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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundmaterial, insbesondere
für ein
Solarkollektorelement, mit einem bandförmigen metallischen Träger, einer
Zwischenschicht und mit einem auf die Zwischenschicht aufgebrachten
optischen Mehrschichtsystem, welches eine Infrarot-Reflektionsschicht
und ein darüber
liegendes Absorptions-Schichtsystem umfasst.
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Solarkollektoren
werden bekanntermaßen zur
Energiegewinnung aus der Sonnenstrahlung eingesetzt. Dabei wird
die Sonnenstrahlung an einem beispielsweise plattenförmigen Absorberteil
eines Solarkollektors in Wärme
umgewandelt und erhitzt eine im Kollektor enthaltene Wärmeträgerflüssigkeit. Für die Wärmeträgerflüssigkeit
ist ein aus Rohren bestehendes Kreislaufsystem vorhanden, das es
ermöglicht,
die aufgenommene Wärme
wieder an einen Verbraucher, wie z. B. an einen Wärmetauscher, in
dem Brauchwasser erwärmt
werden kann, abzugeben.
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Bei
Solarkollektoren unterscheidet man Niedrigtemperatur-Kollektoren
mit Betriebstemperaturen bis zu 100°C und Hochtemperatur-Kollektoren mit
Betriebstemperaturen über
100°C, wobei
im Falle von sogenannten Tower-Anlagen, die zur Bereitstellung von
Prozesswärme
dienen, die Absorbertemperatur bis zu 1200°C betragen kann. Als charakteristische
Größe für einen
Solarkollektor wird häufig
die sogenannte Stillstandstemperatur angegeben, worunter die maximale,
theoretisch mögliche
Einsatztemperatur eines Kollektors zu verstehen ist, bei der das
Material im thermischen Gleichgewicht mit der Umgebung steht.
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Die
Eigenschaften "solarer
Absorptionsgrad",
im Folgenden kurz "Absorption" genannt, und "thermischer Emissionsgrad", im Folgenden kurz "Emission" genannt, werden
durch das Mehrschichtsystem, insbesondere durch dessen Infrarot-Reflektionsschicht und
durch das darüber
liegende Absorptions-Schichtsystem entscheidend beeinflusst. Weitere
wichtige funktionelle Eigenschaften, wie Temperaturstabilität, Verarbeitbarkeit,
Recyclierbarkeit usw., sind durch den kompletten Aufbau des Verbundmaterials
bestimmt.
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Allgemein
teilt sich bei einem Objekt, auf das eine Strahlung auftrifft, wie
dies auch bei der beschichteten Oberfläche eines Absorberteils geschieht,
diese Strahlung in einen reflektierten, einen absorbierten und einen
transmittierten Anteil auf, die durch den Reflexionsgrad (Reflexionsvermögen), den
Absorptionsgrad (Absorptionsvermögen)
und den Transmissionsgrad (Transmissionsvermögen) des Objektes bestimmt
werden. Reflexionsvermögen,
Absorptionsvermögen
und Transmissionsvermögen
sind optische Eigenschaften, die je nach der Wellenlänge einer
einfallenden Strahlung (z. B. im Ultraviolett-Bereich, im Bereich
des sichtbaren Lichts, im Infrarot-Bereich und im Bereich der Wärmestrahlung)
für ein-
und dasselbe Material unterschiedliche Werte annehmen können. Hinsichtlich
des Absorptionsvermögens
ist dabei das Kirchhoffsche Gesetz bekannt, wonach der Absorptionsgrad
jeweils bei einer bestimmten Temperatur und Wellenlänge in konstantem
Verhältnis
zum Emissionsgrad steht. Somit sind für das Absorptionsvermögen auch
das Wiensche Verschiebegesetz bzw. das Plancksche Gesetz sowie das
Stefan-Boltzmann-Gesetz von Bedeutung, durch die bestimmte Zusammenhänge zwischen Strahlungsintensität, spektraler
Verteilungsdichte, Wellenlänge
und Temperatur eines sogenannten "Schwarzen Körpers" beschrieben werden. Bei Berechnungen
ist zu beachten, dass der "Schwarze Körper" als solcher nicht
existiert und reale Stoffe in je charakteristischer Weise von der
Idealverteilung abweichen. Zur Gewährleistung einer hocheffektiven Energieausnutzung
werden für
Absorberteile im solaren Wellenlängenbereich
(etwa 300 bis etwa 2500 nm) ein maximaler Absorptionsgrad und im
Bereich der Wärmestrahlung
(oberhalb etwa 2500 nm) ein maximaler Reflexionsgrad gefordert.
