-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formpresse/einen Laminator zum Pressen/Laminieren von Bauteilen, insbesondere Photovoltaikmodulen, mit einem Arbeitsraum, einem im Arbeitsraum angeordneten flexiblen oder festen Press/Andrückelement, einer Lagereinrichtung für die zu pressenden/laminierenden Bauteile und eine Heizeinrichtung für diese, die als Heizplatte ausgebildet ist und einen Teil der Lagereinrichtung bildet.
-
Ein Laminator dieser Art ist beispielsweise aus der
WO 94/29106 A1 bekannt. Der Laminator besitzt eine flexible Andrückmembran, mit welcher die zu laminierenden Bauteile aufeinandergepresst werden. Er besitzt ferner eine Heizeinrichtung, mit welcher die zum Verbinden der Bauteile erforderliche Wärme in die Bauteile eingebracht wird. Die Andrückmembran teilt den Arbeitsraum einer luftdicht verschließbaren Laminierkammer druckdicht in einen unteren Kammerraum, in dem sich die Lagereinrichtung und die Bauteile befinden, und einen oberen Kammerraum oberhalb der Andrückmembran. Der erforderliche Anpressdruck der Andrückmembran wird über ein Druckgefälle zwischen den beiden Kammerräumen erzeugt, wobei durch den höheren Druck in dem oberen Kammerraum die Membran auf die Bauteile gepresst wird. Üblicherweise wird dazu in dem unteren Kammerraum ein Unterdruck erzeugt, während der obere Kammerraum mit Atmosphärendruck belüftet wird oder zur Unterstützung mit einem Überdruck versorgt werden kann.
-
Die für das Verbinden der Bauteile erforderliche Wärme wird üblicherweise durch eine Heizeinrichtung erzeugt, die aus elektrischen Heizelementen oder aus Leitungskanälen zum Transport eines Wärmeübertragungsmittels besteht, und in die Bauteile eingeleitet. Die Heizeinrichtung bildet dabei einen Teil der Lagereinrichtung.
-
Derartige Heizeinrichtungen mit großvolumig ausgebildeten Heizplatten besitzen jedoch eine hohe Wärmekapazität, so dass relativ lange Vorheizperioden und Kühlperioden erforderlich sind. Ferner ist für empfindliche Bauteile, insbesondere die erwähnten Photovoltaikmodule, oft ein mit Hubstiften arbeitendes System erforderlich, um die Bauteile von der Heizplatte abzuheben und ein unerwünschtes vorzeitiges Schmelzen der in den Bauteilen vorhandenen Folien zu verhindern. Darüber hinaus besitzen diese bekannten Heizsysteme einen hohen Energieverbrauch.
-
Ferner sind Formpressen bekannt, die ein festes Presselement in Form einer Pressplatte aufweisen. Auch hier finden Heizeinrichtungen in der Form von Heizplatten Verwendung, die in die Lagereinrichtung für die zu pressenden Bauteile integriert sind. Diese Formpressen weisen in Bezug auf die Heizeinrichtung eine entsprechende Problematik auf wie die vorstehend beschriebenen Laminatoren.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Formpresse/einen Laminator der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die bzw. der sich besonders rasch aufheizen und abkühlen lässt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Formpresse/einem Laminator der angegebenen Art dadurch gelöst, dass die Heizplatte nahe ihrer Lagerfläche eine in ein Kunststoffmaterial eingebettete elektrische Widersstandsheizung in der Form von Fasern oder Filamenten aufweist.
-
Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Formpresse/dem Laminator lassen sich dynamische Heiz- und Kühlprozesse durchführen, da die Heizplatte eine geringe Wärmekapazität besitzt. Aufgrund der durch Fasern oder Filamente gebildeten elektrischen Widerstandsheizung, die nahe der Lagerfläche der Heizplatte und somit nahe den zu pressenden/laminierenden Bauteilen angeordnet ist, lassen sich die Bauteile sehr rasch aufheizen und abkühlen. Es werden keine langen Vorheizperioden benötigt. Die Bauteile können daher im kalten Zustand der Heizplatte in die Formpresse/den Laminator eingeführt werden. Falls erforderlich, kann im kalten Zustand der Heizplatte die Kammer unterhalb des flexiblen oder festen Press/Andrückelementes evakuiert werden. Erst dann kann mit dem Aufheizen der Bauteile begonnen werden. Da auch der Abkühlvorgang des fertigen Teiles bzw. Laminates infolge der elektrischen Widerstandsheizung sehr rasch abläuft, wird insgesamt ein rascher Verfahrensablauf gewährleistet.
