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Fensterfolien: Vom Celluloid bis zum LED-Film

  • Elektronische Komponenten in Verbundglas - Geschichte, Stand und Ausblick

(7.2.2007) Im Jahre 1910 patentierte der französische Forscher Eduard Benedictus das Verkleben zweier Scheiben mittels dem damals verfügbaren Polymer "Celluloid". Er legte mit seinem "Triplex" genannten Laminat den Grundstein für die Herstellung von Verbundsicherheitsglas. Die fortlaufende Entwicklung von synthetischen Polymeren führte zu heute bekannten Klebfolien aus PVB (Polyvinylbutyral), EVA (Ethylvinylacetat) oder TPU (Thermoplastische Polyurethane). Diese Werkstoffe wurden in den letzten Jahren optimiert, um hohe Adhäsion mit Glas und sehr ähnliche Brechungsindizzes aufzuweisen.


Die unterschiedlichen Laminierpolymere, die heute von Firmen wie Dupont, Sekisui, Solutia oder Bridgestone zu beziehen sind, unterscheiden sich in der Verarbeitung und der Performance: Größere Laminierfirmen bevorzugen PVB wegen der niedrigen Kosten der Folien und nehmen gerne in Kauf, dass in größere Autoklavsysteme (13 Atü) und trockene Laminierräume investiert werden muss.

Das Arbeiten in 0% Feuchtigkeit ist deswegen wichtig, weil die Haftung des PVB an Glas durch das in diesem Material vorhandene Maleinsäureanhydrid verursacht wird, welches durch absorbierte Luftfeuchtigkeit desaktiviert wird. Kleinere Laminiereinheiten werden diese 6 stelligen Investitionen für PVB-Laminierprozesse scheuen und eher in Vakuumlaminiertische investieren, die schon ab 12.000 EURO zu beziehen sind. Diese Laminiertechnologie eignet sich eher für den Einsatz von EVA oder TPU, deren minimale Verarbeitungstemperaturen etwas unterschiedlich sind.

Als Prof. A.W. Wright von der Yale University im Jahre 1858 im American Journal of Science and Arts eine elektrisch betriebene Vakuumbedampfungsanlage beschrieb, welche zur Herstellung von Spiegeln einsetzbar sei, ahnte er nicht, dass diese Technologie die Zukunft vieler Materialentwicklungen maßgeblich beeinflussen würde. Unter anderem verdankt ihm die Glaswelt das metallisierte Wärmedämmglas, dessen Bedeutung mit Abnahme der Erdölreserven zweifelsohne zunehmen wird. Da die Mikroelektronik noch nicht existierte, kam zu diesem Zeitpunkt noch niemand auf die Idee, Glas als transparente Leiterplatte zu nutzen.

Elektronik kommt ins Spiel

Ab 1930 gründeten namhafte Forscher 40 Meilen südlich von San Francisco kleine Garagenbetriebe, die vermehrt in der Miniaturisierung der damaligen Röhrentechnologie investierten. Ab 1956 setzten frisch gegründete Unternehmen wie Intel, Hewlett&Packard, Fairchild Semiconductors oder Texas Instruments in diesem ländlichen "Tal der Talente" vermehrt auf Silizium als Werkstoff, weswegen diese Gegend heute als "Silikon Valey" bekannt ist. Patente von Shark KK (1983), Nippon Sheet Glass Co Ltd. (1985) and Handotai Energy Kenkyusho (1985) zeigen, dass ab 1983 elektronische SMD (Mikrokomponenten) auf transparent metallisiertem Glas bestückt wurden.

Weil sich Glaslaminierfirmen nicht gleichzeitig in Mikroelektronik und SMD Bestückung auf Glas investieren konnten bzw. wollten, verhielten sich Glaskonzerne trotz erster erfolgreicher Projekte von Schott oder Glas-Platz eher passiv und abwartend.

Ab 1985 waren Polyesterzwischenfolien zur Herstellung von Autoscheiben und schusssicherem Glasverbünden bekannt. Um Glaslaminierwerke von der Elektronikbestückung zu entlasten, war es daher naheliegend, transparent metallisierte PET-Folien mit Mikro-Elektronikbauteilen zu bestücken. Doch dies blieb lange unmöglich, weil keine der bekannten transparente Polymere die typischen 220°C Löttemperatur aushalten.

Der Durchbruch gelang der schweizerischen SUN-TEC GmbH durch die Entwicklung eines tieftemperatur-härtenden, transparenten und elektrisch leitfähigen Klebersystems, welches einen späteren Versand der bestückten Folien in gerollter Form und eine Laminiertemperatur von 125°C ohne Verfärbung aushält.

Stand der Dinge

Die Design's werden üblicherweise von den Kunden als AutoCAD (DXF) per E-Mail an SUN-TEC übermittelt, in Bezug auf gewisse Zusätze, wie elektrische Kontakte erweitert und den Angeboten wieder beigelegt. Im Ergebnis ergeben sich dann folgende technischen Daten (siehe auch Grafik):

  • maximale Größe des Films: 3500 x 1250 mm
  • Dicke des Films: 0,125 mm
  • Dicke der LEDs: 0,8 mm
  • Typische Dicke von PVB/EVA/TPU unter den LEDs: 0,4 - 0,8 mm
  • Typische Dicke von PVB/EVA/TPU über den LED Film: 1,2 - 1,6 mm
  • Maximale Laminiertemperatur: 125 °C
  • Maximaler Autokaven Druck: 13 Atü
  • Life Time von LEDs: 40.000 - 80.000 Stunden

Als erste Versuchmuster zur Prüfung der Laminierparameter haben sich A4 große Folien sehr gut bewährt. Sie werden vor und nach dem Laminieren mit einer einfachen 9 Volt-Batterie geprüft: siehe folgendes Bild mit 3 LEDs und 9 Volt-Batterie:


Ausblick:

Die Erweiterung der Fähigkeiten von Glasverbünden mit sensorischen Fähigkeiten ermöglich es ganz neue Aufgaben zu lösen. Glastüren sollen sich automatisch öffnen, Fenster sollen erkennen, wenn sich Personen nähern, Und das berühren von bestimmten Bereichen der Gläser soll dazu benutzt werden, Heizungen einzustellen, Koch-Platten zu steuern, oder dem Lift einen bestimmten Befehl zu geben. Daher werden beispielsweise von SUN-TEC GmbH seit 2006 auch Infrarot-Sensoren auf LED Folien bestückt.

Die Entwicklung von stärker metallisierten Folien genießt gleichfalls hohe Priorität. Diese ermöglicht den Einsatz von PowerLEDs, womit auch großflächige Leuchtmittel produziert werden können. In diesem Bereich werden Messreihen durchgeführt, um die Wärmeabfuhr aus dem Verbundglas quantifizieren zu können. Dieselben stark leitfähigen Folien werden zur Zeit auch für die Nutzung als transparente Glas-Heizelemente und als berührungsfreie Näherungschalter geprüft.

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