DE69024898T2

DE69024898T2 - Vakuumisolierungseinheit

Info

Publication number: DE69024898T2
Application number: DE69024898T
Authority: DE
Inventors: Peter Paul Harmon; Thomas Patrick Kerr; Shaow Burn Lin; James Lantry Oravitz; Paul Edward Shaffer; William Randolph Siskos
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Ohio Inc
Priority date: 1989-10-03
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2010-09-26
Also published as: DK0421239T3; EP0421239B1; NO904229D0; DE69024898D1; NO904229L; CA2025837A1; US5124185A; EP0421239A2; EP0421239A3; NO180211B; CA2025837C; NO180211C

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumisoliereinheit mit einer fluid-, z.B. gasundurchlässigen, flexiblen, an einem Paar Glasplatten befestigten Kantengruppe, um dazwischen eine abgedichtete, ein Vakuum enthaltende Kammer zu schaffen, und mit die Hauptflächen der Platten verbindenden Distanzhaltern, um die Platten in einem Abstandsverhältnis zueinander zu halten.
Zur Zeit werden mehrfach verglaste Einheiten eingesetzt, um den Wärmeverlust eines Gebäudes zu minimieren, während sie für eine Sicht in das und aus dem Gebäude sorgen. Die mehrfach verglasten Einheiten haben sich über die Jahre entwickelt, und in dieser Entwicklung sind Einheiten mit einem toten Lufthohlraum zwischen den Platten, Einheiten mit einem Isoliergas im Zwischenraum, Einheiten mit einem Vakuum im Zwischenraum und Einheiten mit einer Umgebungsbeschichtung, z.B. Beschichtungen mit niedrigem Emissionsvermögen an den Glasplatten, eingeschlossen. In der Diskussion sind die Einheiten von besonderem Interesse, die ein Vakuum im Raum zwischen den Platten aufweisen, z.B. Ausführungen, über die in den US-A- 3.974.822, 3.990.201, 4.393.105, 4.586.289, 4.683.154 und 4.786.344 unterrichtet wird.
Einheiten mit einem Vakuum im Zwischenraum sind von besonderem Interesse, weil der entleerte Zwischenraum den übertragungs und Konvektionswärmetransport minimiert oder fast eliminiert. Diese entsprechend den Lehren der früheren Technik konstruierten Einheitenausführungen weisen jedoch Beeinträchtigungen auf. Insbesondere verursacht das Vakuum zwischen den Glasplatten, daß die Platten sich verbiegen oder sich in Richtung zueinander wölben; das übermäßige Verbiegen kann zu einem Brechen der Platten oder zu einem gegenseitigen Berühren führen. Wenn die Platten sich gegenseitig berühren, wird durch direkte übertragung ein Wärmeleitpfad durch die Einheit hindurch aufgebaut, wodurch der thermische Wirkungsgrad der Einheit reduziert wird. Ein weiterer Aspekt besteht darin, eine Kantenabdichtung vorzusehen, die das Vakuum im Raum zwischen den Platten aufrechterhält.
Die US-A- 4.393.105 unterrichtet über eine Einheit, bei der der Raum zwischen den Platten mit einem Gas mit niedrigem Wärmeverlust gefüllt oder unter Vakuum gelassen wird. Das Patent unterrichtet nicht eindeutig über eine Technik zur Vermeidung eines gegenseitigen Berührens der Glasplatten. Außerdem unterrichtet das Patent implizit über einen starren Rahmen, um die Platten im Abstand zueinander zu halten. Ein Nachteil des starren Rahmens besteht in der Nichtanpassung der Plattenbewegung und in dem Ergebnis eiyies möglichen Dichtungsbruches.
Die US-A- 3.974.822 unterrichtet über die Verwendung von Distanzhaltern aus Kork oder Plastik zum Auseinanderhalten der Platten; jedoch wird darin nicht über die Versorgung mit einer Kantendichtung unterrichtet, die das Vakuum in der Luftschicht über eine akzeptable Zeitdauer aufrechterhält Die US-A- 4.586.289 unterrichtet über ein Vakuumisolationsfenster und einen Reflektor zur Kontrolle des Wärmegewinns und -verlustes eines Gebäudes. Obgleich bei der Einheit Zwischenstücke zum Auseinanderhalten der Platten vorgesehen sind, wird auf die Kantendichtung der Einheit lediglich als ein Dichtungsmaterial im Zwischenraum zwischen den Glasplatten und dem äußeren Kanal verwiesen. Der Kanal scheint starr zu sein und kann deshalb die aufgrund thermischer Unterschiede stattfindende Bewegung der Glasplatten nicht anpassen. Dies führt zum Bruch der Kantendichtung, wodurch Luft in den Raum zwischen den Platten gelangen kann.
Die US-A- 3.990.201 unterrichtet über eine Vakuumeinheit mit einem durch Isolierdistanzhalter getrennten Paar Glasplatten und einem O-Ring zwischen den Platten. Die Platten sind in einem U-förmigen Kanal montiert mit sich zwischen ihnen befindlichen Mika-Distanzhaltern. Bei der Einheit handelt es sich nicht um eine versiegelte Einheit, sondern um eine mit einem O-Ring als Dichtung versehene. Es gibt keine Maßnahmen, ein Beschädigen der Platten zu verhindern, wenn sie sich relativ zueinander über den Distanzhalter bewegen.
Die US-A- 4.683.154 und 4.786.344 unterrichten über eine Vakuumeinheit mit Distanzhaltern zwischen den Platten und mit an einem Glasfilament versiegelten Kanten oder miteinander versiegelten Plattenkanten. Diese Ausführungen von Kantendichtungen sorgen nicht für eine Ausdehnung der Einheiten, die aufgrund einer thermischen Differenz der Platten auftreten kann.
Die WO-A- 87/03337 offenbart ein Lichtelement, das aus mindestens zwei parallelen Wandelementen besteht, zwischen denen Distanzhalterelemente zur Bildung eines geleerten Zwischenbereichs angeordnet sind und die an ihren Kanten durch eine flexible Dichtung verbunden sind. Diese Anordnung ermöglicht keine geeignete Verschiebbarkeit der Platten relativ zueinander, die aufgrund von Unterschieden in der thermischen Ausdehnung der Platten auftreten kann.
Aus den obigen Ausführungen geht deutlich hervor, daß eine Vakuumeinheit wünschenswert ist, die nicht die Einschränkung oder Beeinträchtigung der Vakuumeinheiten aufweist, über die in der früheren Technik unterrichtet wird.
Dieses Ziel wird erreicht durch eine Isoliereinheit, die folgendes umfaßt:
ein Paar Glasplatten, von denen jede eine Hauptfläche besitzt;
eine flexible flüssigkeitsundurchlässige Kantenfesthaltegruppe, befestigt an den Randkanten der besagten Glasplatten, um die Hauptflächen der besagten Platten in einander gegenüberliegendem Verhältnis zu positionieren und eine fluidundurchlässige Kammer zwischen ihnen zu schaffen, wobei besagte Kammer einen Unterdruck hat verglichen mit dem Druck außerhalb besagter Kammer;
eine Vielzahl von in besagter Kammer angebrachten Distanzhaltern, gekennzeichnet dadurch, daß eine Fläche besagter Distanzhalter auf der Hauptfläche einer der besagten Platten, definiert als eine erste Platte, befestigt ist und die andere Fläche des besagten Distanzhalters die llauptfläche der anderen Platte, definiert als die zweite Platte, berührt, die ein Material mit niedriger Reibung hat, um die auf die Hauptfläche der zweiten Platte einwirkende Reibung so zu minimieren, daß die Platten relativ zueinander verschiebbar sind.

