DE202013102624U1

DE202013102624U1 - Fertigungseinrichtung

Info

Publication number: DE202013102624U1
Application number: DE202013102624.7U
Authority: DE
Original assignee: SITEC SOLAR GmbH; KUKA Systems GmbH
Current assignee: SITEC SOLAR GmbH; KUKA Systems GmbH
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2014-09-19
Anticipated expiration: 2023-06-19
Also published as: WO2014202650A1

Abstract

Fertigungseinrichtung für mehrlagige Schichtanordnungen (1), insbesondere Solarmodule, mit mindestens einem lichtreaktiven Element (14), wobei die Fertigungseinrichtung (2) einen Laminator (4) mit einem Gestell (8), einem Werkstückträger (6), einer Vakuumeinrichtung (12) und einer Wölbungs- und Relaxationseinrichtung (9) für eine plattenförmige Schicht (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (6) mobil ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fertigungseinrichtung für eine Schichtanordnung mit einem lichtreaktiven Element, insbesondere ein mehrschichtiges Solarmodul, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Eine solche Fertigungseinrichtung für eine Schichtanordnung mit mindestens einem lichtreaktiven Element ist aus der WO 2011/151 430 A2 bzw. DE 20 2010 005 555 U1 bekannt. Sie weisen einen Laminator mit einem Gestell auf, das eine stationäre Auflage für die darauf aufzubauende Schichtanordnung aufweist. Ferner weist die Fertigungseinrichtung eine Wölbungs- und Relaxationseinrichtung für eine plattenförmige Schicht und eine Vakuumeinrichtung an der Auflage auf.
In der EP 0 755 080 A2 ist eine ähnliche Fertigungseinrichtung für Solarmodule mit einem Saugtisch angesprochen, wobei eine flexible EVA-Folie durch den Unterdruck verformt und laminiert wird.
Die DE 10 2007 038 240 A1 zeigt eine weitere Fertigungseinrichtung für Solarmodule mit einem Gießtisch und einem separaten Linearroboter sowie mehreren separaten Heizvorrichtungen. Der Linearroboter weist verstellbare Sauger zum Zustellen und Biegen einer Glasplatte auf.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorbekannte Fertigungstechnik weiter zu verbessern.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
Die beanspruchte Fertigungstechnik, d.h. die Fertigungseinrichtung und das Fertigungsverfahren, haben prozesstechnische Vorteile. Die Prozesszeit und die Auslastung der Fertigungseinrichtung sowie die Fertigungsqualität können verbessert werden. Außerdem ergeben sich wirtschaftliche Vorteile.
Der Einsatz eines mobilen Werkstückträgers erlaubt es, den Schichtbildungsprozess und den in der Regel länger dauernden Aushärteprozess der Schichtanordnung räumlich und zeitlich voneinander zu trennen. Die in der Fertigungseinrichtung auf dem Werkstückträger in Teilen oder vollständig aufgebaute Schichtanordnung kann in einer nachgeschalteten Aushärteeinrichtung thermisch behandelt und fertig gestellt werden. An eine Fertigungseinrichtung können mehrere Aushärteeinrichtungen angeschlossen sein. Die Fertigungseinrichtung und die Aushärteeinrichtung(en) können Bestandteil einer Fertigungsanlage sein.
Die beanspruchte Fördereinrichtung nebst Bewegungseinrichtung und stationärer Trägeraufnahme erlauben einen Transport von leeren und beladenen Werkstückträgern in und aus der Fertigungseinrichtung und eine exakte Positionierung des Werkstückträgers in der Prozessstellung am Laminator. Hierdurch kann die Prozess- und Fertigungsqualität trotz Mobilität gesichert und auch noch gesteigert werden.
Der mobile Werkstückträger kann eine oder mehrere integrierte Vakuumkanäle zum Ansaugen von Teilen der Schichtanordnung, insbesondere den ein oder mehreren lichtreaktiven Elementen und ggf. einer darauf aufgetragenen flüssigen oder pastösen Verbindungsmasse dienen. Hierdurch kann eine blasen- und luftfreie Einkapselung der lichtaktiven Elemente erreicht werden. Die Vakuumkanäle können dabei in einem Netzwerk mit einem oder mehreren, ggf. getrennten Vakuumkreisen, geschaltet werden, was eine optimale Adaption an die jeweiligen Werkstückerfordernisse erlaubt. Das Vakuum kann außerdem während des Transports des Werkstückträgers und der Schichtanordnung mittels eines selbsthaltenden Verschlusses aufrecht erhalten bleiben. Dies sichert die Lage der Schichtanordnung auch während des Transports und bei der anschließenden Weiterbearbeitung, insbesondere der Aushärtung der Verbindungsmasse(n).
Der Werkstückträger kann multifunktonal ausgebildet sein und mittels einer randseitigen Dichtung auch zum Ansaugen und Fixieren einer plattenförmigen Schicht benutzt werden. Dies ist vorteilhaft, wenn ein zunächst aus mehreren Schichten gebildetes Basismodul gewendet und dann wieder für den weiteren Schichtaufbau an der anderen Modulseite auf den Werkstückträger fixiert werden kann.
