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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laminationsvorrichtung, insbesondere eine solche Laminationsvorrichtung, die zum Laminieren von Photovoltaik-Modulen verwendet werden, sowie eine Verwendung einer Folie in einer Laminationsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Laminationsvorrichtungen zum Laminieren bzw. Verpressen von Photovoltaik-Modulen oder anderen laminierfähigen Bauteilestapeln, auch Membranpressen genannt, wie sie beispielsweise in der früheren Anmeldung
DE 10 2009 002 024 des Anmelders beschrieben werden, bestehen aus einer druckdichten Presskammer, in welcher die eingeführten Bauteilestapel unter Druck und Vakuum und Temperatur verpresst werden. Der Unterdruck ist hierbei vor allem notwendig, um Luft zwischen den einzelnen Schichten der Bauteilstapel zu entfernen.
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Solche Laminationsvorrichtungen umfassen im Allgemeinen eine oder mehrere Presskammern, in die die Bauteilestapel beispielsweise mithilfe eines im unteren Teil der Kammer durchlaufenden Transportbands eingebracht werden. In der Presskammer ist oberhalb der Bauteile ein Releasesheet vorgesehen, welches Laminationsreste, wie zum Beispiel Folienreste, die während des Verpressens aus dem Bauteilestapel heraus gedrückt werden, vom Bauteilestapel aufnimmt und so die eingesetzte Anpressmembran vor Verunreinigung schützt. Die Kammer umfasst gewöhnlich mindestens eine Heizeinrichtung, beispielsweise eine elektrische Heizplatte oder eine Wärmetauscheinrichtung, die dazu dient den Bauteilestapeln in der Kammer die zum Laminieren erforderliche Wärme zuzuführen. Außerdem umfasst die Kammer eine flexible und elastische, beispielsweise aus Silikon bestehende Anpressmembran, die oberhalb der eingebrachten Bauteilestapel angeordnet ist. Die Anpressmembran ist druckdicht beispielsweise außerhalb der Kammern mithilfe von Spannvorrichtungen eingespannt, wodurch ein oberer druckdichter Kammerteil gebildet wird. Der untere Kammerteil, in den die Bauteilestapel auf den Transportbändern eingefahren werden, kann druckdicht verschlossen werden. Die obere und untere Kammer können jeweils mit unter Druck stehendem Gas (z. B. Luft) beaufschlagt oder einfach nur belüftet werden bzw. evakuiert werden. Ferner kann ein Stifthubsystem zum Anheben der Bauteilestapel vorgesehen sein, dessen Mechanik unterhalb der Heizplatte angeordnet ist und dessen Stifte durch Öffnungen in der Heizplatte hindurchgreifen.
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Im Betrieb werden die Bauteilestapel auf dem Förderband in die Presskammer eingefahren und kommen auf der Heizplatte zu liegen, die aufgrund ihrer thermischen Trägheit und der gewünschten Taktzeit üblicherweise bereits auf Solltemperatur erhitzt ist. Der obere Kammerteil ist bereits evakuiert, wodurch die Anpressmembran an der oberen Kammerwand anliegt. Die Kammer wird dann druckdicht verschlossen, der untere Kammerteil evakuiert und die Bauteilstapel werden im Vakuum oder bereits kurz nach dem Einfördern vom Stifthubsystem angehoben, um den Wärmeeintrag zu reduzieren. Dies ist insbesondere erforderlich, um ein vorzeitiges Aufschmelzen von Folien zu verhindern, die beispielsweise bei Solarmodulen zum Einsatz kommen. Ferner wird das Schüsseln beteiligter Gläser, das durch einseitige, schnelle Erwärmung auftreten kann, umfangreich vermindert. Die Evakuierung dient der Ausgasung der Bauteilestapel vor dem Aufschmelzungs- und/oder Vernetzungsschritt. Dabei werden die Bauteilestapel später auf die zum Laminieren notwendige Vernetzungstemperatur (beispielsweise ca. 150°C) erhitzt. Nach einer gewissen Vakuumphase(etwa 4 Minuten) werden die Bauteilstapel wieder auf die Heizplatte zurückgefahren, um die eigentliche und gewollte Erwärmung der Bauteilestapel zu erwirken. Ist die entsprechende Solltemperatur erreicht, wird der obere Kammerteil belüftet, wodurch die Anpressmembran von oben auf die Bauteilestapel gepresst wird. Durch den Anpressdruck und den weiteren Wärmeeintrag werden die Schichten der Bauteilstapel miteinander verpresst und verbunden. Nach einer gewissen Verpressungszeit wird die untere Kammer wieder belüftet und die obere Kammer wieder evakuiert, so dass sich die Anpressmembrane wieder an der oberen Kammerwand befindet. Nach dem Öffnen der Kammer und dem Abtransport kann der verpresste Stapel abgekühlt werden, was mit einer separaten Abkühlstation bzw. Kühlpresse erfolgen kann.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laminationsvorrichtung zu schaffen, die preisgünstiger herzustellen ist und/oder eine längere Standzeit aufweist. Ferner soll die Verwendung einer Folie in einer Laminationsvorrichtung vorgeschlagen werden.
