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Verschiedene Typen von extrudierten
Plattenstrukturen, hergestellt aus thermoplastischen Harzen, sind
allgemein bekannt und kommerziell erhältlich. Transparente oder durchscheinende
Strukturen werden häufig
gewünscht,
und sie werden bekanntermaßen
aus thermoplastischen Harzen, welche das notwendige Ausmaß von Lichtdurchlässigkeit haben,
wie Polycarbonat- oder Acrylharzen, hergestellt. Ein kommerziell
erhältlicher
Plattentyp wird als "Zwillingswand"-platte oder "Struktur"-platte bezeichnet,
und ein Beispiel dieses Plattentyps ist in 2 gezeigt. Bei dieser Struktur sind die
zwei oder mehr waagerechten Schichten oder Flächen (manchmal auch bezeichnet
als "Wände") voneinander durch
die Rippen- oder Strebenstrukturen getrennt, welche die Dickenabmessung
der Platte bestimmen. Die Rippen werden manchmal auch als "Bahn" oder "Streifen" bezeichnet. Die
bekannten und kommerziell erhältlichen
Strukturen dieses Typs haben senkrechte Rippen, diagonale Rippen
oder bestimmte Kombinationen von senkrechten und diagonalen Rippen
zwischen den parallelen Flächen
und diese trennend.
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Bei der Ansicht im Querschnitt längs der
Extrusionsrichtung erzeugen zwei benachbarte senkrechte oder vertikale
Rippen quadratische oder rechteckige Räume zwischen den im all-gemeinen parallelen
waagerechten Flächen.
Senkrechte Rippen liefern sehr gute mechanische und physikalische
Eigenschaften gegenüber
Kompression und gegenüber
Kräften,
welche in Reihe in der Richtung parallel zur Extrusion angelegt
werden. Es ist jedoch bekannt, daß solche Plattenstrukturen
sehr flexibel sein können,
falls Kräfte
quer oder senkrecht zu den Extrusionslinien angelegt werden, wie
in 6a gezeigt. 6a zeigt
zwei Träger
(62), die in Linie quer oder senk recht zu der Extrusionsrichtung
angeordnet sind, und eine Kraft oder Ladung, welche auf die Plattenoberfläche an einem
Punkt zwischen den zwei Trägern
angelegt ist. Mit nur den senkrechten Rippen gibt es einen nicht
erwünschten
Wert des Durchbiegens in der durch "y" gezeigten
Richtung, wenn eine solche Kraft angelegt wird.
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Zwei benachbarte diagonale oder winkelförmige Rippen
erzeugen andererseits, wenn sie in vergleichbarer Weise im Querschnitt
längs der
Extrusionsrichtung betrachtet werden, dreieckförmige oder trapezförmige Räume zwischen
den im all-gemeinen parallelen
Flächen
(und senkrechten Rippen, falls vorhanden). Siehe beispielsweise
die EP-A-O 054 856, die EP-A-0
530 545
und die
EP 0 731 233 .
Die Verwendung von diagonalen Rippen ergibt verbesserte Steifigkeit
und Torsionsfestigkeit in der senkrechten Richtung, jedoch fügt sie Gewicht
zu und erhöht
die Kosten des Harzes pro Einheitsplattenfläche.
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Die deutsche Patentanmeldung 1 925
725 lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Extrudieren von
Plattenstrukturen mit einem sich längs erstreckenden Hohlraum
zwischen zwei flachen äußeren Schichten,
wo Luft oder Schaum in die Leerräume
geblasen wird, um ein Kollabieren oder die Deformation verhindert
wird, bevor die Platte ausgehärtet ist.
Mehrere Typen von Plattenstrukturen sind gezeigt, bei welchen rechteckige
Zellen entweder keine Diagonalen haben oder Diagonalen in jeder
Zelle haben.
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Plattenstrukturen dieses Typs werden
in einem wachsenden Bereich von Anwendungen bei kommerziellen und
häuslichen
Konstruktionen wegen der guten Ausgeglichenheit von physikalischen Eigenschaften,
Lichtdurchlässigkeit
und Wärmeisolierung
angewandt. Die unterschiedlichen Anwendungstypen haben unterschiedliche
Anforderungen hinsichtlich der notwendigen Platteneigenschaften. Die
Platte kann in waagerechten oder schwach geneigten Installationen
wie Dachfenstern oder in senkrechten oder stark geneigten Installationen
eingesetzt werden. Bei diesen Situationen kann die Platte Belastungen von
Schnee und Eis oder Wind- und Saugkräften in mehr als einer Richtung
ausgesetzt sein.
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Es ist daher erwünscht, extrudierte thermoplastische
Plattenstrukturen bereitzustellen, welche verbesserte Kombinationen
von mechanischen Eigenschaften, Wärmeisolierung und leichtem
Gewicht besitzen.
