DE102009058789B4

DE102009058789B4 - Wärmedämmendes Verglasungselement und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102009058789B4
Application number: DE102009058789A
Authority: DE
Inventors: Steffen Jäger
Original assignee: Futech GmbH
Current assignee: Jaeger Steffen Dr De
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-09-22
Anticipated expiration: 2029-12-19
Also published as: DE112010004835A5; RU2012130409A; CN102859105A; JP5501475B2; CN102859105B; EP2513400A2; RU2564851C2; US20120269996A1; JP2013514245A; WO2011072646A2; WO2011072646A3; DE102009058789A1

Abstract

Ein wärmedämmendes Verglasungselement umfasst eine Glasplatten-Anordnung mit einer ersten äußeren Glasplatte und einer zweiten äußeren Glasplatte, von denen die erste äußere Glasplatte die zweite äußere Glasplatte allseits um eine Überstandfläche überragt, eine Abstandhaltereinrichtung mit Abstandhaltern, die zur Einstellung eines Abstandes zwischen den Glasplatten eingerichtet sind, und eine Randabdichtungseinrichtung, die zur Abdichtung eines Zwischenraums zwischen den Glasplatten gegenüber einer Umgebung eingerichtet ist und einen profilierten Rahmen umfasst, der vakuumdicht an der Überstandfläche der Innenseite der ersten äußeren Glasplatte befestigt ist, wobei das Verglasungselement dazu eingerichtet ist, das in dem Zwischenraum ein gegenüber dem äußeren Atmosphärendruck verminderter Druck gebildet ist, und wobei der Rahmen an einer Außenseite der zweiten äußeren Glasplatte vakuumdicht befestigt ist und am seitlichen Rand der zweiten äußeren Glasplatte einen mit dem Zwischenraum verbundenen Evakuierungsraum bildet. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung des Verglasungselements beschrieben.

Description

Gegenstand der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein wärmedämmendes Verglasungselement mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, und Verfahren zu dessen Herstellung. Es werden auch Verwendungen des Verglasungselements beschrieben.
Stand der Technik
Es ist allgemein bekannt, Vakuum-Isolierglas mit mindestens zwei Glasplatten herzustellen, die einen evakuierten Zwischenraum einschließen und über definierte Abstandhalter und eine umlaufende Randabdichtungseinrichtung miteinander verbunden sind. Die Abstandhalter sind zwischen den Glasplatten über deren Fläche verteilt, z. B. mit einem gleichmäßigen Punktraster mit einem Abstand zueinander von 20 mm bis rd. 50 mm oder darüber angeordnet. Die Erzeugung des Vakuums im Zwischenraum kann durch in einer der Glasplatten und/oder an der Randabdichtung angebrachten Evakuierungseinrichtungen und/oder in einer Vakuumkammer erfolgen. Beispielsweise ist in WO 87/03327 A1 ein Verglasungselement mit einer Glasplatten-Anordnung beschrieben, deren Randabdichtungseinrichtung einen profilierten Rahmen umfasst, der vakuumdicht an Innenseiten von äußeren Glasplatten der Glasplatten-Anordnung befestigt ist.
Das Vakuum hat die Aufgabe, Wärmeverluste durch Konvektion und Wärmeleitung des Gases zwischen den Glasplatten zu unterbinden. Sie ist die entscheidende Größe, damit mit Vakuum-Isolierglas hohe Wärmedämmwerte erreicht werden können. Deshalb werden an die Qualität des Vakuums (erreichbarer Druck), dessen Aufrechterhaltung und Verbesserung (Vakuumdichtigkeit und Getterung) sowie an die Verfahren zur Bereitstellung der Evakuierungseinrichtung und der Randabdichtungseinrichtung hohe Anforderungen gestellt. Die Randabdichtung hat eine besondere Bedeutung, weil durch diese nicht nur Vakuumdichtigkeit sicherzustellen ist, sondern auch die beim Gebrauch des Bauteils auftretenden mechanischen und thermomechanischen Beanspruchungen sowie die erzwungenen Verformungen z. B. infolge der thermischen Ausdehnungen ohne Funktionsverlust zumindest teilweise aufgenommen bzw. kompensiert werden müssen. Bei herkömmlichen Techniken wurden solche in alle Raumrichtungen wirkenden Verwerfungen bisher nicht oder nicht in ausreichendem Maße berücksichtigt.
Belastungen entstehen insbesondere durch die Kombination des äußeren Luftdruckes und der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der einzelnen Glasplatten gegeneinander. Letzteres ist darauf zurückzuführen, dass die einzelnen Glasplatten je nach deren Verwendungszweck unterschiedliche Temperaturen einnehmen. Bei einer Verglasung zum Beispiel in Gebäuden weist die innere Glasplatte üblicherweise eine nahezu konstante Temperatur auf, während die äußere Glasplatte eine demgegenüber deutlich höhere oder deutlich niedrigere Temperatur besitzen kann. Infolge der Temperaturunterschiede der Glasplatten von z. B. bis zu 60 K und darüber kommt es zu unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen und somit zu unterschiedlichen Änderungen der geometrischen Abmessungen der Glasplatten gegeneinander, die durch die Randabdichtung kompensiert werden müssen, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung der Vakuumdichtigkeit kommt. Dabei können schon bei geringfügigen Verschiebungen der Glasplatten gegeneinander derart hohe mechanische bzw. thermomechanische Spannungen entstehen, dass Beschädigungen der Glasplattenränder und/oder der Randabdichtung hervorgerufen werden und somit eine unkontrollierbare und vollständige Zerstörung des Verglasungselementes erfolgen kann. Schon bei mittleren Bauteilgeometrien von ca. 1,5 m liegen die durch die Temperaturunterschiede hervorgerufenen Änderungen der geometrischen Abmessungen im Bereich von immerhin ca. 1 mm und darüber. In der Praxis werden jedoch noch größere Bauteilabmessungen gefordert.
Eine besonders hohe Anfälligkeit besitzen die Vakuum-Isolierverglasungen in den Eckbereichen, wo sich in alle Richtungen auftretende thermische Ausdehnungserscheinungen lokal überlagern und es wegen der damit verbundenen mechanischen Spannungen sogar zu Verwerfungen oder dergleichen kommen kann.
In der Praxis können Beschädigungen oder Zerstörungen an herkömmlichen Vakuum-Verglasungselementen in Form von Rissen und Abplatzungen im gesamten Randbereich bei unsachgemäßer Verwendung von duktilen bzw. glasartigen Kleb- bzw. Bondmaterialien festgestellt werden. Zusätzlich werden bei den herkömmlichen Vakuum-Isolierverglasungen auch Verwerfungen entlang der Glaskanten beobachtet, die ihre Ursache zum Beispiel in lokalen Abschattungen, lokalen Abkühlungen oder dergleichen haben. Auch derartige lokal veränderliche bzw. lokal wirkende Belastungs- bzw. Kraftkomponenten müssen durch eine funktionsfähige Randabdichtung schadlos aufgenommen bzw. kompensiert werden können.
Für die Bereitstellung der wärmedämmenden Verglasungselemente sind hohe Anforderungen an die Verfahrenstechnologie hinsichtlich Präzision, Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit zu erfüllen. Somit besteht Interesse an Verfahren zur Herstellung der wärmedämmenden Verglasungselemente, welche die aufgezeigten Anforderungen erfüllen, eine minimale Ausschussquote aufweisen und gleichzeitig kostengünstig sind. Diese Anforderungen werden durch herkömmliche Verfahren nicht befriedigend gelöst. Einige Nachteile sowie verfahrens- und technologiebezogene Probleme bei den herkömmlichen Vakuum-Isoliergläsern sind nachstehend näher beschrieben.
Ein erster Nachteil bei den bekannten Vakuum-Isolierverglasungen ist, dass für die Evakuierung lediglich nur sehr kleine Volumina, die zwischen den Glasplatten ausgebildet sind, zur Verfügung stehen. Für typische Abstände der Glasplatten von z. B. etwa 50 μm bis 300 μm ergeben sich für die Volumina Werte von nur etwa 0,05 1 bis 0,3 l pro Quadratmeter. Demgegenüber ist die innere Oberfläche an den zu den evakuierten Zwischenräumen hin orientierten Glasoberflächen sehr groß, so dass die bekannten Vakuum-Isolierverglasungen mit ausgesprochen niedrigen Volumen-Oberflächen-Verhältnissen von kleiner 0,5 mm (typischerweise zwischen etwa 0,025 mm und 0,15 mm) ausgestattet sind. Diese besonders ungünstigen Bedingungen führen dazu, dass die an den inneren Oberflächen, in den oberflächennahen Bereichen oder den Abstandhaltern auch in nur sehr kleinen Konzentrationen adsorbierten bzw. gebundenen Restgasmoleküle (z. B. Wasser, Kohlenwasserstoffe usw.) oder andere Kontaminationen durch z. B. Desorptions- oder Diffusionsprozesse oder dergleichen freigesetzt werden und somit zu einem unerwünschten Druckanstieg in den evakuierten Zwischenräumen führen. Zur Freisetzung solcher Restgasmoleküle („virtuelle” Lecks) genügt z. B. schon eine Temperaturerhöhung oder Bestrahlung, wie sie bei den gewöhnlichen Einsatzbedingungen für die Verglasungselemente stets vorliegen. Da nur sehr kleine Volumina vorhanden sind, können die Auswirkungen der auch nur in äußerst geringen Mengen freigesetzten Restgasmoleküle extrem ungünstig sein, da der Druckanstieg zu einer deutlichen Verschlechterung der wärmedämmenden Eigenschaften der Vakuum-Isolierverglasungen bis hin zu einem Totalausfall der Bauteile nach mitunter schon kurzer Zeit führt.