Beschreibung der Zeichnung

Abb. 1 stellt eine Draufsicht einer Vakuumisoliereinheit dar, die die Merkmale der Erfindung einschließt.
Abb. 2 stellt eine Ansicht entlang der Linien 2-2 der Abb. 1 dar.
Abb. 3 stellt eine Ansicht ähnlich der Ansicht in Abb. 2 dar, eine alternative Ausführung der Kantengruppe der Erfindung erläuternd.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumisoliereinheit mit einem Paar Glasplatten, hergestellt aus einem fluid-, z.B. gasundurchlässigen Material, z.B. Glasplatten, einer flexiblen, fluid-, z.B. gasundurchlässigen Kantengruppe zur gemeinsamen Befestigung der Platten, um eine fluid-, z.B. gasundurchlässige Kammer zwischen ihnen zu schaffen, sowie Vorrichtungen, z.B. Distanzhalter, in der Kammer zur Vermeidung des gegenseitigen Berührens der Plattenflächen. Die Kammer hat verglichen mit dem äußeren, auf die Einheit wirkenden Druck einen Unterdruck, d.h. ein Vakuum.
Die Erfindung ist nicht begrenzt auf den fluid-, z.B. gasundurchlässigen Grad der Platten und/oder Kantengruppe; jedoch wird empfohlen, daß die ausgewählten Materialien solche Werte aufweisen, daß nach dem Zusammenbau der Einheit ein absoluter Druck von weniger als 1,33 x 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; Torr) in der Kammer für eine Zeitdauer von mehr als 24 Stunden bereitgestellt wird. Von den entsprechend der Erfindung konstruierten Einheiten wird erwartet, da sie das Vakuum in der Kammer mindestens 10 Jahre lang und bis zu 20 Jahren bewahren.

