DE60031005T2

DE60031005T2 - Isoliereinheit

Info

Publication number: DE60031005T2
Application number: DE60031005T
Authority: DE
Inventors: Arcelik A.S. Fatih ÖZKADI; Arcelik A.S. Sibel ODABA; Arcelik A.S. Esra KÜCÜKPINAR
Original assignee: Arcelik AS
Current assignee: Arcelik AS
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: TR200300968T1; WO2002052208A1; EP1344008A1; EP1344008B1; DE60031005D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine isolierte Einheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs und auf ein Verfahren zum Herstellen der Einheit.
Eine solche Einheit ist aus dem Dokument US 4 444 821 bekannt.
Isolierte Einheiten werden weithin in unserem täglichen Leben zur Schaffung einer thermischen, einer akustischen oder einer anderen Art von Isolation verwendet, um das Leben komfortabler zu machen. Beispiele für solche Isolationseinheiten sind Kühlschränke, die als Wärmeisolatoren am häufigsten verwendet werden.
Die Isolationselemente von Kühlschränken bestehen im Allgemeinen aus geschlossenzelligem Schaum, der zwischen der inneren und der äußeren Verkleidung eingekapselt ist. Das Treibmittel, das normalerweise ein hohes Molekulargewicht besitzt, wird im Schaumbildungsprozess des geschlossenzelligen Schaums verwendet. Das Gas, das während der Reaktion der Schaumsubstanz austritt, verbleibt im Inneren der geschlossenen Zellen. Nach der Ersetzung der Treibmittel, die Chlorfluorkohlenwasserstoffe enthalten, durch die nicht fluorkohlenwasserstoffhaltigen Materialien (z. B. Cyclopentan) auf Grund von Umweltschutzgründen, schien das in den geschlossenen Zellen verbleibende Gas die Wärmeisolationseigenschaften der Kühlschränke zu schwächen. Dies liegt an den höheren Wärmeleitfähigkeitswerten der neuartigen Treibmittel.
Wegen der neuen Energiebestimmungen ist es wichtig, den Energieverbrauch der Kühlschränke und Tiefkühltruhen zu senken. Viele verschiedene Systeme und Anwendungen sind in einem Bestreben untersucht und verwendet worden, das Wärmeisolationsverhalten der Türen und Wände eines Kühlschrankgehäuses zu steigen, das in der jüngsten Vergangenheit infolge der Verwendung des Chlorfluorkohlenwasserstoff ersetzenden Treibmittels eingeschränkt wurde. Die Anwendung von Vakuumpaneelen mit sehr niedrigen Wärmeleitfähigkeitswerten im Isolationsteil der Kühlschränke ist ein Beispiel für solche Systeme. Ein Vakuumpaneel wird mittels Dichtungsmaterial wie etwa Fiberglas, Siliciumdioxid, Perlit, Aerogel, extrudiertes offenzelliges Polystyrol, offenzelliges Polyurethan, recycelte Urethanflocken (RUF) und chemische Absorptionsmittel in einer dünnen Schicht ähnlich einer Schichtstoffbarriere oder laminiertem Edelstahl hergestellt. Das Material wird ferner evakuiert, abgedichtet und auf einem konstanten Vakuumniveau gehalten. Das Vakuumniveau hängt von dem spezifischen Füllstoff-Isolationsmaterial ab. Der aufgebrachte Druck variiert im Allgemeinen im Bereich von 10^–2 bis 100 mbar. Da die Wärmeleitfähigkeit in jedem Fall niedrig ist, besitzen die evakuierten Isolierstoffe die Fähigkeit, die Wärmeübertragung aus dem umgebenden Volumen in das innere Volumen eines Kühlschranks zu verringern. Die Vakuumpaneelanwendungen sind in US4444821 , EP0715138 , US4681788 beschrieben. In WO 9736129 ist ein Vakuumisolationspaneel beschrieben, das Außenverkleidungen besitzt, die aus Verbundfolie hergestellt sind, welche eine Metallschicht umfasst, genauer eine Aluminiumschicht, die auf beiden Seiten mit einer Polyethylenpolyester- oder Polypropylenschicht überzogen ist: Da die Dicke der Metallschicht in dem Vakuumisolationspaneel klein ist, kann sie eine Abnahme des Vakuumniveaus verursachen. Neben seiner niedrigen Wärmeleitfähigkeit weist die Vakuumisolationspaneel-Technik jedoch auch ihre eigenen Nachteile auf. Es ist sehr schwer, die Vakuumpaneele auf einem konstanten Vakuumniveau zu halten. In einem Zeitraum von 15–20 Jahren können die möglichen Gasquellen das Vakuum sowohl durch das Barrierenmaterial als auch die Flansche verschlechtern. Um dies zu verhindern, ist es möglich, Materialien zu verwenden, die als Getter bezeichnet werden. Die Anordnung der Gettermaterialien ist in EP0769117B1 angegeben.
