DE3121351C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Isolierabstandhalter für Vakuum- Isoliergeräte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Isolierabstandhalter ist aus der DE-OS 28 02 910 bekannt. Hierbei sind die Streben in den einzelnen Schichten parallel und versetzt zueinander ange­ ordnet und mittelbar über zwischen den Schichten angeordnete Planen gegeneinander abgestützt. Ein solcher Isolierabstandhalter dient dazu, den Abstand zwischen den beiden Wänden eines Vakuum-Isolierers aufrechtzuerhalten. Es ist be­ kannt, daß die Vakuum-Isolierung ein ausgezeichnetes Mittel zur Aufrechterhaltung hoher oder niedriger Temperaturen ist. Da auf eine Vakuum-Isoliereinrichtung ein hoher Druck wirkt, wenn der Innendruck durch Evakuierung des Inneren reduziert wird, muß die Wandstärke hinreichend hoch sein.

Um eine hohe Wandstärke zu erreichen, muß der Werkstoff für die Wände eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen. Gleichzeitig müssen ausreichend dicke Wände verwendet werden. Aufgrund die­ ser Tatsache wird die Möglichkeit zur Herstellung großflächi­ ger Vakuum-Isoliereinrichtungen eingeschränkt.

Um diese Nachteile auszuschalten, sieht eine in der japani­ schen Patentanmeldung 1979-63 453 offenbarte Vakuum-Isolier­ einrichtung, die einem auf die Wände wirkenden hohen Außen­ druck unterliegt, vor, daß ein bienenwabenförmig gestalteter Abstandhalter aus Isolierwerkstoff zwischen die beiden Wände eingefügt wird.

Bei der Verwendung eines solchen bienenwabenförmigen Abstand­ halters kann ein doppelwandiges Inneres nicht durch den atmo­ sphären Druck zusammenfallen, wenn der Innenraum evakuiert wird, und dadurch wird eine Deformation der Wände verhindert. Allerdings besteht der Mangel darin, daß die Wirkung der Vakuum-Isolierung deshalb beträchtlich vermindert wird, weil bei einem aus plattenförmigen Elementen zusammengesetzten bienenwabenförmigen Abstandhalter eine verhältnismäßig große Wärme­ menge durch Wärmeleitung übertragen wird.

Außerdem besteht eine weitere Schwierigkeit darin, den Druck beim Absaugen der Luft durch einen Luftauslaß zu reduzieren, da jedes plattenförmige Element der Luftzirkulation angepaßt sein muß, was nicht leicht zu bewerkstelligen ist. Aus diesen Gründen besteht seit langem ein Bedürfnis nach einem Abstand­ halter für Vakuum-Isolierelemente von geringer Wärmeleit­ fähigkeit, der nur eines geringen Aufwandes bedarf.

Durch die US-PS 26 62 043 ist auch bereits ein Isolierabstandhalter zwischen zwei Wänden einer Isoliereinrichtung bekannt, der aus in mehreren Schichten angeordneten Trägerelementen aus Streben mit rechteckigem Querschnitt aus Isolier­ material gebildet ist, wobei die Streben der einzelnen Schichten jeweils eine Gitterstruktur bilden und die Gitter gegeneinander versetzt angeordnet sind. Hier handelt es sich aber nicht um eine Vakuum-Isoliereinrichtung. Vielmehr bilden die Gitterstrukturen zusammen mit dazwischenliegenden Metallfolien eine Vielzahl von geschlossenen Lufträumen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Abstandhalter für ein Vakuum-Isoliergerät zu schaffen, dessen Wärmeleitfähigkeit minimal ist und der eine hohe Isolierwirkung gewährleistet. Dieser Abstandhalter für eine Vakuum-Isoliereinrichtung soll leicht und unter geringen Kosten herstellbar sein. Darüber hinaus soll der erfindungsgemäße Abstandhalter für ein Vakuum- Isoliergerät eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen und beim Evakuieren der Luft dem hohen Atmosphärendruck wider­ stehen.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Isolierab­ standhalter durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei verschiedenen Möglichkeiten von Ausführungsformen weist die Erfindung eine Versteifung auf, die aus einer Anzahl von Querstegen aus Isolierwerkstoff besteht, die einen rechtecki­ gen Querschnitt aufweisen und parallel angeordnet sind. Die aus Isolierwerkstoff gebildeten Querstreben von rechteckigem Querschnitt bilden ein Gitter. Es können zwei Arten von Stütz­ elementen vorgesehen sein, von denen eine Art aus parallel an­ geordneten Querstreben mit den anderen Streben ein Gitter bil­ det, wobei diese Querstreben abwechselnd in drei oder mehr Ebenen so angeordnet sind, daß die oberen und unteren Berüh­ rungspunkte eines sandwichartigen Trägers nicht einander über­ lappen.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung und Beschreibung einiger bevor­ zugter Ausführungsformen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Abstandhalters;

