WO2017063006A2 - Verfahren zur herstellung eines hochisolierenden elements - Google Patents

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WO2017063006A2
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evacuation
insulating element
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highly insulating
chambers
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Brigitte Christine JOACHIM
Manfred Albert Joachim
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/06—Arrangements using an air layer or vacuum
    • F16L59/065—Arrangements using an air layer or vacuum using vacuum
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B3/00—Window sashes, door leaves, or like elements for closing wall or like openings; Layout of fixed or moving closures, e.g. windows in wall or like openings; Features of rigidly-mounted outer frames relating to the mounting of wing frames
    • E06B3/66—Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together
    • E06B3/677—Evacuating or filling the gap between the panes ; Equilibration of inside and outside pressure; Preventing condensation in the gap between the panes; Cleaning the gap between the panes

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a highly insulating element, wherein in a
  • Absaugvons Colour a located in hermetically sealed chambers medium via at least one each
  • Evacuation tube is evacuated to obtain only a residual medium containing partial vacuum in the chambers.
  • the invention is applicable in almost all areas in which heat insulation and / or sound insulation is useful.
  • Insulation areas in particular glazing, have undergone considerable development in recent decades.
  • Part evacuation is included.
  • FIG. 1 shows an elevational view of an exemplary embodiment of the highly insulating element according to the invention.
  • Fig. 2 shows a side view of a section taken along the line A-A of Fig. 1 of an exemplary according to the invention
  • Fig. 3 is a plan view of an inventive exemplary embodiment of the highly insulating element.
  • HIE highly insulating element
  • a plate is a planar component that is largely flat in the reference state, made of rigid material and loaded by forces perpendicular to its plane and moments about axes lying in the plane of the plate.
  • the rigid plates are, for example, glass substrates which are designed at least to the acting pressure with high inherent rigidity (eg composite materials).
  • hermetically sealed spaces which are preferably constructed of 4 or more plates. These plates are largely parallel to each other
  • the space between the spacers and the outer edges is closed by several mostly different sealing zones 3, 4, 5 (usually 3 zones).
  • the spacer (s) are
  • spacer tubes made of stainless steel and each have an inlet opening and an outlet opening with tailed
  • Evacuation value of the main chamber 11 is in particular
  • the purpose of the measure is the gradual transition from the applied pressure to the target value of the evacuation.
  • the elements can be evacuated to their target values in advance during production.
  • the elements are only adapted or activated after installation on site in the field of application, in particular in the case of localized use cubes, to the environmental parameters.
  • An essential principle of this invention is the combination of the poor thermal conductivity of particular media (especially krypton or the like) due to their molecular properties (heavy, inert) with the preparation an adapted negative pressure to reduce the molecular movements (Knut's number).
  • the antechambers 10 in addition to independent heat and sound insulation in addition to a gradual reduction in the load between acting pressure and pressure in the main chamber 11 is.
  • Main chamber 11 is very reduced.
  • the edge areas are to be sealed with high-quality sealants in combination with materials with spacer function elastically sustainable.
  • the sound transmits through appropriate media through the component.
  • Functional coatings 14 such as low-e coatings and other coatings. For example, with 2-fold metal coating in insulating glass constructions, this heat transfer ratio is reduced to one with this invention
  • the sound insulation is significantly increased.
  • the stiffness is a size in engineering mechanics.
  • the invention is to be provided with suitable plates which have sufficient inherent rigidity.
  • the outer panels are preferably made with high stiffness composites.
  • the bending stiffness is the product of the modulus of elasticity of the material and the area moment of inertia of the cross section. How strong the absolute deflection or lowering of a bending-stressed component at a given load (bending moment) is depends not only on the flexural rigidity but also on its length and the storage conditions.
  • the invention provides for the use of specially mounted edges.
  • clamped edge areas should be mentioned here.
  • clamped edges influence the bending stiffness
  • a solution according to the invention is the use as glazing in the form of a highly insulating element (HIE).
  • HIE highly insulating element
  • UV protection zone (depending on version)
  • Blocking zone (placed as an example)
  • the highly insulating element (here called HIE) is a mechanically stable and durable unit consisting of evakuiercontacten cases, which ensure extensive dimensional stability. Highly insulating refers here primarily in the sense of heat / cold and sound insulation.
  • the HIE according to FIG. 2 consists of two outer shells 1, which in particular are made of material combinations (eg.
  • the shells are in particular on the edge to each other
  • Composite combinations in this embodiment consist of glasses and ionomers or ionoplasts. Their shear modulus is About 100 times as high as when using a PVB film (polyvinyl butyral).
  • Ionomers are thermoplastics. Ionomers are obtained by copolymerization of a non-polar with a polar monomer. The polar bonds repress crystallization and lead to "ionic cross-linking".
  • the edge seal of the high insulating element functions together with a metal tube like a physical spring whose lever axis represents the metal tube.
  • the metal tube is in particular made of stainless steel (e.g.
  • the tube has a flat surface with its contact surface to the plate substrate. Furthermore, the pipe has corresponding roundings for the moderate pressure distribution in the corners.
  • the tube is perforated. Within the tube is bound by means of an open-celled shell
  • This metal tube lies circumferentially between the vacuum zone with the residual medium and the edge bonding.
  • glasses, glass combinations and production methods of glasses are to be selected which reduce or eliminate optical disturbances such as roller waves and the like.
  • Roller Waves As the waves can arise through the rollers in the tempering furnace. These are corrugated and curved surfaces. New processes allow the
  • the edge bonding consists of several materials:
  • the polyisobutylene fixes the metal tube 6 during the
  • a secondary sealant z As silicone or polysulfide, compatible with the 1st and 3rd seal level.
  • Polysulfide or silicone sealant provides support against the permeation of gases. As UV protection, the
  • UV protection zone 15 Printing is provided as UV protection zone 15.
  • Permeation refers to the penetration of gases through a defect-free, solid substance.