Ein zweiter Nachteil herkömmlicher Vakuum-Isolierverglasungen besteht darin, dass für die Bereitstellung des erforderlichen Vakuums unterhalb von 10^–1 Pa bis 10^–3 Pa oder darunter extrem lange Evakuierungszeiten im Bereich von mehreren Minuten bis mitunter einigen Stunden benötigt werden, so dass die Herstellung der Bauteile sehr teuer ist und mitunter sogar zusätzlich ein hoher technischer und finanzieller Aufwand für die Evakuierungsanlage erforderlich ist. Bei der Evakuierung kommt es zu einem Übergang von der viskosen Gasströmung bei hohen Drücken zur molekularen Strömung bei geringen Drücken. Die molekulare Strömung setzt ein, wenn die mittlere freie Weglänge der Molekül-Molekül-Stöße etwa gleich dem Abstand der Glasplatten ist. Bei einem typischen Abstand der Glasplatten von etwa 50 μm bis 300 μm tritt diese Situation schon bei Drücken von etwa einigen Zehn Pa ein (Luft bei Raumtemperatur), die jedoch noch lange nicht genügen, um die besonders guten Wärmedämmwerte von kleiner 0,8 W/(m²K), insbesondere kleiner 0,5 W/(m²K) zu erhalten. Im Bereich der molekularen Strömung ist das Saugvermögen und somit die Evakuierungszeit in besonderem Maße von den geometrischen Bedingungen der zu evakuierenden Volumina abhängig. Zum Beispiel ist in diesem Strömungsbereich das Saugvermögen durch ein Evakuierungsrohr hindurch abhängig von der vierten Potenz des Durchmessers, so dass schon alleine eine geringfügige Vergrößerung des Querschnitts zu einer deutlichen Verkürzung der Evakuierungszeiten führt oder umgekehrt, zu geringe Durchmesser erheblich große Evakuierungszeiten nach sich ziehen.
Bei den herkömmlichen Vakuum-Isolierverglasungen liegen für eine Reduzierung der Evakuierungszeiten besonders ungünstige Bedingungen vor. Zum einen ist die Evakuierungszeit abhängig von den Querschnittsabmessungen der zwischen den Glasplatten zu evakuierenden Räume. Auf Grund der geringen Abstände der Glasplatten (geringer Leitwert) benötigen die Gasmoleküle eine sehr lange Zeit, um überwiegend durch die Stöße mit den Glasoberflächen zufällig zur und letztendlich durch die Evakuierungseinrichtung zu gelangen, um dann mittels Vakuumpumpe abgepumpt zu werden. Ein weiterer Gesichtspunkt besteht darin, dass die eigentliche Evakuierung meist lokal durchgeführt wird entweder durch ein am Rand der Verglasungseinheit oder durch ein an einer der Glasplattenoberflächen angebrachtes Evakuierungsrohr. Die Evakuierungsrohre lassen sich bei den herkömmlichen Vakuum-Isolierverglasungen aus konstruktiven Gründen aber nur mit geringen Durchmessern von typischerweise etwa 1 mm bis etwa 2 mm versehen. Diese Durchmesser sind viel zu klein, um eine schnelle und somit kostengünstige Evakuierung durchzuführen. Es ist zwar grundsätzlich möglich, gleichzeitig mehrere Evakuierungsrohre anzuordnen, um dadurch die effektive Querschnittfläche zu erhöhen, jedoch sind hierzu umfangreiche technische Einrichtungen zusätzlich vorzusehen, so dass noch höhere Kosten entstehen. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass die Gasmoleküle, die sich weiter entfernt von der Evakuierungseinrichtung befinden, den gesamten Weg durch die sehr schmale Öffnung zwischen den Glasplatten hindurch bewegen müssen, um dann über ein enges Evakuierungsrohr abgepumpt zu werden. Insbesondere bei großformatigen Verglasungselementen führt dies zu einem noch weiteren Anstieg der Pumpzeiten.
Selbst durch die Evakuierung der Vakuum-Isolierverglasungen in einer technisch aufwändigen und teuren Vakuumanlage lassen sich diese Nachteile nicht kompensieren. Zwar erlaubt dieses Verfahren eine Verkürzung der Evakuierungszeiten dadurch, dass sich die Moleküle nunmehr an allen Seiten der Verglasungselemente in die Vakuumskammer hinein bewegen und somit abgesaugt werden können. Jedoch muss berücksichtigt werden, dass die Verglasungselemente vor der Evakuierung zunächst in die Vakuumanlage eingeschleust werden müssen und daran anschließend auch die Vakuumkammer selbst bis zu guten Drücken von mindestens 10^–1 Pa bis 10^–3 Pa evakuiert werden muss, so dass hierbei ebenfalls vergleichbare und mitunter sogar noch längere Evakuierungszeiten entstehen. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass bei diesem Verfahren das vakuumdichte Verschließen der Verglasungselemente ebenfalls innerhalb der Vakuumanlage durchzuführen ist, was sich in der Praxis als sehr aufwändig und sehr teuer erwiesen hat.
Ein dritter Nachteil herkömmlicher Vakuum-Isolierverglasungen ist darin zu sehen, dass die sehr kleinen Volumina zwischen den Glasplatten keinen ausreichenden Raum bieten, um eine ausreichende Menge an Gettermaterialien aufzunehmen. Letztendlich steht auch kein genügender evakuierter Raum innerhalb der bekannten Verglasungselemente zur Verfügung, in dem die Gettermaterialien durch zum Beispiel eine thermische Verdampfung aktiviert werden können, ohne dass die verdampften Materialien für den Anwender in störender Weise sichtbar sind, was letztendlich einer Beeinträchtigung der Qualität der Verglasungselemente gleichkommt.
Einen kritischen Bereich stellen auch die Eckbereiche der herkömmlichen Verglasungselemente dar, wo sich die in verschiedenen Raumrichtungen wirkenden Längen- bzw. Formänderungen in komplexer Weise überlagern und die dort auftretenden mechanischen Spannungen besonders hohe Werte annehmen. In der Praxis werden bei den herkömmlichen Verglasungselementen Risse, Abplatzungen, Materialermüdung bis hin zu Glasbrüchen festgestellt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass schon alleine die Ausbildung von Mikroporen bzw. -rissen oder sonstigen mitunter mikroskopisch kleinen Schädigungen in den Eckbereichen genügt, die Verglasungselemente vollständig unbrauchbar zu machen, da das Vakuum im Innern der Verglasungselemente aufgrund der an diesen Stellen auftretenden Lecks nicht aufrechterhalten werden kann. Insbesondere bei der Verwendung von Folien für den Randverbund hat sich gezeigt, dass beim Herumlegen der Folien um die Ecken Falten, Knicke und dergleichen entstehen, so dass keine vollständige Vakuumdichtheit sichergestellt werden kann. Diese Probleme sind umso größer, je größer die Abmessungen der Verglasungselemente sind. Die bekannten Verfahren vermitteln keine ausreichende Lehre, nach der es dem Anwender möglich ist, Verglasungselemente bereitzustellen, welche die bestehenden Nachteile überwinden und in großen Abmessungen herstellbar sind.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verglasungselement bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Verglasungselemente vermieden werden können. Das Verglasungselement soll sich insbesondere durch eine hohe mechanische Stabilität, einen einfachen Aufbau und eine vereinfachte Herstellung auszeichnen. Die Aufgabe der Erfindung. ist es insbesondere, ein Verglasungselement mit Abmessungen von bis zu 2.500 mm Kantenlänge und darüber in frei wählbaren Geometrien (Form, Größe) derart bereitzustellen, dass ein hohes Vakuum im Verglasungselement über die gesamte Produktlebensdauer aufrecht erhalten werden kann. Die Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Verglasungselement bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken zur Herstellung von Verglasungselementen vermieden werden können.
Diese Aufgaben werden durch ein Verglasungselement bzw. Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird die obige Aufgabe durch ein Verglasungselement gelöst, das eine Glasplatten-Anordnung mit mindestens zwei Glasplatten umfasst, von denen ein erste äußere Glasplatte eine zweite äußere Glasplatte allseits um eine Überstandfläche überragt. Das Verglasungselement umfasst des Weiteren eine Abstandhaltereinrichtung mit Abstandhaltern, die zur Einstellung eines Abstandes zwischen den Glasplatten eingerichtet sind. Die Abstandhalter bilden einen Zwischenraum zwischen den Glasplatten, in dem ein gegenüber einem äußeren Atmosphärendruck verminderter Druck gebildet ist. Das Verglasungselement umfasst des Weiteren eine Randabdichtungseinrichtung, die zur Abdichtung des Zwischenraums zwischen den Glasplatten gegenüber der Umgebung eingerichtet ist. Erfindungsgemäß umfasst die Randabdichtungseinrichtung einen profilierten Rahmen, der vakuumdicht an der Überstandfläche der Innenseite der ersten äußeren Glasplatte und an einer Außenseite der zweiten äußeren Glasplatte vakuumdicht befestigt und am seitlichen Rand der zweiten äußeren Glasplatte einen mit dem Zwischenraum verbundenen Evakuierungsraum bildet.
Vorteilhafterweise wird die Randabdichtungseinrichtung durch einen profilierten Rahmen aus einem blatt- oder folienförmigen, mehrfach gebogenen, formstabilen Material gebildet. Der Rahmen umfasst Fixierbereiche (Verbindungsbereiche), an denen der Rahmen flächig mit den Glasplatten verbunden ist, und Profilflächen, die sich zwischen den Fixierbereichen erstrecken. Die Fixierbereiche umfassen zwei im wesentlichen ebene und zueinander parallele Bereiche, die durch ihre Verbindung mit den Glasplatten starr gebildet sind. Bei einer Verformung der Glasplatten (zum Beispiel durch eine thermische Ausdehnung) können keine oder nur geringe Verformungen der Fixierbereiche auftreten, so dass keine kritischen Abschälkräfte senkrecht zu den Oberflächen der Glasplatten auftreten.
