DE10133479C1 - Mit einer Kennzeichnung versehene Solarkollektorröhre und Verfahren zum Aufbringen der Kennzeichnung - Google Patents

Abstract

Solarkollektorröhren bestehen typischerweise aus einem äußeren transparenten Hüllrohr (1) und einem im Innern des Hüllrohres angeordneten Absorberrohr (2), das an seiner Außenfläche eine Beschichtung (2a) trägt. Die notwendige Kennzeichnung der Solarkollektorröhre mit dem Firmenlogo, der Marke etc. erfolgt beim Stand der Technik an dem äußeren Hüllrohr (1), mit der Konsequenz, daß die Kennzeichnung einmal wegen den Umwelteinflüssen nicht dauerhaft und zum anderen wegen der äußeren Zugänglichkeit auch nicht fälschungssicher ist. DOLLAR A Zur Vermeidung dieser Nachteile sieht die Erfindung vor, daß die Kennzeichnung auf dem Absorberrohr (2) durch teilweisen Abtrag der Beschichtung (2a) mittels eines Laserstrahles aufgebracht ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit einer Kennzeichnung versehene Solarkollektorröhre, bestehend aus einem äußeren transparenten Hüllrohr und einem im Innern des Hüllrohres im Vakuum oder einer Edelgasfüllung angeordneten Absorberrohr, das an seiner Außenfläche eine Beschichtung trägt.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Aufbringen der Kennzeichnung an der Solarkollektorröhre.

Eine Solarkollektorröhre besteht typischerweise aus einem äußeren, für Sonnenlicht durchlässigen, evakuierten Hüllrohr, und aus einem darin im Vakuum oder in einer Edelgasfüllung befindlichen inneren Absorberrohr, in dem sich das zu erwärmende Medium befindet, und das mit einem im Wellenlängenbereich von 0,3 µm bis 1,8 µm absorbierenden Absorber in Schichtform versehen ist. Diese selektive Absorptionsbeschichtung ist eine Beschichtung, die möglichst viel Sonnenlicht absorbiert und möglichst wenig davon als Wärmestrahlung wieder abgibt. Gegebenenfalls besteht eine solche Beschichtung auch aus mehreren Schichten. Übliche Kennwerte sind Absorptionsgrade von 90% bis 98% und Emissionsgrade von 5% bis 20%. Die Schwarzchrom-Schicht, die aus Einlagerungen von metallischen Chrompartikeln in Chromoxid besteht und eine mikrorauhe Oberfläche aufweist, ist beispielsweise ein bekanntes Beschichtungsmaterial für Absorber. Andere Beschichtungsmaterialien von weiteren Firmen sind ebenfalls bekannt.

Sehr effektiv ist auch Titanoxidnitrid, das aufgedampft wird, mit einem Emissionsgrad von nur ca. 5-6%.

Eine derartige Solarkollektorröhre wird beispielsweise in der DE 298 08 532 U1 beschrieben.

Diese Solarkollektorröhren werden typischerweise im Rahmen ihrer Herstellung mit einer Kennzeichnung versehen. Diese Produktkennzeichnung umfaßt typischerweise Marken, Firmenzeichen, Schriftzüge, Dekorvorlagen, Muster oder Bilder.

Es sind eine Reihe von Verfahren bekannt geworden, um eine derartige Produkt-Kennzeichnung aufzubringen. Dazu zählen der Farbauftrag mit Pinsel, Siebdruckverfahren, verschiedene Arten des Aufbringens von Abziehbildern, Ätzverfahren mit Flußsäure oder fluoridhaltigen Pasten, Sandstrahlverfahren, Tintenmarkierungen oder auch das Schleifen mit Schleifscheiben und dergleichen.