  • the tertiary seal in addition to the sealing function additionally has the task of physical spring
  • the body After elastic deformation, the body returns to its original shape with the absence of the mechanical stress responsible for the deformation.
  • the function especially of the third density level is in
  • modulus of elasticity modulus of elasticity
  • the physical spring is a combination of lever and spring effects.
  • the spherical deformation of the body (whether as a composite material or a single material) according to inherent rigidity (resistance of the body to elastic deformation) is increased by the higher Evacuation on one side changes (deforms).
  • the axis of the lever essentially represents the metal tube 6 or functionally comparable.
  • the wider reaching plane of the body in the region of the three seals acts in particular by the adapted modulus of elasticity of the tertiary seal the deformation against.
  • Additional barriers (1st barrier 22 and 2nd barrier 23) preferably made of soft metal provide a barrier
  • Chamber minimizes any disturbing multi-pane effects.
  • the closed interspaces of the plates are conveyed via the supply pipes 8 (eg polyamide or
  • an evacuation aid for example as a Y-connection
  • the drain After filling with the media, the drain is temporarily closed with a shut-off.
  • the supply line sealed, - preferably under heat - compressed and
  • the evacuation page is the one that was previously temporarily closed with a shut-off aid.
  • the evacuation is now carried out to a necessary extent and then sealed before the shut-off (for example, compressed and fused).
  • This process is repeated in all chambers.
  • the highest degree is evacuated.
  • the prechambers 10 up to a correspondingly lower degree (for example half the value of that of the main chamber 11)
  • the evacuation of the enclosed medium according to the invention is between 5% to 95%.
  • the activation of the HIE is completed by the fusion of the evacuation tubes 9.
  • Verklot zone 18 ensures the functions of
  • the padding ensures both the function of a window or similar object as well as the safe, perfect and constraint-free storage of the filling (eg glazing) over the entire service life of the system.
  • the blocks ensure that the edges of the filling at no time contact the frame to prevent damage safely. They hold the frame and, depending on the design, the sash in the correct position and make a flawless
  • the spacer blocks also have a supporting function and ensure a non-constraining function
  • the blocks distribute the weight of the filling in the frame and balance it out.
  • the climate loads due to different sea levels of production location and installation location or effective installation height, have correspondingly different atmospheric pressure effects. These climatic loads are completely eliminated by the evacuation on site. What remains are only those climatic loads, which are triggered by the meteorological changes (weather). The HIEB are thus claimed much less from this point of view.
  • Isochor is a term of thermodynamics. It describes a change of state of a gas in which the volume in the
  • Isochore pressure is not negative for the invention. On the contrary - this helps the glasses to relax rather than burden.
  • Evacuation tubes 9 can be used again at any time and the activation process will be carried out again.
  • the piping can be easily retrieved and used (similar to the automotive e-wiring labeled).
  • the individual description of each vacuum tube 16 is very useful.
  • the integration into the respective element or to the respective chamber is maintained over the entire service life. Thus, an extremely long service life of such elements is given.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochisolierenden Elements bei dem durch weitgehend parallel zueinander angeordneten Platten und einem abdichtenden Randverbund hermetisch abgeschlossene Vorkammern (10) und eine Hauptkammer (11) gebildet werden, wobei jede der entstandenen Kammern jeweils ein Zuleitungs- (8) und ein Evakuierungsrohr (9) aufweist, wobei in einem ersten Schritt des Herstellungsverfahrens über jedes Zuleitungsrohr (8) ein die Umgebungsluft in den Kammern über die Evakuierungsrohre (9) verdrängendes Füllmedium eingebracht wird, und in einem zweiten Schritt die Zuleitungsrohre gasdicht verschlossen werden, weiters in einem dritten Schritt des Herstellungsverfahrens das Füllmedium in den Kammern über die Evakuierungsrohre (9) evakuiert wird, sodass in den Kammern im Wesentlichen ein nur das Füllmedium aufweisendes Restmedium im Zustand der Teilevakuierung enthalten ist, wobei der Evakuierungsgrad der Vorkammern (10) kleiner oder gleich der Hauptkammer (11) ist, worauf in einem vierten Schritt des Herstellungsverfahrens die Evakuierungsrohre (9) gasdicht verschlossen werden.

Description

Verfahren zur Herstellung eines hochisolierenden Elements
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochisolierenden Elements, bei dem bei einem
Absaugverfahrensschritt ein in hermetisch abgeschlossenen Kammern befindliches Medium über zumindest jeweils ein
Evakuierungsrohr evakuiert wird, um nur ein Restmedium enthaltendes Teilvakuum in den Kammern zu erhalten.
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung ist in annähernd allen Bereichen anwendbar in denen Wärmeisolierung und/oder Schallschutz von Nutzen ist.
Beispielhaft wären hierbei folgende technische Gebiete anzuführen :
• Bauwesen
Es gibt viele Anwendungsmöglichkeiten im Bereich des Bauwesens. Auszugsweise wären zu erwähnen:
> Gebäudehüllen
> Fenster
Türen
> Fassadenteile
> Dächer
> Zwischendecken
> Zwischenwände
> Böden
> Kühlräume
> Kühlvitrinen
> Schallschutzwände
> Wintergärten
> Steuerwarten
• Leitungsbau Anwendungsmöglichkeit unter anderem bei:
Fernwärme-Versorgung
• Fahrzeugbau
Anwendungsmöglichkeit insbesondere bei Wärmeisolierungsund Schallschutzanforderungen bei unter anderem:
^ Automobilen
Wohnmobilen und -anhängern
Flugzeugen
Zügen
Spezialfahrzeugen
Krankabinen
Raumschiffen und Raumstationen
• Behälterbau
Anwendungsmöglichkeit unter anderem bei:
Kesseln
Boilern
r Containern
Wohncontainern
Kühlkoffern
Kühlschränke
^ Gefrierschränke
• Industrie-, Fertiganlagen, Lagerbereiche
• Tankanlagen
Charakterisierung des Standes der Technik
Naheliegende Lösung (en)
Dämmbereiche insbesondere Verglasungen haben in den letzten Jahrzehnten beachtliche Entwicklungen durchgemacht.
