DE102017204499A1

DE102017204499A1 - Beschichtung für ein Trägermaterial und Bauteil umfassend ein so beschichtetes Trägermaterial

Info

Publication number: DE102017204499A1
Application number: DE102017204499.3A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Haverkamp
Original assignee: HAVERKAMP GmbH
Current assignee: HAVERKAMP GmbH
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-09-20

Abstract

Eine Beschichtung (3) für ein Trägermaterial (2) umfasst ein Beschichtungsmaterial (4) und darin eingebettete Festkörper (5), wobei die Festkörper (5) zumindest bereichsweise freiliegend angeordnet sind und Infrarot-Strahlung reflektieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtung für ein Trägermaterial sowie ein Bauteil umfassend ein so beschichtetes Trägermaterial.
Wenn ein Bauteil elektromagnetischer Strahlung, insbesondere in Form von Sonneneinstrahlung, ausgesetzt ist, kann dies zu einer unerwünschten Erwärmung des Bauteils führen. Um die Wärme aus dem Bauteil abzuführen, sind aufwendige Maßnahmen zur Kühlung des Bauteils erforderlich.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die unerwünschte Erwärmung des Bauteils zu vermeiden, wobei insbesondere auf eine aktive Kühlung des Bauteils verzichtet werden soll.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Beschichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Bauteil mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine unerwünschte Erwärmung eines Bauteils durch eine Beschichtung für ein Trägermaterial gewährleistet wird, wenn die Beschichtung einen niedrigen Durchgangswert für Strahlung im Infrarot-Bereich, also für Strahlung mit einer Wellenlänge von 780 nm bis 2500 nm, aufweist. Vorteilhaft ist insbesondere, wenn durch die Beschichtung, insbesondere in der Beschichtung vorgesehene Festkörper, eine hohe Reflexion für die IR-Strahlung und eine geringe Absorption für IR-Strahlung erzielt wird. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass die Festkörper optisch wirksame Komponenten aufweisen, die beispielsweise in die Festkörper integriert oder an einer Oberfläche der Festkörper aufgetragen sind. Derartige Komponenten weisen beispielsweise Cäsium-Wolfram-Oxid und/oder Lanthanhexaborid auf und sind insbesondere als Nanopartikel ausgeführt, also mit einer Partikelgröße von 10 nm bis 500 µm.
Insbesondere ist eine hohe Durchlässigkeit für Lichtstrahlung, also in einem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm, vorteilhaft. Der Durchgangswert für IR-Strahlung beträgt insbesondere weniger als 30 %, insbesondere weniger als 20 %, insbesondere weniger als 12 %, insbesondere weniger als 10 %, insbesondere weniger als 8 % und insbesondere weniger als 6 %. Der Durchgangswert ist die nach DIN EN 410 berechnete Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung. Die Durchlässigkeit ist insbesondere abhängig von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung. Der Durchgangswert ist insbesondere materialabhängig. Beispielsweise beträgt die Lichtdurchlässigkeit von Einfachglas im optisch sichtbaren Spektralbereich etwa 82 %.Überraschend wurde gefunden, dass ein derartig geringer Durchgangswert für Infrarot-Strahlung durch Festkörper erzeugt werden kann, die in einem Beschichtungsmaterial eingebettet sind. Die Festkörper bewirken eine hohe Reflexion der Infrarot-Strahlung. Die Wirkung der Festkörper ergibt sich insbesondere dadurch, dass diese zumindest bereichsweise frei liegend im Beschichtungsmaterial eingebettet sind. Das bedeutet, dass die Infrarot-Strahlung unmittelbar an den freiliegenden Oberflächen der Festkörper reflektiert wird. Insbesondere sind die Festkörper derart angeordnet, dass die freiliegenden Oberflächen der Festkörper eine geschlossene Oberfläche der Beschichtung bilden. Auf die optischen Eigenschaften des Beschichtungsmaterials und insbesondere des darunter liegenden Trägermaterials kommt es also nicht an. Die Infrarot-Strahlung kann nicht oder nur zu einem sehr geringen Anteil in die Beschichtung und in das darunter angeordnete Trägermaterial eindringen. Die unerwünschte Erwärmung ist von vornherein verhindert.
Festkörper gemäß Anspruch 2 ermöglichen eine besonders hohe Reflexion der Infrarot-Strahlung. Die Festkörper können auch aus einem anderen Material, insbesondere aus Kunststoff, hergestellt sein. Es ist auch denkbar, dass Festkörper unterschiedlicher Materialien in der Beschichtung verwendet werden. Insbesondere können Festkörper unterschiedlicher Materialien lokal gezielt angeordnet sein, um die optischen Eigenschaften der Beschichtung bzw. eines die Beschichtung aufweisenden Bauteils gezielt einzustellen.