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie I-I in Fig. 1, in dem der Wärmefluß durch Pfeile eingetragen ist;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform in perspektivischer Dar­ stellung mit einem Aufbau in drei Ebenen und

Fig. 4 eine andere Ausführungsform in perspektivischer Dar­ stellung in einem Aufbau in vier Ebenen.

Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Abstandhalters sind die aus Isolierwerkstoff bestehenden Querstreben c 1, c 2, c 3 von rechteckigem Querschnitt und verlaufen parallel nebeneinander unter Bildung eines Trä­ gers in einer ersten Schicht. Ein in der zweiten Schicht liegen­ der Träger ist aus den Querstreben b 1, b 2, b 3 gebildet, die im rechten Winkel zu den Querstreben der ersten Schicht verlau­ fen. Dieser Träger ist auf den Träger der ersten Schicht aufge­ setzt. Auf den Träger dieser zweiten Schicht ist ein die dritte Schicht bildender Träger aufgesetzt, der aus Querstreben a 1, a 2, a 3 besteht, die im rechten Winkel zu den Querstreben der zweiten Schicht verlaufen.

Die Fig. 1 läßt erkennen, daß die Berührungspunkte eines Trä­ gers in der zweiten Schicht und eines Trägers in der dritten Schicht (der auf demjenigen der zweiten Schicht angeordnet ist) abwechselnd zu den Berührungspunkten der Träger der zweiten Schicht und der unter der zweiten Schicht angeordneten ersten Schicht liegen, so daß die oberen und unteren Berührungspunkte eines Trägers der zweiten Schicht diejenigen der beiden anderen Schichten nicht überlappen. Der Berührungspunkt 2 zwischen der Querstrebe a 2 des in der dritten Schicht angeordneten Trägers und der Querstrebe b 2 des Trägers der zweiten Schicht ist um den halben Abstand zwischen den Berührungspunkten 6 und 7 plaziert. Aus dieser Figur geht au­ ßerdem hervor, daß die anderen Querstreben b 1 und b 3 in der gleichen Weise verlaufen, was der in Fig. 2 wiedergegebene Schnitt I-I aus Fig. 1 erkennen läßt. Obgleich dies nicht dargestellt ist, sind Wärmeübergangsflächen unter Be­ rührung der Oberseiten der Querstreben a 1, a 2 und a 3 des Trägers in der dritten Schicht und den Unterseiten der Quer­ streben c 1, c 2, c 3 des Trägers in der ersten Schicht angeordnet. Wenn die Luft in dem Zwischenraum zwischen zwei Wärmeübertragungsflä­ chen entfernt wird, so daß sich ein Vakuum ausbildet, wird die Wärme durch Wärmeleitung über einen Träger übertragen, sowie durch Strahlung in dem evakuierten Raum und durch Konvektion, d. h. durch freie Bewegung der in dem evakuierten Raum verbliebenen Gasmoleküle. Dadurch ergibt sich ein nach unten gerichteter Wärmeübergang dann, wenn die obere Wärmeübergangsfläche eine höhere Temperatur als die un­ tere Wärmeübergangsfläche besitzt.

Der Wärmeübergang durch die Träger hindurch führt durch das gesamte Trägersystem. Allerdings erfolgt der Wärmetransport durch verminderte Flä­ chen an dem Kontaktpunkt mit einem Träger in der zweiten Schicht, und die durch die Kontaktpunkte übertragene Wärme gelangt dann seitlich durch einen Träger in der zweiten Schicht und dann in die Wärmeübertragungsfläche an der Unterseite des Trägers in die erste Schicht vermittels der Berührungspunkte mit dem in der ersten Schicht befindlichen Träger.