Beschreibung der Erfindung

Bezugnehmend auf die Zeichnung werden die Isoliereinheit 10 (Abb. 1 und 2) und 11 (Abb. 3) gezeigt, die Merkmale der Erfindung inkorporieren. In der folgenden Erörterung der Erfindung beziehen sich die gleichen Zahlen auf die gleichen Teile, falls nicht gegenteilig angegeben. Die in den Abb. 1 und 2 dargestellte Einheit 10 enthält die aus einem fluid-, z.B. gasundurchlässigen Material hergestellten Platten 12 und 14, die durch eine fluid-, z.B. gasundurchlässige Kantengruppe 15 miteinander befestigt und in einem Abstand voneinander gehalten werden, um eine Kammer 16 (siehe Abb. 2) zwischen ihnen zu schaffen. Die Kammer 16 weist ein Vakuum auf, d.h. einen Druck, der geringer ist als der äußere, auf die Einheit wirkende Druck, und hat Distanzhalter 20, um ein verbiegen der Platten 12 und 14 zu verhindern oder das Verbiegen der Platten zu minimieren, um ein gegenseitiges Berühren der Platten aufgrund des äußeren, auf die Einheit wirkenden Überdrucks zu vermeiden.
Die Platten 12 und 14 und die Kantengruppe 15 sorgen für eine Fluid-, z.B. Gasbarriere zur Abdichtung der Kammer 16 gegenüber der Umgebung, um unter anderem die Atmosphäre außerhalb der Einheit am Eindringen in die Kammer zu hindern, wodurch ein Druck in der Kammer aufrechterhalten wird, der geringer ist als der auf die Einheit bei Anwendung wirkende Druck, d.h. Aufrechterhaltung eines Vakuums in der Kammer 16.
Die Platten 12 und 14 können aus irgendeinem fluidundurchlässigen Material hergestellt sein, das eine strukturelle Stabilität aufweist, z.B. Glas, Metall und/oder ein flüssigkeitsdurchlässiges Substrat mit einem fluidundurchlässigen Material oder Film auf seinen Oberflächen.
Mit dem hierin verwendeten Begriff "fluidundurchlässiges Material" ist ein Material gemeint, das resistent ist gegenüber dem Durchfluß einer Flüssigkeit, z.B. Nässe oder Gas. Wie ersichtlich sind die Einheiten 10 und 11 aus einer Vielzahl von Bestandteilen aufgebaut, die aus gegenüber dem Durchfluß von Flüssigkeiten resistenten Materialien hergestellt sind; jedoch ist die Erfindung nicht auf Komponenten mit einem spezifischen Minimalwert für Fluidundurchlässigkeit beschränkt. Die Erfindung ist auf Bestandteile ausgerichtet, die beim Zusammenbau eine Einheit zur Verfügung stellen, die eine abgedichtete Kammer hat, in der ein in absolutem Druck gemessenes Vakuumniveau über eine vorbestimmte Zeitdauer aufrechterhalten werden kann. Obgleich bei der praktischen Ausführung der Erfindung die Teile der Einheit so ausgewählt sind, daß sie resistent sind gegenüber dem Durchfluß von Gasen, die Konstituenten mit gewöhnlich in Luft vorkommenden Anteilen sind, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt und zieht auch die Verwendung von Bestandteilen in Betracht, die gegenüber dem Durchfluß irgendeines Gases resistent sind, um über eine festgelegte Zeitdauer einen absoluten Druck in der Kammer aufrechtzuerhalten. Dieses Merkmal der Erfindung wird unten näher erörtert.
Außerdem sollten die Platten 12 und 14 - entweder allein oder in Kombination mit den Distanzhaltern 20 - eine ausreichende strukturelle Stabilität aufweisen, um das gegenseitige Berühren der Platten zu verhindern und dadurch die Bildung eines Wärmepfades durch die Einheit zu vermeiden. Das Halten der Platten in einem Abstand zueinander sorgt für thermische Isoliereigenschaften der Einheiten 10 und 11. In der folgenden Erörterung- aber nicht als Begrenzung der Erfindung zu betrachten - handelt es sich bei den Platten 12 und 14 um Glasplatten.
Die Größe und Stärke der Glasplatten 12 und 14 schränken die Erfindung nicht ein; jedoch sollte bei der Auswahl der Glasplatten folgendes berücksichtigt werden. Es hat sich gezeigt, daß Glasplatten mit einer Größe von 25,4 cm² (10 Zoll) und einer Stärke von 1,27 cm (1/2 Zoll), getrennt durch einen Kantenhalter, hergestellt aus einem 0,32 cm (1/8 Zoll) dicken Plastikrahmen, angebracht in einem an den Randkanten der Platten positionierten O-Ring aus Silikongummi, sich verbogen, aber einander nicht berührten, wenn ein Vakuum von 1,33 x 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; Torr) in der Kammer zwischen den Platten erzeugt wurde. Es wird erwartet, daß durch das Vergrößern der peripheren Dimensionen der Platten, während die Plattenstärke und das Vakuumniveau gleichbleibend beibehalten werden, der Verbiegungsgrad der Platten erhöht wird, d.h. der Abstand zwischen den Platten verringert wird, und umgekehrt. Außerdem wird auch erwartet, daß durch Verringern der Plattenstärke, während die peripheren Dimensionen der Platten und das Vakuumniveau im Raum zwischen den Platten gleichbleibend beibehalten werden, der Verbiegungsgrad erhöht wird, und umgekehrt.
Der Verbiegungsgrad der Platten wird durch Verwendung von Distanzhaltern zwischen den Platten, z.B. ähnlich wie die in der Zeichnung dargestellten Distanzhalter 20, minimiert. Die Erfindung ist zwecks Verringerung des Grades der Plattenverbiegung auf die Verwendung der Distanzhalter begrenzt, weil durch die Verwendung von Distanzhaltern ein Erhöhen der peripheren Dimensionen der Platten und ein Verringern ihrer Stärke ermöglicht wird, während eine Plattenverbiegung minimiert wird. Dies führt zu einem reduzierten Gesamtgewicht, verglichen mit einer aus wesentlich stärkeren, starren Platten hergestellten Einheit.
Da die Kammer 16 sich unter Unterdruck befindet, wird empfohlen, daß vorgespannte, z.B. hitzeverstärkte oder temperierte Glasplatten verwendet werden, um die Neigung zum Plattenbruch auszuschalten. Die Platten können auf irgendeine geeignete Weise vorgespannt werden, z.B. wie in der US-A- 3.174.839 gelehrt.