Die vorstehend bekannten Verfahren arbeiten nicht berührungsfrei, sind oft zeit- und energieaufwendig und meist ungeeignet eine dauerhafte Kennzeichnung der Röhren, die allen Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, zu garantieren. Da die Kennzeichnung typischerweise erst nach der Fertigung und Qualitätsprüfung aufgebracht werden kann, ist es nämlich mit den bekannten Verfahren nur möglich, das äußere Hüllrohr außen zu kennzeichnen, wodurch die Kennzeichnung auch nicht fälschungssicher ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einer Kennzeichnung versehene Solarkollektorröhre zu schaffen sowie ein entsprechendes Kennzeichnungsverfahren bereitzustellen, das eine berührungslose Kennzeichnung mit einem geringen Aufwand ermöglicht, die dauerhaft und fälschungssicher ist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt ausgehend von der eingangs bezeichneten, mit einer Kennzeichnung versehenen Sonnenkollektorröhre, bestehend aus einem äußeren transparenten Hüllrohr und einem im Innern des Hüllrohres im Vakuum oder einer Edelgasfüllung angeordneten Absorberrohr, das an seiner Außenfläche eine Beschichtung trägt, gemäß der Erfindung dadurch, daß die Kennzeichnung auf dem Absorberrohr durch teilweisen Abtrag der Beschichtung mittels eines Laserstrahles aufgebracht ist.

Hinsichtlich des Verfahrens zum Aufbringen der Kennzeichnung an der Solarkollektorröhre gelingt die Lösung der Aufgabe mit den Schritten:

• - Bereitstellen einer Laserbeschriftungs-Einheit mit einem in der Leistung und dem Strahlprofil einstellbaren Laser, dessen Strahlung eine Wellenlänge besitzt, die das äußere Hüllrohr durchdringt,
• - Einstellen des Lasers derart, daß die Beschichtung des Absorberrohres unter Ausbildung der Kennzeichnung teilweise abgetragen wird.

Die zentrale erfindungsgemäße Idee ist es daher, die Kennzeichnung, vorzugsweise nach der endgültigen Herstellung und Qualitätsprüfung der Solarkollektorröhre auf dem inneren Absorberrohr bzw. dessen Beschichtung aufzubringen. Da sich das Absorberrohr nach der endgültigen Herstellung der Kollektorröhre in einem vom Hüllrohr abgeschlossenen Raum befindet, und damit mechanisch nicht mehr zugänglich ist, erfolgt die Kennzeichnung berührungslos. Sie ist wegen der Nichtzugänglichkeit auch fälschungssicher.

Dabei wird vorzugsweise mittels eines Festkörperlasers durch das äußere Hüllrohr der evakuierten Solarkollektorröhre hindurch das innere Absorberrohr beschriftet. Es wird dabei ein Laser verwendet, für dessen Wellenlänge das äußere Hüllrohr transparent ist.

Das Absorberrohr ist mehrlagig beschichtet. Die Beschriftung wird dadurch erzielt, daß nur ein Teilabtrag der Beschichtung durch Absorption der Laserstrahlung erfolgt. Das Rohrsubstrat und die für den Emissionsschutz verantwortliche unterste Schicht bleiben dabei vollständig erhalten. Die reflektierenden Eigenschaften dieser Schicht werden zur Kontrastierung der Kennzeichnung genutzt.

Durch die Laserbeschriftung findet keine Beschädigung der Glasoberflächen des Hüll- bzw. Absorberrohres statt; das Vakuum oder die Edelgasfüllung zwischen Hüllrohr und Absorberrohr bleibt unbeeinflußt.

Damit können nach der vollständigen Herstellung, Evakuierung und Qualitätsprüfung z. B. Markenname, Firmenlogo, sowie das Ergebnis oder Details der Qualitätsprüfung eingeschrieben werden. Die Beschriftung ist dauerhaft und fälschungssicher.

Das berührungslose Markieren oder Kennzeichnen von Glas durch den Einsatz von Laserstrahlung ist an sich bekannt. Diese Verfahren sind sämtlich darauf gerichtet, daß das Glas unter Einwirkung der Laserstrahlen chemisch oder physikalisch reagiert und bleibende Veränderungen hervorgerufen werden. So wird die Strahlung von Excimerlaser an der Glasoberfläche absorbiert und ruft dabei eine Mikrostrukturierung hervor, die, wie in der WO 96/10777 A1 beschrieben, zur Beschriftung und Aufbringen von graphischen Design-Strukturen genutzt werden können. Mit dieser Methode könnte jedoch nur das äußere Hüllrohr beschriftet werden, d. h. die Kennzeichnung wäre jedoch sehr klein (Mikrostrukturen) und kontrastarm. Außerdem wird die Glasoberfläche verletzt und es können Spannungen und Risse entstehen, die zum Bruch des Hüllrohres führen.