Dies geht aus Fig. 2 hervor, wo die von der Querstrebe a 2 in der dritten Trägerschicht durch den Kontaktpunkt 2 auf die Quer­ strebe b 2 in der zweiten Trägerschicht übertragen und nach der rechten und linken Seite aufgeteilt und dann über die Be­ rührungspunkte 6 und 7 auf die Querstreben c 1 und c 2 des Trägers in der ersten Schicht übertragen wird.

Bei einem üblichen, in einer Schicht verlaufenden bienenwaben­ förmigen Abstandhalter sind die Wärmeübergangsflächen der oberen und unteren Seite zugleich die Flächen, in denen das Gitter mit beiden Seiten der Wärmeübergangsflächen Berührung hat, und der Abstand des Wärmeübergangs entspricht der Länge der beiden Flächen verbindenden Geraden.

Bei einem Isolierabstandhalter, wie er in der Fig. 1 wieder­ gegeben ist, bei welchem sich die Berührungspunkte des Trä­ gers nicht überlappen, wird der Wärmeübergang beträchtlich re­ duziert infolge der Verminderung der Wärmeübertragungsflächen an den Berührungspunkten der Träger in jeder Schicht und des vergrößerten Abstands des Wärmeübergangs auf den Träger in der zweiten Schicht.

Das zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Träger Verwendung findende Material hat ein geringes Wärmeleitvermögen und be­ steht beispielsweise aus wärmehärtbaren Kunstharzen, wie Epoxyharz, Harnstoff-Kunstharz und dergleichen, oder aus thermoplastischen Kunststoffen wie Polypropylen, Poly­ äthylen hoher Dichte, Polyester und derglei­ chen, oder aus imprägniertem Papier oder kunstharzverstärk­ tem Holzstoff.

Selbstverständlich ist bei der Auswahl des Materials die Temperatur der verwendeten Vakuum-Isoliereinrichtung zu beachten, und die Wärmefestigkeit des Werkstoffs ist zu be­ rücksichtigen. Findet die Vakuum-Isoliereinrichtung unter Hochtemperaturbedingungen Anwendung, empfehlen sich kera­ mische Werkstoffe.

Es ist zweckmäßig, die Berührungspunkte jeder Schicht mit­ tels eines Klebers zusammenzufügen oder fest ineinander zu stecken, was sie dauerhaft und stabil macht. Eine ande­ re Möglichkeit der Herstellung besteht in einer integralen Formgebung in einer Form.

Die Festigkeit des für die beiden Wände verwendeten Werk­ stoffs bestimmt den Abstand oder die geringen Zwischenräume zwischen benachbarten Querstreben eines Trägers in jeder Schicht. Sind die Abstände zwischen benachbarten Querstreben gering, wird das Maß des Wärmeübergangs durch den Abstand­ halter beträchtlich erhöht. Je geringer die Stärke der den Träger bildenden Querstreben ist, um so geringer ist das Maß des Wärmeübergangs. Die für einen Abstandhalter erforderli­ che mechanische Festigkeit bildet einen Faktor zur Bestimmung der Dicke der Querstreben. Besteht der Abstandhalter bei­ spielsweise aus synthetischem Kunststoff, ist es angemessen, die ungefähre Dicke eines Trägers mit 1-2 mm und 10-50 mm Abstand zwischen aneinandergrenzenden Trägern zu bemes­ sen.