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Wie in Anspruch 1 beansprucht, liefert
die vorliegende Erfindung eine extrudierte Plattenstruktur aus thermoplastischem
Harz, welche umfaßt:
(a) wenigstens zwei allgemein parallele Wände, die voneinander getrennt
angeordnet sind, und (b) senkrechte und diagonale Rippen, die sich
längs der
Platte in Extrusionsrichtung erstrecken und die Wände voneinander
trennen, wobei diese Plattenstruktur dadurch gekennzeichnet ist,
daß das
Schermoduläquivalent
("G"-Wert, wie unten
definiert) in dem Bereich von 0,5 bis weniger als 5 N/mm2 liegt, und bevorzugt in dem Bereich von
0,5 bis weniger als 5 liegt, wenn auf beiden Oberflächen der
Struktur getestet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
hat die Plattenstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung einen "G"-Wert größer als
etwa 1, wie in Anspruch 4 beansprucht. Bei einer al-ternativen Ausführungsform
hat die Plattenstruktur gemäß der Erfindung
senkrechte Rippen, die sich wiederholende rechtekkig geformte Zellen
längs der
Extrusionsrichtung bilden, und einen Durchschnitt von einer bis neun
rechteckigen Zellen pro jeweils zehn Zellen enthält: (i) wenigstens eine diagonale
Rippe, welche eine Hauptschicht an demselben Punkt schneidet, wo
eine senkrechte Rippe schneidet, oder (ii) zwei sich kreuzende Diagonalen.
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Es wurde gefunden, daß das thermoplastische
Harz bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Polycarbonat
(PC), Polypropylen (PP), Poly-(ethylenterephthalat) (PET), glykolmodifiziertem
PET (PETG) und Polyvinylchlorid (PVC) besteht, und am meisten bevorzugt
ist es Polycarbonat (PC).
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Überraschenderweise
wurde gefunden, daß die
Strukturen mit optimierten "G"-Werten und insbesondere
bei Verwendung der optimierten Rippenstrukturen mit den bevorzugten
Verhält nissen
von Rippen aufweisenden Zellen gewünschte Werte der Leistungsfähigkeit
hinsichtlich niedrigerem Gewicht und reduzierten Kostenstrukturen
liefern.
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1 stellt
eine Querschnittsansicht längs der
Extrusionsrichtung einer Platte gemäß der vorliegenden Erfindung
dar, bei welcher es eine optimierte Kombination von senkrechten
und diagonalen Rippen gibt.
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2 stellt
eine Querschnittsansicht längs der
Extrusionsrichtung einer Plattenstruktur entsprechend dem Stand
der Technik dar, bei welcher es nur senkrechte Rippen gibt.
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3A bis 3F stellen die Rippenstrukturen von
verschiedenen Multiwand-Plattenstrukturen des Standes der Technik
dar.
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4A und 4B stellen die Rippenstrukturen von
zwei alternativen Ausführungsformen
von Strukturen gemäß der vorliegenden
Erfindung dar, bei welchen es optimierte Kombinationen von senkrechten und
diagonalen Rippen gibt.
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5 ist
ein Diagramm einer gewölbten Dachfensterstruktur,
welche unter Anwendung der verbesserten Plattenstrukturen gemäß der Erfindung hergestellt
werden kann.
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6A zeigt
eine allgemeine Versuchssituation, bei welcher eine Plattenstruktur
auf ihren Schermoduläquivalentwert
(Widerstand gegen Biegen) in der Richtung senkrecht zu der Extrusionsrichtung
getestet wird.
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6B zeigt
die verschiedenen Dimensionsvariablen bei einer Multiwand-Plattenstruktur.
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7 ist
eine graphische Erläuterung
der Beziehung zwischen dem Schermoduläquivalentwert für eine Plattenstruktur
und dem resultierenden Verschiebungsabstand unter einer vorgegebenen
Kraft.
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Wenn eine Multiwand-Platte in Querrichtung betrachtet
wird (Schnitt quer oder senkrecht zu der Extrusionsebene, wie in 2 gezeigt) mit flacher Platte
und den längsten
Abmessungen (Länge
und Breite) in der waagerechten Ebene, gibt es zwei oder mehr im
allgemeinen parallele, waagerechte Wän de, auch bezeichnet als Schichten
oder Flächen
(10) und eine Reihe von aufrechten oder senkrechten Rippen (20),
welche zwischen Schichten längs
der Längsrichtung
verlaufen und die Schichten trennen. Diese Rippen (20)
werden manchmal auch als "Bahnen" oder "Streifen" bezeichnet. Bei
den bekannten und kommerziell erhältlichen Strukturen dieses
Typs, welche in den 3A bis 3E gezeigten Strukturen besitzen,
ist ersichtlich, daß sie
senkrechte Rippen (21) oder bestimmte Kombinationen von
senkrechten Rippen und diagonalen Rippen (22) zwischen
den parallelen Flächen
und diese trennend besitzen.
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Wie in 1 illustriert,
haben diese Plattenstrukturen üblicherweise
im allgemeinen glatte äußere waagerechte
Oberflächen,
welche als 11 (oben liegende Oberfläche) und 12 (unten liegende
Oberfläche)
gezeigt sind, sie können
jedoch gewünschtenfalls
auch Oberflächenmodifikationen
haben. Diese Plattenstrukturen können
ebenfalls mehr als zwei Schichten besitzen, und sie werden allgemein
im folgenden als "Multiwand"-Platte bezeichnet.
Beispielsweise, wie in den 3E und 3F gezeigt, gibt es im Fall
von drei horizontalen Schichten (bezeichnet als "Dreifachwand"-Platte) zwei externe Schichten (11 und 12)
und eine innere Schicht (13). In Abhängigkeit von dem verwendeten
thermoplastischen Harz und der Auslegung der Plattenstruktur bieten
diese Zwillingswand- und Multiwand-Plattenstrukturen gute Kombinationen
von Lichtdurchlässigkeit,
Wärmeisolierung
und physikalischen und mechanischen Eigenschaften.
