CN104093562A - 边缘密封的反射镜及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反射镜，该反射镜包括反射面，该反射面由镜膜和基片构成的复合结构构成，其中镜膜设置在基片上并且具有至少一个聚合物层以及设置在至少一个聚合物层下面的金属层。本发明的目的是提供一种反射镜，该反射镜能够以简单的方法制成并且同时具有经改善的抗腐蚀性能。根据本发明的第一教导由此实现上述目的，即，为了抗腐蚀至少局部地设置密封接缝，该密封接缝通过聚合物层和基片的材料配合连接而构成，其中在密封接缝的区域中断开金属层。

Description

边缘密封的反射镜及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种反射镜，该反射镜包括反射面，该反射面由镜膜和基片构成的复合结构构成，其中镜膜设置在基片上并且具有至少一个聚合物层以及设置在至少一个聚合物层下面的金属层。本发明还涉及相应反射镜的制造方法以及实施该方法的装置。

背景技术

为了制造可再生能源而使用太阳能发电站，该太阳能发电站包含有大量的、具有大的表面的反射镜。由于太阳能发电站所需要的整个反射面极大，因而由玻璃构成的、经气相喷镀的反射面看起来在经济上是不可行的。因此，为了制造相应大的反射面必须动用特别简单的方法，以能够经济地提供这种大的反射面。提供反射面的方法在于，用镜膜粘附在基片上，该基片通常是例如由钢、铝或铝合金构成的金属板，。镜膜由聚合物层构成，该聚合物层例如由PMMA塑料构成并且具有非常高的透明度。在聚合物层的背面可以溅射一个金属层、优选一个银涂层，该银涂层仅具有例如在纳米范围的厚度。另外也使用两个金属层，例如一个银涂层，额外地将铜涂层溅射到该银涂层上。金属层、特别是银涂层具有非常高的反射性，因此能够提供具有非常高的反射性的镜膜。如果将该镜膜例如粘附到铝板、钢板或钢带上，那么就提供了成本有利的反射面。当然同样由聚合物构成的复合材料也可以用作基片。太阳能发电站的反射镜无保护地受到多变天气的影响。特别是对反射性重要的银涂层易于受到腐蚀，随着这种作用，经腐蚀的区域具有急剧下降的反射性，变得“模糊不清”并且之后不再能够用作反射镜。

因此，至今为止都在以不同的方法保护相应反射镜的边缘以免受到腐蚀。例如使用胶粘带作为边缘保护，该胶粘带在反射镜的生产之后或期间施加到边缘上。这种胶粘带或者其他的密封材料、例如边缘涂层或采用硅酮密封材料应该避免湿气进入聚合物层和金属层、特别是银涂层之间。因为进入的湿气会使金属层受到腐蚀并随之使反射镜变得模糊。特别是由于毛细作用会在整个反射面上继续腐蚀，从而短时间之后涉及整个反射面。至今为止所涉及的用于保护反射镜免受腐蚀的方法都是复杂的并且同时在持久应用中出现问题。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种反射镜，该反射镜能够以简单的方法制成并且同时具有经改善的抗腐蚀性能。还应该提供一种用于制造这种反射镜的方法以及用于实施这种方法的装置。

根据本发明的第一教导由此实现上述目的，即，为了抗腐蚀至少局部地设置密封接缝，该密封接缝通过聚合物层和基片的材料配合连接而构成，其中在密封接缝的区域中断开金属层。

根据本发明的反射镜的密封接缝由这样的区域构成，在该区域中金属层、特别是银涂层断开并且聚合物层和基片材料配合地连接。设置在金属层上面的聚合物层和基片的材料配合连接能够使保留在反射面中的金属层例如和反射镜的边缘区域密封地隔离并且造成腐蚀的湿气不能穿过密封接缝。喷盐雾试验已经表明，由根据本发明构造的密封接缝完全包围的反射面即使经过非常长的测试时间之后也没有受到腐蚀并且没有变得“模糊”。