Die Profilflächen, die den Übergang von einem ersten der Fixierbereiche auf der ersten Glasplatte zu dem zweiten Fixierbereich bilden, sind mechanisch verformbar. Die Profilflächen können stückweise eben oder gekrümmt sein. Teile der Profilflächen, die stärker als ihre Umgebung gekrümmt sind, werden als Bogenbereiche bezeichnet. In den Bogenbereichen besitzt der Rahmen einen Krümmungsradius von mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 1 mm. Der Rahmen bildet ein mehrfach gewelltes gewundenes oder gewölbtes Blatt, das sich entlang der Kanten der Glasplatten erstreckt. Der Rahmen hat die Gestalt eines Faltenbalgs, dessen Falten nicht geknickt, sondern gebogen sind und durch die Bogenbereiche gebildet werden.
Die Profilierung des Rahmens ist durch die Wahl des Materials und dessen Dicke so gebildet, dass bei Einwirkung des äußeren Luftdrucks die Form der Profilflächen einschließlich der Bogenbereiche nicht oder vernachlässigbar wenig geändert wird. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber der bei dem herkömmlichen Verglasungselement vorgesehenen Folie dar, bei der aufgrund der Luftdruckkräfte starke Verformungen auftreten würden, so dass das Material den bei der Verformung der Glasplatten auftretenden Kräfte nicht standhalten würde.
Vorteilhafterweise ist der formstabile Rahmen des erfindungsgemäßen Verglasungselements durch die Verbindung mit der Innenseite der größeren Glasplatte und der Außenseite der kleineren Glasplatte geeignet, sowohl die Glasplatten miteinander fest zu verbinden, als auch eventuelle Deformationen durch Bewegungen oder Größenänderungen der Glasplatten zu tolerieren, ohne die vakuumdichte Verbindung mit den Glasplatten zu unterbrechen.
Vorteilhafterweise wird durch die Verbindung des Rahmens mit der Außenseite der kleineren Glasplatte der mit dem Zwischenraum verbundene Evakuierungsraum im Vergleich zu einem herkömmlichen Verglasungselement, z. B. gemäß EP 247 098 vergrößert, so dass Vorteile für die Evakuierung des Verglasungselements und für die Aufnahme von thermischen Bewegungen der Glasplatten relativ zueinander erzielt werden.
Der Evakuierungsraum wird auch durch die mehrfache Bogenform im Profil des Rahmens im Vergleich zu einem herkömmlichen Verglasungselement vergrößert, wodurch vorteilhafterweise ein zusätzlicher evakuierbarer Puffer- und/oder Funktionsraum geschaffen wird.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird die obige Aufgabe durch ein Bauelement gelöst, das mindestens ein Verglasungselement gemäß dem obigen ersten Gesichtspunkt aufweist. Das Bauelement ist z. B. ein Fenster für ein Bauwerk oder ein Fahrzeug, das sich durch eine Langzeitstabilität der Wärmedämmung auszeichnet. Das Bauelement hat eine Außenseite, die dazu vorgesehen ist, im eingebauten Zustand des Bauelements in eine äußere Umgebung zu weisen, und eine Innenseite, die dazu vorgesehen ist, im eingebauten Zustand des Bauelements in das Innere z. B. des Bauwerks oder des Fahrzeugs zu weisen. Die größte äußere Glasplatte der Glasplatten-Anordnung kann auf der Innenseite oder der Außenseite des Bauelements vorgesehen sein.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung wird die obige Aufgabe durch Verfahren zur Herstellung eines Verglasungselements gemäß dem obigen ersten Gesichtspunkt gelöst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Rahmen des Verglasungselements mehrere Bogenbereiche auf, die sich entlang der seitlichen Kanten (Ränder) der Glasplatten erstrecken. Die Bogenbereiche können in einer Richtung parallel zur Überstandfläche gebogen sein, d. h. das Profil der Randabdichtungseinrichtung ist senkrecht zur Ausdehnung der Glasplatten gewellt. In diesem Fall können sich Vorteile für die Vergrößerung des Evakuierungsraumes durch eine Vielzahl von Bogenbereichen über der Überstandfläche ergeben. Alternativ können die Bogenbereiche in einer Richtung senkrecht zur Überstandfläche gebogen sind, d. h. das Profil der Randabdichtungseinrichtung ist parallel zur Ausdehnung der Glasplatten gewellt. In diesem Fall können sich Vorteile für die Vergrößerung des Evakuierungsraumes durch vergrößerte Profilflächen über der Überstandfläche ergeben. Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Profilflächen des Rahmens nahezu senkrecht oder nahezu parallel zur Überstandfläche ausgerichtet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Bogenbereiche, wenn sie parallel zur Überstandfläche gebogen sind, so geformt, dass die Bogenbereiche, die zu der ersten äußeren Glasplatte weisen, mindestens teilweise in mechanischem Kontakt mit deren Innenseite stehen. Die Bogenbereiche liegen an der Überstandfläche auf der Innenseite der ersten Glasplatte an, wodurch vorteilhafterweise mechanische Stützstellen gebildet werden, die den Rahmen stabilisieren. Der Erfinder hat festgestellt, dass diese Stabilisierungsfunktion überraschenderweise erfüllt werden kann, ohne dass eine Abschnürung des Evakuierungsraumes erfolgt.
Die Fixierbereiche sind entlang von Dichtflächen mit den Glasplatten verbunden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die erste Dichtfläche und die zweite Dichtfläche eben und zueinander parallel gebildet. Die Befestigung des ersten Fixierbereichs des Rahmens über die erste Dichtfläche an der stets (jeweils) größeren Glasplatte nach innen hin und die Befestigung des zweiten Fixierbereichs des Rahmens über die zweite Dichtfläche an der stets (jeweils) kleineren Glasplatte nach außen hin hat den Vorteil, dass eine Seite (Oberfläche) des Rahmenmaterials sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten äußeren Glasplatte verbunden ist. Die Verbindung erfolgt ohne einen Oberflächenwechsel, was die Stabilität des Rahmens verbessert.
Besondere Vorteile für die mechanische Stabilität der Rahmen-Glasplatten-Verbindung und die Vakuumdichtheit ergeben sich, wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung die erste Dichtfläche und die zweite Dichtfläche ein Glaslot umfassen oder dieses mindestens teilweise enthalten, das bei einer Temperatur geringer als 600°C, insbesondere geringer als 540°C, erweicht. Besonders bevorzugt weisen die Fixierbereiche einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der an den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Glasplatten und des Rahmens angepasst ist, d. h. mit minimaler Differenz zu diesen gewählt ist. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Dichtflächen mindestens eines der Oxide der Elemente Blei, Lithium, Wismut, Natrium, Bor, Phosphor und Silizium enthalten.
Vorzugsweise ist der Rahmen der Randabdichtungseinrichtung so geformt und mit den Glasplatten verbunden, dass im evakuierten Zustand des Verglasungselements der äußere Atmosphärendruck auf die ersten und zweiten Fixierbereiche des Rahmens wirkt. Dadurch werden die Fixierbereiche gegen die Dichtflächen gepresst und zusätzlich stabilisiert.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein senkrechter Abstand eines inneren, zum Evakuierungsraum weisenden Randes der ersten Dichtfläche von einem nächsten Abstandhalter kleiner oder gleich 70 mm, insbesondere kleiner oder gleich 45 mm ist.
Vorzugsweise ist der Rahmen des erfindungsgemäßen Verglasungselements mit einem oder Kombinationen der folgenden Merkmale ausgestattet. Wenn der Rahmen mindestens ein C-, U-, Z-, Ω- oder S-Profil aufweist, wird eine besonders hohe Formstabilität der Profilflächen einschließlich der Bogenbereiche erzielt. Vorzugsweise weist der Rahmen mindestens drei Bogenbereiche auf. Es können mehrere der genannten Profile kombiniert werden, um die mindestens drei Bogenbereiche mit abwechselnd entgegengesetzter Orientierung (Krümmung) zu bilden. Die Formstabilität kann des Weiteren verbessert werden, wenn der Rahmen Stabilisierungselemente, wie zum Beispiel Sicken, Furchen oder Rillen, aufweist. Auch Variationen der Dicke und/oder der Festigkeit (Steifheit), vorzugsweise entlang der Richtung der Kanten der Glasplatten und/oder senkrecht dazu, ergeben eine mechanische Stabilisierung des Rahmens. Vorzugsweise besitzt das Material des Rahmens eine Dicke, die geringer als 500 μm ist. Der Erfinder hat festgestellt, dass sich bei größeren Dicken sehr hohe mechanische Spannungen im Rahmenmaterial (z. B. an den Bögen) ausbilden können und es bei den thermischen Verformungen der Glasplatten frühzeitig zu Materialermüdung kommen kann. Außerdem kann ein zu dickes und somit zu steifes Rahmenmaterial sehr große Kräfte im Bereich der Dichtflächen hervorrufen und dadurch zu Beeinträchtigungen der Vakuumdichtheit führen. Besonders bevorzugt ist die Dicke geringer als 300 μm. Des Weiteren besitzt das Material des Rahmens vorzugsweise eine Dicke, die größer als 50 μm ist. Geringere Dicken haben sich als übermäßig empfindlich gegen mechanische Belastungen erwiesen. Besonders bevorzugt ist die Dicke größer als 70 μm.
