DE69106985T2

DE69106985T2 - Thermisch isolierende Abstandshalteranordnung für Isolierverglasung und sein Herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE69106985T2
Application number: DE69106985T
Authority: DE
Inventors: Robert Baton Hodek; Thomas Patrick Kerr; Stephen Charles Misera; William Randolph Siskos; Albert Edward Thompson
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Ohio Inc
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1991-08-29
Publication date: 1995-08-03
Anticipated expiration: 2011-08-30
Also published as: EP0613990B1; DK0613990T4; CA2125504A1; DE69106985D1; JP2817902B2; JPH04250285A; EP0613990B2; CA2049703C; NO913315L; CA2125505A1; CA2125504C; DK0613990T3; DE69122273T2; EP0475213B1; NO300932B1; KR920006605A; DE69122273D1; EP0613990A1; CA2049703A1; DE69122273T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bauteile einer Isolierverglasungseinheit und ein Verfahren zur Herstellung eines Abstandshalterrahmens. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Isolierverglasungeinheit mit einer Randeinheit, um die Einheit mit einem Rand mit geringer Wärmeleitfähigkeit, d. h. einem hohen Widerstand gegenüber einem Wärmedurchgang am Rand der Einheit, zu versehen.
Es ist bekannt, daß Isolierverglasungseinheiten die Wärmeübertragung zwischen der Außenseite und der Innenseite eines Hauses oder von anderen Konstruktionen reduzieren. Ein Maß für den Isolationswert, das normalerweise verwendet wird, ist der "U-Wert". Der U-Wert stellt eine Maßeinheit für die Wärmeenergie in Joule (British Thermal Unit (BTU)), die durch die Einheit pro Stunde (Hr) - m² (Quadratfuß) - Grad Kelvin ºF) dringt, dar.
Wie man erkennen kann, ist der Wärmeisolationswert der Einheit um so besser, je niedriger der U-Wert ist, d. h. ein höherer Widerstand gegenüber einem Wärmedurchgang führt dazu, daß weniger Wärme durch die Einheit geleitet wird. Eine weitere Maßeinheit des Isolationswertes ist der "R- Wert", bei dem es sich um den umgekehrten U-Wert handelt. Noch eine andere Maßeinheit ist der Widerstand (RES) gegenüber einem Wärmedurchgang, der in Hr-ºK (ºF) pro Joule (BTU) pro m (Zoll) Umfang der Einheit angegeben wird:
In der Vergangenheit wurden die Isolationseigenschaften, d. h. der U-Wert einer Isolationseinheit, durch den am Mittelpunkt der Einheit gemessenen U-Wert gekennzeichnet. In neuerer Zeit hat man festgestellt, daß der U-Wert des Randes der Einheit separat betrachtet werden muß, um das Gesamtwärmeverhalten der Einheit zu ermitteln. Beispielsweise erfahren Einheiten, die einen geringen U-Wert in der Mitte und einen hohen U-Wert am Rand während der Winterzeit aufweisen, keine Feuchtigkeitskondensation in der Mitte der Einheit, können jedoch eine Kondensation oder sogar eine dünne Eisschicht am Rand der Einheit in der Nähe des Rahmens aufweisen. Die Kondensation oder das Eis am Rand der Einheit zeigt an, daß Wärmeverluste durch die Einheit und/ oder den Rahmen auftreten, d. h. der Rand einen hohen U-Wert besitzt. Wenn das Kondensat oder das Wasser vom geschmolzenen Eis die Einheit herunter auf die hölzernen Rahmen läuft, verrottet das Holz, wenn es nicht richtig konditioniert worden ist. Darüber hinaus können größere Temperaturdifferenzen zwischen der warmen Mitte und dem kalten Rand größere Randspannungen und Glasbrüche verursachen. Die U-Werte von Einheiten mit oder ohne Rahmen und die Verfahren zur Ermittlung der U-Werte sind in größeren Einzelheiten unter dem Kapitel "Beschreibung der Erfindung" erläutert,
Über die Jahre wurden die zur Herstellung von Isolierverglasungseinheiten verwendeten Konstruktionen und Materialien sowie Rahmen verbessert, um mit Rahmen versehene Einheiten mit geringen U-Werten herzustellen. Diverse Arten von Einheiten, die gegenwärtig erhältlich sind, und die U- Werte an der Mitte und am Rand von ausgewählten Einheiten werden in der nachfolgenden Diskussion untersucht.
Die US-A-4 807 439 beschreibt eine von der Firma PPG Industries, Inc., USA unter dem Warenzeichen SUNSEAL vertriebene Isolationseinheit. Die Einheit besitzt ein Paar von Glasscheiben, die um eine Randeinheit aus organischem Material in einem Abstand von etwa (0,45 Zoll) 1,14 cm angeordnet sind. Im Abteil zwischen den Scheiben befindet sich Luft. Man geht davon aus, daß eine auf diese Weise ausgebildete Einheit einen in der Mitte gemessenen U-Wert von etwa 0,35 und einen am Rand gemessenen U-Wert von etwa 0,59 besitzt. Obwohl ein isolierendes Gas, d. h. Argon, in der Einheit die U-Werte in der Mitte und am Rand absenkt, diffundiert das Argon mit der Zeit durch die Randeinheit aus organischem Material, wodurch die U-Werte in der Mitte und am Rand wieder auf die vorherigen Werte ansteigen.
Die aus der US-A-4 831 799 bekannte Einheit besitzt eine Randeinheit aus organischem Material und einen Gassperrüberzug, Film oder eine entsprechende Lage am Umfangsrand der Einheit, um Argon in der Einheit zu behalten. Das thermische Verhalten dieser Einheit ist in Spalte 5 der entsprechenden Veröffentlichung erläutert.
Die US-A-4 431 691 und die US-A-4 873 803 beschreiben eine Einheit mit einem Paar von Glasscheiben, die durch eine Randeinheit voneinander getrennt sind, welche einen Wulst aus organischem Material aufweist, in den ein dünnes starres Element eingebettet ist. Obwohl die Einheiten dieser Patente akzeptable U-Werte besitzen, weisen sie jedoch Nachteile auf. Genauer gesagt, die Einheiten besitzen einen Diffusionsweg mit kurzer Länge und hohem Widerstand. Der Diffusionsweg ist die Strecke, die Gas, d. h. Argon, Luft oder Feuchtigkeit, Zurücklegen muß, um in das Abteil zwischen den Scheiben einzudringen oder dieses zu verlassen. Der Widerstand des Diffusionsweges wird durch die Permeabilität, Dicke und Länge des Materiales festgelegt. Die in den US-A-4 831 799, 4 431 691 und 4 873 803 beschriebenen Einheiten besitzen einen kurzen Diffusionsweg mit hohem Widerstand zwischen dem Metall streifen oder der Abstandseinrichtung und den Glasscheiben, wobei jedoch der Rest der Randeinheit einen Diffusionsweg großer Länge mit geringem Widerstand aufweist.
Die US-A-3 919 023 beschreibt eine Randeinheit für eine Isolationseinheit, die einen Diffusionsweg mit hohem Widerstand und großer Länge vorsieht, die zum Minimieren der Argonverluste eingesetzt werden kann. Eine Beschränkung in bezug auf die im Patent beschriebene Randeinheit ist jedoch die Verwendung eines Metallstreifens um die äußeren Grenzränder der Einheit herum. Dieser Metall streifen leitet Wärme um den Rand der Einheit, so daß die Einheit daher einen hohen U-Wert am Rand besitzt.
Im IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 11, Nr. 2, Juli 1968 ist auf den Seiten 127 und 128 eine verstärkte Metallblechecke beschrieben, die hergestellt wird, indem ein einziges flaches Teil aus Blechmaterial geformt wird. Kein Verbinden oder Schneiden ist erforderlich.
Aus der US-A-3 478 483 ist eine Plattenfilterkonstruktion bekannt, die zwei Sektionen aufweist, welche ein Falten des Filters ermöglichen. Der Rahmen enthält zwei dreieckförmige Ausschnitte in den oberen, sich gegenüberliegenden Abschnitten. Deren Scheitelpunkte bilden die Faltlinie des Filters.
Aus der DE-A-29 23 769 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Isolierverglasungseinheit bekannt. Die Einheit umfaßt einen Abstandshalterrahmen, an dem ein Paar von Glasscheiben angeordnet ist. Der Rahmen wird aus serienmäßigem Abstandshaltermaterial gebogen, wobei mindestens zwei Abstandshaltermaterialien zur Herstellung des Rahmens verwendet werden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Isolierverglasungseinheit zu schafen, die niedrige U-Werte in der Mitte und am Rand aufweist, einfach in der Herstellung ist, die Beschränkungen oder Nachteile der gegenwärtig erhältlichen Isolierverglasungseinheiten nicht aufweist und in Verbindung mit jeder beliebigen Rahmenkonstruktion verwendet werden kann.
Dieses Ziel wird durch einen Abstandshalterrahmen für eine Isolierverglasungseinheit erreicht, die ein Paar von Glasscheiben besitzt, wobei der Rahmen aus U-förmigem Abstandshalter-Profilmaterial gebogen ist, das aus einem Substrat eines feuchtigkeits- und gasundurchlässigen Materiales besteht, das strukturelle Integrität und Elastizität besitzt, um die Glasscheiben in einer beabstandeten Beziehung zueinander zu halten, wobei eine Vielzahl der Ecken des Abstandshalterrahmens kontinuierlich ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen aus einem Profil aus U-förmigem Abstandshalter-Profilmaterial gebogen ist, wobei die äußeren Schenkel des U-förmigen Abstandshalter-Profilmateriales jeweils zwei Falten und eine Einkerbung an der Stelle einer jeden Ecke aufweisen, die Falten vor dem Biegen V-förmig angeordnet sind und sich von freien Rand des äußeren Schenkels bis zu einem gemeinsamen Scheitelpunkt am mittleren Schenkel erstrecken, sich die Einkerbung zwischen den beiden Falten am freien Rand des äußeren Schenkels erstreckt und die Abschnitte zwischen den Falten eines jeden äußeren Schenkels einwärts gebogen sind, während die Abschnitte außerhalb eines jeden Paares von Falten aufeinander zu gepreßt sind, um die kontinuierliche Ecke auszubilden.
