch den Einsatz von Vakuumisolationspaneelen soll ein Wärmedurchlasswiderstand R = 5 m
2.K / W bei nur 35 mm Isolierung erreicht werden. Beispiele, die hier anwendbar sind, für VIP-Paneele und superisolierendes Material sind in PCT / FR2014/050267 bzw.
WO2014060906 (poröses Material) enthalten. Eine mögliche Zusammensetzung des Materials
23 ist wie folgt: 80-85% Siliziumdioxid (SiO2), 15-20% Siliziumkarbid (SiC) und eventuell 5% andere Produkte (Binder/Füllstoffe). Eine Dicke von 0,4 bis 3 cm ist möglich.
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Die und zeigen zwei Möglichkeiten zur Herstellung eines komplexen MCP & VIP.
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In den beiden vorgeschlagenen und bevorzugten Ausführungsformen umfasst jedes Modul, wie im Beispiel mit 108a bezeichnet, mindestens eine geschlossene äußere Hülle, die die erste und zweite Schicht der Materialien 15/23 enthält und die aus mindestens einer plastisch verformbaren Platte oder Folie besteht, die peripher zu sich selbst (thermisch und/oder chemisch) versiegelbar und für das Material 23 sowie für Luft undurchlässig ist. Die Umfangsversiegelung ist in 8 mit 49a, 49b bezeichnet.
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Und zwar:
- - Entweder gibt es nur eine Umhüllung 49, die das Wärmedämmmaterial 23 und das MCP 15 (falls vorhanden) einschließt (vollständig bedeckt), die übereinander angeordnet sind, wobei das Wärmedämmmaterial 23 außen und das MCP 15 innen liegt, wie in 8 dargestellt,
- - oder es gibt noch die erste Hülle 49, die das wärmeisolierende Material 23 einschließt (vollständig bedeckt), aber auch eine zweite Hülle 51, möglicherweise nur eine Folie, die das MCP 15 bedeckt, zumindest auf einer Seite der ersten Hülle 49, wie in 9 dargestellt.
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Es ist zu beachten, dass zwei Schichten eines ersten PCM bzw. eines zweiten PCM auf jeder Seite des Wärmedämmstoffs 23 angeordnet sein könnten.
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Die Folie(n) der Umhüllung(en) 49 und/oder 51 kann/können jeweils als Mehrschichtfolie aus Polymerfolien (PE und PET) und Aluminium in Form von z. B. kaschierter (Folie mit einer Dicke von etwa zehn Mikrometern) oder metallisierter (Vakuumbeschichtung einer Folie von einigen zehn Nanometern) Folie hergestellt werden. Die Metallisierung kann ein- oder beidseitig auf einer PE-Folie erfolgen und mehrere metallisierte PE-Folien können zu einer Folie zusammengefügt werden. Musterfolienaufbau: - PE-Innenversiegelung, ca. 40 µm - Vakuum-Metallisierung Al, ca. 0,04 µm - PET-Außenschicht, ca. 60 µm.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2690137 [0116]
- EP 2690141 [0116]
- WO 2014060906 [0119]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm EN 14477 [0032]
- ASTM F 1306 [0032]
