DE102007022073A1

DE102007022073A1 - Scheibenanordnung

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Publication number: DE102007022073A1
Application number: DE200710022073
Authority: DE
Inventors: Johannes Sastré-Terrasa; Karl Prof. Dr.-Ing. Schwalbenhofer
Original assignee: Bergische Universitaet Wuppertal
Current assignee: Bergische Universitaet Wuppertal
Priority date: 2007-05-08
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2008-12-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Glasscheibenanordnung, umfassend einen Glasscheibenstapel mit wenigstens zwei Glasscheiben, bei dem wenigstens an einer Kante (1a, 2a) des Glasscheibenstapels die Kantenstirnflächen zweier benachbarter Glasscheiben (1, 2) mittels wenigstens eines Verbindungselements (3) miteinander derart schubfest verbunden sind, dass bei einer Belastung des Glasscheibenstapels die relative Lage der Kanten (1a, 2a) bzw. der Stirnflächen der verbundenen Glasscheiben (1, 2) zueinander im Wesentlichen erhalten bleibt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer gekrümmten Glasscheibenanordnung, umfassend einen Glasscheibenstapel mit wenigstens zwei Glasscheiben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Scheibenanordnung, umfassend einen Scheibenstapel mit mindestens zwei Scheiben, insbesondere Glasscheiben. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer gekrümmten Scheibenanordnung, umfassend einen Scheibenstapel mit wenigstens zwei Scheiben, insbesondere Glasscheiben, sowie eine thermisch isolierenden Scheibenanordnung mit wenigstens einer gekrümmten Scheibenanordnung.
Scheibenanordnungen, umfassend einen Scheibenstapel mit wenigstens zwei Scheiben, insbesondere Glasscheiben, sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise durch übliche Verbundglasscheiben. Derartige Verbundglasscheiben umfassen zwei Glasscheiben, die durch eine diese Scheiben vollflächig verbindende Schicht verbunden sind. Bei einer derartigen Schicht handelt es sich oftmals um klebende Folien oder Harze, die bewirken, dass die Verbundglasscheibe Schall- und/oder Brandschutzeigenschaften aufweisen oder dass bei einem Bruch der Verbundsicherheitsglasscheibe die einzelnen Splitter einer Glasscheibe von dem verbindenden Material festgehalten werden, um ein Verletzungsrisiko für Personen durch einzelne, sich aus dem Verbund lösende Scheibensplitter zu vermeiden.
Hierbei soll weiterhin durch die Verbindungsschicht zwischen den Glasscheiben ein Resttragverhalten selbst bei gebrochenen Scheiben erreicht werden. Darüber hinaus ist festzustellen, dass eine Verbindungsschicht zwischen zwei Glasscheiben einer üblichen bekannten Verbundglaskonstruktion eine variable bzw. eine nur sehr geringe Schubfestigkeit aufweist, insbesondere bei höheren Temperaturen, wie sie auch im Sommer erreicht werden können oder unter ständiger Belastung z. B. in horizontal montierten Scheibenstapeln so genannten „Überkopfverglasungen", nach den Technische Richtlinien für Verwendung von liniengelagerten Verglasungen (TRLV). Im Belastungsfall führt das zu einem Verschieben der Scheibenkanten gegeneinander. Der Verbund zweier Glasscheiben bei einer üblichen, im Stand der Technik bekannten Verbundsicherheitsglasscheibe führt somit zwar zu einem benötigten Resttragverhalten, trägt jedoch insbesondere bei höheren Temperaturen im Wesentlichen nicht zu einer Erhöhung der Gesamttragfähigkeit bei, so dass die Tragfähigkeit einer im Stand der Technik bekannten Verbundsicherheitsglasscheibe im Wesentlichen lediglich durch die Tragfähigkeit zweier einzeln tragender Scheiben gegeben ist.
In einseitig gehaltenen Scheibenstapel, wie sie z. B. durch Punkt oder Hinterschnittanker bekannt sind, tendieren die nicht durch den Anker gehaltenen Scheiben, welche vorzugsweise vertikal bzw. als Vertikalverglasung (TRLV). in einer Fassade montiert werden dazu ihre Lage aufgrund des temperaturabhängigen und/oder viskoelastischen Verhaltens der Zwischenschicht relativ zur der durch den Anker fixierten Scheibe kontinuierlich zu verändern.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Scheibenanordnung, umfassend einen Scheibenstapel mit wenigstens zwei Scheiben, insbesondere Glasscheiben, bereit zu stellen, bei der die Gesamtheit der Scheiben eine erhöhte insbesondere weitestgehend temperaturunabhängige Tragfähigkeit und insbesondere höhere Steifigkeit als herkömmliche Verbundgläser aufweist und/oder eine Lagesicherung einer oder mehrerer der Scheiben des Scheibenstapels sicher zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Scheibenanordnung der erfindungsgemäßen Art gelöst, bei der wenigstens an einer Kante des Glasscheibenstapels die Kantenstirnflächen zweier benachbarter Glasscheiben mittels wenigstens eines Verbindungselements miteinander derart schubfest verbunden sind, dass bei einer Belastung des Glasscheibenstapels die relative Lage der Kanten bzw. der Stirnflächen der verbundenen Glasscheiben zueinander im Wesentlichen erhalten bleibt. Die Erfindung wird weiterhin gelöst durch das später beschriebene Verfahren.
Hierbei ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, einen derartigen Kantenverbund der einzelnen Scheiben eines Scheibenstapels zumindest an einer Kante des Scheibenstapel und bevorzugt an wenigstens zwei gegenüberliegenden Kanten des Scheibenstapels auszubilden, weiterhin bevorzugt jedoch an allen Kanten des Scheibenstapels.