Die Lösung umfaßt ferner ein Verfahren zur Herstellung des Abstandshalterrahmens durch Vorsehen eines Substrates aus einem feuchtigkeits- und gasundurchlässigen Material, das strukturelle Integrität und Elastizität aufweist, um die Glasscheiben in beabstandeter Beziehung zueinander zu halten, Formen des Sustrates zu U-förmigem Abstandshalter- Profilmaterial, Durchtrennen des Abstandshalter-Profilmateriales und Vorsehen von Abstandshalter-Profilmaterial, das zur Herstellung eines Rahmens einer vorgegebenen Größe ausreichend ist, und Biegen des Abstandshalter-Profilmateriales zu dem Rahmen durch Niederdrücken der äußeren Schenkel des Abstandshalter-Profilmateriales gegeneinander, wobei eine Vielzahl der Ecken des Abstandshalterrahmens kontinuierlich ausgebildet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Vorsehen eines Profiles einer zur Herstellung des Rahmens ausreichenden Länge, Vorsehen von zwei Falten und einer Einkerbung an jeder für eine Ecke vorgesehenen Stelle in jedem äußeren Schenkel des U-förmigen Abstandshalter-Profilmateriales, wobei die Falten V-förmig angeordnet sind und sich vom freien Rand des äußeren Schenkels bis zu einem gemeinsamen Scheitelpunkt am mittleren Schenkel erstrecken und die Einkerbung zwischen den beiden Falten am freien Rand des äußeren Schenkels verläuft, Niederdrücken des Bereiches zwischen den Falten und Bewegen der niedergedrückten Abschnitte der äußeren Schenkel nach innen an der Einkerbung, während die Abschnitte außerhalb eines jeden Paares der Falten gegeneinander gedrückt werden, um die kontinuierliche Ecke auszubilden.
Die Erfindung umfaßt eine Isolierverglasungseinheit mit einem Paar von Glasscheiben, die durch eine Randeinheit voneinander getrennt sind, um ein abgedichtetes Abteil auszubilden, in dem sich ein Gas befindet, wobei die Randeinheit einen RES-Wert von mindestens 10, bestimmt unter Verwendung des ANSYS-Programmes, aufweist und einen Abstandshalterrahmen, wie vorstehend beschrieben, sowie ein feuchtigkeitsundurchlässiges Dichtungsmittel an aüßeren Schenkeln des Abstandshalters umfasst, um die Glasscheiben am Abstandshalter zu befestigen und einen solchen Diffusionsweg vorzusehen, daß der Gasverlust im Abteil geringer ist als 5 % pro Jahr gemessen nach DIN 52293, und trotzdem einen gewissen Grad an Wärmeausdehnung und Wärmekontraktion, der typischerweise in den diversen Komponenten der Isolierverglasungseinheit auftritt, zu ermöglichen. Ein Diffusionsweg, der dem Gas im Abteil einen Widerstand entgegensetzt, d. h. ein langer dünner Diffusionsweg, ist zwischen dem Abstandshalter und den Glasscheiben vorgesehen, und die Randeinheit besitzt einen hohen RES-Wert, bestimmt unter Verwendung des ANSYS-Programmes, am Rand der Einheit.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Isolationseinheit umfaßt die Schritte der Anordnung einer Randeinheit zwischen einem Paar von Glasscheiben, um dazwischen ein Abteil vorzusehen. Die Randeinheit wird hergestellt, indem ein Paar von Glasscheiben vorgesehen wird, ein strukturell elastisches Abstandshaltermaterial, Dichtungsmittelmaterial und ein ein feuchtigkeitsdurchlässiges Trockenmittel enthaltendes Material ausgewählt wird, um eine Randeinheit vorzusehen, die einen hohen RES-Wert bestimmt, unter Verwendung des ANSYS-Programmes, sowie einen langen dünnen Diffusionsweg besitzt. Die Glasscheiben, der Abstandshalter, das Dichtungsmaterial und das das Trockenmittel enthaltende Material werden zusammengebaut, um eine Isola-tionseinheit vorzusehen, die einen hohen RES-Wert am Rand, gemessen unter Verwendung des ANSYS-Programmes, aufweist.
Die bevorzugte Isolationseinheit der Erfindung besitzt einen Schutzüberzug, d. h. einen Überzug mit einem niedrigen E-Wert, auf mindestens einer Scheibenfläche. Ein Klebemittel auf jeder Außenfläche des Abstandshalters, der einen U-förmigen Querschnitt aufweist, dient zur Befestigung der Scheiben am Abstandshalter. Ein Streifen aus einem feuchtigkeitsdurchlässigen Klebemittel, das ein Trockenmittel aufweist, ist an der Innenfläche des Abstandshalters vorgesehen.
Der Abstandshalter, der in der Isolationseinheit verwendet werden kann, besitzt einen elastischen Kern, d. h. einen Kunststoffkern, der einen feuchtigkeits-/gasundurchlässigen Film aufweist, d. h. einen Metallfilm oder einen Film aus einem halogenierten Polymer, wie beispielsweise Polyvinylidenchlorid oder Fluorid oder Polyvinylchlorid oder Polytrichlorofluoroethylen.
Ferner kann der Abstandshalter vollständig aus einem polymeren Material hergestellt sein, das sowohl Elastizitätsals auch Feuchtigkeits-/Gasundurchlässigkeitseigenschaften aufweist, wie beispielsweise aus einem halogenierten polymeren Material einschließlich Polyvinylidenchlorid oder Fluorid oder Polyvinylchlorid oder Polytrichlorofluoroethylen.
Zur Herstellung der Isolationseinheiten wird ein Streifen zu einem Abstandshalterprofil geformt. Der Streifen umfaßt ein Metallsubstrat mit einem Wulst aus einem feuchtigkeitsund/oder gasdurchlässigen Klebemittel, das an einer Fläche des Substrates befestigt ist. Nach dem Formen des Metallsubstrates in das Abstandshalterprofil, d. h. das U-förmige Abstandshalterprofil, kann das Metallsubstrat höhere Druckkräfte aushalten als der Wulst.
Ein Verfahren zur Herstellung eines U-förmigen Abstandshalterprofiles zur Verwendung in einem Abstandshalterrahmen für Isolationseinheiten umfaßt die nachfolgenden Schritte: Hindurchführen eines Metallsubstrates, das einen Wulst aus einem feuchtigkeits- und/oder gasdurchlässigen Klebemittel aufweist, der auf einer Fläche angeordnet ist, zwischen beabstandeten Paaren von Rollen, die Räder bilden, welche so geformt sind, daß das Metallsubstrat allmählich um den Wulst zu einem Abstandshalterprofil gebogen wird, das eine vorgegebene Querschnittsform, d. h. einen U-förmigen Querschnitt, aufweist.
Des weiteren betrifft die Erfindung einen Abstandshalterrahmen für eine Isolationseinheit, der eine Nut zur Ausbildung von gegenüberliegenden Außenseiten und eine Vielzahl von kontinuierlichen Ecken besitzt, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Das Verfahren umfaßt die Schritte der Anordnung eines Profils aus Abstandshalterprofilmaterial, das ausreichend groß ist, um einen Rahmen einer vorgegebenen Größe herzustellen. Gegenüberliegende Flächen des Abstandshalterprofiles werden einwärts gedrückt, während das Abstandshalterprofil um die Vertiefungen desselben gebogen wird, um eine kontinuierliche Ecke zu formen. Der Schritt der Formung einer kontinuierlichen Ecke wird wiederholt, bis die gegenüberliegenden Enden zusammengebracht und, beispielsweise durch Schweißen, miteinander verbunden worden sind.
Es folgt nunmehr eine kurze Beschreibung der Zeichnungen.
Die Figuren
1 bis 4 zeigen Schnittansichten von Randeinheiten von Isolationseinheiten des Standes der Technik;
Figur 5 ist eine Draufsicht auf eine Isolationseinheit, die eine Abstandshaltereinheit der in Rede stehenden Art besitzt;
Figur 6 ist eine Ansicht entlang den Linien 6-6 der Figur 5;
Figur 7 zeigt die linke Hälfte der Ansicht der Figur 6, wobei die Wärmeflußlinien durch die Einheit dargestellt sind;
Figur 8 ist eine Ansicht ähnlich Figur 7, bei der die Wärmeflußlinien entfernt sind;
Figur 9 ist ein Diagramm, das die Randtemperaturverteilung für Einheiten mit unterschiedlichen Arten von Randeinheiten zeigt;
Figur 10 ist eine Schnittansicht einer Randeinheit, die Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist;
Figur 11 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Abstandshalters der vorliegenden Erfindung;
Figur 12 ist eine Ansicht eines Randstreifens, der Merkmale der Erfindung aufweist und einen Wulst aus einem feuchtigkeits- und/oder gasdurchlässigen Klebemittel, das mit einem Trockenmittel versehen ist, aufweist;
Figur 13 zeigt eine Seitenansicht einer Walzenformstation zum Formen des Randstreifens der Figur 12 zu einem Abstandshalterprofil, das Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist;
die Figuren
14 bis 16 sind Ansichten entlang den Linien 14 bis 16 in Figur 13;
Figur 17 ist eine Ansicht einer kontinuierlichen Ecke eines Abstandshalterrahmens der vorliegenden Erfindung, der unter Verwendung des in Figur 18 gezeigten Abstandshalterprofiles hergestellt worden ist;
Figur 18 ist eine Teilseitenansicht eines Abstandshalterprofiles, das vor dem Biegen eingekerbt und gefaltet wurde, um die kontinuierliche Ecke des in Figur 17 dargestellten Abstandshalterrahmens gemäß den Lehren und Merkmalen der vorliegenden Erfindung auszubilden;
Figur 19 ist eine Ansicht ähnlich Figur 18, die eine weitere kontinuierliche Ecke eines Merkmale der Erfindung aufweisenden Abstandshalterrahmens zeigt; und
Figur 20 ist eine Ansicht ähnlich Figur 10, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt.
In der nachfolgenden Beschreibung betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Es werden Einheiten beschrieben, die zwei Glasscheiben aufweisen. Es versteht sich jedoch für den Fachmann, daß die Erfindung auch Einheiten mit mehr als zwei Scheiben, wie in Figur 20 gezeigt, abdeckt.
In den Figuren 1 bis 4 sind 4 allgemeine Arten von Einheiten des Standes der Technik dargestellt, die bei der Konstruktion von Isolierverglasungseinheiten Verwendung finden. Die Einheit 10 der Figur 1 umfaßt ein Paar von Glasscheiben 12 und 14, die über eine Randeinheit 16 im Abstand voneinander gehalten werden, so daß ein Abteil 18 zwischen den Scheiben gebildet wird. Die Randeinheit 16 umfaßt einen hohlen Abstandshalter 20 aus Metall, in den ein Trockenmittel 22 eingearbeitet ist, um jedwede Feuchtigkeit im Abteil zu absorbieren. Löcher 23 (von denen nur eines in Figur 1 dargestellt ist) bilden eine Verbindung zwischen dem Trockenmittel und dem Abteil. Die Randeinheit 16 umfaßt ferner ein Klebemittel-Dichtungsmittel 24, d. h. Silikon, am unteren Abschnitt des Abstandshalters 20 gemäß Figur 1, um den Abstandshalter 20 und die Glasscheiben aneinander zu befestigen, sowie ein Dichtungsmittel 25, d. h. ein Butyldichtungsmittel, am oberen Abschnitt des Abstandshalters 20, um den Austritt des Isolationsgases aus dem Abteil 18 zu verhindern. Die Randeinheit 16 der Einheit 10 entspricht der Art von Einheiten, die von der Firma Cardinal Glass vertrieben werden, sowie den Isolationseinheiten, die in den US-A-2 768 475, 3 919 023, 3 974 823, 4 520 611 und 4 780 164 beschrieben sind.
Die Einheit gemäß Figur 2 umfaßt die Glasscheiben 12 und 14, deren Ränder bei 32 aneinander geschweißt sind, um das Abteil 18 zu bilden. Eine der Glasscheiben, d. h. die Scheibe 12, besitzt einen einen geringen Emissionsgrad bewirkenden Überzug 34. Die in Figur 2 gezeigte Einheit 30 entspricht den von der Firma PPG Industries, Inc. unter dem Warenzeichen OptimEdge vertriebenen Isolationseinheiten sowie den in den US-A-4 132 539 und 4 350 515 beschriebenen Einheiten.
