DE2520062A1

DE2520062A1 - Bauelement mit hoher isolierfaehigkeit

Info

Publication number: DE2520062A1
Application number: DE19752520062
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Heierli
Original assignee: Heierli & Co Patentverwertungs
Current assignee: Heierli & Co Patentverwertungs
Priority date: 1975-05-06
Filing date: 1975-05-06
Publication date: 1976-11-18

Description

BAUELEMENT MIT HOHER ISOLIERFAEHIGKEIT Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement mit hoher Isolierfähigkeit, wobei im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auch Konstruktionsteile als Bauelemente bezeichnet #rden welche das eigentliche Bauwesen, dh. die Hoch- und Tiefbautechnik, nur am Rande berühren.
Für Fenster oder Aussentüren aller Art werden zur Erreichung einer sehr hohen Wärmeisolierfähigkeit drei oder vier Glasscheiben in bestimmten gegenseitigen Abständen angeordnet, wodurch hohe Kosten und der Nachteil von Bauelementen grosser Dicke, grossen Gewichts sowie von beeinträchtigter Durchsicheig keit entsteht.
Bei Sonnenkollektoren, wo es darum geht, eine dunkle Absorber-oder Selektivabsorberfläche durch die Sonnenstrahlung aufzuheizen und sie gegen Abstrahlung und Wärmeableitverlust zu schützen, so dass ein möglichs#t hoher Prozentsatz der eingefangenen Wärme genutzt werden kann, werden zwei oder mehr Scheiben zum Schutz des Absorbers angeordnet, wobei die Isolierfähigkeit durch diese Massnahme verbessert, die Sonneneinstrahlung auf den Absorber ,edoch reduziert wird, sodass der Wirkungsgrad des Sonnenkoilektors aus diesem Grunde wieder abnimmt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung der beschriebenen Nachteile bei Fenstern aller Art und bei Sonnenkollektoren durch eine einfache und kostengünstige Konstruktion.
Es ist bekannt, dass Vakuum eine sehr hohe isolierwirkung auch bei geringen Dicken des evakuierten Zwischenraumes aufweist.
Die beiden Begrenzungsflächen des Vakuums sind aber unabänderlich einer enormen Belastung ausgesetzt, welche aus der Multiplikation des Luftdrucks von 1 kp/cm2 und der Fenster-und Kollektorfläche entsteht. Bei stark gekrümmten Begrenzungsflächen lässt sich dieser Druck durch Ringdruckspannungen aufnehmen. Bei ebenen Begrenzungselementen (Scheiben) müsste die Stärke derselben so stark erhöht werden, dass eine unwirtschaftliche und technisch unbefriedigende Lösung entstehen würde, auch bei Fensternund Flachkollektoren mitsehr geringen Abmessungen. Dies ist der Grund, warum die Vakuumtechnik in diesen Gebieten bisher keinen Eingang gefunden hat.
Daserfindungsgemässe Bauelement zeichnet sich aus durch zwei im wesentlichen in gleichem Abstand voneinander angeordneten Begrenzungsflächen, welche entlang ihrer Ränder dichtend miteinander verbunden sind, wobei im Raum zwischen den Begrenzungsflächen und den Rändern ein Vakuum herrscht, sowie durch im evakuierten Raum zwischen den Begrenzungsflächen vorgesehenen Abstützkörpern für die Flächen.
Die Herstellung eines Vakuums zwischen verschweissten oder verlöteten Glasflächen ist technisch ohne weiteres durchführbar, wobei die Stärke des Vakuums etwa 10 3 Torricelli erreichen soll.
Der Abstand zwischen den zwei ebenen Begrenzungsflächen kann wegen des Vakuums relativ gering gewählt werden, ja es ist sogar so, dass je nach dem Betrag des Vakuums ein geringer Abstand zu besserer Isolationswirkung führt. Die Isolierfähigkeit des Vakuums als solchem ist ausserordentlich hoch; sie ist - bei gleicher Schichtstärke - derjenigen von guten Isoliermaterialien wie Schaumstoffen usw. weit überlegen.
Die Abstützungen zwischen den beiden Begrenzungsflächen werden so dimensioniert, dass einerseits die Spannungen in den Begrenzungsflächen und in den Stützkörpern die zulässigen Werte für Dauerbelastung nicht überschreiten, anderseits die Wärmebrücken, welche die Stützkörper darstellen einen noch geringen Einfluss auf die Isolierfähigkeit des Bauelementes haben. Die Stützkörper werden aus Glas oder Kunststoffen hergestellt und sind in der Form zylindrisch oder kugelförmig, wobei auch evakuierte Hohlkugeln möglich sind. Die Dimensionen der Abstützkörper werden so festgelegt, dass unter Beachtung der Spannungen und der Isoliereigenschaften eine optimale Lösung entsteht. Die Abstützkörper werden vor dem Zusammenstellen des Bauelementes auf die eine Begrenzungsflache aufgestellt bzw.
in aufgeklebt; sie werden nach Aufbringung des Vakuums ihrer Stel lung durch die Reibungskräfte infolge der hohen Auf lagerkräfte einwandfrei gehalten. Abstützkörper, die auf diese Weise in ihren Dimensionen minimalisiert worden sind, beeinträchtigen die Sicht durch die Fenster praktisch nicht. Man denke nur daran, dass leichte Tüllvorhänge in dieser Hinsicht wesentlich stärker und unregelmässiger wirken. Ist ein Fenster von Regen auch nur leicht berührt worden, so entstehen durch die Regentropfen Brechungsunterschiede, welche sich viel stärker auswirken als der regelmässige Raster der Abstützungen.
