DE102007027271B4

DE102007027271B4 - Verwendung eines Flächenmaterials für architektonische Zwecke

Info

Publication number: DE102007027271B4
Application number: DE200710027271
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Siefert; Gerhard Dipl.-Ing. Mangold
Original assignee: Rowo Coating Gesellschaft fur beschichtung mbH
Current assignee: Rowo Coating Gesellschaft fur beschichtung mbH
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2027-06-12
Also published as: EP2162562A2; DE102007027271A1; US20100190401A1; WO2008151603A2; WO2008151603A3

Abstract

Verwendung eines Flächenmaterials (1),
wobei das Flächenmaterial (1) eine flexible sowie für Licht transparente Kunststofffolie oder ein flexibles sowie für Licht transparentes, beschichtetes Gewebe ist und
wobei das Flächenmaterial (1) mehrere wellenlängenselektive Beschichtungen (2, 2', 3), unter anderem wenigstens eine Metall-Beschichtung (3), für eine erhöhte Transmission des sichtbaren Spektralbereichs sowie für eine erhöhte Reflexion des infraroten Spektralbereichs aufweist,
für architektonische Zwecke, nämlich Membrane für Dach- und Fassadenkonstruktionen,
wobei die Kunststofffolie oder die Gewebebeschichtung aus den Materialien Fluorpolymer, insbesondere ETFE, Silikon oder PVC besteht.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Flächenmaterials, wobei das Flächenmaterial eine flexible sowie für Licht transparente Kunststoffolie oder ein flexibles sowie für Licht transparentes, beschichtetes Gewebe ist und wobei das Flächenmaterial mehrere wellenlängenselektive Beschichtungen für eine erhöhte Transmission des sichtbaren Spektralbereichs sowie für eine erhöhte Reflexion des infraroten Spektralbereichs aufweist.
Die ”architektonischen Zwecke” sind im allgemeinsten Sinne dahingehend zu verstehen, dass das erfindungsgemäße Flächenmaterial auf irgendeine Art und Weise bei architektonischen Gebilden eingesetzt werden kann. Anwendungsbeispiele sind beispielsweise Zeltmembrane sowie Markisen- und Sonnensegelstoffe.
Auch das ”Flächenmaterial” ist im allgemeinsten Sinne zu verstehen, also ein im wesentlichen flächiges Gebilde. Dieses kann auch im Folgenden als Membran oder Substrat bezeichnet werden.
Transparente Flächenmaterialien für architektonische Zwecke können beispielsweise durch extrudierte Folien aus Fluorpolymeren gebildet sein. Diese sind hoch transparent und weisen bessere Lichttransmissionswerte als beispielsweise Glas auf. In nachteiliger Weise erlauben die Materialien und Herstellungsprozesse keine Produktvarianten, mit welchen gezielt auf das Wellenlängenspektrum des Sonnenlichts Einfluß genommen werden kann. So ist eine effektive Reflexion von Sonnenlicht im nicht sichtbaren Infrarotbereich nur möglich bei einer gleichzeitigen totalen Blockung der Lichttransmission im sichtbaren Wellenlängenbereich. Weiterhin sind die aufgebrachten Schichten (insbesondere Aluminium) stark korrodierend und müssen durch eine Lackschicht geschützt werden. Diese wiederum beeinträchtigt die Reflexionseigenschaften. Schließlich ermöglichen Bedruckungen des Flächenmaterials nur eine Verschattung.
Neben den vorerwähnten extrudierten Folien gibt es auch beschichtete Gewebe, insbesondere mit Teflon beschichtete Glasfasergewebe, mit PVC beschichtete Polyestergewebe oder silikonbeschichtete Glasfasergewebe. Diese eignen sich zur freitragenden Überspannung von großen Flächen und erlauben aufgrund ihrer Flexibilität komplexe Formgebungen. Allerdings besitzen auch diese beschichteten Gewebe Nachteile. So ist der Lichtdurchgang gering. Die maximale Transluzenz liegt bei 18 bis 20%. Weiterhin sind die Materialien nicht durchsichtig, sondern nur durchscheinend mit einer opaken Lichttransmission. Auch hier erlauben die Materialien und Herstellungsprozesse keine Produktvarianten, mit welchen man Einfluß auf das Wellenlängenspektrum des Sonnenlichts nehmen kann. So ist eine effektive Reflexion von Sonnenlicht im nicht sichtbaren Infrarotbereich ebenfalls nur möglich bei einer gleichzeitigen totalen Blockung der Lichttransmission im sichtbaren Wellenlängenbereich. Weiterhin sind die aufgebrachten Schichten stark korrodierend und müssen auch hier durch eine Lackschicht geschützt werden. Diese wiederum beeinträchtigt die Reflexionseigenschaften. Weiterhin sind die beschichteten Gewebe sehr teuer. Schließlich ist die Nutzungsdauer derart beschichteter Gewebe im Vergleich zu extrudierten Folien aus Fluorpolymeren eingeschränkt.
Der Artikel ”Fahland, M: Kunststofffolien im Vakuum beschichten. In: mo, 2001, Jahrgang 55, S. 40–41” zeigt eine Sonnenschutzfolie, deren Beschichtung einen möglichst großen Anteil des sichtbaren Lichts durchläßt und die nahe Infrarotstrahlung wirksam reflektiert. Dies wird dadurch erreicht, dass auf die Folie ein 3-schichtiges System aufgetragen wird. Dabei ist zwischen zwei dielektrischen Schichten eine dünne Metallschicht eingebettet. Die dünne Metallschicht dient der Abschirmung der Infrarotstrahlung, während die beiden dielektrischen Schichten zu einer Entspiegelung und damit zu einer hohen Transparenz im sichtbaren Spektralbereich führen. Diese Sonnenschutzfolie ist für Verglasungen, u. a. für Automobilverglasungen gedacht.