In Figur 3 ist die in der US-A-4 831 799 beschriebene Einheit 50 dargestellt.
Die Einheit 50 besitzt Glasscheiben 12 und 14, die über eine Randeinheit 52 voneinander getrennt sind, um ein Abteil 18 vorzusehen. Die Randeinheit 52 umfaßt ein feuchtigkeitsdurchlässiges Schaummaterial 54 mit einem Trockenmittel 56 darin, um Feuchtigkeit im Abteil 18 zu absorbieren, ein feuchtigkeitsundurchlässiges Dichtungsmittel 58, um zu verhindern, daß sich in der Luft befindliche Feuchtigkeit in das Abteil 18 bewegt, und einen Gassperrüberzug, eine entsprechende Lage oder einen Film 60 zwischen dem Schaummaterial 54 und dem Dichtungsmittel 58, um das Austreten des Isolationsgases im Abteil 18 zu verhindern.
Figur 4 zeigt eine Einheit 70, die in den US-A-4 431 691 und 4 873 803 beschrieben ist.
Bei der Einheit 70 sind die Glasscheiben 12 und 14 über eine Randeinheit 72 voneinander getrennt, um das Abteil 18 vorzusehen. Die Randeinheit 72 umfaßt ein feuchtigkeitsdurchlässiges Klebemittel 74 mit einem Trockenmittel 76 und einem Metallelement 78 darin.
Bevor die Konstruktion der Isolationseinheit, insbesondere der Randeinheit der vorliegenden Erfindung, beschrieben wird, soll zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung die Wärmeübertragung über eine isolierte Einheit erläutert werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird der U-Wert dazu verwendet, um die Wärmeübertragung, d. h. den Widerstand gegenüber einem Wärmefluß durch eine Verglasungseinheit, zur Reduzierung von Wärmeverlusten zu vergleichen oder einzustufen. Wie der Fachmann weiß, ist die Wärmeübertragung umso geringer, je niedriger der U-Wert ist, und umgekehrt. Der U-Wert für eine Isolationseinheit kann aus der folgenden Gleichung ermittelt werden:
(1) Ut = (Ac/At) Uc + (Ae/At) Ue + (Af/At) Uf
wobei U die Maßeinheit für die Wäremübertragung in 0,02043 Joule/h-m²-ºK (British Thermal Unit h-Fuß²-ºF (BTU/h-ft²- ºF)) ist. Hierin bedeuten
A die entsprechende Fläche in m² (Quadratfuß)
c das Zentrum der Einheit
e den Rand der Einheit
f den Rahmen
t den Gesamteinheitswert des in Rede stehenden Parameters.
Die Figuren 5 und 6 zeigen eine gattungsgemäße Isoliereinheit 90, bei der die Glasscheiben 12 und 14 über eine Randeinheit 92 voneinander getrennt sind, um das Abteil 18 zu bilden. Die Randeinheit 92 soll eine gattungsgemäße Randeinheit darstellen und ist in ihrer Konstruktion nicht beschränkt. Wie man Figur 5 entnehmen kann, besitzt die zu Erläuterungszwecken dargestellte Einheit 90 einen Randbereich 94, bei dem es sich um den Bereich zwischen dem Umfangsrand 95 der Einheit und einer Stelle in einem Abstand von etwa 7,62 cm (3,0 Zoll) vom Umfangsrand handelt, und einen zentralen Bereich 96. Die Schnittstelle zwischen dem Randbereich 94 und dem zentralen Bereich 96 der Einheit 90 ist in Figur 5 mit gestrichelten Linien 98 dargestellt.
Die linke Hälfte der in Figur 6 dargestellten Einheit 90 ist in Figur 7 gezeigt. Aus Klarheitsgründen sind die Bezugszeichen in der nachfolgenden Erläuterung der Wärmeübertragung durch die Einheit weggelassen worden. Es wird nunmehr auf die Figuren 5, 6 und 7 Bezug genommen. Während des Winters bewegt sich Wärmeenergie aus dem Inneren einer Umfassung, beispielsweise eines Hauses, durch den Randbereich 94 und den mittleren Bereich 96 der Einheit 90 zur Außenseite. Wie man Figur 7 entnehmen kann, ist im zentralen Bereich 96 der Einheit das Wärmeflußmuster allgemein senkrecht zur Isotherme, bei der es sich um die Hauptflächen der Glasscheiben 12 und 14 handelt, wie dies in Figur 7 durch die mit Pfeilen versehenen Linien 100 angedeutet ist. Die Richtung des Wärmeflußmusters ändert sich, wenn man sich dem Umfangsrand 95 der Einheit nähert, wie durch die mit Pfeilen versehenen Linien 102 angedeutet ist, bis am Umfangsrand 95 der Einheit das Wärmeflußmuster wiederum senkrecht zur Hauptfläche der Glasscheiben verläuft, wie durch die mit Pfeilen versehenen Linien 104 angedeutet ist.
Wie der Fachmann weiß, hat ein um den Umfang der Einheit montierter Rahmen Auswirkungen auf die Fließmuster, insbesondere die Fließmuster 102 und 104. Für die Zwecke der vorliegenden Erläuterung wird die Auswirkung des Rahmens auf die Fließmuster 102 und 104 weggelassen. Die vorstehende Erläuterung wird als ausreichend angesehen, um einen Hintergrund für die vorliegende Erfindung zu bilden.
Der Wärmefluß durch den zentralen Bereich 96 der Einheit 90 kann durch Veränderungen der thermischen Eigenschaften der Scheiben 12 und 14, des Abstandes zwischen den Scheiben und des Gases im Abteil 18 modifiziert werden. Es wird nunmehr der Abstand zwischen den Scheiben, d. h. der Abstand des Abteiles 18, betrachtet. Abteile mit einem Abstand von 0,63 bis 1,27 cm (0,250 bis 0,500 Zoll) werden als akzeptabel angesehen, um eine Isolationsgasschicht mit bevorzugtem Abstand in Abhängigkeit von den verwendeten Isolationsgasen vorzusehen. Krypton wird im unteren Bereich bevorzugt, während Luft und Argon im oberen Bereich bevorzugt werden. Normalerweise ist der Abstand unterhalb 0,63 cm (0,250 Zoll) nicht breit genug, d. h. für Luft oder Argon, um eine signifikante Isolationsgasschicht vorzusehen. Uber 1,27 cm (0,500 Zoll) besitzen Gasströme, d. h. unter Verwendung von Krypton, im Abteil eine ausreichende Beweglichkeit, um Konvektion zu ermöglichen und auf diese Weise Wärme zwischen den Glasscheiben, d. h. der in das Hausinnere weisenden Glasfläche und der zur Hausaußenseite weisenden Glasfläche, zu bewegen.
Wie vorstehend erläutert, kann der Wärmefluß durch die Einheit auch durch die Art des im Abteil verwendeten Gases modifiziert werden. Beispielsweise wird durch Verwendung eines Gases mit einem hohen thermischen Isolationswert das Verhalten der Einheit verbessert, d. h. der U-Wert im zentralen Bereich und in den Randbereichen der Einheit reduziert. Beispielsweise besitzt Argon einen höheren thermischen Isolationswert als Luft, wobei dies jedoch keine Einschränkung der Erfindung darstellt. Der U-Wert der Einheit wird auch durch jede andere Maßnahme, die der Verwendung von Argon entspricht, herabgesetzt.
Eine weitere Technik zur Modifizierung des thermischen Isolationswertes des zentralen Bereiches besteht darin, Scheiben zu verwenden, die hohe thermische Isolationswerte besitzen, und/oder Scheiben, die Überzüge für einen geringen Emissionsgrad aufweisen. Solche Überzüge für einen geringen Emissionsgrad, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind in den US-A-4 610 771, 4 806 220 und 4 853 256 beschrieben. Darüber hinaus wird durch Erhöhung der Zahl der Glasscheiben die Zahl der Abteile und somit die Isolationswirkung im zentralen Bereich und in den Randbereichen der Einheit erhöht. Es werden nunmehr die Wärmeverluste am Randbereich der Einheit erläutert. Figur 8 zeigt einen Randbereich der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Einheit 90. Die Buchstaben A und E bezeichnen die Punkte, bei denen der Wärmefluß allgemein senkrecht zu den Glasoberflächen verläuft. Wenn man sich dem Rand der Einheit nähert, beginnt das Glas als erweiterte Fläche relativ zum Rand zu wirken und bewirkt eine Krümmung oder Verbiegung der Wege 100 des Wärmeflusses am Rand der Einheit, wie in Figur 7 mit dem Bezugszeichen 102 dargestellt ist. Die Krümmung tritt in dem in den Figuren 6 und 7 gezeigten Randbereich 94 auf. Zwischen den Buchstaben B und D wirkt dem Wärmefluß in erster Linie die Randeinheit 92 anstelle der Scheibe am Rand der Einheit entgegen. Die in Figur 9 dargestellten Kurven 120, 130 und 140 zeigen die Randwärmeverluste für unterschiedliche Arten von Randeinheiten. Figur 9 sollte nicht als absolute Beziehung interpretiert werden, sondern lediglich als allgemeine Führung zum besseren Verständnis des Wärmeflusses durch die Randeinheit. Die Kurve 120 zeigt das Wärmeverlustmuster für eine Randeinheit, die stark wärmeleitend ist, d. h. einen Aluminiumabstandshalter, der normalerweise für die Konstruktion von Randeinheiten des in Figur 1 gezeigten Typs Verwendung findet. Die Kurve 130 zeigt das Wärmeverlustmuster für eine Randeinheit, die weniger wärmeleitend ist als eine mit einem Aluminiumabstandshalter versehene Randeinheit, d. h. eine Randeinheit, die einen Kunststoffabstandshalter aufweist und der in Figur 3 gezeigten Konstruktion entspricht. Die Linie 140 zeigt das Randwärmeverlustmuster für eine Scheibenrandeinheit des in Figur 2 gezeigten Typs. Obwohl dies keine Beschränkung der Erfindung darstellt, wird davon ausgegangen, daß die erfindungsgemäß ausgebildete Randeinheit ein Wärmeverlustmuster liefert, das der Kurve 140 entspricht, sowie Wärmeverlustmuster innerhalb der schraffierten Bereiche zwischen den Kurven 130 und 140.
Wie man Figur 9 entnehmen kann, zeigt das Profil für einen Aluminiumabstandshalter, das durch die Kurve 120 dargestellt ist, daß der Aluminiumabstandshalter am Rand der Einheit (zwischen den Punkten A und C) einen geringen Widerstand gegenüber dem Wärmefluß bietet, so daß ein kühlerer Rand an der Fläche der Einheit innerhalb des Hauses ermöglicht wird. Das Profil für einen Abstandshalter aus organischem, d. h. polymeren, Material, das durch die Kurve 130 wiedergegeben ist, zeigt, daß der Abstandshalter einen hohen Widerstand gegenüber dem Wärmefluß besitzt, so daß eine wärmere Glasscheibenfläche innerhalb des Hauses ermöglicht wird, die zu einem reduzierten Wärmeverlust am Rand der Einheit führt. Dies wird besonders deutlich durch die Kurve 130 zwischen den Punkten A und C. Die Ränder der verschweißten Glasscheiben gemäß Figur 2 besitzen einen größeren Widerstand als die Abstandshaltereinheit aus Metall, jedoch einen geringeren Widerstand als die Abstandshaltereinheit aus Kunststoff. Die Temperaturverteilung der verschweißten Randeinheiten zwischen den Punkten A und C wird durch die Linie 140 wiedergegeben, die zwischen den Punkten A und C im Diagramm der Figur 9 zwischen den Linien 120 und 130 liegt.