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Ein
Verbundmaterial der eingangs genannten Art ist aus der
EP 1 217 394 B1 bekannt
und hat sich in der Praxis – beispielsweise
für ein
Solarkollektorelement, wie es in der
EP 1 217 315 B1 beschrieben ist – bewährt. Das
aus dem letztgenannten Dokument bekannte Solarkollektorelement ist
dabei insbesondere auf der Basis von beschichtetem Aluminiumband
als Träger
hergestellt, wobei rückseitig
ein lasergeschweißtes
Kupferrohr befestigt ist.
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Die
Zwischenschicht des bekannten Verbundmaterials besteht dabei insbesondere
aus anodisch oxidiertem oder elektrolytisch geglänztem und anodisch oxidiertem
Aluminium, das aus dem Trägermaterial
gebildet ist. Sie kann auf nasschemischen Weg erzeugt werden, wobei
die Poren der Aluminiumoxidschicht in der letzten Phase der Prozesskette weitestgehend
durch eine Heissverdichtung verschlossen werden können, so
dass eine dauerhaft beständige
Oberfläche
entsteht.
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Das
optisch wirkende Mehrschichtsystem des bekannten Verbundmaterials
besteht aus drei Einzelschichten, wobei die beiden oberen Schichten oxidische
Schichten sind und die unterste Schicht eine auf die Zwischenschicht
aufgetragene metallische Schicht ist, die die Infrarot-Reflektionsschicht bildet.
Die Schichten können
dabei vorzugsweise Sputterschichten, insbesondere durch Reaktivsputtern
erzeugte Schichten, CVD- oder PECVD-Schichten oder durch Verdampfen,
insbesondere durch Elektronenbombardement oder aus thermischen Quellen,
erzeugte Schichten sein und vorteilhafterweise in Vakuumfolge in
einem kontinuierlichen Verfahren erzeugt werden.
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Im
Einzelnen ist die oberste Schicht des Mehrschichtsystems des bekannten
Verbundmaterials insbesondere eine siliciumoxidische Schicht der chemischen
Zusammensetzung SiOy. Die mittlere Schicht
ist eine chromoxidische Schicht der chemischen Zusammensetzung CrOx und die unterste Schicht besteht aus Gold,
Silber, Kupfer, Chrom, Aluminium und/oder Molybdän, wobei es auch möglich ist,
dass sie aus mehreren übereinander
angeordneten Teilschichten besteht. Die mittlere Schicht bildet das
Absorptions-Schichtsystem und weist eine hohe Selektivität des Absorptionsgrades
(Spitzenwerte über
90% im Wellenlängenbereich
von etwa 300 bis 2500 nm, Minimalwerte unter 15% im Wellenlängenbereich > ca. 2500 nm) auf.
