TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf speziell geprägte, verwindungssteife Profilbleche aus Metall und ihre Verwendung als funktionelle wie dekorative Abdeckelemente zur äusseren Verkleidung von Objekten, insbesondere von Gebäudefassaden.
STAND DER TECHNIK
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Profilbleche als Dach- oder Wandelemente sind im Stand der Technik bekannt. Meist handelt es sich dabei um gewalzte Wellblech- oder Trapezblech-Profile aus Aluminium oder verschiedenen Metalllegierungen. Ebenfalls bekannt sind geprägte Metallbleche, deren Profilstrukturen durch Hämmern oder Pressen oder mittels noppenbestückter Walzen erzeugt werden. Beispielsweise zeigt das australische Patent
AU 2019261 740B2 ein derartig geprägtes Blech als Teil einer SandwichStruktur zur Verwendung als Vorhänge-Panel zur Verkleidung von Gebäudefassaden.
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Vielen dieser geprägten Profilbleche ist gemeinsam, dass sie nur einseitig geprägt sind, d.h. sie haben eine strukturierte erste und eine im wesentlichen glatte zweite Oberfläche, z.B. eine Oberseite mit aus der Blechebene hervor tretenden Erhebungen, z.B. Noppen beliebiger geometrischer Form, und einer im wesentlichen glatten, im Querschnitt eben erscheinenden Unterseite mit den durch die Noppung erzielten Vertiefungen. Dabei können alle Noppen eines solchen geprägten Blechs die gleiche Form und Grösse aufweisen oder aber auch unterschiedliche Formen und/oder Grössen umfassen. Auch die Abstände der Noppen zueinander können nach Bedarf variieren.
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Nachdem die heutzutage als Fassadenelemente verbauten, glatten wie profilierten Metallbleche, an Hochhäusern in aller Welt praktisch ausschliesslich optischdekorativen Zwecken dienen, werden für solche Bleche typischerweise Materialstärken von 0.9 - 2mm eingesetzt, um die in den länderspezifischen Bauvorschriften geforderten mechanischen Eigenschaften in Bezug auf Verwindungssteifigkeiten, Druck- und Zugfestigkeiten, Ausreissfestigkeiten und dergleichen, mit Sicherheit und genügend Reserve erfüllen zu können.
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Ein weiterer Grund für die Wahl höherer Materialstärken für Fassadenbleche ist darin zu sehen, dass sich in der Praxis gezeigt hat, dass manche der hauptsächlich glatten, ungeprägten Bleche, wenn sie zur grossflächigen Verkleidung von Gebäudefassaden eingesetzt werden, mit der Zeit unschöne, wellige Verformungen ausbilden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Dem gegenüber nutzt die vorliegende Erfindung die im Zuge der Produktentwicklung gewonnene Erkenntnis, dass eine beidseitige, d.h. positive und negative, Prägung von Metallblechen die oben erwähnten Nachteile erfolgreich überwinden kann. Insbesondere hat sich gezeigt, dass sich mit beidseitig geprägten Metallfolien oder Blechen, die gewünschten oder in den einschlägigen Bauvorschriften geforderten Festigkeitsparameter schon bei weit geringeren Materialstärken erreichen lassen, verglichen mit im Handel erhältlichen, ungeprägten Blechen und Metallfolien derselben Materialzusammensetzung. Dies erlaubt eine Reduktion der häufig verwendeten Blechstärken für Fassadenverkleidungen von ca. 0.9 - 2mm auf weniger als 0.9mm, insbesondere auf 0.05 - 0.85mm.
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Darüber hinaus sind die erfindungsgemäss positiv und negativ geprägten Profilbleche äusserst verwindungssteif und verbleiben, bei typischen Grössen der Blechpanele in einem Bereich von ca.0.5m x 1m bis ca. 2m x 5m, nach fachgerechter Montage durchgehend eben, ohne jemals irgendwelche welligen Verformungen auszubilden. Die dabei dank der Materialeinsparung erheblich reduzierten Kosten machen diese Art der Fassadenverkleidung auch für private Anwender erschwinglich und interessant.