依据根据本发明的反射镜的第一设计方案，密封接缝是超声波焊缝。超声波焊接能够在断开设置在聚合物层下面的银涂层的同时，以经济的方式连接聚合物层和基片。这在设有额外的铜涂层的情况下也适用，该铜涂层例如为了保护银涂层而设置在银涂层的下面。

根据本发明的反射面的另一个设计方案能够这样成本特别有利地制造大的反射面，即，反射镜呈带状并且在纵边上至少分别具有一个沿带体纵向延伸的密封接缝。由此提供了带状的、已在纵边密封的反射镜，该反射镜例如能够立即切割成相应尺寸并且能够例如手动地在之后出现的额外边缘上进行密封。但是，也可以将具有密封纵边的带状反射镜加工成裁剪料，然后自动地为这些裁剪料设置一个或多个额外的、例如横向延伸的密封接缝。

根据反射镜的另一个实施方式，如果镜膜具有由PMMA构成的聚合物层，那么能够使用特别好的、可进行超声波焊接的塑料层以及透明度高的塑料作为起反射作用的金属层和银涂层的基质材料并且制成的反射镜能够特别轻松地设置密封接缝。

根据反射镜的另一个设计方案，设有多个平行的密封接缝。多个平行的密封接缝、例如双接缝虽然具有提高了的面积需要量，但是如果在密封接缝中金属层没有完全断开的话，那么也提高了多余面积。

根据反射镜的另一个实施方式，如果基片是金属或具有比聚合物层更高硬度的复合材料，那么能够以简单的方式制造密封接缝，因为超声波焊接不会损坏基片而是只损坏和基片连接的聚合物层。因此，钢、铝或铝合金以及具有较高硬度的塑料复合材料适合作为基片。铝合金优选是AlMg1、AlMg1Mn1或较高合金度的铝镁合金，因为这些合金在具有小厚度和轻质量的情况下就已经能够提供所需的稳定性。由铝合金制成的基片的厚度例如是0.4mm至1.5mm。典型的、成本有利的、由作为反射镜应用方面具有良好加工性能和非常好的强度性能的铝合金制成的带体包括具有所规定的厚度的、由AA3005和AA3105类型的铝合金制成的带体。

根据本发明的第二教导，由此实现了上述关于用于制造反射镜的方法的目的，该反射镜由镜膜和基片构成的复合结构构成，在该方法中，将镜膜和基片粘附，该镜膜具有至少一个聚合物层和设置在聚合物层下面的金属层，粘附之后在反射镜上形成密封接缝，其中通过聚合物层和基片的材料配合连接形成密封接缝，对此在密封接缝的区域中断开金属层。

如上所述，发明人发现，银涂层的断开导致在银涂层的一个区域中的腐蚀过程不能蔓延到银涂层的其他区域中并且因此不会使反射面变得模糊。通过使聚合物层和基片材料配合地连接，实现了银涂层的断开位置处的特别好的密封性，从而能够将这种连接用于阻挡湿气。

优选通过超声波焊接制造密封接缝，其中，对此所需的超声波变幅杆一方面熔化聚合物层并且另一方面通过有针对性的挤压在密封接缝的区域中隔开并且完全地断开金属层。通过超声波焊接可以在断开金属层的同时使聚合物层和基片非常可靠地连接。

此外还将超声波焊接非常有限地限定在局部，从而反射镜的附近区域不会受到影响。

依据根据本发明的方法的第一设计方案，基片和镜膜呈带状，镜膜连续地粘附在带状的基片上并且将这样制成的反射镜缠卷成卷材，其中通过密封接缝密封带状反射镜的纵边或者和粘附镜膜一起在线地进行或者在额外的制造步骤中通过重新展开卷着的反射镜来进行。优选在带状反射镜上在线地制造密封接缝，因为之后就不需要其他的工序来密封带状反射镜的纵边。在这种情况下以及在再次展开带状反射镜的卷材的情况下都通过连续密封边缘区域、例如通过超声波焊接密封纵边。对此涉及“卷至卷”工艺。