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Ein
Nachteil des bekannten Verbundmaterials ist jedoch die nicht immer
ausreichende Witterungsbeständigkeit,
insbesondere in maritimen Klimaten.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundmaterial
der eingangs beschriebenen Art, insbesondere zur Verwendung in einem
Solarkollektorelement, zu schaffen, das bei hoher Funktionalität, die sich
insbesondere in den oben genannten Werten des solaren Absorptionsgrades, des
thermischen Emissionsgrades und einer hohen Temperaturstabilität ausdrückt, und
bei möglichst aufwandsarmer
Herstellbarkeit und langer Lebensdauer sowie des Weiteren einer
einfachen Recyclier barkeit – insbesondere
in maritimen Klimaten – eine verbesserte
Witterungsbeständigkeit
aufweist.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass die Zwischenschicht zur elektrochemisch isolierenden
Trennung des Trägers
von dem optischen Mehrschichtsystem ohne durchgängige Poren ausgebildet ist
und mindestens eine aus einem Kunststoff bestehende Teilschicht
umfasst, wobei eine im Frequenzbereich von 1 bis 10 Hz an dem Verbund aus
Träger
und Schichten gemessene Impedanz einen Wert besitzt, der größer ist
als 1 MΩ.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die, insbesondere in maritimen
Klimaten, zu verbessernde Witterungsbeständigkeit des bekannten Materials
auf elektrochemischen Prozessen beruht, die durch Interaktionen
der Konstituenten des Materials hervorgerufen werden. So konnte
durch Versuche festgestellt werden, dass eine Hauptursache für die nicht
ausreichende Beständigkeit
in maritimen Klimaten eine Korrosion an der selektiv beschichteten
Oberfläche
des bekannten Verbundmaterials ist. Die rein metallischen Schichtbestandteile und
das andere Material des Bandsubstrates treten bei Anwesenheit von
Feuchte aufgrund der prozessbedingten Porosität der beteiligten Schichten
in elektrochemische Wechselwirkung, in deren Ergebnis dann eine
flächenhafte
Korrosion auftritt. Diese kann durch die Erfindung nahezu vollständig unterbunden werden.
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Erfindungsgemäß wird verhindert,
dass in den Schichten bzw. Schichtsystemen des erfindungsgemäßen Verbundmaterials,
die zum Teil metallische Schichten – wie optional Gradientenschichten
mit bei zunehmender Schichtdicke abnehmender Konzentration der Hauptkonstituenten – durch
das Eintreten von Feuchtigkeit elektrochemische Prozesse einsetzen.
Diese bei Anwesenheit von Elektrolyten, wie Wasser oder Salzlösung, auftretenden
elektrochemischen Prozesse laufen um so schneller ab, je größer der
Abstand der elektrochemischen Potentiale der beteiligten Metalle
ist. Dies erklärt,
warum im Korrosionstest bei dem bekannten Verbundmaterial eine Chromschicht
auf Aluminium als Material des Trägers deutlich schlechter abschneidet,
als eine solche Schicht auf Kupfer.
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Des
Weiteren liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass dann,
wenn durch die Teilschicht der Zwischenschicht in den vorhandenen Schichten
bzw. Schichtsystemen – einschließlich des Trägers – eine Impedanz
eingestellt wird, die im Frequenzbereich von 1 bis 10 Hz größer ist
als 1 MΩ, dem
erfindungsgemäßen Verbundmaterial
eine erhöhte
Beständigkeit
in maritimen Klimaten verliehen werden kann.
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Diese
angestrebte erhöhte
Beständigkeit drückt sich
beispielsweise darin aus, dass, wenn die zu testende Fläche eine
Woche lang einer wässrigen Kochsalzlösung von
1-normaler Konzentration
bei 40°C
ausgesetzt wird, bei einem bekannten Standardmaterial bereits nach
24 Stunden erste Punktkorrosionserscheinungen beobachtet werden
können,
während
an dem erfindungsgemäßen Material selbst
nach einer Woche Belastung keine solche Punktkorrosionserscheinungen
feststellbar sind.
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Die
Ermittlung der Impedanz wird dabei durch die sogenannte Impedanz-Spektroskopie
vorgenommen. Der Verlauf der Impedanz, die über einen Frequenzbereich von
etwa 1 Hz bis 10 Hz, optional bis zu etwa 100 kHz erfolgen kann,
liefert, insbesondere mit dem dazugehörigen Phasendiagramm, sehr
schnell eine Aussage, ob ein Verbundmaterial den Anforderungen genügen wird
oder nicht. Ergänzend
lässt sich
auf diese Weise sehr schnell prüfen, ob
eine applizierte Kunststoff-Teilschicht nach einer zum Zwecke der
bevorzugten Aufbringung der Infrarot-Reflektionsschicht und des
darüber
liegenden Absorptions-Schichtsystems vorgenommenen Vakuumbehandlung
das Verbundmaterial bezüglich
seines späteren
Korrosionsverhaltens verbessert oder verschlechtert hat.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung enthalten.
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Anhand
eines durch die beiliegende Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels
wird die Erfindung näher
erläutert.
