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Verfahren zur Herstellung von Wärmeisolationen mit einer doppelwandigen,
hermetisch geschlossenen, von Metallplatten begrenzten Hülle Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Wärmeisolationen rnit einer doppelwandigen, hermetisch
geschlossenen, von Metallplatten begrenzten Hülle, in die eine fein verteilte pulverige
Füllmasse eingebracht und in der ein den äußeren Atmosphärendruck untersteigender
Druck aufrechterhalten wird. An sich sind derartige Elemente bekannt, und es ist
ferner bekannt, daß mit ihnen eine Isolierwirkung erzielt werden kann, die höher
ist als diejenige von stillstehender Luft, wenn man dabei ein genügend feines Pulver
als Füllmasse verwendet und den Druck im Innern des Elementes so wählt, daß er um
einige Zehntel eines Millimeters bzw. nur wenige Millimeter Ouecksilbersäule beträgt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die
aus dünnen, biegsamen Metallplatten bestehende Hülle in eine sie allseitig einschließende
feste Form eingebettet wird, alsdann die Füllmasse in die Hülle geführt wird, wobei
die auf die biegsamen Wandungen der Hülle ausgeübten Drücke durch die festen Formwandungen
aufgenommen werden, nunmehr die Füllung so weit evakuiert wird, daß durch den Außendruck
ein dem Druck der Füllmasse entgegengerichteter Druck entsteht, der durch die zusammengepackte
Füllmasse aufgenommen wird. Hierdurch wird erreicht, daß die feinpulverige Füllmasse
in einfacher Weise in das Isolierelement möglichst gleichmäßig eingefüllt «erden
kann; ferner wird einem etwaigen Verbeulen der dünnen Wandungen des Elementes und
den damit zusammenhängenden Leckagen, wie ausführliche Versuche ergeben haben und
auch die Praxis bereits bestätigt hat, mit Sicherheit vorgebeugt. Durch den durch
die Wandungen auf die Füllmasse ausgeübten atmosphärischen Überdruck wird aber auch
einer nachträglichen Verlagerung der Füllmasse wirksam entgegengewirkt, so daß die
Wandungen beispielsweise einer Isolationseinheit, wie sie in den Abbildungen dargestellt
ist, überall verhältnismäßig glatte Flächen aufweisen und diese auch dauernd beibehalten.
Obwohl sowohl die Isolationsmasse als auch ihre htftdichte Umhüllung an sich nicht
druck- oder formbeständig ist, ist das erfindungsgemäß geschaffene Element durchaus
formbeständig, und es besitzt in hohem Maße alle Eigenschaften, die man von einer
praktisch brauchbaren, für alle Verhältnisse geeigneten, äußerst wirksamen Isolation
verlangen muß.
Es ist zweckmäßig, jedoch nicht unerläßliche Bedingung,
auch die Evakuierung der Isolationseinheit innerhalb der Herstellungsform vorzunehmen.
Wenn die Evakuierung auch in erster Linie gedacht ist, um eine billige; leichte
und besonders wirksame und haltbare Isolation für Kälte- oder Wärmeschränke zu schaffen,
so eignet sie sich doch auch für andere Zwecke.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung. Die Erfindung sei an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen
näher erläutert.
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Die zusammengehörigen Fig. i und 2 zeigen eine gemäß der Erfindung
hergestellte Isolationseinheit in Schnittdarstellung, und zwar zeigt Fig. i einen
Schnitt gemäß Schnittlinie I-I der Fig. 2 und Fig. 2 einen Schnitt gemäß Schnittlinie
II-11 der Fig. i. Die Fig.3 zeigt in größerem Maßstabe eine Einzelheit der Fig.
i, nämlich den hermetischen Abschluß der oberen linken Ecke der Isolationseinheit.
Die Schnittdarstellungen der Fig. d. und 5 dienen zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens
gemäß der Erfindung. und zwar zeigt die Fig.:I einen Schnitt nach der Schnittlinie
IV-IV der Fig. 5 und Fig. 5 einen Schnitt nach der Schnittlinie V-V der Fig. d..