根据另一个设计方案由此提供了所谓的“卷至片”工艺，即，基片呈带状并且分成平面的基片裁剪料，然后将镜膜粘附到基片裁剪料上并且粘附有镜膜的基片裁剪料至少在纵边上分别设有至少一个密封接缝。由此能够提供纵边上经密封的反射镜裁剪料，然后能够横向于纵向延伸的反射镜接缝为该反射镜裁剪料设置密封接缝。特别是能够根据待制造的反射镜的相应镜尺寸调整裁剪料并且也可以自动地设置横向延伸的密封接缝。在这种情况下可以提供完全密封的反射镜。

已表明，通过采用超声波辊轮变幅杆和可选择的铁砧辊而进行的超声波焊接能够以特别高的速度制造密封接缝。特别是然后在需要制造直线延伸的密封接缝时，使用超声波辊轮变幅杆以及可选的作为顶头的铁砧辊。

超声波辊轮变幅杆几何形状优选具有1.0mm-3.0mm的半径，优选1.5mm-2.5mm的半径。通过相应的超声波辊轮变幅杆几何形状确保聚合物层能够和基片材料配合地连接并且同时在密封接缝区域中完全断开金属层。因为已表明，随着半径增大不能充分可靠地断开金属层。如果使用小于1.0mm的半径，那么在材料配合连接时会有损害基片的危险。

此外还表明，挤压力是1至6MPa、频率是20-60kHz并且超声波变幅杆的振幅在25和70μm之间时，通过密封接缝能够实现工艺足够可靠的密封。所述参数已经证实是工艺足够可靠的，由此使制成的密封接缝具有高度密封性并随之形成对反射面非常好的保护以防止受到腐蚀。同时还能够实现足够高的加工速度，这种加工速度能够经济地制造由镜膜和基片构成的、经密封的反射镜。

最后，通过用于制造反射镜的装置实现了上述目的，该装置包括用于带状基片的开卷机、用于将带状镜膜粘附到带状基片上的胶合板机以及至少两个超声波辊轮变幅杆，该超声波辊轮变幅杆分别设置在带状基片的相对纵边的区域中并且设置在胶合板机的后面，因此借助该超声波辊轮变幅杆能够密封带状反射镜的纵边，其中，卷取机额外地用于缠卷边缘已密封的反射镜。上述装置实现了用于制造边缘已密封的带状反射镜的卷至卷工艺。这种工艺特别经济。这种带状反射镜可以作为原始材料在太阳能发电站所在地处裁剪成合适的形状并且必要时设置另一密封接缝用于封住具有密封接缝的实际反射面。此外还可以在根据本发明的装置中设置铁砧辊作为用于形成超声波辊轮变幅杆的反压力的工具，以避免在密封纵边时机械损坏带状基片。

根据该装置的另一个设计方案，用于基片的开卷机之后设有裁剪装置，该裁剪装置在粘附之前或之后将基片切割成裁剪料并且为经剪裁的反射镜设置存放装置来代替卷取机。借助上述装置可以从带状基片、例如铝合金带体开始提供纵边上具有密封接缝的、经剪裁的反射镜，该反射镜必须符合使用目的或者经过裁剪并且仅具有一个横向延伸的密封接缝，以完全保护反射面以免受到腐蚀影响。例如能够自动地在接下来的工序中制造横向延伸的密封接缝。借助上述装置能够实现所谓的“卷至片”工艺。

最后这样配置该装置，即，设置用于经裁剪的基片以及用于输送该基片到粘附部和密封部的接收部来代替开卷机。根据本发明的装置的这种设计能够实现“片至片”工艺，即，从平板状的基片开始制造纵边上具有密封接缝的平板状反射镜。