Der Werkstückträger kann ferner einen oder mehrere wechselbare Einsätze mit Aufnahmemitteln für elektrische Querverbinder der Schichtanordnung, insbesondere eines Solarmoduls aufweisen. Hierdurch kann der Werkstückträger auf einfache und kostengünstige Weise an unterschiedliche Typen von Schichtanordnungen, insbesondere von Solarmodulen, angepasst werden. Die Querverbinder können an den Einsätzen auch durch Saugdruck festgehalten werden. Die umlaufende Dichtung und die wechselbaren Einsätze haben eine eigenständige erfinderische Bedeutung und können auch bei einem stationären Werkstückträger oder einer tischartigen Auflage entsprechend der WO 2011/151 430 A2 eingesetzt werden.
Der mobile Werkstückträger kann außerdem eine lösbare Spanneinrichtung aufweisen, mit der die Schichtanordnung bedarfsweise, insbesondere während des Transports und der weiteren Bearbeitung, auf dem Werkstückträger fixiert werden kann. Die Spanneinrichtung ist selbsthaltend und lässt sich für den Schichtbildungsprozess an der Fertigungseinrichtung mittels einer dortigen Löseeinrichtung öffnen bzw. lösen.
Die Erfindung sieht ferner für die Wölbungs- und Relaxationseinrichtung eine in Normalenrichtung, insbesondere in der Höhe, zur obersten Schicht der Schichtanordnung gesteuert und ggf. geregelt zustellbare Andrückwalze vor. Hierüber kann die Zustellung und der Anpressdruck bedarfsweise eingestellt und optimiert werden. Die Stelleinrichtung ist zu Regelungszwecken mit einer entsprechenden Sensorik ausgestattet, die vorteilhafterweise den Werkstückträger, insbesondere dessen der Schichtanordnung zugewandten Oberfläche, als Bezugsobjekt abtastet. Hierdurch können einerseits etwaige Positionsungenauigkeiten des mobilen Werkstückträgers kompensiert und andererseits vorgegebene Sollwerte für die Dicke der Schichtanordnung eingehalten werden. Die gesteuerte oder regelbare Zustelleinrichtung für die Andrückwalze hat ebenfalls eigenständige erfinderische Bedeutung und kann auch bei einer Wölbungs- und Relaxationseinrichtung nach dem Stand der Technik, insbesondere gemäß der WO 2011/151 430 A2 , vorteilhafterweise eingesetzt werden.
Die Fertigungseinrichtung kann ferner eine mobile und relativ zum Werkstückträger und zur Schichtanordnung bewegliche Heizeinrichtung aufweisen. Diese kann zur lokalen Erwärmung der Schichtanordnung dienen, was einerseits die Effizienz und Gleichmäßigkeit einer ersten thermischen Fixierung der Verbindungsmasse(n) verbessert und andererseits die Wärmeverluste minimiert. Letzteres ist besonders von Vorteil, wenn der Werkstückträger zur Optimierung der Formgebung und Maßhaltigkeit aus Metall besteht und eine entsprechende Wärmeleitfähigkeit hat. In einer besonders günstigen Ausführungsform ist die Heizeinrichtung als über der Schichtanordnung schwebende und vorzugsweise mit der Andruckwalze bewegungstechnisch gekoppelte Strahlenheizung ausgebildet. Diese Ausgestaltung der Heizeinrichtung hat ebenfalls eigenständige erfinderische Bedeutung und kann mit Erfolg auch bei einem stationären Werkstückträger, z.B. entsprechend der WO 2011/151 430 A2 eingesetzt werden.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:
1 und 2: eine Fertigungseinrichtung in verschiedenen Phasen des Schichtbildungsprozesses in schematischer Seitenansicht,
3 und 4: eine Fördereinrichtung für einen mobilen Werkstückträger mit einer Hubeinrichtung in verschiedenen Betriebsstellungen,
5 und 6: eine am Werkstückträger angeordnete und mitgeführte lösbare Spanneinrichtung in verschiedenen Betriebsstellungen,
7 und 8: einen Werkstückträger mit wechselbaren Einsätzen für Querbändchen in verschiedenen Ausführungsformen,
9: eine vergrößerte und abgebrochene Darstellung eines Details X von 8,
10 und 11: einen Werkstückträger mit einer aufgelegten Schichtanordnung und einer umlaufenden Dichtung in Draufsicht und geklappter Seitenansicht,
12: einen mobilen Werkstückträger mit integriertem Vakuumkanälen und einem Anschluss für eine andockbare Vakuumversorgung,
13: eine vergrößerte Darstellung eines Details XIII von 12 und
14 und 15: eine Schichtanordnung in Draufsicht und im Längsschnitt.
Die Erfindung betrifft eine Fertigungseinrichtung (2) und ein Fertigungsverfahren für eine mehrlagige Schichtanordnung (1). Die Erfindung betrifft ferner eine Fertigungsanlage (3), die eine Fertigungseinrichtung (2) und ein oder mehrere weitere Stationen aufweist.