Dabei zeigen:
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1 eine
prinzipielle Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Verbundmaterial,
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2 den
Frequenzgang der durch Impedanz-Spektroskopie ermittelten Impedanz
eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials
im Vergleich mit einem Standardmaterial.
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Wie 1 zeigt,
umfasst ein erfindungsgemäßes Verbundmaterial,
das insbesondere zur Herstellung eines Solarkollektorelementes einsetzbar
ist, einen bandförmigen
metallischen Träger 1,
eine Zwischenschicht 2 und ein auf die Zwischenschicht 2 aufgebrachtes
optisches Mehrschichtsystem 3. Das optische Mehrschichtsystem 3 weist
eine metallische Infrarot-Reflektionsschicht 4 und ein
darüber
liegendes Absorptions-Schichtsystem 5 auf.
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Alle
Schichten des optischen Mehrschichtsystems 3 können bevorzugt
Sputterschichten, insbesondere durch Reaktivsputtern erzeugte Schichten,
CVD- oder PECVD-Schichten
oder durch Verdampfen, insbesondere durch Elektronenbombardement
oder aus thermischen Quellen, erzeugte Schichten sein und bevorzugt
in Vakuumfolge in einem kontinuierlichen Verfahren erzeugt werden.
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Als
optional vorhandene oberste Schicht des erfindungsgemäßen Verbundmaterials
ist in 1 in dem optischen Mehrschichtsystem 3 ein
bevorzugt aus dielektrischen Teilschichten bestehendes Entspiegelungs-Schichtsystem 6 dargestellt,
das dazu dient, die Restreflektion im solaren Bereich zu minimieren.
Der sich dadurch ergebende, aus drei Hauptschichten bestehende Aufbau
des optischen Mehrschichtsystems 3 entspricht somit den
eingangs dargestellten, an sich bekannten Verhältnissen. Auch weitere an sich
bekannte Merkmale – wie
die entsprechenden Dicken bzw. Zusammensetzungen der Schichten 4, 5, 6 – können in
dem erfindungsgemäßen Material
vorliegen, wobei das solare Absorptions-Schichtsystem 5 bevorzugt
für eine
hohe Absorption über
dem normierten AM 1,5 Spektrum ausgelegt sein kann.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die Zwischenschicht 2 zur elektrochemisch isolierenden Trennung
des Trägers 1 von
dem optischen Mehrschichtsystem 3 porenfrei ausgebildet
ist und mindestens eine aus einem Kunststoff bestehende Teilschicht 9 umfasst,
wobei eine im Frequenzbereich von 1 bis 10 Hz an dem Verbund aus
Träger 1 und Schichten 2, 3 gemessene
Impedanz einen Wert besitzt, der größer ist als 1 MΩ. Wie bereits
erwähnt,
ist ein Frequenzgang der durch Impedanz-Spektroskopie ermittelten
Impedanz in 2 gezeigt.
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Durch
die erfindungsgemäß ausgebildete Zwischenschicht 2 ist
es möglich,
eine elektrochemische Wechselwirkung zwischen dem Metall des Bandes 1 und
den metallischen Bestandteilen des Schichtsystems 3 derart
zu unterbinden, dass ohne Beeinträchtigung der wichtigen funktionellen
Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verbundmaterials, wie
des solaren Absorptionsgrades, des thermischen Emissionsgrades,
der Temperaturstabilität,
der Verarbeitbarkeit und der Recyclierbarkeit, ein im Vergleich
zu einem Standardmaterial, wie es eingangs beschrieben ist, signifikanter
Anstieg der Witterungsbeständigkeit
eintritt. Die Zwischenschicht wirkt damit als eine elektrochemische
Barriereschicht zwischen Träger 1 und
optischem Mehrschichtsystem 3.
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So
werden, wie bereits ausgeführt,
wenn eine Probe des erfindungsgemäßen Verbundmaterials eine Woche
lang einer wässrigen
1-n-Kochsalzlösung
bei 40°C
ausgesetzt wird, keine Punktkorrosionserscheinungen festgestellt.