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Wie oben erwähnt, zeigt
2 eine Querschnittsansicht einer kommerziell
erhältlichen
Zwillingswand-Plattenstruktur ohne Diagonalen, repräsentativ
für FR
2 508 555 und
EP 110 221 .
Vergleichbare Multiwandversionen sind ebenfalls erhältlich, wie
in der
EP 684 352 und
EP 286 003 beschrieben.
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3A zeigt
die Rippenstruktur einer kommerziell erhältlichen Struktur, repräsentativ
für
EP 530 545 . Wenn durch Wind
oder Schnee belastet, werden alternierende (ungerade) Zellendiagonale komprimiert,
und jede andere (gerade) Diago nale steht unter Zug. Jede Zelle hat
eine Diagonale, und alle sind ausreichend stark, um bei Kompression
stabil zu sein.
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3B zeigt
die Querschnitsrippenstruktur einer kommerziell erhältlichen
Zwillingswandstruktur, welche im Mittelpunkt des Panels gespiegelt
ist. Die Struktur ist sehr steif, jedoch nur in einer Belastungsrichtung.
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3C zeigt
die Querschnittsrippenstruktur einer kommerziell erhältlichen
Zwillingswand-Plattenstruktur, welche eine sehr stabile Struktur
unabhängig
von der Belastungsrichtung als Folge der die volle Länge kreuzenden
Diagonalen in jeder Zelle hat.
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3D zeigt
die Querschnittsrippenstruktur einer kommerziell erhältlichen
Zwillingswand-Plattenstruktur, welche eine stabile Struktur unabhängig von
der Belastungsrichtung hat, jedoch ein niedrigeres Gewicht pro Einheit
der Oberfläche
als Folge der kürzeren
Diagonalen.
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3E und 3F zeigen die Querschnittsrippenstrukturen
von Dreifachwand-Plattenstrukturen.
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Bei der Einstufung der senkrechten
Steifigkeit dieser und anderer Plattenstrukturen, welche derzeit
bekannt und erhältlich
sind, wurde allgemein gefunden, daß Modifizierungen der Strukturen
gemäß der Erfindung
verbesserte Kombinationen von Platten-Leistungsverhalten und Kosten
durch Optimierung der Anzahl und/oder der Dicke von diagonalen Rippen
in dieser Struktur liefern können.
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1 zeigt
eine verbesserte Platten-Querschnittsstruktur gemäß der Erfindung,
bei welcher die Hälfte
der Zellen (ein Durchschnitt von fünf Zellen pro jeweils zehn)
zwei sich kreuzende diagonale Rippen aufweisen.
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4A zeigt
die Rippenstruktur einer verbesserten Platten-Querschnittsstruktur
gemäß der Erfindung,
vergleichbar zu derjenigen in 1,
wo nahezu die Hälfte
der Zellen zwei sich kreuzende Diagonalen besitzen, wobei jedoch
das Plattengewicht und die Kosten weiter durch Verwendung eines
Mittelabschnittes ohne diagonale Rippen reduziert werden.
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4B zeigt
eine verbesserte Platten-Querschnittsstruktur gemäß der Erfindung,
vergleichbar zu derjenigen in 1,
bei welcher die Hälfte
der Zellen sich kreuzende Diagonalen besitzen, jedoch das Gewicht
weiter durch Verwendung kürzerer
diagonaler Rippen reduziert wird.
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Der Hauptaspekt dieser Erfindung
ist die überraschende
Feststellung, daß bei
Erhalt einer optimierten Rippenstruktur, wie durch Reduzieren der Anzahl
der sich wiederholenden rechteckigen Einheiten (bezeichnet als "Zellen"), die diagonale
Rippen aufweisen, dies nicht eine direkte proportionale Reduzierung
der Plattenfestigkeit bewirkte, verglichen zu der Menge, um welche
das Rippengewicht reduziert wurde. Umgekehrt ergab die Zugabe von
diagonalen Rippen bis zu einem Prozentsatz der rechteckigen Zellen
in Strukturen des Standes der Technik, welche keine Diagonalen hatten,
eine überraschende Verbesserung
der Leistungsfähigkeit
der Platte.
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Beim Stand der Technik, bei welchem
diagonale Rippen verwendet wurden, wurde es gelehrt, diagonale Rippen
in jeder rechteckigen sich wiederholenden Einheit anzuordnen, um
signifikante senkrechte Steifigkeit zu erhalten. Im Gegensatz dazu wurde
nun gefunden, wie mehr im einzelnen unten gezeigt werden wird, daß die Entfernung
der diagonalen Rippen aus der Hälfte
der Zellen von Strukturen des Standes der Technik das Gewicht der
Diagonalen pro Einheitsfläche
um 50% reduziert, die senkrechte Steifigkeit jedoch nur um 10% reduzierte.
Daher ist es möglich,
eine Plattenstruktur mit einem hohen Grad von Festigkeits- und Isoliereigenschaften zu
liefern und das Plattengewicht zu reduzieren. Dieses Gleichgewicht
der Festigkeitsverbesserung und der Gewichtsreduzierung minimiert
dann die Menge (Kosten) von tragenden Strukturelementen, welche für die Installation
und das Tragen einer vorgegebenen Einheit von Plattenoberfläche erforderlich
sind, wodurch die Gesamtkonstruktionskosten reduziert werden.