14 und 15 zeigen in einem schematischen Beispiel eine mehrlagige Schichtanordnung (1), die hier als Solarmodul ausgebildet ist. Sie weist mehrere lichtaktive Elemente (14) in Form von Solarzellen auf, die einen gegenseitigen Abstand (20) aufweisen und in einer gleichmäßigen Matrix (19) angeordnet sind. Die Solarzellen (14) können untereinander unter Bildung von jeweils einem String (18) mit Leitungen (21) elektrisch leitend verbunden sein. Die Matrix (19) besteht aus mehreren nebeneinander angeordneten Strings (18). Die Leitungen (21) können an den Enden in beliebig geeigneter Weise durch elektrische Querverbinder (22) verbunden und verschaltet sein.
15 zeigt beispielhaft einen Schichtenaufbau im Längsschnitt. Das Solarmodul (1) besteht z.B. aus fünf Schichten (13, 14, 15, 16, 17). Eine erste äußere Schicht (13) wird von einem plattenförmigen und lichtdurchlässigen Träger, z.B. einer Glas- oder Kunststoffplatte gebildet. Hierauf befindet sich eine Schicht (15) aus einer Verbindungsmasse, z.B. einer flüssigen oder pastösen Siliconmasse. In die Verbindungsschicht (15) sind die Solarzellen (14) blasenfrei eingebettet. Auf den Solarzellen (14) befindet sich eine weitere Verbindungsschicht (17), auf der außenseitig eine Deckschicht (16) aufliegt, die platten- oder folienartig ausgebildet sein kann und die z.B. aus einer lichtundurchlässigen Rückenfolie aus Kunststoff besteht. Die Verbindungsschichten bzw. Verbindungsmassen (15, 17) können aus dem gleichen Material, insbesondere aus einem Siliconmaterial, bestehen. Sie können in flüssiger oder pastöser Form aufgetragen, unter Austreiben von Lufteinschlüssen gleichmäßig verteilt und nach Bildung des gezeigten Schichtaufbaus unter Wärmezufuhr ausgehärtet werden, wobei sie eine Klebewirkung entfalten.
In Abwandlung der gezeigten Ausführungsform können die ein oder mehreren lichtreaktiven Elemente (14) aus anderen lichtabsorbierenden Elementen oder auch aus lichtemittierenden Elementen, z.B. LEDs, bestehen. Eine oder mehrere Verbindungsschichten (15, 17) können in anderer Weise, z.B. als Klebefolien oder dgl. ausgebildet sein. Ferner kann die Zahl, Ausbildung und Reihenfolge der Schichten variieren.
1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Fertigungseinrichtung (2) für eine Schichtanordnung (1). Die Fertigungseinrichtung (2) weist einen Laminator (4) zur Bildung einer Schichtanordnung (1) auf einem mobilen Werkstücksträger (6) auf. Für den Transport von einem oder mehreren Werkstückträgern (6) ist eine Fördereinrichtung (7) vorhanden.
Ferner kann die Fertigungseinrichtung (2) eine Zuführeinrichtung (5) für eine oder mehrere Schichten, insbesondere für den plattenartigen Träger (13) und ggf. auch für die ein oder mehreren lichtreaktiven Elemente (14) aufweisen. Alternativ ist eine manuelle Zuführung möglich.
Der Laminator (4) weist ein stationäres Gestell (8) mit einer Trägeraufnahme (39) für den Werkstückträger (6) auf. Ferner weist der Laminator (4) eine Wölbungs- und Relaxationseinrichtung (9) für die in 1 gezeigte plattenförmige Schicht (13) auf. Außerdem kann eine Auftragvorrichtung (10) für eine Verbindungsmasse (15, 17) und eine Heizeinrichtung (11) sowie eine Vakuumeinrichtung (12) vorhanden sein.
Die Fertigungseinrichtung (2) kann von einem Gehäuse (53) umgeben sein, welches eine oder mehrere Schleusen für den Durchlass des Werkstückträgers (6) aufweist. Die Fertigungseinrichtung (2) kann Bestandteil einer Fertigungsanlage sein, die eine oder mehrere weitere Stationen, z.B. eine Aushärtestation, eine Trimm- und Montagestation oder dgl. aufweist.
Der in 7 bis 13 dargestellte Werkstückträger (6) ist plattenartig ausgebildet und besteht aus einem geeigneten Material, vorzugsweise Metall, insbesondere einem Leichtmetall. Der Werkstückträger (6) hat einen plattenartigen Korpus (23) mit einer oben liegenden Auflagefläche (29), auf der die Schichtanordnung (1) in der nachfolgend beschriebenen Weise aufgebaut wird.
Der Korpus (23) weist einen oder mehrere integrierte Vakuumkanäle (24) auf, die mit mehreren an der Auflagefläche (29) mündenden Saugöffnungen (25) verbunden sind. Die Saugöffnungen (25) dienen zum Festhalten der aufgelegten lichtaktiven Elemente (14) und können entsprechend verteilt und angeordnet sein. Die ein oder mehreren Vakuumkanäle können ein Leitungsnetzwerk bilden, das einen oder mehrere ggf. getrennt steuerbare Vakuumkreise aufweist. Die Vakuumkanäle (24) bzw. die Vakuumkreise sind mit einem oder mehreren Anschlüssen (26) am Korpus (23), z.B. an einer Korpusseitenwand, verbunden, an denen eine externe Vakuumversorgung (42) mit geeigneten Kupplungselementen lösbar andocken kann. Die Vakuumversorgung (42) ist z.B. am Laminator (4), insbesondere an dessen Gestell (8), angeordnet.