Ein an ausschließlich einer Kante, bevorzugt der untersten Kante des Scheibenstapels angeordnetes Element, führt zu einer Lagesicherung von den nur über die Klebeschicht gehaltenen Scheiben eines Scheibenstapels. Ein an wenigstens einer, vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Kanten des Scheibenstapels angeordnetes Element führt zu einem Tragsystem mit einer wesentlich höheren Steifigkeit als herkömmliche Verbundgläser, da die erfindungsgemäße Anordnung als Gesamttragsystem wirkt aufgrund des im Wesentlichen schubfesten Verbunds der einzelnen Scheiben untereinander.
Es kann daher bei einer erfindungsgemäßen Scheibenanordnung nicht mehr zu einer alleinigen Bewegung einer einzelnen Scheibe des Scheibenstapels bei einer Belastung führen, sondern eine Bewegung einer der Scheiben führt aufgrund des insbesondere weitestgehend temperaturunabhängigen schubfesten Verbunds an wenigstens zwei Kanten immer auch zu einer Beeinflussung der jeweils benachbarten Scheibe, so dass wirkende Kräfte bei erfindungsgemäßen Scheibenanordnungen nicht nur von derjenigen Scheibe aufgenommen wird, auf die die Kraft unmittelbar wirkt, sondern es wird über den schubfesten Verbund die Kraftwirkung auf sämtliche Scheiben des Scheibenstapels übertragen.
Als weitestgehend temperaturunabhängig wird dabei verstanden, wenn sich die durch Temperatureinwirkung schwankende Schubsteifigkeit im Bereich von –45 bis 120 Grad Celsius, bevorzugt –30 bis 70 Grad auf die Verformungen des Scheibenstapels im Wesentlichen nicht auswirken.
Gerade entgegen der üblichen, im Stand der Technik vorherrschenden Meinung, dass Scheiben besonders weich in ihren Randbereichen zu lagern sind und Belastungen an den Kanten zu vermeiden sind, um einen Bruch aufgrund zu hoher Spannungsspitzen zu vermeiden, führt der hier erfindungsgemäß beanspruchte schubfeste Kanten-Verbund aufgrund seiner hohen Festigkeit zu einer herausragenden Gesamttragfähigkeit, die bislang mit Scheibenanordnungen im Stand der Technik nicht erreicht werden konnte.
So wird mit dem schubfesten Verbund oder der Lagesicherung über die Kanten der einzelnen Scheiben erreicht, dass die einzelnen Scheiben im Wesentlichen unverschieblich zueinander befestigt sind, wobei es gemäß der Erfindung ausreichend ist, wenn der erfindungsgemäße schubfeste Verbund oder die Lagesicherung ausschließlich nur über die Kantenstirnflächen der Scheiben erfolgt, nicht jedoch über die gesamte Fläche der einzelnen Scheiben.
Dies ist insbesondere insoweit vorteilhaft, als dass bei dem schubfesten Verbund oder der Lagesicherung die Verbindungselemente nur an den Kanten ausserhalb der Scheibenflächen angeordnet sind und somit, weil üblicherweise Scheibenanordnungen ohnehin in ihrem Randbereich in Tragwerkskonstruktionen eingefasst werden, nach einer Montage einer erfindungsgemäßen Scheibenanordnung unsichtbar sind.
Der schubfeste Verbund an den Kanten(stirnflächen) der einzelnen Glasscheiben untereinander kann hier erfindungsgemäß besonders vorteilhaft bewirken, dass bei einer Belastung, insbesondere einer mittig in einer Fläche eines Scheibenstapels wirkenden Belastung sich das Vorzeichen der im Scheibenstapel wirkenden Spannungen in der Richtung zum Rand hin in allen Scheiben des Scheibenstapels annähernd gleich umkehrt.
So wird hierdurch oftmals bewirkt, dass bei einer Belastung alle Scheiben eines Scheibenstapels annähernd die gleiche zumindest in einer Dimension wellige Form annimmt gegenüber einer üblicherweise im Stand der Technik lediglich bekannten ausbauchenden oder ungleichen Form des Scheibenstapels. Insbesondere diese außergewöhnliche Verformung eines erfindungsgemäßen Scheibenstapels zeigt die Kopplung der einzelnen Scheiben untereinander, durch die wirkende Kräfte grundsätzlich von allen Scheiben der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung aufgenommen werden.
Erfindungsgemäß kann das verbesserte Tragverhalten der Scheibenanordnung dadurch erreicht werden, dass wenigstens ein Verbindungselement an wenigstens zwei Kanten des Scheibenstapel angeklebt wird, so dass die Kantenstirnflächen benachbarter Scheiben des Scheibenstapels über das wenigstens eine Verbindungselement miteinander schubfest verbunden sind. Zwischen Verbindungselement und Scheibenkante ergibt sich dabei jeweils eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere über die gesamte Breite bzw. Höhe der Kantenstirnfläche und insbesondere die Länge, die durch die kontaktierende Fläche des Verbindungselements gegeben ist.
Erfindungsgemäß kann die Lagesicherung einer oder mehrer vorzugsweise als Überkopfverglasung (TRLV) montierten Scheiben der Scheibenanordnung dadurch erreicht werden, dass wenigstens ein Verbindungselement an wenigstens einer Kanten des Scheibenstapels angeklebt wird, so dass die Kantenstirnflächen benachbarter Scheiben des Scheibenstapels über das wenigstens eine Verbindungselement miteinander schubfest verbunden sind. Zumindest ergibt sich zwischen Verbindungselement und der Scheibenkante der durch Punkthalter gehaltenen Scheibe dabei eine stoffschlüssige Verbindung.
In einer Ausführung kann es vorgesehen sein, dass ein Verbindungselement als ein Flachprofil ausgebildet ist, welches eine solche Breite aufweist, dass es wenigstens die Kanten von zwei benachbarten Scheiben eines Scheibenstapels überdeckt und somit bei der Verklebung schubfest miteinander verbindet.