附图说明

下面根据结合附图的实施例详细说明本发明。在附图中：

图1a)和b)示意性地示出了反射镜的实施例的结构，该反射镜由镜膜和基片组成的复合结构构成，

图2以示意性的剖面图示出了用于制造根据图1b)所示的反射镜的密封接缝的实施例，

图3示出了带状反射镜的另一个实施例，

图4a)和b)以俯视图示出了反射镜的另两个实施例，

图5以示意性的立体图示出了图3所示实施例的密封接缝的制造，

图6以示意图示出了用于在“卷至卷”的工艺中制造反射镜的装置的实施例，

图7以示意图示出了用于在“卷至片”的工艺中制造反射镜的装置的实施例，以及

图8以示意图示出了用于在“片至片”的工艺中制造反射镜的装置的实施例。

具体实施方式

图1a)首先示出了反射镜的基本结构，该反射镜由镜膜1和基片2构成。镜膜1优选具有聚合物层3和金属层4。如本实施例所示，镜膜1可选择地具有粘附层5，该粘附层使得镜膜1贴在基片2上。如上所述，基片2可以由金属、例如钢、铝或铝合金构成或者也可以由具有比镜膜的聚合物层1更大硬度的复合材料构成。例如如果使用铝合金、优选AA3005或AA3105类型的铝合金，那么基片的厚度通常是0.1-2mm，优选0.4-1.3mm。基片可选择地额外具有图1a)和1b)未示出的转化涂层，用于钝化例如铝合金带的表面并且优化镜膜的粘附。主要用于反射光的金属层除了具有通常设置的银涂层以外还额外地具有设置在银涂层和基片之间的铜涂层时，以化学方法钝化铝合金带的表面特别具有优势。原则上还有可能在制成薄板或粘附之前使粘附层5同样或替代性地设置在基片2上。

如图1b)示意性示出的剖面图所示，通过粘附或压成薄板，由两种单独的材料、即镜膜1和基片2制成反射镜7，特别是复合反射镜。附图中，单个层相互之间的大小比例并不是按正确比例示出的，因为特别是金属层4、例如银涂层仅有几纳米的厚度。而透明的聚合物层3明显更厚。聚合物层3的厚度在微米范围中。如果这时使相应构造的反射镜受潮，那么湿气就会通过反射镜的边缘6从外向内地侵入到金属层4中。如果金属层4例如由银涂层构成，那么就会腐蚀该层并且在最坏的情况下导致透明的聚合物层3脱落。因此，通过腐蚀极度降低了金属层4以及反射镜7的反射能力，直至反射镜7不再具有镜反射的性能。换句话说，反射镜变得模糊不清。

图2在示意性的剖面图中示出了制造密封接缝的实施例，该密封接缝避免了对反射镜7的腐蚀以及从而避免反射镜变模糊。带状反射镜7的聚合物层3优选由PMMA塑料构成，通过采用超声波辊轮变幅杆8和铁砧辊9这样焊接该聚合物层和基片2，即，在密封接缝10的区域中完全断开金属层4。如图2所示，建立了聚合物层3和基片的材料配合的连接。这导致将从外面进入到边缘6中的湿气这样直接阻挡在密封接缝10处，以相应的密封接缝10包围的反射面在喷盐雾试验中经过多个星期都没有受到腐蚀并且完全保持完好。这表明，通过将聚合物层3超声波焊接到基片2上可以过程可靠地实现反射面的良好密封。超声波辊轮变幅杆8对此优选具有1.0mm-3.0mm、特别优选1.5mm-2.5mm的半径11。但是也可以使用图2所示的铁砧辊9作为超声波辊轮变幅杆并且通过以相应半径构成的铁砧辊实现密封接缝10的外形，该铁砧辊本身不进行超声波振动。

优选通过驱动装置这样驱动铁砧辊9和超声波辊轮变幅杆8，即该铁砧辊和超声波辊轮变幅杆以带的运动速度进行滚动。同时超声波辊轮变幅杆8和铁砧辊9以一定的挤压力相互挤压，从而通过断开金属层4形成密封接缝。在根据本发明的具有PMMA的聚合物层3和由AA3105类型的铝合金构成的铝合金基片2的实施例中2-4bar的挤压力就足够，从而过程可靠地制造密封接缝。试验还表明，超声波变幅杆或铁砧辊的几何形状的选择会对密封接缝10的质量有影响。因此，具有8.5mm的半径时不管所设置的挤压力或输送的超声波功率如何都不可能形成充分密封的密封接缝10。试验中超声波频率为20kHz，设置的超声波辊轮变幅杆的振幅为40μm以及功率为500W。相应试验的结果在表1中示出。

