Ziel der Entwicklung

Folienkissen aus ETFE werden als thermisch trennende Gebäudehüllen seit fast 30 Jahren erfolgreich eingesetzt. Sie ermöglichen große transparente oder transluzente Flächen mit äußerst geringem Abschattungsgrad durch Rahmen und Tragstruktur. Im konstruktiven Membranbau kommen dabei verstärkt ETFE-Folien mit Dicken zwischen 50 und 250 µm zum Einsatz. Aufgrund der Biegsamkeit der Kissen und der variablen Führung der Schweißnähte sind der Formgebung der Kissen kaum Grenzen gesetzt. Das Anwendungsspektrum erstreckt sich von überdachungen von Bushaltestellen bis hin zu freitragenden Dachkonstruktionen im klimatisierten Hallenbau. Die für die Konstruktion notwendigen großflächigen Folienbahnen müssen während der Herstellung der überdachung mit geeigneten Verfahren miteinander verbunden werden.
Um ein Verrutschen der Folien während des Schweißprozesses zu verhindern, müssen die Folienzuschnitte an den zu schweißenden Kanten genau übereinander gelegt und fixiert werden. Dies erfolgt mit einem Heftschweißverfahren, mit dessen Hilfe jeweils ein kleiner Punkt geschweißt wird. In der industriellen Anwendung erfolgen derzeit Heftprozesse an ETFE-Folien mittels so genannter Heißschneidegeräte. Da die Heißschneidegeräte keine Prozessregelung für eine Verarbeitung von ETFE-Folien ermöglichen, kommt es sehr schnell zu Materialschädigungen und Zersetzungserscheinungen aufgrund zu hoher Verarbeitungstemperaturen. Des Weiteren büßt der Folienwerkstoff an den geschädigten Fixierstellen enorm an Festigkeit ein, und es verschlechtern sich die optischen Eigenschaften.
Ziel eines Forschungsprojektes im KuZ war es, auf Basis des Ultraschallschweißens mit temperierten Sonotroden, eine neue Verbindungstechnologie für das Heften von ETFE-Folien zu entwickeln. Durch den Einsatz des Ultraschallschweißverfahrens mit temperierten Sonotroden zur Wärmeerzeugung soll es möglich sein, den Vorgang des Heftens deutlich effektiver und schonender für das zu heftende Material zu gestalten, als es mit den zurzeit eingesetzten Heißschneidegeräten geschieht. Zum einen kann die Einwirkzeit im Vergleich zum derzeit praktizierten Heißschneiden verkürzt werden. Zum anderen entsteht die Wärme infolge des Ultraschalls direkt an der Verbindungsstelle der beiden Folien und muss nicht wie beim derzeit zum Einsatz kommenden Verfahren, von außen durch die Folien herangeführt werden. Als weiterer Ansatz der Entwicklung wurden alternative Heizmethoden der Ultraschall-Sonotrode untersucht. Zum Einsatz kamen die Erwärmmethoden Infrarot, Warmgas und Induktion.

Vorteile und Lösungen

Mit der entwickelten Technologie steht ein wirtschaftliches Verfahren zum Heften von ETFE-Folien zur Verfügung, das sich durch geringe Zykluszeiten und eine schonende Materialverarbeitung auszeichnet. Im Gegensatz zum derzeit zum Einsatz kommenden Verfahren mittels Heißschneiden, können auf diese Weise Materialschädigungen und das Freisetzen von toxischen Zersetzungserscheinungen vermieden werden.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die Entwicklung ist für alle Betriebe, in denen eine Weiterverarbeitung von ETFE-Folien stattfindet, von großem Interesse. Sie tragen wesentlich zu einer produktiveren und schließlich qualitativ höherwertigen Verarbeitung durch optimal auf die jeweilige Fügeaufgabe abgestimmte Schweißwerkzeuge bei. Dabei lässt sich die Technologie auch für andere schwierig zu schweißende Folienwerkstoffe im konstruktiven Membranbau einsetzen.