In einer anderen bevorzugten Ausführung kann es vorgesehen sein, dass ein Verbindungselement U-förmig oder E-förmig ausgebildet ist, wobei die Stirnflächen der U- oder E-Schenkel die Kantenstirnflächen der Scheiben des Glasscheibenstapels kontaktieren. Hierbei können auch Profilformen mit noch mehr als zwei oder drei von einer Basis oder einem Rücken abstehenden Schenkeln vorgesehen ein.
Die vorgenannten oder jegliche Verbindungselemente können eine Länge aufweisen, welche der Länge der Kante des Scheibenstapels entspricht.
Ebenso können über die Länge einer Kante mehrere kürzere und insbesondere von einander beabstandete Verbindungselemente vorgesehen sein. Hierbei kann die Anordnung auf den Kanten der Scheiben eines Scheibenstapels auch so sein, dass ausgehend von einer betrachteten Scheibe alternierend mit den Verbindungselementen wenigstens eine darüber und wenigstens eine darunter liegende Kante einer benachbarten Scheibe klebend kontaktiert wird.
Ein schenkeliges Verbindungselement, also insbesondere der U- oder E-Form kann bevorzugt zwei Materialien umfassen, insbesondere wobei die Schenkel aus einem ersten Material gebildet sind und die Schenkel durch eine Basis bzw. einen Rücken aus einem anderen Material verbunden sind. Hierbei kann das Material der Basis/des Rückens härter sein, insbesondere Stahl, als das Material der Schenkel, insbesondere Aluminium. Es kann dabei vorgesehen sein, dass zwischen den Schenkeln der Verbindungselemente eine Dichtungsmasse angeordnet ist, so dass sich nach einer Verklebung eines Verbindungselement keine Hohlräume ergebene.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann die Basis/der Rücken eines Verbindungselements, insbesondere parallel zu den Schenkeln in wenigstens zwei Teile geteilt sein, die lagevariabel zusammenfügbar sind, derart, dass die Stirnflächen der Schenkel in verschiedenen Ebenen angeordnet sind. Beispielsweise kann ein U-förmiges Verbindungselement zwischen den Schenkel in zwei Formteile geteilt sein und ein E-förmiges in drei Teile. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass die Trennflächen der Teile zueinander korrespondierende Strukturen aufweisen, insbesondere sich verhakende Rillen, so dass die beiden Teile formschlüssig in verschiedenen Positionen zusammenfügbar sind insbesondere in einer Richtung gegeneinander verschieblich sind. Nach einem Zusammenfügen oder Verschieben der Teile in eine gewünschte Position kann diese Position durch das einhaken der Formteile und zusätzlich durch einen Bügel fixiert werden, der die Teile übergreift, insbesondere über den Rücken/die Basis und die beiden äußeren Schenkel, also z. B. durch einen U-förmigen Bügel.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass ein Verbindungselement wenigstens ein von der Kante der Scheiben wegweisendes Ankerelement aufweist, mittels dem ein Scheibenstapel in einer Tragkonstruktion verankerbar ist. So kann ergänzend erreicht werden, dass eventuell wirkende Kräfte nicht nur über die Scheibenanordnung an sich, sondern aufgrund der Verankerung auch über eine damit verankerte Tragkonstruktion, wie z. B. eine Rahmenanordnung, aufgenommen werden kann.
Gemäß einem weiteren, sehr bevorzugten Aspekt der erfindungsgemäßen Anordnung muss es vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Scheiben des Scheibenstapels, insbesondere alle Scheiben des Scheibenstapels, in ihrer Bewegung aneinander flächig oder zumindest partiell gekoppelt sind.
Dies ist besonders vorteilhaft, da durch die Kopplung erreicht werden kann, dass alle Scheiben des Scheibenstapels bei einer Belastung im Wesentlichen gleiche Verformungen insbesondere im Wesentlichen die gleiche Biegelinie aufweisen. Beispielsweise kann dies dadurch konstruktiv erreicht werden, dass zwischen zwei Scheiben ein adhäsives Trennmittel, insbesondere ein zug- und druckbeständiges Trennmittel angeordnet wird.
Hierbei kann es sich bei einem Trennmittel um jegliches nicht gasförmiges Trennmittel, also beispielsweise auch um ein viskoses oder flüssiges Trennmittel, wie z. B. ein Öl handeln. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass ein Trennmittel zwei Scheiben klebend miteinander verbindet, wie dies von üblichen, im Stand der Technik bekannten Verbundglasscheiben her bekannt ist.
Insofern kann zum Einsatz gemäß der Erfindung ein Trennmittel verwendet werden, welches im Stand der Technik für Verbundglasscheiben und Verbundsicherheitsglasscheiben hinlänglich bekannt ist, z. B. Folien und Harze. Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass transparente Trennmittel zum Einsatz kommen können, die die Transparenz der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung im Durchsichtbereich einer derartigen Scheibenanordnung nicht negativ beeinflusst. Für die erfindungswesentlichen Wirkungen ist hierbei das Schubmodul des verwendeten Trennmittels im Wesentlichen irrelevant, da der erfindungsgemäße Schubverbund wie eingangs erwähnt lediglich über die erfindungsgemäßen Verbindungselemente im an den Kanten der Scheibenanordnung erreicht wird.
Bei einer erfindungsgemäßen Scheibenanordnung mit einer Füllung, insbesondere mit einem Öl oder einem sonstigen viskosen Medium zwischen je zwei Scheiben kann es vorgesehen sein, dass die Scheibenanordnung blasenfrei unter Druck und/oder unter zur Hilfenahme eines Vakuums mit der Flüssigkeit befüllt wird.