Der mobile Werkstückträger (6) kann außerdem einen selbsthaltenden Verschluss (27) aufweisen, der für die Aufrechterhaltung des Vakuums bei abgekuppelter Vakuumversorgung, insbesondere beim Trägertransport sorgt. Der Verschluss (27) kann z.B. als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet sein, welches beim Anschluss der Vakuumversorgung (42) und bei Anlage von Unterdruck geöffnet wird. Der Verschluss (27) kann an einem Anschluss (26) angeordnet sein. Letzterer kann außerdem eine Dichtung für das besagte Kupplungselement der Vakuumversorgung (42) aufweisen.
Wie 10 und 11 verdeutlichen kann der Werkstückträger (6) an der Aufnahmefläche (29) eine Dichtung (28), z.B. eine elastomere Dichtschnur, aufweisen, die z.B. randseitig und umlaufend angeordnet ist. Sie umgibt den Saugbereich mit den Saugöffnungen (25) und kann in der in 11 gezeigten Weise eine aufliegende und den Saugbereich übergreifende plattenartige Schicht (13), insbesondere den besagten Träger, ansaugen und festhalten.
Die Auflagefläche (29) kann ggf. rillenartige Vertiefungen für die Aufnahme der Leitungen (21) der lichtaktiven Elemente (14) aufweisen.
Wie 7 bis 9 verdeutlichen, kann der Werkstückträger (6) einen oder mehrere wechselbare Einsätze (30) aufweisen, die an geeigneter Stelle, bevorzugt an gegenüberliegenden Schmalseiten, angeordnet sind. Die modularen Einsätze (30) können ein oder mehrere Aufnahmemittel (31), z.B. eine oder mehrere Nuten, für die Aufnahme von jeweils einem Querverbinder (22) der Schichtanordnung (1) aufweisen. Die Aufnahmemittel (31) können an eine spezielle Querverbinderanordnung adaptiert sein, die je nach Typ der Schichtanordnung (1) variieren kann. Bei einem Typwechsel werden der oder die Einsätze (30) ausgetauscht. Falls andere elektrische Leitungsverbindungen oder Anschlüsse verwendet werden, kann ein entsprechend anders ausgebildeter und am Werkstückträger (6) angeordneter Einsatz (30) benutzt werden.
Wie insbesondere das Detail von 9 zeigt, kann ein wechselbarer Einsatz (30) einen integrierten Vakuumkanal (24) mit einer am Aufnahmemittel (31) bzw. am Nutenboden mündenden Saugöffnung (25) aufweisen. An der Saugöffnung (25) oder an der Nut (31) kann auch eine Dichtung (28) angeordnet sein. Der oder die Vakuumkanäle (24) können in geeigneter Weise mit den anderen Vakuumkanälen (24) im Korpus (23) verbunden sein. Sie können alternativ einen eigenen Anschluss zum Andocken an eine externe Vakuumversorgung (42) aufweisen. In der Variante von 7 sind Aufnahmemittel (31) ohne Vakuumkanäle (24) und Saugöffnungen (25) dargestellt. Die eingangs genannte Vakuumeinrichtung (12) wird von der externen Vakuumversorgung und den am mobilen Werkstückträger (6) angeordneten Vakuumkanälen (24) nebst Saugöffnungen (25) und Anschlüssen (26) gebildet.
5 und 6 zeigen einen mobilen Werkstückträger (6), der mit einer Spanneinrichtung (33) ausgerüstet ist und diese auch während des Transports mitführt. Die Spanneinrichtung (33) dient dazu, die Schichtanordnung (1) bedarfsweise auf dem Werkstückträger (6) zu spannen und zu fixieren. Mittels einer geeigneten und vorzugsweise am Laminator (4), insbesondere an dessen Gestell (8) angeordneten Löseeinrichtung (43) kann die Spanneinrichtung (33) geöffnet und gelöst werden.
Die Spanneinrichtung (33) besteht z.B. aus einem Niederhalter (34), der balkenförmig ausgebildet ist und die Schichtanordnung (1) bzw. den Korpus (23) übergreift und der in Spannstellung von oben auf die Schichtanordnung (1), insbesondere auf eine oben liegende plattenförmige Trägerschicht (13) drückt. Der Niederhalter (34) ist randseitig in geeigneter Weise, z.B. über aufrechte Bolzen höhenverstellbar geführt und kann von einem Spannelement (36), z.B. einer am jeweiligen Bolzen angeordneten Feder, beaufschlagt werden. Die Spanneinrichtung (33) kann ferner ein Einstellmittel (35), z.B. eine Stellschraube, aufweisen, mit der bedarfsweise die Höhenlage des Niederhalters (34) gegenüber dem Werkstückträger (6) und dessen Auflagefläche (29) eingestellt und verstellt werden kann.
