DE19703961C2

DE19703961C2 - Transparente Wärmedämmung und Vorrichtung zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE19703961C2
Application number: DE19703961A
Authority: DE
Inventors: Oliver Kehl; Achim Kehl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1997-02-03
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: DE19703961A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transparente Wärmedämmung (TWD) aus einer Wabenstruktur mit mehreren übereinander angeordneten, miteinander verbundenen Folienstreifen sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer derartigen Wabenstruktur.

Vorstehend beschriebene Wabenstrukturen mit den gattungsgemäßen Merkmalen werden insbesondere aus transparenten Folien hergestellt. Derartige transparente Wabenstrukturen bezeichnet man üblicherweise als transparente Wärmedämmung (TWD) und setzt sie überall dort ein, wo hohe Wärmedämmwerte verbunden mit hoher optischer Transparenz notwendig sind, wie dies beispielsweise Fassadensysteme mit transparenter Wärmedämmung, Verglasungen für Sonnenkollektoren sowie Verglasungen für Fabrikgebäude, Gewächshäuser, Turnhallen etc. sind.

TWD-Strukturen für die o. g. beispielhaften Anwendungsfälle sind in bisheriger Praxis industriell mit Hilfe von Extrusionsprozessen hergestellt worden. Hierbei werden dünnwandige Kunststoffröhrchen mit Durchmessern von ca. 3,5 mm oder alternativ ein ca. 15 mm hohes Profil mit wabenförmiger Struktur extrudiert, in einem zweiten Arbeitsschritt aufeinandergebündelt und mit einem Heizdraht auf die gewünschte Isolierungsdicke zerschnitten, wobei die Röhrchen bzw. die Profile durch den Schneidprozeß an den Seitenflächen miteinander verklebt werden. Es entstehen somit kastenförmige freistehende Kapillarstrukturen. Die Extrusionsprozesse zur Erzeugung einer derartigen Kapillarstruktur verlangen einen kleinen Kapillardurchmesser und relativ dicke Wandstärken von ca. 30 µm, damit ein stabiles Gefüge realisiert werden kann. Aus diesen Vorgaben resultiert ein relativ hoher Materialverbrauch und damit verbunden ein hohes Gewicht derartiger Kapillarstrukturen. Nachteilig ist darüber hinaus, dass durch den hohen Materialeinsatz die Durchlässigkeit besonders für diffus oder im Winkel einfallendes direktes Licht eingeschränkt ist. Darüber hinaus wirkt sich als nachteilig aus, dass Reflektionen an der Schnittkante auftreten können, da diese infolge des Schneidevorganges oft unsauber ist.

Neben Strukturen von transparenten Wärmedämmungen, wie sie oben beschrieben worden sind, sind in neuerer Zeit Strukturen bekannt geworden, bei denen dünnwandige Glasröhrchen so zwischen zwei beabstandet zueinander angeordneten Glasscheiben senkrecht zu den Scheiben angeordnet werden, dass sich eine isolierende Struktur zwischen den Glasscheiben ergibt. Derartige aus Glaskapillaren bestehende Strukturen sind zwar sehr temperatur- und witterungsbeständig, jedoch aufwendig in der Herstellung und besitzen ebenfalls ein hohes Gewicht, was sich insbesondere für den Einsatz bei Sonnenkollektoren nachteilig auswirkt.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Wabenstrukturen für transparente Wärmedämmung herzustellen, bei denen einzelne Folienstreifen Schicht für Schicht zwischen sehr dünnen Abstandhalterkämmen, welche zum Trennen der Folien dienen, verschweißt werden. Der Schweißvorgang wird hierbei so ausgeführt, dass jeweils zwei übereinanderliegende Folien versetzt zueinander miteinander verbunden werden. Die eigentliche Wabenstruktur mit rautenförmig geformten Zellen entsteht erst dadurch, dass der geschweißte Folienstapel an seinen Enden auseinandergezogen wird, so dass sich die rautenförmige Struktur ausbilden kann. Die Dicke der Struktur ergibt sich aus der Breite der Folienstreifen, die Höhe aus der Anzahl der übereinander angeordneten Folienstreifen. Zur Aufspannung derartiger Strukturen sind also eine geeignete Aufhängung mit einem Rahmen beispielsweise aus Holz oder Metall, in den die Wabenstruktur eingehängt werden kann, notwendig.