Der Wärmeverlust für eine Randeinheit unter Verwendung eines metallischen Abstandselementes, insbesondere eines Aluminiumabstandshalters, ist größer als für Glas, da der Aluminiumabstandshalter ein höheres Wärmeleitvermögen besitzt (Aluminium ist ein besserer Wärmeleiter als Glas oder organische Materialien). Der Effekt des höheren Wärmeleitvermögens des Aluminiumabstandshalters geht auch aus Punkt D hervor, der zeigt, das die Kurve 120 für den Aluminiumabstandshalter eine höhere Temperatur an der Außen-fläche der Einheit besitzt als die Kurve 140 oder die Kurve 130. Die Wärme zur Aufrechterhaltung der höheren Temperatur bei D für den Aluminiumabstandshalter wird aus dem Inneren des Hauses hergeleitet, so daß ein Wärmeverlust am Rand der Einheit entsteht, der größer ist als der Randwärmeverlust für Einheiten, die Abstandshalter aus Glas oder organischem Material besitzen, und größer als bei der Randeinheit der vorliegenden Erfindung, was im einzelnen nachfolgend erläutert wird.
Der Wärmeverlust für eine Randeinheit mit einem Abstandshalter aus organischem Material ist geringer als der Wärmeverlust für Randeinheiten, die Abstandshalter aus Metall oder aus verschweißtem Glas besitzen, da der Abstandshalter aus organischem Material eine geringere thermische Leitfähigkeit besitzt. Dieser Effekt der geringeren thermischen Leitfähigkeit des Abstandshalters aus organischem Material ist durch die Linie 130 am Punkt D gezeigt, der eine niedrigere Temperatur als die Glas- und Metallabstandshalter aufweist. Hierdurch wird deutlich, daß der konduktive Wärmeverlust über den Abstandshalter aus organischem Material geringer ist als der für Glas- und Metallabstandshalter.
Ein Phänomen von Einheiten, die einen hohen Randwärmeverlust besitzen, besteht darin, daß sich an sehr kalten Tagen eine dünne Schicht aus Kondenswasser oder Eis an der Innenseite der Einheit am Rahmen bildet. Dieses Eis oder Kondenswasser kann selbst dann vorhanden sein, wenn die Mitte der Einheit frei von Feuchtigkeit ist.
Wie vorstehend erläutert, können Einheiten, die Argon im Abteil und Randeinheiten aus polymerem Material besitzen, einen anfänglichen niedrigen U-Wert aufweisen. Im Laufe der Zeit steigt der U-Wert jedoch an, da Abstandshalter aus polymerem Material normalerweise Argon nicht halten können. Um einen Verlust von Argon zu vermeiden, muß ein zusätzlicher Film vorgesehen werden, wie er in der US-A-4 831 799 beschrieben ist. Der Nachteil der Einheit dieser US-A- 4 831 799 besteht darin, daß der Film einen kurzen Diffusionsweg besitzt, wie vorstehend erläutert. Das Zurückhaltevermögen von Argon kann durch Auswahl von geeigneten Materialen verbessert werden, d.h. Heißschmelzklebern, wie beispielsweise HB Fuller 1191, HB Fuller 1081A und PPG Industries, Inc. 4442 Butyl-Dichtungsmittel, die ein besseres Zurückhaltevermögen in bezug auf Argon besitzen als die meisten Polyurethan-Kleber.
In Figur 10 ist eine Isolationseinheit 150 gezeigt, die eine Randeinheit 152 aufweist, die Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert, um die Glasscheiben 12 und 14 zu beabstanden und das Abteil 18 vorzusehen. Die Randeinheit 152 umfaßt eine Feuchtigkeits- und/oder gasundurchlässige Schicht 154 aus einem Kleber, um die Glasscheiben 12 und 14 an den Schenkeln 156 eines metallischen Abstandshalters 158 zu befestigen. Die Schichten 154 aus dem Kleber bzw. Dichtungsmittel wirken als Sperre in bezug auf die in die Einheit eindringende Feuchtigkeit und/oder als Sperre in bezug auf das das Abteil 18 verlassende Isolationsgas, beispielsweise Argon. Was den Verlust des eingefüllten Gases aus der Einheit anbetrifft, so sind in der Praxis die Länge des Diffusionsweges und die Dicke des Dichtungsmittelwulstes in Kombination mit der Gasdurchlässigkeit des Dichtungsmateriales so ausgewählt, daß der Verlust des eingefüllten Gases an die gewünschte nutzbare Lebensdauer der Einheit angepaßt ist. Die Fähigkeit der Einheit, das eingefüllte Gas zurückzuhalten, wird durch ein europäisches Verfahren gemäß DIN 52293 gemessen. Vorzugsweise sollte der Verlust des eingefüllten Gases geringer als 5 % pro Jahr sein, noch bevorzugter geringer als 1 % pro Jahr.
Was das Eindringen von Feuchtigkeit in die Einheit anbetrifft, so ist die Geometrie des Dichtungswulstes so ausgewählt, daß die durch die Umfangsteile (Dichtungswulst und Abstandshalter) eindringende Feuchtigkeitsmenge durch die Menge des Trockenmittels innerhalb der Einheit über die gewünschte Lebensdauer der Einheit absorbiert werden kann.
Das bevorzugte Klebe- bzw. Dichtungsmittel, das zusammen mit dem Abstandshalter der Figuren 10 und 11 verwendet wird, sollte eine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit besitzen, die geringer ist als 20 gm mm/M² Tag gemäß ASTM F 372-73. Noch bevorzugter sollte die Durchlässigkeit geringer als 5 gm mm/M² Tag sein.
Die Beziehung zwischen der Menge des Trockenmittels in der Einheit und der Durchlässigkeit des Dichtungsmittels (und dessen Geometrie) kann in Abhängigkeit von der gewünschten Gesamtlebensdauer der Einheit variiert werden.
Eine zusätzliche Schicht 155 aus einem Dichtungsmittel oder einem Klebemittel, das jedoch nicht auf Silikonkleber und/oder Heißschmelzkleber beschränkt ist, kann in der Umfangsnut der Einheit vorgesehen sein, die durch den mittleren Schenkel 157 des Abstandshalters und die Ränder der Glasscheiben gebildet wird. Das Dichtungsmittel stellt keine Beschränkung für die Erfindung dar und kann irgendeines der bekannten Arten sein, wie es beispielsweise in der US-A-4 109 431 beschrieben ist.
Eine dünne Schicht 160 aus einem feuchtigkeitsdurchlässigen Kleber, in dem ein Trockenmittel 162 angeordnet ist, um Feuchtigkeit im Abteil 18 zu absorbieren, ist auf der Innenfläche des mittleren Schenkels 157 des Abstandshalters 158 vorgesehen, wie in Figur 10 gezeigt. Das Trockenmittel kann neben der Innenfläche des mittleren Schenkels 157 auch an der Innenfläche der Schenkel 156 angeordnet sein. Die Durchlässigkeit der Kleberschicht 160 stellt keine Beschränkung für die Erfindung dar. Es sollte jedoch eine ausreichende Durchlässigkeit in Bezug auf die Feuchtigkeit innerhalb des Abteiles 18 vorhanden sein, so daß das darin befindliche Trockenmittel Feuchtigkeit innerhalb des Abteiles absorbieren kann. Bei der Durchführung der Erfindung können Kleber mit einer Durchlässigkeit von mehr als 2 gm mm/M² Tag, ermittelt durch ASTM F 373-73, verwendet werden. Die Randeinheit 152 bewirkt, daß die Einheit 150 einen Weg mit geringer thermischer Leitfähigkeit durch den Rand, d.h. einen hohen Widerstand gegen Wärmeverluste, einen langen Diffusionsweg und strukturelle Integrität mit einer ausreichenden strukturellen Elastizität erhält, um ein gewisses Ausmaß an thermischer Expansion und Kontraktion zu ermöglichen, das normalerweise in den diversen Teilen der Isolierverglasungseinheit auftritt.
Um zu verstehen, warum die Randeinheit der vorliegenden Erfindung einen derart hohen Widerstand gegenüber Wärmeverlusten aufweist, wird nachfolgend der Mechanismus der Wärmeleitung durch den Rand einer Isolationseinheit beschrieben.
Der Wärmeverlust durch den Rand einer Einheit ist von der thermischen Leitfähigkeit der verwendeten Materialen, deren physikalischer Anordnung, der thermischen Leitfähigkeit des Rahmens und dem Oberflächenfilmkoeffizienten abhängig. Der Oberflächenfilmkoeffizient entspricht der Wärmeübertragung aus der Luft auf die Scheibe an der warmen Seite der Einheit und der Wärmeübertragung von der Scheibe auf die Luft auf der kalten Seite der Einheit. Dieser Oberflächenkoeffizient hängt vom Wetter und der Umgebung ab. Da das Wetter und die Umgebung von der Natur und nicht von der Konstruktion der Einheit abhängig sind, muß diesbezüglich keine weitere Erläuterung erfolgen. Der Rahmeneffekt wird nachfolgend abgehandelt, während sich die vorliegende Erläuterung auf die thermische Leitfähigkeit der Materialien am Rand der Einheit und ihre physikalische Anordnung bezieht.
Der Widerstand des Randes der Einheit in bezug auf Wärmeverluste bei einer Isolationseinheit mit Scheiben, die durch eine Randeinheit voneinander getrennt sind, entspricht der nachfolgenden Gleichung (2):
(2) RHL = G&sub1; + G&sub2;+ ... + Gn + S&sub1; + S&sub2; + .... + Sn worin bedeuten: RHL der Widerstand gegenüber Wärmeverlusten am Rand der Einheit in 13,37 h - ºK/Joule/m des Umfangs der Einheit (Hr-ºF/BTU/in.)
G der Widerstand gegenüber Wärmeverlusten einer Scheibe in 13,37 h - ºK/Joule/m (Hr-ºF/BTU/in.). S der Widerstand gegenüber Wärmeverlusten der Randeinheit in 13,37 h - ºK/Joule/m (Hr-ºF/BTU/in.).
Für eine Isolationseinheit mit zwei Scheiben, die durch eine einzige Randeinheit voneinander getrennt sind, kann Gleichung (2) umgeschrieben werden als Gleichung (3):
(3) RHL = G&sub1; + G&sub2;+ S&sub1;
Der thermische Widerstand eines Materiales wird durch Gleichung (4) vorgegeben:
(4) R = L/KA
worin bedeuten:
R der thermische Widerstand in 13,37 h - ºK/Joule/m (Hr-ºF/BTU/in).
K die thermische Leitfähigkeit des Materiales in 74,8 Joule/h-m-ºK (BTU/h-Zoll-ºF).
L die Dicke des Materiales gemessen in m (Zoll) entlang einer Achse parallel zur Wärmeströmung.
A der Bereich des Materiales gemessen in Quadratzoll entlang einer Achse quer zur Wärmeströmung im Zoll des Umfangs.
Der thermische Widerstand von Komponenten einer Randeinheit, die sich in einer Linie im wesentlichen senkrecht zur Hauptfläche der Einheit befinden, wird durch Gleichung (5) wiedergegeben:
(5) S = R&sub1; + R&sub2; + ... + Rn worin S und R die vorstehend angegebenen Bedeutungen besitzen.
In denjenigen Fällen, in denen sich die Komponenten einer Randeinheit entlang einer Achse parallel zur Hauptfläche der Einheit befinden, wird der thermische Widerstand (S) durch die folgende Gleichung (6) wiedergegeben:
worin R die vorher angegebene Bedeutung besitzt.