Entsprechend der Fig. 1 gibt auch die Fig. 3 ein Beispiel eines aus drei Schichten bestehenden Isolierabstandhalters ge­ mäß der Erfindung wieder. Beide Träger A und C in der drit­ ten und ersten Schicht bestehen aus Querstreben aus Isolier­ werkstoff von rechteckigem Querschnitt und in der Form ei­ nes Gitters. Die gitterförmigen Träger in der ersten und dritten Schicht stützen die Wände der Isoliereinrichtung, insbesondere wenn diese flach ist und verstärken die Wände gegen einen von außen wirkenden Druck. Der Träger B in der zweiten Schicht besteht aus parallelen Querstreben B 1, B 2 und B 3 von rechteckigem Querschnitt und aus Isolierwerkstoff.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Abstand­ halters aus vier Schichten. Bei dieser Ausführungsform sind die Träger D und A in der ersten und vierten Schicht, die an den Wänden der Isoliereinrichtung anliegen, aus je einem Git­ terwerk. Die Träger C und B in der zweiten und dritten Schicht bestehen gleichfalls aus geraden Querstreben in paralleler Anordnung und unter Vermeidung einer Überlappung der Kontaktpunkte jeder Schicht. Zur Ausbildung dieses vier Schichten ausweisenden Abstandhalters können beispielsweise die erste und zweite Schicht unter Verwendung thermopla­ stischer Kunststoffe integral gestaltet sein. Dieser ein­ heitlich gegossene oder gespritzte Träger kann umgekehrt für die dritte und vierte Schicht Verwendung finden. Diese können einfach aufeinander angeordnet oder vorzugsweise miteinander verklebt sein und so einen aus vier Schichten be­ stehenden Isolierabstandhalter ergeben.

Der Abstandhalter gemäß der Erfindung wird zwischen die beiden Wände eines Vakuum-Isoliergerätes eingefügt, um die beiden Wände abzustützen und zu verstärken. Da keiner der Räume des Trägers verschlossen ist, kann das Entlüften leicht durchgeführt werden und Perlit oder ein Aerogel­ pulver, die üblicherweise bei der Vakuum-Isolierung ver­ wendet werden, ohne weiteres eingefüllt werden. Der durch­ schnittliche freie Durchgang, der für die Gasmoleküle in dem Zwischenraum verbleibt, wird kürzer durch das Einfül­ len von Perlit in das Vakuum. Dadurch wird die direkte Wärmeübertragung mit Hilfe der Gasmoleküle vermindert, was den Wirkungsgrad der Vakuum-Isolierung steigert. Wärmere­ flektierende Aluminiumfolien können zwischen die Ebenen eines aus drei oder mehr Schichten bestehenden Abstandhalters eingefügt werden, um dadurch den Wärmeübergang durch Strah­ lung zu vermindern.

Der erfindungsgemäße Isolierabstandhalter ist nicht allein für flache Isolierstrukturen verwendbar, sondern gleicher­ maßen für zylindrische oder sphärische Gestaltungen. Selbst­ verständlich kann der Träger auch eine gekrümmte Fläche auf­ weisen. Es ist nicht erforderlich, daß der Träger auf der gesamten Fläche der Isolierebene angeordnet ist. Statt des­ sen kann er auch teilweise angewendet werden, um den Teil einer Isolierstruktur auszubilden und zwar dort, wo eine zusätzliche Verstärkung erforderlich ist. Ein Beispiel hier­ für ist ein Abstandhalter am Boden einer Vakuum-Flasche, um das Gewicht eines Innenbehälters zu tragen. Dadurch ergibt sich eine wirksame Verstärkung ohne Verminderung des Wir­ kungsgrads der Isolierung.

Claims (4)

1. Isolierabstandhalter zur Anordnung zwischen einer oberen und einer unteren Fläche eines Vakuum-Isolierge­ rätes, aus in mindestens drei Schichten übereinander ange­ ordneten Trägerelementen aus Streben mit rechteckigem Querschnitt aus Isoliermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelemente zweier angrenzender Schichten einander unmittel­ bar und sich kreuzend berühren und die Berührungspunkte der Träger­ elemente dieser Schichten und die Berührungspunkte weiterer aneinander angrenzender Schichten gegeneinander versetzt sind.

2. Abstandhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement mindestens einer Schicht aus parallelen Streben und das Trägerelement mindestens einer weiteren Schicht aus einem aus den Streben gebildeten Gitter besteht.

3. Abstandhalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Trägerelemente eines Abstandhalters aus vier Schichten je eine Gitterstruktur aus sich kreuzenden Streben aufweisen.

4. Abstandhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume der Trägerelemente mit Perlit oder Aerogelpulver ausgefüllt sind.