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Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die im Anspruch 1 beschriebene Laminationsvorrichtung und durch die im Anspruch 9 beschriebene Verwendung.
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Demzufolge weist die erfindungsgemäße Laminationsvorrichtung die Merkmale von Anspruch 1 auf. Es sei erwähnt, dass die beschriebene Folie in der erfindungsgemäßen Laminationsvorrichtung als Anpressmembran eingesetzt wird und insoweit die bislang üblichen Silikonmembranen ersetzen kann. Bei diesen Membranen besteht das Problem, dass beispielsweise bei dem Laminieren von Solarmodulen Chemikalien freigesetzt werden, die das Silikon angreifen, so dass dieses mit der Zeit versprödet und die Membran insgesamt zerstört wird. Die bislang verwendeten Membranen weisen somit eine vergleichsweise geringe Standzeit auf. Darüber hinaus ist Silikon ein vergleichsweise teurer Werkstoff.
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Demgegenüber konnte für die nunmehr vorgeschlagenen Folien festgestellt werden, dass sie den freigesetzten Chemikalien und den auftretenden Temperaturen standhalten, damit erheblich verbesserte Standzeiten aufweisen und darüber hinaus kostengünstiger sind als die Silikonmembranen. Ferner konnte bei Versuchen festgestellt werden, dass die unvermeidliche Faltenbildung infolge von Wärmeausdehnungen und/oder Streckungen nicht zu einer Überbeanspruchung des Materials führt, so dass ein vergleichsweise einfaches Handling gewährleistet ist, und ein Nachspannen der die Membran ersetzenden Folie seltener erforderlich ist, als bisher üblich oder vollständig entfallen kann.
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Eine erfindungsgemäße Einsatzmöglichkeit der beschriebenen Folie ist die Verwendung in einem Auflager oder Hubsystem, das die bislang verwendeten Stifte ersetzen kann und im Einzelnen in der parallel am heutigen Tag eingereichten Anmeldung ”Auflager für eine Laminationsvorrichtung und Verfahren zum Laminieren von Bauteilstapeln” des Anmelders beschrieben ist. Im Hinblick auf sämtliche Merkmale eines derartigen aus Folie ausgeführten Auflagers wird der Inhalt der genannten Anmeldung zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht. Insbesondere wird ein expandierbares Auflager für eine Laminationsvorrichtung zum Laminieren von Bauteilstapeln vorgeschlagen, das für ein zumindest bereichsweise oder partiell flächiges Lagern der Bauteile geeignet ist.
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Insbesondere kann die partielle Lagerung von mehreren Bauteilstapeln, insbesondere Solarmodulen, derart vorgenommen werden, dass dann, wenn mehrere Bauteilstapel nacheinander in die Laminationsvorrichtung eingefahren werden, die zuerst eingefahrenen Module höher angehoben werden, um den Wärmeeintrag infolge der Heizeinrichtung vergleichsweise gering zu halten, während später eingefahrene Module diesem Wärmeeinfluss in geringerem Umfang unterliegen und insoweit nicht so weit angehoben werden müssen. Das unterschiedlich hohe Anheben, das beispielsweise durch mehrere nebeneinanderliegende Kammern des nachfolgend genauer beschriebenen Auflagers realisiert werden kann, schafft somit für die nachfolgenden Bearbeitungsschritte weitgehend gleiche Prozessvoraussetzungen.