Die Löseeinrichtung (43) kann z.B. von Hubmittel, insbesondere Hubzylindern, gebildet werden, die den am Niederhalter (34) angreifen und diesen zum Lösen des Spanneingriffs von der Schichtanordnung (1) abheben.
Die Eingangs erwähnte Fördereinrichtung (7) dient zum Transport von ein oder mehreren Werkstückträgern (6) in und aus der Fertigungseinrichtung (2), ggf. mit Durchtritt durch die erwähnte Schleuse am Gehäuse (53). Die Fördereinrichtung (7) ist z.B. als Bandförderer (37) ausgebildet. Sie kann eine Bewegungseinrichtung (38) aufweisen, mit der der Werkstückträger (6) zwischen einer z.B. erhabenen Transportstellung und einer abgesenkten Prozessstellung am Laminator (4) bewegt werden kann. Die Bewegungseinrichtung (38) kann z.B. als steuerbare Hubeinrichtung mit Hubzylindern oder dgl. ausgebildet sein.
Das Gestell (8) weist gemäß 1 und 2 eine stationäre Trägeraufnahme (39) für die definierte Aufnahme des Werkstückträgers (6) in der Prozessstellung auf. Die stationäre Trägeraufnahme (39) besitzt eine definierte Aufnahmefläche (40) und eine Positionier- und Fixiereinrichtung (41) für die exakte Aufnahme des Werkstückträgers (6) in der Prozessstellung. Die Aufnahmefläche (40) kann durchgehend oder bevorzugt unterbrochen sein. 1 und 2 zeigen die Prozessstellung. Die abgesenkte Fördereinrichtung (7) wird dabei vom Werkstückträger (6) gelöst und in geeigneter Weise temporär im Gestell (8) untergebracht.
Die Wölbungs- und Relaxationseinrichtung (9) der Fertigungseinrichtung (2) ist in 1 und 2 schematisch dargestellt. Sie weist eine Andrückwalze (44) auf, die mit einem Transportmittel (45), z.B. einem Schlitten, entlang des Werkstückträgers (6) in dessen Prozessstellung bewegt werden kann. Das Transportmittel (45) hat hierfür einen geeigneten steuerbaren Antrieb. Die Andrückwalze (44) kann außerdem einen steuerbaren Drehantrieb aufweisen, der ggf. mit dem Schlittenantrieb abgestimmt ist. Hierbei kann die lineare Schlittenbewegung mit der Abwälzbewegung synchronisiert werden.
Die Andrückwalze (44) kann mit einer Stelleinrichtung (46) versehen sein, mit der sie in Normalenrichtung zur Aufnahmefläche (29) des Werkstückträgers und zu der dort aufgebauten Schichtanordnung (1) steuerbar und ggf. auch regelbar verstellt werden kann. Mit der Stelleinrichtung (46) kann insbesondere die Walzenhöhe relativ zum Werkstückträger (6) und der Aufnahmefläche (29) eingestellt werden.
Die Stelleinrichtung (46) weist eine Sensorik (47) auf, welche für die gesteuerte oder geregelte Walzenzustellung den Werkstückträger (6) als Referenz erfasst und bevorzugt abtastet. Die Sensorik (47) kann hierfür in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein, z.B. als die gezeigte Tastwalze, die auf der Oberfläche des Werkstückträgers (6) im Bereich neben der eigentlichen Auflagefläche (29) für die Schichtanordnung (1) aufliegt. Die Sensorik (47) kann alternativ berührungslos arbeiten.
Die Fertigungseinrichtung (2) kann die eingangs erwähnte mobile und relativ zum Werkstückträger (6) und zur Schichtanordnung (1) bewegliche Heizeinrichtung (11) aufweisen. Diese kann bewegungstechnisch mit der Fahrbewegung der Andrückwalze (44) gekoppelt sein. Sie kann hierfür ein eigenes und bevorzugt steuerbares Transportmittel aufweisen. Sie kann alternativ am Transportmittel (45) der Andrückwalze (44) angeordnet bzw. mit diesem über eine Schleppstange oder dergleichen verbunden sein. Die Heizeinrichtung (11) dient zur lokalen Erwärmung der Schichtanordnung (1). Sie ist hierfür schwebend über der Schichtanordnung (1) angeordnet und übergreift diese. Die Heizeinrichtung (11) kann in entsprechend geeigneter Weise ausgebildet sein, z.B. als eine zur Schichtanordnung (1) hingerichtete balkenartige Strahlenheizung, insbesondere als Infrarotstrahler.
Die eingangs erwähnte Zuführeinrichtung (5) kann als mehrachsig bewegliche, steuerbare Handhabungseinrichtung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist sie als mehrachsiger Industrieroboter (51), insbesondere als Gelenkarmroboter, ausgebildet und trägt am Abtriebsglied ein Greifwerkzeug (52). In 1 ist der Roboter (51) schematisch dargestellt und durch einen abgebrochen dargestellten Roboterarm repräsentiert.
