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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dämmstoffes
aus sich partiell verfärbenden
und/oder aufblähenden
Schmelzen, nämlich aus
mit oder ohne organischen und/oder anorganischen Bindemitteln versehenen
Glas- und/oder Keramikfasern
und/oder aus Porenbeton, Mineralschaum, Schaumglas, Sinterglas,
aufgeschäumten
Wasserglas, bei dem der Dämmstoff
durch Wärmeenergie
in seiner Farbe und/oder Gestalt verändert wird.
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Aus
dem Stand der Technik ist die Herstellung von Dämmstoffen bekannt, die beispielsweise bahnen-
oder plattenförmig
ausgebildet sein können, bei
der eine Schmelze aus Glas oder Gestein hergestellt und einem Zerfaserungsgerät zugeführt wird.
In dem Zerfaserungsgerät
wird die Schmelze in mikrofeine Fasern zerfasert, die anschließend mit
einem Bindemittel und gegebenenfalls weiteren Imprägnierungsmitteln
benetzt werden. Die derart vorbereiteten Mineralfasern weisen in
diesem Zustand eine bestimmte Temperatur auf. Aufgrund ihrer Temperatur und
insbesondere ihrer Bindemitteln neigen die Mineralfasern dazu aneinander
zu haften. Die Mineralfasern werden daher unmittelbar nach ihrer
Benetzung mit zumindest Bindemitteln auf einer Fördereinrichtung, in der Regel
ein Förderband
abgelegt. Die derart gebildete Mineralfaserbahn kann dann in unterschiedlichen
Weisen weiterbearbeitet werden. Beispielsweise kann die Mineralfaserbahn
nach Erreichen einer bestimmten Materialstärke aufgependelt werden. In
der Regel durchläuft
die Mineralfaserbahn Kompressionseinrichtungen, Schneideinrichtungen
zur Seitenrandbesäumung
sowie zumindest einen Härteofen,
um das Bindemitteln auszuhärten.
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Nach
Verlassen des Härteofens
wird die bahnenförmige
Mineralfaserbahn einer Wickelstation zugeführt bzw. alternativ in einzelne
Platten geschnitten, die dann einer Verpackungseinrichtung zugeführt und
zu handelsüblichen
Verpackungseinheiten verpackt werden.
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Aus
dem Stand der Technik ist ferner bekannt, dass der bahnenförmige Dämmstoff
beispielsweise die Mineralfaserplatten, Hartschaumplatten oder Porenbetonplatten,
mit Markierungen versehen werden. Diese Markierungen werden in der
Regel als Farbmarkierungen mit Hilfe von Schablonen und Farbspritztechnik
oder mit Tintenstrahldruckern aufgebracht. Farbmarkierungen haben
aber den wesentlichen Nachteil, dass sie die Baustoffklasse, d.h. die
Brennbarkeit der Produkte beeinflussen. Um diese Beeinflussung zu
vermeiden, setzt man insbesondere bei Mineralwolledämmstoffen,
die ein organisches Bindemittel enthalten, elektrisch- oder gasbeheizte
Markierungswalzen ein, auf deren Umfang Markierungsbilder und -texte
angebracht sind. Diese Markierungswalzen werden periodisch oder
konstant auf die Mineralfaserbahn aufgebracht, so dass die beheizten
Markierungswalzen aufgrund der Temperatur eine Verfärbung des
Bindemittels im Mineralfaserprodukt hervorrufen. Dieser Vorgang
kann diskontinuierlich, wie beim Stempeln oder kontinuierlich erfolgen,
so dass man einen fortlaufenden Schriftzug auf dem Dämmstoff
in der Gestalt erzeugen kann, dass das Bindemittel durch die heißen Zonen
an der Oberfläche
des Dämmstoffs
verfärbt
wird, und somit der Schriftzug bzw. das Bildzeichen auf der Oberfläche zu sehen
ist.