Die Glasplatten 12 und 14 können durchsichtig, getönt, beschichtet oder eine Kombination daraus sein. Zum Beispiel kann eine der Platten eine Umgebungsbeschichtung haben, wie zum Beispiel die in den US-A- 2.566.346, 3.447.936, 3.660.061, 4.594.137, 4.692.389, 4.610.771 oder in der US- Patentanmeldung Serien-Nr. 176.511, registriert am 1. April 1988 im Namen von James Finley mit dem Titel "Low Emissivity Film For High Temperature Processing", offenbarten Ausführungen. Wie unten ngher ausgeführt wird, werden die Platten während des Zusammenbaus der Einheit 10 erhöhten Temperaturen ausgesetzt; deshalb sollte die ausgewählte Beschichtung ohne Beschädigung erhöhten Temperaturen standhalten können. Verwendbare Beschichtungen - ohne Begrenzung darauf - sind diejenigen, über die in den oben erwähnten US-A- 3.660.061 und 4.610.771 sowie in der US- Patentanmeldung unterrichtet wird.
Zurückkommend auf die Abb. 1 und 2 und wie vorher erwähnt werden die Glasplatten 12 und 14 durch die Distanzhalter 20 in einem Abstand zueinander gehalten. Die Form, Größe, Anzahl sowie die Materialeigenschaften und - -zusammensetzung der Distanzhalter schränken die Erfindung nicht ein; jedoch sollte beim Bestimmen von Distanzhaltern in der praktischen Ausführung der Erfindung folgendes berücksichtigt werden.
Die Form der Distanzhalter 20 wird vorzugsweise so gewählt, daß durch Kontakt des Distanzhalters mit dem Glas erzeugte Spannungen im Glas minimiert werden. Es hat sich gezeigt, daß aus Materialien mit hohem Elastizitätsmodul, z.B. Glas, Stahl oder Aluminium, hergestellte Distanzhalter hohe Spannungen nahe der Übergangsfläche in den Glasplatten erzeugen und in der praktischen Anwendung der Erfindung nicht bevorzugt werden. Insbesondere erfordert die Verwendung von Materialien mit einem hohen Elastizitäts modul eine präzise maschinelle Bearbeitung einer Kontaktfläche und Höhe für einheitliche Belastungsverteilung und minimale Kontaktspannungen. Distanzhalter mit einem gewissen Grad an Kompressibilität, d.h. relativ niedrigem Elastizitätsmodul, werden in der praktischen Ausführung der Erfindung bevorzugt verwendet. Außerdem werden Distanzhalter mit einer ebenen Stützfläche, z.B. - aber nicht begrenzt hierauf - Säulen mit kreisförmigen, quaderförmigen oder dreieckigen Querschnitten, empfohlen, weil es minimale und einheitliche Kontaktspannungen an der Platten-Distanzhalter-Übergangsfläche gibt. Außerdem wird in der praktischen Ausführung der Erfindung die Verwendung von Distanzhaltern mit einem kreisförmigen Querschnitt bevorzugt, da ihre Verschiebbarkeitsflexibilität in bezug auf die Richtung nicht präferentiell ist und eine Spannungskonzentration an der Ecke fehlt, wenn die Platten und Distanzhalter sich aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen den Platten 12 und 14 und/oder der Kantengruppe 15 relativ zueinander bewegen.
Die Größe, Stärke und Anzahl der Distanzhalter sollten zum Abstützen der durch die Platten übertragenen Belastung ausgewählt werden, um ein gegenseitiges Berühren der Platten zu verhindern, bei minimaler Erhöhung der thermischen Wärmeübertragung durch die Einheit und minimaler Reduzierung des Sichtbereichs der Einheit. Wie ersichtlich wird durch eine Erhöhung der Anzahl der Distanzhalter der Verbiegungsgrad der Platten minimiert; jedoch können zu viele Distanzhalter Wärmeübertragungspfade durch die Einheit erzeugen, wodurch ihr Isoliergrad reduziert wird, und können auch die Sicht durch die Einheit behindern. Durch Erhöhen der Distanzhaltergröße unter gleichbleibender Beibehaltung der anderen Merkmale der Distanzhalter wird die erforderliche Anzahl der Distanzhalter verringert; jedoch macht das Erhöhen der Größe die Distanzhalter wahrnehmbarer. Durch Erhöhen der Belastungstragfähigkeit der Distanzhalter wird die Anzahl der zum Verhindern des gegenseitigen Berührens der Platten erforderlichen Distanzhalter reduziert und der Sichtbereich der Einheit vergrößert. Verständlich ist, daß die visuelle Wahrnehmung der Distanzhalter ein subjektiver Test, ohne die vorliegende Erfindung einzuschränken; jedoch sollten die Größe und Anzahl der zum Verhindern des gegenseitigen Berührens der Platten verwendeten Distanzhalter so sein, daß für eine maximale Sicht und eine minimale Plättenverbiegung gesorgt wird.
Die Materialzusammensetzung der Distanzhalter ist so gewählt, daß sie eine minimale Wärmeübertragung durch die Platten zuläßt, um gegebenenfalls existierende minimale Entgasungsprodukte aus unten näher erörterten Gründen und eine strukturelle Stabilitgt zu erhalten. Zur Verdeut lichung: Plastikabstandshalter werden gegenüber Metallabstandshaltern bevorzugt, weil Kunststoffmaterialien im allgemeinen eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit haben. Eine andere zu berücksichtigende mechanische Eigenschaft bei der Auswahl der Materialien für Distanzhalter ist der elastische Umformgrad. Distanzhalter, die aus Materialien hergestellt sind, die sich für die Anpassung an die Glasfläche unter Druck verformen, werden bevorzugt.
Wie vorher erwähnt können die Glasplatten sich aufgrund thermischer Unterschiede der Platten relativ zueinander bewegen. Wenn dies geschieht, kann sich während solcher Plattenbewegung der relativ eingestellte Abstand zwischen den Distanzhaltern ändern. Obgleich die Erfindung ein Anhaften der beiden Distanzhalterenden an den der Kammer zugewandten Glasplattenflächen abdeckt, kann eine übermäßige Bewegung der Glasplatten zu einem Verschieben der Distanzhalter und/oder zu einer Beschädigung der Glasflächen führen. Daher besteht die Ausführung darin, eine Distanzhalterfläche an einer Glasplatte anzukleben und am anderen Ende ein Material mit einem niedrigen Reibungs koeffizienten vorzusehen. Verwendete Materialien sind diejenigen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten im Vakuum, zum Beispiel - aber nicht begrenzt auf die Erfindung - Molybdändisulfid und unter dem Warenzeichen Teflon verkaufte Materialien.