Die US 4 450 201 A geht in die gleiche Richtung. Hier ist auf einer Polyester-Folie ein 3-schichtiges System aufgebracht. Dabei ist eine Metallschicht zwischen zwei dielektrischen Schichten eingebettet. Bei diesen dielektrischen Schichten kann es sich um Metalloxide handeln.
Die DE 689 24 853 T2 zeigt die Herstellung eines Flächenmaterials bestehend aus einer flexiblen und transparenten Kunstofffolie auf der Basis eines Fluorpolymers mit einer wellenlängenselektiven Beschichtung durch Sputtern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine spezielle Verwendung des Flächenmaterials für architektonische Zwecke zu schaffen.
Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruch 1.
Die Grundidee des erfindungsgemäßen transparenten Flächenmaterials für architektonische Zwecke liegt in einer selektiven Strahlungstransmission mit hoher Transparenz des sichtbaren Lichts. Die Membran ist dabei mit einer wellenlängenselektiven Beschichtung versehen, die zum einen eine hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich und gleichzeitig durch eine hohe Reflexion eine geringe Transmission im nahen und fernen infraroten Spektralbereich aufweist. Die Metall-Beschichtung reflektiert dabei den infraroten Spektralbereich, während die zusätzliche Beschichtung im sichtbaren Spektralbereich eine Entspiegelung zur Erhöhung der Lichttransmission bewirkt. Dies bedeutet, dass die Transmission des sichtbaren Spektralbereichs auf jeden Fall größer ist als die Transmission des – nahen und fernen – infraroten Spektralbereichs. Selbstverständlich ist dabei die Transmission des sichtbaren Spektralbereichs nicht absolut 100%, sondern weniger. Der Teil des infraroten Spektralbereichs, welcher nicht reflektiert wird, wird nahezu vollständig von dem Flächenmaterial absorbiert. Somit wirkt die Beschichtung im Sinne einer Entspiegelung auf den sichtbaren Spektralbereich, so dass dadurch die Lichttransmission wesentlich erhöht wird. Dabei spielen sich bei der Entspiegelung auslöschende Interferenzeffekte der Wellen ab. Die hohe Reflexion im nahen und fernen infraroten Spektralbereich der Metall-Beschichtung sorgt dafür, dass das Eindringen von Sonnenenergie und der Verlust an Heizenergie auf ein Minimum reduziert ist. Das Flächenmaterial kann dabei aus einer oder mehreren Lagen aus Folien oder Folien-Gewebeverbänden oder beschichteten Geweben oder Kombinationen daraus bestehen. Dabei ist auf einer oder mehreren Oberflächen der Membranlagen die wellenlängenselektive Beschichtung aufgebracht. Konkret ist das Flächenmaterial eine Kunststofffolie oder ein beschichtetes Gewebe insbesondere mit den Materialien Fluorpolymer, Silikon oder PVC oder dgl. Das Gewebe als solches besteht dabei vorzugsweise aus Glas. Diese Materialien sind wegen ihrer geringen Oberflächenenergie und der damit verbundenen schlechten Anhaftung von allen Stoffen und der UV-Beständigkeit her sehr gut für architektonische Zwecke geeignet.
Dieses erfindungsgemäße transparente Flächenmaterial für architektonische Zwecke weist eine Vielzahl von Vorteilen auf. So schafft das Flächenmaterial in bauphysikalischer Hinsicht eine hohe Wärmedämmung nach außen sowie nach innen. Dies bedeutet einen geringen Wärmeverlust bei Nacht oder in der Heizperiode. Bei Sonneneinstrahlung bedeutet dies einen geringeren Klimatisierungsaufwand. Weiterhin zeichnet sich das erfindungsgemäße Flächenmaterial durch eine hohe Lichtdurchlässigkeit aus, was die sonst üblichen, notwendigen Beleuchtungsanlagen reduziert. Da das Flächenmaterial aufgrund seiner Transparenz durchsichtig ausgebildet werden kann, ist eine klare, großflächige Sicht nach außen geschaffen. Weiterhin ist eine Anpassung an geographische, klimatische sowie solare Gegebenheiten möglich. So lassen sich durch Variationen im Beschichtungsaufbau der selektiven Schicht durch konstruktive Variationen des Materialschichtaufbaus die Eigenschaften an geographische und klimatische Gegebenheiten anpassen. Auch läßt sich in diesem Zusammenhang der Materialzuschnitt variieren. Energetisch gesehen ist mit dem erfindungsgemäßen Flächenmaterial eine Reduzierung des Energieverbrauchs möglich, und zwar sowohl bei der Klimatisierung als auch bei der Heizung. Daraus resultiert eine Reduzierung der CO₂-Belastung durch den geringeren Energieverbrauch. Schließlich hat das erfindungsgemäße Flächenmaterial auch architektonische Vorteile hinsichtlich ihrer Nutzung als flexible Folien und Gewebemembranen. Denn die gestalterischen Möglichkeiten des Membranaufbaus sind wesentlich besser nutzbar als bei den bekannten Flächenmaterialien. Das Licht und der Lichtdurchgang können als Gestaltungselemente verwendet werden.