In EP 0757136 wird eine Komponente vorgestellt, die zwei Abdeckschichten mit einem Kern aus hartem Kunststoffschaum aufweist. Sie ist ein Vakuumelement mit einem Kern aus offenzelligem hartem Kunststoffschaum, dessen Außen- und Innenseiten durch die Metallabdeckschichten abgedichtet werden und dessen Längs- und Querseiten durch Kunststoff und/oder durch eine integrale Kunststoffschaumschicht und/oder durch ein Kunststoff- oder Kautschukfolienmaterial luftdicht abgeschlossen werden: Der Kern aus hartem Kunststoffschaum ist ständig mit einer Vakuumquelle, d. h. einer Vakuumpumpe, verbunden. Eine in den Kern eingesetzte gelochte Vakuumröhre besitzt Verbindungen zu Wandelementen in der Nähe zu dem Rohr mit einer Verbindungsleitung zu der Pumpe.
In WO 00060292 ist eine vakuumisolierte Einheit beschrieben, die eine innere Verkleidung und eine äußere Verkleidung umfasst, die aus einem thermoplastischen Material hergestellt sind. Um die Permeation von atmosphärischen Gasen und Wasserdampf zu verringern, sind Zwischenschichten zwischen der inneren und der äußeren Verkleidung und dem Isolationsmaterial eingefügt. Diese Zwischenschichten können Metallschichten oder mit Kunststoff überzogene Aluminiumschichten sein. In dieser Patentanmeldung wird erwähnt, dass die Metallschichten durch eine Zerstäubungstechnik auf die innere und die äußere Verkleidung aufgebracht werden können.
WO 00/60292A offenbart einen isolierten Schrank, bei dem die innere Verkleidung 16 und die äußere Verkleidung 15 des Schranks aus einem thermoplastischen Material hergestellt sind. Die innere Verkleidung 16 und die äußere Verkleidung 15 sind auf ihren einander gegenüberliegenden Innenseiten mit Schichten 17 und 18 versehen, die durch Koextrusion oder Laminierung aufgebracht werden.
US-A-5 943 876 offenbart Vakuumisolationspaneele, die mit einer Umhüllung 20 umhüllt sind. Die flexible Umhüllung 20 ist tatsächlich eine Mehrschichtfolie.
US-A-4 444 821 offenbart Vakuumisolationspaneele, bei denen Vakuumpaneel-Wandelemente 10a und 10b mehrschichtig sind. Diese Wandelemente 10a und 10b bilden zusammen mit einem Kantenverschlussstreifen 20 einen Innenraum, der mit Isolationsmaterial zu füllen ist.
US-A-5 635 129 offenbart einen Doppelfolien-Wärmeformungsprozess, bei dem zwei Folien aus thermoplastischem Material durch Wärmeformung geformt werden, während ein erwärmtes thermoplastisches Einspritzmaterial zwischen den Folien in flüssiger Form angeordnet wird, um den resultierenden Gegenstand zu verstärken.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine isolierte Einheit herzustellen, bei der die Permeation von atmosphärischen Gasen und Wasserdampf in sein inneres Füllstoffmaterial gesteuert wird.