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Der
Kunststoff der mindestens einen Teilschicht 9 der Zwischenschicht 2 kann
insbesondere auf der Basis einer lösemittelhaltigen Zusammensetzung
hergestellt sein, die als Hauptbestandteil ein Acrylat-, Epoxyd-
oder Polyurethanharz oder eine Mischung aus diesen Stoffen enthält. Hierbei
kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Kunststoff der mindestens
einen Teilschicht 9 der Zwischenschicht 2 – durch
Kombination eines Acrylat-, Epoxyd- oder Polyurethanharzes oder
einer Mischung aus diesen Stoffen mit Phenolen – aus Acrylatphenol, Epoxiphenol
oder Polyurethanphenol oder deren Mischungen besteht.
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Der
bandförmige
metallische Träger 1 kann bevorzugt
aus Aluminium oder Kupfer, aber auch aus Edelstahl bestehen. Die
Rückseite
des Metallbandes kann bevorzugt unbehandelt bleiben.
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Wie
in 1 dargestellt, kann die Zwischenschicht 2 bevorzugt
aus der mindestens einen Teilschicht 9 sowie aus weiteren
Teilschichten 8, 10 bestehen. Die Teilschichten 8, 9, 10 der
Zwischenschicht 2 können
dabei voneinander abweichende chemische Zusammensetzungen aufweisen.
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Die
Teilschichten 8, 9, 10 der Zwischenschicht 2 können dabei
auch in mehreren Verfahrensschritten auf den bandförmigen metallischen
Träger 1 aufgebracht
sein.
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So
ist es möglich,
dass die zur Auftragung einer untersten Teilschicht 8 der
Zwischenschicht 2 vorgesehenen Verfahrensschritte eine
anodische Oxydation oder ein elek trolytisches Glänzen kombiniert mit einer anodischen
Oxydation eines/des aus Aluminium bestehenden Trägers 1 umfassen. Es liegt
damit eine Teilschicht 8 vor, wie diese als Gesamtschicht – wie eingangs
beschrieben – an
sich auf einem Trägermaterial
bekannt ist.
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Des
Weiteren ist es möglich,
dass die zur Auftragung einer obersten Teilschicht
10 der
Zwischenschicht vorgesehenen Verfahrensschritte die nasschemische
Auftragung einer in einem Sol-Gel-Prozess gewonnenen, vorwiegend
anorganischen SiO
2-haltigen Schicht umfassen.
So ist aus der
EP 1
154 289 A1 , auf die hier in vollem Umfang verwiesen wird,
die Herstellung einer glasartigen Sol-Gel-Schutzschicht bekannt,
die im Wesentlichen aus einem Netzwerk anorganischer Polysiloxane
mit organischen Gruppen besteht. In mehreren Lagen und/oder einlagig
in hinreichender Dicke aufgebracht, sind diese Schichten nahezu
porenfrei und isolierend. Besonders vorteilhaft ist dabei die geringe Durchlässigkeit
für Wasser.
Durch diese bevorzugte Ausbildung der Zwischenschicht
2 wird – wie durch die
aus Kunststoff bestehende Teilschicht
9 – eine elektrische
Isolierung des Trägers
1 von
dem optischen Mehrschichtsystem
3 erreicht, da die glasartige
Teilschicht
10 wie die meisten Gläser und die meisten Kunststoffe,
ein guter Isolator ist.
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Um
die erfindungsgemäß beabsichtigte
Wirkung zu erzielen, ist es insbesondere mit dem Vorteil einer leichten
Verarbeitbarkeit und Verfügbarkeit
der Ausgangsstoffe möglich,
für die
mindestens eine aus einem Kunststoff bestehende Teilschicht 9 aus
der Elektrotechnik bekannte, bevorzugt aus Epoxiphenolen bestehende,
Drahtlacke einzusetzen, die die angestrebte Isolierfunktion erfüllen können.
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Seit
vielen Jahren beliefert die Coil-Coating-Industrie z. B. Caravan-Hersteller
mit lackiertem Aluminium für
Dächer
von Wohnmobilen, Wohnwagen usw.. Auch die dort verwendeten Lacke
und Verfahren sind erfindungsgemäß zur Herstellung
der mindestens einen Teilschicht 9 der Zwischenschicht 2 einsetzbar.
