STEVENS, Hans-Gerd (Braomweide 6, Bocholt, 46399, DE)
| Patentansprüche
1. Laminiereinrichtung (1) für das Laminieren von Bauteilen durch kombinierte Anwendung von Andrückkraft und Wärme, wobei die Laminiereinrichtung ( 1 ) wenigstens eine ein oder mehrere Bauteilstapel aufnehmende Bauteilauflage (4) und wenigstens ein Andrückelement (2) zum Andrücken des Bauteilstapels (9) gegen die Bauteilauflage (4) sowie wenigstens eine Heizeinrichtung (5) und wenigstens eine Kühleinrichtung (44) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch die Heizeinrichtung (5) jedem der zu laminie- renden Bauteilstapel (9) lediglich an seiner der Bauteilauflage (4) abgewandten Seite Wärme zuführbar ist und dass ein Wärmeabfluss aus dem Bauteilstapel (9) auf seiner der Bauteilauflage (4) zugewandten Seite innerhalb eines Lami- niervorgangs zeitweise durch wärmeisolierende Mittel (42) verhinderbar oder verminderbar ist und zeitweise durch eine Kühleinrichtung (44) erzeugbar oder vergrößerbar ist.
2. Laminiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Laminator für das Laminieren von Bauteilen unter Luftabschluss oder unter Vakuum, insbesondere von Solarzellenmodulen oder Verbundglasscheiben, ist, wobei der Laminator wenigstens eine ein oder mehrere Bauteilstapel (9) aufnehmende Laminierkammer (3) mit der Bauteilauflage (4) und der wenigstens einen Heizeinrichtung (5) und der wenigstens einen Kühleinrichtung (44) aufweist, wobei in der Kammer (3) oberhalb der Bauteilauflage (4) relativ zu dieser beweglich als Andrückelement (2) mindestens eine elastische und/oder flexible Andrückmemb- ran (22) druckdicht eingespannt ist, die einen unteren Kammerraum (31) von einem oberen Kammerraum (32) trennt, und wobei zumindest der untere Kammerraum (31) luftdicht verschließbar sowie evakuierbar und belüftbar ist, und wobei dem zu laminierenden Bauteilstapel ( 9 ) an seiner der Andrückmembran (22) zugewandten Seite Wärme mittels mindestens einem an und/oder in der Andrückmembran (22) vorgesehenen Heizelement (51) zuführbar ist.
3. Laminiereinrichtung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (51) integral mit der Andrückmembran ausgeführt ist.
4. Laminiereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Kammerraum (32) unabhängig von dem unteren Kammerraum (31) luftdicht verschließbar sowie evakuierbar und belüftbar ist.
5. Laminiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminiereinrichtung (1) eine Plattenpresse, insbesondere für Furnierplatten oder Möbelteile ist, wobei die Plattenpresse als Andrückelement (2) wenigstens eine verfahrbare Pressplatte (23) aufweist, dass die Heizeinrichtung (5) als eine auf der Pressplatte (23) an deren dem Bauteilstapel (9) zugewandten Seite aufliegende elastische Heizmatte (55) ausgeführt ist, welche in mindestens eine Erstreckungsrichtung der Bauteilauflage (4) elastisch vorspannbar und fixierbar ist und dass mindestens ein Heizelement (51) an und/oder in der Heizmatte (55) vorgesehen ist.
6. Laminiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (51) integral mit der Heizmatte ausgeführt ist.
7. Laminiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tragelementanordnung (43) der Bauteilauflage (4) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und/oder geringer Wärmekapazität besteht und wahlweise durch das wärmeisolierende Mittel (42) oder die Kühleinrichtung (44) großflächig kontaktierbar ist.
8. Laminiereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeisolierende Mittel (42) durch einen Abstandsraum (422) zwischen der Tragelementanordnung (43) und der Kühleinrichtung (44) gebildet wird.
9. Laminiereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandsraum (422) zur Verbesserung der Wärmeisolierung evakuierbar und/oder belüftbar ist.
10. Laminiereinrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragelementanordnung (43) mit Versteifungselementen (8) versehen ist, welche die der Kühleinrichtung (44) zugewandte Oberfläche der Tragelementanordnung (43) vergrößern, und dass die Kühleinrichtung (44) an ihrer der Tragelementanordnung (43) zugewandten Oberfläche mit zu den Versteifungselementen (8) komplementären Ausnehmungen (88) versehen ist, welche die mögliche Kontaktfläche (K) der Kühleinrichtung (44) zur Tragelementanordnung (43) vergrößern.
11. Verfahren für das Laminieren von Bauteilstapeln (9) in einer Laminiereinrichtung ( 1 ) durch kombinierte Anwendung von Andrückkraft und Wärme, wobei die Laminiereinrichtung wenigstens eine ein oder mehrere Bauteilstapel aufnehmende Bauteilauflage (4) und wenigstens ein Andrückelement (2) zum Andrücken des Bauteilstapels (9) gegen die Bauteilauf- läge (4) sowie wenigstens eine Heizeinrichtung (5) und wenigstens eine Kühleinrichtung (44) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jedem der zu laminierenden Bauteilstapel (9) an seiner dem Andrückelement (2) zugewandten Seite Wärme zugeführt wird und dass ein Wärmeabfluss aus dem Bauteilstapel (9) auf seiner dem Andrückelement (2) abgewandten Seite innerhalb eines Laminiervorgangs zeitweise durch wärmeisolierende Mittel (42) verhindert oder vermindert wird und zeitweise durch die Kühleinrichtung (44) erzeugt oder vergrößert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die wärmeisolierenden Mittel (42) der Wärmeabfluss aus dem Bauteilstapel (9) auf seiner der Heizeinrichtung (5) abgewandten Seite während der Wärmezufuhr in den zu laminierenden Bauteilstapel (9) zumindest zeitweise verhindert oder vermindert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kühleinrichtung (44) der Wärmeabfluss aus dem Bauteilstapel (9) auf seiner der Heizeinrichtung (5) abgewandten Seite nach Beendigung der Wärmezufuhr in den zu laminierenden Bauteilstapel (9) zumindest zeitweise erzeugt oder vergrößert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kühleinrichtung (44) der Wärmeabfluss aus dem Bauteilstapel (9) auf seiner der Heizeinrichtung (5) abgewandten Seite vor und nach Beendigung der Wärmezufuhr in den zu laminierenden Bauteilstapel (9) zumindest zeitweise erzeugt oder vergrößert wird. |
Laminiereinrichtung mit Heiz- und Kühleinrichtung sowie Verfahren zu deren Betrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laminiereinrichtung für das Laminieren von Bauteilen durch kombinierte Anwendung von Andrückkraft und Wärme, wobei die Laminiereinrichtung wenigstens eine ein oder mehrere Bauteilstapel aufnehmende Bauteilauflage und wenigstens ein Andrückelement zum Andrücken des Bauteilstapels gegen die Bauteilauflage sowie wenigstens eine Heizeinrichtung und wenigstens eine Kühleinrichtung aufweist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der Laminiereinrichtung.