In der praktischen Ausführung der Erfindung verwendbare Distanzhalter können hergestellt werden durch Imprägnieren eines Gewebes oder Siebgeflechtes, z.B. Glasfaserband, Bespannungen oder Gewebe mit einem warmhärtbaren Material, z.B. Bismaleimid, Epoxy, Cyanatetherimid oder Kombinationen davon, oder einem thermoplastischen Material, z.B. Polyamidimid, und durch Laminieren der Gewebe, um die gewünschte Höhe der Distanzhalter zu erhalten. An einem Ende des Distanzhalters kann ein Klebstoff zur Verhinderung einer Bewegung des Distanzhalters vorgesehen werden und am anderen Ende ein Material mit niedriger Reibung, z.B. Teflon -Pulver, Molybdändisulfidpulver oder im Vakuum gesputtertes Molybdändisulfid. Auch können Materialien, wie zum Beispiel Carbon Black, für die Farbgebung, UV-Stabilität und Harz- oder Matrixfestigkeit verwendet werden.
Bezugnehmend auf Abb. 2 schließt die flexible Kantengruppe 15 einen fluid-, z.B. gasundurchlässigen Kantenhalter 22 ein, der an die Glasplatten mit einem fluid-, z.B. gasundurchlässigen Dichtungsklebemittel 24 angeklebt ist, um einen Eintritt der Atmosphäre in die Kammer 16 zu verhindern. Vorzugsweise ist die Kantengruppe flexibel, damit sich die Glasplatten aufgrund thermischer Unterschiede der Platten und/oder Kantengruppe relativ zueinander bewegen können. Um die Spannung aufgrund von Ausdehnungsfehlanpassung zu minimieren - aber nicht die Erfindung begrenzend - wird empfohlen, daß die Materialien der Platten, des Kantenhalters und des Dichtungsklebemittels gleiche Ausdehnungskoeffizienten haben. Außerdem sollte der Kantenhalter so hergestellt sein, daß er sich zur Anpassung von thermischen Unterschieden zwischen den Platten biegen kann. In Abb. 2 ist der Kantenhalter 22 mit einem haarnadelförmigen Querschnitt dargestellt, und in Abb. 3 hat der Kantenhalter 26 der flexiblen, fluid-, z.B. gasundurchlässigen Kantengruppe 28 einen C-förmigen Querschnitt.
Der Kantenhalter 22 wird vorzugsweise aus Metall hergestellt; jedoch können andere flüssigkeitsundurchlässige Materialien oder flüssigkeitsdurchlässige Materialien mit einer flüssigkeitsundurchlässigen Beschichtung oder einem flüssigkeitsundurchlässigen Film auf den Oberflächen in der praktischen Ausführung der Erfindung verwendet werden.
Irgendeine Art eines fluidundurchlässigen Dichtungsklebemittels 24 kann zum Befestigen des Kantenhalters 22 an den Glasplatten verwendet werden. Zum Beispiel - aber nicht die Erfindung begrenzende - kann ein Metallkantenhalter mittels eines Dichtungsklebemittels des als EJ-179 von Ferro Corporation verkauften Typs an den Randkanden des Glasplatten befestigt werden.
In den Fällen, in denen das Dichtungsklebemittel eine Fritte ist und mit einem Metallkantenhalter benutzt wird, sollte die Oberfläche des Kantenhalters so hergestellt werden, daß eine Adhäsion zwischen der Fritte und dem Kantenhalter verbessert wird. Aluminiumlegierte Metalle können leicht oxidiert werden, während Metalle, die nicht ohne weiteres eine Oxidschicht auf ihrer Oberfläche bilden, ein spezielles Verfahren zum Oxidieren der Oberfläche erfordern können. Zum Beispiel wird ein Kantenhalter, der aus einer Legierung mit 53 % Eisen und 47 % Nickel hergestellt ist und mit dem Dichtungsklebemittel EJ-179 von Ferro benutzt wird, durch Erhitzen des Kantenhalters auf eine Temperatur von 927ºC (1700ºF) in einer CO&sub2;-Dampfatmosphäre über eine Zeit von 65 Minuten oxidiert. Die Atmosphäre beim Aufheizen bestand aus einem Formiergas und beim Abkühlen aus Stickstoff.
In Fällen, in denen das Dichtungsklebemittel wärmegebunden oder wärmeaktiviert werden muß, entgasen die Oberflächen der Bestandteile der Einheit, z.B. die Distanzhalter 20; während der Anwendung der Einheiten 10 und 11 kann eine weitere Flächenentgasung der Komponenten auftreten. Um die Entgasungsprodukte zu adsorbieren, wird empfohlen, daß ein Getter 30, wie zum Beispiel der durch SAES Getters # ST707 verkaufte Typ, in Verbindung mit der Kammer steht.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf Abb. 2 ist eine Schutzabdeckung um den Umfang der Einheit 10 herum befestigt. Die Abdeckung ist aus einem Plastikmaterial hergestellt, z.B Polyvinylchlorid, und an der äußeren Randkante der Einheit 10 in irgendeiner passenden Art angeklebt, z.B. mittels einer Hot-Melt-Klebstoffschicht 34.
Vakuum kann durch ein Loch 36 im Halter 22 oder 26 oder durch ein Loch (nicht dargestellt) in einer der Glasplatten in der Kammer erzeugt werden. Nach dem Erzeugen des Vakuums wird das Loch auf irgendeine geeignete Art abgedichtet.
In den Fällen, in denen die Aushärtungs- oder Aktivierungstemperatur des Dichtungsklebemittels 24 höher als die Zersetzungstemperatur der Distanzhalter 20 und niedriger ist als die Schmelztemperatur der Platten ist, kann das Dichtungsklebemittel eingesetzt werden, um den Kantenhalter und die Platten durch bevorzugtes Erhitzen, z.B. Erhitzen mit einem Laser, oder Hindurchführen von Strom durch den Metallkantenhalter zusammenzufügen. In den Fällen, in denen die Aushärtungstemperatur des Dichtungs klebemittels niedriger ist als die Temperatur, bei der die Platten und Distanzhalter ihre strukturelle Unversehrtheit verlieren, können die Bestandteile der Einheit zusammengebaut und in einem Ofen bei einer Temperatur erhitzt werden, die über der Aushärtungstemperatur des Dichtungs klebemittels und unter der Temperatur liegt, bei der die Distanzhalter oder irgendein anderer Bestandteil der Einheit ihre strukturelle Unversehrtheit verlieren.