Kombiniert man die Gleichungen (3), (5) und (6), dann kann der Widerstand des Randes der in Figur 10 dargestellten Einheit 150 gegenüber Wärmeverlusten durch die nachfolgende Gleichung (7) ermittelt werden:
worin RHL die vorstehend wiedergegebene Bedeutung besitzt:
R&sub1;&sub2; und R&sub1;&sub4; der thermische Widerstand der Glasscheiben sind,
R&sub1;&sub5;&sub4; der thermische Widerstand der Kleberschicht 154 ist,
R&sub1;&sub5;&sub5; der thermische Widerstand der Kleberschicht 155 ist,
R&sub1;&sub5;&sub6; der thermische Widerstand der Außenschenkel 156 des Abstandshalters 158 ist,
R&sub1;&sub5;&sub7; der thermische Widerstand des mittleren Schenkels 157 des Abstandshalters 158 ist,
R&sub1;&sub6;&sub0; der thermische Widerstand der Kleberschicht 160 ist.
Obwohl Gleichung (7) die Beziehung der Komponenten zur Ermittlung des Randwiderstandes gegenüber Wärmeverlusten zeigt, entspricht Gleichung 7 nur einem Annäherungsverfahren, das bei Standardberechnungen eingesetzt wird. Es stehen Computerprogramme zur Verfügung, die die exakten Beziehungen in bezug auf die Wärmeströmung durch den Rand der Einheit oder den Widerstand gegenüber dem Abfluß von Wärme durch den Rand der Einheit ermitteln.
Ein Computerprogramm, das in bezug auf die thermische Analyse zur Verfügung steht, ist das von der Firma Swanson Analysis Systems Inc., Houston, PA. USA gelieferte ANSYS- Programm. Dieses ANSYS-Programm wurde eingesetzt, um den Widerstand gegenüber Randwärmeverlusten oder dem U-Wert für Einheiten entsprechend, den Figuren 1 - 4 zu ermitteln.
Obwohl der vorstehend definierte U-Wert ein Maß für den durch die Erfindung erzielten Gesamteffekt bildet, ist er doch stark abhängig von bestimmten Phänomenen, die die Erfindung nicht beschränken, wie beispielsweise Filmkoeffizienten, der Glasdicke und der Rahmenkonstruktion. Es wird nunmehr der Randwiderstand der Randeinheit (ohne die Glasscheiben) erläutert. Dieser Randwiderstand der Randeinheit wird als inverser Wärmestrom definiert, der von der Grenzfläche der Scheibe und der Dichtungsmittelschicht 154 an der Innenseite der Einheit bis zur Grenzfläche zwischen der Scheibe und der Dichtungsmittelschicht 154 an der Außenseite der Einheit pro Temperaturinkrement pro Längeneinheit des Umfangs der Randeinheit vorhanden ist. Es wird davon ausgegangen, daß die Grenzflächen der Scheibendichtungsmittel isothermisch sind, um die Erläuterung zu vereinfachen. U.a. wird die vorstehend wiedergegebene Definition durch die Veröffentlichung "Thermal Resistance Measurements of Glazing System Edge-Seals and Seal Materials Using a Guarded Heater Plate Apparatus", von J. L. Wrigth und H. F. Sullivan, ASHRAE TRANSACTIONS 1989, V.95, Seite 2, gestützt.
In der nachfolgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen stellt der Widerstand in bezug auf den Wärmestrom der Randeinheit pro Längeneinheit des Umfangs ("RES") einen Parameter von Interesse dar.
Wie vorstehend erläutert, wurde zur Bestimmung des RES-Wertes der ANSYS-finite-Elemente-Code verwendet. Das Ergebnis der ANSYS-Berechnung ist von der angenommenen Geometrie des Querschnitts der Randeinheit und der angenommenen thermischen Leitfähigkeit von deren Bestandteilen abhängig. Die Geometrie eines derartigen Querschnitts kann einfach gemessen werden, indem die Randeinheit untersucht wird. Die thermische Leitfähigkeit der Bestandteile der Randeinheit oder der RES-Wert derselben kann auf die in der Veröffentlichung ASHRAE TRANSACTIONS beschriebene Art und Weise gemessen werden. Die nachfolgenden Wärmeleitfähigkeitswerte für Randeinheitsmaterialien sind in diesem Artikel wiedergegeben. Zusätzliche Werte können in der Veröffentlichung "Principles of Heat Transfer" von Frank Kreith, 3. Ausgabe gefunden werden. Material thermische Leitfähigkeit Butyl Silikon Polyurethan 304 rostfreier Stahl Aluminium
Es wird nunmehr der für die Randeinheiten der Einheiten der Figuren 1 - 4 berechnete RES-Wert betrachtet. Die Konstruktion der Randeinheit 16 der Einheit 10 der Figur 1 wies einen hohlen Aluminiumabstandshalter 22 zwischen den Glasscheiben auf. Der Abstandshalter besaß eine Wanddicke von etwa 0,06 cm (0,025 Zoll), eine Seitenlänge senkrecht zur Hauptfläche der Glasscheiben 12 und 14 von etwa 1,5 cm (0,415 Zoll) und eine Seitenlänge allgemein parallel zur Hauptfläche der Glasscheiben 12 und 14 von etwa 0,76 cm (0,3 Zoll). Es waren Kleberschichten 24 aus Butyl mit einer Dicke von etwa 0,008 cm (0,003 Zoll) vorgesehen, und eine Silikondichtung 16 füllte den durch den Abstandshalter 20 und die Glasscheiben 12 und 14 gebildeten Hohlraum aus. Der RES-Wert der Randeinheit der Einheit 10 der vorstehend beschriebenen Konstruktion wurde unter Verwendung des ANSYS- Programms berechnet als 62,2 h-ºK/Joule pro m Umfang (4,65 h-ºF/BTU pro Zoll Umfang).
Die Konstruktion der Randeinheit 32 der Einheit 30 der Figur 2 besaß ein Paar von Glasscheiben, die in einem Abstand von etwa 1,07 cm (0,432 Zoll) angeordnet waren. Eine Endwand 32 besaß eine Dicke von etwa 0,229 cm (0,090 Zoll). Der RES-Wert der Randeinheit der Einheit 30 der vorstehend beschriebenen Konstruktion wurde unter Verwendung des ANSYS-Programms mit 1390 h-ºK/Joule pro m Umfang (104 h- ºF/BTU pro Zoll Umfang berechnet.
Die Konstruktion der Randeinheit 52 der Einheit 50 der Figur 3 besaß ein Paar von Glasscheiben 12 und 14, die in einem Abstand von etwa 1,27 cm (0,50 Zoll) angeordnet waren. Ein mit einem Trockenmittel gefülltes Schaumelement mit einer Dicke von etwa 0,64 cm (0,25 Zoll) haftete an den Glasflächen. Es waren eine mit Aluminium beschichtete Kunststoffdiffusionssperre und eine Butyl-Randdichtung mit einer Dicke von etwa 0,64 cm (0,25 Zoll) vorgesehen. Der Aluminiumüberzug zwischen dem Schaumelement und der Dichtung war für eine genaue Messung zu dünn. Der RES-Wert der Randeinheit der Einheit 50 der obigen Konstruktion wurde unter Verwendung des ANSYS-Programms mit 1390 h-ºK/Joule pro m Umfang (104.0 h-ºF/BTU pro Zoll Umfang berechnet.
Eine ähnliche Einheit wie die Einheit 50 der Figur 3 mit einem Paar von Glasscheiben 12 und 14 in einem Abstand von 1,14 cm (0,45 Zoll), einer Kleberschicht 54 aus Silikon mit einer Dicke von etwa 0,475 cm (0,187 Zoll) und einem darin befindlichen Trockenmittel und einem feuchtigkeitsundurchlässigen Dichtungsmittel 58 aus Butyl mit einer Dicke von etwa 0,475 cm (0,187 Zoll) besaß einen RES-Wert der Randeinheit von etwa 1132 h-ºK/Joule/m Umfang (84.7 h-ºF/BTU pro Zoll Umfang), der unter Verwendung des ANSYS-Programms berechnet wurde. Um den Effekt zu zeigen, den Materialänderungen und Dimensionsänderungen auf den RES-Wert der Wandeinheit haben, wurden die RES-Werte der Randeinheiten von unterschiedlichen Konstruktionen des in Figur 3 gezeigten Typs von Einheiten miteinander verglichen.
Die Konstruktion der Randeinheit der Einheit 70 der Figur 4 wies ein Paar von Glasscheiben, die in einem Abstand von 1,143 cm (0,45 Zoll) angeordnet waren, eine Randdichtung aus einem Butylkleber mit einer Breite von etwa 0,767 cm (0,312 Zoll) und einem Trockenmittel darin sowie einen Aluminiumabstandshalter auf, der etwa 0,025 cm (0,010 Zoll) dick und darin eingebettet war. Der RES-Wert der Randeinheit der in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildeten Einheit 70 wurde unter Verwendung des ANSYS-Programms mit 62,2 h-ºK/Joule pro m Umfang (4,50 h-ºF/BTU pro Zoll Umfang) berechnet.
Die Konstruktion der in Figur 10 gezeigten Randeinheit 150 der Erfindung wies ein Paar von Glasscheiben, die in einem Abstand von 1,20 cm (0,47 Zoll) voneinander angeordnet waren, eine Polyisobutylen-Schicht 154, die feuchtigkeits-/ und Argon-undurchlässig war und eine Dicke von etwa 0,0254 cm (0,010 Zoll) und eine Höhe gemäß Figur 10 von etwa 0,64 cm (0,250 Zoll) besaß, einen U-förmigen Kanal 156 aus rostfreiem Stahl 304 mit einer Dicke von etwa 0,018 cm (0,007 Zoll), von dem der mittlere Schenkel eine Breite gemäß Figur 10 von etwa 1,09 cm (0,430 Zoll) und äußere Schenkel eine Höhe gemäß Figur 10 von etwa 0,64 cm (0,250 Zoll) besassen, und eine Polyurethan-Schicht 160, die mit einem Trockenmittel imprägniert war und eine Höhe von etwa 0,32 cm (0,125 Zoll) sowie eine Breite gemäß Figur 10 von etwa 1,05 cm (0,416 Zoll) besaß und eine Sekundärdichtung 155 aus Polyurethan mit einer Breite von etwa 1,143 cm (0,450 Zoll) und einer Höhe von etwa 0,32 (0,125 Zoll) gemäß Figur 10 auf. Der RES-Wert der Randeinheit der in der vorstehend beschriebenen Weise konstruierten Einheit 150 wurde unter Verwendung des ANSYS-Programmes mit 1057,5 h-ºK/Joule pro m Umfang (79,1 h-ºF/BTU pro Zoll Umfang) berechnet.
In Figur 11 ist die Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Abstandhalters dargestellt. Dieser Abstandshalter 163 besitzt einen elastischen Kern 164. Bei der Durchführung der Erfindung kann der Kern aus einem Nichtmetall bestehen. Er ist vorzugsweise ein Polymerkern, d.h. U-förmiges Element 164 aus glasfaserverstärktem Kunststoff, der einen dünnen Film 165 aus einem gasundurchlässigen Isolationsmaterial aufweist. Wenn beispielsweise Luft, Argon oder Krypton im Abteil verwendet wird, kann es sich bei dem Dünnfilm 165 um Metall handeln. Die Konstruktion des Abstandshalters sowie des Gassperrfilms ist so ausgewählt, daß die Einheit das eingefüllte Gas über die gewünschte Lebensdauer der Einheit behält. Bei einem Abstandshalter gemäß Figur 11, bei dem Argon als Füllgas und Polyvinylidenchlorid als Sperrfilm Verwendung findet, beträgt eine bevorzugte Dicke des Polyvinylidenchlorids mindestens 0,127 mm (5 mils), die bevorzugter größer als 0,254 mm (10 mils) ist.
Wenn ein anderes Material als Polyvinylidenchlorid als Sperrfilm verwendet wird, kann die richtige Dicke zur Zurückbehaltung des Füllgases über die gewünschte Lebensdauer in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Material es des Gasabteils eingestellt werden.
Die Zurückbehaltungseigenschaften für das Füllgas der Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung werden nach der vorstehend erwähnten DIN 52293 berechnet.
