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Die
Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für einen Vakuumlaminator
o. dgl. Bearbeitungsanlagen zur thermischen Verarbeitung von Folien
aus insbesondere Kunststoff, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Derartige
als Druckplatten für unterschiedliche Pressanlagen einsetzbare
Heizvorrichtungen sind seit langem bekannt, wobei gemäß
DE 30 17 559 ein mehrlagiges
Beheizungselement vorgeschlagen wird, das zwei Heizplatten mit isolierten
Heizdrähten aufweist. Gemäß
EP 0 143 876 sind derartige Heizplatten
in eine eine mehrlagige Baueinheit bildende Heizvorrichtung integriert,
die für eine Vulkanisationspresse vorgesehen ist. Ein ähnlicher
mehrschichtiger Aufbau einer Heizvorrichtung gemäß
G 84 24 693.6 zeigt
jeweilige Heiz- und Deckplatten, die durch einen Metallkleber unlösbar
miteinander verbunden sind. In
G 93 12 309 ist eine Druckplatte vorgeschlagen,
bei der eine Heizplatte mit eine Vielzahl von Heizwiderständen
aufweisenden Rohrabschnitten und Blindrohren vorgesehen ist.
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Die
Anwendung dieser bekannten Heizvorrichtungen für Bearbeitungsanlagen
mit Aufheizvorgängen in einem Vakuumbereich haben gezeigt, dass
insbesondere bei Laminatoren für Solarzellen – die
eine beheizbare Vakuumkammer erfordern – die Störanfälligkeit
der in diesen Kammern eingesetzten Heizvorrichtungen im Bereich
deren mehrlagiger Platten-Baugruppen erhöht ist. Durch
eine hohe Beanspruchung der im Serienbetrieb abwechselnd aufgeheizten
und abgekühlten sowie unter Normaldruck und Unterdruck
gesetzten Heizplatten ist in Folge dieser wechselnden Bearbeitungsbedingungen
ein häufiger Ausfall der Laminatoren zu verzeichnen, so dass
Stillstandszeiten und aufwendige Reparaturen die Produktivität
mindern.
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Die
Erfindung befasst sich mit dem Problem, eine Heizvorrichtung für
insbesondere Vakuumanlagen zu schaffen, die im Bereich ihrer Heizplatte
mit geringem technischem Aufwand sowie bei erhöhter Leistungsfähigkeit
weniger störanfällig ist und im Bedarfsfall eine
leichtere Reparatur ermöglicht.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Heizvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter
Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 20 verwiesen.
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Erfindungsgemäß ist
die Heizvorrichtung mit der im Bereich der Heizdrähte zumindest
zweilagigen und insbesondere Schraubverbindungen aufweisenden Platten-Baugruppe
so ausgebildet, dass die die isolierten Heizdrähte aufnehmende
Heizplatte weitgehend zerstörungsfrei von der Deckplatte
lösbar ist. Diese Trennbarkeit der beiden Teile soll sowohl
bei einer zwischen den Platten erst bei deren Betrieb entstandenen
Verklebung – beispielsweise durch Verschmelzen überhitzter
Isolierungsteile – als auch nach dem gezielten Auftrag
eines Füllmaterials bei der Montage der Baugruppe bzw.
deren Heizdrähte erreicht werden.
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Dazu
ist vorgesehen, dass zwischen der die isolierten Heizdrähte
aufweisenden Heizplatte und der Deckplatte eine Trennschicht so
angeordnet wird, dass diese verbundenen Teile im Bereich zumindest einer
ihrer Verbindungsflächen zu Reparaturzwecken einfach voneinander
lösbar sind und insbesondere der störanfällige
Bereich der isolierten Heizdrähte mit geringem Aufwand
zugänglich wird. Bei derart aufgebauten Heizvorrichtungen
können insbesondere in automatischen Fertigungsanlagen
für Solarzellen jeweilige Vor-Ort-Reparaturen am Vakuum-Laminator ausgeführt
werden, so dass ein kompletter Austausch der die Heizvorrichtungen
vermeidbar ist.