Wie 1 und 2 verdeutlichen, weist die Wölbungs- und Relaxationseinrichtung für die Positionierung und Abstützung der zu biegenden und zu relaxierenden plattenartigen Schicht (13) eine höhenverstellbare Halteeinrichtung (48) am einen Schichtrand und ein Positioniermittel (32), z.B. einen Anschlag, am gegenüberliegenden Schichtrand auf. Die höhenverstellbare Halteeinrichtung (48) und das Positioniermittel (32) können am Werkstückträger (6) und/oder am Gestell (8) des Laminators (4) angeordnet sein. Die Wölbungs- und Relaxationseinrichtung (9) kann außerdem noch einen Schichthalter (49), z.B. eine höhenverstellbare Saugeranordnung, am anschlagseitigen Schichtrand aufweisen. Die höhenverstellbare Halteeinrichtung (48) kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein, z.B. als gesteuert ausfahrbarer Druckstempel oder als höhenverstellbare Saugeranordnung, die an der Oberseite oder Unterseite der plattenartigen Schicht (13) angreift.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Schichtenbildungsprozesses wird ein Werkstückträger (6) eingefahren und in die Prozess- oder Arbeitsstellung an der Trägeraufnahme (39) gebracht sowie dort positioniert und fixiert. Anschließend werden die lichtreaktiven Elemente (14) einzeln, in Form von Strings (18) oder als komplette Matrix (19) auf die Auflagefläche (29) gelegt und mit Saugdruck festgehalten. Die Auflage kann manuell oder mittels der Zuführeinrichtung (5) automatisch geschehen. Die Querverbinder (22) können bereits angebracht oder zu einem späteren Zeitpunkt im Prozessablauf montiert und mit den Leitungen (20) verbunden werden.
Im nächsten Schritt wird die flüssige oder pastöse Verbindungsmasse (15) mit der Auftrageinrichtung (10) auf den lichtreaktiven Elementen (4) in geeigneter Verteilung aufgebracht. Anschließend wird die plattenartige Schicht (13) manuell oder automatisch mittels der Zuführeinrichtung (5) zugeführt und an die höhenverstellbare Halteinrichtung (48) sowie den Schichthalter (49) übergeben. Der Schichthalter (49) wird abgesenkt und legt das zugeordnete Schichtende auf die Verbindungsmasse (15) ab mit gleichzeitiger Ausrichtung am Positioniermittel (32). Die plattenartige Schicht (13) erhält hierdurch eine konkave Wölbung, die anschließend relaxiert wird, wobei die Schicht (13) auf die Verbindungsmasse (15) ausgedrückt und aufgewalzt wird.
Zur Relaxation fährt die Andrückwalze (44) gemäß 2 vorwärts, wobei sie gesteuert oder geregelt in der Höhe zugestellt wird. Der Walzeneingriff beginnt an dem bereits abgelegten Schichtende, wobei der Schichthalter (49) entfernt wird und die gegenüberliegende zunächst ausgefahrene Halteeinrichtung (48) entsprechend des Walzenvorschubs abgesenkt wird. Bei dieser gesteuerten Absenk- und Abwälzbewegung der plattenartigen Schicht (13) wird die Verbindungsmasse (15) gleichmäßig über die Schichtoberfläche verteilt und auch in die Spalte (20) eingedrückt, wobei außerdem in evtl. Freiräumen und in der Verbindungsschicht (15) enthaltene Gase, insbesondere Lufteinschlüsse, ausgetrieben werden. Die Vakuumeinrichtung (12) ist bei der Relaxation angeschaltet und saugt ebenfalls die im Prozessbereich befindlichen Gase, insbesondere Lufteinschlüsse, ab. Durch das Andrücken und Aufwälzen der plattenartigen Schicht (13) werden die lichtaktiven Elemente (14) blasenfrei in der Verbindungsmasse (15) eingebettet. Die Verbindungsmasse (15) kann bei dieser Ausführungsvariante lichtdurchlässig und insbesondere transparent sein.
Während der Relaxation und des Walzenvorschubs kann auch die Heizeinrichtung (11) mitlaufen und die verpressten Schichten (13, 14, 15) erwärmen sowie die Verbindungsmasse (15) in einem ersten Schritt thermisch verfestigen. Zudem kann an dem einen anschlagseitigen Schichtenrand auch die zunächst gelöste Spanneinrichtung (33) durch die Deaktivierung der Löseeinrichtung (43) in Spanneingriff gebracht werden und den Schichtenverbund sichern.
Mit den Schichten (13, 14, 15) wird zunächst ein Basismodul aufgebaut, welches anschließend bei ausreichender Verfestigung des Schichtenverbundes manuell oder von der Zuführeinrichtung (5) gewendet und mit der plattenförmigen Schicht (13) nach unten auf die Auflagefläche (29) gelegt und dort angesaugt werden kann. Anschließend wird erneut mit der Auftragvorrichtung (10) die weitere Verbindungsmasse (17) auf die Schichten (14, 15) aufgebracht.
