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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen Werkstücks, insbesondere einer Verbundscheibe, wobei ein aus einzelnen Scheiben und zwischen diesen angeordneten Verbundfolien bestehender Vorverbund mittels mindestens einer Heizplattform erhitzt wird.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen flächigen Werkstücks, eine Kühleinrichtung für eine solche Vorrichtung und eine verfahrensgemäß hergestellte Verbundscheibe.
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Zur Herstellung von Verbundglas zum Einsatz im Baubereich, in der Sicherheitstechnik, im Automobilbau etc. werden üblicherweise Autoklaven eingesetzt. In diese werden die zu einem Vorverbund zusammengestellten Scheiben samt dazwischen angeordneter Klebefolien bei entsprechendem Druck zu Verbundscheiben in einem besonders kosten- und zeitaufwendigen Prozess verpresst. Gegenstand der
DE 10 2009 048 999 ist eine kompakt bauende Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Verbundscheiben mittels einer Grund- und einer Abdeckplatte, die relativ zueinander zwischen einer Betriebs- und einer Entnahmeposition verstellbar sind. Aus der
DE 10 2011 010 336 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbundglas bekannt, deren Gehäuse eine Mehrzahl von Traversen aufweist, die jeweils einen einer oberen Druckebene zugeordneten Träger und einen einer unteren Druckebene zugeordneten Träger sowie diese Träger verbindende Flansche aufweist. Diese ist besonders geeignet, hohe Druckkräfte aufzunehmen und entsprechend hohen Belastungen aushaltende Verbundscheiben herzustellen. Bei diesem Laminierungsprozess hat es sich bisher als äußerst nachteilig erwiesen, dass es beim Abkühlen der Scheiben bzw. dem Aushärten des erhitzten Verbundes aus Scheiben und Folien zu Zerstörungen der Verbundscheiben gekommen ist. Besonders problematisch hat sich dies bei Verbundglas herausgestellt, das aus zwei unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt ist. Um solch einen Verbund handelt es sich etwa bei Sicherheitsglas, z. B. bei Maschinenschutzglas, das aus einer Glas- und einer Kunststoffscheibe zusammengesetzt ist. Wegen des unterschiedlichen Verhaltens der beiden Materialien bei der Abkühlung in Zusammenhang mit den erheblich abweichenden Temperaturausdehnungskoeffizienten von Glas und Kunststoff waren hier bisher Risse und weitergehende Zerstörungen vorprogrammiert.
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Damit stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines flächigen Werkstücks, insbesondere einer Verbundscheibe zu schaffen, mit denen sich hohen Belastungen standhaltende Verbundscheiben zerstörungsfrei herstellen lassen.
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Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass der sich an die eigentliche Herstellung anschließende Abkühlungsprozess des Werkstücks durch Einsatz einer von der gegenüber liegenden Seite der Heizplattform auf das Werkstück einwirkenden Kühleinrichtung gezielt beschleunigt wird.
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Im Anschluss an die eigentliche Laminierung, also das gezielte Erhitzen des Vorverbundes, bei dem die zwischen den Scheiben positionierte Verbundfolie zum Aufweichen gebracht wird, erfolgt durch einen gezielten Abkühlungsprozess ein Einwirken auf das aus zwei oder mehr Scheiben bestehende Werkstück. Dabei kommt es zu einem vergleichmäßigten Auskühlen des Verbundes, wodurch die Gefahr der Entstehung von Rissen und weitergehenden Zerstörungen weitestgehend ausgeschlossen werden kann.