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Zwischen
den beiden bei der Herstellung durch kraft- und/oder formschlüssige
Verbinder miteinander verspannten Plattenteilen wird die Trennschicht
in Form einer Metallfolie, insbesondere aus Aluminium, eingebracht.
Bei einer denkbaren Überhitzung und Beschädigung
der isolierten Heizdrähte, beispielsweise durch Kabelbruch,
Ablösung der Isolierung oder einen Kurzschluss, kann die
oberseitig auf der Metallfolie aufliegende Deckplatte von der Folien-Trennschicht
einfach abgehoben werden, die von der Heizplatte aufgenommenen Heizdrähte
sind schnell erreichbar und diese können problemlos ausgetauscht
werden. Danach wird mit geringem Aufwand eine neue Trennschicht
aufgelegt und die Baugruppe mittels der Verbinder verspannt.
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Diese
Vorteile bei der Demontage und Reparatur sind auch dann erreichbar,
wenn mehrere der Heizplatten mit einer jeweiligen Trennschicht übereinander
als ”Paket” verspannt sind, da diese mit geringem
Aufwand lagenweise ausgehend von der Deckplatte demontierbar sind
und der beschädigte Teil repariert werden kann.
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Ebenso
ist vorgesehen, dass die Trennfolie auf eine die Heizdrähte
vollflächig mit der Heizplatte verbindende Füll-
bzw. Klebemasse aufgelegt wird und danach dieses mehrlagige Halbzeug
in einer Presseinheit bis zur Aushärtung der Klebemasse
gehalten wird. Bei diesem Auftrag der Füllmasse wird der
Bereich um die Heizdrähte weitgehend luftdicht abgeschlossen.
Bein Einsatz der Heizvorrichtung in der Vakuumanlage wirken die
hier auftretenden Druckunterschiede nicht mehr direkt auf die Heizdrähte
und deren Isolierung bzw. werden diese schonender aufgeheizt und
abgekühlt, da der bei bisher verwendeten Heizvorrichtungen
vorhandene Luftspalt zwischen den Platten vermieden ist.
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Vorteilhaft
liegen bei dieser verklebten Trennfolie auch die Heizdrähte
mit ihrer Isolierung in jeweiligen Formausnehmungen der Heizplatte,
wobei mit der Klebemasse eine vollständige Formausfüllung
nach Art einer Einbettung erreicht ist und die Trennfolie planparallel
zwischen Heizplatte und Deckplatte liegt. Durch diese insbesondere
aus Aluminium, Messing, Kupfer o. dgl. Materialien bestehende Trennfolie
wird auch eine gleichmäßigere Temperaturverteilung
und -ableitung in Richtung der Heizzone erreicht, damit die Leistungsfähigkeit
der Vorrichtung insgesamt erhöht und gleichzeitig deren Störanfälligkeit
verringert.
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Weitere
Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung veranschaulicht.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
teilweise geschnittene Perspektivdarstellung der für die
Heizvorrichtung vorgesehenen Baugruppe mit zwei Heizplatten,
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2 eine
perspektivische Einzeldarstellung einer vorbearbeiteten Heizplatte,
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3 eine
Perspektivdarstellung ähnlich 2 mit jeweiligen
die isolierten Heizdrähte aufnehmenden Formausnehmungen
in der Heizplatte,
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4 eine
teilweise vergrößerte Ausschnittsdarstellung der
Heizplatte mit aufliegender Trennschicht, und
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5 eine
Perspektivdarstellung ähnlich 3 mit vollständig
von der Trennschicht belegter Heizplatte.