Eine Geometrie der Festkörper gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine richtungsunabhängige Reflexion. Dadurch ist gewährleistet, dass unabhängig von der Einstrahlungsrichtung die unerwünschte Erwärmung des Bauteils vermieden wird. Die Festkörper können auch eine andere Geometrie aufweisen und insbesondere in Form eines Quaders, eines Zylinders, eines Kegels, eines Kegelstumpfes, einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfes ausgeführt sein. Die Festkörper können auch unterschiedlich geformt ausgeführt sein. Die Festkörper können insbesondere unregelmäßig geformt ausgeführt sein. Insbesondere können einzelne Festkörper unterschiedlich geformt ausgeführt sein. Beispielsweise sind Nanopartikel denkbar, die eine Vorzugsrichtung aufweisen und insbesondere als Streifen oder stabförmig ausgeführt sind. Es ist denkbar, die Nanopartikel in einer gerichteten Anordnung an dem Beschichtungsmaterial für richtungsabhängige Strahlungseigenschaften zu befestigen. Die Festkörper ermöglichen eine gezielte Beeinflussung der optischen Eigenschaften der Beschichtung für das Trägermaterial und damit des Trägermaterials selbst.
In Abhängigkeit der Größe der Festkörper, insbesondere des Teilchendurchmessers von Glasperlen, und in Abhängigkeit des verwendeten Materials des Festkörpers kann die optische Eigenschaft der Beschichtung wellenabhängig für einfallende Strahlung und/oder ausfallende Strahlung gezielt eingestellt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Reflexion, die Absorption und/oder die Transmission der so hergestellten Beschichtung mit Festkörpern für Licht in einem Wellenlängenbereich von 250 nm bis 2500 nm einzustellen, also für UV-Licht, für sichtbares Licht und für Infrarotstrahlung. Die Festkörper sind in dem flüssigen Beschichtungsmaterial, das wie ein Bindemittel wirkt, gebunden.
Eine Beschichtung gemäß Anspruch 4 gewährleistet, dass unerwünschte Strahlung in UV-Bereich, also in einem Wellenlängenbereich zwischen 250 nm und 380 nm die Beschichtung, nicht durchdringt. Eine derartige Beschichtung ist insbesondere für transparentes Trägermaterial geeignet, um dahinter angeordnete Gegenstände, insbesondere Lebensmitteln, insbesondere frisches Obst und Gemüse, vor UV-Strahlung zu schützen.
Eine Beschichtung gemäß Anspruch 5 ermöglicht eine Anwendung für transparente Trägermaterialien. Als sichtbares Licht wird elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm verstanden. Das so hergestellte Bauteil ist im Wesentlichen transparent.
Ein Beschichtungsmaterial gemäß Anspruch 6 ermöglicht eine unkomplizierte Herstellung der Beschichtung. Dadurch, dass das Beschichtungsmaterial flüssig ist, kann es vorteilhaft, insbesondere manuell, auf ein Trägermaterial aufgebracht werden. Die Festkörper können in das noch flüssige, nicht vollständig getrocknete Beschichtungsmaterial eingebracht werden. Durch das Trocknen des Beschichtungsmaterials werden die Festkörper zuverlässig in das Beschichtungsmaterial eingebettet, insbesondere eingeklebt. Die dadurch entstehende Beschichtung ist mechanisch robust. Die Festkörper sind dauerhaft und zuverlässig mit dem Beschichtungsmaterial verbunden.
Die Verwendung von Farbanteilen im Beschichtungsmaterial gemäß Anspruch 7 ermöglicht eine gezielte Beeinflussung des Durchgangswertes für sichtbares Licht, also in einem Wellenlängenbereich zwischen 380 nm bis 780 nm. Insbesondere kann der Durchgangswert für sichtbares Licht reduziert werden. Durch die Beimengung von Farbanteilen kann sich auch der Durchgangswert für IR-Strahlung verändern. Es können mehrere, insbesondere verschiedene, Farbanteile in das Beschichtungsmaterial eingemischt werden. Insbesondere ist eine nahezu beliebige Einfärbung des Beschichtungsmaterials durch Zugabe der Farbanteile möglich.
Eine Schichtdicke gemäß Anspruch 8 hat sich als besonders vorteilhaft für die Beschichtung von Trägermaterial erwiesen.
Ein Bauteil, bei dem eine Oberfläche eines Trägermaterials mit der vorstehend erläuterten Beschichtung beschichtet ist, weist im Wesentlichen die Vorteile der Beschichtung selbst auf, worauf hiermit verwiesen wird. Die Oberfläche kann eben ausgeführt sein. Die Oberfläche kann gekrümmt, insbesondere mehrfach gekrümmt und insbesondere eine dreidimensionale Freiformfläche sein. Die Oberfläche kann beispielsweise um mindestens eine Längsachse, insbesondere um zwei Längsachsen, gekrümmt ausgeführt sein. Die Kontur der Oberfläche ist für die Anwendung der Beschichtung im Wesentlichen unerheblich.
Ein plattenförmiges Trägermaterial gemäß Anspruch 10 lässt sich vorteilhaft beschichten. Ein plattenförmiges Trägermaterial weist eine Eigensteifigkeit derart auf, dass sich das Trägermaterial infolge seines Eigengewichts nicht deformiert. Das Trägermaterial kann auch eine Folie sein.
Ein transparentes Trägermaterial gemäß Anspruch 11 ist beispielsweise als Fensterfläche und/oder als Dachflächenfenster, insbesondere in Form einer Oberlicht-Kuppel, vorteilhaft einsetzbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht eines Bauteils mit einem Trägermaterial und einer erfindungsgemäßen Beschichtung.