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Kleinen wie grossen Gebäudefassaden, oder Teilen davon, können die erfindungsgemässen, beidseitig geprägten Profilbleche einen hocheleganten, modernen Look verleihen, insbesondere, wenn die Profilbleche zusätzlich mit Farbanstrichen, Lacken oder speziellen Beschichtungen versehen sind.
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Ein weiterer positiver Aspekt dieser beidseitigen Prägestruktur mit gegebenenfalls lackierten oder beschichteten Oberflächen zeigt sich in der Praxis dadurch, dass die solcherart hergestellten, erfindungsgemässen Fassadenbleche weitestgehend frei von Blend- und Spiegeleffekten sind, was sowohl den Monteuren bei der Montage der Fassadenbleche, als auch Passanten, die an solchen Fassaden entlang gehen, oder Bewohnern gegenüber liegender Gebäude, aber auch Wildtieren wie z.B. Vögeln, zu gute kommt.
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In einem bevorzugten Herstellungsverfahren erfolgt die beidseitige positiv/negativ-Prägung des typischerweise als Rollenware angelieferten Metallblechs oder der Metallfolie analog zu einem klassischen Breitbandprofilierungsverfahren, allerdings unter Verwendung zweier ineinander greifender Werkzeuge mit Prägenoppen oder Prägezähnen der gewünschten Form, Grösse und Anordnung.
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Unter dem Begriff "Noppen" ist in diesem Zusammenhang eine Mehrzahl von aus einer Oberfläche eines Werkzeugs oder einer bearbeiteten Metallfolie abstehenden Erhebungen oder Ausbuchtungen, typischerweise in regelmässiger Anordnung, zu verstehen.
FIGURENBESCHREIBUNG
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Die Struktur der erfindungsgemäss geprägten Metallbleche wird in den Abbildungen schematisch veranschaulicht.
- Fig. 1:
- zeigt ein Prinzipschema eines erfindungsgemäss genoppten Blechelements in Draufsicht; in dieser beispielhaften Ausführungsform sind die Noppen in regelmässigen, gleichbleibenden Abständen in waagrechten und senkrechten, parallelen Reihen angeordnet, wobei jede zweite waagrechte oder senkrechte Noppenreihe gegenüber der vorherigen waagrechten oder senkrechten Noppenreihe phasenversetzt "auf Lücke" angeordnet ist, d.h. um den halben Abstand zweier in senkrechter oder waagrechter Richtung benachbarter Noppenspitzen versetzt angeordnet ist; die Kreise zeigen die Erhebungen, die leeren Bereich dazwischen die Vertiefungen;
die Schnittkanten entlang der Schnittachsen A-A (a) und B-B (b) weisen jeweils eine annähernd sinusförmige Wellenform auf; die Massangaben sind in mm; die Spitzen der Erhebungen und Vertiefungen weisen eine Kalottenform auf mit einem Kalottenradius von 1.5mm und einem Kalottenabstand, gemessen von Spitze zu Spitze, von 7.3mm, und einem Öff- nungswinkel, aufgespannt von zwei an gegenüber liegende Seitenwände einer Erhebung oder Vertiefung angelegte Tangenten, von 86.5Grad; die Querschnittshöhe des geprägten Blechs liegt in diesem Beispiel bei 3mm, erzielbar mit Metallfolien einer Dicke von 0.2mm bei einem Prägeverhältnis von 1:15 bzw. einer Dicke von 0.12mm bei einem Prägeverhältnis von 1:25. - Fig. 2:
- zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäss beidseitig geprägten Blechplatte in Schrägansicht von oben, mit annähernd sinusförmiger Schnittkante; die ursprüngliche Ebene der ungeprägten Metallfolie ist strichliert angedeutet.