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In den Fig.6 und 7 sind zwei Möglichkeiten für den endgültigen hermetischen
Abschluß der Isolationseinheit in Schnittdarstellung veranschaulicht.
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Die Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch einen Kühlschrank mit eingesetzten
gemäß der Erfindung hergestellten Isolationseinheiten.
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Die in Fig. i mit 2 bezeichnete eigentliche Isolationseinheit besteht
aus einem allseits hermetisch geschlossenen kastenartigen Behälter, dessen innere
Kastenwandung mit 3 und äußere Kastenwandung mit d. bezeichnet sind. Diese Wandungen
bestehen aus dünnem biegsamem Blech. Die Vorderkanten dieser dünnen Blechkästen
sind durch eine sehr dünne Leiste 5 miteinander verbunden, die, wie die Figuren
erkennen lassen, etwas in den Kasten hineinragt und aus schlecht wärmeleitendem
Metall oder aus einer schlecht wärmeleitenden Metallegierung, z. B. aus Nickeleisen,
besteht. Die Rückwand 4.a des äußeren Kastens ist so beschaffen, daß sie nach der
Einfüllung der Isolationsmasse in die Kastenseitenteile aufgebracht werden kann.
Nach Einfüllung der Gesamtmasse kann der hermetische Abschluß des Kastens dann beispielsweise
durch eine besondere seitliche Leiste 4P (siehe auch Fig. 3) herbeigeführt werden.
Wie die einzelnen Kastenwände und Kastenböden an sich hermetisch miteinander verbunden
werden, ist für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Es kann dieses durch
Falzen, Lötung oder Schweißung erfolgen.
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Die Füllung der Isolationseinheit mit feinpulveriger Masse sei an
Hand der Fig. 4 und 5 erläutert, wobei darauf hingewiesen wird, daß sich beispielsweise
feinpulveriges Kieselgur, das auch sehr billig ist, als Füllmasse sehr gut bewährt
hat. Der zur Füllung dienende Apparat besteht bei der Ausführungsform nach den Fig.
.I und 5 aus einem über einer Grundplatte 6 gestülpten Behälter 7, der beispielsweise
aus Holz hergestellt ist und dessen äußere Abmessungen mit den Innenabmessungen
der Isolationseinheit übereinstimmen. Um der Form der Stirnwandung bzw. Verbindungsleiste
5 Rechnung zu tragen, ist der Behälter 7 unten entsprechend ausgeformt oder mit
einem entsprechend geformten Einsatz 8 versehen. Die Grundplatte 6 trägt noch vier
Stützplatten 9, die zweckmäßig abnehmbar sind und beispielsweise durch Winkeleisen
und Schrauben io mit der Grundplatte verbunden sind. Diese Stützplatteng werden
mittels eines die Platten umgebenden Rahmens i i zusammengehalten, der mit Spannschrauben
12 versehen ist, die auf Platten 13 einwirken, die gegen die Außenseiten der Stützplatten
9 anliegen. Außerdem ist eine Deckelstützplatte 14 (Fig. d.) vorgesehen, die zweckmäßig
mittels geeigneter Winkeleisen mit den Stützplatten 9 verschraubt wird. Zwischen
dein inneren Formbehälter 7 und den ihn umgebenden Seitenplatten 9 bzw. der Deckelplatte
14. ist Raum für die Aufnahme der Isolationseinheit vorhanden. Zwecks Füllung dieser
Einheit werden zunächst die Seitenwände 3 und d. der Einheit, ihre Verbindungsleiste
5 und ihre innere Bodenwandung in irgendeiner bekannten Weise dichtschließend zusammengefügt,
und diese Teile werden in die Form bei abgenommenem Deckel 14 eingesetzt, oder aber
die Teile 7, 9 werden um die betreffenden Teile der Isolationseinheit herumgebaut.