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Zur Bestimmung der optimierten Rippenstruktur
(Größe, Gestalt,
Anordnung und Anzahl von Rippen) für einen speziel len Satz von
Plattendimensionen ist es nützlich,
den Effekt zu bestimmen, den die Rippenstruktur bei der senkrechten
Steifigkeit der Platte spielt (in der Richtung senkrecht zu Extrusions- und
Rippenrichtung). Dies ist der Widerstand gegenüber dem Durchbiegen oder Verbiegen
unter einer Zentralbelastung, wenn die Platte auf den zwei Kanten
oder Kantenpunkten auf gegenüberliegenden
Enden des Plattenquerschnittes getragen wird (siehe 6A). Dies kann für eine vorgegebene Struktur gemessen
oder gezeigt werden, wenn ein Plattenstück auf zwei Seiten senkrecht
oder transversal zu der Extrusionsrichtung gelagert wird und dann
von oben belastet wird, wie in 6A gezeigt.
Wie ersichtlich, biegt sich die Plattenstruktur, welche in dieser
weise getestet wird, oder wird um einen vorgegebenen Betrag "Y" in der senkrechten Richtung verschoben.
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Die maximale Verschiebung einer Plattenstruktur
vom "Sandwichtyp" unter Belastung,
wie in 6A gezeigt, wird
aus der Formel berechnet, die in 'Roarks Formulas For Stress And Strain', Seite 202, angegeben
ist. Diese Formel basiert auf einer Struktur vom Sandwichtyp, bei
welcher ein Schaummaterial mit einem Schermodul von "G" in dem mittleren Teil vorliegt. Diese
Formel kann ebenfalls angewandt werden, wenn eine Rippenstruktur
in dem zentralen Bereich einer Multiwandplatte vorhanden ist, um
einen effektiven "G"-Wert oder ein Schermoduläquivalent
für eine
besondere Rippenstruktur in der Richtung senkrecht zur Extrusion
zu berechnen.
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Unter Anwendung der oben genannten
Formel und Durchführen
eines Experimentes, wie es in 6A gezeigt
ist, kann "G" (in Newton pro Quadratmillimeter
oder N/mm2) für eine vorgegebene Plattenstruktur
in Richtung senkrecht zur Extrusion gemessen werden. Die Länge 'L' der Probe sollte 100–200 Millimeter
(mm) sein. Die Platte (61) wird auf zwei Trägern (62)
getragen, die an den zwei Enden an gegenüberliegenden Seiten des Plattenquerschnittes angeordnet
sind. Die Kraft 'F' sollte auf die Platte über einen
steifen Materialstreifen (63) angelegt werden, wie einen
Metallstreifen, und die Kraft sollte ausreichen, so daß eine Verschiebung 'Y' von etwa 20 mm erreicht wird.
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Wie hier verwendet und in dieser
Situation, wie in
6A gezeigt,
ist die Formel, welche zur Berechnung des Schermoduläquivalentes
für eine
vorgegebene Plattenstruktur in N/mm
2 in
der Richtung senkrecht zur Extrusion benutzt wird, im folgenden bezeichnet
als "G" oder als "G-Wert":
worin E der Materialzugmodul
entsprechend ISO
527 ist und die für diese Berechnung erforderlichen Dimensionen
und anderen Werte in
6A oder
68 gezeigt sind. Die Rippen und Wände werden
im allgemeinen mehr im einzelnen in
6B wiedergegeben,
welche die zur Durchführung
der Berechnungen erforderlichen Dimensionen zeigt. Der für die Wandstärke (tf)
zu verwendende Wert sollte durch Durchschnittsbildung einer Anzahl
von Werten für
tf1 und tf2 erhälten
werden, die an unterschiedlichen Orten quer über die Plattenbreite (W) gemessen
und Bemittelt wurden. Alle Dimensionen sind in Newton (N) und Millimetern
(mm) .
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Durch Variation der Rippenstrukturen
unter Beobachtung oder Berechnung der "G"-Werte
und Auftragen der entsprechenden Verschiebungen (y-Werte), welche
sich ergeben (graphisch gezeigt in 7)
wird gefunden, daß die
Verschiebung ein Minimum (Plattensteifigkeit ist maximiert) für Plattenstrukturen
dieses Typs erreicht, wenn die "G"-Werte sich oberhalb
0,5 erhöhen,
mehr bevorzugt oberhalb 0,8 und am meisten bevorzugt oberhalb 1.
Im allgemeinen kann aus 7 ersehen
werden, daß für "G"-Werte, welche 5 überschreiten und insbesondere solche,
welche 8 überschreiten,
sehr wenig zusätzliche
Steifigkeit vorhanden ist.
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Daher werden durch Bereitstellung
eines "G"-Wertes für die Struktur
von wenigstens 0,5, bevorzugt wenigstens 0,6, mehr bevorzugt wenigstens 0,8
und am meisten bevorzugt wenigstens 1 optimierte Eigenschaftskombinationen
erhalten. Bei Plattenstrukturen, in denen G unnötig hoch ist, können diese Strukturen
selbstverständlich
weiter hinsichtlich Kosten und Leistungsfähigkeit optimiert werden, indem der
G-Wert auf weniger als 5 und mehr bevorzugt weniger als 4 reduziert
wird. Diese Optimierung kann mittels einer Anzahl von Maßnahmen
einschließlich Reduzieren
der Anzahl oder Stärke
der diagonalen Rippen erfolgen.