Vorzugsweise enthält der Rahmen mindestens eines von Eisen-Nickel (FeNi), Eisen-Nickel-Chrom (FeNiCr), Eisen-Chrom (FeCr), Platin, Vanadium, Titan, Chrom, Aluminium, und Kobalt, insbesondere eine Fe-Ni-Legierung mit einem Nickelanteil von 40% bis rd. 55%, eine Fe-Ni-Cr-Legierungen, eine Fe-Cr-Legierung mit einem Chromanteil von 23% bis 30%, oder einen Edelstahl mit einem Chromanteil von 15% bis 20%.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Rahmen aus Kantenteilen und Eckverbindungsteilen zu einem geschlossen umlaufenden Bauteil zusammengesetzt. Die Kantenteile verlaufen entlang der Kanten der Glasplatten und sind in Eckbereichen der Glasplatten mit jeweils angrenzenden Eckverbindungsteilen verbunden. Die Eckverbindungsteile bestehen jeweils aus einer abgerundeten, insbesondere mehrfach gebogene, Materialbahn. Der Rahmen wird in den Eckbereichen der Glasplatten durch die Eckverbindungsteile gebildet, die mit den entlang der Längskanten verlaufenden Kantenteilen vakuumdicht verbunden sind. Der Bereich, in dem die Kanten- und Eckverbindungsteile verbunden sind, wird auch als Verbindungs- oder Übergangsbereich bezeichnet. Vorzugsweise ist eine formfolgende Verbindung vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Verglasungselement ist mit mindestens einer Evakuierungseinrichtung ausgestattet, die zur Verbindung des Verglasungselements mit einer Vakuumeinrichtung, zur Evakuierung des Evakuierungsraums und über diesen auch des Zwischenraums zwischen den mindestens zwei Glasplatten und für eine vakuumdichte Abdichtung nach der Evakuierung konfiguriert ist. Erfindungsgemäß bildet die Evakuierungseinrichtung eine Evakuierungsleitung, die durch den Rahmen hindurch der Randabdichtungseinrichtung verläuft. Die Evakuierungseinrichtung ist dazu vorgesehen, dass die Evakuierung durch den Rahmen hindurch erfolgt. Vorteilhafterweise wird dadurch im Unterschied zur herkömmlichen Evakuierung durch eine der Glasplatten, z. B. gemäß EP 247 098 , eine schnellere Evakuierung bei der Herstellung des Verglasungselements erzielt und eine Durchbohrung der Glasplatten vermieden. Der Erfinder hat festgestellt, dass die Evakuierungseinrichtung mit der erfindungsgemäß profilierten Randabdichtungseinrichtung eine ausreichend stabile und dauerhaft vakuumdichte Verbindung bildet.
Vorzugsweise weist die Evakuierungseinrichtung mindestens eine Evakuierungsleitung, die zur Ankopplung an die Vakuumeinrichtung eingerichtet ist, und einen mindestens teilweise an das Profil des Rahmens angepassten Manschettenbereich auf, der vakuumdicht mit dem Rahmen verbunden ist. Die Evakuierungsleitung hat z. B. einen runden Innen-Querschnitt (Evakuierungsrohr) oder eine andere, anwendungsabhängig gewählte Querschnittsform. Der Manschettenbereich kann erfindungsgemäß vakuumdicht mit mindestens einem der Kanten- und Eckverbindungsteile verbunden sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Evakuierungseinrichtung ein Eckteil sein, das eines der Eckverbindungsteile des Rahmens ersetzt. Das Eckteil ist z. B. ein vorgeformtes (insbesondere gestanztes, umgeformtes) metallisches Bauteil mit einer Öffnung für eine Evakuierungsleitung, die in das Eckteil eingeschweißt werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf ein Verglasungselement mit genau zwei Glasplatten beschränkt, sondern auch mit einer Glasplatten-Anordnung mit drei oder mehr Glasplatten realisierbar. Zwischen der ersten und der zweiten äußeren Glasplatte kann mindestens eine innere Glasplatte angeordnet sein, deren Fläche geringer als die Fläche der ersten äußeren Glasplatte ist, wobei der Zwischenraum zwischen den Glasplatten in den Evakuierungsraum mündet. Vorzugsweise berührt die mindestens eine innere Glasplatte die Randabdichtungseinrichtung nicht.
Die Schaffung des im Vergleich zur herkömmlichen Technik vergrößerten Evakuierungsraums mit der erfindungsgemäßen Randabdichtungseiririchtung hat einen weiteren Vorteil hinsichtlich der Anbringung von Hilfseinrichtungen im Evakuierungsraum. Beispielsweise kann im Evakuierungsraum mindestens eine Sensoreinrichtung, z. B. zur Erfassung eines Restgases bzw. dessen Eigenschaften (z. B. Wärmeleitfähigkeit, Ionisationsverhalten, Absorptions- bzw. Emissionsverhalten usw.), mindestens eine Messeinrichtung, z. B. zur Druckmessung, und mindestens eine Gettereinrichtung vorgesehen sein.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verglasungselements erfolgt zunächst die Bereitstellung der Glasplatten als Glasplattenstapel mit den Abstandhaltern der Abstandhaltereinrichtung, des Materials des Rahmens der Randabdichtungseinrichtung mit den Kanten- und Eckverbindungsteilen, und der mindestens einen Evakuierungseinrichtung. Anschließend wird das Material des Rahmens auf die gewünschten Abmessungen und Formen der Kanten- und Eckverbindungsteile zugeschnitten. Mindestens eine Öffnung wird im Material der Kanten- und/oder Eckverbindungsteile der Randabdichtungseinrichtung eingebracht, und die mindestens eine Evakuierungseinrichtung wird in der Öffnung angebracht. Anschließend erfolgen das Zusammenlegen des Glasplattenstapels, der Teile des Rahmens der Randabdichtungseinrichtung und der Evakuierungseinrichtung und die Bereitstellung der vakuumdichten Verbindungen der Kantenteile, der Eckverbindungsteile und der Evakuierungseinrichtung zur Bildung des umlaufenden Rahmens und der vakuumdichten Verbindungen des Rahmens mit den Außenseiten der äußeren Glasplatten des Glasplattenstapels. Schließlich sind die Evakuierung des Verglasungselements, die Abdichtung der Evakuierungseinrichtung und die Fixierung einer Einfassung vorgesehen, wie es von herkömmlichen Verglasungselementen bekannt ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1: schematische Schnittdarstellungen einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verglasungselements;
2 bis 4: schematische Schnittdarstellungen von Varianten eines erfindungsgemäß gebildeten Rahmens;
5A bis 5E: schematische Schnittdarstellungen von weiteren, besonders bevorzugten Varianten eines erfindungsgemäß gebildeten Rahmens;
6A und 6B: schematische Draufsichten zur Illustration von Eckverbindungsbereichen eines erfindungsgemäß gebildeten Rahmens; und
7 und 8: Illustration von Merkmalen eines von Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verglasungselements.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Verglasungselementen und Verfahren zu deren Herstellung werden insbesondere unter Bezug auf Merkmale der Randabdichtungs- und Evakuierungseinrichtungen beschrieben. Im übrigen können die Verglasungselemente realisiert sein, wie sie in DE 10 2006 061 360 , DE 10 2007 053 824 und DE 10 2007 030 031 beschrieben sind, deren Inhalt in Bezug auf die Eigenschaften, insbesondere die Bestandteile, den Aufbau, die solaren Absorptionseigenschaften, die Einrichtungen zur Vakuumerzeugung bzw. -abdichtung und die Bereitstellung von Abstandhaltern und solche enthaltende Glasplatten der Verglasungselemente in die vorliegende Beschreibung durch Bezugnahme eingeführt wird. Die Umsetzung der Erfindung ist nicht auf diese Verglasungselemente beschränkt, sondern entsprechend mit Verglasungselementen realisierbar, die insbesondere in Bezug auf die Anordnung, Form, Größe und Materialien der Glasplatten, und der Abstandhalter einen anderen Aufbau aufweisen.
Es wird betont, dass die beigefügten Zeichnungen schematische Bilder von Ausschnitten von Verglasungselementen zeigen. Bei der Umsetzung der Erfindung können geometrische oder mechanische Eigenschaften der Verglasungselemente in Abhängigkeit von den konkreten Bedingungen anders gebildet sein, als dies gezeigt ist. So erlaubt das erfindungsgemäße Verglasungselement z. B. nicht nur ebene Konstruktionen in frei wählbaren Formen und Formaten, sondern insbesondere auch gebogene oder gekrümmte Konstruktionen. Die Erfindung wird vorzugsweise mit einem Verglasungselement mit mindestens drei Glasplatten realisiert, kann aber auch mit Vakuum-Isoliergläser angewendet werden, deren Glasplatten-Anordnung aus zwei Glasplatten oder mehr als drei Glasplatten besteht.
Die 1A bis 1C zeigen Varianten des Verglasungselements 10 mit einer Glasplatten-Anordnung, die aus zwei oder drei Glasplatten 1, 2, 3 aufgebaut ist. Im Einzelnen umfasst das Verglasungselement 10 gemäß 1A eine Glasplatten-Anordnung mit einer ersten äußeren Glasplatte 1 und einer zweiten äußeren Glasplatte 2. Gemäß den 1B und 1C ist eine dritte, zwischen den Glasplatten 1, 2 angeordnete, innere Glasplatte 3 vorgesehen. Die Glasplatten weisen jeweils entsprechend innen angeordnete Oberflächen 1-2, 3-1, 3-2 und 2-1 sowie außen angeordnete Oberflächen 1-1 und 2-2 auf. Zwischen den Glasplatten 1, 2, und 3 sind evakuierbare Zwischenräume 4, 4-1, 4-2 und 4-3 gebildet. Zur Vermeidung der Wärmeverluste durch Wärmestrahlung ist mindestens eine der inneren Oberflächen 1-2, 3-1, 3-2, 2-1 mit einer Wärmeschutzbeschichtung ausgestattet (siehe z. B. DE 10 2006 061 360.0 ).
Die erste äußere Glasplatte 1 hat eine größere Fläche als die zweite äußere Glasplatte 2 und ist so angeordnet, dass die zweite äußere Glasplatte 2 entlang ihrer Kante allseits von der ersten äußeren Glasplatte 1 um eine Überstandfläche 11 überragt wird. Die Überstandfläche 11 bildet einen umlaufenden Streifen der Innenseite der ersten äußeren Glasplatte 1. Des Weiteren umfasst das Verglasungselement 10 eine Abstandhaltereinrichtung 5, die zur Einstellung der Abstände a (siehe 1A) der Glasplatten 1, 2, 3 eingerichtet ist und Abstandhalter 5 umfasst. In den Illustrationen ist z. B. vorgesehen, dass die zwischen den äußeren Glasplatten 1, 2 angeordnete dritte Glasplatte 3 an den Glasoberflächen 3-1 und 3-2 über die ersten Kontaktflächen 5-2 beidseitig mit festen Abstandhaltern versehen ist, während sich die angrenzenden Glasplatten 1 und 2 im Bereich der zweiten Kontaktflächen 5-1 der Abstandhalter 5 nahezu frei bewegen können. In den 1A bis 1C sind beispielhaft Abstandhalter 5 dargestellt, bei denen durch eine Abflachung der Kugelabschnittgeometrie sphärisch oder ähnlich geformte Kontaktflächen 5-1 vorliegen.