Die Rückwand d.a der Isolationseinheit ist noch nicht aufgebracht. Sodann wird,
wenn eine gute und rasche Evakuierung erwünscht ist, in die Einheit ein Rohrsystem
15 eingebracht, dessen Ausbildung die Fig. r und 2 erkennen lassen. Dieses Rohrsystem
ist in der ganzen Einheit bis in deren Ecken hinein verzweigt. Alsdann werden- die
Seitenteile der Isolationseinheit von oben mit Füllmasse beschickt; um ein möglichst
dichtes Aneinanderlagern der Pulverkörnchen zu gewährleisten, kann die Füllmasse
in die Seitenwandungen der Isolationseinheit mehr oder weniger kräftig hineingestampft
werden. Ein Rütteln des Behälters während der Füllung kann dieselbe Wirkung hervorbringen.
Je
dichter die einzelnen Pulverkörnchen dabei aneinanderliegen,
desto besser vermögen sie später ohne Verlagerung dem äußeren Atmosphärendruck zu
widerstehen. Einem Ausbeulen der sehr dünnen Wandungen der Isolationseinheit unter
dem Druck der Füllmasse ist durch die Form (Innenbehälter 7 und Außenplatten 9)
wirksam vorgebeugt. Nachdem in dieser Weise die Seitenwandungen der Isolationseinheit
möglichst dicht mit der feinkörnigen Pulvermasse gefüllt sind, wird der obere Boden
:Ia (Fig. i) aufgebracht und durch die Deckelstützplatte 1.4 gegen Ausbeulen beim
Füllen gesichert. Das Einfüllen der -zwischen den Rückwänden der Isolationseinheit
liegenden Füllmasse geschieht durch eine Öffnung, die später durch die Leiste 4b
(Fig. i und Fig. 3) verschlossen wird. Zur Erleichterung des zweiten Füllvorganges
kann die ganze Einrichtung gegebenenfalls hochkant gestellt werden. Die so eingebrachte
Füllmasse kann durch die Einfüllöffnung hindurch festgestampft werden oder aber
wiederum durch Rütteln möglichst dicht zum Zusammensetzen gebracht werden. Die linke
Stützplatte 9 besitzt für den letzten Füllvorgang eine entsprechende Aussparung
24. Nachdem die Füllung in dieser Weise beendet ist, wird die Isolationseinheit
durch Aufbringen der Verschlußleiste d.b und V erfalzung oder Verlötung derselben
hermetisch geschlossen, so daß sie nunmehr nur noch durch (las Rohrsystem 15 mit
der Außenluft in Verbindung steht. An dieses Rohrsystem wird sodann mittels eines
zwischengeschalteten Ventiles 16 (Fig..I) eine Vakuumpumpe angeschlossen und die
Isolationseinheit bis zu dem gewünschten Grad luftleer gepumpt. Dieses Luftleermachen
kann erfolgen, solange das Isolationselement noch in seiner Form sitzt, ist jedoch
keine unerläßliche Bedingung. je nach dem Grade der Luftleere versucht der äußere
Atmosphärendruck die Wände des Isolationselementes einander zu nähern, was jedoch
nicht eintreten kann, da die dicht zusammengepackte Füllmasse dieses verhindert.
Die Wandungen legen sich aber unter dem Einfluß des Außendruckes fest gegen die
Füllmasse, so daß auch in ihnen selbst und an ihren Verbindungsstellen keinerlei
gefährliche Spannungen auftreten können. Das gleiche gilt auch für die Verbindungsleiste
5, die infolge ihrer Dünne zwar eine gewisse Verschiebung der inneren Kastenwandung
gegenüber der äußeren zuläßt, ohne daß hier gefährliche Spannungen auftreten können.
Die Breite dieser Leiste ist, da sie nach innen in den Kasten hineinragt, größer
als die eigentliche Isolationsdicke, um den Wärmeübergang an dieser Stelle möglichst
weitgehend zu verhindern. Aus demselben Grunde kann die Verbindungsleiste 5 auch,
wie in Fig. d. dargestellt, etwa gewölbt ausgebildet werden; obwohl diese Verbindungsleiste
äußerst dünn ausgeführt ist, beispielsweise mit einer Dicke von ein oder mehreren
Zehnteln von Millimeter, hält die Einrichtung dem äußeren Atmosphärendruck vollkommen
stand. Auch die Dicke der übrigen Wandung der Isolationseinheit kann sehr gering
sein, und die Praxis hat gezeigt, daß Stärken, die weit unter einem Millimeter liegen,
vollkommen genügen.