Bei der Besprechung der Glasplatten 12 und 14 und Kantengruppen 15 und 28 wurde der Begriff fluid- oder gasundurchlässig verwendet, um eine charakteristische Materialeigenschaft zu beschreiben. Die durch die Glasplatten und die Kantenhalter 22 oder 26 abgegrenzte, abgedichtete Kammer 16 hat bezogen auf den Druck außerhalb der Kammer einen Unterdruck, d.h. in der Kammer 16 besteht ein Vakuum. Das Aufrechterhalten des Unterdrucks in der Kammer ist eine Funktion der flüssigkeitsundurchlässigen Eigenschaften der Platte und Kantengruppe; deshalb werden jeder Bestandteil der Kantengruppe und die Platten für ein gegenseitiges Zusammenwirken ausgewählt, um ein Fluid, wie zum Beispiel Luft, am Eindringen in die Kammer zu hindern. Zum Beispiel wird durch ein Erhöhen der Stärke einer Dichtungsklebemittelschicht, die eine höhere Gasdurchlässigkeit als die Glasplatten und Metallkantenhalter aufweist, ein Eintreten von Luft in die Kammer besser vermieden als eine stärkere Schicht des gleichen Klebemittels. Deshalb beschreiben die hierin benutzten Ausdrücke "flüssigkeitsundurchlässig" oder "gasundurchlässig" die zusammenwirkenden Bestandteile, nachdem sie zum Bilden der Einheiten 10 oder 11 zusammengebaut worden sind. In der praktischen Ausführung der Erfindung ist eine Einheit, die einen absoluten Druck in der Kammer unter 1,33 x 10² Pa (1,0 Torr) 24 Stunden lang aufrechterhalten kann, zum Zweck der Erfindung aus Komponenten hergestellt, die adäquate fluidoder gasundurchlässige Werte aufweisen; Einheiten, die einen absoluten Druck in der Kammer unter 1,33 x 10&supmin;² Pa (10&supmin;&sup4; Torr) 24 Stunden lang aufrechterhalten, sind zum Zweck der Erfindung aus Komponenten mit akzeptablen fluid- oder gasundurchlässigen Werten hergestellt, und Einheiten, die ein Vakuum unter 1,33 x 10&supmin;&sup4; (10&supmin;&sup6; Torr) 24 Stunden lang aufrechterhalten, werden als aus Komponenten mit optimalen fluid- oder gasundurchlässigen Werten hergestellt betrachtet. In jedem vorhergehenden Fall beträgt der Abstand zwischen den der Kammer zugewandten Plattenflächen ungefähr 0,0508 cm (0,020 Zoll). Obgleich die Zeitdauer 24 Stunden beträgt, wird von den entsprechend der praktischen Ausführung der Erfindung hergestellten Einheiten erwartet, daß sie Einheiten ergeben, die das Vakuum in der Kammer mindestens 10 Jahre lang mit einer erhofften Zeit von bis zu 20 Jahren aufrechterhalten.
Der Druck in der Kammer kann auf irgendeine geeignete Art gemessen werden. Zum Beispiel - aber die Erfindung nicht begrenzend - wird die Testeinheit in eine entleerte Prüfkammer mit einem bekannten absoluten Druck gebracht. Die Kantengruppe oder die Platte haben ein Bohrloch, und der Wert des absoluten Drucks in der Prüfkammer wird überwacht. In den Fällen, in denen die Atmosphäre in der Kammer der Einheit in die Prüfkammer eintritt, d.h. der Druck in der Kammer größer ist als der Druck in der Prüfkammer, steigt der absolute Druck in der Prüfkammer an. In den Fällen, in denen die Atmosphäre in der Prüfkammer in die Kammer eintritt, d.h. der Druck in der Kammer geringer ist als der Druck in der Prüfkammer, fällt der absolute Durck in der Prüfkammer ab.
Wie jetzt für in der Technik Erfahrene ersichtlich können andere Tests, zur Bestimmung des absoluten Drucks in der Kammer angewandt werden.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Obgleich Prototypen der Erfindung zwecks Auswertung der verschiedenen Komponenten der Einheiten hergestellt wurden, sind - wie folgt erörtert - Einheiten entwickelt worden, die auf der aus der Auswertung der Prototypen gewonnenen Kenntnis basieren.
Die in den Abb. 1-3 dargestellten Einheiten 10 und 11 können auffolgende Art erstellt werden. Glasplatten 12 und 14 mit jeweiligen Abmessungen von 50,8 cm (20 Zoll) x 35,56 cm (14 Zoll) x 0,23 cm (0,09 Zoll) werden wärmetemperiert, und danach wird eine erhitzbare Beschichtung 37 mit niedrigem Emissionsgrad auf einer Plattenfläche, z.B. Fläche 38 der Platte 14, zerstäubt oder pyrolytisch aufgetragen.
Im ersten Beispeil wird die in Abb. 3 dargestellte Einheit erstellt. Die in diesem Beispiel verwendeten Distanzhalter 20 haben eine geringere Zersetzungstemperatur und die Glasplatten eine höhere Zersetzungstemperatur als die Aushärtungstemperatur des Dichtungsklebemittels 24 der Kantengruppe 28.
Der aus einer Eisen-Nickel-Aluminium-Legierung hergestellte C-förmige Kantenhalter 26 mit einer Stärke von 0,00762 cm (0,003 Zoll) ist in zwei Abschnitte mit jeweils einem "L"-förmigen Querschnitt geteilt. Die Teilstücke werden oxidiert. Da die Legierung Alumium enthält, kann irgendeine geeignete Oxidierungsmethode angewandt werden. Die L-förmigen Teile werden an ihren Enden verschweißt, um für ein flüssigkeitsundurchlässiges Rahmenteil zu sorgen. Fritte EJ-179 324 von Ferro Gorporation wird auf die Randkanten der Außenfläche 42 der Glassplatte 12 und auf die unbeschichtete oder äußere Fläche 44 der Glasplatte 14 gespritzt. Ein Rahmenteil wird auf der Klebschicht 24 an den äußeren Randkanten der Plattenfläche 42 angebracht und das andere Rahmenteil auf der Klebschicht 24 an der Glasplattenflche 44. Die Untergruppen werden auf 427ºC (800ºF) erhitzt, um die Klebschicht zu binden und die Rahmenteile an ihren entsprechenden Platten zu befestigen. Ein Bismaleimid-Distanzhalter 20 wird wie folgt hergestellt. werden in Ein Glasfasergewebe wird mit Bismaleimid und Carbon Black imprägniert, um Prepregs mit einer Stärke von 0,0102 cm (0,004 Zoll) herzustellen. Mit dem hierin verwendeten Ausdruck "prepreg" ist ein Substrat gemeint, z.B. ein Gewebe oder Geflecht, das primär mit einem thermoplastischen oder warmhärtbaren Harz imprägniert ist. Die Prepregs werden zwecks Minimierung innerer Spannung in wechselnden Richtungen und bis zu einer Stärke geschichtet, die