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Beispielsweise
ist aus der nachveröffentlichten
WO 01/14148 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Dämmstoffes
bekannt, bei dem mittels eines Laserstrahls Markierungen in eine
Oberfläche
des Dämmstoffes
eingebracht werden. Hierzu ist es erforderlich, dass den Bindemitteln
hitzeaktive Bestandteile, vorzugsweise Pigmente beigefügt werden,
die durch den Laserstrahl hinsichtlich ihrer Färbung verändert werden können. Aus
dieser Anmeldung ist es ebenfalls bekannt, eine Dämmstoffbahn
mit einem Laserstrahl in Abschnitte, insbesondere Platten aufzuteilen.
Demzufolge dient der Laserstrahl hierzu zusätzlich dem Schneiden von Dämmstoffbahnen.
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Um
eine Dämmstoffbahn
in einzelne Plattenelemente aufzuteilen ist es bekannt, im Bereich
einer Produktionslinie entsprechende Sägeinrichtungen, beispielsweise
Pendel-, Kreis- und Bandsägen
vorzusehen, die in Abhängigkeit
des zu erzeugenden Produktes zum Einsatz gelangen. Mit derartigen
Sägen können aber
nur geradlinige Schnitte ausgeführt werden.
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Die üblicherweise
verwendeten Sägen
wirken mechanisch auf den Dämmstoff,
so dass insbesondere bei Dämmstoffbahnen
mit geringem Bindemittelgehalt das Ausarbeiten von schmalen Ausnehmungen,
insbesondere in den Seitenflächen
nicht mit der notwendigen Genauigkeit ausgeführt werden kann. Bei jeder
mechanischen Bearbeitung derartiger Dämmstoffe kommt es nämlich zu
einem Ausreißen
von Faserbestandteilen, so dass geradlinige Begrenzungen von Ausnehmungen
oder dergleichen in derartigen Dämmstoffen
nicht oder nur mittels sehr kostspieliger Verfahrenstechnologie
eingebracht werden können.
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Die
Veröffentlichung „Selektiver
Materialabtrag mittels Excimer-Laser an Faser-Verbund-Kunststoffen" aus dem Juli 1997, veröffentlicht
als nationales Forschungsprojekt 13N6144/4, beschreibt einen neuen
Weg der Materialbearbeitung in Form eines selektiven Materialabtragsverfahrens
für Faserverbundkunststoffe,
welcher auf dem Prinzip eines laserunterstützten Abtrags des Matrixkunststoffs
beruht, wobei ein Laser so gesteuert wird, dass die im Einflussbereich
der Strahlung befindliche Faserverstärkung des Bauteils unbeschädigt bleibt.
Durch eine anschließende
Reimprägnierung
der freigelegten Faserbereiche kann die Schadensstelle ohne nennenswerte
Beeinträchtigung
der mechanischen Eigenschaften wieder geschlossen werden. Als Beispiel
eines Faserverbundkunststoffes wird ein Laminat aus Carbonfasern
mit Epoxidharzmatrix genannt.
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Ein
derartiger Faserverbundkunststoff ist nicht als Dämmstoff
geeignet. Darüber
hinaus sieht dieses vorbekannte Reparaturverfahren vor, dass die Kunststoffmatrix
mit einem Laser bearbeitet wird, während die in dem Bearbeitungsbereich
liegenden Fasern des derart behandelten Bauteils unbeschädigt bleiben.
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Ferner
ist aus der Druckschrift „Kunststoff-Handbuch
Neuausgabe/hrsg. von Gerhard W. Becker und Dietrich Braun – München, Wien:
Hanser, 1990, Bd. 1, Die Kunststoffe, S. 534" die Anwendung von Plasma- und Laserstrahlen
zum thermischen Trennen von Kunststoffen bzw. zur Herstellung feiner Bohrungen
bekannt. Hierbei bewirken hohe Energiedichten ein thermisches Zersetzen
der Kunststoffe im Trennbereich, bei dem die Zersetzungsprodukte
verdampfen. Bei Plasmastrah len treten breite Trennfugen mit erheblicher
Werkstoffschädigung
im Trennbereich auf. Abhilfe schafft hier das Laserstrahl-Schneiden,
mit dem Schnittfugen mit minimalen Breiten bis zu 0,1 mm erreicht
werden können.