Das Herstellungsverfahren derartiger rautenförmiger Wabenstrukturen ist aufwendig, wobei darüber hinaus das Problem besteht, die übereinander gestapelten, miteinander verbundenen Folien durch eine geeignete Aufhängung in eine räumliche Form zu bringen. Dieser Vorgang läst sich nur schwer automatisieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Wabenstruktur sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer derartigen Struktur zu schaffen, bei der die Nachteile vorhandener Strukturen beseitigt werden, die folglich ohne zusätzliche Maßnahmen eine räumliche Ausdehnung besitzt und diese selbstständig beibehält, die preiswert und einfach herzustellen ist und gegenüber herkömmlichen Strukturen entscheidende Gewichtsvorteile aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Dabei wird den Folienstreifen ein U-förmiger Querschnitt von rechtwinkelig zueinander angeordneten waagerechten und senkrechten Teilbereichen gegeben und die Folienstreifen werden im Übergangsbereich von waagerechten und senkrechten Teilbereichen der übereinander angeordneten Streifen miteinander verbunden. Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung entsteht eine in sich stabile Wabenstruktur, die ohne weitere Maßnahmen selbstständig freistehend ist und bei der die Eigengewichtskräfte der Struktur durch die erfindungsgemäß übereinander angeordneten senkrechten Stege nach unten bis zur Standfläche weitergeleitet werden. Darüber hinaus lassen sich Wabenstrukturen mit speziell angepassten Wärmedämmeigenschaften herstellen, in dem man den Abstand der waagerechten bzw. senkrechten Teilbereiche der U-förmigen wellenförmigen Gestalt der übereinander angeordneten Folienstreifen entsprechend variiert. Je enger die Abstände gehalten sind, desto besser werden die dämmenden Eigenschaften der Gesamtstruktur.

Im Anspruch 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung offenbart, mit der durch einen Schweißvorgang eine freistehende erfindungsgemäße Wabenstruktur mit den Merkmalen des Anspruches 1 hergestellt werden kann. Die Vorrichtung weist einen Schweißkopf mit mehreren, im Abstand zueinander angeordneten, von senkrechten und waagerechten Wandbereichen durch Zwischenräume begrenzte Vorsprünge auf, bei denen in den Übergangsbereichen der senkrechten und waagerechten Wandbereiche jeweils mindestens ein Heizdraht angeordnet ist. Darüber hinaus besitzt die Vorrichtung einen kammartigen, aus einer Verbindungsbrücke und in der horizontalen Querschnittsebene der Verbindungsbrücke vorstehenden Gegenhalterfingern bestehenden Schweißamboss, wobei der Schweißamboss in horizontaler Richtung und der Schweißkopf in vertikaler Richtung verfahrbar sind. In den Zwischenräumen zwischen den Vorsprüngen des Schweißkopfes sind Saugvorrichtungen zum Festhalten der Folien angeordnet.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung lässt sich zum einen die erforderliche U-förmige Wellengestalt der Folienstreifen erzeugen. Gleichzeitig kann mit der Vorrichtung an den Verbindungsstellen im Übergangsbereich von waagerechten und senkrechten Teilbereichen der entsprechend geformten Folienstruktur eine Schweißnaht zur Verbindung der Folienstreifen hergestellt werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich insbesondere sehr dünne Folien miteinander verbinden, woraus sich für die entstehende Wabenstruktur wiederum der Vorteil großer Transparenz und niedriger Materialkosten ergibt. Es lassen sich mit der Vorrichtung nicht nur transparente Folien, sondern alle Arten von Folienmaterial miteinander verbinden, einzige Voraussetzung ist die Schweißbarkeit des Materials.

Spezielle vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der nachgeordneten Vorrichtungsansprüche.

Es hat sich insbesondere als zweckmäßig erwiesen, die Gegenhalterfinger des Schweißamboss mit einem hochtemperaturbeständigen Material, vorzugsweise Teflon zu beschichten, so dass die Schweißung auf einer weichen nachgiebigen Unterlage stattfindet.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, die Gegenhalterfinger in ihrer Breite geringfügig größer zu gestalten als die sich während des Schweißvorganges gegenüberliegend befindlichen Freiräume zwischen den Vorsprüngen des Schweißkopfes. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, dass sich auch bei einem geringfügigen Versatz zwischen Freiräumen und Gegenhalterfingern des Schweißamboss eine ausreichende Auflage- bzw. Andruckfläche für den Schweißvorgang der übereinander angeordneten Folienstreifen ergibt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht darüber hinaus vor, die Heizdrähte, die in den Kantenbereichen der Vorsprünge des Schweißkopfes angeordnet sind, vorzuspannen. Dies kann beispielsweise durch eine seitlich des Schweißkopfes angeordnete Spannvorrichtung geschehen. Die Vorspannung hat den Vorteil, dass die sich infolge der Aufheizung der Schweißdrähte ergebende Längendehnung aufgefangen wird und die Lage der Schweißdrähte insbesondere im Kantenbereich der Vorsprünge, in dem die Verschweißung der übereinander angeordneten Folienbahnen stattfindet, jederzeit korrekt bleibt.