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In 1 ist
eine insgesamt mit 1 bezeichnete Bearbeitungsanlage in
Form eines schematisch dargestellten Vakuum-Laminators 2 gezeigt,
der im Bereich zwischen einer oberen Kammer 3 und einer
unteren Kammer 4 eine Heizvorrichtung 5 auf weist. Derartige
Laminatoren 2 sind im Bereich einer der beiden Kammern 4 evakuierbar,
so dass durch einen in dieser erzeugten Unterdruck eine in der anderen Kammer 3 befindliche
Kunststoff-Folien 6 auf ein auf der Heizvorrichtung 5 befindliches
Substrat (nicht dargestellt) dauerhaft aufgebracht wird, d. h. das Substrat
laminiert wird. Die dafür vorgesehenen Heizvorrichtungen 5 sind
mit zumindest einer isolierte Heizdrähte 6 aufnehmenden
Heizplatte 8, 8' versehen. Mit einer eine obere
Bearbeitungsfläche 9 definierenden Deckplatte 10 ist
eine zumindest zweilagige Baugruppe gebildet.
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Erfindungsgemäß weist
die Heizvorrichtung 5 – als zweilagige Basisbaugruppe – die
Deckplatte 10 und die Heizplatte 8 auf, wobei
zwischen Deckplatte 10 und der mit dieser oberhalb der
Heizdrähte 7 verbundenen Heizplatte 8 eine
Trennschicht 11 (4) vorgesehen
ist.
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Diese
Trennschicht 11 ist so konzipiert, dass die zumindest zwei
Platten 8, 10 der Heizvorrichtung 5 auch
nach längerem Einsatz in einer automatischen Bearbeitungsanlage 1 (und
eine entsprechend hohe Anzahl von Lastwechseln durch Druckveränderungen)
durch eine weitgehend zerstörungsfreie Demontage trennbar
sind. Die Heizplatte 8 und die Deckplatte 10 sind
mit der zwischenliegenden Trennschicht 11 durch an sich
bekannte kraft- und/oder formschlüssige Verbinder 12 miteinander
verspannt, so dass nach deren Entspannung auch die beiden erfindungsgemäß mit
der Trennschicht 11 zusammenwirkenden Platten 8 und 10 weitgehend
ohne Hilfsmittel aus ihrer Verbindungsstellung lösbar sind.
In 1 ist angedeutet, daß zwischen der Heizplatte 8 und
der Deckplatte 10 als Verbinder 12 jeweilige die Deck platte 10 durchgreifende
und die Heizplatte 8 erfassende Schraubverbindungen 13 vorgesehen
sind. Denkbar ist auch, randseitig jeweilige lösbare Verbinder
(nicht dargestellt) zur Fixierung der Platten 8, 10 vorzusehen.
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Die
vergrößerte Ausschnittsdarstellung gemäß 4 verdeutlicht
das erfindungsgemäße Konzept an Hand einer Montagephase
bei der Herstellung der Heizvorrichtung 5. Auf die insgesamt
mit 8 bezeichnete Heizplatte, insbesondere in Form einer Aluminiumplatte,
wird als die Trennschicht 11 eine einschichtige Folie 14 aufgebracht.
In kostengünstiger Ausführung kann als Folie 14 eine
handelsüblich verfügbare Aluminium-Folie vorgesehen
werden, deren Dicke beispielsweise 0,1 mm beträgt. Denkbar
ist auch, Metallfolie 14 aus anderen Materialien, beispielsweise
Kupfer, Messing o. dgl., vorzusehen. Auch die Dicke der Folie 14 kann
auf weniger als 0,1 mm verringert oder bis zu 1 mm oder mehr erhöht werden.
Die einstückig auflegbare Metallfolie 14 entspricht
in ihren Abmessungen im wesentlichen der Länge L bzw. der
Breite B der Heizvorrichtung 5, wobei auch eine streifenförmige
Verlegung der Folie denkbar ist oder ein überstehender
Randbereich R nach der Verspannung der Platten 8, 10 abtrennbar ist.