Wenn der Lack keine Löcher
und Poren aufweist, ist eine elektrochemische Trennung zwischen
dem metallischen Träger 1 und
dem optischen Mehrschichtsystem 3 erzielbar. Es hat sich
dabei gezeigt, dass ein und dieselbe dielektrische Beschichtung
des optischen Mehrschichtsystems 3 auf einem solchen Lackuntergrund
deutlich weniger Korrosion zeigt als auf einem nur band-eloxiertem
Aluminium. Darüber
hinaus weisen Standard-Coil- Coating-Lacke eine
gute Verformbarkeit auf und es ist auch eine Temperaturbeständigkeit
bis zu 200°C
für kurze
Zeit gegeben.
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Für das erfindungsgemäße Verbundmaterial kann
so eine charakteristische Ausbildung als Coil mit einer Breite von
bis zu 1650 mm, vorzugsweise mit einer Breite bis zu 1400 mm, eingestellt
werden. Eine Materialdicke DG kann dabei vorzugsweise im Bereich
von 0,1 mm bis 0,8 mm liegen.
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Da
sich die korrosionsschützenden
Eigenschaften der genannten Lacke aber verändern, wenn das lackierte Band-Material
zur bevorzugten Herstellung des optischen Mehrschichtsystems vakuumbehandelt,
z. B. PVD-beschichtet wird, ist zu fordern, dass die Einbußen koroosionsschützender
Eigenschaften durch den PVD-Beschichtungsprozess minimal sind. Dies
kann – wie
bereits erwähnt – durch Einsatz
der Impedanzspektroskopie kontrolliert und die entsprechende Lackauswahl
gesteuert werden.
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Unter
diesen Voraussetzungen besteht vorteilhafterweise hinsichtlich der
Rezepturen für
einen für
die nachfolgende Vakuum-Beschichtung geeigneten Coil-Coating-Lack
eine große
Auswahl. So ist z. B. von Acrylaten bekannt, dass sie einen sehr
ebenen Verlauf haben. Andererseits ist unter Umständen die
Temperaturbeständigkeit
eines Epoxydharzes besser, als die eines Acrylates und für bestimmte
Anwendungen kann es auch hilfreich sein, eine Polyurethanrezeptur
einzusetzen. Die meisten dieser Rezepturen können zur Vergrößerug des
Festkörperanteils auch
mit Beimengungen aus Polyamid oder Polyimid verändert werden. Im Allgemeinen
führen
diese Beimengungen dazu, dass die Oberfläche leicht rauh strukturiert
erscheint. Die PVD-Fähigkeit
wird jedoch dadurch nicht negativ beeinflusst.
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Unter
den in Frage kommenden Coil-Coating-Rezepturen lassen sich somit
einige selektieren, die besonders geeignet erscheinen. Dazu gehören u. a.
Epoxyphenole und auch Polyurethane mit oder ohne Beimengungen von
Polyamid. Versuche haben dabei gezeigt, dass Lackdicken bis ca.
20 μm durchaus
geeignet sind, eine hervorragende Witterungsbeständigkeit im erfindungsgemäßen Verbundmaterial zu
garantieren. Das gilt speziell für
das Lackieren von Kupfer- und Aluminiumbändern. Selbstverständlich besteht
keinerlei grundsätzliche
Einschränkung,
irgendein anderes Metallband als Träger 1 für eine solche
korrosionsgeschützte
selektive solarabsorbierende Vakuum-Beschichtung 3 einzusetzen.
Im Allgemeinen wird man sich aber auf Metallbänder konzentrieren, weil diese
die bessere Wärmeleitfähigkeit besitzen.
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Beim
Einsatz von Lack in der Zwischenschicht 2 können, was
die bereits erwähnten
möglichen
Verfahrensschritte zur Auftragung der Teilschichten 8, 9, 10 betrifft,
Lackauftragungen und gegebenenfalls dazugehörige -einbrennvorgänge vorgesehen
sein. Der Korrosionsschutzeffekt einer Coil-Coating-Lackierung kann
dabei insbesondere dadurch gesteigert werden, dass eine bestimmte Lackdicke
in zwei oder mehr Durchgängen
aufgetragen wird. So erreicht man, dass es keine durchgängigen Porenbildungen
von der Lackoberfläche
bis zur Substratgrenze am Träger 1 gibt.