Das gleiche gilt für die Beschriftung mittels eines CO₂-Lasers. Die CO₂- Laserstrahlung mit seiner Wellenlänge von 10,6 µm wird an der Glasoberfläche absorbiert, und somit wäre ebenfalls nur eine Kennzeichnung der äußeren Hüllrohroberfläche möglich.

Um Markierungen im Inneren von Glaskörpern mit Festkörperlasern (z. B. mit einem Nd-YAG-Laser) durchzuführen, macht sich störend bemerkbar, daß Glas für die verwendete Laserstrahlung transparent ist. Um trotz der Transparenz des Glases für die Wellenlängen von Festkörperlasern eine Wechselwirkung bzw. einen Markiereffekt zu erzielen, werden Schichten auf das Glas aufgebracht, die absorbierend wirken, wie es beispielsweise in der EP 0 761 377 A1 beschrieben ist.

Außerdem können Markierungen sichtbar gemacht werden, wenn sich an der Rückseite von transparentem Glas Beschichtungen befinden, die die verwendete Laserstrahlwellenlänge absorbieren, wie es z. B. in der DE 43 26 314 A1 beschrieben ist.

Zusammenfassend ist daher festzustellen, daß die bekannten Verfahren keinen Hinweis geben können, bei Solarkollektorröhren das innere Absorberrohr bzw. dessen Beschichtung entsprechend der Erfindung mit einer Kennzeichnung zu versehen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die mit einer Kennzeichnung versehene Solarkollektorröhre so ausgebildet, daß die Beschichtung eine mindestens zweilagige Schicht ist, mit einer unteren, direkt auf der Außenfläche des Absorberrohres aufgebrachten Deckschicht aus reflektierendem Material und mindestens einer oberen Schicht zur Absorption der Laserstrahlung zwecks selektivem Abtrag der oberen Schicht, d. h. das entsprechende Verfahren zur Kennzeichnung wird so durchgeführt, daß nur die obere Schicht selektiv abgetragen wird.

Dadurch bleibt das Absorberrohr physikalisch geschützt, d. h. der Emissionsschutz der unteren Schicht bleibt erhalten, und durch die reflektierende Eigenschaft dieser Schicht lassen sich die abgetragenen Stellen, d. h. die Kennzeichnung, klar erkennen.

Diese Vorteile treten besonders hervor, wenn die untere Deckschicht aus reinem, spiegelndem Aluminium und die obere Schicht aus Aluminiumoxid besteht.

Für den angestrebten Zweck reichen bereits sehr dünne Schichten aus. So liegt die Dicke der unteren Deckschicht im Bereich von 100 nm sowie die Dicke der oberen Schicht im Bereich von 130 nm.

Vorzugsweise wird das Verfahren so durchgeführt, daß als Laser ein gepulster Nd-YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm und einer Durchschnittsleistung im Bereich bis 70 W verwendet wird. Die Strahlung eines derartigen Lasers durchdringt das typischerweise für das äußere Hüllrohr verwendete Material und wird gut in der oberen Schicht des Absorberrohres absorbiert. Ferner erlaubt dieser Laser eine Fokussierung bis auf einen Spot von 0,1 nm, d. h. eine sehr feine Strichstärke.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer Prinzip-Schnittdarstellung die Methodik zur Kennzeichnung einer konventionellen Solarkollektorröhre auf deren innerem Absorberrohr, und

Fig. 2 in einer vergrößerten Ausschnittdarstellung eine Ausführungsform des Schicht Aufbaues der Absorber- Beschichtung des inneren Absorberrohres.

Die Fig. 1 zeigt eine konventionelle Solarkollektorröhre, bestehend aus einem äußeren Hüllrohr 1 aus Spezialglas mit einer teilweisen Verspiegelung 1a an der Innenseite und einem inneren Absorberrohr 2, das ebenfalls aus Spezialglas besteht und außen mit einer Absorberschicht 2a selektiv beschichtet ist.