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Die Plattenstrukturen gemäß der vorliegenden
Erfindung sind einzigartig und dadurch verschieden, daß die zuvor
bekannten Plattenstrukturen alle "G"-Werte
hatten, welche entweder höher
oder niedriger waren. Am unteren Ende haben die Strukturen des Standes
der Technik, die nur senkrechte Rippen aufweisen, schlechte Steifigkeit
und sie haben "G"-Werte in der Größenordnung
von 0,3 oder weniger. Am anderen Ende haben Strukturen des Standes
der Technik, die Diagonalen über
die volle Länge und/oder
dicke Diagonalen in jeder rechteckigen sich wiederholenden Einheit
besitzen, gute Steifigkeit ("G" oberhalb 8), sie
sind jedoch relativ kostspielig und haben hohes Gewicht.
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Es wurde gefunden, daß die Plattenstrukturen
gemäß dieser
Erfindung. nur eine kleine Verminderung der Gesamtsteifigkeit zeigen,
wenn sie mit der schwereren, kostspieligeren Struktur mit einem
G von größer als
5 verglichen werden. Diese Plattenstruktur zeigt gute Leistung bei
Anwendungen, bei welcher die Platte nur längs den Enden parallel zu der
Extrusionsrichtung getragen wird, oder bei denen die Panellänge das
2-fache der Panelbreite übersteigt,
wie dies der Fall bei den meisten industriellen Verglasungsanwendungen
ist.
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Plattendimensionen
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Die vorliegende Erfindung kann auf
Multiwand- oder Bau-Plattenstrukturen über einem
sehr breiten Bereich von Plattenabmessungen und Auslegungen angewandt
werden. In Abhängigkeit
von dem verwendeten Polymerharz und der beabsichtigten Anwendung
für die
Platte kann die Platte in der Gesamtstärke von 4 bis 100 Millimeter
(mm) reichen, wobei bevorzugte Dikken in dem Bereich von wenigstens
5 mm und mehr bevorzugt wenigstens 10 mm bis zu 85 mm, mehr bevorzugt
bis zu 60 mm, noch mehr bevorzugt bis zu 35 mm und am meisten bevorzugt
bis zu 25 mm liegen. Eine Platte mit einer Dicke zwischen 10 und
25 mm ist eine bevorzugte Ausführungsform
der Strukturen gemäß der Erfindung.
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Basierend auf derzeitigen Konstruktionstechniken
und Plattenextrusionsausrüstung
sollte die Breite der Plattenstrukturen gemäß der Erfindung so breit wie
praktizierbar für
die vorgesehene Auslegung sein, bevorzugt wenigstens 0,2 Meter (m),
mehr bevorzugt wenigstens 0,3 m, mehr bevorzugt wenigstens 0,4 m,
mehr bevorzugt wenigstens 0,5 m und am meisten bevorzugt wenigstens
0,6 m. In Abhängigkeit
von Beschränkungen
der Herstellungsausrüstung
und anderen Betrachtungen haben diese Plattenstrukturen im allgemeinen
Breiten von weniger als 3 m, bevorzugt weniger als 2 m, mehr bevorzugt
weniger als 1 m. Breitere Plattendimensionen können selbstverständlich extrudiert
und auf die gewünschten
Breiten geschnitten werden.
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Abstände und Stärken von Schicht und Rippe
Die Schichten und Rippen der Multiwand-Plattenstrukturen gemäß der Erfindung
können
einen breiten Bereich von unabhängig
ausgewählten
Stärken in
Abhängigkeit
von der gewünschten
Gesamtplattendicke, dem Typ von verwendetem Polymerharz, haben,
gleichgültig
ob sie innenliegende (beispielsweise Dreifachwandplatten) oder außenliegende Schichten
sind, und von der beabsichtigten Verwendung der Platte. Für äußere Schich ten
oder Wände, gezeigt
als tf1 und tf2 in 6B,
wurde gefunden, daß die
Stärke
wenigstens 0,1 mm, bevorzugt wenigstens 0,2 mm, mehr bevorzugt wenigstens
0,3 mm und am meisten bevorzugt wenigstens 0,4 mm sein sollte. Andererseits
wurde gefunden, daß die
Schichten nicht stärker
als 5 mm und bevorzugt geringer als 4 mm und mehr bevorzugt geringer
als 3 mm stark sein müssen.
Die innenliegende oder außenliegende Anordnung
beeinflußt
selbstverständlich
die erforderlichen Schichtstärken.
Wie unten erwähnt,
sind innenliegende Schichten in einer Drei-(oder größer) wandplatte
typischerweise dünner
als außenliegende Schichten,
im allgemeinen in der Größenordnung von
0,1 bis 0,25 mm Stärke.
Bei bevorzugten Plattenstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung
ist das Verhältnis
der durchschnittlichen Wandstärke (Durchschnitt
von tf1 und tf2) zu der Gesamtplattendicke (D) bevorzugt wenigstens
0,01 : 1 und bevorzugt geringer als 0,07 : 1.