- Fig. 3:
- zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäss geprägten Folie in Draufsicht, mit hellen Erhebungen und dunklen Vertiefungen sowie zugehöriger Querschnittsansicht der Schnittkante; in dieser Ausführungsform betragen die Abstände zwischen zwei vertikal oder horizontal benachbarten Erhebungen (gemessen von Spitze zu Spitze) 7.3mm, zwischen zwei diagonal benachbarten Erhebungen (oder Vertiefungen) 5.16mm und von der Mitte einer Erhebung bis zur Mitte der benachbarten Vertiefung 3.65mm;
a: die Erhebungen und Vertiefungen haben Spitzen in Form von Kugelschalen (Kalotten) mit einem Kalottenradius R = 1.5mm; die gesamte Querschnittshöhe der geprägten Metallfolie, gemessen vom höchsten Punkt der Spitze einer Erhebung bis zum tiefsten Punkt einer benachbarten Vertiefung, beträgt in diesem Beispiel 3mm und der Öffnungswinkel, definiert durch zwei an gegenüber liegende Seitenwände einer Erhebung oder Vertiefung angelegte Tangenten, beträgt hier ca. 71 Grad. - Fig. 4:
- zeigt wie Fig. 3 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäss geprägten Folie in Draufsicht, mit hellen Erhebungen und dunklen Vertiefungen:
- a in vergrösserter Darstellung (kreisförmiger Ausschnitt) mit Massangaben in mm (a); sowie
- b einen Ausschnitt eines geprägten Bleches in Draufsicht, in annähernd realem Masstab von 1:1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die zur Verkleidung von verschiedensten Objekten, insbesondere zur Verkleidung von Fassaden moderner Wohn- oder Industriebauten, vorgesehenen erfindungsgemässen Profilbleche werden ausgehend von flachgewalzten Metallfolien, meist in Form von Rollenware, aus typischerweise Aluminium, Edelstahl oder einer anderen Metalllegierung, zu so genannten Halbfabrikaten profiliert. Diese Halbfabrikate können als Zuschnitte in gewünschter Form oder auch, soweit dies technisch möglich ist, als Rollenware hergestellt werden.
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In einem ersten Schritt wird das Herstellverfahren des bekannten Breitbandprofilierens angewendet. Dieses Verfahren ist speziell dafür entwickelt, die Eigensteifigkeit einer rohen Metallfolie bei gleichbleibender Materialstärke der Folie zu vervielfachen. Auch das erfindungsgemäss zur Anwendung gelangende Profilierverfahren ändert nichts an der Wandstärke der Metallfolie, erhöht durch gezieltes Verformen die Eigensteifigkeit der Metallfolie in unerwartet hohem Ausmass und spart zudem Material dank reduzierbarer Dicke des Metallfolien-Rohmaterials, was zusätzliche Möglichkeiten zur Weiterverarbeitung eröffnet.
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Das Profilierverfahren ist technisch vergleichbar mit dem Herstellen von Well-oder Trapezprofilen für die Bauindustrie. Das Kernstück jeder Profilieranlage ist das Profilierwerkzeug, auch als Profilierkaliber bezeichnet. Seine Auslegung basiert auf der Walztechnik für die Breitbandprofilierung. Die Kaliberwerkzeuge sind mit Prägezähnen oder Prägenoppen ausgestattet, die im Prinzip beliebige geometrische Formen aufweisen können. Erfindungsgemäss bevorzugt sind diese Prägezähne oder -noppen als kleine drei- oder vierseitige Pyramiden oder als Kegel, jeweils mit abgerundeten Spitzen in Kalottenform, ausgebildet, sodass eine beidseitige, positive/negative Profilstruktur in Form von aus der Ebene der Metallfolie hervorstehenden Kalotten (Kugelschalen) entsteht (Fig. 2). Im Querschnitt ergibt das eine annähernd sinusförmige Wellenstruktur, die sich unter (negative Prägung) und über (positive Prägung) die ursprüngliche Ebene der Metallfolie erstreckt (Fig.1 a, Fig. 2, Fig. 3a). Wobei verfahrens- bzw. werkzeugbedingt kleine Abstände zwischen benachbarten Prägungen einzuhalten sind, sodass der Abstand zwischen zwei in senkrechter oder waagrechter Richtung benachbarter Noppenspitzen etwas grösser ist als der doppelte maximale Durchmesser einer Noppe an ihrer Basis (Fig. 1).
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Die speziell für die Erzeugung des erfindungsgemässen Prägeprofils entwickelten geschlossenen sowie offenen Kaliberwerkzeuge ermöglichen den Metallfolien-Einzug sowohl quer als auch längs zur Materiallaufrichtung der Metallfolie in der Prägeanlage.