Solche Laminiereinrichtungen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Bei derartigen Einrichtungen sind üblicherweise in der Bauteilauflage Heizeinrichtungen vorgesehen, mit denen dem Bauteilstapel die für den Laminiervorgang notwendige Wärme vor und/oder während des Andrückvorgangs zugeführt wird. Nach Beendigung der Wärmezufuhr muss der Bauteilstapel noch eine gewisse Zeit angedrückt gehalten werden, zumindest solange, bis die Schichtverbindung der zu laminierenden Schichten des Bauteilstapels stabil geworden ist. Im Allgemeinen geschieht diese Stabilisierung durch entsprechende Abkühlung der Verbindungsstoffe. Zur Unterstützung weisen Laminiereinrichtungen im Stand der Technik deshalb auch Kühleinrichtungen in oder an der Bauteilauflage auf, mit denen nach dem Aufheizvorgang der Abkühlungsvorgang beschleunigt werden soll, um eine kürzere Durchlaufzeit eines Laminiervorgangs zu erzielen. Der Nachteil hierbei ist allerdings, dass sich üblicherweise die
Heizeinrichtung und die Kühleinrichtung auf derselben Seite des Bauteilstapels, nämlich auf der Seite der Bauteilauflage befinden. Dadurch kühlt die Kühleinrichtung nach einem Lami- niervorgang nicht nur den Bauteilstapel, sondern auch die Heizeinrichtung wieder ab, so dass diese für den nächsten La- miniervorgang wieder vollständig aufgeheizt werden muss. Der Energieaufwand für das periodische Aufheizen und Kühlen der Heizeinrichtung ist dabei erheblich, obwohl er nicht prozessnotwendig ist. Auch ist es bei solchen Heiz- und Kühleinrichtungen aus dem Stand der Technik nicht möglich, die Prozesszeiten zu weiter zu verkürzen, weil zumindest die Verfahrensschritte Heizen und Kühlen strikt nacheinander ablaufen müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Laminiereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die für den Laminiervorgang aufzuheizenden und wieder abzukühlenden Massen möglichst gering gehalten werden und die hierfür notwendigen Prozesszeiten stark verkürzt werden sollen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für den Betrieb der eingangs genannten Laminiereinrichtung zu schaffen, mit dem es gelingt die Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung in eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit durch eine Verbesserung der Prozessführung und eine Verkürzung der Prozesszeiten umzusetzen und dabei gleichzeitig den Aufwand an einzusetzender Energie stark zu verringern.
Die Lösung des die Laminiereinrichtung betreffenden Teils der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einer Laminiereinrichtung nach Anspruch 1. Weitere erfindungsgemäße Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 10.
Die Lösung des das Verfahren betreffenden Teils der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Verfahren nach Anspruch 11.
Weitere erfindungsgemäße Ausführungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 12 bis 14.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Laminiereinrichtung in Form einer Membranpresse in einem Querschnitt,
Fig. 2 eine Laminiereinrichtung in Form einer Plattenpresse in einem Querschnitt und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Tragelementanordnung und einer Kühleinrichtung in einem Querschnitt
Wie die Zeichnungsfigur 1 zeigt, besitzt die Laminiereinrichtung 1 eine Laminierkammer 3, welche von einer flexiblen Membran 22 als Andrückelement 2 druckdicht in einen unteren Kammerraum 31 und einen oberen Kammerraum 32 getrennt wird. In dem unteren Kammerraum 31 befindet sich eine Bauteilauflage 4, auf welcher ein Bauteilstapel 9 für den Laminiervorgang aufliegt.
Der untere Kammerraum 31 wird druckdicht begrenzt durch das Kammergehäuse 33 einerseits und die Andrückmembran 22 andererseits, so dass der Bauteilstapel 9 sich in dem unteren Kammerraum 31 unterhalb der Andrückmembran 22 befindet. Um alle Luft- oder Gaseinschlüsse zwischen den zu laminierenden Schichten aus dem Bauteilstapel 9 zu entfernen, wird der untere Kammerraum 31 mit einem Unterdruck versehen bzw. nahezu vollständig evakuiert. Damit die Andrückmembran 22 zu diesem Zeitpunkt noch nicht auf den Bauteilstapel 9 drücken kann, wird der obere Kammerraum 32 ebenfalls evakuiert, so dass kein Druckgefälle zwischen dem unteren Kammerraum 31 unterhalb der Andrückmembran 22 und dem oberen Kammerraum 32 oberhalb der
Andrückmembran 22 herrscht. Sind nach einer gewissen Zeitspanne alle Gasblasen zwischen den zu laminierenden Schichten verschwunden, so wird der obere Kammerraum 32 wieder belüftet.
