Temperaturkontrolle Vakuumisolationspaneele – Die VIPs der Laborgeräte

Vakuumisolationspaneele (VIPs) von Va-Q-Tec sorgen seit vielen Jahren für die Steigerung der Energieeffizienz in verschiedensten Branchen, wie z. B. dem Laborgerätebereich. Verbaut in hochentwickelten Thermoboxen und -containern sorgen sie für die sichere, zuverlässige und umweltfreundliche Abwicklung von temperaturkontrollierten Lieferketten – nicht nur für den Corona-Impfstoff.

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Camozzi Automation GmbH

ViscoTec Pumpen- u. Dosiertechnik GmbH

SMC Deutschland GmbH

va-Q-tec AG

Die Vakuumisolationspaneele (VIPs) von Va-Q-Tec stellen die zugrunde liegende Schlüsseltechnologie eines weltweiten Mietnetzwerks aus Hightech-Thermoboxen und -containern dar. Diese werden in speziellen Service Centern auf die für den Transport benötigte Innentemperatur gebracht, noch bevor sie den Kunden erreichen. Dieser positioniert dann lediglich die temperatursensitive Ware in den vortemperierten Behälter, woraufhin dieser verschickt wird. Die lückenlose Temperaturkette (Temp-Chain) während des Transports ist gesichert.

Aufgrund der, nach Angaben des Unternehmens, einzigartigen und besonders leistungsfähigen Technologie spielen die Transportlösungen von Va-Q-Tec von Beginn der Corona-Pandemie an eine entscheidende Rolle: Bereits im Frühjahr 2020 wurde weltweit mehr als die Hälfte aller Testkits in den Boxen und Containern transportiert. Seit November 2020 ist das Unternehmen aufgrund der hohen Zuverlässigkeit und einfach zu handhabenden Schlüsseltechnologie bei nahezu allen bekannten Impfstoffherstellern an verschiedenen oder allen Punkten der Wertschöpfungskette involviert.

Einsatz bei temperaturkontrollierten Lieferketten

Diese Sensibilität muss auch bei der Impfstoff-Lagerung berücksichtigt werden. Hierfür werden spezielle Ultra-Tiefkühlgeräte (ULTFs) eingesetzt. Auch in diesen hochentwickelten Geräten finden sich oftmals VIPs von Va-Q-Tec: Im Inneren herrschen Temperaturen von teilweise unter -86°C. Die erforderliche Kontinuität dieser extremen Temperaturen erfordert u. a. eine extrem leistungsfähige Gerätedämmung. Aufgrund ihrer hervorragenden Isolationseigenschaften ist die Vakuum-Dämmschicht im Vergleich zu konventionellen Materialien sehr dünn. Eine isolierende Schicht aus z. B. purem Polyurethan wäre mehr als fünfmal dicker als das benötigte Paneel von Va-Q-Tec. So wird nicht nur das Nutzvolumen erheblich vergrößert. Auch die Energie- und damit Kosteneffizienz der ULTFs verbessert sich deutlich, vor allem im Hinblick auf das gesteigerte Innenvolumen.

Durch die flexible Formbarkeit der Vakuumpaneele können sogar Durchführungen oder 3D-Formen und dadurch passgenaue Lösungen für nahezu jede Anforderung realisiert werden. Auch das Problem der Kondensatbildung kann durch Vakuumdämmung vermieden werden. Durch die extreme Isolierleistung wird der Taupunkt gegenüber konventioneller Dämmung stark angehoben, so dass an der Außenfläche der Geräte auch bei niedrigsten Innentemperaturen kein Kondensat ausfällt. Die Gefahr der Verunreinigung von Proben wird so verhindert.

Damit sind die Einsatzmöglichkeiten von VIPs in pharmazeutischen und auch technischen Laboren nicht ausgereizt: In Gerätschaften zum Liquid Handling, die Flüssigkeiten temperieren (z. B. Liquid Handling Devices mit Kühleinheit), werden sie bereits vielfach eingesetzt. Aufgabe der VIPs ist beispielsweise die thermische Entkopplung von zwei Einheiten innerhalb der Geräte. Doch auch weitere hochkomplexe Laborgeräte sind inzwischen häufig vakuumgedämmt. Sie werden bei Inkubatoren und hochsensiblen Analyse- und Messgeräten als Gehäuseisolationsmaterial sowie als thermische Trennung zwischen verschiedenen Temperaturzonen eingesetzt. Verschiedene Temperaturbereiche können dadurch sehr eng nebeneinander eingesetzt werden, ohne Wechselwirkungen zu riskieren. Doch sie vergrößern auch den Nutzraum im Geräteinneren. Die besonders dünnen VIPs spielen dabei mit einer Materialstärke von 5 bis 10 mm ihre besonderen Vorteile aus: Denn trotz ihres extrem dünnen Formats sorgen sie für die gleichmäßige Temperaturverteilung und vergrößern zeitgleich das Nutzvolumen im Gehäuseinnenraum. Ähnlich verhält es sich bei Klimasimulationskammern und -räumen: VIPs mit einer Materialstärke von 15 bis 30 mm sorgen für die besondere Temperaturkonstanz gegenüber hohen Unterschieden zwischen Außen- und Innentemperatur. Dennoch ist das nutzbare Innenvolumen wesentlich größer als bei konventioneller Schaum- oder Faserdämmung, die 150 bis 300 mm dick sein müsste, um eine vergleichbare Dämmperformance zu erzielen. Die zudem erreichte, deutlich verbesserte Energieeffizienz und die damit verbundenen deutlich niedrigeren Betriebskosten schlagen sich zusätzlich auf Seite der Vorteile nieder.