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen transparenten Flächenmaterials für architektonische Zwecke kann mittels Sputtertechnologie erfolgen. Der Vorteil besteht darin, dass die beschriebenen Schichtsysteme mittels der Sputtertechnologie ohne weiteres auf flexible Substrate aufgebracht werden können und sie mit ausreichender Haftung auf den genannten Substraten abgeschieden werden können. Dadurch können in einem Durchlauf mehrere unterschiedliche Schichten aufgebracht werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung schlägt gemäß Anspruch 2 vor, dass als zusätzliche Beschichtung eine Metalloxid-Beschichtung vorgesehen ist. Mit entsprechenden Metalloxiden kann ein hoher Entspiegelungsgrad im sichtbaren Spektralbereich erreicht werden.
Eine Weiterbildung hiervon schlägt gemäß Anspruch 3 ein mehrlagiges, insbesondere 3- oder 5-lagiges, wellenlängenselektives Beschichtungssystem (zusätzliche Beschichtung-Metall-Beschichtung etc.) vor. Dadurch kann die Selektivität des Strahlungsdurchgangs vergrößert werden. Statt eines 3-lagigen Systems kann ein 5-lagiges System die Selektivität des Strahlungsdurchganges noch weiter vergrößern. So besteht ein typischer Aufbau einer Beschichtung mit selektivem Strahlungsdurchgang aus mehreren Schichten von Metalloxid-Metall-Metalloxid oder Metalloxid-Metall-Metalloxid-Metall-Metalloxid. Solche Schichtsysteme können mittels der Sputtertechnologie im Rolle-zu-Rolle-Prozeß auf flexible Substrate aufgebracht werden.
Die Weiterbildungen der Ansprüche 4 und 5 schlagen spezielle Metalle bzw. Metalloxide für die entsprechenden Beschichtungen vor. Die Reihe an Materialien ist dabei nicht abschließend. Andere Materialien sind denkbar.
Grundsätzlich ist es denkbar und von Vorteil, wenn die wellenlängenselektive Beschichtung zum Schutz zur Innenseite gewandt eingebaut und somit nicht der Witterung ausgesetzt wird. Systeme, bei denen die wellenlängenselektive Beschichtung außenliegend angebracht wird, besitzen gemäß der Weiterbildung in Anspruch 6 vorzugsweise noch eine zusätzliche Schutzschicht.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen transparenten Flächenmaterials für architektonische Zwecke wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
1 einen schematischen Schnitt durch ein System aus einem Kissen aus drei Materiallagen;
2 ein Detailausschnitt aus der Darstellung in 1.
Ein Flächenmaterial 1 in Form einer extrudierten Folie aus Kunststoff oder einem beschichteten Gewebe insbesondere aus Glas weist – in diesem Ausführungsbeispiel – eine 3-lagige Beschichtung auf. Die erste Schicht direkt auf dem Flächenmaterial 1 ist eine Metalloxid-Beschichtung 2. Auf ihr befindet sich eine Metall-Beschichtung 3. Auf dieser befindet sich wiederum eine Metalloxid-Beschichtung 2'.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass weitere Metall- sowie Metalloxid-Beschichtungen vorgesehen sein können, insbesondere eine insgesamt 5-lagige Beschichtung.
Die Funktionsweise dieses Beschichtungssystems ist wie folgt:
Das Beschichtungssystem ist wellenlängenselektiv mit einer hohen Transmission im sichtbaren Spektralbereich und mit einer hohen Reflexion (und damit geringen Transmission) im nahen und fernen infraroten Spektralbereich. Dabei wird die Infrarotstrahlung an der Metall-Beschichtung 3 reflektiert, während die beiden Metalloxid-Beschichtungen 2, 2' durch Interferenzen eine Entspiegelung im sichtbaren Spektralbereich bewirken.
Bei einem 5-lagigen System werden diese Effekte im Vergleich zu dem vorbeschriebenen 3-lagigen System noch verstärkt.
1 zeigt eine architektonische Anwendung eines derartigen Systems in Form eines Kissens aus drei Materiallagen. Dabei befinden sich zwischen den einzelnen Materiallagen Luftzwischenräume.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur die mittlere Lage mit einem Beschichtungssystem versehen, wie es in 2 dargestellt ist. Es ist aber auch denkbar, zwei der Lagen oder alle drei Lagen jeweils mit einem Beschichtungssystem zu versehen.
Selbstverständlich ist es denkbar, auch nur eine Materiallage, zwei Materiallagen oder mehr als drei Materiallagen vorzusehen. Dieses Kissenprinzip stellt – wie gesagt – einen typischen Aufbau des Systems im Architekturbereich dar.
In einem Ausführungsbeispiel kann ein Schichtsystem aus Metalloxid-Metall-Metalloxid auf einer ETFE-Folie mit einer Transmission von 67% und einem Emissionsvermögen von 5% als Membranmaterial in einer Kissenkonstruktion für optisch transparente Dach- und Fassadenkonstruktionen vorgesehen sein.
Ein anderes Ausführungsbeispiel kann ein Schichtsystem aus Metalloxid-Metall-Metalloxid auf einer ETFE-Folie mit einer Transmission von 80% und einem Emissionsvermögen von 15% als Membranmaterial in einer Kissenkonstruktion ebenfalls für optisch transparente Dach- und Fassadenkonstruktionen vorgesehen sein.