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Schließlich ist
es aus der
DE 200
03 804 U1 bekannt, Schlitze oder Nuten in eine große Oberfläche einer
Dämmstoffplatte
aus Polystyrol oder Polyurethan einzuschneiden. Bei diesen für Dämmstoffe geeigneten
Materialien ist es aber auch bekannt, dass eine Materialbearbeitung
mit hohen Temperaturen zu guten Ergebnissen führt, da über die hohen Temperaturen
Material geschmolzen wird.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zur Herstellung eines Dämmstoffes aus sich partiell
verfärbenden
und/oder aufblähenden
Schmelzen, nämlich
aus mit oder ohne organischen und/oder anorganischen Bindemitteln
versehenen Glas- und/oder Keramikfasern und/oder aus Porenbeton,
Mineralschaum, Schaumglas, Sinterglas, aufgeschäumten Wasserglas zu schaffen,
bei dem in einfacher und kostengünstiger
Weise materialabhebende und gegebenenfalls kennzeichnende Materialbearbeitungen
möglich
sind.
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Eine
erste Lösung
dieser Aufgabenstellung sieht vor, dass der Dämmstoff im Bereich zumindest einer
seiner Seitenflächen
mit zumindest einem Laserstrahl beaufschlagt wird, mit dem Laserstrahl
ein Materialabtrag durchgeführt
wird, der Materialabtrag in Form zumindest einer Ausnehmung in die
Seitenfläche
des Dämmstoffs
eingebracht wird, die Ausnehmung als Schlitz ausgebildet wird und
die Fasern des Dämmstoffs
schlagartig erwärmt
und nach ihrer Rekristallisation zur Bildung der Ausnehmung entfernt werden.
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Eine
alternative zweite Lösung
dieser Aufgabenstellung sieht vor, dass der Dämmstoff im Bereich zumindest
einer seiner Seitenflächen
mit zumindest einem Laserstrahl beaufschlagt wird, mit dem Laserstrahl
ein Materialabtrag durchgeführt
wird, der Materialabtrag in Form zumindest einer Ausnehmung in die
Seitenfläche
des Dämmstoffs
eingebracht wird, die Ausnehmung als Schlitz ausgebildet wird und
die Fasern des Dämmstoffs
schlagartig erwärmt
und vorzugsweise nach ihrer Rekristallisation zur Bildung der Ausnehmung
verdichtet werden Demzufolge zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch aus, dass anstelle der mechanischen Materialbearbeitungen
nunmehr ein Materialabtrag mittels eines Laserstrahls in der Oberfläche des
Dämmstoffs ausgeführt wird.
Der Laserstrahl bietet hierbei den wesentlichen Vorteil, dass er
in einfacher Weise steuerbar, insbesondere lenkbar ist und auf die
tatsächlichen
Gegebenheiten des Dämmstoffs
eingestellt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können sowohl
Faserdämmstoffe
aus organischen Fasern bzw. mit organischen Bindemitteln gebundene
anorganische Fasern, beispielsweise Glasfasern oder organische Substanzen
enthaltene Dämmstoffe,
sowie Dämmstoffe
aus Hartschaum bearbeitet werden, bei denen die Materialbearbeitung durch
partielles Sintern bzw. Schmelzen von Vertiefungen in der Oberfläche ausgeführt wird.
Insbesondere sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sämtliche
im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Dämmstoffe bearbeitbar.