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Das expandierbare und dementsprechend auch evakuierbare und hierdurch absenkbare Auflager kann beispielsweise aus einem hitze- und chemikalienbeständigen Folienmaterial, beispielsweise ETFE-Folie bestehen, das im Wesentlichen zweilagig vorgesehen wird und entlang seiner Ränder und gegebenenfalls an einzelnen Punkten und/oder Linien im Bereich des Folienmaterials derart miteinander verbunden ist, dass ein aufblasbares Polster entsteht, das an die Gestalt einer Luftmatratze erinnert. Im Gegensatz zu den bisher verwendeten, durch die Heizeinrichtung hindurchreichenden Stiften zum Anheben der Bauteilstapel kommt es für die Erfindung lediglich darauf an, dass ein zumindest bereichsweise flächiges Auflager für die Bauteilstapel vorgesehen wird, das zum Anhebender Bauteilstapel von der Heizeinrichtung in irgendeiner Weise expandierbar und/oder ausfahrbar ist. Aufgrund der flächigen Gestalt des Auflagers ist an das Material desselben die Anforderung gestellt, dass es hitze- und chemikalienbeständig, aber gleichzeitig ausreichend wärmedurchlässig ist, so dass die Heizeinrichtung ihre Funktion weiterhin erfüllen kann. Für das beispielhaft genannte Folienmaterial aus ETFE wurde festgestellt, dass hierdurch die Anforderungen erfüllt werden.
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Das Auflager bietet durch die flächige Auflage den Vorteil, dass nicht mehr die Gefahr besteht, dass die bisher vorgesehenen Stifte Beschädigungen an den Bauteilstapeln hervorrufen, oder zumindest aufwändige Vorkehrungen dafür getroffen werden müssen, derartige Beschädigungen zu vermeiden. Dies betrifft insbesondere die punktförmige Erwärmung der Bauteilstapel, die durch die Verwendung der Hubstifte unvermeidbar war, da diese üblicherweise aus Metall ausgeführt waren, und somit zwangsweise in die Bauteilstapel punktuell Wärme eingeleitet wurde. Hierdurch können Beschädigungen hervorgerufen werden. Aufgrund freigesetzter Chemikalien und Abrieb der verwendeten Förderbänder unterliegen die Hubstifte ferner der Gefahr des Verklebens und müssen deshalb häufig gewartet werden. Insbesondere kann ein Klemmen eines einzigen Stiftes trotz der Anwesenheit zahlreicher, bis zu vieler hundert Stifte für einen Maschinenausfall sorgen. Gleichzeitig ist es äußerst aufwändig, alle Stifte im Hinblick auf einen möglichen Ausfall zu überwachen.
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Somit wird somit die Zuverlässigkeit bei der Herstellung erhöht und die Produktivität verbessert. Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Auflager den Vorteil, dass die Bauteilstapel im expandierten, aufgeblasenen Zustand des Auflagers in die Laminationsvorrichtung eingefördert werden können, so dass die Taktzeit verringert werden kann, und die während des Transports erfolgte Erwärmung der Bauteilstapel verringert wird. Der Schritt des Anhebens nach dem Einfördern kann nämlich entfallen. Ferner ist das erfindungsgemäße Auflager in vorteilhafter Weise nachrüstbar, so dass auch bestehende, bereits in Betrieb befindliche Laminationsvorrichtungen in vorteilhafter Weise damit ausgerüstet werden können. Ferner ist das Warten und nötigenfalls der Austausch des erfindungsgemäßen Auflagers leicht durchführbar. Darüber hinaus kann das neuartige Auflager in vorteilhafter Weise rotierend ausgeführt werden, um zusätzliche Funktionen zu erfüllen. Außerdem ist das Auflager in vorteilhafter Weise für die Prozessoptimierung einsetzbar, indem dieses gezielt mit vorgewärmter oder gekühlter Luft oder einem geeigneten Fluid befüllt wird, um die Prozesstemperatur, wie gewünscht, zu beeinflussen. Die Hubhöhe ist dabei in vorteilhafter Weise durch den Druck des in das Auflager gefüllten Fluids und/oder die Gestaltung der Belüftungsanordnung und/oder der hierbei verwendeten Kanäle regelbar. Schließlich ist der Investitionsbedarf in vorteilhafter Weise gering, da keine aufwändige und wartungsintensive Mechanik notwendig ist, und somit eine preiswerte Herstellbarkeit gewährleistet ist.
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Wie bereits erwähnt, lässt sich die Kombination aus Expandierbarkeit und flächiger Lagerung in besonders vorteilhafter Weise durch ein aufblasbares Auflager realisieren. Darüber hinaus haben erste Versuche ergeben, dass sich das erfindungsgemäße Auflager besonders kostengünstig und dennoch den Anforderungen entsprechend durch zumindest eine Folie, insbesondere eine ETFE-Folie realisieren lässt.
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Um ein zumindest bereichsweise flächiges Auflager über einen ausreichend großen Bereich und ohne unerwünschte Ausbauchungen realisieren zu können, hat es sich als günstig erwiesen, zumindest zwei Lagen eines Folienmaterials nicht nur entlang der Ränder, sondern auch punktuell und/oder linienförmig im Bereich ihrer flächigen Erstreckung miteinander zu verbinden. Hierdurch entsteht, wie bereits erwähnt, eine Art ”Luftmatratze”.