Für Argon kann es sich bei dem Film 165 um einen 0,000254 cm (0,0001 Zoll) dicken Aluminiumfilm oder einen 0,127 mm (0,005 Zoll) dicken Film aus Polyvinylidenchlorid handeln. Das gegenüber Argon undurchlässige Material besitzt eine Durchlässigkeit gegenüber Argon von weniger als 5 %/yr. Die Erfindung schlägt vor, daß ein Kern 164 und eine dünne Filmschicht 165 oder diverse Schichten 164 und 165 vorgesehen sind, um ein Laminat herzustellen. Durch Verwendung des Abstandhalters 163 mit dem Aluminiumfilm anstelle des Abstandshalters 155 der Einheit 150 der Figur 10 beträgt der RES-Wert der Randeinheit für die Einheit 150 der Figur 10 etwa 120. Dies stellt einen Anstieg des RES-Wertes um etwa 50 % dar, der durch Veränderung des Abstandshalters zu einem Kunststoffabstandshalter mit einer dünnen Metallbeschichtung erreicht wird. Bei Verwendung des Abstandshalters 163 mit einem Polyvinylidenchloridfilm einer Dicke von 0,127 mm (0,005 Zoll) beträgt der RES-Wert der Randeinheit der Einheit 150 der Figur 10 ebenfalls etwa 120.
Die Erfindung schlägt ferner vor, einen Abstandshalter 163 gemäß Figur 11 vorzusehen, dessen Gehäuse vollständig aus einem polymeren Material mit Feuchtigkeits-/Gasundurchlässigkeitseigenschaften besteht. Ein derartiges Abstandshaltergehäuse kann verstärkt werden (beispielsweise durch Glasfasern), umfaßt jedoch keine Filmsperre (d.h. der Film 163 besitzt keinen Dünnfilm 165). Ein solches polymeres Material ist vorzugsweise ein halogeniertes polymeres Material einschließlich Polyvinylidenchlorid, Polyvinyldenfluorid, Polyvinylchlorid oder Polytrichlorofluoroäthylen. Die Randeinheit eines derartigen Abstandshalters 163 kann vollständig aus einem polymeren Material bestehen, das im Vergleich zu dem Abstandshalter der Figur 11 einen hohen RES- Wert für die Randeinheit besitzt.
Der Abstandshalter der vorliegenden Erfindung wirkt als Sperre für das Isolationsgas im Abteil 18 und besitzt eine fehlerfreie Konstruktion. Der Begriff "fehlerfreie Konstruktion" bedeutet, daß der Abstandshalter die Glasscheiben in einem Abstand voneinander hält und gleichzeitig eine örtliche Durchbiegung der Scheiben infolge von Änderungen des barometrischen Drucks, der Temperatur und der Windlasten zuläßt. Das Merkmal der Aufrechterhaltung der Glasscheiben in einer festen beabstandeten Beziehung bedeutet daß der Abstandshalter die Glasscheiben daran hindert, sich wesentlich aufeinander zuzubewegen, wenn die Ränder der Einheit im Verglasungsrahmen befestigt sind. Es versteht sich, daß geringere Kräfte auf die Randeinheiten der Fenster von Wohnungen, die in einem Holzrahmen montiert sind, aufgebracht werden als auf die Randeinheiten von Bürogebäuden, die durch Druckverglasung in metallischen Hängewandsystemen montiert werden. Die Ermöglichung von örtlicher Durchbiegung bedeutet, daß der Abstandshalter eine Drehung der Randabschnitte der Scheibe um ihren Rand während der Beschickung der beschriebenen Arten ermöglicht, während eine andere Bewegung als eine Drehung, d.h. eine Translationsbewegung, nicht zugelassen wird. Grad der Fehlerfreiheit der Konstruktion ist vom Materialtyp und von der Dicke abhängig. Beispielsweis kann Metall dünn ausgebildet sein, während Kunststoff dicker oder verstärkt, beispielsweise durch Glasfasern, sein muß, um die gleiche fehlerfreie Konstruktion zu bilden.
Ausführungsformen der vorliegendne Erfindung können dazu verwendet werden, um das Betriebsverhalten der Einheiten des Standes der Technik zu verbessern. Wenn beispielsweise der Abstandshalter der Einheit 10 der Figur 1 durch einen Abstandshalter aus rostfreiem Stahl ersetzt wird, wird der RES-Wert der Randeinheit von 62,2-243 h-ºK/Joule (4,65 bis 18.2 h-ºF/BTU) pro Einheit (m) des Umfangs angehoben. Wenn die Metalldicke von 0,06 cm (0,025 Zoll) auf 0,0127 cm (0.005 Zoll) verändert wird, steigt der RES-Wert der Randeinheit der Einheit 10 der Figur 1, der unter Verwendung des ANSYS-Programms ermittelt wurde, von 62,2 auf 1285,9 h- ºK/Joule (4.65 - 96,1 h-ºF/BTU pro Zoll) pro m des Umfangs an. Wenn der Aluminiumstreifen der Einheit der Figur 4 durch einen Streifen aus rostfreiem Stahl ersetzt wird, steigt der RES-Wert der Randeinheit von 60,2 auf 593,6 h- ºK/Joule (4,5 - 44.4 h-ºF/BTU) pro Einheit (m) des Umfangs an.
Die Einheit 150 der vorliegenden Erfindung, die die in Figur 10 dargestellte Abstandshaltereinheit 152 aufweist, besitzt einen Randwärmeverlust, der dem der Linie 140 entspricht. Die erfindungsgemäß ausgebildete Einheit 150, die mit der in Figur 11 gezeigten Abstandshaltereinheit 163 versehen ist, besitzt einen Randwärmeverlust zwischen der Linie 130 und der Linie 140, der jedoch nahe an der Linie 130 liegt. Obwohl die Randeinheit der vorliegenden Erfindung einen RES-Wert besitzt, der geringer ist als der RES- Wert für Randeinheiten mit Abstandshalter aus organischem Material des in Figur 3 gezeigten Typs, besitzt die erfindungsgemäß ausgebildete Randeinheit diverse Vorteile. Da der Abstandshalter aus Metall, gas- und feuchtigkeitsundurchlässigem Kunststoff, einem mit Metall beschichteten Kunststoffkern, einem mit Metall beschichteten verstärkten Kunststoffkern, einem mit einem gas- und feuchtigkeitsundurchlässigen Film beschichteten Kunststoffkern oder einem mit einem gas- und feuchtigkeitsundurchlässigen Film beschichteten verstärkten Kunststoffkern besteht, ist er wesentlich haltbarer. Der Diffusionsweg, d.h. die Länge und Dicke des gas- und feuchtigkeitsundurchlässigen Dichtungsklebers, ist bei der erfindungsgemäßen Einheit länger, so daß daher bei dem gleichen Typ von Material, das den Diffusionsweg füllt, durch den längeren und dünneren Diffusionswert der vorliegenden Erfindung der Verlust an Füllgas reduziert wird. Der Weg des Argon-Gases ist länger, da er auf die Kleberschichten 154 (siehe Figur 10) beschränkt ist, während bei Abstandshaltern aus organischem Material der Diffusionsweg durch die gesamte Breite der Abstandshalterfläche verläuft. Bei der Einheit der Figur 3 ist eine Metallsperre vorgesehen, um Argon-Verluste zu reduzieren. Der auf dem Kunststoff oder dem PVDC-beschichteten Kunststoff vorgesehene Metallfilm besitzt eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,00254 - 0,00762 cm (0.001 - 0,003 Zoll), wobei es sich um einen kurzen Diffusionsweg handelt. Die vorliegende Erfindung besitzt einen langen Diffusionsweg, der größer ist als etwa 0,00762 cm (0,0003 Zoll), und einen dünnen Diffusionsweg, der kleiner ist als etwa 0,32 cm (0,0125 Zoll). Die in Figur 10 gezeigte Einheit weist eine Diffusionsweglänge von etwa 0,64 cm (0,250 Zoll) und eine Diffusionswegdicke von etwa 0,254 cm (0,010 Zoll) auf. Die Diffusionsweglänge kann erhöht werden, indem die Höhe der Schenkel des Abstandshalters erhöht wird. Die Dicke des Diffusionsweges kann erniedrigt werden, indem der Abstand zwischen den Schenkeln des Abstandshalters und der benachbarten Glasscheibe erniedrigt wird.
Bei aktuellen Tests besassen eine Einheit mit einer Randeinheit mit der vorliegenden Erfindung und eine Einheit mit der in Figur 3 gezeigten Randeinheit im wesentlichen identische RES-Werte. Es wird angenommen, daß der im Inneren des Abstandshalters vorgesehene Wulst den Abstandshalter gegenüber einer Konvektionskühlung durch die im Abteil befindlichen Gase isoliert hat.
Wie vorstehend erläutert, kann die Lehre der vorliegenden Erfindung dazu eingesetzt werden, um den RES-Wert der Randeinheit einer Einheit zu verbessern, indem der in Figur 11 dargestellte Abstandshalter verwendet wird. Durch das Formen eines mit Glasfasern verstärkten Kunststoffkernes 164 und das nachfolgende Sputtern eines dünnen Filmes 165 aus Aluminium oder das Aufkleben irgendeines gas-/feuchtigkeitsundurchlässigen Filmes, beispielsweise eines PVDC- Filmes, auf herkömmliche Weise wird das Austreten von Argon verhindert und der Austrittsweg im wesentlichen auf das Dichtungsmittel oder den Kleber zwischen dem Abstandshalter und der Scheibe beschränkt, wie dies in Verbindung mit der Einheit 150 der Figur 10 erläutert wurde.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Einheit sorgt somit für eine Randeinheit mit einem Metallabstandshalter, einem mit Metall beschichteten Kunststoffabstandshalter oder einem Kunststoffabstandshalter oder einen mehrere Schichten aufweisenden Kunststoffabstandshalter, der ein anderes isolierendes Gas als Luft, beispielsweise Argon, zurückbehält, einen relativ hohen RES-Wert oder niedrigen U-Wert der Randeinheit besitzt und haltbar ist.
Es wird nunmehr der U-Wert des Rahmens der Einheit erläutert. Der Rahmen leitet ebenfalls Wärme. In bestimmten Fällen leiten Metallrahmen ausreichend mehr Wärme als die Randeinheit der Einheit, so daß der Randwärmeverlust durch den Rahmen jegliches Ansteigen des thermischen Widerstandes in bezug auf Wärmeverluste am Rand der Einheit überdeckt. Hölzerne Rahmen, Metallrahmen mit thermischen Sperren oder Kunststoffrahmen besitzen einen hohen Widerstand gegenüber Wärmeverlusten, so daß daher der Randwärmeverlust der Einheit dominanter ist.
Die Erfindung ist nicht auf Einheiten beschränkt, die zwei Scheiben besitzen. Sie kann auch bei Einheiten Verwendung finden, die zwei oder mehr Scheiben aufweisen, wie beispielsweise die in Figur 20 gezeigte Einheit 250.
Es wird nunmehr ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Isolierverglasungseinheit beschrieben. Die Einheit der vorliegenden Erfindung kann auf beliebige Art und Weise hergestellt werden.