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Bei
einem kontinuierlichen Herstellungsprozeß wird der Dämmstoff
bahnenförmig
dem Laserstrahl zugeführt,
um die kontinuierliche Herstellung des Dämmstoffs beibehalten zu können. Es
besteht aber auch die Möglichkeit,
die Laserstrahlbearbeitung bei bereits hergestellten Dämmstoffformelementen,
wie beispielsweise Platten, Rohrschalen, Segmenten oder sonstigen
Formkörpern
durchzuführen, wobei
hier eine manuelle oder automatische Zuführung derartiger Formteile
in die Laserstrahlbearbeitungseinrichtung möglich ist. Eine kontinuierliche
Bearbeitung des Dämmstoffs
erfolgt in der Regel nicht. Vielmehr handelt es sich hierbei um
eine Einzelbearbeitung der einzelnen Formteile, wie beispielsweise Rohrschalen,
Platten oder dergleichen.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass mit dem
Laserstrahl der Dämmstoff,
insbesondere die Bahn in Abschnitte, insbesondere Platten aufgeteilt
wird. Durch diese Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, dass bei der Dämmstoffbahn
nicht nur Materialbearbeitungen einer Oberfläche vorgenommen werden, sondern
dass mit der gleichen Einrichtung auch ein Schneiden der Dämmstoffbahn
in Platten möglich
ist. Es werden hierdurch hohe Investitionskosten bei der Gestaltung von
Produktionslinien eingespart. Darüber hinaus hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, dass die Wartung eines Laserstrahls aufgrund
seiner im Vergleich zu herkömmlichen
Komponenten geringeren Anzahl von mechanischen Elementen wesentlich
wartungsfreundlicher ist.
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Bei
besonderen Anwendungen von Dämmstoffplatten,
insbesondere von Mineralwolle-Dämmstoffplatten
kann es erforderlich sein, in die Seitenflächen dieser Dämmstoffplatten
durchlaufend oder abschnittsweise Schlitze zum Einlegen oder Einklemmen
von Befestigungselementen oder Federn, beispielsweise entsprechend
dem Prinzip von Nut- und Feder-Verbindungen einzubringen. Diese
Schlitze können
auch dazu dienen, die Dämmstoffplatten über beispielsweise
lotrecht ausgerichtete, U-förmig ausgebildete
Metallständer
von Montagewänden oder
dergleichen zu stülpen,
die Bestandteil von sogenannten Kassetten-Systemen sind.
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Derartige
Schlitze können
umlaufend, auf parallelen Seitenflächen oder nur auf einer Seitenfläche in jeder
Ausgestaltung angeordnet werden. Neben der Anordnung von einem einzelnen
Schlitz ermöglicht
die vorliegende Erfindung die Anordnung von zwei oder mehreren parallel
verlaufenden Schlitzen in einer Seitenfläche, die problemlos hinsichtlich ihrer
Breite und Tiefe variiert werden können. Eine derartige Vorgehensweise
ist mit den bisher bekannten mechanischen Bearbeitungsmethoden,
insbesondere bei dünnen
Dämmstoffplatten
nicht möglich, da
hier eine Ausreißen
von Dämmstofffasern
nicht die notwendige Genauigkeit entsprechender Schlitze ermöglicht.
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Um
druckausgleichende, beispielsweise im Querschnitt U-förmige Profile
in die Oberflächen
von Dämmstoffplatten
für die
Dach- oder die Fassadendämmung
einbringen zu können,
werden entsprechende Ausnehmungen bzw. Schlitze mit vorbestimmter
Tiefe und einem vorbestimmten Abstand zueinander in Dämmstoffplatten
eingebracht. Anstelle von Schlitzen können auch flächige Vertiefungen oder
Löcher
in den Dämmstoff
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
einge bracht werden, wobei entsprechende Löcher beispielsweise der Aufnahme
von Dämmstoffhaltern
bei der Fassadendämmung
dienen können.
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Somit
ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
insbesondere vorteilhaft, dass mit Hilfe des Laserstrahls beliebig
geformte Flanken und Ausnehmungen in den Dämmstoff eingebracht werden können. Bei
der Bearbeitung von Dämmstoffen
aus Mineralfasern besteht durch die Verwendung des Laserstrahls
insbesondere der Vorteil, dass durch ein partielles Aufschmelzen
des Dämmstoffs
kein Faserstaub freigesetzt wird, wie es beispielsweise bei einer mechanischen
Bearbeitung derartiger Dämmstoffe üblich ist.
Bei der erfindungsgemäßen Bearbeitung werden
darüber
hinaus die Seitenbereiche der Ausnehmungen stark verdichtet, was
die Kraftübertragung
zwischen dort angeordneten Haltemitteln und dem Dämmstoff
wesentlich verbessert.