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Es wurde gefunden, daß die Rippen
auch üblicherweise
etwas dünner
sein können
als die äußeren Schichten,
wobei die diagonalen Rippen im allgemeinen etwas dünner als
die senkrechten Rippen sind. Die Rippenstärke, gezeigt als "tr" (senkrechte Rippe)
und "td" (diagonale Rippe)
in 6B sind wünschenswerterweise
wenigstens 0,05 mm, bevorzugt wenigstens 0,1 mm, bevorzugt wenigstens
0,2 mm und mehr bevorzugt wenigstens 0,3 mm und bevorzugt nicht
stärker
als 3 mm und sie sind bevorzugt weniger als 2 mm stark.
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Wie oben erwähnt, sind die sich wiederholenden
Einheiten in den Plattenstrukturen gemäß der Erfindung rechteckige
Einheiten (auch bezeichnet als "Zellen"), welche durch sich
wiederholende senkrechte Rippen, die senkrecht zu den Wänden (waagerechte
Plattenschichten) verlaufen, begrenzt werden. Obwohl dies nicht
wesentlich ist, wird es aus ästhetischen
Gründen
und Installationsgründen
bevorzugt, daß die
Rippen symmetrisch über
die Breite der Platte angeordnet sind, und daß die senkrechten Rippen gleichmäßig und
gleichförmig
voneinander getrennt sind. In den Plattenstrukturen gemäß der vorliegenden
Erfindung wurde gefunden, daß der
Abstand zwischen den senkrechten Rippen ("p" in 6B) wünschenswerterweise in Beziehung
mit der Stärke
der senkrechten Rippen "tr" steht. Im allgemeinen
beträgt
das Verhältnis
tr : p wünschenswerterweise
wenigstens 0,01 : 1 und bevorzugt weniger als 0,07 : 1.
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Die Größe von sich wiederholenden
rechteckigen Einheiten wird auf Basis des gewünschten Wertes der Plattenleistungsfähigkeit
(beispielsweise G-Wert) ausgewählt,
wobei kleinere sich wiederholende Einheiten stärkere, steifere Platte, jedoch
bei erhöhtem
Plattengewicht ergeben. In den Strukturen gemäß der vorliegenden Erfindung
wurde gefunden, daß der
Durchschnittsabstand zwischen senkrechten Rippen, d.h. die Durchschnittsbreite
von einzelnen Zellen, gezeigt als "p" in 68, ebenfalls mit der Gesamtplattendicke
für optimierte
Rippenstrukturen in Beziehung steht. Im allgemeinen wird es bevorzugt,
eine Beziehung zu haben, bei welcher das Verhältnis der durchschnittlichen
Einzelzellbreite (p) zu der Gesamtplattendicke (D) wenigstens 0,4
: 1, mehr bevorzugt 0,8 : 1 und bevorzugt weniger als 2 : 1, mehr
bevorzugt weniger als 1,2 : 1 beträgt. Für unterschiedliche Plattentypen
und -dicken, p, kann der Abstand zwischen Rippen und Rippenhöhe, D(tf1
+ tf2) von 3 mm, bevorzugt wenigstens 4 mm, mehr bevorzugt wenigstens
5 bis zu 50 mm, bevorzugt weniger als 40 mm, mehr bevorzugt weniger
als 30 mm und am meisten bevorzugt weniger als 20 mm reichen.
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Basierend auf der Auswahl der gewünschten Gesamtplattendicke
können
die Anzahl der Wände (d.h.
Schichten oder Flächen)
und der Abstand zwischen Wänden
oder Schichten (Höhe
der senkrechten Rippen) entsprechend ausgewählt werden, um die gewünschten
Leistungseigenschaften der Platte zu liefern. Bevorzugt werden bei
Plattendicken bis zu 20 mm zwei oder drei voneinander getrennte
Schichten verwendet (d.h. Zwillings- oder Dreifachwandplatte). Falls
drei Schichten verwendet werden (obere, mittlere und untere Schichten)
kann die mittlere Schicht in einem gleichen Abstand von der oberen und
unteren Schicht (zentriert) angeordnet sein, oder etwas näher zu einer
Oberfläche
oder der anderen.
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Die
EP
286 003 und
EP 731 233 erläutern die
Verwendung und Anordnung von drei oder mehr Schichten in einer Multischichtplatte
zur Optimierung der Wärmeisolierungs-
und Steifigkeitseigenschaften. Die
EP
731 233 erläutert
weiter den Wunsch zur Bereitstellung des Abstandes zwischen den
Schichten derart, daß Zellen
mit laminarem Luftströmungsverhalten
gebildet werden. Dies wird beispielsweise erhalten, wenn der senkrechte
Abstand zwischen zwei Schichten in den beschriebenen Strukturen
annähernd
14 mm betrug. In diesem Fall wird eine Zellgeometrie erhalten, in
welcher die Luft frei von Turbulenz ist, so daß ein optimaler Wärmeisoliereffekt
erreicht wird.
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Die
EP
731 233 erläutert
weiter den Wunsch zur Bereitstellung einer mittleren Schicht, welche dünner als
die außenseitigen
Schichten ist. Es wurde gelehrt, daß die mittlere Schicht wenig,
falls überhaupt,
zu der Gesamtsteifigkeit der Platte beiträgt, und daß die Hauptfunktion darin bestand,
Zelldimensionen für
das angemessene Luftfließverhalten
für optimierte
Wärmeisolierung
zu liefern. Zusätzlich
hat die mittlere Schicht die Funktion eines zusätzlichen Wärmetransferhindernisses, was
die Wärmeisolierung
weiter verbessert. Im allgemeinen sind Gesamtplattendicken in der
Größenordnung
von 10 mm "dünnwandig", oder sie haben
zwei Schichten, und Dicken in der Größenordnung von 16 mm oder mehr haben
Dreifach- oder Mehrfachwände
mit einer oder mehreren innenliegenden Schichten oder Flächen.