Um die miteinander zu verschweißenden Folienbahnen auf einfache Weise in die erforderliche U-förmige Wellengestalt zu bringen, ist es notwendig, zwischen den Vorsprüngen des Schweißkopfes, d. h. am Grunde der durch die Vorsprünge gebildeten Nuten Saugvorrichtungen anzuordnen, die vorzugsweise mindestens zwei am jeweiligen Nutgrund angeordnete Saugdüsen aufweisen, die wiederum an eine Unterdruckabsaugleitung angeschlossen sind. Die Saugvorrichtung hat den Vorteil, dass die wellenförmige Gestalt der Folienstreifen ohne zusätzliche mechanische Mittel gehalten werden kann, was die Automation des gesamten Herstellprozesses zusätzlich erleichtert und somit die Produktion der freistehenden Wabenstruktur einfacher und kostengünstiger gestaltet.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Wabenstruktur sowie eine Vorrichtung zur Herstellung dieser Wabenstruktur anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Wabenstruktur in seitlicher Ansicht,

Fig. 2 Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung der Wabenstruktur gemäß Fig. 1,

Fig. 3 Draufsicht entsprechend der Kennzeichnung A/A in Fig. 2 auf die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Wabenstruktur weist mehrere, übereinander angeordnete wellenförmige Folienstreifen 1 auf. Die Wellenform der Folienstreifen 1 ist so gestaltet, dass jeder Folienstreifen wechselseitig geöffnet U- förmige Bereiche mit waagerechten Teilbereichen 3 und senkrechten Teilbereichen 4 aufweist. Die Folienstreifen besitzen üblicherweise eine Tiefenausdehnung in Richtung senkrecht zur Zeichenebene von 3 bis 12 cm. Diese Tiefendimension ist abhängig von der gewünschten Wärmedämmfähigkeit der gesamten Wabenstruktur. Die Wärmedämmfähigkeit lässt sich darüber hinaus dadurch variieren, dass die senkrechten Teilbereiche 4 und die waagerechten Teilbereiche 3 in ihrer Größe unterschiedlich gestaltet werden. Eine Verkleinerung der Teilbereich 3 und 4 bewirkt eine feinmaschigere Wabenstruktur, was zu einer Erhöhung der Isolierfähigkeit letzterer führt.

Die erfindungsgemäße Wabenstruktur erhält durch die U-förmige Gestaltung der einzelnen Folienstreifen Übergangs- oder Eckbereiche 5 zwischen den senkrechten Teilbereichen 4 und den waagerechten Teilbereichen 3 der Folienstreifen. An diesen Übergangsbereichen 5 sind die übereinander angeordneten Folienstreifen 1 miteinander durch Schweißnähte 7 verbunden, die in der zeichnerischen Darstellung zur Verdeutlichung als Punkte angedeutet sind und die die einzelnen Folienbahnen entlang ihrer gesamten Tiefe senkrecht zur Zeichenebene miteinander verbinden. Es entsteht eine Wabenstruktur, die ohne weitere Hilfsmittel wie Rahmenkonstruktionen, Aufhängungen oder dergleichen selbstständig eine dreidimensionale Gestalt einnimmt und behält. Eine derartige Wabenstruktur kann in beliebiger Größe, d. h. nur abhängig von der Breite und Länge der Folienstreifen hergestellt werden und dann problemlos beispielsweise für die oben beschriebenen Zwecke von wärmedämmenden Strukturen eingesetzt werden. Anwendungsgebiete derartiger erfindungsgemäßer Transparenter Wärmedämmung sind beispielsweise Sonnenkollektoren oder Isolierung von Gewächshäusern.

Im folgenden wird beispielhaft eine Vorrichtung beschrieben, mit Hilfe der eine erfindungsgemäße Wabenstruktur unter Benutzung von Schweißverbindungen zwischen den einzelnen Folienbahnen hergestellt werden kann.