Des Weiteren umfasst das Verglasungselement 10 eine vakuumdichte, am Rand der Glasplatten 1, 2, 3 angeordnete vollständig umlaufende Randabdichtungseinrichtung 601–604, die zur Abdichtung der Zwischenräume 4, 4-1 und 4-2 zwischen den Glasplatten sowie eines Evakuierungsraumes 4-3 gegenüber einer Umgebung des Verglasungselements eingerichtet und mit einer Einfassung 9, 9-1, 9-2, 9-3, 9-4 (1C) eingefasst sein kann. Die Randabdichtungseinrichtung 601–604 bildet einen profilierten Rahmen 6 und wird auch mit dem Bezugszeichen 600 in 6 gezeigt. Der Rahmen 6 umfasst Fixierbereiche 601, 602, an denen der Rahmen 6 über Dichtflächen 6-1, 6-2 mit den Glasplatten verbunden ist, und zwischen den Fixierbereichen 601, 602 (621, 622 und 631, 632) eine Profilfläche 603 mit mehreren Bogenbereichen 604. Die Bogenbereiche 604 erstrecken sich entlang der seitlichen Ränder der Glasplatten (in 1 senkrecht zur Zeichenebene) und sind in einer Richtung parallel zur Überstandfläche 11 gebogen. Zwischen den Bogenbereichen 604 ist die Profilfläche 603 des Rahmens 6 nahezu senkrecht zur Überstandfläche 11 ausgerichtet. Alternativ können die Bogenbereiche 604 in einer Richtung senkrecht zur Überstandfläche 11 gebogen sein (siehe z. B. 5). In diesem Fall ist die Profilfläche 603 zwischen den Bogenbereichen 604 nahezu parallel zur Überstandfläche 11 ausgerichtet.
Der Rahmen 6 setzt sich aus Kantenteilen, die z. B. in den 1 bis 5 im Schnitt gezeigt sind, und Eckverbindungsteilen zusammen, die unten unter Bezug auf 6 beschrieben werden.
Zur Verbesserung bzw. Aufrechterhaltung des Vakuums sind Gettermaterialien und/oder mit Getterwirkung versehene Einrichtungen 400 vorgesehen. Durch den profilierten Rahmen 6 oder Teile davon führt eine seitliche Evakuierungseinrichtung 710, 711, in der z. B. ein Dichtelement 8 angeordnet ist (1C). Alternativ kann die Evakuierung durch mindestens eine Öffnung vorgesehen sein, die an mindestens einer der nach außen angeordneten Plattenoberflächen der Glasplatten angeordnet ist.
Wie der Erfinder durch Versuche festgestellt hat, können die Nachteile der herkömmlichen Verglasungselemente überraschenderweise durch die Bereitstellung zusätzlicher, an den Glasplatten vollständig umlaufender evakuierter Evakuierungsräume 4-3 beseitigt werden, welche durch die Art der Anbringung und die Geometrie des profilierten Rahmens 6 und der Evakuierungseinrichtungen 71 bestimmt sind.
Durch die Erfindung ist es möglich, das wichtige Volumen-Oberflächen-Verhältnis im evakuierten Innenbereich des Verglasungselementes 10 entscheidend zu verbessern. Je nach Ausführungsvariante (Größe und Anzahl der Glasplatten, Anbringung und Geometrie des profilierten Rahmens usw.) lassen sich die Volumen-Oberflächen-Verhältnisse bis etwa 100% und sogar darüber steigern. Die Bedeutung dieser Erhöhung wird vor allem darin deutlich, dass die Produktlebensdauer der erfindungsgemäßen Verglasungselemente 10 im Vergleich zu den herkömmlichen Vakuum-Isolierverglasungen (siehe sonst identische Bedingungen wie z. B. Leckrate usw.) bei einer Erhöhung um 100% verdoppelt werden kann, demnach sich die erfindungsgemäßen Verglasungselemente statt bisher 20 Jahre nunmehr sogar 40 Jahre verwenden lassen. Zusätzlich ergeben sich deutliche Vorteile bei der Produktion durch z. B. eine Verkürzung der Pumpzeiten.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass die bei der Ausdehnung/Verformung der Glasplatten 1, 2, 3 auftretenden mitunter hohen Scher- und Torsionskräfte durch die erfindungsgemäßen Randabdichtungs- und Evakuierungseinrichtungen 6, 600, 71 besonders gut kompensiert und damit unschädlich gemacht werden können, so dass sich die Verglasungselemente 10 in frei wählbaren Größen und Formen bereitstellen lassen. Diese gegenüber dem Stand der Technik festgestellten Vorteile sind vorzugsweise auf das komplexe Zusammenspiel der Besonderheiten der Erfindung zurückzuführen, welche die Anordnung der Glasplatten 1, 2 verschiedener Größen, und die spezifische Anbringung des Rahmens 6 ausschließlich nur an den Glasplattenoberflächen 1-2, 2-2, und die Anordnung mindestens eines Bereiches des profilierten Rahmens 6 entlang der Kanten der Glasplatten 1, 2 umfassen.
Durch die erfindungsgemäße Einrichtung der zusätzlichen Evakuierungsräume 4-3 ist es möglich, Sensoren, Messfühler oder dergleichen zur Charakterisierung bzw. Kontrolle des Vakuums und somit indirekt auch zur Messung der wärmedämmenden Eigenschaften des vakuumdicht verschlossenen Bauteils zu integrieren. Dies können z. B. elektrisch, optisch, schwingungsangeregt wirkende Druckmesseinrichtungen oder Kombinationen daraus, und/oder Einrichtungen, die Materialien enthalten, deren physikalische Eigenschaften sich druckabhängig ändern (z. B. Reflexions-, Absorptions-, Farbeigenschaften durch z. B. Adsorbate, chemische Reaktionen oder dergleichen, druckabhängige Verdampfungs- und/oder Sublimationseigenschaften, Kombinationen daraus). Zum Auslesen der direkten oder indirekten Messgrößen bzw. -informationen für den Druck können z. B. elektrische Durchführungen im profilierten Rahmen 6 und/oder eine kontaktlose optische Betrachtung durch die Glasplatte 1 und/oder elektro-magnetisch wirkende Einrichtungen vorgesehen sein.
Die 2A und 2B zeigen den profilierten Rahmen 6, der mindestens teilweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht. In vorteilhafter Weise umfasst der profilierte Rahmen 6 mindestens zwei nahezu ebene und zueinander annähernd parallel angeordnete Fixierbereiche 601 und 602, zwischen denen eine aus einer oder mehreren Windungen, Bögen, Abrundungen, Abflachungen oder dergleichen bestehende, mechanisch verformbare Profilfläche 603 (hier beispielhaft als S-förmige Geometrie dargestellt) vorgesehen ist.
Die Bereitstellung der Vakuumdichtheit des Vergasungselementes 10 bzw. das asymmetrische Anbringen des profilierten Rahmens 6 an das Verglasungselement 10 erfolgt über die Dichtflächen 6-1, 6-2, die erfindungsgemäß mindestens teilweise zwischen den Fixierbereichen 601, 602 des profilierten Rahmens 6 und den jeweils zu einer gemeinsamen Außenseite hin gerichteten Glasplatten 1, 2 (siehe 1 und 2B) angebracht sind. Bevorzugt sind die Glasplatten 1, 2 dabei unterschiedlich groß und werden entsprechend der 1, 2 gegeneinander versetzt angeordnet. Die Glasplatte 1 ist dabei stets größer als die weiteren Glasplatten 2, 3 eingerichtet.
Erfindungsgemäß erfolgt das Anbringen des profilierten Rahmens 6 in der Weise, dass zuerst an der jeweils größeren der beiden Glasplatten 1, 2 die Dichtfläche 6-1 im Randbereich der nach innen, zu den Zwischenräumen 4, 4-1 hin weisenden Oberfläche 1-2 der Glasplatte 1 vorbereitet wird, und, an der gegenüber der Glasplatte 1 kleineren Glasplatte 2 die Dichtfläche 6-2 am Rand der nach außen hin gerichteten Oberfläche 2-2 vorbereitet wird, und, zum Dritten ein zusätzlicher Evakuierungsraum 4-3 mit einer mittleren Querschnittsfläche A_V eingerichtet wird. Die Ausdehnungen x₁, x₂ der zueinander zumindest annähernd parallel ausgerichteten Fixierbereiche 601, 602 des profilierten Rahmens 6 werden auf Werte zwischen etwa 3 mm und etwa 15 mm eingestellt.
Besonders vorteilhaft ist, dass das erfindungsgemäße asymmetrische Anbringen der Randabdichtungseinrichtung 601–604 an den stets zu einer gleichen Außenseite hin orientierten Glasplatten 1 und 2 dabei nicht auf Glasplattenanordnungen bestehend aus nur zwei oder drei Glasplatten beschränkt ist, sondern auf eine beliebige Anzahl von Glasplatten mit beliebigen Dicken problemlos angewendet werden kann. Die innen angeordnete Glasplatte 3 hat keinen Kontakt zur Randabdichtungseinrichtung 601–604, so dass diese auch nach der Fertigstellung des Verglasungselementes 10 zwischen den Glasplatten 1, 2 frei beweglich, d. h. verschiebbar ist. Die Anordnung der Kante 300 der Glasplatte 3 (siehe 2C) gegenüber der Kante 200 der Glasplatte 2 ist vorzugsweise etwas nach innen, zur Bauteilmitte hin versetzt oder in etwa bündig, damit Beschädigungen bei der Montage oder dem Gebrauch des Verglasungselementes 10 vermieden werden können. Für den Abstand x₅ (siehe 2C) zwischen dem profilierten Rahmen 6 und der Kante 300 der innen liegenden Glasplatte 3 ist es vorteilhaft, wenn dieser mindestens etwa 1 mm beträgt, damit die Evakuierungszeiten verringert werden können. Auch der Abstand x₆ (siehe 2C) zwischen dem profilierten Rahmen 6 und der Kante 200 der Glasplatte 2 ist auf mindestens etwa 1 mm oder größer eingerichtet. Die mittlere Querschnittsfläche A_V entspricht der Fläche, die durch die zum Inneren des Verglasungselementes hin weisende Rahmengeometrie, den Glaskanten 200 und 300 und dem Bereich 120 der Glasplattenoberfläche 1-2 aufgespannt ist.
