Kühlgeräte: Qualitätskontrolle des Wärmedurchgangskoeffizienten

Kühlgeräte: Qualitätskontrolle des Wärmedurchgangskoeffizienten

“Das Uglass-Messgerät von NETZSCH unterstützt… durch einfache Bedienung!”
– Dr. Andreas Kleiner, BSH Hausgeräte GmbH –

Die BSH Hausgeräte GmbH ist Europas führender Hausgerätehersteller und vor allem durch die Marken Bosch und Siemens bekannt. Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Qualität sind wesentliche Merkmale unserer Geräte, und so stellt die Qualitätskontrolle ein wichtiger Faktor in Entwicklung und Produktion dar. Das “Uglass” Messgerät von Netzsch unterstützt bei der Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten (Ug-Wert) der verbauten Verglasung an Kühlgeräten durch einfache Bedienung und schnelle Ergebnisse.

Uglass – das mobile Ug-Wert Messgerät

Glastüren an Kühlgeräten sind in großem Umfang bei Kühltheken in Supermärkten im Einsatz. Dadurch wird der Energieverbrauch reduziert und die Qualität der Lebensmittel verbessert. Meist wird Einfachglas verwendet, selten Mehrscheiben-Isolierglas. Die BSH Hausgeräte GmbH hat auch Vakuumisolierglas in der Erprobung.

Im Bereich Hausgeräte ist Isolierglas bei Wein- oder Getränke-Kühlschränken im Einsatz. Mit dem Gerät “Uglass” von Netzsch ist es möglich, sowohl den Ug-Wert bei Anlieferung des Isolierglases zu messen, als Wareneingangskontrolle, und auch im weiteren Ablauf am fertigen Gerät, bevor die Geräte verpackt und ausgeliefert werden. Isolierglas ist ein Massenprodukt mit zuverlässigen Fertigungsprozessen, dennoch kann es vorkommen, dass beispielsweise bei einer Charge eine andere oder keine low-e Beschichtung verwendet wurde. Dies kann mittels stichprobenartiger Messung mit dem “Uglass” Gerät nachgewiesen werden. Die low-e Beschichtungen tragen wesentlich zu einem niedrigen U-Wert bei, da sie idealerweise nur sichtbares Licht durchlassen und die übrige Strahlung blockieren.

Da Kühlgeräte ständig in Betrieb sind, ist es nötig, den Energieverbrauch durch die Verwendung von Hochleistungsdämmstoffen soweit wie möglich zu reduzieren. Eine neue und vielversprechende Entwicklung ist Vakuum-Isolierglas, kurz VIG. Dieses besteht ähnlich wie herkömmliches Isolierglas aus zwei Glasscheiben, jedoch nicht gasgefüllt, sondern mit einem Vakuum-Zwischenraum von 0.5 mm oder weniger. Durch das Vakuum wird die Konvektion im SZR ausgeschaltet und der Wärmedurchgang deutlich reduziert. Mit low-e Beschichtungen auf beiden Scheiben sind U-Werte unter 0.5 W/m²K möglich. Zu beachten ist, dass diese niedrigen Werte nur zu erreichen sind, wenn thermisch vorgespannte Gläser (ESG) eingesetzt werden. Die höhere Festigkeit erlaubt es, die im Vakuum-Zwischenraum nötigen, kaum sichtbaren Abstandshalter in größerem Abstand voneinander zu platzieren und so den Wärmeübertrag dieser Abstandshalter möglichst gering zu halten. Die Abstandshalter verhindern, dass der äußere Luftdruck die Scheiben zusammendrückt. Durch den SZR von <1 mm ist die Gesamtdicke von Vakuumglas bei 6-10 mm, je nach Glasdicken, und somit deutlich dünner als übliches Isolierglas. Bei Kühlgeräten ermöglicht dies ein höheres Nutzvolumen bei gleichzeitig geringerem Energieverbrauch.

Uglass an einem Weinlagerschrank der Marke BOSCH

Sollte durch mechanische Beschädigung oder etwaige Produktionsfehler und hohe Temperaturdifferenzen der Randverbund undicht werden und Luft eindringen, ist durch den sehr geringen Scheibenabstand der Anstieg des U-Wertes weitaus dramatischer als bei üblichem Isolierglas. Problematisch ist jedoch, dass diese Defekte optisch meist nicht erkennbar sind.

Hier kommt das Uglass Messgerät zum Einsatz: innerhalb weniger Minuten ist ersichtlich, ob der U-Wert wie erwartet deutlich unter 1 W/m²K liegt, oder ob ein Defekt vorliegt und ein U-Wert von >5 W/m²K gemessen wird.

Bei der Messung von Vakuumglas werden wie bei 2-fach Isolierglas vorab die Glasdicken mit dem GlassBuddy der Firma BOHLE gemessen, in der Einstellung „kein ISO“ (Verbundglas) aufgrund des geringen Scheibenabstands von <1 mm. In der Software des Uglass wird der Reiter 2-fach Isolierglas ausgewählt und die Glasparameter eingegeben, so dass das Vakuumglas korrekt gemessen werden kann. Die berechneten Werte können ignoriert werden, da sich diese auf ein gasgefülltes Isolierglas mit sehr geringem SZR beziehen würden. Eine Anpassung der Software für Vakuumglas ist bei Netzsch bereits in Umsetzung und wird derzeit erprobt.

Uglass – das mobile Ug-Wert-Messgerät an einem Vakuumglas. Oben rechts sieht man den Evakuierstutzen.

“Das Messgerät kann an jedes Isolierglas anbgebracht werden und ist somit flexibel einsetzbar!”

Um die Genauigkeit des “Uglass” auch im sehr niedrigen U-Wert Bereich zu prüfen, wurden verschiedene Vakuumgläser sowohl mit dem “Uglass” als auch mit einer Guarded Hot Plate (GHP) gemessen. Die Werte sind sehr gut vergleichbar, so dass das “Uglass” für alle Arten von gasgefüllten oder evakuierten Isoliergläsern einsetzbar ist. Aufgrund der fehlenden Konvektion im SZR ist bei Vakuumglas die Orientierung für den U-Wert nicht relevant. Bei gasgefülltem Isolierglas ergibt die Messung mittels GHP im horizontalen Zustand aufgrund der Konvektion im SZR erhöhte U-Werte, so dass hier die Vergleichbarkeit nicht direkt gegeben ist. Zudem sind Größe und Gewicht von Isolierglas für viele Platten-Messgeräte ein Problem, da diese oft in den Probengrößen limitiert sind. Das “Uglass” Messgerät hingegen kann an jedes Isolierglas angebracht werden und ist somit flexibler einsetzbar.

BSH Standort in Giengen
BSH Hausgeräte GmbH: Standort in Giengen

Alexander Frenzl has been employed in the Development Department at
NETZSCH Analyzing & Testing since 2005. In 2008, he became Head of the
Mechanical Development Department and, as such, has been involved
in the development of all NETZSCH instruments. Since 2014, Alexander
Frenzl has been the Business Segment Manager for Glass, Ceramics and
Building Materials and serves as an interface between our Development,
Sales and Marketing Departments. One of his focal points is industrial
quality assurance for insulating materials as well as the process optimization
during processing ceramics, especially with respect to new and more
efficient technologies.

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