Funktion durch Technik

Grenzebach Maschinenbau GmbH

Multifunktionales Glas fasziniert mit seinen Einsatzmöglichkeiten und ist eine Herausforderung in der Herstellung. Mittlerweile ist es aus der modernen Architektur und in bestimmten Industriezweigen nicht mehr wegzudenken.

Beschichtungen und Strukturen sorgen dafür, dass Gläser mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllen können. In der Herstellung sind dafür zusätzliche Arbeitsschritte erforderlich. Neue Technologien helfen dabei, die Prozesse zu verkürzen und die Produktivität zu erhöhen.

Die zentrale Herausforderung in der Produktion von Wärmeschutzbeschichtungen ist die Größe der zu bearbeitenden Substrate bei gleichzeitiger Notwendigkeit, die Anlagenlaufzeit zu maximieren und die Wartungszeiten zu verkürzen. Die Grenzebach Maschinenbau GmbH hat ein Beschichtungslabor eröffnet, in dem hierzu Lösungen für die bis zu 3,4 m breiten Scheiben erarbeitet werden sollen. Es können Beschichtungen für High-end Produkte aufgebracht werden, angefangen von Dielektrika wie Siliziumnitrid oder Titandioxid über ultradünne Metall- und Blockerschichten wie Silber und Nickel-Chrom, bis hin zu transparent leitfähigen Schichten für die Anwendung in der Display- und Solarindustrie. Wie bringe ich Silberschichten auf Wärmeschutzglas auf und verlängere gleichzeitig die Laufzeit der Anlage? Das ist nur eine der Fragen, die Tests in diesem Labor beantworten können.

Um Stillstands- und Wartungszeiten zu minimieren, unterstützen digitale Lösungen den Produktionsprozess. Die von Grenzebach entwickelte IIoT Plattform SERICY steuert sämtliche Abläufe von Coatern und Peripheriegeräten in der Produktion, im Lager und im Versand. Aus den gesammelten Daten lassen sich fortlaufend Analysen und Anpassungen ableiten, welche die Performance und damit die Wirtschaftlichkeit optimieren. Dabei helfen Assistenzsysteme über Apps.

Dies alles mit dem Ziel, nahezu vollautomatische PVD-Beschichtungslinien anzubieten. Das PVD-Verfahren bezeichnet ein vakuumgestütztes Verfahren zur Schichtabscheidung. Der Sputterprozess beeinflusst das Schichtwachstum maßgeblich unter Einwirkung von in Plasmen erzeugten angeregten Atomen und Molekülen und/oder Ionen. Damit können Hersteller alle Beschichtungen auf großen Flächen produzieren, von Sonnenschutzanwendungen bis hin zu hochwertigen Wärmeschutzgläsern (Low-E Schichtsysteme).

Eine vor kurzem installierte Anlage von Grenzebach bei einem US-amerikanischen Hersteller, der weltweit über 500 km Flachglas am Tag produziert, zeigt die Dimensionen. Das Glas soll für thermischen Komfort und hohe Energieeffizienz in Gebäuden sorgen. Die Produktionslinie kann über 12 Mio. m² Flachglas pro Jahr mit Wärmeschutz- oder Sonnenschutzschichten beschichten. Der Prozessbereich der Beschichtungsanlage ist mit 11 Prozesskammern und unterschiedlichen Beschichtungsstationen ausgestattet, die in einer genau definierten Reihenfolge verschiedene Beschichtungssysteme auf das Glas aufbringen. Zwei von drei Grenzebach-Staplern fügen ohne Unterbrechung Glasscheiben hinzu und entfernen sie am Ende der Produktionslinie wieder. Da das Produkt vor und nach der Beschichtung berührungsempfindlich ist, sind die Stapler so angeordnet, dass sie die beschichteten Scheiben von der Unterseite her aufnehmen.

Stapeln, Beschichten und Entstapeln auf Gestelle: Die gesamte Linie umfasst 9.300 m², das entspricht 1,3 Fußballfeldern. Der Teil der Beschichtungsanlage unter Vakuum ist 110 m, der mit Fördertechnik ausgestattete Teil 450 m lang.

Ohne Topf und Deckel
Verbundgläser durchlaufen einen komplexen Prozess. In der Regel bestehen sie aus drei Schichten, einer oberen und unteren Glasschicht, die zum Beispiel eine PVB, SGP oder EVA Folie umschließen. Beim Standardverfahren kommt ein Autoklav zum Einsatz. Dieses Verfahren ist aufwendig und kostenintensiv. Die Firma Robert Bürkle GmbH hat die Inline Flat Lamination entwickelt, einen neuen mehrstufigen Prozess, den man neben Verbund- und Verbundsicherheitsglas sogar für schaltbare Gläser einsetzen kann. Das Laminieren erfolgt schneller und ist flexibel hinsichtlich verschiedener Glasaufbauten. Wechseln die Produkte, sind die Rüstzeiten kurz.