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In
einer weiteren Ausführung kann die Anwendung von mehrschichtigen
Trenn-Folien (nicht dargestellt) vorgesehen sein, wobei eine nicht
haftende Seite dieser mehrschichtigen Folie zur Unterseite der Deckplatte 10 gerichtet
ist. Denkbar ist dabei die Anwendung von Folien aus Kunststoff mit
metallischer Beschichtung, die als die eigentliche Trennschicht 11 wirksam
ist. Ebenso ist denkbar, zwischen Heizplatte 8 und Deckplatte 10 mehrere
ein- oder mehrlagige Trennschichten 11 vorzusehen (nicht
dargestellt) oder auch nichtmetallische Materialien einzusetzen.
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Bei
einer denkbaren Ausführung der Heizplatte 8 mit
vollflächig planebener Auflagefläche A (4)
für die Heizdrähte 7 kann die zwischenliegende
Trennschicht 11 unmittelbar auf die isolierten Heizdrähte 7 aufgelegt
werden, wobei jedoch durch die isolierten Heizdrähte bzw.
deren Abstand begrenzte Zwischenräume gebildet werden (nicht
dargestellt). Diese sind für eine optimale Auflage und Wirkung
der Trennschicht 11 gesondert auszufüllen. Diese
Ausfüllung könnte beispielsweise auch dadurch
erreicht werden, dass bei einer mehrschichtigen Trenn-Folie eine
sich in die Zwischenräume verlagernde Schicht aus z. B.
thermoplastischem Kunststoff unterhalb der metallischen Decklage
vorgesehen ist, so dass unterhalb dieser bei der Montage durch eine
Erwärmung und Pressung eine vollständige Formausfüllung
erreicht wird.
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In
der dargestellten Ausführung (1 bis 5)
sind die isolierten Heizdrähte 7 vorteilhaft in jeweiligen
Formausnehmungen 15 der Heizplatte 8 aufgenommen.
In 2 ist eine erste Phase bei der Herstellung dieser
Heizplatte 8 dargestellt, wobei das dargestellte Aluminiumblech
bezüglich der Abmessungen L und B auf ein genaues Maß gefertigt
ist und die für die Schraubverbindungen 13 vorgesehenen Bohrungen 16 in
Form von Zentrierungen vormarkiert sind. Außerdem wird
auf einer CNC-Fräsmaschine eine für die weitere
Bearbeitung als Bezugspunkt dienende Bohrung 17 eingebracht.
Deutlich wird bei dieser Darstellung gemäß 2 auch,
dass die Heizplatte 8 in jeweilige Heizfelder 18, 18', 18'', 18''' unterteilt
ist, in denen entsprechende nutförmige Formausnehmungen
für die Heizdrähte 7 so eingefräst werden,
dass einzeln betreibbare Heizzonen gebildet sind. In 3 ist
eine einzelne der meanderförmig verlaufenden Formnuten 15 im
Bereich des Heizfeldes 18 dargestellt, wobei die Enden
des Heizdrahtes 7' mit entsprechend isolierten Endstücken 19 und 20 die
Randbereiche der Platte 8 überragen; in 2 sind
entsprechende Nut-Markierungen 19' und 20' der
jeweiligen Felder 18 dargestellt.
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Nach
dieser vorbeschriebenen Herstellung der Formausnehmung 15 und
dem Einlegen des Heizdrahtes 7' wird auf die Heizplatte 8 bzw.
die in den Formausnehmungen 15 befindlichen Heizdrähte ein
Füllmaterial 21 (4, einfach
schraffierte Darstellung) aufgetragen und dieses mit der Trennschicht 11 bzw.