Figur 12 zeigt einen Randstreifen 169 mit einem Substrat 170, der mit dem Wulst 160 des feuchtigkeitsdurchlässigen Klebers, in den das Trockenmittel 162 eingemischt ist, versehen ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Substrat aus einem Material, beispielsweise einem Metall oder Kunststoffverbundmaterial, wie vorstehend beschrieben, das feuchtigkeits- und gasundurchlässig ist, um das isolierende Gas im Abteil zurückzubehalten und zu verhindern, daß Feuchtigkeit in das Abteil eindringt. Es besitzt ferner strukturelle Integrität und ist elastisch, damit die Glasscheiben im Abstand voneinander gehalten werden und trotzdem ein gewisser Grad an thermischer Expansion und Kontraktion ermöglicht wird, der typischerweise in diversen Komponenten der Isolierverglasungseinheit vorhanden ist. Bei der Durchführung der Erfindung wurde das Substrat aus rostfreiem Stahl 304 mit einer Dicke von etwa 0,0178 cm (0,007 Zoll), einer Breite von etwa 1,588 cm (0,625 Zoll) und einer ausreichenden Länge hergestellt, um den Abstandshalter zwischen Glasscheiben anzuordnen, d.h. eine 0,6 m² (24 Zoll²) große Einheit vorzusehen. Bei dem Wulst 160 handelt es sich um Polyurethan mit einem eingemischten Trockenmittel. Ein Wulst mit einer Höhe von etwa 0,32 cm (1/8 Zoll) und einer Breite von etwa 0,96 cm (3/8 Zoll) wird auf herkömmliche Weise auf die Mitte des Substrates 170 aufgebracht.
Bei dem Trockenmittelwulst kann es sich um irgendeinen Kleber oder ein polymeres Material handeln, das feuchtigkeitsdurchlässig ist und mit einem Trockenmittel vermischt werden kann. Auf diese Weise kann das Trockenmittel im Kleber oder polymerem Material angeordnet und am Substrat fixiert werden, während es Zugang zum Abteil besitzt. Empfohlene Materialien, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, sind Polyurethane und Silikone. Des weiteren kann es sich bei dem Wulst um ein in der US - PS 3 919 023 beschriebenes Abstandshalterentwässerungselement handeln. Die Offenbarung dieser Veröffentlichung wird hiermit durch Bezugnahme eingearbeitet.
Ferner können eine oder beide Seiten von einer oder mehreren Scheiben einen Überzug zum Schutze vor Umwelteinflüssen besitzen, wie beispielsweise in der US -A- 4 610 771, 4 806 220, 4 853 256, 4 170 460, 4 239 816 und 4 719 127 beschrieben.
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung besitzen das Metallsubstrat nach dem Formen zum Abstandshalterprofil und der Wulst eine ausreichende Festigkeit und Elastizität, um die Scheiben auf Abstand voneinander zu halten und trotzdem ein gewisses Maß an thermische Expansion und Kontraktion zuzulassen, das normalerweise bei diversen Komponenten der Isolierverglasungseinheit auftritt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Abstandshalter stabiler als der Wulst, d.h. ausreichend stabil oder dimensionsfest, um die Scheiben im Abstand voneinander zu halten, was der Wulst nicht kann. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung können dies sowohl der Abstandshalter als auch der Wulst. Beispielsweise kann der Wulst durch ein Trockenmittel in einem bevorzugten Abstandshalter gebildet sein, wie in der US -A- 3 919 023 offenbart. Wie der Fachmann weiß, kann ein Abstandshalter aus Metall über eine Reihe von Biege- und Formungsmaßnahmen hergestellt werden, so daß er entsprechende Druckkräfte aushält. Was den auf dem Substrat 170 angeordneten Wulst 160 anbetrifft, so wird das Substrat 170 zu einem U-förmigen Abstandshalterprofil mit einer einzigen Wand geformt, wobei dieses U-förmige Abstandshalterprofil in der Lage ist, entsprechende Druckkräfte auszuhalten,um die Scheiben auf Abstand voneinander zu halten, und zwar unabhängig von der Stabilität des Wulstes. Wie der Fachmann weiß, hängen das Ausmaß der Druckkräfte und die Stabilität vom Gebrauch der Einheit ab. Wenn die Einheit beispielsweise befestigt wird, indem die Ränder der Einheit festgeklemmt werden, wie beispielsweise in Hängewandsystemen, muß der Abstandshalter eine ausreichende Festigkeit besitzen, um die Glasscheiben auf Abstand zu halten, während er von den Druckkräften des Klemmvorganges beauf schlagt wird. Wenn die Einheit in der Fuge eines Holzrahmens montiert und verstemmt wird, um sie zu befestigen, muß der Abstandshalter im Gegensatz zu einem Abstandshalter einer Einheit, die festgeklemmt wird, nicht besonders stabil sein, um die Scheiben auf Abstand zu halten.
Die Ränder des Streifens 150 werden auf herkömmliche Weise gebogen, um äußere Schenkel 156 des in Figur 10 gezeigten Abstandshalters 158 zu bilden. Beispielsweise kann der Streifen 170 zwischen einer unteren und einer oberen Walze gepreßt werden, wie in den Figuren 13 - 16 dargestellt.
Wie in Figur 13 gezeigt, wird der Streifen von links nach rechts zwischen Formwalzstationen 180 bis 185 bewegt. Wie der Fachmann weiß, ist die Erfindung nicht auf die dargestellte Zahl an Formwalzstationen oder eine bestimmte Anzahl von Formwalzen an den entsprechenden Stationen beschränkt. Gemäß Figur 14 umfaßt die Formwalzstation 180 eine untere Walze 190 mit einer Ringnut 192 und eine obere Walze 194 mit einer Ringnut 196, die zur Aufnahme der Schicht 160 ausreichend ist. Die Nut 192 ist so dimensioniert, um mit dem Verbiegen des Streifens 170 zu einem U- förmigen Abstandshalter zu beginnen, und ist weniger tief als die Nut 198 der unteren Walze 200 der Preßstation 180 gemäß Figur 15 sowie der übrigen unteren Walzen der abstromseitig angeordneten Preßstationen 182 bis 185.
Wie Figur 16 zeigt, besitzt die untere Walze 202 der Formwalzstation 185 eine Umfangsnut, die im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist. Das die Formwalzstation 185 verlassende Abstandshalterprofil ist der in Figur 10 gezeigte U- förmige Abstandshalter 158.
Die Nuten der oberen Walzen können so ausgebildet sein, daß sie den Materialwulst auf dem Substrat ausbilden.
Bei der Durchführung der Erfindung wurde der Wulst 160 aufgebracht, nachdem das Abstandshalterprofil geformt worden war, d.h. das Substrat zu dem U-förmigen Abstandshalterprofil geformt worden war. Dies wurde durchgeführt, indem das Substrat durch einen Ziehstein der bekannten Art gezogen wurde, um einen flachen Streifen in einen U-förmigen Streifen umzuformen.
Loses Trockenmittel bildet eine bessere thermische Isolierung als Trockenmittel in einem feuchtigkeitsdurchlässigen Material. Die Handhabung und Anordnung von losem Trockenmittel in einem Abstandshalter stellt jedoch in einigen Fällen eine größere Beschränkung dar als die Handhabung eines Trockenmittels in einer feuchtigkeitsdurchlässigen Matrix. Ferner wird durch die Anordnung des Trockenmittels in einer feuchtigkeitsdurchlässigen Matrix die Lebensdauer erhöht, da das Trockenmittel eine längere Zeitdauer bis zur Sättigung benötigt, wenn es in einem feuchtigkeits- und/oder gasdurchlässigen Material angeordnet ist, als wenn es direkt der Feuchtigkeit ausgesetzt wäre. Die Länge der Zeit hängt von der Porosität des Materials ab. Die Erfindung schlägt sowohl die Verwendung von losem Trockenmittel als auch den Einsatz des Trockenmittels in einer feuchtigkeitsdurchlässigen Matrix vor.
Das Abstandshalterprofil 158 kann zu einem Abstandshalterrahmen für eine Anordnung zwischen den Scheiben geformt werden. Die in Figur 1,0 gezeigten Schichten 154 und 155 können auf das Abstandshalterprofil oder den Abstandshalterrahmen aufgebracht werden. Die Erfindung ist nicht auf die für die Schichten 154 und 155 verwendeten Materialien beschränkt. Die Schichten 154 sollten jedoch dem Durchfluß des isolierenden Gases im Abteil zwischen dem Abstandshalter 152 und den Scheiben 12 und 14 einen hohen Widerstand entgegensetzen. Die Schicht 155 kann aus dem gleichen Material wie die Schichten 154 oder einem entsprechenden Kleber, beispielsweise Silikon, bestehen. Bevor oder nachdem die Schichten 154 und/oder 155 auf das Abstandshalterprofil aufgebracht werden, wird ein Stück des Abstandshalterprofils abgeschnitten und zum Abstandshalterrahmen gebogen. Es können drei Ecken geformt werden, d.h. kontinuierliche Ecken, während die vierte Ecke verschweißt oder versiegelt wird, indem ein feuchtigkeits- und/oder gasundurchlässiges Dichtungsmittel verwendet wird. Die kontinuierlichen Ecken des erfindungsgemäß ausgebildeten Abstandsrahmens sind in den Figuren 17 und 19 gezeigt.
Gemäß Figur 18 wird eine Länge des Abstandshalterprofils, das mit dem Wulst versehen ist, abgetrennt, und eine Einkerbung 207 und Rillen (Falten) 208 werden auf irgendeine herkömmliche Weise im Abstandshalterprofil an den entsprechenden Biegelinien ausgebildet. Der Bereich zwischen den Rillen wird vertieft, d.h. der Abschnitt 212 der äußeren Schenkel 156 an der Einkerbung wird nach innen gebogen, während die Abschnitte auf jeder Seite der Rille gegeneinander gepreßt werden, um eine kontinuierliche, sich überlagernde Ecke 224 auszubilden, wie in Figur 17 gezeigt. Die nichtkontinuierliche Ecke, d.h. die vierte Ecke eines Rechteckrahmens, kann mit einem feuchtigkeits- und/oder gasundurchlässigen Material verklebt oder verschweißt werden. Der Wulst an der Ecke kann entfernt werden, bevor die kontinuierlichen Ecken ausgebildet werden.
Gemäß Figur 19 wurde bei der Durchführung der Erfindung der Abstandshalterrahmen 240 aus einem U-förmigen Abstandshalterprofil hergestellt. Eine kontinuierliche Ecke 242 wurde geformt, indem die Außenschenkel des Abstandshalterprofils gegeneinander heruntergepreßt wurden, während Abschnitte des Abstandshalterprofils um die Vertiefung gebogen wurden, um eine Ecke mit einem Winkel von 90º zu bilden. Wenn die Abschnitte des Abstandshalterprofils gebogen werden, bewegen sich die niedergedrückten Abschnitte 244 der äußeren Schenkel nach innen aufeinander zu. Nach dem Formen des Abstandshalterrahmens wurden Schichten des Dichtungsmittels auf der Außenfläche der Schenkel 156 des Abstandshalterrahmens und des Wulstes an den Innenfläche des mittleren Schenkels des Rahmens vorgesehen. Die Einheit wurde zusammengebaut, indem die Glasscheiben auf herkömmliche Weise positioniert und mit den Dichtungsmittelschichten 154 des Abstandshalterrahmens verklebt wurden.
Wenn nicht vorher am Rahmen vorgesehen, wird eine Schicht 155 eines Klebers im Umfangskanal der Einheit (siehe Figur 10) oder am Umfang der Einheit vorgesehen. Argon-Gas wird auf irgendeine bequeme Art und Weise in das Abteil 18 eingeführt, um eine Isoliereinheit mit einem Rand mit geringer Wärmeleitfähigkeit vorzusehen.