Damit die Glasplatten beim Einbau in Gebäude, in technische Einrichtungen usw. möglichst effektiv genutzt werden, werden die Abstände x₈ zwischen der Kante 100 der jeweils größten Glasplatte 1 des Glasplattenstapels (siehe 2C) und dem Fixierbereich 601 so gering wie möglich gewählt (typischerweise etwa 1 mm bis 3 mm). In anderen Einbauvarianten kann es vorteilhaft sein, den Abstand x₈ sogar etwas zu vergrößern (z. B. auf etwa 5 mm bis 10 mm), so dass die Glasplatte 1 deutlich über den profilierten Rahmen 6 hinausragt, weil sich dadurch die mechanische Stabilität der Verglasungselementen 10 weiter steigern lässt.
Der Abstand x₇ zwischen den zur Randabdichtungseinrichtung 601–604 hin am nächsten angeordneten Abstandhaltern 500 und dem zu den Abstandhaltern 500 am nächsten hin orientierten inneren Bereich der Dichtfläche 6-1 wird vorzugsweise so gewählt, damit einerseits die kritischen Biege-Zug-Spannungen im Randbereich der Glasplatte 1 infolge des einwirkenden Luftdruckes veimieden bzw. minimiert und andererseits noch ausreichend große evakuierbare Volumina 4-3 bzw. genügend große Querschnittsflächen A_V bereitgestellt werden können. Die Abstände x₇ sollten bei Verwendung von nicht vorgespannten bzw. ungehärteten Gläsern mit Dicken von z. B. ca. 3 mm bis 6 mm für die Glasplatte 1 auf Werte von kleiner oder gleich etwa 45 mm eingestellt werden. Für gehärtete und/oder dickere Glasplatten 1 lassen sich auch größere Abstände (z. B. bis etwa 70 mm bei 10 mm dickem Glas) verwenden.
In den 1, 3, 4, 5, 8 sind Verglasungselemente oder Teile davon im seitlichen Schnitt dargestellt, bei denen der profilierte Rahmen unten angeordnet ist. Die Erfindung schließt spiegelbildliche Anordnungen und Konstruktionen mit von oben angebrachten profilierten Rahmen usw. mit ein, da sich die erfindungsgemäßen Vorteile für das Verglasungselement 10 dadurch nicht ändern.
Für die Ausgestaltung der Profilfläche 603 mit den Bogenbereichen 604 der profilierten Rahmen 6 lassen sich erfindungsgemäß verschiedene Geometrien oder Kombinationen daraus verwenden. In 3 sind einige bevorzugte Ausgestaltungsvarianten dargestellt, bei denen die umlaufenden Rahmen 6 in den Randbereichen der Glasplattenoberflächen 1-2 und 2-2 mit den Glasplatten 1 und 2 vakuumdicht verbunden sind. Wie in den 2, 3A bis 3G dargestellt ist, kann die Profilfläche 603 des Rahmens 6 zum Beispiel eine C-, U-, Z-, S-, Ω-, eine aus verschiedenen Geometrien mehrgliedrig zusammengesetzte, eine stufen-, eine bogenförmige/-artige und/oder geometrisch ähnliche Form oder auch Kombinationen daraus aufweisen. Es sind auch Varianten möglich, bei denen sich Teile der Randabdichtungseinrichtung 601–604 zum Beispiel über die Kantenebene 100 der Glasplatte 1 hinaus erstrecken (vergleiche die 3D, 3E) und/oder über die Oberfläche 2-2 der Glasplatte 2 und/oder über die Oberfläche 1-1 der Glasplatte 1 (hier nicht dargestellt) hinausragen. Bei Verwendung solcher Ausführungsformen ist zu beachten, dass der Rahmen 6 schon bei einfachen mechanischen Beanspruchungen (zum Beispiel beim Verpacken, beim Transport, bei der Installation der Verglasungselemente 10 usw.) beschädigt und damit zerstört werden könnte und deshalb vorzugsweise durch eine zusätzliche äußere Schutzeinrichtung (Einfassung 9) geschützt wird.
Der profilierte Rahmen 6 kann an den Fixierbereichen 601, 602, zum Beispiel zwecks zusätzlicher Abdichtungen und/oder zur Kopplung von mehreren Verglasungselementen 10 oder anderen Bauteilen und/oder zur Herstellung von Verbindungen zu Rahmen-, Halte- bzw. Handlingseinrichtungen usw., mit anderen Teilen erweitert oder kombiniert werden.
Neben den unterschiedlichen Geometrien entsprechend der 3 können die profilierten Rahmen 6 in der Profilfläche 603 mit weiteren konstruktiven, die Festigkeit des Profils beeinflussenden Elementen, wie zum Beispiel mit Sicken, Furchen, Rillen oder dergleichen versehen sein. Die mechanischen Eigenschaften lassen sich auch durch die Bereitstellung von Rahmen 6, die aus einem metallischen Material mit veränderlicher Dicke und/oder mit veränderlicher Festigkeit (zum Beispiel mittels einer lokalen Wärmebehandlung) bestehen, in gewissen Grenzen beeinflussen.
Die 4 zeigt beispielhafte bevorzugte Ausgestaltungsvarianten mit wechselnden Biegeradien, bei denen die Profilfläche 603 des Rahmens 6 eine C-förmige Basisgeometrie (großer Biegeradius) aufweist und die Bereiche 609 mit verringerten Biegeradien versehen sind, so dass in diesen Bereichen gezielt eine lokale Verfestigung des profilierten Rahmens 6 möglich ist.
Besonders bevorzugte Varianten für den profilierten Rahmen 6 umfassen entsprechend 5 eine Profilfläche 603, die mindestens einen ersten Bogenbereich 604 und mindestens einen zweiten Bogenbereich 605 (siehe 5A bis 5E) enthält, wobei mindestens einer der Bogenbereiche (605) nahe der Glasplattenoberfläche 1-2 angeordnet ist und die Stegbereiche 606 zwischen den Bogenbereichen 604, 605 zumindest teilweise nahezu parallel oder leicht geneigt zu den Kantenebenen 100, 200 verlaufen. Die Durchmesser der Biegungen in den Bögen werden vorzugsweise auf Werte von mindestens etwa 1,0 mm oder größer eingerichtet. Die Bereiche 606 zwischen den Bogenbereichen sind so dimensioniert, dass der profilierte Rahmen den von der Glasplattenoberfläche 1-2 und dem von der Kantenebene 200 gebildeten Raum gut ausfüllt und noch ein möglichst großer Evakuierungsraum 4-3 zur Verfügung steht. Der Biegeradius für die Übergangsbereiche 607 zwischen der Profilfläche 603 und den Fixierbereichen 601, 602 wird vorzugsweise so angepasst, dass an diesen Stellen keine größeren Verformungen auftreten können.
Die 5A, 5B zeigen Ausformungen, bei denen die Profilfläche 603 jeweils genau einen ersten Bogenbereich 604 und einen zweiten Bogenbereich 605 umfasst. Besonders bevorzugt sind Ausgestaltungsvarianten, bei denen entsprechend der 5C jeweils genau zwei oder entsprechend der 5D jeweils genau drei Bogenbereiche 604 und 605 eingerichtet sind. Durch die Verwendung von vier und mehr Bogenbereichen lassen sich zwar die Volumina in den Evakuierungsräumen 4-3 weiter vergrößern, jedoch können sich auch die Kosten auf Grund der aufwändigeren Herstellung der Profile erhöhen.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass sich die Gebrauchsfähigkeit von großformatigen Verglasungselementen durch die spezifische Anordnung von Teilen des Rahmens sogar noch steigern ließ. Diese besteht darin, dass erfindungsgemäß mindestens ein Bogenbereich 605 so angeordnet ist, dass dieser die Glasplattenoberfläche 1-2 im Bereich 608 mindestens teilweise direkt berührt (siehe die 5C, 5D). Um die dabei auftretenden Reibungskräfte und somit die Beschädigungen an den Kontaktstellen zwischen dem Bogenbereich 605 und der Glasplattenoberfläche 1-2 zu reduzieren, können die Oberflächen der angrenzenden Materialien mit reibungsmindernden Beschichtungen oder dergleichen versehen sein.
Durch die Bereitstellung der Bogenbereiche 609 (siehe 5E), die gegenüber den Hauptbögen mit anderen Biegeradien versehen sein können, lassen sich in vorteilhafter Weise einerseits die Volumina der Zwischenräume 4-3 noch weiter vergrößern und andererseits die Gesamtsteifigkeit des Rahmens in gewissen Grenzen weiter erhöhen, so dass auch die mechanischen Spannungen, insbesondere an den Dichtflächen 6-1, 6-2, weiter verringert werden können.
Die in 5 gezeigten Ausführungsvarianten sind nur beispielhaft zu verstehen. Erfindungsgemäß lassen sich die Bogenbereiche 604, 605, 607, 609 mit frei wählbaren und/oder voneinander verschiedenen Biegeradien versehen, und/oder, unterschiedlich lange und/oder mit unterschiedlichen Neigungswinkeln versehene Bereiche 606 bilden, und/oder, Kombinationen mit anderen Geometrien verwenden, um stabile und gebrauchsfähige Verglasungselemente 10 zu erhalten.