Das Druckgefälle zwischen dem unterem Kammerraum 31 unterhalb der Andrückmembran 22 und dem oberen Kammerraum 32 oberhalb der Andrückmembran 22 presst dann die Membran 22 nach unten bis auf die Oberfläche des Bauteilstapels 9 und der Bauteilauflage 4. Dabei kann der Druck in dem oberen Kammerraum 32 dem Atmosphärendruck entsprechen. Zur verbesserten Regulierung der Andrückkraft kann der Luftdruck in dem oberen Kammerraum 32 während des Andrückvorgangs von leichtem Unterdruck bis leichtem überdruck variabel eingestellt werden, indem der durch das obere Kammergehäuse 34 und die Andrückmembran 22 gebildete obere Kammerraum 32 luftdicht verschließbar ist und beide Kammerräume 31, 32 im Verlauf eines Fertigungstaktes jeweils evakuiert und/oder belüftet werden können.
Die zum Verbinden der zu laminierenden Schichten benötigte Wärme wird in einer Heizungseinrichtung 5 erzeugt und über ein Heizelement 51 dem Bauteilstapel 9 zugeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 51 in der Andrückmembran 22 eingeklebt oder einvulkanisiert. Die Wärme wird erfindungsgemäß nur von der der Andrückmembran 22 zugewandten Seite des Bauteilstapels 9 her zugeführt, da die zu laminierenden Schichten nicht mittig in dem Bauteilstapel 9 angeordnet sind, sondern näher zu seiner Oberfläche hin. Die einzubringende Wärmemenge kann dann von dieser der Andrückmembran 22 zugewandten Seite geringer sein und kann noch weiter verringert werden, indem der Wärmeabfluss aus dem Bauteilstapel 9 zu der von der Membran 22 abgewandten Seite durch wärmeisolierende Mittel 42 verhindert oder vermindert wird.
Zu diesem Zweck besitzt die Laminiereinrichtung eine anhebbare Bauteilauflage 4. Bevor und/oder während die Andrückmembran 22
auf den Bauteilstapel 9 drückt und dabei den Bauteilstapel 9 aufheizt, wird die Tragelementanordnung 43, die als Tragplatte, Tragleisten, Traggitter ausgeführt oder eine Anordnung von Tragfingern sein kann, von der Kühleinrichtung 44 abgehoben. Dadurch entsteht zwischen der Kühleinrichtung 44 und der Tragelementanordnung 43 ein Abstandsraum 422, der ein wärmeisolierendes Mittel 42 darstellt. Da der untere Kammerraum 31 während dieses Vorgangs evakuiert ist, existiert auch in dem entstandenen Abstandsraum 422 ein Vakuum, welches hervorragende Isoliereigenschaften bietet. Gegen Ende des Verbindungsvorganges zwischen den zu laminierenden Schichten hin kann das ele- ment 51 der flexiblen heizbaren Andrückmembran 22 abgeschaltet werden. Die Andrückmembran 22 muss aber noch weiter auf den Bauteilstapel 9 drücken bis die Verbindung zwischen den Schichten stabil geworden ist. Zur Beschleunigung des dazu notwendigen Abkühlvorganges wird die Tragelementanordnung 43 auf die Kühleinrichtung 44 abgesenkt. Da der untere Raum 31 immer noch evakuiert ist, folgt die flexible Andrückmembran 22 nach und drückt weiter von oben auf den Bauteilstapel 9, während von unten durch den direkten Kontakt der Unterseite Tragelementanordnung 43 zur Oberfläche der Kühleinrichtung 44 der Kühlvorgang erzeugt oder beschleunigt wird.
Selbstverständlich kann statt des Absenkens der Tragelementanordnung 43 auch die Kühleinrichtung 44 angehoben werden, um den direkten Oberflächenkontakt zu erreichen.