Als Glas für das äußere Hüllrohr 1 kommt vorzugsweise ein eisenarmes Glas, ein Kalk-Natron-Glas oder ein Borosilikatglas, zur Anwendung. Das innere Absorberrohr 2 besteht vorzugsweise aus einem Borosilikatglas.

Beide Rohre 1, 2 können auch aus Kunststoff bestehen, beispielsweise das Hüllrohr 1 aus transparentem Polymethylmethacrylat (PMMA) und das Absorberrohr 2 aus einem entsprechend der höheren Absorbtionstemperatur temperaturstabilen Kunststoff.

Das Innere 3 des Hüllrohres 1 ist entweder evakuiert oder mit einer Edelgasfüllung versehen.

Die Darstellung der Solarkollektorröhre in Fig. 1 ist nur prinzipiell. Die Kollektorröhre kann eine Vielzahl von Modifikationen entsprechend dem Stand der Technik aufweisen. Auch bei anderen Typen von Solarkollektorröhren kann die Beschriftung vorgenommen werden, z. B. bei solchen mit Innenabsorber oder ähnlich aufgebauten Produkten (Glasrohr mit Metalldurchführungen o. ä.).

Eine Ausführungsform der selektiven Beschichtung 2a des inneren Absorberrohres 2 ist in der Fig. 2 näher dargestellt. Auf der äußeren Oberfläche des Glasrohres 2 ist eine untere Deckschicht 4 aus metallischem Aluminium, die als Infrarot-Spiegel wirkt und die Emmission von Wärme minimiert, aufgebracht. Die Dicke dieser untersten, reinen Aluminium-Schicht, liegt im Bereich von ca. 100 nm. Auf die unterste Deckschicht 4 folgt in diesem Ausführungsbeispiel eine obere Deckschicht 5 aus Aluminiumoxid. Die Dicke der Schicht 5 liegt dabei im Bereich von ca. 130 nm. Diese obere Deckschicht 5 absorbiert bevorzugt die Laserstrahlung, währenddessen die untere Schicht 4 insoweit der Kontrastierung dient.

Es können auch mehr als eine obere Schicht 5 vorgesehen sein, die jeweils die Laserstrahlung bevorzugt absorbieren.

Die Beschriftung wird mit einer Laserbeschriftungs-Einheit 6 durchgeführt, die einen gepulsten Nd-YAG-Laser, mit einer Wellenlänge von 1064 nm aufweist. Der Laser besitzt ca. 70 W Durchschnittsleistung. In Abhängigkeit von den Pulsparametern und Fokussierungsverhältnissen können auch Nd-YAG-Laser mit viel kleineren Leistungen eingesetzt werden. Die Laserbeschriftungseinheit ist ferner mit einem Scannerkopf, der maximal 3 m/s Schreibgeschwindigkeit zuläßt, ausgerüstet. Die Fokussierung ist bis auf einen Spot, d. h. eine Gravierstärke, von minimal 0,1 mm einstellbar. Damit können eine oder mehre Spuren nebeneinander oder auch übereinander markiert werden. Der Arbeitsabstand beträgt ca. 160 mm. Das maximale Beschriftungsfeld ist 180 × 180 mm². Die Laserbeschriftungs-Einheit ist zudem ausgerüstet mit einem Laserpointer, welcher das Einstellen der Markierungen auf den Artikeln erleichtert.

Je nach gewünschter Abtragtiefe und Kontrast können die oben genannten Parameter variiert werden.

Das Glas des Hüllrohres 1 ist für die Laserstrahlung transparent und trifft, wie der Strahl 6a in Fig. 1 zeigt, fokussiert auf das innere Absorberrohr 2.

Die Einstellung des Lasers erfolgt bevorzugt so, daß die unterste reine Aluminium-Schicht 4, die direkt mit dem Glas des Absorberrohres 2 verbunden ist, unverletzt bleibt. Die andere Schicht 5 aus Aluminiumoxid absorbiert über 95 % der Leistung bei der genutzten Laserwellenlänge. Diese wird ganz oder teilweise abgetragen.