Beschichtungen unterschiedlichster Art, spezielle funktionelle Aufbauten und Füllungen bis hin zu einigen Projekten zur Entwicklung von Vakuum-Isolierglas , Vakuum-Paneelen und ähnlichen Isolationselementen haben einige Teilschritte zu nachhaltigen Lösungen gebracht. Besondere Eigenschaften insbesondere hinsichtlich des Wärmeschutzes aber auch andere besondere Vorteile werden mit Vakuumlösungen erreicht.
Nachteile/Mängel der naheliegenden Lösung (en)
Es bestehen enorme Schwierigkeiten in der Fertigung von
Elementen mit Vakuum-Technologie (Beispiel Vakuum-Isolierglas ) . Dazu kommen meist sehr große Kosten wegen Aufbereitung der
Substrate um den Randbereich durch spezielle Verfahren
abzudichten. Das Arbeiten unter Vakuum-Bedingungen, die
Überlastung der Systeme durch derartige Bearbeitungen bzw.
Behandlungen, die Größen- und Nutzungsdauerbeschränkungen sind nur einige der markanten Probleme die derzeit bestehen. Die Substrate (Beispiel: Glas als Einscheiben-Sicherheitsglas) verlieren durch die Vorbehandlung ihre Sicherheitseigenschaften. Die Folienlösungen mit eingebauten Medien schaffen Wärmebrücken und sind nur in opaker Ausführung umsetzbar. Alle bisherigen Entwicklungen haben große Probleme durch Leckagen.
Die angestrebten bzw. projektierten niedrigen U-Werte
wurden bisher nicht erreicht.
Ursachen dieser Nachteile/Mängel der naheliegenden Lösung (en) Derzeit sind die Problemlösungen letztlich jedoch am gewaltigen atmosphärischen Druck, welcher bei derartigen Bauweisen auf die Bauteile einwirkt gescheitert. Die Plattenränder (beispielsweise von Glas) wurden zum Beispiel in einer großen Druckkammer unter Vakuum verschweißt. Probleme wie Zerstörung des Glases selbst, Zerstörung der Vorspannung von Einscheibensicherheitsglas,
Notwendigkeit des Einsatzes einer Vielzahl an Stützkörpern mit hoher Wärmeleitung, Leckagen im Metallrandverbund bis hin zu nachteiliger Verformung bei Temperatureinwirkung von einer Seite auf das Element sind nur beispielhaft angeführte Themen bei dieser Entwicklung. Letztlich wurden die angestrebten bzw. projektierten Verbesserungen insbesondere beim Wärmeschutz bisher nicht erreicht.
Zu lösende Problemstellung der Erfindung
Ziel :
In Anbetracht der weltweit angestrebten Ziele zur Reduzierung der Umweltbelastungen und Energieproblematik ist die
vorliegende Erfindung als weitreichende Lösung zu sehen.
Die zu lösende Problemstellung lautet nun, dass unter
erträglichen Kosten ein Produkt zu schaffen sei, welches in vielen Bereichen und geographischen Gebieten anwendbar ist. Es gilt all jene Nachteile zu umgehen, welche bisherige Lösungen (zum Beispiel Schweißverfahren) mit sich gebracht haben:
• Kosten,
• Strukturveränderungen des Produktes,
• ursprüngliches Einscheibensicherheitsglas verändert sich
und wird zu keinem normgerechten Sicherheitsglas;
• extrem hohe Bruchgefahr während der Herstellung aber
auch danach durch den Arbeitsablauf des Schweißens
entfällt gänzlich,
• Serienfertigung kaum möglich,
• Leckagen,
• Probleme bei der Qualitätssicherung,
• Beschichtungen nicht möglich,
• Arbeiten unter Vakuum-Bedingungen.
Umgeht man vor allem die Problematik des Schweißens und auch die Problematik des extrem hohen Evakuierungsgrades, fallen all diese Nachteile weg. Unter anderem durch Materialien, welche sogar in der Raumfahrt nachhaltig ihre Tauglichkeit bewiesen haben oder Materialien, welche aus der Medizintechnik stammen und auch hier nachhaltig ihre Tauglichkeit bewiesen haben, wurde die Thematik in dieser Erfindung gänzlich anders gelöst.
Aufgabenstellung der Erfindung:
Die Aufgabe war die äußerst kostenaufwendige und technisch eingegrenzte Möglichkeit (U- ert, Größenlimitierungen)
abzuschaffen und eine technische Basis zu bilden, welche die umfassende Einsetzbarkeit von Produkten, welche auf
dieser Technologie basieren, gewährleistet.
Diese Aufgabenstellung wird von einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, bei dem vor dem Absaugvertahrensschritt über ein Zuleitungsrohr ein die Umgebungsluft in den Kammern
verdrängendes Füllmedium geleitet wird und, dass nach dem im Wesentlichen vollständigen Verdrängen der Umgebungsluft durch das Füllmedium der Absaugvertahrensschritt durchgeführt wird, worauf in den teilevakuierten Kammern ein im Wesentlichen nur das Füllmedium aufweisendes Restmedium im Zustand der
Teilevakuierung enthalten ist.
Fig. 1 zeigt einen Aufriss einer erfindungsgemäß beispielhaften Ausführung des hochisolierenden Elements.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Schnitts entlang der Linie A-A von Fig. 1 einer erfindungsgemäß beispielhaften
Ausführung des hochisolierenden Elements.
Fig. 3 eine Draufsicht einer erfindungsgemäß beispielhaften Ausführung des hochisolierenden Elements.
Erfindungsgemäße Lösung
Darstellung der Erfindung
Eine Kombination aus zumindest 2 Platten ohne Vorkammern 10 bzw. mehr als 2 Platten mit Vorkammer (n) 10 bildet gemeinsam mit den erfindungsgemäßen Besonderheiten das hochisolierende Element (HIE) .