Die isolierte Einheit, die realisiert wird, um die Aufgabe der Erfindung zu lösen, ist in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht, wobei:
1 die dreidimensionale Rückansicht der isolierten Einheit ist;
2 die dreidimensionale Vorderansicht der isolierten Einheit ist;
3 die schematische Ansicht ist, die die Lagen aus Kunststoff zeigt, während sie erwärmt werden;
4 die schematische Ansicht ist, die die Lagen aus Kunststoff zeigt, während sie in die Form gezwungen werden;
5a die schematische Ansicht des Dünnschichtmaterials ist, das zugeschnitten ist, um ein rechtwinkliges Prisma mit einer offenen Fläche zu bilden;
5b die schematische Ansicht des Dünnschichtmaterials ist, das so zugeschnitten ist, dass es nach dem Formen ein rechtwinkliges Prisma mit einer offenen Fläche und mit Flanschen bildet;
5c die schematische Ansicht des Dünnschichtmaterials ist, das so zugeschnitten ist, dass es nach dem Formen ein Kühlschrankgehäuse mit einem Kompressorraum bildet;
5d die schematische Ansicht des Dünnschichtmaterials ist, das in einer Rechteckform zugeschnitten ist;
6 die schematische Ansicht ist, die die Lagen aus Kunststoff zeigt, während sie warmgeformt werden;
7 die schematische Ansicht ist, die den Moment zeigt, in dem eine der Formen die Metallschicht in Richtung der anderen Form zwingt und schiebt;
8 die schematische Ansicht ist, wenn die Schichten kombiniert werden, so dass sie eine Verbundfolie bilden;
9 die schematische Ansicht ist, die die Formen zeigt, während die Verbundfolien entfernt werden;
10a die schematische Ansicht ist, die die geformten Verbundfolien zeigt, wenn sie zusammengebracht werden, um eine isolierte Einheit zu bilden;
10b die schematische Ansicht ist, die die gebildete innere und äußere Verkleidung zeigt;
11 die dreidimensionale Vorderansicht der inneren Verkleidung und der äußeren Verkleidung zeigt;
12 die dreidimensionale Ansicht ist, die die innere Verkleidung zeigt, während sie in die äußere Verkleidung eingeführt wird;
13 die dreidimensionale Vorderansicht einer isolierten Einheit ist, die nach dem Verbinden der inneren und der äußeren Verkleidung und außerdem nach dem Füllen des Isolationsraums mit einem inneren Füllstoffmaterial ausgebildet ist.
Die in der Zeichnung gezeigten Komponenten haben die folgenden Bezugszeichen:

1: Isolationseinheit
2: Isolationsmaterial
3: Kunststofffolie
4: Heizeinrichtung
5: untere Form
6: obere Form
7: Dünnschichtmaterial
8: äußere Verkleidung
9: innere Verkleidung
10: Isolationsraum
11: Verbundfolie

Es wird eine isolierte Einheit, vorzugsweise eine wärmeisolierte Einheit (1), oder entsprechend eine Vorrichtung oder ein Gerät mit einer solchen Einheit, z. B. eine mit Verkleidungen gebaute isolierte Einheit, beschrieben.
Die isolierte Einheit (1) wird unter Verwendung von zwei Verkleidungen, einer inneren Verkleidung (9), einer äußeren Verkleidung (8), einem Isolationsraum (10) zwischen ihnen und eines inneren Isolationsmaterials (2) zu Auffüllen des Isolationsraums (10) erhalten.
Die innere Verkleidung (9) und die äußere Verkleidung (8) werden durch Formen einer Verbundfolie (11) erhalten, die zwei Lagen aus Kunststofffolien (3) und eine Lage aus einem Dünnschichtmaterial (7), um die Permeation von atmosphärischen Gasen und Wasserdampf zu steuern, aufweist. Das Dünnschichtmaterial (7) ist eine Art einer Mehrschichtstruktur, die eine Metallschicht, vorzugsweise eine Aluminiumschicht, und Kunststoffschichten, vorzugsweise dünne polyolefinhaltige Schichten, auf beiden Seiten enthält. Die dünnen polyolefinhaltigen Schichten, die auf beiden Seiten der Aluminiumschicht liegen, können an den Kunststofffolien (3) anhaften, wenn die Kunststoffe noch relativ weich und etwas warm sind.