Das Vermeiden der Ausbildung von Poren beeinflusst den Korrosionsschutz
positiv, wie auch zu fordern ist, dass die Wasserdurchlässigkeit
des Lackes möglichst
gering ist, damit sich keine elektrochemischen Brücken oder Kanäle zwischen
den in dem Verbundmaterial enthaltenen Metallen ausbilden können. Es
ist dabei klar, dass mit einer größeren Lackgesamtdicke ein besserer
Schutz erreicht werden kann. Andererseits impliziert die höhere Lackdicke
auch größere Kosten,
so dass für
jede Rezeptur ein entsprechendes Optimum gesucht werden sollte.
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Um
einem eventuell möglichen
kritischen Verhalten des erfindungsgemäßen Verbundmaterials vorzubeugen,
das dadurch auftreten kann, dass die metallische IR-Reflexionsschicht 4 direkt
an die Zwischenschicht 2 grenzt und das sich darin äußern kann,
dass bei höheren
Betriebstemperauren über 200°C, wie sie
in Solarkollektoren im Stillstand auftreten können, die Gefahr von Rissbildung
wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen von Zwischenschichtmaterial 2 und
IR-Reflexionsschicht 4 besteht, kann mit Vorteil optional
vorgesehen sein, dass auf der Zwischenschicht 2 unter der
Infrarot-Reflexionsschicht 4 eine Haftvermittlerschicht 7 angeordnet
ist.
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Grundsätzlich zeigt
sich dabei im Verfahren des Coil-Coating-Prozesses, dass eine solche
Vorbehandlung des Bandmaterials des Trägers 1, z. B. mit
einem Primer, die Witterungsbeständigkeit
stark positiv beeinflussen kann. Die unter Einsatz geeigneter Primer
und angepasster Vorbehandlung hergestellte Haftvermittlerschicht 7 ist
daher auch eine weitere technische Maßnahme zur angestrebten Erhöhung des
Korrosionsschutzes.
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Die
Haftvermittlerschicht 7 kann – wie die anderen Schichten 4, 5, 6 des
optischen Mehrschichtsystems 3 – auch durch Reaktivsputtern,
CVD- oder PECVD-Prozesse usw. in einem kontinuierlichen Verfahren
im Vakuum erzeugt werden, was dazu dient, den bekanntermaßen bevorzugt
unter Verwendung von Standardsubstraten aus Metallband ablaufenden
Vakuum-Beschichtungsprozess an die erfindungsgemäße Ausbildung der Zwischenschicht 2 anzupassen.
Während
die übliche
Vorbehandlung von Kupfer oder Aluminium so beherrscht wird, dass
die abzuscheidenden Schichten haftfest anlagern, kann es bei organischen
Untergründen,
wie Lacken, zu Haftungsproblemen kommen, was durch die Präsenz der
Haftvermittlerschicht 7 vermieden wird. Die Haftvermittlerschicht 7 erfüllt somit
die Aufgabe, eine hohe Verbindungsfestigkeit zwischen der obersten Teilschicht 10 der
Zwischenschicht 2 und der untersten, im Allgemeinen der
IR-reflektierenden, Schicht 4 des optischen Mehrschichtsystems 3 herzustellen.
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Wegen
der in einem Solarkollektorelement später zu erwartenden Beanspruchung
des erfindungsgemäßen Verbundmaterials,
beispielsweise bei Stillstandstemperaturen von ca. 200°C, muss geprüft werden,
inwieweit das optische Mehrschichtsystem 3 und die Zwischenschicht 2 miteinander
kompatibel sind. Dies geschieht im Allgemeinen durch einen Temperaturbelastungs-
und/oder auch einen Temperaturschocktest. Ein erfindungsgemäßes Verbundmaterial
zeigt in einem solchen Test keine visuell erkennbaren Risse in der
Oberfläche – auch nicht
nach mehrfachen Temperaturwechseln von 200°C zur Raumtemperatur.
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Eine
weitere wichtige Bedingung, die in einem erfindungsgemäßen Verbundmaterial
bevorzugt erfüllt
sein sollte und der eine eigenständige
erfinderische Bedeutung zugemessen wird, ist, dass der Hauptbestandteil
der metallischen Infrarot-Reflexionsschicht 4 auch
der metallische Hauptbestandteil der Absorptionsschicht 5 ist.