Plattendefinition: Eine Platte ist ein flächiges Bauteil, das im Referenzzustand weitgehend eben ist, aus steifem Material besteht und durch Kräfte senkrecht zu seiner Ebene und Momente um Achsen, die in der Plattenebene liegen, belastet wird.
Detailform: Insbesondere mehrere Platten bilden eine Kombination aus meist flächigen Bauteilen. Die Form [zum Beispiel plane Ausführung, mit Faltung (en), in Rippenform] und das Material der Platten können unterschiedlich gewählt werden, jedoch muss zumindest der Randbereich für die Ausbildung als HIE tauglich (zum Beispiel: plan) sein.
Die steifen Platten sind zum Beispiel Glassubstrate, welche zumindest zum einwirkenden Druck mit hoher Eigensteifigkeit ausgeführt sind (z. B. Verbundwerkstoffe).
Man schafft in der aktivierten Form hermetisch abgeschlossene Räume, welche vorzugsweise aus 4 oder mehr Platten aufgebaut sind. Diese Platten sind weitgehend parallel zueinander
angeordnet und werden durch einen oder mehrere Abstandhalter (meist umlaufend ein Abstandhalter) auf Distanz gehalten. Auch sind Lösungen mit Materialien und Ausführungen, welche die analoge Funktion des zuvor beschriebenen Abstandhalters
übernehmen können als erfindungsgemäß geeignet zu betrachten. Der Raum zwischen den Abstandhaltern und den Außenkanten wird durch mehrere meist verschiedene Dichtzonen 3, 4, 5 (meist 3 Zonen) verschlossen. Der oder die Abstandhalter sind
vorzugsweise Distanzrohre aus Edelstahl und haben jeweils eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung mit angebundenem
Zuleitungs- bzw. Evakuierungsrohr 9, welche durch die
Dicht zonen 3, 4, 5 vom umschlossenen Raum nach außen führen. Die abgeschlossenen Räume werden mit einem Medium verfüllt
(insbesondere Krypton-Gas) . Jener abgeschlossene Raum, welcher jeweils am weitesten vom umliegenden flächig auf die Platten wirkenden Druck entfernt ist, stellt die Hauptkammer 11 dar. Alle beiderseits dazwischen liegenden Räume (zwischen von außen einwirkenden Druck und Hauptkammer) stellen die Vorkammern 10 dar. Durch angepasste Teilevakuierungen des zuvor verfüllten Mediums aus dem jeweiligen Raum, wird ein angepasster Übergang zwischen dem einwirkenden Druck und dem gewünschten
Evakuierungswert in der Hauptkammer 11 erreicht. Der
Evakuierungswert der Hauptkammer 11 ist insbesondere
größer/gleich jenen der Vorkammern 10. Sinn der Maßnahme ist der stufenweise Übergang vom einwirkenden Druck zum Zielwert der Evakuierung.
Die Elemente können bei der Produktion vorab auf ihre Zielwerte evakuiert werden. Vorzugsweise werden die Elemente jedoch erst nach dem Einbau vor Ort beim Anwendungsbereich, insbesondere bei ortsgebundenen Verwenduncjen, an die Umgebungsparameter angepasst bzw. aktiviert.
Da das HIE vorzugsweise erst im eingebauten ' Zustand aktiviert werden soll, ist die exakte Abstimmung mit der effektiven
Einbauhöhe und dem tatsächlichen Mittelwert der einwirkenden Druckbelastung möglich.
Die Kombination von entsprechenden Medien (insbesondere
Edelgasen) in den abgeschlossenen Räumen und die Durchführung von Teilevakuierungen genau dieser Medien aus den Räumen ermöglicht ganz andere Möglichkeiten zur Reduzierung von Wärme- und Schallübertragungen als die bekannten bisherigen Versuche dies mit den bekannten Evakuierungsgraden von Luft tun. Die Evakuierung von Luft bedeutet, dass zur Erreichung derselben Ziele sehr hohe Evakuierungswerte notwendig sind, die die genannten Probleme mit den Materialien und Abdichtungsverfahren auslösen und bis hin zur mangelnden Herstellungstauglichkeit führen. Ein wesentlicher Grundgedanke dieser Erfindung ist die Kombination der schlechten Wärmeleitfähigkeit von besonderen Medien (insbesondere Krypton oder ähnliche) auf Grund ihrer molekularen Eigenschaften (schwer, träge) mit der Herstellung eines angepassten Unterdrucks zur Herabsetzung der molekularen Bewegungen (Knutsche Zahl) . Die Vorkammern 10 stellen neben eigenständiger Wärme- und Schallisolierung zusätzlich eine stufenweise Herabsetzung der Belastung zwischen einwirkenden Druck und Druck in der Hauptkammer 11 dar.
Die Einwirkung der Kräfte, welche durch den einwirkenden Druck auf teilevakuierte Restmedien und den begrenzenden Materialien auftrifft, wird durch die stufenweise Belastung, welche von Außenbereichen über Vorkammern 10 letztlich auf die
Hauptkammer 11 wirkt sehr gemindert. Die Randbereiche sind mit hochwertigen Dichtstoffen in Kombination mit Materialien mit Abstandhalterfunktion elastisch nachhaltig zu dichten.
Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegen in der
wesentlich verminderten Wärme- und Schallleitung. Insbesondere bei Isolierglas und vergleichbaren Objekten erfolgt der
Wärmeverlust zu einem wesentlichen Teil (ca. einem Drittel) durch Wärmeleitung und Konvektion innerhalb des Elementes.
Ebenso überträgt sich der Schall durch entsprechende Medien durch das Bauteil.
Die erfindungsgemäße Lösung greift hier wesentlich in die physikalischen Abläufe im molekularen Bereich ein und
reduziert die Wärmeleitung in sehr großem Maß. Der
Schallschutz wiederum ergibt sich durch die Ausdünnung des möglichen Schallübertragungsmediums .