der Aluminiumfolie 14 abgedeckt (5). In zweckmäßiger
Ausführung kann die in 4 dargestellte
Heizplatte 8 mit einem pastösen bzw. flüssigen
Füllmaterial 21 überstrichen werden, so
dass im Bereich der die Heizdrähte 7 aufnehmenden
Formausnehmungen 15 eine vollständige Formausfüllung
erfolgt und die Heizdrähte 7 mittels einer Lage 21' des
Füllmaterials (kreuzschraffierte Darstellung) vollständig
in die Heizplatte 8 eingebettet werden. Danach kann die
Trennschicht 11 auf das Füllmaterial 21, 21' aufgelegt
werden und diese beiden Teile werden mit der oberen Deckplatte 12 verpresst. Damit
wird einerseits eine planparallele Ausrichtung der Zwischenschicht 11 zur
Deckplatte 10 erreicht und die Zwischenschicht 11 andererseits
gasdicht durch das klebende Füllmaterial 21, 21' mit
der Heizplatte 8 verbunden. Mittels der Schraubverbindungen 13 wird
die Auflage der Deckplatte 10 auf der Oberseite der Trennschicht 11 fixiert.
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Das
als Klebstoff wirkende Füllmaterial 21, 21' wird
bei dem vorbeschriebenen, insbesondere auf einer Presse bei ca.
130°C durchführbaren Pressvorgang ausgehärtet,
so dass die Trennschicht 11 zwar weitgehend unlösbar
mit der Heizplatte 8 verklebt ist, aber die Deckplatte 10 – nach
Lösen der Schraubverbindungen 13 – ohne
zusätzliche Hilfsmittel von der Trennschicht 11 abnehmbar
bleibt. Als Füllmaterial 21, 21' kann
dabei insbesondere ein Epoxydharz o. dgl. vorgesehen sein. Im Bereich
der Heizdrähte 7 ist eine Isolierung aus Glasseide,
Teflonband o. dgl. Hüllmaterialien vorgesehen.
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Mit
dieser Konstruktion wird eine aus der Heizplatte 8 mit
verklebter Trennschicht 11, der oberen Deckplatte 10 und
insbesondere einer unteren Deckplatte 22 bestehende Baueinheit
erreicht, die randseitig zugängliche Heizdrahtanschlüsse 19, 20 im
Bereich ihrer jeweiligen Heizfelder 18, 18', 18'', 18''' (Breite
B', Länge L'; 3) aufweist.
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In
weiteren Ausgestaltungen dieser Heizvorrichtung 5 ist denkbar,
dass mehrere der Heizplatten 8 und 8' miteinander
im Bereich einer jeweiligen Trennschicht 11 (1)
verbunden sind und nur die obere der Heizplatten 8 durch
die obere Deckplatte 10 übergriffen ist. Als zusätzliches
Bauteil ist die die untere Heizplatte 8' untergreifende
zweite Deckplatte 22 vorgesehen. Damit ist der Aufbau weitgehend
beliebig hoher mehrlagiger Einheiten möglich (Höhe
H), so dass die erfindungsgemäße Heizvorrichtung 5 an unterschiedliche
Konzepte von Bearbeitungsanlagen 1 bzw. jeweilige Vakuum-Laminatoren 2 mit
unterschiedlichen Leistungsparametern anpassbar ist. In der dargestellten
Ausführung weisen sowohl die Heizplatte 8 als
auch die Deckplatte eine Höhe H' von 6 mm auf, wobei jeweilige
geringere oder größere Blechstärken als
Maß denkbar sind.
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Die
insbesondere auf einer CNC-Fräsmaschine erfolgende Bearbeitung
der Einzelteile der Heizvorrichtung 5 ermöglicht
mit geringem Aufwand optimale Plattengrößen und
Plattenkonturen zu erzeugen, so dass die im dargestellten Fall vier
Heizfelder 18, 18, 18'', 18''' aufweisende
Ausführung auch entsprechend veränderbar ist.
Die zur Schraub-Verbindung der Platteneinheit 8, 8', 10, 22 vorgesehenen
Bohrungen 16 können dabei optimal an die jeweiligen
Freiräume im Bereich zwischen den Formausnehmungen 15 so
angepasst werden, dass durch eine optimale flächige Pressung
der Platten-Bauteile ungewollte Spaltbildungen vermieden sind, der
funktionssichere Einsatz der Vorrichtung 5 unter Vakuumbedingungen
gewährleistet ist und die Standzeit der Baueinheit vorteilhaft
verbessert wird.