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Dabei wird die Form der rohen Metallfolie in mehreren Schritten längs und quer zur Materiallaufrichtung der Metallfolie in der Prägeanlage verändert, um die Steifigkeit, Montage- und Weiterverarbeitung zu verbessern. Nicht verändert werden hingegen die Materialzusammensetzung, die Oberflächenbeschaffenheit und die Materialstärke (Foliendicke) des von einem Walzwerk meist als Rollenware angelieferten Metallfolien-Rohmaterials.
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Das geprägte Endprodukt weist dadurch einen im Wesentlichen gleichbleibenden Materialquerschnitt auf und entspricht technisch einem Wellenprofil mit doppelter Profilierung, nämlich längs und quer zur Laufrichtung der Metallfolie in der Profilieranlage. Durch die erfindungsgemässe positiv/negativ-Prägung wird aber nicht nur die Eigensteifigkeit des Materials massiv verbessert, sonden durch die Erhöhung der Eigensteifigkeit wird auch der Widerstand gegen Ausreisskräfte, d.h. die Ausreissstabilität, signifikant verbessert. Ein weiterer, bedeutender Vorteil ist auch die resultierende Verbesserung des Dehnungsverhaltens des geprägten Materials, was zu einer erheblichen Verlängerung der Lebensdauer führt, speziell bei erfindungsgemässen Fassadenblechen, die einer erhöhten Windlast ausgesetzt sind
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Die Noppung erfolgt in parallelen Reihen hinter- und nebeneinander, wie in den Abbildungen (Fig.1, Fig.2, Fig.3 und Fig.4) dargestellt, wobei die Noppen zweier unmittelbar benachbarter Reihen bevorzugt jeweils um den halben Abstand zweier in senkrechter oder waagrechter Richtung angeordneter Noppenspitzen (= etwas mehr als eine maximale Noppenbreite an ihrer Basis) gegeneinander versetzt sind, sodass sich eine Anordnung der Noppen "auf Lücke" in Laufrichtung und quer zur Laufrichtung der geprägten Folienbahn ergibt, wie aus den Abbildungen ersichtlich ist. Im Querschnitt eines erfindungsgemäss geprägten Metallblechs ist daher an der Schnittkante (Fig.1 b, c; Fig.3 a) das annähernd sinusförmige Wellenprofil der positiv/negativ-Prägung mit Wellenspitze (Noppe) und Wellental (korrespondierende Vertiefung) zu erkennen und hinter jedem Wellental der Schnittkante (= erste Reihe) die unmittelbar dahinter, um eine halbe Periode versetzt angeordnete Wellenspitze bzw. Noppe der zweiten Reihe von Noppen. Dabei ist es bevorzugt, die Erhebungen und Vertiefungen so zu platzieren, dass bei Draufsicht die Reihen der Erhebungen ebenso wie die Reihen der Vertiefungen diagonal in einem Winkel von 45 Grad gegenüber der Laufrichtung bzw. Einzugsrichtung der Metallfolie in der Profilieranlage angeordnet sind, wie in Fig.1, Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt.
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Beste Ergebnisse in Hinblick auf Verwindungssteifigkeit und Materialeinsparung werden mit kalottenartigen Prägemustern dann erzielt, wenn
- a) der Abstand - bei Betrachtung in Draufsicht - zweier in senkrechter oder waagrechter Richtung unmittelbar benachbarter Noppen- bzw. Kalottenspitzen 3 - 25mm, vorzugsweise 6 - 12mm, und insbesondere rund 7.3mm
beträgt; und/oder - b) der Abstand zweier in diagonaler Richtung benachbarter Noppen, gemessen von Noppenspitze zu Noppenspitze, 2.5 - 10.0 mm, vorzugsweise 3.5 -
6.0mm, und insbesondere 5.2mm beträgt; und/oder - c) der von den Tangenten zweier einander gegenüber liegender Seitenwände einer Vertiefung oder Erhebung aufgespannte Öffnungswinkel 60 - 90 Grad,
insbesondere 70 - 88 Grad und der Kalotten-Radius 0.5 - 5, vorzugsweise 1 - 3mm, und insbesondere 1.5 - 2mm beträgt.