Claims

1. Abstandshalterrahmen (210, 240) für eine Isolierverglasungseinheit (150), die ein Paar von Glasscheiben (12, 14) aufweist, wobei der Rahmen (210, 240) aus U- förmigem Abstandshalterprofilmaterial (158, 163) gebogen ist, das aus einem Substrat (170) eines feuchtigkeits- und gasundurchlässigen Materiales mit struktureller Integrität und Elastizität besteht, um die Glasscheiben (12, 14) im Abstand voneinander zu halten, wobei eine Vielzahl der Ecken (224, 242) des Abstandshalterrahmens kontinuierlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen aus einem Abschnitt des U-förmigen Abstandshalterprofiles (158, 163) gebogen ist, wobei die äußeren Schenkel (156) des U-förmigen Abstandshalterprofiles (158, 163) jeweils zwei Falten (208) und eine Einkerbung (207) an der Stelle einer jeden Ecke aufweisen, daß die Falten (208) vor dem Biegen V-förmig ausgebildet sind und sich vom freien Rand des äußeren Schenkels (156) bis zu einem gemeinsamen Scheitelpunkt am mittleren Schenkel (157) erstrecken, daß die Einkerbung (207) zwischen den beiden Falten (208) am freien Rand des äußeren Schenkels (156) verläuft und daß die Abschnitte (212) zwischen den Falten (208) eines jeden äußeren Schenkels (156) nach innen gebogen sind, während die Abschnitte außerhalb eines jeden Paares der Falten (208) zur Ausbildung der kontinuierlichen Ecke (224, 5242) aufeinander zu gedrückt sind.

2. Abstandshalterrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wulst (160) aus einem feuchtigkeitdurchlässigen Klebemittel, in das ein Trockenmittel (162) eingemischt ist, mit der Innenfläche des mittleren Schenkels (157) des U-förmigen Abstandshalterprofiles (158, 163) verklebt ist.

3. Abstandshalterrahmen (210, 240) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (210, 240) vier Ecken besitzt, wobei drei Ecken (224, 242) kontinuierlich ausgebildet sind.

4. Abstandshalterrahmen (210, 240) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (170) für das U-förmige Abstandshalterprofil (158) aus Metall besteht.

5. Abstandshalterrahmen (210, 240) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (170) aus rostfreiem Stahl besteht.

6. Abstandshalterrahmen (210, 240) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (170) für das U-förmige Abstandshalterprofil (163) aus Kunststoff besteht, der einen feuchtigkeits- oder gasundurchlässigen Film (165) aufweist.

7. Abstandshalterrahmen (210, 240) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (165) aus einem Metall oder einem halogenierten Polymer ausgewählt ist.

8. Abstandshalterrahmen (210, 240) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (170) aus einem polymeren Material mit struktureller Elastizität besteht.

9. Abstandshalterrahmen (210, 240) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material aus halogeniertem polymeren Material besteht.

10. Abstandshalterrahmen (210, 240) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel für den Wulst (160), in das das Trockenmittel (162) eingemischt ist, aus Polyurethan und Silikon ausgewählt ist.

11. Verfahren zum Herstellen des Abstandshalterrahmens (210, 240) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durch Vorsehen eines Substrates (170) aus einem feuchtigkeits- und gasundurchlässigen Material, das strukturelle Integrität und Elastizität besitzt, um die Glasscheiben (12, 14) im Abstand voneinander zu halten, Formen des Substrates zu einem U-förmigen Abstandshalterprofilmaterial, Durchtrennen des Abstandshalterprofilmateriales und Vorsehen von ausreichendem Abstandshalterprofilmaterial zur Herstellung eines Rahmens (210, 240) einer vorgegebenen Größe und Biegen des Abstandshalterprofilmateriales zum Rahmen (210, 240) durch Herunterdrücken der äußeren Schenkel (156) des Abstandshalterprofilmateriales aufeinander zu, wobei eine Vielzahl der Ecken (224, 242) des Abstandshalterrahmens kontinuierlich sind, gekennzeichnet durch Vorsehen eines Abschnittes des Profiles (158, 163) einer zur Herstellung des Rahmens (210, 240) ausreichenden Länge, Vorsehen von zwei Falten (208) und einer Einkerbung (207) an jeder beabsichtigten Eckenstelle in jedem äußeren Schenkel (156) des U-förmigen Abstandshalterprofiles (158, 163), wobei die Falten (208) V-förmig ausgebildet sind und sich vom freien Rand des äußeren Schenkels (156) bis zu einem gemeinsamen Scheitelpunkt am mittleren Schenkel (157) erstrecken und die Einkerbung (207) zwischen den zwei Falten (208) am freien Rand des äußeren Schenkels (156) verläuft, Herunterdrücken des Bereiches zwischen den Falten (208) und Bewegen der heruntergedrückten Abschnitte (244) der äußeren Schenkel (156) an der Einkerbung (207) nach innen, während die Abschnitte außerhalb eines jeden Paares der Falten (208) gegeneinander gedrückt werden, um die kontinuierliche Ecke (224, 242) auszubilden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenfläche am mittleren Schenkel (157) des Abstandshalterprofiles (158, 163) ein Wulst (160) aus einem feuchtigkeitsdurchlässigen Klebemittel, in das ein Trockenmittel (162) eingemischt ist, vorgesehen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat (170) verwendet wird, auf dem sich ein Wulst (160) aus einem feuchtigkeitsdurchlässigen Klebemittel, in das ein Trockenmittel (162) eingemischt ist, befindet, und daß das Substrat (170) zu einem U-förmigen Abstandshalterprofil (158, 163) mit einer einzigen Wand und äußeren Schenkeln (156) geformt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß drei Ecken als kontinuierliche Ecken (212, 242) ausgebildet werden und die vierte Ecke unter Verwendung eines feuchtigkeits- und/oder gasundurchlässigen Dichtungsmittels verschweißt oder versiegelt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüch 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (170) für das U-förmige Abstandshalterprofil (158) aus Metall besteht.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (170) aus rostfreiem Stahl besteht.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (170) für das U-förmige Abstandshalterprofil (163) aus Kunststoff mit einem feuchtigkeits- oder gasundurchlässigen Film (165) besteht.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (165) aus einem Metall oder einem halogenierten Polymer ausgewählt ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (170) aus einem polymeren Material mit struktureller Elastizität besteht.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein halogeniertes polymeres Material ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel für den Wulst (160), in das das Trockenmittel (162) eingemischt ist, aus Polyurethan und Silikon ausgewählt ist.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Formungsschritt den Schritt des Führens des Substrates (170) durch Walzformräder (190, 192, 194, 200, 202), die das Substrat (170) fortschreitend zu dem U-förmigen Abstandshalterprofil (158) formen, umfaßt.

23. Isolierverglasungseinheit (150) mit einem Paar von Glasscheiben (12, 14), die durch eine Randeinheit (152) voneinander getrennt sind, um ein abgedichtetes Abteil (18) mit einem darin befindlichen Gas auszubilden, wobei die Randeinheit (152) einen RES-Wert von mindestens 10 (ermittelt unter Verwendung des ANSYS- Programms), besitzt und einen Abstandshalterrahmen (210, 240) gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 sowie ein feuchtigkeitsundurchlässiges Dichtungsmittel (154) an den äußeren Schenkeln (156) des Abstandshalters (158, 163) zur Befestigung der Glasscheiben (12, 14) am Abstandshalter (158, 163) aufweist, um einen solchen Diffusionsweg vorzusehen, daß der Verlust des Gases im Abteil (18) geringer ist als 5% pro Jahr, gemessen nach DIN 52293.

24. Einheit (150) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Abteil (18) mit einem isolierenden Gas versehen ist.

25. Einheit (150) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Glasscheibe (12, 14) einen Überzug zum Schutz gegen Umgebungseinflüsse aufweist.

26. Einheit (150) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren ein feuchtigkeitsundurchlässiges Dichtungsmittel (155) auf der Fläche des mittleren Schenkels (157) aufweist, die vom Abteil (18) wegweist.

27. Einheit (150) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel (154), das die Glasscheiben (12, 14) am Abstandshalter (158, 163) befestigt, einen Diffusionsweg vorsieht, der eine Dicke von weniger als 0,0508 cm (0,020 Zoll) und eine Länge von mindestens 0,32 cm (0,125 Zoll) aufweist.

28. Einheit (150) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlust weniger als 1% pro Jahr beträgt.

29. Einheit (150) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel (154) eine Permeabilität von weniger als 20 gm mm/m² pro Tag unter Verwendung von ASTM F 372-73 aufweist.

30. Einheit (150) nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie drei oder mehr Glasscheiben (14) aufweist, wobei jede der Glasscheiben (14) durch eine Randeinheit getrennt ist.