Füllungen können vor dem Herauslaufen über den Randbereich des Scheibenstapels mit dauerelastischen Materialien, insbesondere Silikon oder Buty gehindert werden.
Füllungen können vor der Montage des Scheibenstapels aufgedampft, aufgesprüht, aufgestrichen, aufgewalzt oder nach der Montage des Scheibenstapels eingegossen, eingepumpt oder hineingezogen werden.
Es besteht dabei weiterhin die Möglichkeit als Füllung ein Funktionsmaterial zu verwenden, welches eine gewünschte Eigenschaft aufweist, wie z. B. eine Filter- oder Rückstrahlwirkung o. ä.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass ein Trennmittel mit einem Verbindungselement verbunden ist. Insbesondere kann so auch eine Verbindung des Trennmittels mit einem an einem Verbindungselement angeordneten Anker erreicht werden, so dass bei einem eventuellen Glasbruch und einer unmittelbaren Einwirkung einer Kraft, z. B. durch die Gewichtskraft einer gebrochenen Scheibe, auf das Trennmittel weiterhin auch von den Ankern aufgenommen werden können, die an einer Tragkonstruktion ergänzend befestigt sind. So kann insbesondere eine Resttragfähigkeit einer erfindungsgemäßen Scheibenanordnung weiter erhöht werden indem die Scheibenkonstruktion nicht mehr aus ihren Auflagern rutschen kann und somit auch ESG zur Verwendung in VSG kommen kann.
Eine erfindungsgemäße Scheibenanordnung, die einen schubfesten Kantenverbund der vorgenannten Art aufweist, muss nicht zwingend eine plane Scheibenanordnung sein, sondern es kann sich hierbei auch um eine in ein oder zwei Dimensionen gekrümmte Scheibenanordnung handeln. Eine derartige gekrümmte Scheibenanordnung kann hierbei besonders vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass wenigstens zwei, zumindest in einer Dimension vorgekrümmte, insbesondere ursprünglich ohne Belastung ebene Scheiben miteinander in der vorgenannten Art und Weise schubfest am Rand miteinander verbunden sind, so dass das Gesamtsystem eine Vorspannung erhält und im verbundenen Zustand die Vorkrümmung der unverbundenen Scheiben im Wesentlichen erhalten bleibt, d. h. im Wesentlichen bis auf eine eventuelle verbleibende geringe Rückstellung.
Eine derartige Konstruktion kann beispielsweise erreicht werden, wenn zur Herstellung einer solchen gekrümmten Scheibenanordnung der insbesondere ebene Scheibenstapel zunächst in eine gewünschte gekrümmte Form gebracht wird. Dies kann beispielsweise durch eine Formschablone erreicht werden, die die gewünschte Form im Randbereich einer zu krümmenden Scheibenanordnung nachbildet, so dass wenigstens zwei Scheiben mit oder auch ohne zwischen den Scheiben angeordnetes Trennmittel zunächst in diese gewünschte Form gedrückt werden können.
Beispielsweise können hierfür die Scheiben zwischen entsprechende geformte Matrize und Patrize eingeschlossen werden. In dieser so erreichten Form kann sodann der erfindungsgemäße schubfeste Kantenverbund der Scheiben entweder durch Aufkleben von wenigstens einem Verbindungselement an den Kanten hergestellt werden oder das oder die Verbindungselement/-e wurden vor der Verformung aufgeklebt und ist/sind der Anzahl minus eins der Einzelscheiben entsprechend geteilt und gegeneinander verschieblich und können sich beim Verformungsprozess in der Art aneinander verhaken, das sie ein Rückstellen der Scheibenkanten nicht mehr zulassen.
Nach einem Aushärten des Klebers oder dem Einhaken und eventuellen Sichern der Elemente durch einen Bügel ist somit der schubfeste Verbund über den Kantenbereich des Scheibenstapels erreicht, so dass die wirkende Kraft zwischen Matrize und Patrize aufgehoben werden kann, wonach die so in Form gebrachte Scheibenanordnung die beabsichtigte Form erreicht, gegebenenfalls bis auf eine geringe, im Wesentlichen zu vernachlässigende oder von vornherein zu berücksichtigende Rückfederung.
Auf diese Art und Weise können in einer Dimension, gegebenenfalls auch in mehreren Dimensionen, wenigstens zwei Scheiben miteinander verbunden werden, so dass sich das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Schubverbund im Kantenbereich der Scheiben besonders eignet, um gekrümmte, z. B. kuppelförmige Scheibenanordnungen herzustellen, welche durch ihren Vorspannzustand und die eingeprägte Vorkrümmung eine wesentlich höhere Steifigkeit aufweisen als plane Scheibenanordnungen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sowohl einer erfindungsgemäßen gekrümmten Scheibenanordnung als auch des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass ein derartiger gekrümmter Scheibenstapel wenigstens einen Wandbereich eines Gehäuses bildet, wobei das Innere des Gehäuses zumindest teilweise evakuiert werden kann. So kann durch die Evakuierung, insbesondere wenn vorher eine Edelgasfüllung vorgesehen ist, eine besonders gute thermische Isolierung des Gehäuses erzielen. Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass die Evakuierung derart ist, dass durch den wirkenden Unterdruck im Gehäuse der wenigstens eine durch einen gekrümmten Scheibenstapel ausgebildete Wandbereich in eine im Wesentlichen ebene Form gezogen wird.
Abhängig von der Form des Gehäuses können so beliebige thermisch isolierende Scheibenanordnungen hergestellt werden, wobei es gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäß vorgekrümmten Scheibenanordnung vorgesehen sein kann, dass eine isolierende Scheibenanordnung gebildet wird durch zwei gedichtet aneinanderliegende vorgekrümmte erfindungsgemäße Scheibenanordnungen, die besonders bevorzugt jeweils zueinander entgegengesetzte Krümmung aufweisen.