Hierauf wird im nächsten Schritt die Deckschicht (16) aufgebracht. Hierfür kann z.B. eine der Andrückwalze (44) zugeordnete Schichtzuführung (50), insbesondere Folienzufühung, vorgesehen sein, wobei die Andrückwalze (44) eine integrierte Saugeinrichtung zum umfangseitigen Halten der von einem Wickelvorrat zugeführten Deckschicht oder Folie (16) aufweist. Die Deckschicht (16) kann ebenfalls in einem Aufwälzvorgang aufgebracht werden. Alternativ kann die Deckschicht (16) aus einem weniger biegeleastischen Plattenkörper bestehen und mit dem vorbeschriebenen Wölbungs- und Relaxationsprozess aufgebracht werden. Die weitere Verbindungsschicht (17) kann ebenfalls mit der mitgeführten Heizeinrichtung (11) erwärmt und thermisch vorverfestigt werden.
Nach Fertigstellung der Schichtanordnung (1) fallen die an beiden Schichtenrändern angeordnteten Spanneinrichtungen (33) wieder ein und fixieren die Schichtanordnung (1) auf dem Werkstückträger (6). Die Fördereinrichtung (7) nimmt den freigegebenen Werkstückträger (6) wieder auf und transportiert ihn aus der Fertigungseinrichtung (2) heraus. Er kann dann unter Beibehaltung des Spanneingriffs und ggf. auch der Saugwirkung zu einer Aushärtestation transportiert werden, in der die Verbindungsschichten (15, 17) in geeigneter Weise durch Licht, Strahlung, Wärmezufuhr oder dgl. ausgehärtet werden. In ggf. nachfolgenden Bearbeitungsschritten können Trimmarbeiten, eine Anschlussdosenmontage oder dgl. andere Bearbeitungen an der Schichtanordnung (1) vorgenommen werden.
Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele sind in verschiedener Weise möglich. Die Reihenfolge der Aufbauschritte bei Bildung der Schichtanordung (1) kann variieren. Ferner sind konstruktive Abwandlungen der vorbeschriebenen Maschinen- und Gerätekomponenten möglich. Die randseitige Dichtung (28), die ein oder mehreren wechselbaren Einsätze (30), die Stelleinrichtung (46) für die Andrückwalze (44) und die bewegliche und lokal wirkende Heizeinrichtung (11) könne auch bei einer Fertigungseinrichtung (2) mit einem stationären und z.B. als tischförmige Auflage ausgebildeten Werkstückträger eingesetzt werden. Gleiches gilt auch für die Spanneinrichtung (33). Die anderen vorbeschriebenen Komponenten der Fertigungseinrichtung (2) können bei dieser abgewandelten Ausführungsform die gleichen sein.
Ferner können die Merkmale der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele in unterschiedlicher Weise miteinander kombiniert und ggf. auch ausgetauscht werden.
Bezugszeichenliste

1: Schichtanordnung, Solarmodul
2: Fertigungseinrichtung, Fertigungsstation
3: Fertigungsanlage
4: Laminator
5: Zuführeinrichtung, Handhabungseinrichtung
6: Werkstückträger
7: Fördereinrichtung
8: Gestell
9: Wölbungs- und Relaxationseinrichtung
10: Auftragvorrichtung
11: Heizeinrichtung
12: Vakuumeinrichtung
13: Schicht, Träger, Glasplatte
14: Schicht, lichtreaktives Element, Solarelement
15: Schicht, Verbindungsmasse, Siliconschicht
16: Schicht, Deckschicht, Folie
17: Schicht, Verbindungsschicht
18: String
19: Matrix
20: Abstand, Spalt
21: Leitung
22: Querverbinder
23: Korpus, Platte
24: Vakuumkanal
25: Saugöffnung
26: Anschluss Vakuumversorgung
27: Verschluss
28: Dichtung
29: Auflagefläche
30: Einsatz wechselbar
31: Aufnahmemittel, Nut
32: Positioniermittel, Anschlag
33: Spanneinrichtung
34: Niederhalter
35: Einstellmittel, Schraube
36: Spannmittel, Feder
37: Bandförderer
38: Hubeinrichtung
39: Trägeraufnahme
40: Aufnahmefläche
41: Positionier- und Fixiereinrichtung
42: Vakuumversorgung
43: Löseeinrichtung
44: Walze
45: Transportmittel
46: Stelleinrichtung
47: Sensorik, Tastwalze
48: Halteeinrichtung höhenverstellbar
49: Schichthalter, Sauger
50: Schichtzuführung, Folienzuführung
51: Industrieroboter
52: Greifwerkzeug
53: Gehäuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/151430 A2 [0002, 0012, 0014, 0015]
DE 202010005555 U1 [0002]
EP 0755080 A2 [0003]
DE 102007038240 A1 [0004]

Claims

Fertigungseinrichtung für mehrlagige Schichtanordnungen (1), insbesondere Solarmodule, mit mindestens einem lichtreaktiven Element (14), wobei die Fertigungseinrichtung (2) einen Laminator (4) mit einem Gestell (8), einem Werkstückträger (6), einer Vakuumeinrichtung (12) und einer Wölbungs- und Relaxationseinrichtung (9) für eine plattenförmige Schicht (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (6) mobil ausgebildet ist.
Fertigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungseinrichtung (2) eine Fördereinrichtung (7), insbesondere einen Bandförderer (37), zum Transport des mobilen Werkstückträger (6) aufweist.
Fertigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (7) eine Bewegungseinrichtung (38), insbesondere eine Hubeinrichtung, für die Bewegung des Werkstückträgers (6) zwischen einer Transportstellung und einer Prozessstellung am Laminator (4) aufweist.
Fertigungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (8) eine stationäre Trägeraufnahme (39) für die definierte Aufnahme des Werkstückträgers (6) in der Prozessstellung aufweist.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (8) eine stationäre Trägeraufnahme (39) mit einer definierten Aufnahmefläche (40) und einer Positionier- und Fixiereinrichtung (41) für den Werkstückträger (6) in der Prozessstellung aufweist.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mobile Werkstückträger (6) einen Korpus (23) mit einem oder mehreren integrierten Vakuumkanälen (24), Saugöffnungen (25) an der Auflagefläche (29) für die Schichtanordnung (1) und einem Anschluss (26) für eine externe Vakuumversorgung (42) aufweist.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mobile Werkstückträger (6) einen selbsthaltenden Verschluss (27), insbesondere ein Rückschlagventil, für die Aufrechterhaltung des Vakuums beim Transport aufweist.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Gestell (8) eine andockfähige Vakuumversorgung (42) für den mobilen Werkstückträger (6) angeordnet ist.
Fertigungseinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (6) eine randseitig an der Auflagefläche (29) angeordnete, bevorzugt umlaufende Dichtung (28) aufweist.
Fertigungseinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (6) einen wechselbaren Einsatz (30) mit einem Aufnahmemittel (31), insbesondere einer Nut, für Querbändchen (22) der Schichtanordnung (1) aufweist.
Fertigungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wechselbaren Einsatz (30) einen integrierten Vakuumkanal (24) und eine Dichtung (28) am Aufnahmemittel (31) aufweist.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mobile Werkstückträger (6) eine lösbare Spanneinrichtung (33) für die Schichtanordnung (1) aufweist.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (33) einen auf die Schichtanordnung (1) einwirkenden Niederhalter (34) mit einem Einstellmittel (35) und einem Spannmittel (36) aufweist.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Laminator (4), insbesondere am Gestell (8), eine Löseeinrichtung (43) für die Spanneinrichtung(en) (33) des mobilen Werkstückträgers (6) angeordnet ist.
Fertigungseinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbungs- und Relaxationseinrichtung (9) eine entlang des Werkstückträgers (6) und der Schichtanordnung (1) bewegliche Andrückwalze (44) mit einer Stelleinrichtung (46) zur Steuerung und ggf. Regelung der Walzenhöhe gegenüber der Schichtanordnung (1) aufweist.
Fertigungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (46) eine den Werkstückträger (6) abtastende Sensorik (47), insbesondere eine Tastwalze, aufweist.
Fertigungseinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungseinrichtung (2) eine mobile und relativ zum Werkstückträger (6) und zur Schichtanordnung (1) bewegliche Heizeinrichtung (11) aufweist.
Fertigungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (11) als schwebende und zur Schichtanordnung (1) gerichtete Strahlenheizung ausgebildet ist.
Fertigungseinrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (11) mit der Fahrbewegung der Andrückwalze (44) gekoppelt ist.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (6) aus Metall besteht.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbungs- und Relaxationseinrichtung (9) für die Positionierung und Abstützung einer zu biegenden und zu relaxierenden plattenartigen Schicht (13) eine höhenverstellbare Halteeinrichtung (48) am einen Schichtrand und ein Positioniermittel (32), insbesondere einen Anschlag, am gegenüberliegenden Schichtrand aufweist.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die höhenverstellbare Halteeinrichtung (48) und das Positioniermittel (32) am Werkstückträger (6) und/oder am Gestell (8) des Laminators (4) angeordnet ist/sind.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbungs- und Relaxationseinrichtung (9) eine separat verfahrbare oder mitgeführte Auftragvorrichtung (10) für eine Verbindungsmasse (15, 16) aufweist.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbungs- und Relaxationseinrichtung (9) eine Schichtzuführung (50), insbesondere eine Folienzuführung, aufweist.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungseinrichtung (2) eine mehrachsig bewegliche Zuführeinrichtung (5), insbesondere einen Industrieroboter (51) mit einem Greifwerkzeug (52) für eine plattenförmige Schicht (13) und/oder für die Schichtanordnung (1) aufweist.
Fertigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungseinrichtung (2) ein umgebendes Gehäuse (53) mit einer Schleuse für den Durchlass des mobilen Werkstückträgers (6) und der aufgespannten Schichtanordnung (1) aufweist.
Fertigungsanlage mit einer Fertigungseinrichtung (2) für mehrlagige Schichtanordnungen (1), insbesondere Solarmodule, mit mindestens einem lichtreaktiven Element (14), wobei die Fertigungseinrichtung (2) einen Laminator (4) mit einem Gestell (8), einem Werkstückträger (6), einer Vakuumeinrichtung (12) und einer Wölbungs- und Relaxationseinrichtung (9) für eine plattenförmige Schicht (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungseinrichtung (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 26 ausgebildet ist.
Fertigungsanlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Fertigungseinrichtung (2) eine Aushärtestation für die Schichtanordnung (1) nachgeschaltet ist.