Das Verfahren zum Bilden der wärmeisolierten Einheit (1) ist unten beschrieben:
Gemäß dem Verfahren wird eine Verbundfolie (11) unter Verwendung eine Doppelfolien-Wärmeformungsmaschine gebildet. Die Wärmeformungsmaschine besitz eine untere Form (5), eine obere Form (6) und eine Heizeinrichtung (4). Die untere Form (5) und die obere Form (6) weisen Vakuumeinheiten und Wärmetauscher in ihrem Körper auf. Vorzugsweise ist die obere Form (6) ein Steckelement, während die untere Form (5) ein Aufnahmeelement ist.
Ehe begonnen wird, muss das Dünnschichtmaterial (7) zugeschnitten werden, um es an die obere Form (6) und die untere Form (5) anzupassen, so dass es eine bestimmte Form hat (5a–5d).
Die obere Form (6) und die untere Form (5) werden durch Wärmetauscher in ihnen auf die Prozesstemperatur erwärmt. Zwei Kunststofffolien (3) werden über den Heizeinrichtungen (4) der Wärmeformungsmaschine zwischen der oberen Form (6) und der unteren Form (5) platziert. Die Kunststofffolien (3) werden erwärmt, bis sie für den Formungsprozess bereit sind, woraufhin die Heizeinrichtungen (4) weggenommen werden und der Innenraum der oberen Form (6) und der unteren Form (5) mit einem Unterdruck beaufschlagt wird, um den Kunststofffolien (3) die Form der oberen Form (6) und der unteren Form (5) zu geben. Während der Formung der Kunststofffolien (3) wird das zugeschnittene Dünnschichtmaterial (7) zwischen die obere Form (6) und die untere Form (5) eingeführt. Eine der Formen, vorzugsweise die obere Form (6), bewegt sich zu der unteren Form, um das Dünnschichtmaterial (7) dazwischen einzubetten. Auf diese Weise nehmen das Dünnschichtmaterial (7) und die Kunststofffolien (3) die Form der oberen Form (6) und der unteren Form (5) an. Danach werden die obere Form (6) und die untere Form (5) voneinander getrennt, wobei die als Verbundfolie (11) bezeichnete, übereinander geschichtete Struktur in ihnen erhalten wird. Die Verbundfolie (11) bildet eine der Verkleidungen (8, 9) der isolierten Einheit (1). Derselben Prozedur ist zur Bildung der anderen Verkleidung (8, 9) der Isolationseinheit (1) zu folgen. Die innere Verkleidung (9) und die äußere Verkleidung (8) besitzen verschieden Abmessungen.
Nach dem Erhalten der inneren Verkleidung (9) und der äußeren Verkleidung (8) durch das Wärmeformungsverfahren wird die innere Verkleidung (9) in die äußere Verkleidung (8) eingesetzt. Sie werden unter Verwendung von Verbindungstechniken wie etwa das Laser-, das Heißplatten- oder das Vibrationsschweißen oder von Klebstoffen oder Versiegelungsmitteln kombiniert. Ein als Isolationsraum (10) bezeichneter, hermetisch verschlossener Raum wird zwischen der inneren Verkleidung und der äußeren Verkleidung gebildet, wobei dieser Isolationsraum (10) mit einem wärmeisolierenden Material (2) wie etwa Materialien aus offenzelligem Polyurethan, pyrogenem Siliciumdioxid, Pulver, Aerogel, Kieselgur usw. gefüllt wird. Nachdem das wärmeisolierende Material (2) zwischen die gebildeten Teile der inneren Verkleidung (9) und der äußeren Verkleidung (8) der isolierten Einheit (1) gefüllt ist, wird vorzugsweise der ganze Isolationsraum (10) unter Verwendung einer Vakuumpumpe evakuiert.
Bei dem Verfahren erzeugt die zum Evakuieren des inneren Raums verwendete Vakuumpumpe einen sehr niedrigen Druck, der die Wärmeleitfähigkeit des inneren Isolationsmaterials (2) senkt. Sowie der Druck im Inneren der isolierten Einheit (1) unter dem kritischen Druckwert des inneren Isolationsmaterials (2) ankommt, wird die Vakuumpumpe abgestellt (unter Verwendung eines Sensors, der mit einer elektrischen Steuereinheit verbunden ist).