Nachstehend werden einige Ausführungsbeispiele von erfindungsgemässen Bauelementen anhand der Zeichnung noch etwas näher erläutert.
Fig. 1 zeigt perspektivisch einen Ausschnitt aus einem ebenen Bauelement, bei welchem die Begrenzungsflächen durch zylindrische Stützkörper abgestützt sind. Die dichtenden Randabdeckungen sind dabei noch nicht angebracht.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines Bauelemente nach Fig. 1.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemässen Bauelement, welches beim gezeigten Beispiel als sogenannter Sonnenkollektor ausgebildet ist.
Fig. 4 und 5 zeigen ausschnittsweise weitere Details des Bauelementes von Fig. 3.
Bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Bauelement sind zwei Begrenzungsflächen 1,2 mittels zylindrischer Stützkörper im wesentlichen in gleichmässigem Abstand voneinander angeordnet.
Die Seitenränder sind beim fertigen Bauelement mittels einer Randabdeckung 3 dichtend miteinander verbunden. Im Raum 4 zwischen den Begrenzungsflächen und den Randabdeckungen besteht ein Vakuum von etwa 10-3 Torr, welches durch Absaugen der Luft in an sich bekannter Weise erzeugt wurde. Die Stützkörper 5 haben beim gezeigten Beispiel die Form von kleinen Zylindern, wobei jedoch andere Formen, zB. Kugeln, ohne weiteres denkbar sind. Diese Abstützkörper haben die Aufgabe, den üblicherweise von aussen wirkenden atmosphärischen Druck auf die Begrenzungsflächen aufzunehmen. Die Begrenzungsflächen können beispielsweise aus Glas oder anderen durchsichtigen oder lichtdurchlässigen Materialien bestehen. Die Randabdeckungen 3 können aus dem gleichen Material wie die Begrenzungsflächen 1,2 oder aus einem passenden anderen Material, welches eine hohe Isolierfähigkeit aufweist, bestehen.
Für die Begrenzungsflächen und die Randabdeckungen müssen selbstverständlich Materialien gewählt werden, welche über lange Zeit gasdicht sind und selbst kein Gas abgeben (kein sog. "Outgassing").
Das selbe gilt auch für die herzustellende Verbindung zwischen den Begrenzungsflächen und den Randabdeckungen.
Fig. 3 der Zeichnung zeigt ein besonders interessantes Anwendungsgebiet des Bauelementes, nämlich als sogenannter Sonnenkollektor. Beim gezeigten Beispiel bestehen beide Begrenzungsflächen aus Glas, wobei die der Sonnenstrahlung abgewendete auch aus Metall oder anderem Material bestehen könnte. Im evakuerten Raum zwischen den Begrenzungsflächen 6,7 ist neben den Abstützkörpern 8 ein Blatt aus dunklem Metall 9 (Absorber oder Selektivabsorber) sowie die üblichen Röhren 10 für den Wärmeträger angeordnet. Das Blatt 9 ist über Abstützkörper 11 auf der Begrenzungsfläche 7 abgestützt. Ein solcher Sonnenkollektor garantiert wegen seiner hohen Isolationsfähigkeit eine optimale Ausnützung der einstrahlenden Sonnenenergie, wobei der Isolierung deshalb eine gesteigerte Bedeutung zukommt, weil die Absorbertemperatur hoch und die Umgebungstemperatur (im Winter) niedrig und damit das Temperaturgefälle besonders gross ist.
Wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, ist die Absorberfläche, d.h. die Metallfläche 9, welche die Röhren trägt, nur gegenüber der der Sonne abgewendeten Fläche 7 abgestützt.Die entsprechende Abstützung wird mit isolierenden Halterungen 11 vorgenommen, welche sich bei der Erwärmung und Ausdehnung des Absorberelementes im elastischen Bereich durchbiegen können. Bei den Abstützungen selbst ist der Sonnenkollektor durchbrochen, wobei die Durchbrüche oder Ausnehmungen 8' in das Absorberblech minimal, aber doch so gross gehalten werden, dass bei der Wärmeausdehnung keine Berührung zwischen den Abstützkörpern 8 und dem Absorber 9 und damit keine Wärmebrücke entsteht. Die Ausnehmungen 8' im Absorberblech können im Sinne einer Variante auch so ausgeführt werden, dass an diesen Stellen gemäss Figur 5 durch den Stanzvorgang eine schlauchartige Ausstülpung 12 entsteht, dank welcher die schräg auffallenden Sonnenstrahlen bei den Abstüzungen noch eingefangen werden können.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der streifenartigen Unterteilung der Gesamtfläche durch Längsabstützungen mit durchgehenden oder unterbrochenen Stützrechtecken, wobei die Absorberbleche längs dieser Rechtecke nach unten gebogen sein können, so dass das in dem Zwischenraum zwischen den Absorbern einfallende Licht schon bei leicht schrägem Einfall ausgenützt wird.