试验V1至V4表明，在喷盐雾试验中会导致聚合物层下面的银涂层腐蚀，因此该结果评价为差(--)。而试验V5和V6表明根本没有腐蚀并因此评价为非常好(++)。

图3在立体图中示出了根据另一个实施例所述的带状反射镜7。带状反射镜7具有两个密封接缝10，这两个密封焊缝分别设置在带状反射镜7的边缘6的区域中。带状反射镜7能够如图3所示缠卷成卷材并且用于制造根据应用情况特殊裁剪的、完全密封的反射镜。带状反射镜7能够特别经济地制成相应剪裁的反射镜部件。

图4a)和4b)在俯视图中示出了相应的反射镜部件。图4a)示出了由带状反射镜7制成的反射镜的实施例，该反射镜剪裁成矩形并且除了在制造带状反射镜7时制造的、设置在纵边上的密封接缝10以外还具有横向延伸的密封接缝12。额外设置的、横向延伸的密封接缝12能够以和图2所示相同的方式和方法引入。当然也可以在完成剪裁的薄片上制造沿反射镜的纵边延伸的密封接缝10并且间断地制造。也可以通过小工具制造密封接缝10、12。此外，周期性工艺也是可以的，从而能够密封规格化边缘，即不仅是直线形延伸的边缘区域。

如果将超声波辊轮变幅杆或铁砧辊的几何形状选择为具有两个半径的双峰形状，那么如图4b)所示，例如可以沿纵向或反射镜的纵向长度的横向引入双重的密封接缝11’以及12’。如果在密封接缝的区域中有不密封的位置，那么双重的密封接缝11’、12’额外地提高了可靠性以防止反射镜变得模糊。

图5)以示意性的立体图示出了如何制造具有设置在纵边上的密封接缝10的带状反射镜7的实施例。图5)所示的实施例中超声波辊轮变幅杆设置在带体的下侧、即基片侧，而具有密封接缝几何形状的铁砧辊9设置在聚合物层3的一侧上。和图2)所示实施例不同，超声波辊轮变幅杆和铁砧辊的位置进行了交换，其中铁砧辊具有1.0mm至3.0mm的相应半径。以这种方式同样可以制造非常好的密封接缝。

图6、7和8中再次示出了相应结构。图6示出了用于进行“卷至卷”工艺的装置的实施例，该卷至卷工艺用于制造在纵边区域中具有密封接缝10的带状反射镜7。对此，首先需要开卷机13，基片、例如由AA3005或AA3105类型的铝合金制成的铝合金带能够以卷材的形式接收在该开卷机上。通过导向辊几何形状14将带状基片输送至胶合板机15，该胶合板机在卷材16上具有设有保护膜17的镜膜1。保护膜17装在粘附层5上并且实现卷材规格的镜膜1的简单的操作。镜膜1通过胶合轧辊18用胶合轧辊18的压力和热粘附到可选的、先前通过加热装置19加热的基片2上，优选由AA3005或AA3105类型的铝合金制成的带体上。由镜膜1和基片2这样制造的复合结构通过冷却轧制装置20输送到用于制造密封接缝的、由铁砧辊9和超声波辊轮变幅杆8构成的装置21。然后，带状反射镜7这时沿其纵边具有两个密封接缝并缠卷成卷材22。很明显，这种制造工艺可以特别经济地实施并且生产率高。这样制成的、具有沿纵边上的密封接缝的带状反射镜7的卷材可以在下一个制造步骤中剪裁成所希望的反射面并且设有相应的额外的密封接缝，从而能够通过密封接缝10、12整体地保护反射面以免受到腐蚀。

也可以直接在设置在带状反射镜的纵边6上的密封接缝10形成之后剪裁成所需的反射面。图7示出了用于实施相应的“卷至片”工艺的实施例。与图6相比，紧接在胶合板机15之后设有用于形成密封接缝10的、由铁砧辊9和超声波辊轮变幅杆8构成的装置21。形成密封接缝10之后，在运行的带状反射镜7的接收台23上剪裁成裁剪料24。但是图7没有示出裁剪装置。然后，经剪裁的反射镜24可以通过接收台输送到接下来的加工工序，例如输送到横向延伸的密封接缝12或12’的制造装置。