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Durch
das partielle Aufschmelzen der Mineralfasern im Bereich des Laserstrahls
können
darüber
hinaus insbesondere bei bindemittelarmen und/oder Dämmstoffen
mit geringer Rohdichte deutlich sichtbare Markierungen eingebracht
werden, die beispielsweise als Schneidhilfe dienen.
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Je
nach aufgebrachter Energie werden die Mineralfasern schlagartig
bis zu ihrer Rekristallisation erwärmt, woraufhin sie sich in
einfacher Weise entfernen lassen. Durch eine Verdichtung der Fasern können sich
aber bereits bei diesem Verfahrensschritt Vertiefungen ausbilden.
Es ist dann nicht erforderlich, das Verfahren bis zum Aufschmelzen
der Fasern weiterzuführen.
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Ein
den Laserstrahl erzeugender Laser wird vorzugsweise in Längs-, Quer- und/oder Abstandsrichtung
sowie gegebenenfalls in seiner Winkelstellung relativ zur Oberfläche des
Dämmstoffs
bewegt. Der Laserstrahl wird über
einen in den drei Hauptachsen drehbaren Spiegel und ein Linsensystem
auf die Dämmstoffoberfläche gelenkt.
Der Antrieb des Spiegels erfolgt über elektrisch angetriebene
Servomotoren, die ihre Antriebssignale von einem Steuergerät erhalten.
Das Steuergerät
selbst ist mit einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage (Rechner)
verbunden, in der Daten für
bestimmte Markierungsanordnungen und/oder -ausgestaltungen auf den Dämmstoffen
gespeichert sind. Diese Daten dienen der Steuerung des Laserstrahls
hinsichtlich seiner Bewegungen und/oder seiner Intensität. Alternativ kann
vorgesehen sein, dass die den Laserstrahl erzeugende Vorrichtung
mit den nachgeschalteten optischen Einrichtungen in den drei Raumachsen
bewegbar ist. Durch die Vielzahl der Freiheitsgerade des Laserstrahls
können
Materialbearbeitungen und Schnitte in unterschiedlichster Form eingebracht werden.
Darüber
hinaus besteht der Vorteil, dass, beispielsweise sämtliche
Buchstaben und Zahlen sowie Pictogramme rechnergesteuert und variabel
als Markierungen ergänzend
eingebracht werden können:
Weiterhin besteht der Vorteil, dass Mineralfaserplatten hergestellt
werden können,
die beispielsweise an zwei gegenüberliegenden
Seiten einen Randverlauf aufweisen, der von einer geradlinigen Begrenzung
abweicht. Es können
somit beispielsweise Mineralfaserplatten mit bestimmten halbkreisförmigen Ausnehmungen
entsprechend von Kundenanforderungen hergestellt werden.
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Der
Laserstrahl wird von einem Festkörper- oder
Gaslasergerät
vorzugsweise mit Hilfe eines CO2-Lasers
erzeugt.
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Die
Lichtleistung des Laserstrahls wird in Abhängigkeit von der Größe und der
Intensität
der erforderlichen Materialbearbeitung über die optischen Einrichtungen
eingestellt. Vorzugsweise wird der Laserstrahl mit unterschiedlicher
Geschwindigkeit relativ zur Oberfläche des Dämmstoffs bewegt. Die Relativgeschwindigkeit
liegt beispielsweise bei ca. 5m/s.
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Während des
Aufteilens der Bahn in Abschnitte wird der Laserstrahl mit einer
Geschwindigkeit in Förderrichtung
bewegt, die mit der Fördergeschwindigkeit
der Bahn übereinstimmt,
um beispielsweise einen geradlinig begrenzten Schnitt ausführen zu
können.
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Schließlich ist
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass die Bewegungen und/oder
die Leistung des Laserstrahls über
eine Rechneranlage gesteuert werden, deren Eingangsdaten insbesondere
der Produktionssteuerung entnommen werden. Eine derartige Verknüpfung der Produktionssteuerung
mit der Markierungssteuerung bzw. Schnittsteuerung hat den Vorteil,
dass entsprechend dem Kundenwunsch kommissionierte Ware in einfacher
und zuverlässiger
Weise hergestellt werden kann.