Der Wärmedurchgangsquotient ,,U" reduziert sich bei der
Erfindung zusätzlich gemeinsam mit den bereits bekannten
Funktionsbeschichtungen 14 (wie Low-e-Beschichtungen und andere Beschichtungen) . Zum Beispiel reduziert sich bei 2-facher Metallbeschichtung bei Isolierglas-Konstruktionen durch diese Erfindung dieser Wärmedurchgangsquotient bis auf einen
minimalen Restwert gegen null. Beispielsweise lassen Glasscheiben und vergleichbare Platten somit kaum mehr Wärme durch. Die bisherigen U-Werte werden wesentlich unterschritten. Enorme Energieeinsparungen und damit auch indirekt Umweltschutz sind dadurch möglich.
Der Schallschutz wird wesentlich erhöht.
Weitere Ausgestaltung der Erfindung
Da ein wesentlich geringerer Unterdruck bei Teilevakuierung des verwendeten Mediums im Gegensatz eines vergleichsweise sehr hohen Evakuierungsgrades von Luft ausreicht, werden andere
Möglichkeiten zur zielorientierten Herstellung solcher Elemente geschaffen. Die erfindungsgemäße Verklebung des Randverbundes unter Einbeziehung von Einlassöffnung und Auslassöffnung mit angebundenem Zuleitungs- 8 bzw. Evakuierungsrohr 9 wird möglich. Die Aktivierung des Elementes außerhalb des Produktionsortes bringt Vorteile hinsichtlich Klimalasten und feinjustierter Anwendungsmöglichkeit .
Definition: Steifigkeit
Die Steifigkeit, ist eine Größe in der Technischen Mechanik.
Sie beschreibt den Widerstand eines Körpers gegen elastische Verformung oder ein Drehmoment. Nicht zu verwechseln mit der Festigkeit, die ein Maß für die ertragbaren Belastungen eines Werkstoffs ist.
Erfindungsgemäße Ausgestaltung der Platten:
Die Erfindung ist mit geeigneten Platten zu versehen, welche eine ausreichende Eigensteifigkeit aufweisen. Insbesondere die äußeren Platten werden vorzugsweise mit Verbundwerkstoffen mit hoher Steifigkeit ausführt.
Definition: Biegesteifigkeit
Die Biegesteifigkeit ist das Produkt aus dem Elastizitätsmodul des Werkstoffs und dem Flächenträgheitsmoment des Querschnitts. Wie stark die absolute Durchbiegung bzw. Absenkung eines biegebeanspruchten Bauteils bei gegebener Last (Biegemoment) ist, hängt neben der Biegesteifigkeit auch von seiner Länge und den Lagerbedingungen ab.
Erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kanten falls die Anwendungen eine ungünstige Kräfteeinwirkung verursachen (spezielle
Formate) :
Bei ungünstiger Kräfteeinwirkung im Bezug auf die jeweilige Piantenlänge sieht die Erfindung die Verwendung von speziell gelagerten Kanten vor. Hier sind beispielsweise eingespannte Kantenbereiche zu nennen. Im Unterschied zu gelagerten Kanten beeinflussen eingespannte Kanten die Biegesteifigkeit
zusätzlich unterstützend.
Ausführungsbeispiel
Eine erfindungsgemäße Lösung ist die Anwendung als Verglasung in der Ausbildung als hochisolierendes Element (HIE) .
Bezugszeichen für die Teile der Zeichnungen
1 Außenschale
2. Zwischenschale
3. 1. Dichtzone
4. 2. Dichtzone
5. 3. Dichtzone
6. Edelstahlrohr mit Bohrungen, perforiert
7. Winkelsonde (beispielhafte Ausführung)
8. Zuleitungsrohr
9. Evakuierungsrohr
10. Vorkammer
11. Hauptkammer
12. Trocknungsmittel
13. Rohr-Verschmelzung zur Vakuumversiegelung
14. Funktionsbeschichtung (beispielhaft platziert) 15. UV-Schut z-Zone (je nach Ausführung)
16. Einzelbeschreibung jedes Vakuumrohres
18. Verklotzungszone (beispielhaft platziert)
19. Falzgrund (angedeutet)
20. HIE-Kante
22. 1. Barriere
23. 2. Barriere
Allgemeines :
Insgesamt ist das hochisolierende Element (hier HIE genannt) eine mechanisch stabile und haltbare Einheit bestehend aus evakuierfähigen Hüllen, welche weitgehende Formstabilität gewährleisten. Hochisolierend bezieht sich hierbei vorrangig im Sinne von Wärme-/Kälte- und Schallschutz.
Grundteile :
Das HIE gemäß Fig. 2 besteht aus zwei Außenschalen 1, welche insbesondere aus Werkstoffkombinationen (z. B.
Glas/Ionomere/Glas ) gefertigt werden. Als Beispiel wären
Verbundwerkstoffe mit hoher Eigensteifigkeit , wie thermisch vorgespannte Gläser und entsprechend geeignete steife
Zwischenschichten anzuführen. Hier liegt die Eigensteifiςίkeit wesentlich höher als bei üblichen Verbundglas-Kombinationen. Die hier beschriebene Ausführungsform besitzt zwei
Zwischenschalen 2, welche als Trennebenen aus
Einscheibensicherheitsglas fungieren. Aus optischen Gründen wird erfindungsgemäß die Verv/endung von Gläsern mit reduzierten Anisotropien (Isotropiewerte um 95%) bevorzugt.
Die Schalen werden insbesondere am Rand zueinander auf
Distanz gehalten.
Verbundkombinationen bestehen in diesem Ausführungsbeispiel aus Gläsern und Ionomeren bzw. Ionoplasten. Deren Schubmodul ist etwa 100-mal so hoch wie bei führung mit einer PVB- Folie ( Polyvinylbutyral ) .