最后，图8示出了用于实施“片至片”工艺的装置的另一个实施例，在该实施例中，与图6和图7的实施例相比接收台25代替开卷机13用于接收平板状的、经剪裁的基片26，之后该基片在胶合板机15中和镜膜1相粘合并且采用装置21设置在纵边上延伸的密封接缝10。设有在纵边上延伸的密封接缝的反射面放在接收台23上并且为接下来的、特别是用于形成横向延伸的密封接缝的加工步骤继续传送该反射面。

Claims (16)

1.一种反射镜，所述反射镜包括反射面，所述反射面由镜膜(1)和基片(2)构成的复合结构构成，其中镜膜(1)设置在基片(2)上并且具有至少一个聚合物层(3)以及设置在至少一个聚合物层(3)下面的金属层(4)，其特征在于，为了抗腐蚀至少局部地设置密封接缝(10)，所述密封接缝通过聚合物层(3)和基片(2)的材料配合连接而构成，其中在密封接缝(10)的区域中断开金属层(4)。

2.根据权利要求1所述的反射镜，其特征在于，所述密封接缝(10)是超声波焊缝。

3.根据权利要求1或2所述的反射镜，其特征在于，反射镜(7)呈带状并且在纵边(6)上至少分别具有一个沿带体纵向延伸的密封接缝(10)。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的反射镜，其特征在于，所述镜膜(1)具有由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构成的聚合物层(3)。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的反射镜，其特征在于，设有多个平行延伸的密封接缝(10’、12’)。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的反射镜，其特征在于，基片(2)是金属或具有比聚合物层更高硬度的复合材料。

7.用于制造根据权利要求1至6中任意一项所述的、由镜膜和基片构成的复合结构构成的反射镜的方法，在所述方法中，用镜膜和基片相粘附，所述镜膜具有至少一个聚合物层和设置在所述聚合物层下面的金属层，其特征在于，粘附之后在反射镜上制造密封接缝，其中通过聚合物层和基片的材料配合连接制造密封接缝，对此在密封接缝的区域中断开金属层。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过超声波焊接制造密封接缝。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，基片和镜膜呈带状，镜膜连续地粘附在带状的基片上并且将这样制成的反射镜缠卷成卷材，其中通过密封接缝密封带状反射镜的纵边或者和粘附镜膜一起在线地进行或者通过在额外的制造步骤中重新展开卷着的反射镜来进行。

10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，基片呈带状并且分成平面的基片裁剪料，然后将镜膜粘附到基片裁剪料上并且具有粘附着镜膜的基片裁剪料至少在纵边上分别设有至少一个密封接缝。

11.根据权利要求8至10中任意一项所述的方法，其特征在于，通过采用超声波辊轮变幅杆和可选择的铁砧辊而进行的超声波焊接制造密封接缝。

12.根据权利要求8至11中任意一项所述的方法，其特征在于，超声波辊轮变幅杆具有1.0mm至3.0mm的半径。

13.根据权利要求8至12中任意一项所述的方法，其特征在于，挤压力在1MPa至6MPa之间、频率是20至60kHz并且振幅在25和70μm之间。

14.用于制造根据权利要求1至6中任意一项所述反射镜的装置，所述装置包括用于带状基片(2)的开卷机(13)、用于将带状镜膜(1)粘附到带状基片(2)上的胶合板机(15)以及至少两个超声波辊轮变幅杆(8)，所述超声波辊轮变幅杆分别设置在带状基片(2)的相对纵边(6)的区域中并且设置在胶合板机(15)的后面，因此借助所述超声波辊轮变幅杆能够在纵边(6)上密封带状反射镜(7)，其中，卷取机(22)额外地用于缠卷边缘已密封的反射镜(7)。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，用于基片的开卷机之后设有裁剪装置，所述裁剪装置在粘附之前或之后将基片(2)切割成裁剪料(24)并且为经剪裁的反射镜设置接收台(23)来代替卷取机。

16.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于，设置用于经裁剪的基片(26)以及用于将所述基片输送到粘附部和密封部的接收部(25)来代替开卷机。