Ein in 1 als Ganzes dargestelltes Bauteil 1 umfasst ein Trägermaterial 2 und eine darauf angebrachte Beschichtung 3. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Trägermaterial eine Polycarbonat-Platte mit einer Schichtdicke so von beispielsweise 3 mm.
Die Beschichtung 3 umfasst ein Beschichtungsmaterial 4 und eine Vielzahl von darin eingebetteten Festkörpern 5 in Form von Glasperlen. Die Glasperlen sind zumindest bereichsweise freiliegend in das Beschichtungsmaterial 4 eingebettet. Der freiliegende Oberflächenbereich 6 der Glasperlen ragt an dem Beschichtungsmaterial 4 über. Die Oberflächenbereiche 6 bilden gemeinsam eine Oberseite 7, die dem Trägermaterial 2 abgewandt ist.
Die Glasperlen 5 sind in dem Beschichtungsmaterial 3 statistisch verteilt angeordnet. Die Glasperlen 5 können an dem Beschichtungsmaterial 4 unterschiedlich weit vorstehen. Die Oberfläche 7 ist insbesondere uneben ausgeführt und aus einzelnen Kugelabschnitten gebildet. Die Glasperlen 5 können auch gleichverteilt und insbesondere mit identischer Höhe an dem Beschichtungsmaterial 4 angeordnet sein.
Die Herstellung der Beschichtung 3 ist besonders unkompliziert. Auf das Trägermaterial 2 wird das Beschichtungsmaterial 4, insbesondere ein Lack, in flüssiger Form aufgebracht. Bevor der Lack vollständig getrocknet ist, werden die Festkörper 5 eingebettet. Durch das Trocknen des Beschichtungsmaterials 4 entsteht ein einteiliger fester Verbund des Beschichtungsmaterials 4 mit den Festkörpern 5, der die Beschichtung 3 bildet. Die Beschichtung 3 ist fest mit dem Trägermaterial 2 verbunden.
Die Beschichtung 3 weist eine Schichtdicke s_D auf, die gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 140 µm beträgt. Die Beschichtung kann zwischen 20 µm und 500 µm betragen.
Das Bauteil 1 ermöglicht durch die Beschichtung 3 eine gezielte Lichtstreuung und/oder eine Lichtlenkung durch geeignete Anbringung der Festkörper 5. Die Lichtstreuung und/oder Lichtlenkung kann insbesondere durch die Anordnung der Festkörper 5 beeinflusst werden. Eine Beeinflussung ist auch bei der gezielten Auswahl der Geometrie für die Festkörper 5 möglich.

Claims

Beschichtung (3) für ein Trägermaterial (2) umfassend ein Beschichtungsmaterial (4) und in das Beschichtungsmaterial (4) eingebettete Festkörper (5), wobei die Festkörper (5) zumindest bereichsweise freiliegend angeordnet sind, wobei die Festkörper (5) Infrarot-Strahlung reflektieren.
Beschichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörper (5) aus Glas hergestellt sind.
Beschichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörper (5) eine kugelförmige Geometrie aufweisen.
Beschichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) einen Durchgangswert für UV-Strahlung von höchstens 20 %, insbesondere höchstens 10 %, insbesondere höchstens 5 %, insbesondere höchstens 3 %, insbesondere höchstens 1 % und insbesondere 0 % aufweist.
Beschichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) einen Durchgangswert für Licht im sichtbaren Bereich von höchstens 10 %, insbesondere höchstens 7 %, insbesondere höchstens 5 % und insbesondere höchstens 3 % aufweist.
Beschichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Beschichtungsmaterial (4) flüssig ist, insbesondere ein Lack.
Beschichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (4) weiß gefärbte Farbanteile aufweist, wobei Farbanteil insbesondere höchstens 10 Vol.-%, insbesondere höchstens 5 Vol.-% und insbesondere höchstens 4 Vol.-% des Beschichtungsmaterials (4) beträgt.
Beschichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke (s_D) der Beschichtung (3) höchstens 300 µm, insbesondere höchstens 200 µm, insbesondere höchstens 150 µm beträgt.
Bauteil (1) umfassend ein Trägermaterial (2), auf das eine Beschichtung (3) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche aufgebracht ist.
Bauteil gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (2) plattenförmig oder folienartig ausgeführt ist.
Bauteil gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (2) aus einem transparenten Material hergestellt ist, insbesondere aus einem transparenten Kunststoff, insbesondere aus Polycarbonat (PC) und/oder Polymethylmethacrylat (PMMA).