Während das Dünnschichtmaterial (7), das zwischen die Kunststofffolien (3) eingefügt ist, die Permeation von Gasen wie etwa atmosphärische Gase und Wasserdampf in den evakuierten Bereich verhindert, steigt der in dem Isolationsraum (10) erzeugte Druck schneller, falls es nicht verwendet wird, da die Wasserdampf- und Gaspermeabilität aller Kunststoffe sehr viel größer ist als die einer Struktur, die das Dünnschichtmaterial (7) enthält. Die Druckerhöhungsrate sinkt enorm durch die Anwendung der beschriebenen Erfindung, so dass die Betriebsdauer der Vakuumpumpe ebenso sinkt, was zu einem geringeren Energieverbrauch der Vakuumpumpe und der isolierten Einheit (1) beiträgt.

Claims

Isolierte Einheit (1), die eine innere Verkleidung (9), eine äußere Verkleidung (8), einen Isolationsraum (10) zwischen der inneren Verkleidung (9) und der äußeren Verkleidung (8) sowie ein Isolationsmaterial (2), mit dem der innere Raum (10) gefüllt ist, umfasst, wobei sowohl die innere Verkleidung (9) als auch die äußere Verkleidung (8) durch eine Verbundfolie (11) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundfolie zwei Lagen aus Kunststofffolien (3) und zwischen diesen zwei Kunststofffolien (3) eine Lage aus Dünnschichtmaterial (7) umfasst, die ihrerseits eine Metallschicht und auf beiden Seiten dieser Metallschicht Kunststoffschichten, die an die Kunststofffolien (3) geklebt sind, umfasst.
Isolierte Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht des Dünnschichtmaterials (7) Aluminium ist.
Isolierte Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschichten, mit denen beide Seiten des Dünnschichtmaterials (7) überzogen sind, dünne polyolefinhaltige Schichten sind.
Verfahren zum Herstellen einer isolierten Einheit (1) nach Anspruch 1 mittels einer Wärmeformungsmaschine, die eine untere Gießform (5), eine obere Gießform (6) und Heizeinrichtungen (4) besitzt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Zuschneiden des Dünnschichtmaterials (7), um es an die obere Gießform (6) und an die untere Gießform (5) anzupassen, und entsprechend den Abmessungen der isolierten Einheit (1), – Erhitzen der oberen Gießform (6) und der unteren Gießform (5) durch die Heizeinrichtungen (4) auf die Prozesstemperatur, – Anordnen von zwei Kunststofffolien (3) über den Heizeinrichtungen (4) der Doppelfolien-Wärmeformungsmaschine zwischen der oberen Gießform (6) und der unteren Gießform (5), – Entnehmen der Heizeinrichtungen (4), wenn die Kunststofffolien (3) erhitzt sind, bis sie für den Formungsprozess bereit sind, – Ausüben eines Unterdrucks in der oberen Gießform (6) und in der unteren Gießform (5), um den Kunststofffolien (3) die Form der oberen Gießform (6) bzw. der unteren Gießform (5) zu verleihen, – Einführen des Dünnschichtmaterials (7) zwischen die obere Gießform (6) und die untere Gießform (5), während die Kunststofffolien (3) geformt werden, – Absenken vorzugsweise der oberen Gießform (6) zu der unteren Gießform, um das Dünnschichtmaterial (7) dazwischen einzubetten, – Trennen der zwei Gießformen voneinander, – Erhalten der geformten Verbundfolie (11) und Bilden der inneren Verkleidung (9) oder der äußeren Verkleidung (8) durch die geformte Verbundfolie (11), – Kombinieren der inneren Verkleidung (9) und der äußeren Verkleidung (8) vorzugsweise unter Verwendung eines Laser-, Heißplatten- oder Vibrationsschweißens oder von Klebstoffen oder von Versiegelungsmitteln, während zwischen der inneren Verkleidung (9) und der äußeren Verkleidung (8) ein Isolationsraum (10) erhalten wird, – Füllen des Isolationsraums (10) mit einem wärmeisolierenden Material (2) und Evakuieren des mit dem isolierenden Material (2) gefüllten Innenraums (10) unter Verwendung einer Vakuumpumpe.