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Diagonale Rippen
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Es ist von dem Fachmann auf diesem
Gebiet anerkannt, daß die
Verwendung von diagonalen Rippen eine Platte mit verbesserter Torsionssteifigkeit und
senkrechter Steifigkeit als Folge ihrer Steifigkeit gegen Zug ergibt.
Die Kompressionsfe stigkeit der Rippen ist nicht nahezu so gut, insbesondere
bei dünneren
Rippen. Daher liefert eine einzelne Diagonale Zugfestigkeit gegen über einer
Torsionskraft aus einer Richtung, jedoch wird sie komprimiert und
die Wahrscheinlichkeit ist größer, daß sie versagt,
falls eine Torsionskraft von einer anderen Richtung angreift, welche
eine Kompressionskraft auf diese Rippe ausübt. Maximale Plattensteifigkeit
erfordert, daß die
diagonalen Rippen gerade zwischen dem Schnittpunkt mit den Plattenwänden oder
senkrechten Rippen vorhanden sind, und daß diagonale Rippen vorliegen,
welche sich in beiden Richtungen (entgegengesetzt) erstrecken, so
daß immer
ein Zugwiderstand gegen Kräfte
aus unterschiedlichen Richtungen vorhanden ist.
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Wie oben erwähnt, wurde jedoch bei Plattenstrukturen
des Standes der Technik, welche diagonale Rippen und senkrechte
Rippen aufweisen, allgemein gelehrt, daß sie diagonale Rippen (in
einer oder in beiden Richtungen) in jeder sich wiederholenden rechteckigen
Einheit oder Zelle besitzen. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wurde gefunden, daß verbesserte
Kombinationen von Plattenleistungsfähigkeit und Plattenkosten/Gewicht
erhalten werden, wenn im Durchschnitt diagonale Rippen in neun oder weniger
rechteckigen Einheiten pro jede zehn rechteckige Einheiten über die
Breite der Platte, bevorzugt acht oder weniger, mehr bevorzugt sieben
oder weniger und am meisten bevorzugt in sechs oder weniger rechteckigen
Einheiten pro jeweils zehn angeordnet sind. Bevorzugt sind diagonale
Rippen in einem Durchschnitt von wenigstens einer Zelle, mehr bevorzugt
wenigstens zwei Zellen, mehr bevorzugt wenigstens drei und am meisten
bevorzugt in wenigstens vier Zellen auf jeweils zehn rechteckigen
Zellen angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung gibt es diagonale Rippen, welche in alternierenden Zellen
(d.h. diagonale Rippen, angeordnet in etwa fünf Zellen auf jeweils zehn) angeordnet
sind.
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Bevorzugt sind Zellen mit diagonalen
Rippen in einer allgemein regelmäßigen und
symmetrischen Verteilung oder einem im allgemeinen regelmäßigen und
symmetrischen Muster über
die Breite der Platte angeordnet, um die besten Eigenschaften zu
erreichen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das Zellmuster wünschenswerterweise
symmetrisch zu dem Mittelpunkt der Platte sein sollte. Es ist möglich, und
tatsächlich
bevorzugt, eine etwas höhere
Konzentration von Zellen mit Diagonalen nahe bei den Enden und eine
höhere
Konzentration von Zellen ohne Diagonale in dem mittleren Teil der
Platte zu haben.
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Der Winkel der Diagonalen von der
waagerechten Hauptwand und die Anordnung innerhalb einer rechteckigen
Zelle werden so ausgewählt,
daß optimierte
Kombinationen von Plattensteifigkeit und kürzester Rippenlänge (reduziertes
Plattengewicht) erreicht werden. Die diagonalen Rippen können die Hauptschicht/en
an denselben Punkten schneiden, wo die senkrechten Rippen diese
schneiden oder auch an unterschiedlichen Punkten. Das Schneiden an
denselben Punkten wie die senkrechten Rippen liefert die beste Torsionsplattensteifigkeit
oder senkrechte Plattensteifigkeit. Jedoch kann die Gesamtstabilität, insbesondere
hinsichtlich des Einknickens in senkrechter Richtung, kritisch sein
und die Belastungsfähigkeit
des Panels beschränken.
Diagonale Rippen, welche die horizontalen Zellwände an unterschiedlichen Punkten
innerhalb der Zelle schneiden (verschieden vom Punkt, wo die senkrechten
Rippen schneiden), verbessern in starkem Maße die Panelstabilität, jedoch
auf Kosten der senkrechten Steifigkeit und Torsins- steifigkeit.
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Bei einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthalten Zellen mit Diagonalen zwei
sich kreuzende Diagonalen. Bevorzugt verbinden sich diese sich kreuzende
Diagonalen mit den Plattenschichten an dem Schnittpunkt zwischen waagerechten
Schichten und senkrechten Rippen.