Es kann sodann das Volumen zwischen diesen aneinander anliegenden gekrümmten Scheibenanordnungen zumindest teilweise evakuiert werden. Diese Evakuierung kann auch derart weit in einer besonders bevorzugten Ausführung erfolgen, dass die Gesamtanordnung der zwei gekrümmten Scheibenanordnungen in eine im Wesentlichen ebene Form gezogen wird, so dass hierdurch eine besonders vorteilhafte Isolierglasscheibe erreicht werden kann.
Gegenüber üblichen Isolierglasscheiben, die lediglich eine Gasfüllung zwischen zwei beabstandeten planen Glasscheiben aufweist, hat eine erfindungsgemäße Isolierglasscheibe den besonderen Vorteil, das Volumen zwischen den Scheibenanordnungen evakuieren zu können, wodurch eine bessere Isolierung erreicht wird. Aufgrund der Vorkrümmung in den Scheibenanordnungen wird erreicht, dass bei einer Evakuierung die Scheiben unter Beibehaltung eines Abstandes aufeinander zugezogen werden, was bei üblichen, im Stand der Technik bekannten Isolierglasscheibenanordnungen nicht der Fall ist, da bei einer Evakuierung der auf Abstand zueinander angeordneten planen Scheiben diese Scheiben aufeinander zugezogen und einander berühren würden.
Der Stand der Technik sowie bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den nachfolgenden Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
1a einen schubweichen Verbund im Randbereich zwischen zwei Glasscheiben und die Auswirkung bei einer Belastung
1b einen schubweichen flächigen Verbund zwischen zwei Glasscheiben und die Auswirkung bei einer Belastung
2 einen schubfesten erfindungsgemäßen Verbund zwischen zwei Glasscheiben im Randbereich sowie die Auswirkung bei einer Belastung
3 die wirkenden Spannungen in einer Glasscheibe mit einem schubfesten Randverbund an zwei einander gegenüberliegenden Randbereichen
3a: die Verbundwirkung unter Ansatz verschiedener Schubmodule
4: mögliche Ausführungen der Verbindungselemente
5: zweigeteilte Verbindungselemente
6: Die Anwendung als Gleitsicherung
7: Mögliche Befestigungsorte der Verbindungselemente
8: eine Isolierglasanordnung aus zwei vorgekrümmten erfindungsgemäßen Scheibenanordnungen
9: ein evakuierbares Gehäuse mit einem Wandbereich, der aus einer vorgekrümmten erfindungsgemäßen Scheibenanordnung ausgebildet ist.
Die 1a und 1b zeigen zunächst zur Darstellung des Vergleichs zwischen schubfesten und nicht schubfesten Verbindungen je einen Scheibenstapel aus zwei Scheiben 1 und 2, hier insbesondere von Glasscheiben.
In 1a sind die Scheiben des Scheibenstapels im Bereich ihres Randes unter einem Abstand zur jeweiligen äußeren Kante 1a bzw. 2a über ein nicht schubfestes Verbindungselement 3 verbunden und der entstehende Hohlraum zwischen den Scheiben mit einem Gas oder mit Luft befüllt.
In 1b sind die Scheiben des Scheibenstapels vollflächig über eine nicht schubfeste, dem Stand der Technik entsprechende Trennschicht 3 miteinander verbunden.
Sind Scheibenstapel wie in 1a dargestellt miteinander verbunden, so wird ein derart weiches Verbindungselement 3 gewählt, dass mittels der weichen Verbindung zwischen den Scheiben 1 und 2 ein Bersten der Scheiben bei einer zu starken Belastung ausgeschlossen ist. Wirkt nun auf eine derartige Scheibenanordnung eine Kraft F z. B. mittig auf eine Scheibe, so wie es rechts in der 1a erkennbar ist, so ergibt sich durch die Scherbewegung im Verbindungselement 3, dargestellt in der mittigen Ausschnittsvergrößerung, auch ein Verschieben und insbesondere ein Verdrehen der Stirnseiten bzw. Kanten 1a und 2a der jeweiligen Scheiben 1 und 2 zueinander, so dass diese im Belastungsfall nicht mehr, wie in der 1a linksseitig dargestellt, miteinander fluchten und sich für die Glasscheiben des Scheibenstapels unterschiedliche Biegelinien ergeben.
Sind Scheibenstapel wie in 1b dargestellt vollflächig miteinander verbunden, so wird ein derart weiche Trennlage 3 gewählt, um überhaupt erst zwischen den Scheiben 1 und 2 ein dauerhafte thermoplastische Laminierung zu ermöglichen und darüber hinaus ein Resttragverhalten nach dem Bruch einer der Scheiben zu gewährleisten. Wirkt nun auf eine derartige Scheibenanordnung eine Kraft F z. B. mittig auf eine Scheibe, so wie es rechts in der 1b erkennbar ist, so ergibt sich durch die Scherbewegung in der Trennschicht 3, dargestellt in der mittigen Ausschnittsvergrößerung, auch ein Verschieben der Stirnseiten bzw. Kanten 1a und 2a der jeweiligen Scheiben 1 und 2 zueinander, so dass diese im Belastungsfall nicht mehr, wie in der 1b linksseitig dargestellt, miteinander fluchten.
Es ist so ohne Weiteres ersichtlich, dass bei einer Belastung durch eine Kraft F zunächst die Scheiben 1 der 1a die Kraft aufnimmt und die Scheibe 2 vorwiegend über den schubweichen Abstandshalter (Spacer) belastet wird.
Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dass bei einer Belastung durch eine Kraft F die Scheiben 1 und 2 der 1b zwar eine parallele Biegelinie aufweisen nicht in ihrer Gesamtheit die Kraft aufnehmen, sondern die Tragfähigkeit des Gesamtsystems ist im Wesentlichen nur durch die Tragfähigkeit der beiden Einzelscheiben gegeben.
Demgegenüber zeigt die 2 das Verhalten eines erfindungsgemäßen schubfesten Kantenverbunds zwischen den beiden Scheiben 1 und 2, bei denen es sich z. B. um Glasscheiben handeln kann. Bevorzugt ist das Schubmodul des Verbindungselementes 3 kleiner als das der zu verbindenden Scheiben 1 und 2.
In 3a wird exemplarisch der Zusammenhang des Schubmoduls des Verbindungselementes 3 gemäß 2 der Durchbiegung und den Spannungen in einem aus zwei Scheiben bestehenden Scheibenstapel dargestellt. Eine besonders bevorzugte Schubsteifigkeit für das Verbindungselement 3 gemäß 2 ist das in 3a dargestellte Optimum der Schubsteifigkeit zur Spannung und Durchbiegung eines erfindungsgemäßen Scheibenstapels. Dieses Optimum ergibt sich dort, wo sich der Verlauf der maximalen Zugspannung in der Nähe des Verbindungselementes mit dem Verlauf der maximalen Zugspannung in Feldmitte schneiden.
Bei der Ausführung nach 2 muss zwischen den Scheiben 1 und 2 noch ein adhäsives Trennmittel 5 angeordnet sein, welches bewirkt, dass bei einer Belastung der Gesamtanordnung durch eine Kraft F die Bewegung einer Scheibe 1 auch an die andere Scheibe 2 weitergetragen wird, so dass die Scheiben 1 und 2 untereinander gekoppelt sind und parallele Biegelinien erfahren.
Erkennbar ist hier in der 2, dass bei einer etwa mittig wirkenden Kraft F auf die Gesamtscheibenanordnung sich eine gegenüber der Verformung im Stand der Technik nach 1a und 1b andere Verformung ergibt. So ist im Wesentlichen die Verformung in der 1a derart, dass die Scheiben einer Scheibenanordnung, die am Rand eingespannt ist, mit jeweils unterschiedlichen Biegelinien. In 1b ist die Verformung derart, dass der Scheibenstapel, im Wesentlichen nur ausbaucht, mit einem einzigen negativen Krümmungsmaximum M etwa am Ort der wirkenden Kraft und insofern mittig der gesamten Scheibenanordnung.
Hingegen ergibt sich bei einer erfindungsgemäßen Anordnung eine geänderte Verformung bzw. annähernd gleiche bzw. eine parallele Biegelinie in den Einzelscheiben in der Form einer Welle bei seitlicher Betrachtung des Querschnittes, wie in der 2 mit insgesamt drei in jeder Einzelscheibe jeweils annähernd gleichen Krümmungsmaxima, nämlich einmal das negative Krümmungsmaximum M1, etwa im Bereich der wirkenden Kraft sowie die positiven Krümmungsmaxima M2 und M3 im Bereich des Randes der gesamten Scheibenanordnung.
Die Maxima wandern mit steigender Schubsteifigkeit von innen auf das Verbindungselement zu.
Die 3 zeigt bei einer erfindungsgemäßen Scheibenanordnung mit einem schubfesten Randverbund in zwei einander gegenüberliegenden Randbereichen die auftretenden Spannungen in einer einzelnen Scheibe in etwa perspektivischer sowie geschnittener Ansicht, wobei diese Spannungen zu der vorbeschriebenen Verformung aus der ebenen Lage der Scheibe heraus führt.
Erkennbar ist hier, dass die wirkenden Spannungen S in der betrachteten Scheibe ausgehend von der Mitte der Scheibe in Richtung des Randbereichs an einer Stelle V ihr Vorzeichen vom Negativen zum Positiven wechseln, d. h. dass hier Druckspannungen und Zugspannungen abwechseln. Durch dieses erfindungsgemäße typische Verhalten einer zweiseitig gelagerten Platte wird der Kraftschluss im gesamten Tragsystem einer erfindungsgemäßen Scheibenanordnung verdeutlicht.
Die 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Verbindungselemente 3.
Z. B. zeigt die 4a ein Verbindungselement, welches als ein Flachprofil ausgebildet ist, hingegen in den 4b und 4c als ein U-förmiges Profil. Dabei ist in der 4c das Verbindungselement einstückig ausgebildet und in der 4b aus zwei verschiedenen Materialien. Ein Schenkel 3b kann z. B. aus einem weicheren Material ausgebildet sein, z. B. aus Weichaluminium im Vergleich zum Rücken 3a, der z. B. aus Stahl ausgebildet sein kann. Auch andere Materialpaarungen sind hier möglich.
Allgemein gilt für alle Ausführungen, dass das E-Moduls des Verbindungselements im Kontaktbereich zum Glas, bei einer solchen zuvor beschriebenen Ausführung vergleichbar sein soll mit dem E-Modul von Glas, also insbesondere in der Umgebung von 7000 KN/cm².
Die 5 zeigen eine mehrteilige, hier zweiteilige Ausführung eines U-förmigen Verbindungselementes 3. Hier ist das Verbindungselement 3 parallel zu den Schenkeln 3c und 3d zwischen diesen geteilt. Die zu den beiden Teilen gehörenden Trennflächen 3e haben hier eine senkrecht zur Papierebene verlaufende Rillen oder Zahnstruktur, so dass die beiden Teile mit den Schenkeln 3c und 3d in verschiedenen Positionen zusammengesetzt werden können oder bei einer Verschiebung einhaken können und hierbei ein Formschluss in den Trennflächen entsteht. Die 5a und 5b zeigen zwei verschiedene mögliche Positionen, wobei in der 5a die Stirnflächen der Schenkel 3c und 3d in einer Ebene liegen und in der 5b in verschiedenen Ebenen z. B. nach einer Verschiebung der Stirnflächen liegen. So können die Verbindungselemente an die Lage der Stirnflächen der Kanten der Glasscheiben 12 und 2 angepasst werden.