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Für eine gute Isolationswirkung genügt ein Vakuum im Element von etwa
o,1 bis io mm Quecksilber, bei welchen Drücken der Wärmedurchgang durch das Element
so weit herabgesetzt wird, daß das Isolationsvermögen derartiger Elemente den Isolationswert
anderer bekannter Isolationen gleicher Größenordnung weit übertrifft. Sobald der
gewünschte Unterdruck im Element hergestellt ist, wird das Ventil 16 geschlossen.
Bei der in Fig.6 beispielsweise veranschaulichten Ausführungsform erfolgt der hermetische
Abschluß durch einen Ventilsitz 16, gegen den der abschließende Ventilkegel mittels
einer Spindel 17 geschraubt wird, wobei die Einrichtung noch durch eine besondere
Schutzkapsel 18 gesichert ist.
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Die Fülleinrichtung kann zweckmäßig auch für Druckproben Anwendung
finden, um die Dichtheit des Elementes nachzuprüfen, indem durch das Evakuierungsventi116,
17 Druckluft von außen in den Behälter eingelassen wird, was naturgemäß nur geschehen
kann, solange der Behälter von der vorher erläuterten Form umschlossen ist. Gegebenenfalls
ist es zweckmäßig, die Form so zu gestalten, daß die Schweiß- oder Falzfugen des
Behälters dabei zugänglich sind, um ein etwaiges Austreten von Druckluft leicht
feststellen zu können. Wie die Praxis erwiesen hat, findet selbst bei Einführung
von Druckluft unter den vorerwähnten Vorsichtsmaßregeln keinerlei weiteres Zusammenballen
der Füllmasse statt.
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Um die gewünschte Luftleere zu erzielen, kann man in dem Isolationselement
ein Rohrsystem etwa gemäß dem System 15 der Fig. i und 2 hineinverlegen, das eine
größere Anzahl von Öffnungen aufweist, durch die die zu entfernende Luft oder Gase
leicht in das Rohrsystem hineinzutreten vermögen, um durch das Rohrsystem nach der
Absaugstelle 16 zu gelangen. Dabei können die Rohre mittels Drähten 20 (Fig. 6)
umwickelt sein, über die Tuchstreifen 21 herumgelegt sind. Durch diese Streifen,
die noch durch herumgewickelte Drähte 22 festgehalten «erden, wird das Einsaugen
der feinkörnigen Pulvermasse in die Rohre selbst verhindert, und es
wird
dadurch gleichzeitig erreicht, daß jede der Rohröffnungen ig einen größeren Wirkungsbereich
umfaßt. Das Rohrsystem 15 gewährleistet einebesondersguteEvakuierung, was auf die
Verkürzung der Luftaustrittswege durch dieses System zurückzuführen ist.
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In Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform für den endgültigen hermetischen
Abschluß des Isolationselementes gezeigt. Innerhalb des Ventilkörpers 25 ist um
das austretende Rohr 2- herum ein Draht 26 aus Lötmasse schraubenförmig herumgelegt
sowie die erforderliche Lötmasse vorgesehen. Nach genügender Luftleere im System,
aber solange in dem Anschluß 28 noch derselbe Druck herrscht wie in der Isolationseinheit
selbst, wird das ganze Isolationselement um iSo° gedreht, so daß der Rohrstutzen
27 nach unten zeigt. Darauf wird der Ventilkörper 25 in dieser umgekehrten Lage
erwärmt, wobei der Draht 26 zum Schmelzen kommt, den nunmehr unten liegenden Teil
des Innenbehälters 25 füllt und dabei die üffnung des Stutzens 27 abschließt. Nach
Erkalten des Lötmittels ist der Verschluß sichergestellt, und die Vakuumpumpe kann
abgenommen werden.