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Als besonders vorteilhaft erweist sich die vorliegende Erfindung bei der Fertigung von Verbundscheiben aus unterschiedlichen Materialien mit entsprechend abweichenden Eigenschaften, insbesondere auch mit unterschiedlichem Verhalten beim Auskühlen nach der Herstellung des Verbundes. Kam es bisher hier wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von zwei verschiedenen Materialien wie Glas und Kunststoff gerade beim Kunststoff wegen entstehender Spannungen aufgrund von Dehn- oder Schrumpfprozessen zu Zerstörungen, ist dies nun praktisch ausgeschlossen, weil bei einem aus Scheiben unterschiedlichen Materials bestehenden Werkstück mit der Kühleinrichtung auf die Scheibe aus Material mit größerem Temperaturausdehnungskoeffizienten gezielt eingewirkt wird. Besonders geeignet ist dieses Verfahren etwa bei der Herstellung von aus Glas und Polycarbonat oder anderem Kunststoff bestehenden Verbundscheiben, wie sie u. a. bei der Fertigung von Maschinenschutzscheiben Einsatz finden, wenn dank der Kunststoffscheibe ein Zerbersten der Glasscheibe verhindert werden soll. Den unterschiedlichen Eigenschaften dieser beiden Materialien beim Auskühlen nach dem Laminierungsprozess wird nun dadurch Rechnung getragen, dass zunächst eine gezielte Kühlung erfolgt. Hierzu findet eine externe oder in die Herstellungsvorrichtung integrierte Kühleinrichtung Verwendung, die zum Abkühlen der Seite benutzt wird, auf der sich die Kunststoffscheibe befindet, wobei es sich in der Regel um die obere Seite des Verbundes handelt. Weil sich Kunststoffe in Vergleich zu Glas unter Temperatureinfluss um ein Vielfaches mehr ausdehnen und zusammenziehen, trägt die vorherige gezielte Abkühlung der Kunststoffseite dazu bei, die entstehenden Spannungen beim Aushärten auf beide Materialien abzustimmen bzw. diese anzugleichen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders gut mit einer Vorrichtung umgesetzt werden, bei der die Heizplattform zwischen einer Außenposition außerhalb des Gehäuses der Vorrichtung und einer Innenposition innerhalb dieses Gehäuses verstellbar ist. Wird das Werkstück mit der Kühleinrichtung beaufschlagt, während sich die Heizplattform in einer Außenposition außerhalb des Gehäuses befindet, kann es insbesondere vergleichsweise einfach mit der Kühleinrichtung bearbeitet werden. Die Heizplattform wird also quasi in einer Art Schublade aus dem Gehäuse der Herstellungsvorrichtung herausgezogen, wobei das laminierte Werkstück auf dieser Heizplattform mit der die Unterseite bildenden Glasscheibe aufliegt. Die durch die Kunststoffscheibe gebildete Oberseite des Verbundes kann dann mit entsprechend geringem Aufwand mit der externen oder in die Herstellungsvorrichtung integrierten Kühleinrichtung beaufschlagt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Kühleinrichtung mit einem Vakuum beaufschlagt wird. Die entsprechende Technik ist für den Laminierungsprozess vorrichtungsseitig ohnehin vorhanden, sodass es sich ergänzend empfiehlt, die Kühleinrichtung mit einem Vakuum zu beaufschlagen, um entsprechend hohe Drücke aufbringen zu können und zusätzlich auch das Entstehen von Luftbläschen in dem Verbund zu verhindern.
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Die Temperierung der Kühleinrichtung erfolgt je nach Anwendungsfall, der sich vor allem an Material und Stärke der Scheiben bzw. Verbundfolien ausrichtet. Beispielhaft ist daran gedacht, dass die Kühleinrichtung vor ihrem Einsatz auf eine Temperatur von –20°C bis –100°C abgekühlt wird.
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Die gestellte Aufgabe wird vorrichtungsgemäß dadurch gelöst, dass die Herstellungsvorrichtung eine von der gegenüber liegenden Seite der Heizplattform auf das Werkstück einwirkende Kühleinrichtung zur Beschleunigung des Abkühlungsprozesses umfasst.
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Nach Abschluss des eigentlichen Laminierungsprozesses, nach Herstellung der Verbundscheibe, erfolgt eine gezielte einseitige Einwirkung auf diesen aus zwei oder mehr Scheiben bestehenden Verbund im Zusammenhang mit dessen Abkühlung bzw. der Aushärtung der Verbundfolien nach dem vorherigen Erhitzen. Da der Verbund in aller Regel auf der vorrichtungsseitigen Heizplattform aufliegt, erfolgt diese Einwirkung über die Kühleinrichtung von der Oberseite her. Dort befindet sich speziell bei einer Verbundplatte aus verschiedenen Materialien das Material mit dem höheren Temperaturausdehnungskoeffizienten, bei einer Verbundscheibe aus Glas und Kunststoff demnach letzterer. Damit erfolgt eine vergleichmäßigte Abkühlung und somit eine weitgehende Anpassung in Bezug auf die beim Auskühlen entstehenden Spannungen aufgrund von Dehnungs- und/oder Schrumpfungsprozessen durch gezielte Vorabkühlung des oberseitigen Werkstoffs, in der Regel des Kunststoffs.
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Wesentlich ist bei dieser Kühleinrichtung, dass sie flächig auf den Verbund wirkt. In diesem Sinne ist der Vorschlag zu verstehen, dass die Kühleinrichtung mindestens eine Kühlplatte aufweist, um eine möglichst gute Flächenwirkung zu erzielen und die Temperatur aus der ebenfalls flächigen oberen Scheibe des Verbundes vor dem eigentlichen Abkühlvorgang gleichmäßig herauszuziehen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlplatte auf ihrer dem Werkstück abgewandten Seite eine Ummantelung aufweist, die zugleich eine abdichtende Wirkung ausüben kann. Dabei kann es sich durchaus um jene Ummantelung handeln, die auch während des Laminierungsprozesses auf dem Vorverbund bzw. Verbund aufliegt. Mit anderen Worten, die Kühleinrichtung mit ihrem wesentlichen Bestandteil in Form der Kühlplatte wird unter die Ummantelung geschoben und liegt dann auf der Oberseite des Verbundes, d. h. zwecks Wärmetausch direkt auf der Kunststoffscheibe auf.