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Die Prägetiefe kann nicht beliebig gewählt werden. Das Prägeverhältnis aus Dicke der ungeprägten Metallfolie zu maximaler Querschnittshöhe der geprägten Mtallfolie und liegt für die erfindungsgemässen Profilbleche daher vorzugsweise in einem Bereich von 1:15 bis 1:25 (Fig. 1). Mit einer Metallfolie einer Dicke von 0.05mm kann daher - je nach Art der Materialzusammensetzung der Metallfolie - eine maximale Querschnittshöhe des geprägten Endprodukts, vor einer allfälligen Lackierung oder Beschichtung, von 0.75 mm (bei 1:15) oder 1.25mm (bei 1:25) erreicht werden, bzw. bei einer Dicke der rohen Metallfolie von 0.7mm eine maximale Querschnittshöhe des geprägten Profilblechs von 10.5mm bzw. 17.5mm. Die Dicke der erfindungsgemäss zur Prägung eingesetzten Metallfolie bzw. des Metallblechs liegt daher typischerweise in einem Bereich von 0.05 bis 0.85mm, wobei eine Dicke von 0.1 - 0.75mm bevorzugt und für die meisten Anwendungsfälle eine Dicke von 0.2 - 0.65mm technisch ausreichend und zumeist auch kostenmässig am günstigsten ist. Entsprechend ergeben sich Querschnittshöhen der erfindungsgemäss geprägten Metallfolien bzw. Bleche in einem Bereich von 0.75 - 21.25mm, typischerweise von 1.5 - 10mm und bevorzugt von 2 - 5 mm.
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Die geprägten Metallbleche auf Aluminiumbasis können für Anwendungen im Freien eloxiert, gefärbt, lackiert und/oder pulverbeschichtet werden. Anthrazitgrau oder schwarz beschichtete, erfindungsgemäss geprägte Aluminiumbleche ergeben bei Verwendung als Fassadenverkleidung eine homogene und blendfreie Optik, bei gleichzeitig hoher Verformungs- und Verwindungssteifigkeit der einzelnen Fassadenblechelemente.
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Erfindungsgemäss geprägte Metallbleche auf Basis von Edelstahl oder anderen im Stand der Technik üblichen Metalllegierungen, können ebenfalls beliebig gefärbt und/oder beschichtet werden, um unterschiedlichen Kundenwünschen gerecht werden zu können.
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Die erfindungsgemäss geprägten Metallbleche können sowohl in kleineren Einheiten für Verkleidungen von Gebäudehüllen oder Teilen davon, wie z.B. Balkonbrüstungen, in Skeletbauweise eingesetzt und montiert werden, als auch für geschossübergreifende, grossflächige Fassadenverkleidungen und als Vorhangfassaden. Sie erfüllen dabei sowohl eine Schutzfunktion gegen Witterungseinflüsse auf die Gebäudehülle, als auch eine energiesparende Funktion in der kalten Jahreszeit, sowie vor allem auch eine repräsentative, optische Funktion, um eine Gebäudehülle wunschgemäss in Szene zu setzen.
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Bereits ab einer Entfernung von ca. 5m sind die Noppen eines erfindungsgemässen, lotrecht platzierten Fassadenblechs nicht mehr als solche zu erkennen und erscheint das Fassadenblech daher einheitlich flach und glatt, mit einer blend- und spiegelfreien, mattiert wirkenden Oberfläche. Bei Betrachtung aus anderen Winkeln oder Perspektiven ergibt sich dieser Effekt bereits bei kürzeren Betrachtungsabständen, was einen erheblichen Vorteil sowohl für die Monteure auf dem Bau mit sich bringt, als auch für Passanten, die an derartigen, mit erfindungsgemässen Blechen verkleideten Gebäudefassaden vorbeigehen, aber auch für Bewohner gegenüber liegender Gebäude, die durch eine glatte, metallische Fassade ansonsten geblendet werden könnten. Nicht zu unterschätzen ist auch der positive Effekt auf Vögel, die dank der Blend- und Spiegelfreiheit der erfindungsgemässen Fassadenelemente, die Fassade rechtzeitig als Hindernis erkennen und entsprechend reagieren können.