ausreicht, um eine Stärke von 0,0508 cm (0,020 Zoll) nach dem Aushärten der geschichteten Prepregs zu erzielen. Ein aus einem in einem Bismaleimid-Film dispergierten Teflon -Pulver hergestellter Film wird auf den aufgeschichteten Prepregs aufgebracht. Die aufgeschichteten Prepregs werden in einen Autoklaven gelegt und sechs Stunden lang bei einem Druck von 5,861 x 10&sup5; Pa (85 psi) auf eine Temperatur von 176ºC (350ºF) zum Aushärten und Laminieren der aufgeschichteten Prepregs erhitzt, um eine Platte mit einer Stärke von 0,0508 (0,020 Zoll) zu bilden. Die Platte wird dann in einem Ofen bei einer Temperatur von 232ºC (450ºF) sechs Stunden lang nachgehärtet. Ein Klebstoff 47 wird auf die der Fläche mit dem Teflon -Pulver gegenüberliegende Plattenfläche aufgetragen. Die Plattenfläche mit dem Klebstoff wird auf ein Klebeband mit niedriger Haftfähigkeit gelegt und die Platte in Würfel mit einer Seitenlänge von 0,0508 cm (0,020 Zoll) zerteilt. Die würfelförmigen Distanzhalter werden von dem Klebeband entfernt und mit der Fläche mit dem Klebstoff an die Glasplatte angeklebt.
Die Distanzhalter werden an der Innenfläche 46 der Glasplatte 12 mit dem Klebstoff 47 befestigt. Die Distanz halter 20 haben einen Abstand von Mitte zu Mitte von 1,84 cm (0,725 Zoll). Die oberen und unteren Glasplatten werden über 4ie Distanzhaltern zusammengebracht, und die Rahmenteile werden auf irgendeine passende Art zusammengeschweißt. Der Kantenhalter 26 wird mit dem Loch 36 versehen, und die Einheit wird in einem Ofen auf eine Temperatur von 315ºC (600ºF) zum Entgasen der Teile, z.B. der Distan7.halter der Einheit, erhitzt. Wenn die Einheit erhitzt ist, wird ein Vakuum durch das Loch erzeugt, um ein Vakuumniveau von 1,33 x 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; Torr) in der Kammer 16 zu schaffen, indem ein aktiviertes Getter 30 des von SAES Getters verkauften Typs durch das Loch 36 in die Kammer 16 geführt wird. Nach dem Erreichen eines absoluten Druckniveaus von 1,33 x 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; Torr) wird das Loch 36 in geeigneter Weise abgedichtet, z.B. zugeschweißt. Danach wird die Einheit 10 eine Stunde lang bei einer Temperatur von 204ºC (400ºF) weiter erhitzt, um die Teile weiter zu entgasen. Das Entgasungsprodukt wird von dem Getter 30 adsorbiert.
Im Beispiel 2 wird die Erstellung der in Abb. 2 dargestellten Einheit besprochen. In diesem Beispiel hat die Klebemittelschicht 34 eine niedrigere Aushärtungstemperatur, d.h. unter 315ºC (600ºF), als die Zersetzungstemperatur der Distanzhalter 20 und der Glasplatten.
Nach dem Beschichten der Glasplattenfläche 38 und dem Befestigen der Distanzhalter an der Glasplattenfläche 46 mittels der Klebemitteischicht 47 wird die Dichtungsklebemittelschicht 24 an den inneren Randkanten der Glasplatten 12 und 14 aufgebracht, wie aus Abb. 2 ersichtlich. Die Enden der Teilstücke des Kantenhalters 22 mit dem harnadelförmigen Querschnitt werden verschweißt, um einen gasundurchlässigen Rahmen zu bilden, und danach wird der Rahmen oxidiert. Eine Dichtungsklebemittelschicht wird auch auf der Außenfläche des Rahmens aufgetragen, und die Rahmenenden werden zwischen den Platten positioniert, während die Platten über den Distanzhaltern zusammengeklemmt werden. Die Gruppe wird auf eine unter der Zersetzungstemperatur der Distanzhalter, z.B. unter 325ºC (600ºF), und über der Aushärtungstemperatur des Dichtungsklebemittels liegende Temperatur erhitzt, um das Dichtungsklebemittel zu binden und die Teile zu entgasen. Nach dem Abdichten wird die Temperatur auf 204ºC (400ºF) abgesenkt und ein Vakuumniveau von 10&supmin;&sup5; Torr durch das Loch 36 in dem Rahmen erzeugt; das Getter 30 wird durch das Loch 42 in die Kammer 16 eingeführt und das Loch abgedichtet. Die Einheit wird weiter eine Stunde lang bei 204ºC (400ºF) erhitzt, um die Teile weiter oder vollständig zu entgasen.
Nach dem Abkühlen der Einheit wird die Schutzabdeckung 32 rund um die Randkanten der Einheit herum positioniert und mittels der Hot-Melt-Klebstoffschicht 34 an den äußeren Randkanten der Glassplatten 12 und 14 befestigt, wie aus Abb. 2 ersichtlich.
Im dritten Beispiel wird eine Einheit der in Abb. 3 dargestellten Ausführung erstellt, bei der die Klebstoffschicht 34 mit einer Aushärtungstemperatur angwandt wird, die unter der Zersetzungstemperatur der Distanzhalter, d.h. unter 315ºC (600ºF), und der Glasplatten liegt.
Das im zweiten Beispiel erörterte Verfahren wird durchgeführt mit der Ausnahme, daß der Kantenhalter 26 anstelle des Kantenhalters 22 verwendet wird. Nachdem die Distanzhalter zwischen den Glasplatten positioniert worden sind, wird ein Paar U-förmiger Teilstücke, jedes mit einem "C"-förmigen Querschnitt, über den Randkanten der Glasplatten mit den dazwischen liegenden Abstandshaltern positioniert. Die Enden der U-förmigen Teile werden miteinander verbunden. z.B. durch Schweißen, und ein Klebstoff wird zwischen den Kantenhalter und die Glasplatten gespritzt, um die in Abb. 3 dargestellte Klebstoffschicht 24 herzustellen.
Dann wird die Gruppe wie bei der zweiten Einheit besprochen erhitzt, um die Vakuumisoliereinheit der Erfindung bereitzustellen.
Von den gemäß den obigen Lehren konstruierten Einheiten wird erwartet, daß sie ungefähr 20 Jahre lang ein absolutes Druckniveau von 1,33 x 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; Torr) bewahren. Der R-Wert liegt zwischen 34,07 - 56,78 W/m² K (6-10 in Maßen von Stunde-Quadratfuß-ºF pro BTU).
Wie jetzt ersichtlich ist die Erfindung, wie in den Patentansprüchen beansprucht, weder auf irgendeine der vorhergehenden Erörterungen noch auf die Ausführungen und Beispiele begrenzt, die nur zu Erläuterungszwecken aufgeführt sind.