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Typen von Kunststoffen
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Wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt,
können
in Abhängigkeit
von der Notwendigkeit für
Steifigkeit, Wärmeisolierung,
Lichtdurchlässigkeit, Witterungsfestigkeit
und Entzündungsfestigkeit
diese Typen von Strukturen aus einem breiten Bereich von Kunststoffharzen
hergestellt werden. Wünschenswerterweise
werden diese Strukturen aus einem der bekannten steifen thermoplastischen
Harze hergestellt, einschließlich
Poly(styrol-acrylnitril) (SAN), butadienkautschuk-modifiziertem
SAN (ABS), Poly(methylmethacrylat) (PMMA), jedoch werden sie bevorzugt
hergestellt aus Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Poly(ethylenterephthalat)
(PET), glykolmodifiziertem PET (PETG) oder Polyvinylchlorid (PVC). Mehr
bevorzugt werden die Plattenstrukturen hergestellt aus PC, PET oder
PETG, und am meisten bevorzugt werden sie hergestellt aus PC.
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Die Strukturen gemäß der Erfindung
können ebenfalls
enthalten oder hierauf laminiert oder koextrudiert haben weitere
Schichten von anderen thermoplastischen oder hitzegehärteten Harzen,
um gewünschte
Leistungsergebnisse zu erhalten, insbesondere wenn es erwünscht ist,
die Oberfläche/n
der Plattenstrukturen in gewisser Weise zu modifizieren, beispielsweise
für Abrieb/Kratzwiderstand,
chemische Beständigkeit,
Beständigkeit
gegenüber W-Strahlung
oder dergleichen. Die normalen Typen von Zusätzen können für ihre bekannten Zwecke für diese
Kunststoffharze und -Strukturen verwendet werden, einschließlich, jedoch
nicht beschränkt
auf Stabilisatoren, Verarbeitungshilfsstoffe, Füllstoffe, Verstärkungshilfsstoffe,
farbgebende Mittel und dergleichen. Solche Zusätze können zu den Polymerharzen,
welche zur Herstellung dieser Strukturen verwendet werden, und/oder
zu irgendwelchen Schichten, welche hierauf koextrudiert oder laminiert
für ihre bekannten
Zwecke werden, angewandt werden.
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Beispiel
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Zwillingswand-Polycarbonatplatten
mit einer Gesamtplattendicke von 10 mm, jedoch mit unterschiedlichen
Rippenstrukturen werden zur Herstellung einer Dachfensterstruktur
verwendet. Die Plattenstrukturen werden auf ihre Fähigkeit
zur Herabsetzung der Gesamtkosten der Dachfensterstruktur verglichen.
Eine verbesserte Plattenstruktur liefert eine Reduzierung der Plattenkosten/Gewicht und/oder
eine Reduzierung bei den Trägermaterialien
als Folge der verbesserten Plattensteifigkeit.
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Die Dachfensterstruktur, welche eine
nach oben gewölbte
Gestalt besitzt, ist allgemein in 5 gezeigt.
Die Dachfensterstruktur wird so ausgelegt, daß sie einer Schneelast von
0,9 Kilonewton pro Quadratmeter (kN/m2)
und einer Windsaugbelastung von 3 kN/m2 widersteht.
Der Wölbungsradius
des Dachfensters beträgt
2,9 Meter und die Basislänge beträgt 4,4 Meter
(m). Platten mit niedrigeren Werten von Steifigkeit können diese
Erfordernisse erfüllen, indem
die Spannweite vermindert wird und mehr Hardware für die Trägerstruktur
gefordert wird. Platten mit höheren
Werten von Steifigkeit können
längere
Spannweiten haben, sie können
jedoch schwerer und daher kostspieliger sein.
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Die Vergleichs-Dachfensterstrukturen
werden aus 10 mm dicken Zwillingswand-Panelen hergestellt, welche
die in 2 (Stand der
Technik), 3C (Stand der Technik) und 1 (Beispiel der Erfindung) gezeigten
Strukturen besitzen. Für
Strukturen gemäß der vorliegenden
Erfindung beträgt
das spezifische Panelgewicht 1,9 kg/m2,
die Wandstärke
(Durchschnitt von tf1 und tf1 wie in 6B gezeigt)
beträgt 0,5
mm, die Stärke
der senkrechten Rippe (tr) beträgt 0,4
mm, die Dicke der diagonalen Rippe (td) beträgt 0,15 mm, der Abstand zwischen
Rippen (p) beträgt 10
mm, der "G"-Wert ist 1 N/mm2 und das Dachfenster erfüllt die Leistungsanforderungen,
wenn der Trägerabstand
("W" in 5) so breit wie 725 mm ist. Standardmäßige 10
mm Zwillingswand-Panele gemäß 2 (keine Diagona len) mit
Gewicht von 1,7 kg/m2, tr von 0,4 mm, Wandstärke von
0,5 mm, p von 10 mm und "G"-Wert von 0,3 N/mm2 erfordern einen Träger alle 500 mm. Panele gemäß 3C, welche dicke Diagonalen
in jeder Zelle enthalten, benötigen ebenfalls
einen Träger
alle 725 mm, sie haben jedoch ein Panelgewicht von 2,3 [kg/m2], tr von 0,5 mm, td von 0,4, Wandstärke von
0,5 mm, p von 10 mm und "G"-Wert größer als
10 N/mm2.
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Es ist daher ersichtlich, daß die Plattenstruktur
gemäß der vorliegenden
Erfindung überraschenderweise
Steifigkeit bei niedrigeren Kosten/Gewicht pro Einheitsfläche beibehält und daher
die Gesamtdachfensterausgaben reduziert.