Die 5b zeigt weiterhin, dass die beiden zusammengefügten Teile in ihrer Position aneinander fixiert werden können durch einen Bügel 3f, der den Rücken und die Schenkel umgibt.
Die 6 zeigt mit den verschiedenen Verbindungselementen 3 eine jeweils realisierte Gleit- oder Lagesicherung von Scheiben eines Stapels. Hier ist eine rechtsseitige Scheibe 2 mittels einer Halters 4 lagestabil gesichert. Die Verbindungselemente 3 bewirken, dass die Scheibe 1 gegenüber der Scheibe 2 lagestabil bleibt, obwohl diese nicht selbst direkt an einer Halterung gesichert ist.
Die 7 zeigt verschiedene Anbringungsorte der Verbindungselemente 3. Linksseitig sind Verbindungselemente 3 nur an einer unteren Kante des Scheibenstapels vorgesehen. Mittig an jeder Kante mehrere und rechtsseitig an jeder Kante im Bereich einer Ecke nur jeweils ein Verbindungselement.
Die 8 zeigen eine besonders bevorzugte, erfindungsgemäße Ausgestaltung, bei der zwei erfindungsgemäße Scheibenanordnungen S1 und S2, die jeweils eine Vorkrümmung aufweisen, in ihrem Randbereich gedichtet aneinander anliegen. Hierzu kann ein entsprechend ausgebildetes Randprofil RP verwendet werden, was beide Scheibenanordnungen übergreift.
Hier ist die Krümmung in zwei Dimensionen, das bedeutet, dass eine Scheibenanordnung im Wesentlichen in zwei Dimensionen bauchig ausgeführt ist. Im Randbereich kann durch ein zumindest teilweise gelenkiges und die beiden Scheibenanordnungen übergreifendes Profil RP eine Dichtigkeit zwischen den beiden Scheibenanordnungen S1 und S2 erreicht werden, so dass das zwischen den Scheibenanordnungen eingeschlossene Volumen VL z. B. Luft oder auch ein Edelgas von der Umgebung getrennt ist.
Es kann sodann vorgesehen sein, durch eine nicht gezeigte Ventilanordnung dieses zwischen den Scheibenanordnungen eingeschlossene Volumen VL zu evakuieren, wodurch aufgrund des Druckunterschieds zur Umgebung eine wirkende Kraft in Richtung von außen auf die beiden Scheibenanordnungen entsteht, die dazu tendiert, die Vorkrümmung aufzuheben, so dass, wie in der 8 rechtsseitig dargestellt, eine wenigstens annähernd plane, d. h. wenigstens annähernd ebene Isolierglasscheibe aus den beiden Scheibenanordnungen S1 und S2 entsteht, bei der zwischen den beiden erfindungsgemäßen Scheibenanordnungen eine luft- bzw. gasevakuierte Zone entstanden ist mit hervorragenden thermisch isolierenden Eigenschaften. Deutlich ist hier in den Ausschnittsvergrößerungen der Randbereiche zu erkennen, dass die Lage der jeweiligen Stirnseiten bzw. Kanten der beiden Einzelscheiben 1 bzw. 2 der jeweiligen Scheibenanordnungen nach der Evakuierung und der Verformung der Scheibenanordnung in die wenigstens annähernd ebene Form aufgrund des festen Schubverbundes erhalten geblieben ist. Es wird so eine erfindungsgemäße Isolierglasscheibe mit hervorragenden Isolationseigenschaften sowie auch mit hervorragenden lastabtragenden Eigenschaften erreicht.
Die 9 zeigt weiterhin eine Anordnung zur Ausbildung eines thermisch isolierenden Gehäuses G mit einer erfindungsgemäßen Scheibenanordnung S1, die zumindest einen nach außen weisenden Wandbereich des Gehäuses ausbildet. Die Scheibenanordnung kann hierbei in einem umlaufenden separaten Rahmen fixiert sein. Die Scheibenanordnung kann so eine dampfdichte und elastische umlaufende Lagerung erhalten. Hier wird dargestellt, dass durch eine Evakuierung des Gehäuses G durch den Kanal K die ursprüngliche Krümmung einer Scheibenanordnung S1 gemäß der oberen Darstellung in die zumindest annähernd, bevorzugt vollständig ebene Form gezogen werden kann, gemäß der unteren Darstellung. Hierdurch wird ein evakuiertes Gehäuse, welches durch den Kanal K zu einem späteren Zeitpunkt nachevakuiert werden kann, mit einer zumindest annähernd ebenen, nach außen hin abgeschlossenen Glasfläche erzeugt, welches für verschiedene Anwendungen Einsatz finden kann, beispielsweise zum Einbau von Absorberflächen, oder Absorberleitungen oder Röhren von Sonnenkollektoren.
Sämtliche vorbeschriebenen Ausführungen der Erfindung sind als nicht beschränkend und lediglich als Beispiele zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung zu verstehen.
Bezüglich sämtlicher Ausführungen ist festzustellen, dass die in Verbindung mit einer Ausführung genannten technischen Merkmale nicht nur bei der spezifischen Ausführung eingesetzt werden können, sondern auch bei den jeweils anderen Ausführungen. Sämtliche offenbarten technischen Merkmale dieser Erfindungsbeschreibung sind als erfindungswesentlich einzustufen und beliebig miteinander kombinierbar oder in Alleinstellung einsetzbar.