Dadurch, dass bei dieser Anordnung der Wärmefluss Q immer in eine Richtung fließt, nämlich von der heizbaren Andrückmembran 22 von der Oberfläche des Bauteilstapels 9 durch dessen Schichten hindurch zu seiner Unterseite und der Tragelementanordnung 43 hin, kann von der Unterseite her gekühlt werden, während von der Oberseite des Bauteilstapels 9 her mit der Andrückmembran 22 nicht nur gedrückt, sondern noch geheizt wird. Dadurch kann in den oberflächennahen Schichten noch eine War-
mereaktion stattfinden, während aus den unteren Bauteilstapelschichten bereits eine größere Wärmemenge abgeführt werden kann, ohne die Reaktion in den oberen Schichten zu stören. Das bedeutet, dass bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung der Wärmefluss von der Oberseite des Bauteilstapels 9 zur Unterseite des Bauteilstapels 9 hin durch das Heizen von seiner der Andrückmembran 22 zugewandten Seite und/oder das Kühlen von seiner der Bauteilauflage 4 zugewandten Seite her, völlig frei gesteuert werden kann und auch mit einer gewissen zeitlichen überschneidung ablaufen kann. Dies ermöglicht eine verbesserte Prozessführung und ermöglicht es, den Prozess auch mit stark verkürzten Taktzeiten noch sicher zu führen. Hier nicht dargestellte Temperaturfühler in unmittelbarer Nähe der zu laminie- renden Stellen gewährleisten dabei eine sichere Prozessführung.
Fig. 2 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel, bei dem die erfindungsgemäße Laminiereinrichtung in Form einer üblichen Plattenpresse ausgeführt ist. Das Andrückelement 2 wird hier durch eine gegen die Bauteilauflage 4 bewegbare Pressplatte 23 gebildet, auf der als Heizeinrichtung 5 eine flexible Heizmatte 55 mit einer Heizeinrichtung 51 vorspannbar und fixierbar aufliegt. Bezüglich der hebbaren Bauteilauflage 4 entspricht diese Ausführung der in Fig. 1 beschriebenen Ausführung. In diesem Fall ist der beim Abheben der Tragelementanordnung 43, auf dem der Bauteilstapel 9 aufliegt, entstandene Abstandsraum 422 mit Raumluft gefüllt, da hier keine evakuierte Kammer vorgesehen ist. Aber auch dieser Abstandsraum stell ein wirksames wärmeisolierendes Mitte 42 dar.
Wie in Fig. 3 dargestellt, können aber die Unterseite der Tragelementanordnung 43 und die Oberseite der Kühleinrichtung 44 mit flexiblen Seitenwänden 47, wie z.B. Gummiwänden versehen werden, wodurch der Raum dazwischen zur Verbesserung der Isoliereigenschaften entlüftet oder zur Verringerung des Tem-
peraturgefalles mit warmer Luft z.B. aus Abwärme belüftet werden können. Werden die Tragelementanordnung 43 und die Kühleinrichtung 44 dann zusammengefahren, wird diese Luft verdrängt und ein direkter Oberflächenkontakt zwischen der Unterseite der Tragelementanordnung 43 und der Oberseite der Kühleinrichtung 44 findet statt. Die Kühleinrichtung 44 selbst ist mit den dazugehörigen Kühlelementen 41 auf übliche Weise ausgeführt und wird hier nicht weiter beschrieben.
Zur vorteilhaften Gestaltung ist es sinnvoll, dass die Tragelementanordnung 43 eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit und eine möglichst geringe Wärmekapazität besitzt. Allerdings müssen von der Tragelementanordnung 43 auch die Andrückkräfte, die von der Pressplatte 23 oder der Andrückmembran auf den Bauteilstapel 9 ausgeübt werden, aufgefangen werden, wozu die Tragelementanordnung 43 eine möglichst hohe Steifigkeit aufweisen muss. Zu diesem Zweck sind an der Unterseite der Tragelementanordnung 43 Versteifungselemente 8, beispielsweise in Form von Winkelprofilen angeordnet, die die Steifigkeit erhöhen und gleichzeitig die Oberfläche an der Unterseite der Tragelementanordnung 43 vergrößern. Die Kühleinrichtung 44 ist an ihrer Oberseite mit zu den Versteifungselementen 8 komplementären Ausnehmungen 88 versehen, wodurch sich beim Zusammenfahren der Kühleinrichtung 44 mit der Tragelementanordnung 43 eine erheblich vergrößerte Kontaktfläche K ergibt, die eine entsprechend größere Kühlleistung aufweist.