Definition lonomere:
lonomere sind thermoplastische Kunststoffe. lonomere werden durch Copolymerisation eines unpolaren mit einem polaren Monomer gewonnen. Die polaren Bindungen drängen die Kristallisation zurück und führen zu einer "ionischen Vernetzung".
Gegenüber herkömmlichen Thermoplasten haben lonomere den
Vorteil, dass zusätzlich Ionenbindungen wirksam werden. Diese sind besonders fest und verleihen dem Stoff jene versteifenden Eigenschaften, die als Widerstand bei der Verformung des
Verbundwerkstoffes notwendig werden.
Abstandhalter, Barrieren und Dichtzonen:
Der Randverbund des hochisolierenden Elements (HIE) fungiert zusammen mit einem Metallrohr wie eine physikalische Feder, deren Hebel-Achse das Metallrohr darstellt.
Das Metallrohr ist insbesondere aus Edelstahl (z.B.
Werkstoff 1.4301) in blanker Oberflächenausführung.
Das Rohr weist mit seiner Kontaktfläche zum Plattensubstrat einen Planschliff auf. Weiters weist das Rohr zur gemäßigten Druckverteilung in den Ecken entsprechende Rundungen auf.
Zur Evakuierungsseite ist das Rohr perforiert. Innerhalb des Rohres ist ein mittels offenporiger Hülle gebundenes
Trocknungsmittel 12 eingebracht.
Der Übergang der Winkelsonde 7 in das Metallrohr erfolgt über eine Passung. Es handelt sich hierbei um eine Übermaßpassung (Presspassung) des Winkelsonden-Rohres 7 in das Metallrohr 6.
Dieses Metallrohr liegt umlaufend zwischen der Vakuumzone mit dem Restmedium und der Randverklebung . Um nachteilige Unebenheiten im Randbereich zu minimieren sind Gläser, Glaskombinationen und Fertigungsverfahren von Gläsern zu wählen, welche optische Störungen, wie Roller Waves und ähnliches reduzieren bzw. ausschließen.
Definition: Roller Waves
Optische Störungen treten insbesondere bei thermischer
Veredelung von Glas auf. Diese werden hier als Roller Waves bezeichnet, da die Wellen durch die Rollen im Vorspannofen entstehen können. Es handelt sich hierbei um gewellte und gewölbte Flächen. Neue Verfahrensprozesse erlauben die
industrielle Fertigung von weitgehend störungsfreien
Glasoberflächen .
Die Randverklebung besteht aus mehreren Materialien:
Primärdichtung - 1. Dichtzone 3:
Das Polyisobutylen fixiert das Metallrohr 6 während der
Kerstelilung und wird bei der Aktivierung des HIE in die
Kontaktfläche zwischen Edelstahlrohr 6 und Plattensubstrat gezogen. Der weitere Synthesekautschuk (Polyisobutylen)
mit Trocknungsmittel 12
(z. B. Thermo plastic spacer) fixiert die Einheit
und gewährleistet die nachhaltige Dichtheit.
Sekundärdichtung - 2. Dichtzone 4:
Danach ist ein Sekundärdichtstoff z. B. Silikon oder Polysulfid, kompatibel mit der 1. und 3. Dichtungsebene einzubringen.
Tertiärdichtung - 3. Dichtzone 5:
Fungiert als physikalische Feder und ist aus einem
Dichtstoff mit angepasstem Elastizitätsmodul (E-Modul) .
Damit ergibt sich auch, dass ein geklebter Randverbund mit:
Metallrohr 6 mit all den Vorteilen möglich wird. Eine
Gasdichtheit, in diesem Fall von beiden Seiten, ist bei den ernannten Werten der Evakuierung bei Metall kein Problem. Die Lösung mit Polyisobutylen bzw. Synthesekautschuk als
Primärdichtung sorgt für eine fachlich einwandtreie Einbindung des speziellen Metallrohres 6. Die Sekundärdichtung aus
Polysulfid- oder Silikondichtstoff bringt die Unterstützung gegen die Permeation von Gasen. Als UV-Schutz können die
Außenseiten des HIEB mit entsprechender UV-sperrender
Bedruckung als UV-Schutz-Zone 15 versehen v/erden.
Definition: Permeation von Gasen
Unter Permeation versteht man das Durchdringen von Gasen durch einen fehlerfreien, festen Stoff.
Insbesondere die Tertiärdichtung hat neben der Dichtfunktion zusätzlich noch die Aufgabe der physikalischen Feder mit
Wirkung über das Metallrohr 6 gegenüber dem einwirkenden Druck, welcher auf Grund der Teilevakuierung verformend auf die Fläche der Platten wirkt.
Die elastische Deformation
Nach elastischer Deformation kehrt der Körper mit dem Ausbleiben der für die Deformation verantwortlichen mechanischen Belastung wieder in seine Ausgangsform zurück.
Die Funktion insbesondere der 3. Dichtebene liegt in
der physikalischen Feder und ist aus einem Dichtstoff
mit angepasstem Elastizitätsmodul (E-Modul).
Definition: physikalische Feder in der erfindungsgemäßen
Anwendung
Die physikalische Feder ist eine Kombination aus Hebel- und Federwirkungen.
Die sphärische Verformung des Körpers (ob als Verbundwerkstoff oder Einzelwerkstoff) gemäß Eigensteifigkeit (Widerstand des Körpers gegen elastische Verformung) wird durch das höhere Evakuieren an einer Seite verändert (deformiert) . Die Achse des Hebels stellt im Wesentlichen das Metallrohr 6 oder funktionell vergleichbares dar. Die weiterreichende Ebene des Körpers in den Bereich der drei Dichtungen wirkt insbesondere durch den angepassten E-Modul der Tertiärdichtung der Verformung federnd entgegen .