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Im
Bereich der aus der Heizplatte 8 austretenden Enden 19, 20 sind
zur Abdichtung des Systems jeweilige Schutzschläuche und/oder
Silikonabdichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen, so dass in diesem
Bereich zusätzlich zum bereits aufgetragenen Füllmaterial 21, 21' ein
vollständiger Hohlraumverschluss erreicht wird. Für
eine optimale Verbindungsauflage der Aluminiumfolie 14 als
die Trennschicht 11 ist vorgesehen, die Folie nach dem
Füllstoffauftrag über die gesamte Oberfläche
aufzulegen und dieses vorbereitete Bauteil in einer beheizbaren Flachpresse
(nicht dargestellt) unter Druck und entsprechender Temperaturzuführung
so lange zu belassen, bis der Kleber bzw. das Füllmaterial 21, 21' ausgehärtet
ist (5). Danach ist die Endmontage mit der Deckplatte 10 vorgesehen.
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Bei
der Fertigung der vorbeschriebenen Heizvorrichtung 5 werden
die als ”Heizbleche” wirksamen Heizplatten 8, 8' als
zwei Teile gefräst, gebohrt und mit der Messbohrung 17 versehen.
Parallel dazu können die als nutfreie Bleche ausgeführten Halbzeuge
für die obere Deckplatte 10 und die untere Deckplatte 22 mit
entsprechenden Bohrungen bzw. Gewindelöchern versehen werden,
so dass danach die fünf übereinander liegenden
Blech-Lagen (mit den vorbeschriebenen Trennschichten 11)
plan miteinander verschraubt werden können und die jeweiligen
Heizdrähte 7, 7' randseitig zugängliche
Enden aufweisen. An diese seitlich austretenden Heizdrähte 7, 7' werden
entsprechende Zugentlastungen bzw. Verlängerungsteile so
angebracht, dass die einzelnen Heizfelder 18, 18', 18'', 18''' entsprechend
dem vorgesehenen Konzept der Bearbeitungsanlage 1 bzw.
der Vorrichtung 5 gemeinsam oder einzeln angesteuert werden
können.
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Die
erfindungsgemäße Heizvorrichtung 5 ist in
ihrer Anwendung nicht auf den vorbeschriebenen Vakuumlaminator 2 beschränkt.
Vielmehr ist denkbar, die geringere Störanfälligkeit
des Systems und die verbesserte Heizleistung auch für Elektro-Heizplatten
zur mehrlagigen Verarbeitung von Holz-, Furnier-, Kunststoff-, Textil-,
Acrylglas-, Polyester- o. dgl. -Produkten einzusetzen. Dabei ist
insbesondere eine Verbindungskonstruktion vorgesehen, bei der die Schraubverbindungen 13 ausgehend
von der Unterseite der Baugruppe F die Deckplatte 22 und
zumindest die eine Heizplatte 8, 8' durchgreifen
und so die obere Deckplatte 10 erfassen. Deren als Bearbeitungsfläche 9 wirksame
Oberseite ist damit durchgehend glatt und für das Pressen
von Furnierprodukten o. dgl. besonders geeignet. Auch hier sind
dann die in einer kom pakten und massiven Heizplatte 8 der Vorrichtung 5 integrierten
Heizdrähte 7 optimal gegen Beschädigungen
geschützt, die Teile 22, 8, 8', 10 des
Systems können durch einfaches Lösen der Schraubverbindungen 13 schnell
getrennt werden und eventuelle Reparaturen sind mit geringem Aufwand
möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3017559 [0002]
- - EP 0143876 [0002]
- - DE 8424693 U [0002]
- - DE 9312309 U [0002]