Die Verbundgläser kommen in Chargen in den Laminator. Da die Chargen erst auf dem Einlaufband gebildet werden, ermöglicht das Verfahren eine hohe Flexibilität. Vakuum entfernt die Luft zwischen den Schichten vor dem Laminieren. Das Laminieren beginnt mit einer beidseitig beheizten Vakuum-Flachpresse. Thermoöl beheizte Stahlplatten stellen einen in der Fläche symmetrischen und homogenen Temperatureintrag sicher. Bei einer Temperatur von ca. 150 °C lassen sich einfache Gläser wie auch ESG verarbeiten. Die Nutzfläche liegt bei 2.600 mm mal 5.000 mm. Die Taktzeit beträgt weniger als 10 Minuten. Besonders dicke Gläser können in einer zweiten Laminierstufe fertig laminiert werden, wodurch sich die Taktzeit verkürzt. Eine weitere Flachpresse kühlt die Verbundgläser ab und beendet damit den Prozess.

Dieses Verfahren ermöglicht schnelles und gleichmäßiges Laminieren ohne Kantenüberpressung. Dieses Problem tritt vor allem bei Membranlaminatoren auf. Das beidseitige Abkühlen unter Druck vermeidet innere Spannungen und eine Aufschüsselung. Geeignet sind diese Flachpressen für Sicherheitsglas, dekoratives Glas, Solarmodule, insbesondere für multifunktionale Gläser, die mit Sensorik ausgestattet werden sollen oder Folien mit Funktionen enthalten.

Hell und warm
Fenster und vollverglaste Hochhausfassaden erfüllen heute sehr viel mehr Aufgaben als nur Licht ins Gebäude zu lassen. Eine Vielzahl funktionaler Schichten kommt den Anforderungen moderner Arbeitswelten und persönlicher Vorlieben entgegen. Elektrisch leitende Schichten sind dabei genauso gefragt wie selbstreinigende Oberflächen oder Wärmeschutz. Lichtdurchlässiges Glas, das gleichzeitig Wärme im Gebäude halten soll, verlangt nach einer speziellen metallischen Beschichtung. Die Manz AG war daran beteiligt, zusammen mit der Trumpf GmbH + Co. KG für einen französischen Glashersteller ein Laserverfahren zu entwickeln, das diese Oberflächenbehandlung effizienter macht.

Ziel war es, die Wärmeschutzeigenschaften von sehr großen Glassubstraten zu verbessern und gleichzeitig die größtmögliche Menge an Licht durchzulassen. Manz verfügt über langjährige Kompetenz in der Fertigung von Dünnschicht-Solarmodulen. Daher war das Unternehmen verantwortlich für die Förderstrecke mit konstantem Gleichlauf, die hochpräzise kinematische Steuerung der Laseroptiken inklusive aller Sensorik und Inline-Messtechnik sowie für die Gesamtintegration aller Einzelteile in eine produktionsreife Anlage. Diese integrierte der Glashersteller in den Produktionsfluss, nachgelagert zur „Inline“ Beschichtungsanlage.

Acht nebeneinander angeordnete Linienoptiken ermöglichen es, das darunter hindurchlaufende Glasband auf einer Breite von 3,30 m zu bearbeiten. Zwölf Laserquellen mit je 12 kW Leistung speisen die Linienoptiken. Manz konstruierte diese als Brücke über die Breite der Förderstrecke. Eine über die gesamte Breite des Glasbandes ansatzfreie Laserlinie erfordert eine präzise Kontrolle. Die Gaußbreite und die Flankencharakteristik am jeweiligen Linienende müssen sichergestellt sein. Ein homogener Energieeintrag innerhalb der Einzellinien und die korrekte Fokustiefe waren weitere Voraussetzungen für die Qualität der Erzeugnisse. Die Laserlinie mit einer Breite von weniger als 100 µm erhitzt nur kurz eine wenige Mikrometer dicke Silberbeschichtung auf dem Glassubstrat. Die Beschichtung wechselt dadurch vom amorphen in den kristallinen Zustand. Die Dämmwirkung und die Transparenz verbessern sich. Je konstanter das bis zu 750 kg schwere Glassubstrat auf der Linie transportiert wird und je konstanter der Laser die Energie einträgt, umso höher ist die Qualität der Beschichtung. Um die Anlage schnell, flexibel und rezeptbasiert auf verschiedene Produkte anzupassen, wurden die Linienoptiken an hochpräzisen, sehr steifen Kinematiken aufgehängt. Kühleinheiten und Strahlenschutzvorrichtungen sorgen für die notwendige Sicherheit.