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In vorteilhafter Weise kann das Auflager ferner mehrere Kammern aufweisen. Diese Kammern können insbesondere entlang der vertikalen Richtung vorgesehen werden, so dass einzelne Kammern in Abhängigkeit einer gewünschten Hubhöhe angesteuert werden können.
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Besondere Vorteile werden ferner erzielt, wenn das erfindungsgemäße Auflager mit einer verschleißfesten Abdeckung versehen wird. Diese kann entweder fest an dem Auflager vorgesehen werden oder lose auf das in der Laminationsvorrichtung befindliche Auflager aufgelegt werden. Nachdem das Auflager beispielsweise in Kontakt mit Förderbändern treten kann, ergibt sich durch das Vorsehen einer verschleißfesten Abdeckung eine längere Lebensdauer.
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Wenngleich das Auflager nachgerüstet werden kann, wird im Rahmen der Erfindung dennoch bevorzugt, eine Laminationsvorrichtung von Anfang an mit einem derartigen Auflager auszustatten, so dass insoweit die bislang vorgesehenen Stifte zum Anheben der Bauteilstapel vermieden werden können. Insbesondere im Fall eines Nachrüstens kann das Auflager beispielsweise durch geeignete Schnellschließmechanismen in der Laminationsvorrichtung befestigt werden. Dies bietet jedoch auch in dem Fall Vorteile, dass eine Laminationsvorrichtung von Anfang an mit dem neuartigen Auflager ausgerüstet wird. Der Austausch oder der Ausbau, beispielsweise zu Wartungszwecken, wird nämlich erleichtert. Alternativ kann es in bestimmten Anwendungsfällen vorteilhaft sein, das Auflager fest in der Laminationsvorrichtung zu fixieren.
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Es bietet außerdem Vorteile, wenn das Auflager zur gezielten Verpressung des gesamten Moduls vorgesehen wird. Hierdurch kann in bestimmten Situationen sogar die bislang an der oberen Hälfte der Laminationsvorrichtung vorgesehene Membran entfallen. Beispielsweise kann das Auflager in diesem Fall mittels einer geeigneten Einspannung an der oberen Hälfte der Laminationsvorrichtung vorgesehen werden.
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Schließlich kann das neuartige Auflager in der Laminationsvorrichtung rotierbar vorgesehen werden. Hierdurch übernimmt es im Wesentlichen Transportaufgaben und wird in vorteilhafter Weise zu einem Bestandteil des Fördersystems, so dass die Effizienz beim Betrieb der Laminationsvorrichtung weiter erhöht wird.
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Allgemein besteht die Erfindung auch in der Verwendung einer chemikalien- und/oder hitzebeständigen, silikonfreien und/oder mit einer Dicke von ≤ 1,5 mm versehenen Folie nach Anspruch 9. Hierdurch können die oben beschriebenen Vorteile erreicht werden.
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Für die Folie hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn diese insbesondere gegenüber Peroxyden und/oder Essigsäure resistent ist. Hierbei handelt es sich um Chemikalien, die beispielsweise bei der Verkapselung von Solarmodulen freigesetzt werden können, so dass durch die genannte Eigenschaft der Folie eine besonders lange Standzeit erreicht werden kann.
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Im Hinblick auf die Hitzebeständigkeit wird derzeit ein Temperaturbereich bis zu 150°C, insbesondere bis 200°C bevorzugt.
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Für das Material der Folie haben sich bei ersten Versuchen Butyl und ETFE bewährt. Für Butyl ist beispielsweise zu betonen, dass es eine besondere Gasdichtigkeit aufweist. Ferner kann die Folie in bestimmten Anwendungsfällen auch aus zumindest einem der Materialien ECTFE, FEP, MFA, PCTFE, PFA, PVDF, THV, PA, PE und PP ausgeführt werden. Besondere Vorteile lassen sich erreichen, wenn diese Werkstoffe thermostabilisiert sind. Ferner können in vorteilhafter Weise die Wärmeleiteigenschaften und/oder die Wärmekapazität der Folie durch geeignete Füllstoffe derart beeinflusst werden, dass für den Einsatzzweck in einer Laminationsvorrichtung, wie durch die Erfindung vorgesehen, besonders gut Genüge getan wird. Dies gilt insbesondere für diejenigen Materialien, die zur Gruppe Gummi oder Kautschuk gehören.