Claims

1. Eine Isoliereinheit (10, 11), die folgendes umfast:

ein Paar Glasplatten (12, 14), von denen jede eine Hauptfläche besitzt;

eine flexible flüssigkeitsundurchlässige Kantenfesthaltegruppe (15, 28), befestigt an den Randkanten der besagten Glasplatten (12, 14), um die Hauptflächen (38) der besagten Platten (12, 14) in einander gegenüberliegendem Verhältnis zu positionieren und eine flüssigkeitsundurchlässige Kammer (16) zwischen ihnen zu schaffen, wobei besagte Kammer (16) einen Unterdruck hat verglichen mit dem Druck außerhalb besagter Kammer (16);

eine Vielzahl von in besagter Kammer (16) angebrachten Distanzhaltern (20),

gekennzeichnet dadurch, daß eine Fläche besagter Distanzhalter (20) auf der Hauptfläche (46) einer der besagten Platten (12, 14), definiert als eine erste Platte (12), befestigt ist und die andere Fläche des besagten Distanzhalters (20) die Hauptfläche (38) der anderen Platte, definiert als die zweite Platte (14), berührt, die ein Material mit niedriger Reibung hat, um die auf die Hauptfläche (38) der zweiten Platte einwirkende Reibung so zu minimieren, daß die Platten (12, 14) relativ zueinander verschiebbar sind.

2. Die Einheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einschluß eines Getters (30), das mit besagter Kammer (16) in Verbindung steht.

3. Die Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Hauptfläche (38) besagter zweiter Glasplatte (14) eine Umgebungsbeschichtung (37) auf ihrer besagter Kammer (16) zugewandten Hauptfläche (38) hat und besagte, der Kammer zugewandte Hauptfläche (44) besagter erster Glasplatte (12) unbeschichtet ist und besagte eine Fläche der besagten Distanzhalter (20) an besagter Hauptfläche (44) besagter erster Platte (12) befestigt ist.

4. Die Einheit nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß besagte Kantengruppe (15, 28) einen Kantenmetallhalter (22) einschließt, der an den inneren Randkanten der besagten Glasplatten (12, 14) mit einem flüssigkeitsundurchlässigen Dichtungsklebemittel (24) befestigt ist.

5. Die Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Kantengruppe (28) einen Kantenmetallhalter (26) einschließt, der an den äußeren Randkanten der besagten Glasplatten (12, 14) mit einem flüssigkeitsundurchlässigen Dichtungsklebemittel (24) befestigt ist.

6. Die Einheit nach den Ansprüchen 4 o 7 der 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsklebemittel (24) ein warmhärtbarer anorganischer Klebstoff ist.

7. Die Einheit nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsklebemittel (24) ein warmhärtbarer organischer Klebstoff ist.

8. Die Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Kantenfesthaltegruppe (15) eine Abdeckung (32) über besagtem Kantenhalter (22) einschließt.

9. Die Einheit nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes flüssigkeitsundurchlässiges Material (24), besagte flüssigkeitsundurchlässige Kantenfesthaltegruppe (15) und besagte flüssigkeitsundurchlässige Kammer (16) gasundurch-lässiges Material bzw. eine gasundurchlässige Kantenfesthaltegruppe (15) bzw. eine gasundurchlässige Kammer (16) sind.

10. Die Einheit nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck in besagter Kammer gleich ist mit oder niedriger ist als 1,33 x 10&supmin;¹ Pa (10&supmin;³ Torr) für einen Kammerabstand von ungefähr 0,0509 cm (0,020 Zoll) und besagter Unterdruck in besagter Kammer (16) mindestens 24 Stunden lang aufrechterhalten wird.