Claims

Patentansprüche

1 Bauelement mit hoher Wärmeisolierfähigkeit, bestehend aus zwei im wesentlichen ebenen und in gleichbleibendem Abstand angeordneten Begrenzungsflächen, von denen mindestens eine lichtdurchlässig oder durchsichtig ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zischenraum evakuiert ist und die beiden Begrenzungsflächen gegeneinander durch Stützelemente örtlich abgestützt sind.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützkörper zylindrisch sind, mit der Zylinderaxe senkrecht zu den Begrenzungsflächen.
3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützkörper kugelförmig sind.
4. Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln als evakuierte Hohlkugeln ausgebildet sind.
5. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente als durchgehende oder unterbrochene, zu den Begrenzungsflächen senkrecht stehende, dünne Scheiben ausgebildet sind.
6. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützkörper aus durchsichtigem oder lichtdurchlässigem Kunststoff oder Glas bestehen.
7. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützkörper in regelmässigen Abständen angeordnet sind, sodass ein Raster entsteht.
8. Bauelement nach Aspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Randabdichtungen des Elementes am Rande der Begrenzungs flächen aus eingeschzzeissten oder eingelöteten Glas- oder Kunststoffelementen bestehen.
9. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im evakuierten Raum zwischen den Begrenzungsflächen eine Metallplatte angebracht ist, deren eine Fläche als Absorber oder Selektivabsorber für Sonnenenergie ausgebildet ist, wobei die Metallplatte bei den Abstützungen durchlöchert ist und diese und die Randabdichtungen nicht berührt, mit Ausnahme von denjenigen, an welchen sie zum Zwecke der Halterung befestigt ist.
10. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft- oder Gasdruck im Raum zwischen den Begrenzungsflächen im Maximum 10 3 Torricelli beträgt.
ii. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung dadurch realisiert ist, dass die beiden Begrenzungsflächen gegen die Vakuumseite hin mit beim Ziehen der Scheiben hergestellten Längsstegen versehen sind, welche eine jeweils punktförmige Abstützung in einem quadratischen Raster dadurch ergeben, dass die beiden Begrenzungsflächen mit im Grundriss gegeneinander rechtwinklig verlaufenden Stegen angeordnet sind.
12. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Begrenzungsflächen auf der dem Vakuum zugekehrten Seite mit einem Belag versehen sind, welcher die kurzwellige Sonneneinstrahlung durchtreten lässt, die längerwellige Wärmestrahlung von der entgegengesetzten Seite jedoch reflektiert.