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Die Fig. 8 zeigt einen waagerechten Schnitt durch einen Kühlschrank,
dessen Wandungen sowohl wie dessen Tür mit Isolationseinheiten gemäß der Erfindung
isoliert sind. Der eigentliche Schrank besteht aus der Außenwandung 30 und
der Innenwandung 31; zwischen denen das Isolationselement 2 liegt. Dieses Element
ist nach dem vorher beschriebenen Verfahren hergestellt, und es weist gegenüber
den in den früheren Figuren dargestellten Elementen lediglich den Unterschied auf,
daß seine Außenwandungen durch Punkt- oder Rollschweißung miteinander verbunden
sind, wobei die Kanten 32, um dieses zu ermöglichen, entsprechend vorgezogen sind.
Die Schrankwandungen 30 und 31 sind nach der Türseite zu mittels einer Leiste
33 aus Wärme schlecht leitendem Baustoff, z. B. aus Kunststoff, verbunden. Außerdem
ist hier ein Holzrahmen 34 vorgesehen, der gleichzeitig zusammen mit der Leiste
33 einen Schutz für die sehr dünnen, vorderen gewölbten Abschlußwandungen der Isolationseinheit
bildet. Diese vollkommen selbständige Einheit kann in fertigem Zustand zwischen
(len eigentlichen Kühlschrankwandungen eingebaut werden. In ähnlicher Weise ist
die Schranktür mit einem Isolationselement 35 gemäß der Erfindung ausgerüstet. Dieses
Element besitzt eine plattenförmige Gestaltung und ist zwischen die Türwandungen
36, 37 verlegt, wo es sich in den Türrahmen 38 einfügt. Die Vorder- und Rückwand
des Elementes sind mittels Leisten 39 aus schlecht wärmeleitendem Baustoff
in `'erbindwlg gebracht, und die in das Innere des Elementes hineingepackte feinpulverige
Füllmasse verhindert; wie vorher beschrieben, daß das Eleinent unter dein Einfluß
des Atmosphärendruckes unerwünschte Formen annimmt. Die innere Wandung 37 der eigentlichen
Schranktür ist über einen Kunststoffstreifen do mit dein Türrahmen verbunden.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Füllmasse für die Isolationselemente
derart sein muß, daß sie, obwohl sie zusammengedrückt wird, doch miteinander in
Verbindung stellende Zellen besitzt. Außerdem muß sie so beschaffen sein, daß sie
bei dem vorhandenen inneren Unterdruck keine Luft oder auch Gas aufnehmen kann,
die das gewünschte Vakuum zunichte machen oder die Erreichung des gewünschten Vakuums
erschweren. Außer dein bereits erwähnten Kieselgur kann beispielsweise Ruß oder
auch fein pulverisiertes Metalloxyd als Füllmasse Verwendung finden, und schließlich
kann gegebenenfalls fibröser Baustoff, wie- z. B. Cellulosefiber, Baumwolle o. ägl.,
angewendet werden.
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Die Güte der Isolation ist um so besser, je niedriger der Druck in
dem Isolationselement gewählt wird. Um ohne besondere Schwierigkeiten möglichst
niedrige Drücke erzeugen zu können; kann man die Evakuierung in einem besonderen
Wärmeofen vornehmen, und zwar bei einer möglichst hohen Temperatur, die natürlich
nicht höher gewählt werden darf, als sie die Füllmasse aushalten kann. Hierdurch
wird auch die Austreibung flüssiger Bestandteile, z. B. von Wasser, erleichtert,
und es tritt weiterhin eine nochinalige Drucksenkung ein, wenn sich das in Hitze
evakuierte Isolationselement nach der Evakuierung abkühlt. Um Feuchtigkeit, die
etwa in der Füllmasse selbst vorhanden sein sollte, auszutreiben, kann die Füllmasse
weiterhin vor ihrem Einfüllen entsprechend erhitzt werden. An Stelle von Luft können
die Isolationselemente gemäß der Erfindung auch ein Gas von geringerem Wärmeleitvermögen
als Luft enthalten, z. B: ein Gas von sehr hohem Molekulargewicht, das bei gewöhnlichem
Druck und gewöhnlicher Temperatur flüssig ist. In diesem Falle werden die Isolationselemente
zweckmäßig vor der Einfüllung der betreffenden Gase so weit wie möglich evakuiert.
Durch die Verwendung solcher Gase kann man bereits mit verhältnismäßig hohen Gasdrücken
im Element gute , Isolationswirkung erreichen.