-
Des Weiteren zeichnet sich die Heizplatte durch ein geringes Gewicht aus, da sie keine Metallteile aufweist. Sie kann in einfacher Weise gehandhabt werden. Die Lagerfläche der Heizplatte kann relativ einfach an die Form der zu pressenden/laminierenden Bauteile angepasst werden.
-
Die elektrische Widerstandsheizung kann sich aus Einzelfasern oder Einzelfilamenten zusammensetzen, die in beliebigen Mustern angeordnet sein können, so dass sich eine entsprechende Flächenheizung ergibt. Vorzugsweise umfasst die elektrische Widerstandsheizung jedoch ein Gewebe, Gelege und/oder ein Vlies aus den Fasern oder Filamenten. In jedem Fall kann das Kunststoffmaterial der Heizplatte die Anordnung der Fasern oder Filamente durchdringen.
-
Es versteht sich, dass zumindest ein Teil der Fasern oder Filamente eine gewisse elektrische Leitfähigkeit aufweisen muss, um die erfindungsgemäß vorgesehene elektrische Widerstandsheizung zu bilden. Vorzugsweise bestehen die Fasern oder Filamente dabei aus Kohlenstoff, wodurch die geforderte elektrische Leitfähigkeit gewährleistet wird.
-
Wie erwähnt, ist die Widerstandsheizung nahe der Lagerfläche der Heizplatte angeordnet, wobei die Fasern oder Filamente vorzugsweise direkt angrenzend an die Lagerfläche der Heizplatte angeordnet sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Heizeinrichtung sehr nahe an den zu beheizenden Bauteilen angeordnet ist, so dass sich die gewünschten dynamischen Heiz- bzw. Kühlprozesse mit geringem Energieaufwand durchführen lassen.
-
Vorzugsweise besitzt die Heizplatte eine in ihrem rückwärtigen Teil angeordnete thermische Isolierung. Diese Isolierung trägt zum raschen Aufheizen der Bauteile bei geringem Energieverbrauch bei.
-
Die unter dem Press/Andrückelement gebildete Kammer ist vorzugsweise evakuierbar, damit das Press/Andrückelement aufgrund der gebildeten Druckdifferenz zwischen dem unteren Kammerraum und dem oberen Kammerraum über dem Press/Andrückelement gegen die Bauteile gepresst bzw. an dieser angedrückt wird. Zur Unterstützung kann dabei der obere Kammerraum mit einem entsprechenden Überdruck versehen werden. Da sich der Aufheizvorgang sehr rasch durchführen lässt, kann der untere Kammerraum vorher im kalten Zustand der zu pressenden bzw. laminierenden Bauteile evakuiert bzw. entlüftet werden.
-
Die Fasern oder Filamente der elektrischen Widerstandsheizung sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine Bewehrung der Heizplatte bilden und damit als Verstärkungsfasern deren Festigkeit bestimmen. Da sich die Fasern oder Filamente nahe der Lagerfläche der Heizplatte befinden, ist die Heizplatte insbesondere in diesem Bereich besonders hoch mechanisch beanspruchbar.
-
Die Heizplatte weist entsprechende Anschlussleiter zum Anschließen an eine Stromquelle auf, so dass sie direkt mit elektrischem Strom beheizbar ist. Das Einbetten der Widerstandsheizeinrichtung in das Kunststoffmaterial bzw. die Kunststoffmatrix kann bei der Ausbildung der Heizplatte in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass die Widerstandsheizeinrichtung vor dem Aushärten des jeweiligen Kunststoffes (Kunstharzes) in das Kunststoffmaterial eingebracht wird. Geeignete Kunststoffe bzw. Kunstharze für diesen Zweck sind dem Fachmann bekannt.
-
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Laminator als Einfachlaminator ohne entlüftbare obere Kammer über dem Andrückelement ausgebildet. Das bedeutet, dass über dem flexiblen Andrückelement (der Andrückmembran) keine speziell ausgebildete vakuumsteife Kammer vorgesehen sein muss, da ein Evakuieren dieser Kammer entfallen kann. Es ist hierbei ausreichend, wenn der Kammerraum unterhalb der Andrückmembran evakuierbar und belüftbar ausgebildet ist.