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In Hinblick auf die Materialwahl ist daran gedacht, dass die Ummantelung aus Silikon hergestellt ist. Die zweckmäßigerweise durch ein Vakuum beaufschlagte Kühleinrichtung besteht damit aus den beiden zentralen Komponenten Kühlplatte und abdichtende Silikonmatte.
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Was die Kühlplatte betrifft, so ist daran gedacht, dass diese aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium hergestellt ist.
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Auch die Stärke dieser Kühlplatte ist maßgeblich abhängig von dem betreffenden Werkstück, das gefertigt werden soll, und dessen Material bzw. Stärke. Vorgeschlagen wird, dass die Kühlplatte eine Stärke von ca. 10–20 mm, vorzugsweise 15 mm aufweist.
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Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass eine Vorrichtung, wie sie aus der
DE 10 2011 010 336 bekannt ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist. Eine solche Vorrichtung umfasst gewissermaßen zwei Arbeitsebenen innerhalb bzw. außerhalb des Gehäuses. Damit die Heizplattform entsprechend positioniert werden kann, weist die Vorrichtung eine schubladenartig ausgebildete und verstellbare Heizplattform auf. Die Heizplattform ist zwischen einer Innenposition in dem Gehäuse der Herstellungsvorrichtung und einer Außenposition außerhalb des Gehäuses der Herstellungsvorrichtung verstellbar, sodass ein Einwirken der Kühleinrichtung in letztgenannter Position auf besonders effektive Weise möglich ist.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Kühleinrichtung für ebne solche Vorrichtung zur Herstellung eines flächigen Werkstücks, insbesondere einer Verbundscheibe. Wie bereits beschrieben, besteht eine solche Kühleinrichtung maßgeblich einerseits aus einer großflächigen, auf die Oberseite des Verbundes aufzulegenden Aluminiumplatte und andererseits einer Abdeckung in Form einer auf die Oberseite des Verbundes aufzulegenden und gleichzeitig abdichtenden Silikonmatte, welche eine Beaufschlagung der Kühleinrichtung mit einem Vakuum begünstigt.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Verbundscheibe, umfassend mindestens zwei äußere Scheiben und mindestens eine zwischen den äußeren Scheiben angeordnete Verbundfolie die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine Vorrichtung in perspektivischer Ansicht,
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2 eine Vorrichtung nach 1 mit demontierter Verkleidung,
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3 eine Heizplattform mit Kühleinrichtung und
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4 einen Ausschnitt aus 3.
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Die in den 1 und 2 gezeigte Vorrichtung 1 dient zur Herstellung eines hier nicht gezeigten flächigen Werkstücks, insbesondere einer Verbundscheibe. Die Vorrichtung 1 umfasst eine aus beispielhaft mit den Bezugszeichen 57, 58 und 59 versehenen Segmenten gebildete Verkleidung 56. In dem so gebildeten Gehäuse. Erkennbar ist davon zunächst der obere vordere Träger 2. Vor dem Gehäuse 4 befindet sich das pultartig angeordnete Fachwerk, das als Auflager für die zu bearbeitenden Werkstücke dient und von dem aus die Werkstücke in das Gehäuse 4 eingeschoben bzw. nach der Fertigung zum Auskühlen wieder heraus geschoben werden. In dieser Zwischenablage erfolgt dann die erfindungsgemäße Bearbeitung mit der hier nicht gezeigten Kühleinrichtung. Das Fachwerk besteht aus einem Obergurt 60 und einem Untergurt 61, gebildet bzw. verbunden durch hier jeweils beispielhaft benannte vertikale Streben 62 und horizontale Streben 63.