1: Flächenmaterial
2: Metalloxid-Beschichtung
2': Metalloxid-Beschichtung
3: Metall-Beschichtung

Claims

Verwendung eines Flächenmaterials (1), wobei das Flächenmaterial (1) eine flexible sowie für Licht transparente Kunststofffolie oder ein flexibles sowie für Licht transparentes, beschichtetes Gewebe ist und wobei das Flächenmaterial (1) mehrere wellenlängenselektive Beschichtungen (2, 2', 3), unter anderem wenigstens eine Metall-Beschichtung (3), für eine erhöhte Transmission des sichtbaren Spektralbereichs sowie für eine erhöhte Reflexion des infraroten Spektralbereichs aufweist, für architektonische Zwecke, nämlich Membrane für Dach- und Fassadenkonstruktionen, wobei die Kunststofffolie oder die Gewebebeschichtung aus den Materialien Fluorpolymer, insbesondere ETFE, Silikon oder PVC besteht.
Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Beschichtung (2, 2', 3) zur der Metall-Beschichtung (3) eine Metalloxid-Beschichtung (2, 2') vorgesehen ist.
Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass abwechselnd mehrere Schichten aus einer Metall-Beschichtung (3) sowie einer Metalloxid-Beschichtung (2, 2') Vorgesehen sind, insbesondere drei Schichten oder fünf Schichten.
Verwendung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Metall-Beschichtung (3) Ag, Au, Cu, Al, Cr, NiCr vorgesehen ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Metalloxid-Beschichtung (2, 2') SiO₂, TiO₂, SnO₂, In₂O₃, Be₂O₃, Nb₂O₅ vorgesehen ist.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußerste Beschichtung (2, 2', 3) eine Schutzschicht gegen Witterungseinflüsse aufweist.