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Eine
einem Härteofen
entnommene Mineralwollebahn bestimmter Dicke und bestimmter Rohdichte
wird beim Ausführungsbeispiel
der Erfindung einer Bearbeitungs- und Schneidvorrichtung zugeführt. Die
Bearbeitungs- und Schneidvorrichtung weist einen CO2-Laser
mit variabler Leistung bis zu 1500 Watt und einer Wellenlänge von
ca. 1 bis 12 μm,
insbesondere von 9 bis 12 μm
auf. Der Laserstrahl wird über
einen Spiegel auf eine Seitenfläche der
Mineralwollebahn gelenkt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass
der den Laserstrahl erzeugende Laser oberhalb einer Transporteinrichtung,
auf der der Mineralwollebahn gefördert
wird, auf einem motorbetriebenen Doppelkreuzschlitten montiert ist,
so dass er in allen Achsen verfahrbar ist. Darüber hinaus ist der Laser innerhalb
des Doppelkreuzschlittens schwenkbeweglich gelagert, so dass ein
vom Laser erzeugter Laserstrahl unter einem bestimmten Winkel, abweichend
von der Lotrechten auf die Seitenfläche der Mineralwollebahn aufgebracht
werden kann.
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Weiterhin
kann der Laserstrahl mit Hilfe von elektronisch justierbaren, optischen
Einrichtungen wie Linsen, Linsensystemen, optisch wirksamen Gittern
oder Spiegeln in der gewünschten
Weise abgelenkt und somit über
die zu bearbeitenden Seitenfläche
geführt
werden. Durch diese optischen Hilfseinrichtungen, sowie durch Variation
des Abstandes derselben zu der zu bearbeitenden Seitenfläche, durch Veränderung
des Neigungswinkels und der Intensität des Laserstrahls können die
Genauigkeit, Breite und Intensität
des Materialabtrags verändert
werden.
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Bei
einer Anordnung des Lasers auf einem Doppelkreuzschlitten wird der
Laserstrahl in einem ersten Schritt derart eingestellt, dass er
rechtwinklig auf die zu bearbeitende Seitenfläche der Mineralwollebahn auftrifft.
Der Doppelkreuzschlitten ist hierbei mit einem Rechner verbunden, über den
die Bewegungen des Doppelkreuzschlittens gesteuert werden. Die Daten
zur Steuerung der Bewegung des Doppelkreuzschlittens erhält der Rechner
aus einer Auftragsverwaltung, in die die Art und die Anzahl der herzustellenden
Mineralwolleplatten eingegeben ist.
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Die
Mineralwollebahn gelangt in den Bereich der Bearbeitungs- und Schneidvorrichtung,
wobei die Bearbeitungs- und Schneidvorrichtung in ihrer maximalen
Stellung in Richtung der auflaufenden Mineralwollebahn steht. Unmittelbar
nach Erreichen der Bearbeitungs- und Schneidvorrichtung beginnt
diese Material aus der Seitenfläche
in Form eines Schlitzes aus der Mineralwollebahn abzutragen. Hierbei
bewegt sich die Bearbeitungs- und Schneidvorrichtung in Förderrichtung
der Mineralwollebahn. Sobald der Materialabtrag vollständig erfolgt
ist, bewegt sich die Markierungs- und Schneidvorrichtung in einen
vorbestimmten Schneidbereich, um die zuvor bearbeitete Mineralwollebahn
um eine Plattenlänge
zu verkürzen.
Anschließend
wird der nachfolgende Abschnitt der Mineralwollebahn bearbeitet
und nach Fertigstellung des Materialabtrags abgelängt.
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Die
Verfahrgeschwindigkeit des Lasers ist hierbei so gewählt, dass
sie wesentlich größer als
die Fördergeschwindigkeit
ist. Darüber
hinaus wird die Leistung des Lasers in Abhängigkeit der Bearbeitungen
bzw. des Schneidprozesses automatisch eingestellt. Während des
Materialabtrags wird beispielsweise eine Leistung von 250 mW eingestellt,
um einen Materialabtrag in einer vorbestimmten Tiefe auszuführen, wohingegen
der Schneidvorgang bei einer Leistung von 1500 W durchgeführt wird.