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Gegenstand von 2 ist insbesondere die Funktion der Heizplatte 7. Zur Veranschaulichung ist in 2 die Verkleidung der Vorrichtung 1 entfernt. Das hier nicht gezeigte flächige Werkstück wird zunächst auf die Heizplatte 7 gelegt und mitsamt dieser dann in das Gehäuse 4 und damit in den Bereich der Traversen 11–17 verfahren. Beispielhaft ist mit dem Bezugszeichen 42 in der Darstellung gemäß 2 einer von zahlreichen Balgzylindern bezeichnet, über welche die untere Druckebene 6 in Richtung oberer Druckebene 5 verstellbar ist. Über die Platte 27 in Form eines Aluminiumprofils wird dann ein Dichtungsrahmen ausgebildet, wobei die Platte 27 zugleich eine druckverteilende Wirkung ausübt. Anschließend werden durch ein Zusammenspiel von Über- und Unterdruck sowie dem Aufbringen von Temperatur geeignete Druckverhältnisse zur Herstellung des Verbundwerkstoffes erzeugt. Hierzu dienen die Traversen 11–17, bestehend jeweils aus einem oberen Träger 2 und einem unteren Träger 3, wobei die beiden Träger 2, 3 endseitig durch Trägerflansche 9, 10 miteinander verbunden sind, hier beispielhaft an der Traverse 11 veranschaulicht. Eine Erweiterung des Gehäuses der Vorrichtung 1 durch zusätzliche Träger ist jederzeit mit einfachen Mitteln möglich. Es versteht sich, dass mit 135°C und mehr hohe Temperaturen zur Herstellung des Verbundwerkstoffs aufgebracht werden können. In diesem Zusammenhang entstehen entsprechende Spannungen und Dehnungen bzw. Schrumpfprozesse beim Erhitzen bzw. späteren Abkühlungen. Diese werden u. a. dadurch aufgefangen, dass nur eine der hier dargestellten Traversen, nämlich die Traverse 14 über ein Festlager 30 fest mit dem Gehäuse 4 bzw. den Schienen 43, 44 verbunden ist. Die übrigen Traversen 11–13 und 15–17 hingegen sind über Gleitlager 31–36 lose mit dem Rahmengehäuse 4 bzw. den Schienen 43, 44 verbunden, um beim Entstehen von Spannungen entsprechende Ausweichbewegungen ermöglichen zu können.
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Den Ausgleich für die bei den unterschiedlichen thermischen Prozessen entstehenden Spannungen zu schaffen, ist auch maßgebliche Vorlage der erfindungsgemäßen Lösung, wie sie in den 3 und 4 dargestellt ist. Zunächst zeigt 3 im Schnitt die auf den Auflagern 45, 46 ruhende Heizplatte 7 mit dem Anschluss 41. Zentral auf der Heizplatte 7 liegt die externe oder in die Vorrichtung 1 integrierte Kühleinrichtung 8 auf. Diese Kühleinrichtung 8 umfasst neben der sich über rund 1/3 der Heizplatte 7 erstreckenden Kühlplatte die Ummantelung 19, welche das Werkstück wie die Kühlplatte abdeckt. Beide sind in der Darstellung gemäß 3 schwer erkennbar, weswegen zur besseren Veranschaulichung auf 4 hingewiesen wird. Die Ummantelung 19 überlappt an den beiden Enden 38, 39 die Kühleinrichtung bzw. das flächige Werkstück so weit, dass ein Vakuum und damit höhere Drücke aufgebracht werden können.
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Veranschaulicht ist dies in 4, einem Ausschnitt gemäß des mit B bezeichneten Kreises in 3. Auf der Heizplattform 7 liegt das Werkstück 20 auf, zunächst ein Vorverbund aus oberer Scheibe 21, unterer Scheibe 22 und dazwischen positionierter Verbundfolie 23, wobei natürlich auch eine höhere Anzahl von Scheiben bzw. Folien denkbar ist. Im Rahmen des Laminierungsprozesses wird auf diesen Vorverbund die Ummantelung 19, z. B. eine Silikonmatte aufgelegt, selbstverständlich ohne die in 4 dazwischen befindliche Kühleinrichtung 8 bzw. Kühlplatte 18. Erst nach Abschluss des maßgeblichen Teils des Laminierungsprozesses, nach Erhitzung des Vorverbundes, kommt dann die Kühleinrichtung 8 zum Einsatz. Hierzu wird die Kühlplatte 18 unter die Ummantelung 19 geschoben und liegt nun auf der Verbundscheibe 26 auf. Diese ist also von ihrer Unterseite 24 von der Heizplatte 7 und von ihrer Oberseite 25 von der Kühleinrichtung 8 beaufschlagt. Ergänzt wird dies durch das mit dem Bezugszeichen 28 angedeutete Vakuum. Insofern erfolgt von der Oberseite 25 des Werkstücks 20 eine gezielte Beeinflussung über die Kühleinrichtung 8, gewissermaßen eine Vorabkühlung der oberen Scheibe 21. Diese Abkühlung ist als besonders zweckmäßig anzusehen, wenn die obere Scheibe 21, verglichen mit der unteren Scheibe 22, aus einem Material mit einem größeren Temperaturausdehnungskoeffizienten besteht. Dies ist häufig der Fall, bei einer aus Kunststoff, z. B. Polykarbonat gebildeten oberen Scheibe 21 und einer aus Glas bestehenden Scheibe 22, bei der erstgenanntes Material einen um ein Vielfaches höheren Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist. Dem wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und den gezielten Einsatz der Kühleinrichtung erfolgreich entgegengewirkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009048999 [0003]
- DE 102011010336 [0003, 0018]