-
Ferner weist die erfindungsgemäß ausgebildet Formpresse/der Laminator vorzugsweise einen Rahmen für das zu pressende/laminierende Bauteil auf. Das zu pressende/laminierende Bauteil, insbesondere ein zu laminierendes Photovoltaikmodul, wird im Arbeitsraum des Laminators mit einem derartigen Rahmen versehen, um eine zu starke Flächenpressung am Rand des Bauteiles bzw. Moduls zu vermeiden. Eine solche starke Flächenpressung am Rand kann sich möglicherweise durch die erfindungsgemäß durchgeführten sehr raschen dynamischen Aufheizvorgänge ergeben.
-
Des Weiteren kann bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Formpresse/dem Laminator auf ein Hubstiftsystem für das zu pressende/laminierende Bauteil verzichtet werden. Während beim Stand der Technik mit einem derartigen System durch Abheben des Bauteiles von der Heizplatte ein vorzeitiges Schmelzen von Folien des Bauteiles verhindert wird, kann ein derartiges Hubstiftsystem bei der erfindungsgemäßen Formpresse/dem Laminator entfallen, da das Bauteil kalt in den Arbeitsraum eingefördert (bei kalter Heizplatte) wird und auch der Entlüftungsvorgang bei kalter Heizplatte durchgeführt wird.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
-
1 einen schematischen Querschnitt durch eine Formpresse mit einem festen Presselement;
-
2 einen schematischen Querschnitt durch einen Laminator mit einem flexiblen Andrückelement; und
-
3 einen schematischen Querschnitt durch die beim Laminator der 2 verwendete Heizplatte.
-
Die in 1 schematisch im Querschnitt dargestellte Formpresse 1 besitzt ein festes Presselement 2, das auf- und abbewegbar und über geeignete Dichtungen 3 zusammen mit einem unteren Gehäuse 7 einen Arbeitsraum 8 abdichtet. Im Arbeitsraum 8 befindet sich eine Lagereinrichtung 5, in die eine Heizeinrichtung in Form einer Heizplatte 6 integriert ist. Die Heizplatte 6 weist eine obere Lagerfläche zur Aufnahme von zu pressenden Bauteilen auf, von denen eines bei 4 dargestellt ist.
-
Entsprechende Fördereinrichtungen, mit denen die Bauteile 4 in den Arbeitsraum 8 förderbar sind, sind hier nicht dargestellt. Die Heizplatte 6 besteht aus einem Kunststoffmaterial (Kunstharz), in das eine elektrische Widerstandsheizung in der Form von Fasern oder Filamenten eingebettet ist. Die Fasern bzw. Filamente sind in der Form eines Gewebes angeordnet, das vom Kunststoffmaterial durchdrungen ist. Die Widerstandsheizung befindet sich nahe der Lagerfläche der Heizplatte 6, so dass die darauf gelagerten Bauteile 4 direkt beheizt werden können. Der genaue Aufbau der Heizplatte wird in Verbindung mit 3 erläutert.
-
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung der Heizeinrichtung können in der Formpresse dynamische Heiz- und Abkühlprozesse durchgeführt werden. Die zu pressenden Bauteile 4 werden daher im kalten Zustand der Heizeinrichtung in den Arbeitsraum 8 eingeführt und auf der Heizplatte gelagert. Ein vorzeitiges Aufschmelzen der Bauteile 4 kann daher nicht erfolgen. Danach wird das Presselement 2 abgesenkt. Erst dann wird die Heizplatte in Betrieb genommen, indem die Widerstandsheizung über geeignete Anschlussleiter (nicht gezeigt) mit elektrischem Strom beaufschlagt wird. Es folgt eine sehr rasche Aufheizung der Bauteile 4, so dass der gewünschte Pressvorgang mittels Druck und Wärme durchgeführt werden kann. Nach Beendigung des Pressvorganges wird die Widerstandsheizung außer Betrieb gesetzt, so dass die fertige Bauteileinheit sehr rasch abkühlen und aus dem Arbeitsraum entfernt werden kann.