So kann gewährleistet werden,
dass kein zusätzliches
elektrochemisches Potential in das Vakuum-Schichtsystem eingebaut wird.
Die Gesamtheit der im Verbundmaterial vorhandenen aufgebrachten
Schichten bzw. Schichtsysteme ist somit vorteilhafterweise in ihrer
chemischen Zusammensetzung derart gestaltet, dass die Schichten
in sich selbst und gegeneinander eine hohe chemische Trägheit aufweisen.
Gegenteiligenfalls würde sich
nach der Hestellung des optischen Mehrschichtsystems 3 zeigen,
dass der Einbau eines bestimmten Metalls in die IR-Reflexionsschicht 4 in
ungünstigen Fällen zu
einer deutlichen Beeinträchtigung
der Witterungsbeständigkeit
führen
kann, was sich im Elektrolyten auch durch die Impedanz-Spektroskopie
zeigen läßt.
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2 verdeutlicht
die Erfindung anhand des Frequenzgangs der durch Impedanz-Spektroskopie ermittelten
Impedanz eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials
(Kurve A, "mirosol
protect") im Vergleich
mit einem Standardmaterial (Kurve S, "mirosol"), das durch ein Verbundmaterial der
eingangs genannten Art gebildet wird. Im Frequenzbereich von 1 bis
10 Hz, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 100 Hz, ist die an dem
Verbund aus Träger 1 und
Schichten 2, 3 gemessene Impedanz immer größer als
1 MΩ und
liegt damit um etwa zwei Zehnerpotenzen höher als die Impedanz des bekannten
Verbundmaterials. Die Kurve A zeigt dabei im Messbereich der Frequenz
von 50 Hz bis 100 kHz einen stetig abnehmenden Verlauf bis auf einen
Endwert von etwa 80 kΩ.
Die Messungen erfolgten dabei jeweils in 0,001 molarer Kochsalzlösung bei
Raumtemperatur.
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Zur
Realisierung der Impedanz-Spektroskopie wurde ein Gerät Parstat
2273 von Princeton Applied Research eingesetzt, das als kombinierter
Potentiostat/Galvanostat auch für
potentiodynamische Messungen, die ebenfalls zur Charakterisierung
des erfindungsgemäßen Materials
herangezogen werden können,
Anwendung findet. Das Gerät
gestattet es, für
eingesetzte Materialproben Strom-Spannungskennlinien und damit auch
Widerstandskennlinien aufzunehmen, die gegenüber einer Referenzelektrode,
der sogenannten Haber-Luggin-Kapillare, in einer NaCl-Lösung vorgegebener
Konzentration ermittelt werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt,
sondern umfasst alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Mittel
und Maßnahmen.
So ist es beispielsweise auch möglich,
das optische Mehrschichtsystem
3 entsprechend den eingangs
genannten Dokumenten
EP
1 217 394 B1 und
EP
1 217 315 B1 auszubilden, ohne dass der Rahmen der Erfindung
verlassen wird.
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Ferner
ist die Erfindung nicht auf die in den Ansprüchen 1 und 13 definierte Merkmalskombination
beschränkt,
sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten
Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein.
Dies bedeutet, dass grundsätzlich
praktisch jedes Einzelmerkmal der unabhängigen Ansprüche weggelassen
bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes
Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern sind die Ansprüche lediglich
als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.
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- 1
- Träger
- 2
- Zwischenschicht
- 3
- optisches
Mehrschichtsystem
- 4
- Infrarot-Reflektionsschicht
von 3
- 5
- Absorptions-Schichtsystem
von 3
- 6
- Entspiegelungs-Schichtsystem
von 3
- 7
- Haftvermittlerschicht
- 8
- unterste
Teilschicht von 2
- 9
- mittlere
Teilschicht von 2
- 10
- oberste
Teilschicht von 2
- A
- Impedanzkurve,
erfindungsgemäß
- DG
- (Gesamt-)Dicke
- D2
- Dicke
von 2
- D10
- Dicke
von 10
- S
- Impedanzkurve,
Standardprobe