Die Fig. 2 zeigt eine Wabenstruktur 10 entsprechend Fig. 1, die durch Auflage weiterer Folienbahnen und deren Verschweißung mit der bereits vorhandenen Wabenstruktur in ihrer Höhe ergänzt wird. Die in ihrer Gesamtheit mit 20 bezeichnete Vorrichtung zur Erstellung der Wabenstruktur 10 weist einen in Richtung des Pfeiles 30 in vertikaler Richtung bewegbaren Schweißkopf 22 auf. Der Schweißkopf besteht aus einer Traverse 23 und mehreren an der der Wabenstruktur zugewandten Seite angeordneten Vorsprüngen 24. Die Vorsprünge 24 weisen einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt mit senkrechten Wandbereichen 25 und waagerechten Wandbereichen 26 auf. In den Kantenbereichen 27 am Übergang zwischen senkrechten und waagerechten Wandbereichen 25 bzw. 26 der Vorsprünge 24 verlaufen an den vorstehenden freien Enden Heizdrähte 31 die gesamte Kante des Vorsprunges 24 senkrecht zur Zeichenebene entlang. Die Heizdrähte 31 sind an den Seiten des Schweißkopfes nach oben geführt und werden über eine Aufhängung zum benachbarten Kantenbereich geleitet.

Die Aufhängung ist als Spannvorrichtung ausgeführt. Zugfedern 36 seitlich des Schweißkopfes setzen die Heizdrähte unter eine Vorspannung und gleichen Längendehnungen der Heizdrähte zum Beispiel infolge Aufheizung aus. Als besonders kostengünstige und praktische Ausführungsvariante haben sich die in Fig. 2 schematisch dargestellten Schraubenfedern erwiesen.

Unterhalb des Schweißkopfes 22 befindet sich während des Schweißvorganges ein Schweißamboss 32. Der Schweißamboss besteht aus einer Verbindungsbrücke 33 und in horizontaler Querschnittsebene der Verbindungsbrücke seitlich angeordneten Gegenhalterfingern 34.

Während des Schweißvorganges sind die Gegenhalterfinger 34 jeweils gegenüber einer sich zwischen den benachbarten Vorsprüngen 24 ergebenden Lücke angeordnet. Die Breite der Gegenhalterfinger 34 ist geringfügig größer als diejenige der Lücken zwischen den Vorsprüngen 24, so dass sich selbst bei leichter Verschiebung der Gegenhalterfinger 34 auf jeden Fall eine ausreichende Auflagefläche für die in dem Kantenbereich 27 angeordneten Heizdrähte 31 des Schweißkopfes ergibt. Darüber hinaus sind die Kanten der Gegenhalterfinger 34 geringfügig abgeschrägt, so dass eine besonders gute Auflage für die Heizdrähte 31 gegeben ist. Der Schweißamboss ist in waagerechter Richtung, d. h. senkrecht zur Zeichenebene in Richtung des Pfeiles 35 bewegbar.

Zur Durchführung eines einzelnen Schweißvorganges wird der Schweißkopf zunächst in eine angehobene Position gebracht. Danach wird eine zu schweißende Folienbahn so in den Schweißkopf eingelegt, dass die Folienbahn 1 die in Fig. 2 dargestellte wellenförmige Gestalt annimmt. Der Einlegeprozeß wird dadurch unterstützt, dass in den zwischen den Vorsprüngen 24 angeordneten Zwischenräumen 29 Saugdüsen 40 angeordnet sind, die wiederum mit einer Unterdruckabsaugleitung verbunden sind und die unterhalb des Schweißkopfes in Position gebrachte Folienbahn in die Zwischenräume 29 bis zur Anlage an die Absaugdüsen hineinziehen. Gleichzeitig fährt der Amboss mit seinen Gegenhalterfingern 34 von der Seite in die hochstehenden Kammern der zuletzt geschweißten Folienbahn der Wabenstruktur 10. Sind die Gegenhalterfinger 34 vollständig in die Kammern der obersten Folienbahn der Wabenstruktur 10 eingefahren, senkt sich der Schweißkopf 22 auf den Schweißamboss 32 herab. Durch diese Abwärtsbewegung kommt die in dem Schweißkopf eingelegte Folienbahn mit derjenigen Folienbahn, in die die Gegenhalterfinger des Schweißamboss eingefahren sind, zur Anlage. Gleichzeitig kommen die Kantenbereiche 27 mit den dort angeordneten Heizdrähten 31 an den Gegenhalterfingern zur Anlage und pressen die zwischenliegenden beiden Folienbahnen zusammen.