-
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Laminator 10, der ein aus einem oberen Teil 11 und einem unteren Teil 18 bestehendes Gehäuse aufweist. Im Gehäuse befindet sich ein Arbeitsraum, der durch ein flexibles Andrückelement 12 in eine obere Kammer 13 und eine untere Kammer 14 unterteilt wird. In der unteren Kammer 14 ist eine Lagereinrichtung 17 angeordnet, in die eine Heizplatte 16 integriert ist. Die Heizplatte 16 weist auf ihrer Oberseite eine Lagerfläche zur Aufnahme von zu laminierenden Bauteilen 15 auf. Auch hier sind geeignete Fördereinrichtungen für die Bauteile nicht dargestellt.
-
Die Heizplatte 16 ist entsprechend ausgebildet wie die Heizplatte 6 gemäß 1. 3 zeigt schematisch den Aufbau der Heizplatte 16, die aus einer geeigneten Kunstharzplatte 22 besteht, in die ein Fasergewebe 20 als Widerstandsheizung eingebettet ist. Über geeignete Anschlussleiter 21 wird die Widerstandsheizung mit elektrischem Strom versorgt. Der Aufbau der Heizplatte 16 ist in 3 nur schematisch dargestellt. Die Kunstharzplatte 22 kann sich, entsprechend den jeweiligen Anforderungen, auch aus einer Vielzahl von einzelnen Schichten zusammensetzen, um für die entsprechende mechanischen Eigenschaften und Temperatureigenschaften zu sorgen.
-
Das die Widerstandsheizung bildende Fasergewebe 20 besteht aus Kohlenstofffasern, die sich besonders gut für eine derartige Widerstandsheizung eignen.
-
Die in 2 dargestellte untere Kammer 14 ist evakuierbar, um das Andrückelement 12 gegen die zu laminierenden Bauteile 15 zu pressen. Im Betrieb des Laminators wird dabei so vorgegangen, dass das Bauteil 15 im kalten Zustand der Heizplatte 16 in den Arbeitsraum eingeführt und auf der Heizplatte gelagert wird. Die untere Kammer 14 wird dann evakuiert, so dass die Andrückmembran 12 gegen das Bauteil 15 gedrückt wird. Es folgt dann eine Inbetriebnahme der Widerstandsheizung, so dass der gewünschte Laminiervorgang unter Druck- und Wärmeeinwirkung durchgeführt werden kann. Nach Beendigung des Laminiervorganges wird die Widerstandsheizung außer Betrieb gesetzt, so dass die laminierte Bauteileinheit entsprechend abgekühlt und dann aus dem Lamintor entnommen werden kann.
-
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform eines Laminators muss die über der Andrückmembran 12 angeordnete Kammer 13 nicht vakuumfest ausgebildet sein, da diese Kammer nicht evakuiert bzw. druckbeaufschlagt werden muss. Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Erleichterung in Bezug auf die bauliche Gestaltung.
-
Die Heizplatte ist vorzugsweise in die Lagereinrichtung eingelassen, so dass sich durch die Lagereinrichtung ein Rahmen für die Heizplatte ergibt. Die Heizplatte und der Rand der Lagereinrichtung bilden daher vorzugsweise eine ebene Fläche. Da die Heizplatte in die Lagereinrichtung eingelassen ist, kann sie relativ dünn ausgebildet sein, da sie eine geringere Festigkeit haben muss. Auf diese Weise wird eine entsprechende Materialersparnis erzielt.
-
Die Heizplatte besteht aus einem geeigneten Kunstharz, in das die Faserschicht bzw. Filamentschicht eingebettet ist. Als Kunstharz kommen beispielsweise Hochtemperaturduromere in Frage, insbesondere geeignete Epoxyharze.
-
Wie erwähnt, kann die Heizplatte ansonsten auch mehrschichtig ausgebildet sein, um die entsprechenden mechanischen Eigenschaften, Temperatureigenschaften, Isolationseigenschaften etc. aufzuweisen. So kann die Platte beispielsweise zur weiteren Verstärkung Glasfaserschichten, Polymerfaserschichten oder andere Schichten enthalten.
-
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Heizplatte auf ihrer Oberseite eine dünne Metallschicht auf, um die Oberflächeneigenschaften zu verbessern, beispielsweise eine bessere Abriebsfestigkeit oder eine bessere Wärmeverteilung zu erzielen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