Claims

Glasscheibenanordnung, umfassend einen Glasscheibenstapel mit wenigstens zwei Glasscheiben, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens an einer Kante (1a, 2a) des Glasscheibenstapels die Kantenstirnflächen zweier benachbarter Glasscheiben (1, 2) mittels wenigstens eines Verbindungselements (3) miteinander derart schubfest verbunden sind, dass bei einer Belastung des Glasscheibenstapels die relative Lage der Kanten (1a, 2a) bzw. der Stirnflächen der verbundenen Glasscheiben (1, 2) zueinander im Wesentlichen erhalten bleibt.
Scheibenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schubfeste Verbund wenigstens an zwei einander gegenüberliegenden Kanten (1a, 2a) des Glasscheibenstapel gebildet ist.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Belastung, insbesondere einer mittig in der Fläche eines Scheibenstapels wirkender Belastung (F) sich das Vorzeichen der im Scheibenstapel wirkenden Spannungen (S) in der Richtung zum Rand hin umkehrt und die Scheiben eine parallele Biegelinie einnehmen.
Scheibenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Belastung ein Scheibenstapel eine zumindest in einer Dimension wellige Form annimmt.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungselement (3) mit den Kantenstirnflächen der Scheiben (1, 2) stoffschlüssig, insbesondere durch Verklebung verbunden ist.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungselement (3) als ein Flachprofil ausgebildet ist, insbesondere mit einer Breite, dass wenigstens die Kantenstirnflächen von zwei benachbarten Scheiben überdeckt werden.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungselement (3) wenigstens zwei Schenkel aufweist, die sich von einer gemeinsamen Basis/einem gemeinsamen Rücken aus erstrecken, insbesondere ein Verbindungselement U-förmig oder E-förmig ausgebildet ist, wobei die Stirnflächen der Schenkel die Kantenstirnflächen der Scheiben des Scheibenstapels kontaktieren.
Scheibenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrschenkliges Verbindungselement zwei Materialien umfasst, insbesondere wobei die Schenkel aus einem ersten Material gebildet sind und die Schenkel durch eine Basis bzw. einen Rücken aus einem anderen Material verbunden sind.
Scheibenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Basis/des Rückens härter ist, insbesondere Stahl, als das Material der Schenkel, insbesondere Aluminium.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis/der Rücken eines Verbindungselements, insbesondere parallel zu den Schenkeln zwischen zwei Schenkeln geteilt ist, wobei die Teile die lagevariabel zusammenfügbar sind, derart, dass die Stirnflächen der Schenkel in verschiedenen Ebenen angeordnet sind.
Scheibenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennflächen der Teile zueinander korrespondierende Strukturen aufweisen, insbesondere Zähne oder Rillen, so dass die Teile in verschiedenen Positionen verschiebbar und in die Gegenrichtung sich verhakend/verzahnend ausgeführt sind oder formschlüssig zusammenfügbar sind insbesondere wobei die Teile durch einen die Teile übergreifenden Bügel fixierbar/fixiert sind.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schenkeln der Verbindungselemente eine Dichtungsmasse angeordnet ist.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne nebeneinander angeordnete Verbindungselemente (3) auf der den Kanten abgewandten Seite verbunden sind.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungselement (3) wenigstens ein von der Scheibenstapelkante wegweisendes Ankerelement (7) aufweist, mittels dem ein Scheibenstapel in einer Tragkonstruktion (8) verankerbar ist.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Scheiben (1, 2) in ihrer Bewegung durch das wenigstens eine kantenstirnseitige Verbindungselement aneinander derart gekoppelt sind, dass zwei Scheiben (1, 2) eines Scheibenstapels bei einer Belastung im Wesentlichen gleiche Verformung aufweisen.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Scheiben (1, 2) ein, insbesondere zug- und druckbeständiges Trennmittel (5) angeordnet ist, insbesondere wobei ein Trennmittel zwei Scheiben klebend verbindet.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trennmittel (5) mit einem Verbindungselement (3) verbunden ist, insbesondere mit einem an einem Verbindungselement (3) angeordneten Anker (7).
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei zumindest in einer Dimension vorgekrümmte Scheiben (1, 2) miteinander verbunden sind, so dass im verbundenen Zustand die Vorkrümmung der unverbundenen Scheiben (1, 2) im wesentlichen erhalten bleibt, insbesondere bis auf eine verbleibende Rückfederung.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gekrümmter Scheibenstapel (S1) wenigstens einen Wandbereich eines Gehäuses bildet, wobei das Innere des Gehäuses zumindest teilweise evakuiert ist, insbesondere so dass durch eine Evakuierung des Gehäuses der wenigstens eine durch einen Scheibenstapel (S1) gebildete Wandbereich in eine im Wesentlichen ebene Form gezogen ist.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, insbesondere entgegengesetzt gekrümmte Scheibenstapel (S1, S2) in ihrem Randbereich gedichtet miteinander verbunden sind und der Zwischenraum zwischen den Scheibenstapeln (S1, S2) zumindest teilweise evakuiert ist, insbesondere wobei mittels Evakuierung des Zwischenraumes zwischen den Scheibenstapeln (S1, S2) die Gesamtanordnung der zwei Scheibenstapel (S1, S2) in eine im Wesentlichen ebene Form gezogen ist.
Scheibenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des Gehäuses oder der Zwischenraum zwischen zwei Scheibenstapel (S1, S2) mittels einer Ventilvorrichtung mit der Umgebung verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung einer gekrümmten Glasscheibenanordnung, umfassend einen Glasscheibenstapel mit wenigstens zwei Glasscheiben, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasscheibenstapel (S1, S2) in eine gewünschte gekrümmte Form gebracht wird und in dieser Form benachbarte Glasscheiben (1, 2) durch Verbindungselemente, die an die Kantenstirnseiten geklebt werden, miteinander schubfest verbunden werden.