Dadurch, daß die untere Deckschicht 4 unverletzt bleibt, bleibt das Absorberrohr 2 weiterhin geschützt, d. h. der Emissionsschutz der unteren Deckschicht bleibt erhalten. Durch die reflektierende Eigenschaft dieser unteren Deckschicht 4 lassen sich die abgetragenen Stellen, d. h. die vorgenommenen Kennzeichnungen, kontrastreicher erkennen.

Die Einstellung des Lasers in Verbindung mit einer Schicht 4 aus geeignetem, die Laserstrahlung absorbierenden Material, kann auch so getroffen werden, daß beide Schichten 4, 5 beim Beschriften abgetragen werden, allerdings ohne das Glasrohr 2 zu verletzen. Das Glas selbst liefert dann den notwendigen Kontrast.

Ein Schichtaufbau aus anderen als den beschriebenen Materialien ist möglich.

Die Kennzeichnung kann vor oder nach der Fertigstellung des Doppelrohr- Solarkollektors erfolgen, d. h. die Evakuuierung oder Edelgasfüllung hat keinen Einfluß auf den nachfolgenden Markierungsschritt. Somit brauchen auch nur Produkte, die die Abschlußqualitätsprüfung erfüllen, beschriftet werden.

Da die Kennzeichnung sich im abgeschlossenen, geschützten Innern der Solarkollektorröhre befindet, ist sie einmal nicht den rauhen Umgebungseinflüssen ausgesetzt und ist damit dauerhaft. Zum anderen ist sie dadurch fälschungssicher.

Claims (9)

1. Mit einer Kennzeichnung versehene Solarkollektorröhre, bestehend aus einem äußeren transparenten Hüllrohr (1) und einem im Innern des Hüllrohres (1) im Vakuum oder einer Edelgasfüllung angeordneten Absorberrohr (2), das an seiner Außenfläche eine Beschichtung (2a) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennzeichnung auf dem Absorberrohr (2) durch teilweisen Abtrag der Beschichtung (2a) mittels eines Laserstrahles aufgebracht ist.

2. Solarkollektorröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (2a) eine mindestens zweilagige Schicht ist, mit einer unteren, direkt auf der Außenfläche des Absorberrohres (2) aufgebrachten Deckschicht (4) aus reflektierendem Material und mindestens einer oberen Schicht (5-7) zur Absorption der Laserstrahlung zwecks selektivem Abtrag der oberen Schicht.

3. Solarkollektorröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Deckschicht (4) aus reinem, spiegelndem Aluminium und die obere Schicht (5) aus Aluminiumoxid besteht.

4. Solarkollektorröhre nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der unteren Deckschicht (14) im Bereich von 100 nm liegt.

5. Solarkollektorröhre nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der oberen Schicht (5) im Bereich von 130 nm liegt.

6. Verfahren zum Aufbringen einer Kennzeichnung an einer Solarkollektorröhre, bestehend aus einem äußeren transparenten Hüllrohr (1) und einem im Innern des Hüllrohres (1) im Vakuum oder einer Edelgasfüllung angeordneten Absorberrohr (2), das an der Außenfläche eine Beschichtung (2a) trägt, mit den Schritten:

• - Bereitstellen einer Laserbeschriftungs-Einheit (8) mit einem in der Leistung und dem Strahlprofil einstellbaren Laser, dessen Strahlung eine Wellenlänge besitzt, die das äußere Hüllrohr (1) durchdringt,
• - Einstellen des Lasers derart, daß die Beschichtung (2a) des Absorberrohres (2) unter Ausbildung der Kennzeichnung teilweise abgetragen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, durchgeführt an einer Solarkollektorröhre, bei der die Beschichtung (2a) des Absorberrohres (2) eine mindestens zweilagige Schicht ist, mit einer unteren, direkt auf der Außenfläche des Absorberrohres (2) aufgebrachten Deckschicht (4) aus reflektierendem Material und mindestens einer oberen Schicht (5-7) zur Absorption der Laserstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß nur die obere Schicht (5) selektiv abgetragen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Laser ein gepulster Nd-YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm und einer Durchschnittsleistung im Bereich bis 70 W verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8 mit einem Laser, dessen Fokussierung bis auf einen Spot von mindestens 0,1 mm einstellbar ist.