Inside the VIPs – die Schlüsseltechnologie

So simpel die Dämmstoffplatten auch aussehen mögen – in ihnen steckt neben hochentwickelter Technologie geballte Physik: Energie in Form von Wärme fließt grundsätzlich immer entlang eines Temperaturgefälles: von warm (energiereich) nach kalt (energiearm). Der so entstehende Wärmefluss wird durch die sogenannte Stoffkonstante, den Lambda-Wert oder auch Wärmeleitfähigkeit genannt, gesteuert. Je niedriger dieser Wert ist, umso besser ist die Wärmedämmperformance eines Materials, d. h. umso niedriger ist auch der Wärmefluss. Vakuumdämmung minimiert diesen Wärmefluss maximal. Dabei zeichnen sie sich zudem durch außerordentliche Langlebigkeit aus.

Im Inneren eines VIP befindet sich ein Stützkern aus Silika (SiO₂) in Form von Pulver oder einer gepressten Platte. Bei diesem Material handelt es sich um ein umweltverträgliches, recyclebares Produkt. Der Stützkern sorgt für die Formgebung und Formstabilität. Die darum gelegten Hochbarrierefolien bestehen hingegen aus verschiedensten Materialien, die den jeweiligen Anforderungen des Kunden und des Einsatzzweckes entsprechen. Aufgebaut sind sie in mehreren Lagen aus verschiedenen Kunststoffen – verantwortlich für Verarbeitbarkeit und mechanische Eigenschaften – sowie aus mehreren metallisierten Schichten, vornehmlich aus Aluminium. Sie schützen das VIP vor Eindringen von Luft und Wasserdampf – aber je nach Art oder Beschichtung der Folie auch vor Hitze, Feuer oder mechanischer Beschädigung. Va-Q-Tec fertigt mit seinem patentierten Produktionstechnologie VIPs in verschiedenen (3D-)Formen. Diese Flexibilität und Formbarkeit ist jedoch nur ein USP des deutschen Unternehmens.

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Dämmstoffvergleich

Kombiniert werden VIPs häufig mit herkömmlichen Dämmmaterialien, wie Polyurethan-Schäumen, EPS (Styropor) und Faserdämmstoffen. So werden die Isolationsschichten nicht nur insgesamt dünner, sondern gleichzeitig auch hocheffizient. Besonders anschaulich wird dies durch den Vergleich zweier gedämmter Würfel mit einer Kantenlänge von 95 cm: Bei identischem Außenvolumen und gleicher Dämmleistung benötigt man z. B. 162 mm PU-Schaum, um die gleiche Isolationsleistung zu erzielen wie mit einer Kombination aus VIP und PU-Schaum (30 mm PU – 20 mm VIP – 30 mm PU). Aufgrund der dicken Wände des reinen PU-Würfels umfasst das Innenvolumen so knapp 250 l. Durch die Verwendung des 20 mm dicken VIP in Kombination mit einer dünnen PU-Ummantelung wird der nutzbare Innenraum verdoppelt, so dass das Innenvolumen 500 l beträgt.

Die Energieeffizienz-VIPs der Zukunft

Die Technologie der Vakuumisolation ist erst am Anfang ihrer Geschichte. Vor allem im Laborgerätebereich eröffnen sich stetig neue Perspektiven: Die neuen mRNA-Impfstoffe, wie sie z. B. gegen Covid eingesetzt werden, werden perspektivisch auch vor vielen anderen Krankheiten schützen. Die Forschung und Anwendung wird sich massiv ausweiten und damit werden neue Gerätschaften für Labore benötigt, die so effizient und zuverlässig wie möglich sind. Neue Forschung zieht auch immer den Bedarf innovativer Technologien zu deren Herstellung nach sich. Im Bereich der thermischen Anwendungen ist Va-Q-Tec bereits jetzt ein gefragter Partner, da das Unternehmen nicht nur über die fachliche Expertise, sondern auch über die Infrastruktur und die Produktionsmethoden verfügt, um selbst herausfordernde Kundenanfragen zu bedienen.

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