Zusätzliche Barrieren (1. Barriere 22 und 2. Barriere 23) vorzugsweise aus Weichmetall stellen eine Absperrung
hinsichtlich allfälliger Migrationsthemen bei Kunststoffen und ein Hemmnis der Gas-Permeation dar. Die Permeation durch Metalle tritt in den erfindungsgemäßen Evakuierungsgraden in nicht relevanter Größe auf. Die verformbare - weil elastische - Materialart und die Grundform mit anpassungsfähigem Querschnitt (z. B. Ü-Form) erhalten nachhaltig die genannten Funktionen. Die Notwendigkeit bzw. Anzahl derartiger Barrieren hängt letztlich von der Auswahl der Dichtstoffarten und der Einsatzbestimmung des HIE ab.
Füllung und Teilevakuierung:
Anstelle bisheriger Verfahren verdrängt in dieser Erfindung das einzubringende Füllmedium die Umgebungsgase (Luft)
weitgehend. Dies stellt eine gänzlich neue Ausgangsposition für das weitere Verfahren dar. Zur Teilevakuierung gelangt nun im Wesentlichen das gewählte neue Medium. Als solche Medien sind insbesondere Gase, Edelgase aber auch Gase mit besonderen Eigenschaften (das sind zum Beispiel schlechte Wärmeleiter und schlechte Schallleiter) besonders zu präferieren.
Eine optimierte Einstellung der Evakuierungswerte je
Kammer minimiert allfällig störende Mehrscheibeneffekte.
Die abgeschlossenen Zwischenräume der Platten werden über die Zuleitungsrohre 8 (z. B. Vakuumrohr aus Polyamid oder
gleichwertigem) und die eingebauten Winkelsonden 7 in den jeweiligen Kammern mit geeigneten Medien (zum Beispiel Krypton) in der Art gefüllt, dass bei optimierter Füllung durch die Winkelsonden 7 und dem jeweiligen Evakuierungsrohr 9 (z. B. Vakuumrohr aus Polyamid oder gleichwertigem) eine
Überlauffunktion entsteht. Anstelle von Winkelsonden 7
können auch geeignete Rohre verwendet werden.
Um vereinfacht eine synchrone Evakuierung der Vorkammern 10 zu erreichen, kann eine Evakuierungshilfe (beispielhaft als Y-Verbindung) verwendet werden.
Nach der Verfüllung mit den Medien wird die Ableitung temporär mit einer Absperrhilfe geschlossen. Die Zuleitung gedichtet, - vorzugsweise unter Hitzeeinwirkung - verpresst und
verschmolzen (z. B. mit einer Heißzange). Es erfolgt somit eine Rohr-Verschmelzung zur Vakuumversiegelung 13.
Die Evakuieruncjsseite (Ableitung) ist jene, welche zuvor temporär mit einer Absperrhilfe verschlossen wurde. Hier wird nun die Evakuierung in einem notwendigen Ausmaß durchgeführt und danach vor der Absperrhilfe gedichtet (z. B. verpresst und verschmolzen) . Dieser Vorgang wiederholt sich in allen Kammern. In der Hauptkammer 11 wird der höchste Grad evakuiert. In den Vorkammern 10 wird bis zu einem entsprechend niedrigeren Grad (zum Beispiel der halbe Wert jener der Hauptkammer 11)
evakuiert .
Die erfindungsgemäße Evakuierung des eingeschlossenen Mediums liegt zwischen 5 % bis 95 %. Die Aktivierung des HIE wird durch die Verschmelzung der Evakuierungsrohre 9 abgeschlossen.
Definition: Absperrhilfe
Diese sind Einrichtungen an der Evakuierungsseite aber auch an der Zuleitungsseite, welche temporär den Status erhalten sollen bis ein dauerhafter Verschluss (zum Beispiel Verpressung oder Verschmelzung) für die Versiegelung (Fixierung des
Teilevakuierungsgrades) stattfindet . Speziell ausgebildete Klötze für die fachgerechte Verglasung ermöglichen auch die fachgerechte Verlegung der Zuleitungs- 8 bzw. Evakuierungsrohre 9. Eine entsprechend ausgebildete
Verklot zungszone 18 gewährleistet die Funktionen der
einzelnen Komponenten.
Die Funktionen der Verklot zung, die Aufgaben des Rahmens im Falzgrund 19 und die Funktion der Zuleitungs- 8 und
Evakuierungsrohre 9 bleiben zwischen HIE-Kante 20 und
Falzgrund 19 gewährleistet.
Definition: Verklotzung - auch Klotzung
Die Klotzung stellt sowohl die Funktion eines Fensters oder ähnlichem Objekt, als auch die sichere, einwandfreie und zwängungsfreie Lagerung der Füllung (z. B. Verglasung) über die gesamte Lebensdauer des Systems sicher.
Die Klötze sorgen dafür, dass die Kanten der Füllung zu keiner Zeit Kontakt zum Rahmen haben, um Beschädigungen sicher zu verhindern. Sie halten den Rahmen und je nach Ausführung den Flügel in der richtigen Lage und stellen eine einwandfreie
Funktion sicher.
Die Distanzklötze übernehmen je nach Flügel-Öffnungsart auch eine tragende Funktion und sichern einen zwängungsfreien
Einbau. Die Klötze verteilen das Gewicht der Füllung im Rahmen und gleichen es aus.
AktivierungsVarianten :
2 Aktivierungsvarianten:
a) Die werksseitige Einstellung des Evakuierungsgrades auf Grund bekannter Referenzwerte.
b) Die Aktivierung insbesondere bei ortsgebundenen Anwendungen nach dem Einbau. Bei der Aktivierung bei ortsgebundenen Einbauten kann weitgehend auf Klimalasten, dynamische und statische Lasten Rücksicht genommen werden.
Die Klimalasten, begründet durch unterschiedliche Seehöhen von Produktionsort und Einbauort bzw. effektive Einbauhöhe, haben entsprechend unterschiedliche atmosphärische Druckeinwirkungen zur Folge. Diese Klimalasten entfallen durch die Evakuierung vor Ort gänzlich. Übrig bleiben nur mehr jene Klimalasten, welche durch die meteorologischen Veränderungen (Wetter) ausgelöst werden. Die HIEB werden somit aus dieser Sicht weit weniger beansprucht.