Während oder nach der Abwärtsbewegung des Schweißkopfes 22 werden die Heizdrähte 31 kurzzeitig aufgeheizt, so dass sie bei Anlage des Schweißkopfes am Schweißamboss die für die Verbindung der Folienbahnen notwendige Schweißtemperatur erreicht haben. Nach kurzzeitiger Pressung der Folienbahnen werden die Saugdüsen 40 in den Zwischenräumen 29 abgeschaltet und der Schweißkopf in die angehobene Position zurückgefahren. Der Schweißamboss fährt gleichzeitig seitlich aus der Wabenstruktur 10 heraus und wird anschließend in den Zwischenräumen der neu erstellten Folienbahn durch seitliches Einschieben neu platziert. Gleichzeitig wird in der angehobenen Position des Schweißkopfes eine neue Folienbahn durch die Saugdüsen 40 in die Zwischenräume 29 zwischen den Vorsprüngen 24 des Schweißkopfes eingezogen. Danach kann der Schweißvorgang für die nächste Folienbahn in der bereits oben beschriebenen Art und Weise durchgeführt werden.

Innerhalb des Nutgrundes der Zwischenräume 29 sind mehrere Saugdüsen 40 über die Breite des Schweißkopfes 22 verteilt angeordnet. Auf diese Weise ist ein gleichmäßiger Einziehvorgang der zu schweißenden Folienbahn in die Zwischenräume 29 gewährleistet. In der Fig. 3 ist deutlich zu erkennen, dass für die dargestellte Breite des Schweißkopfes 22 beispielsweise 2 Saugdüsen 40 sich als ausreichend erwiesen haben.

Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Gegenhalterfinger 34 des Schweißambosses 32 mit einer dünnen nachgiebigen Schicht aus einem hoch temperaturbeständigen Material, wie vorzugsweise Teflon, zu beschichten. Auf diese Weise werden Verklebungsvorgänge vermieden. Darüber hinaus findet die Schweißung auf einer weichen Unterlage statt, was eine Qualitätsverbesserung der hergestellten Schweißnähte bewirkt.

Bezugszeichenliste

1

Folienstreifen

3

waagerechter Teilbereich

4

senkrechter Teilberiech

5

Übergangsbereich

7

Schweißnaht

10

Wabenstruktur

20

Vorrichtung

22

Schweißkopf

23

Traverse

24

Vorsprung

25

senkrechter Wandbereich

26

waagerechter Wandbereich

27

Kantenbereich

29

Zwischenräume

30

Pfeil

31

Heizdraht

32

Schweißamboß

33

Verbindungsbrücke

34

Gegenhalterfinger

35

Pfeil

36

Zugfeder

40

Saugdüsen

Claims

1. Transparente Wärmedämmung aus einer ohne weitere Maßnahmen selbständig freistehenden Wabenstruktur aus lichtdurchlässigen flexiblen Folienstreifen, wobei die Folienstreifen (1) eine Wellenform mit U-förmigem Querschnitt von im wesentlichen rechtwinkelig zueinander angeordneten waagerechten und senkrechten Teilbereichen (3, 4) aufweisen und die Folienstreifen (1) im Übergangsbereich (5) von waagerechten und senkrechten Teilbereichen (3, 4) der übereinander angeordneten Folienstreifen (1) miteinander verschweißt sind.

2. Vorrichtung zur Herstellung einer Transparenten Wärmedämmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Schweißkopf (22) mit mehreren, im Abstand zueinander angeordneten, von senkrechten und waagerechten Wandbereichen (25, 26) durch Zwischenräume (29) begrenzte Vorsprünge (24) aufweist, bei denen im Kantenbereich (27) der senkrechten und waagerechten Wandbereiche (25, 26) jeweils mindestens ein Heizdraht (31) angeordnet ist, und dass die Vorrichtung einen kammartigen, aus einer Verbindungsbrücke (33) und in horizontaler Querschnittsebene der Verbindungsbrücke (33) vorstehenden Gegenhalterfingern (34) bestehenden Schweißamboss aufweist, wobei der Schweißamboss (32) in horizontaler Richtung und der Schweißkopf (22) in vertikaler Richtung verfahrbar ist und dass in den Zwischenräumen (29) zwischen den Vorsprüngen (24) des Schweißkopfes (22) mindestens eine Saugvorrichtung angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenhalterfinger (34) des Schweißamboss (32) mit einem hoch temperaturbeständigen Material, vorzugsweise Teflon, ummantelt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenhalterfinger (34) in ihrer Breite geringfügig größer sind als die während des Schweißvorganges gegenüberliegenden, zwischen den Vorsprüngen (24) des Schweißkopfes (22) befindlichen Zwischenräume (29).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizdrähte (31) im Bereich der Vorsprünge (24) des Schweißkopfes (22) durch mindestens eine Spannvorrichtung gehalten sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugvorrichtung mindestens eine zwischen den Vorsprüngen (24) angeordnete Saugdüse (40) aufweist, die an eine Unterdruckabsaugleitung anschließbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung mehrere vorzugsweise als Schraubenfedern (36) ausgestaltete Zugfederelemente aufweist.