Der isochore Druck tritt nur sehr reduziert auf und
entlastet mit einer allfälligen Ausdehnung des Restmediums (Gas) das Bauelement.
Definition: isochore Zustandsänderung
Isochor ist ein Begriff der Thermodynamik. Er beschreibt eine Zustandsänderung eines Gases, bei der das Volumen im
System konstant bleibt.
Der isochore Druck ist nicht negativ für die Erfindung. Im Gegenteil - dieser hilft die Gläser eher zu entspannen als zu belasten.
Einer allfälligen Druckveränderung (Evakuierungsreduzierung) in den einzelnen Kammern wird konstruktiv entgegen gewirkt. Sollte dennoch Zweifel an der vollen Funktionalität der HIEB bestehen, kann durch Wartungsmaßnahmen eine Messung oder auch Anpassung des jeweiligen Evakuierungsgrades erfolgen. Eine Wiederherstellung des Anfangs- bzw. Ausgangszustandes des
Elementes ist jederzeit möglich, da die Erfindung auch dafür ausgelegt ist (z.B. Überlängen bei den Zuleitungs- 8 und
Evakuierungsrohren 9).
Die gedichteten (verschmolzenen) Zuleitungs- 8 und
Evakuierungsrohre 9 können jederzeit wieder verwendet werden und das Aktivierungsverfahren erneut ausgeführt werden. Insbesondere im eingebauten Zustand lassen sich die Verrohrungen (ähnlich der Kfz-E-Verkabelung beschriftet) leicht wiederfinden und verwenden. Hier ist die Einzelbeschreibung jedes Vakuumrohres 16 sehr sinnvoll. Die Einbindung in das jeweilige Element bzw. zur jeweiligen Kammer bleibt über die ganze Nutzungsdauer erhalten. Somit ist eine extrem lange Nutzungsdauer solcher Elemente gegeben .

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines hochisolierenden Elements mit zwei weitgehend parallel zueinander angeordneten ersten Platten und einem die ersten Platten abdichtenden
Randverbund zur Bildung einer hermetisch abgeschlossenen Hauptkammer (11) und zwei außerhalb der Hauptkammer (11) im Wesentlichen parallel angeordneten zweiten Platten zur Bildung zweier durch den Randverbund abgedichteten,
vorgeschalcenen, hermetisch abgeschlossenen, ersten
Vorkammern (10), wobei jede der so entstandenen drei
Kammern jeweils ein Zuleitungs- (8) und ein
Evakuierungsrohr (9) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem ersten Schritt des Herstellungsverfahrens über jedes Zuleitungsrohr (8) ein die Umgebungsluft in den drei Kammern über die Evakuierungsrohre (9) verdrängendes Füllmedium eingebracht wird, und
in einem zweiten Schritt die Zuleitungsrohre gasdicht verschlossen, vorzugsweise unter Hitzeeinwirkung
verpresst und verschmolzen, werden, weiters
in einem dritten Schritt des Herstellungsverfahrens das Füllmedium in den drei Kammern über die Evakuierungsrohre (9) evakuiert wird, sodass in den drei Kammern im
Wesentlichen ein nur das Füllmedium aufweisendes Restmedium im Zustand der Teilevakuierung als Unterdruck enthalten ist, wobei der Evakuierungsgrad der Vorkammern (10) kleiner oder gleich der Hauptkammer (11) ist, worauf in einem vierten Schritt des Herstellungs\?erfahrens die Evakuierungsrehre gasdicht verschlossen, vorzugsweise verpresst und
verschmolzen, werden.
2. Verfahren zur Herstellung eines hochisolierenden Elements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der ersten Vorkammern (10) im Wesentlichen parallel angeordnete zusätzliche Platten weitere durch den Randverbund
abgedichtete und hermetisch abgeschlossene, vorgeschaltene zusätzliche Vorkammern bilden, die jeweils ein Zuleitungs- (8) und ein Evakuierungsrohr (9) aufweisen und in denen nach Verdrängung der Umgebungsluft durch ein Füllmedium ein
Evakuierungsgrad hergestellt wird, der kleiner oder gleich dem der in Richtung der Hauptkammer (11) benachbarten
Vorkammer ist.
3. Verfahren zur Herstellung eines hochisolierenden Elements nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als die
Umgebungsluft verdrängendes Füllmedium ein Gas, vorzugsweise ein Edelgas und insbesondere bevorzugt Krypton benutzt wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines hochisolierenden Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der angestrebte Evakuierungsgrad in den durch die Platten gebildeten hermetisch abgeschlossenen Kammern zwischen 5 % und 95 % liegt.
5. Verfahren zur Herstellung eines hochisolierenden Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Platten ein umlaufendes Distanzrohr (6), insbesondere aus Edelstahl, vorgesehen wird.
6. Verfahren zur Herstellung eines hochisolierenden Elements nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das
Distanzrohr (6) mit einer mit jeweils einem Zuleitungsrohr (8) verbundenen Einlassöffnung und mit einer mit jeweils einem Evakuierungsrohr (9) verbundenen Auslassöffnung vorgesehen wird.
7. Verfahren zur Herstellung eines hochisolierenden Elements nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der
Raum zwischen dem Distanzrohr und einer Kante (20) des hochisolierenden Elements durch mindestens eine,
vorzugsweise drei, Dichtzone (n) (3,4,5) verschlossen wird, im Bereich derer besonders bevorzugt mindestens eine
Barriere (22,23) aus Weichmetall verbaut wird.
8. Verfahren zur Herstellung eines hochisolierenden Elements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Evakuierung des die Umgebungsluft verdrängenden Füllmediums zumindest einmal werkseitig und/oder nach dem Einbau vor Ort durchgeführt wird.
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