Für die Bereitstellung des profilierten Rahmens 6 lassen sich bekannte Biegeumformverfahren wie z. B. das Stanzen nutzen. Jedoch sind diese Verfahren für Profillängen von circa 1500 mm und darüber sehr aufwändig und teuer. Die profilierten Rahmen 6 werden in bevorzugter Weise durch das Roll- bzw. Walzprofilier-Verfahren, das Gleitziehbiegen oder Kombinationen daraus bereitgestellt. Es hat sich gezeigt, dass mit den bevorzugten Verfahren der profilierte Rahmen 6 in sehr guter Präzision und in nahezu beliebigen Profillängen kostengünstig herstellbar ist. Bei Verwendung von Metallen oder Metalllegierungen für den profilierten Rahmen 6 sind Dicken für den profilierten Rahmen 6 von vorzugsweise etwa 50 μm bis etwa 300 μm vorgesehen. Die konkrete Materialdicke ist vom Anwender in Abhängigkeit von der verwendeten Profilkonstruktion sowie von den eingesetzten Materialien auszuwählen. Vorzugsweise sind die Dicken aller Materialien in dem bevorzugten Dickenbereich gewählt.
Die Dichtflächen 6-1, 6-2 zwischen dem profilierten Rahmen 6 und den Glasplatten 1, 2 umfassen vorzugsweise Glaslot, Glasfritten, einen glasartigen Werkstoff oder diese Stoffe enthaltende Substanzen, ein Metall oder eine Metalllegierung, ein anorganisches Kompositmaterial, ein organisches Kompositmaterial, eine Sol-Gel-Verbindung, einen Klebstoff und/oder ein permeationsfestes Polymer oder Kombinationen daraus. Entscheidend ist, dass die für die Dichtflächen 6-1, 6-2 verwendeten Materialien so beschaffen sind, dass eine hohe und langlebige Vakuumdichtheit, eine sehr gute Haftung an den Glasplatten 1, 2 und dem profilierten Rahmen 6 sowie eine ausreichende thermomechanische Festigkeit des Verglasungselementes 10 sichergestellt sind. In einer besonders bevorzugten Variante wird mindestens teilweise ein bei geringen Temperaturen (< 540°C) erweichendes Glaslot oder ein solches enthaltendes Material verwendet, welches den gleichen oder einen mindestens nahe gelegenen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Glasplatten 1, 2 und der profilierte Rahmen 6 besitzt, und, bevorzugt bei Temperaturen von kleiner oder gleich rd. 540°C aufgeschmolzen wird, und, mindestens eines der Oxide der Elemente Blei, Lithium, Wismut, Natrium, Bor, Phosphor und/oder Silizium enthält. Wenn die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den jeweils direkt aneinander angrenzenden Materialkombinationen Rahmen-Dichtfläche und Dichtfläche-Glasplatte gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung kleiner oder gleich etwa ±1·10^–6 K^–1 ist, ergeben sich Vorteile für eine besonders spannungsarme Verbindung.
Damit bei bevorzugten Verwendung der glaslothaltigen Materialien eine ausreichende mechanische Festigkeit und Vakuumdichtheit sichergestellt ist, wird für die Dichtflächen 6-1, 6-2 eine Dicke im Bereich von vorzugsweise etwa 20 μm bis etwa 800 μm, vorzugsweise zwischen etwa 20 μm und etwa 600 μm vorgesehen, während die Breite der Dichtflächen 6-1, 6-2 auf Werte im Bereich von etwa 1 mm bis ca. 15 mm, vorzugsweise zwischen etwa 1 mm und etwa 10 mm eingerichtet ist.
Durch die Verwendung von metallischen Rahmen 6 lässt sich deren gute elektrische Leitfähigkeit auch für ein lokales Heizen der Dichtflächen 6-1, 6-2 zumindest teilweise mit nutzen. Dabei werden analog zu einem Widerstandsheizer Elektroden an den Rahmen angebracht und auf diese Weise ein Stromfluss zumindest durch Teile des Rahmens erzeugt.
Eine bevorzugte Variante der Erfindung umfasst auch Maßnahmen zur Verbesserung der Haftung und somit der Belastbarkeit insbesondere gegenüber Scherkräften an den Kontaktstellen Glasplatten-Dichtflächen-Rahmen, die zum Beispiel durch das Auftragen von zusätzlichen Haft- bzw. Benetzungsschichten und/oder durch eine Oberflächenaktivierung und/oder durch eine Oberflächenoxidation vorgesehen sind. Eine besonders bevorzugte Ausführung besteht darin, den profilierten Rahmen 6 mindestens in den zu den Dichtflächen 6-1, 6-2 hin orientierten Seiten der Fixierbereiche 601, 602 mindestens teilweise mit einer definierten Oberflächenrauhigkeit zu versehen. Dadurch ist es möglich, eine noch bessere Anhaftung des glaslothaltigen Materials an der metallischen Oberfläche bereitzustellen.
In den Fixierbereichen 601, 602 lassen sich zusätzliche konstruktive Elemente wie zum Beispiel Öffnungen, Sicken, Furchen, Rillen, Erhöhungen, andere Oberflächenmodifizierungen oder dergleichen zur Verbesserung der Haftung und Belastbarkeit an der Kontaktstelle Dichtfläche-Rahmen, und/oder zur definierten Einstellung der Dicke der Dichtflächen vorsehen.
Im Falle von Glaslote oder ähnliche Substanzen enthaltenden Dichtflächen 6-1, 6-2, umfasst der profilierte Rahmen 6 besonders bevorzugt mindestens einen Bestandteil, der mindestens teilweise aus mindestens einer der Metalllegierungen, -verbindungen bzw. -komponenten wie z. B. Eisen-Nickel (FeNi), Eisen-Nickel-Chrom (FeNiCr), Eisen-Chrom (FeCr), und/oder mindestens teilweise aus mindestens einem der Metalle Platin, Vanadium, Titan (sowohl als Basiskomponente als auch Legierungskomponente), Chrom (als Legierungskomponente), Aluminium (als Legierungskomponente), Kobalt (als Legierungskomponente) besteht. Als ganz besonders geeignet erwiesen sich z. B. folgende verfügbare Legierungen: Fe-Ni-Legierungen mit einem Nickelanteil von rd. 40% bis rd. 55% (z. B. FeNi48 oder FeNi52), Fe-Ni-Cr-Legierungen (z. B. FeNi42Cr6, FeNi47Cr5-6, FeNi48Cr6 usw.), Fe-Cr-Legierungen mit einem Chromanteil von etwa 23% bis zirka 30% (z. B. FeCr28), spezielle Edelstähle mit einem Chromanteil von etwa 15% bis 20% (z. B. X6Crl7). Es können auch andere Legierungsbestandteile zugesetzt werden.
Zur Bereitstellung der Dichtflächen 6-1, 6-2 können in weiteren Ausgestaltungsvarianten bei niedrigen Temperaturen (unterhalb von ca. 300°C) schmelzende metallische Lote verwendet werden, die mindestens eine der Substanzen Zinn, Indium und/oder eine Zinn-Indium-Legierung mindestens teilweise umfassen und/oder mindestens einen Legierungsbestandteil enthalten, der mindestens eines der Elemente Ag, Sb, Al, Bi, Cu, Au und Ni umfasst. Da hier die Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Verbundpartner etwas größer sein können als bei den glaslothaltigen Dichtflächen, können auch solche Metalle bzw. Metalllegierungen wie z. B. Aluminium, weitere Fe-Ni-Stähle usw. verwendet werden.
Um einerseits überhaupt eine Haftung des metallischen Lotes an den Glasoberflächen 1-2, 2-2 und andererseits eine gute vakuumdichte und langzeitstabile Dichtung zu erhalten, ist es erforderlich, an den Glasoberflächen 1-2, 2-2 der Fixierbereiche 601, 602 oder zumindest Teilen davon eine lötbare und/oder benetzungsverbessernde und/oder reaktions- und/oder legierungswirksame und/oder elektrolytisch aktive Verbindungsschicht und/oder ein mit diesen Funktionen versehenes, aus mehreren Beschichtungen aufgebautes Schichtpaket aufgetragen. Derartige Beschichtungen lassen sich aber auch auf die entsprechenden Oberflächen des metallischen Rahmens 6 applizieren.
Vorteilhafterweise können die in DE 10 2007 030 031 B3 für eine reaktive Verbindungsschicht beschriebenen Materialien sowie die Verfahren zu deren Bereitstellung auf die aus einem metallischen Lot gebildete Dichtflächen 6-1, 6-2 verwendet werden.
Eine andere Variante zur Bereitstellung wenigstens eines Teils der Dichtflächen 6-1, 6-2 sieht vor, eine z. B. aus einem Metall (z. B. Aluminium) bestehende Folie oder ein mindestens teilweise an den Oberflächen mit einem solchen Material versehenes Rahmen 6 mit den Glasoberflächen 1-2, 2-2 zu verbinden, ohne dass ein zusätzliches Dichtungsmaterial angebracht wird. Die Haftvermittlung zwischen der Metallfolie bzw. dem Rahmen wird vorzugsweise z. B. durch Ultraschallschweißen oder dergleichen bereitgestellt.
Die Erzeugung des Vakuums und das vakuumdichte Verschließen des Verglasungselementes 10 erfolgen durch mindestens eine seitlich angebrachte Evakuierungseinrichtung 71. Es ist vorgesehen, in der Profilfläche 603 des metallischen Rahmens 6 eine kleine Öffnung, z. B. in Form einer Bohrung oder dergleichen, vorzusehen und an dieser Stelle ein rundes Evakuierungsrohr 710 mittels z. B. Laserschweißen anzubringen. Diese Variante hat sich jedoch als weniger geeignet erwiesen, weil die Montage kompliziert, störanfällig und mit hohen Ausschussraten verbunden sein kann. Stattdessen können diese Nachteile erfindungsgemäß dadurch beseitigt erden, dass die Evakuierungseinrichtung 71 an der Kontaktfläche Evakuierungseinrichtung-Rahmen mindestens einen Manschettenbereich umfasst, der eine zum Rahmen 6 zumindest annähernd formfolgende Geometrie (siehe 711 in 1C) aufweist, an dem die vakuumdichte Verbindung mindestens teilweise bereitgestellt wird. Dadurch ergibt sich eine zumindest teilweise gut verformbare und somit wenig störanfällige Konstruktion, so dass Produktionskosten eingespart werden. Alternativ kann der Manschettenbereich mit einer vom Profil des Rahmen 6 abweichenden Form gebildet sein, die allerdings am Rand des Manschettenbereiches mit dem Rahmen 6 vakuumdicht verbunden werden kann. Eine Abdichtungseinrichtung 8 ist dazu vorgesehen, das Evakuierungsrohr bzw. Kopplungselement 710 nach der Evakuierung und dem Erreichen eines Vakuumdruckes von vorzugsweise mindestens kleiner oder gleich etwa 1·10^–1 Pa vakuumdicht zu verschließen.
Unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Verglasungselementen und Verfahren zu deren Herstellung, insbesondere unter Bezug auf die Evakuierungs-, Abdichtungs- und Vakuumerzeugungseinrichtungen, insbesondere die verwendeten Materialien, die Bestandteile, den Aufbau, den Einbau, die Bereitstellungsverfahren, die Durchführung der Vakuumerzeugung usw., wie sie im Patent DE 10 2007 030 031 B3 beschrieben sind, lassen sich für die Evakuierungseinrichtung 71 verwenden.
Die Evakuierungseinrichtung 71 (vergleiche 1C, 6A) umfasst mindestens ein Evakuierungsrohr bzw. Kopplungselement 710, das zur Ankopplung an eine Vakuumerzeugungsanlage und/oder zur vakuumdichten Verbindung mit mindestens einer weiteren evakuierten bzw. zu evakuierenden Einrichtung (z. B. ein weiteres Verglasungselement, eine evakuierte Rahmen- bzw. Haltekonstruktion, ein Vakuumpaneel bzw. -fassadenelement bzw. sonstiges Isolierungselement usw.) eingerichtet ist, und einen mindestens teilweise formfolgenden Manschettenbereich 711, an dem mindestens teilweise die vakuumdichte Verbindung zum Rahmen 6 bereitgestellt wird. Die vakuumdichte Verbindung zu den Glasplatten 1, 2 wird durch die Dichtflächen 6-1, 6-2 in den Bereichen 631, 632 bereitgestellt.
Durch die Evakuierungseinrichtung 71 ist es im Unterschied zu den herkömmlichen Verfahren möglich, die für die Evakuierung erforderliche Öffnung mit einer größeren Querschnittsfläche (mindestens etwa 6 mm² bis 20 mm² und sogar darüber gegenüber nur etwa 1 mm² bis etwa 3 mm² bei den bekannten Verfahren) zu versehen, so dass sich die Evakuierungszeiten, insbesondere im Druckbereich der molekularen Strömung, um ein Vielfaches auf mitunter wenige 10 Sekunden und darunter verkürzen lassen. Dadurch werden nicht nur die Produktionszeiten verkürzt, sondern es können auch Investitionskosten bei der Vakuumtechnik eingespart werden.
Das Evakuierungsrohr bzw. Kopplungselement 710 weist bevorzugt einen kreisrunden, ovalen oder elliptischen Querschnitt auf, jedoch lassen sich auch davon abweichende, nahezu beliebige Geometrien, zum Beispiel mit einem quadratischen, rechteckigen, segmentierten, knick- bzw. verformbaren, gewellt oder mehrgliedrig geformten Querschnitt oder dergleichen, zum Einsatz bringen. Das in der 2C im seitlichen Schnitt dargestellte Evakuierungsrohr bzw. Kopplungselement 710 besitzt im einfachsten Fall eine zylindrische Form, bei der beide Seiten vollständig geöffnet sind. Es sind auch andere Varianten hinsichtlich der Rohrgeometrie und des Einbaus möglich. Das Evakuierungsrohr bzw. Kopplungselement 710 kann parallel zu den Glasplattenkanten (siehe 2C) oder aber auch in einer beliebigen schrägen Lage oder auch nach unten hin eingebaut sein. Weitere Ausführungsvarianten sehen vor, dass das Evakuierungsrohr bzw. Kopplungselement 710 oder Teile davon weiter in die Zwischenräume 4-3 hineinragen, wobei jedoch zwischen der nach innen gerichteten Öffnung des Evakuierungsrohres 710 und den Kanten 200, 300 ein Abstand von vorzugsweise mindestens 1 mm und größer vorzusehen ist, damit sich die Evakuierungszeiten nicht unnötig verlängern.
Das Evakuierungsrohr bzw. Kopplungselement 710 wird in vorteilhafter Weise auf der nach außen gerichteten Seite mit geometrisch verformten Teilen, Adapter, Verbindungs-, Kopplungsstücken oder dergleichen eingerichtet, damit die Verbindung zu einem Vakuumapparat in sehr einfacher Weise geschehen kann.
Für das Evakuierungsrohr bzw. Kopplungselement 710 sind das Material und die Materialdicke so vorzusehen, dass es einem Druck von mindestens 1 bar standhält und keine Poren, Risse oder andere, die Gasundurchlässigkeit negativ beeinflussenden mikroskopischen Schädigungen auftreten. Bei Verwendung der bevorzugten metallischen Materialien erwies sich in Abhängigkeit der jeweils konkreten Geometrie eine Dicke von etwa 50 μm bis 400 μm als gut geeignet.
In bevorzugter Weise werden für die Evakuierungsrohre bzw. Kopplungselemente 710 solche Metalle oder Metalllegierungen oder diese enthaltende Stoffe verwendet, die auch für die formfolgenden Manschettenbereiche 711 verwendet werden. Es ist vorteilhaft, wenn die Evakuierungseinrichtungen 71 durch z. B. mehrstufiges mechanisches Biegeumformen, oder durch mehrstufiges Tiefziehen, oder dergleichen von flach gewalztem Ausgangsmaterial gleich in einem Stück bereitgestellt werden.
Ganz besonders bevorzugt ist, wenn für die Evakuierungsrohre bzw. Kopplungselemente 710, und die formfolgenden Manschettenbereiche 711, und den profilierten Rahmen 6 gleiche oder sich in ihren mechanischen Eigenschaften ähnelnde Materialien verwendet werden. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass für die Evakuierungsrohre bzw. Kopplungselemente 710, die formfolgenden Manschettenbereiche 711 und den profilierten Rahmen 6 auch verschiedene Metalle bzw. Metalllegierungen verwendet werden können. Zum Beispiel ist es möglich, Legierungen aus Eisen-Nickel (FeNi), Eisen-Nickel-Chrom (FeNiCr), Eisen-Chrom (FeCr) usw. mit NiCr-enthaltenden Verbindungen zu kombinieren, ohne dass es Einschränkungen oder Beeinträchtigungen bei den Verglasungselementen 10 gibt. Entscheidend dabei ist nur, dass die eingesetzten Materialien einerseits vakuumdicht miteinander verbunden werden können und andererseits keine Materialermüdung bei Verwendung des Verglasungselementes 10 aufweisen.
In vorteilhafter Weise sind solche Materialien vorzusehen, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten nicht allzu sehr voneinander verschieden sind, damit die thermomechanischen Spannungen an den Verbindungsstellen minimiert werden. Eine gewisse Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei Verwendung unterschiedlicher Materialien lässt sich in gewissen Grenzen durch Zwischenschichten, die Verwendung von mehrlagigen Metallbändern oder dergleichen erreichen.
Die Abdichtungseinrichtung 8 enthält unter Bezugnahme auf das Patent DE 10 2007 030 031 B3 vorzugsweise mindestens teilweise ein metallisches, bei niedrigen Temperaturen (< ca. 300°C) aufschmelzendes Dichtungsmaterial, das vorzugsweise die Elemente Zinn und/oder Indium, deren Legierungen, sowie diese Materialien als einen wesentlichen Bestandteil enthaltende Verbindungen umfasst, wobei weitere Legierungsstoffe, die mindestens eines der Elemente Ag, Sb, Al, Bi, Cu, Au, Ni usw. umfassen, hinzugefügt werden können. Die Bereitstellung der Vakuumdichtheit erfolgt nach Beendigung des Evakuierungsprozesses mittels bekannter Aufschmelzverfahren (z. B. Wärmezufuhr durch eine Heizwendel, Laser oder dergleichen) des vorher im Evakuierungsrohr bzw. Kopplungselement 710 eingebrachten Ausgangsmaterials.
Dadurch, dass die erfindungsgemäßen Rahmen und Evakuierungseinrichtungen aus Metallen und Metalllegierungen aufgebaut sind, ergibt sich eine weitere vorteilhafte Variante für die Abdichtungseinrichtung 8. Diese besteht darin, dass aufgrund der sehr guten Wärmeleitfähigkeit der vorgesehenen Metalle (im Gegensatz zu den z. B. aus glasartigen Materialien aufgebauten Randabdichtungen) die Vakuumabdichtung vorzugsweise auch bei höheren Temperaturen (oberhalb der Glastransformationstemperatur von etwa 540°C) durchgeführt werden kann. Für die Abdichtungseinrichtung 8 wird vorzugsweise mindestens teilweise ein metallisches, in einem Temperaturbereich oberhalb von etwa 600°C schmelzendes Dichtungsmaterial (Hartlot) verwendet, das vorzugsweise die Elemente Silber, Kupfer und/oder Nickel als einen wesentlichen Bestandteil umfasst. Die Abdichtung kann in der Weise erfolgen, dass nach Erreichen des gewünschten Vakuumdruckes im Verglasungselement 10 das Evakuierungsrohr bzw. Kopplungselement 710 mechanisch verpresst bzw. abgequetscht und/oder durch lokales Aufschmelzen des Hartlotes mittels Wärmezufuhr (z. B. durch Bestrahlung, induktives Heizen oder dergleichen) vakuumdicht verschlossen wird. Aufgrund der höheren Schmelztemperatur des bevorzugten Abdichtungsmaterials ist es nun sogar möglich, das für die Abdichtungseinrichtung 8 benötigte Ausgangsmaterial und ggf. die für eine dauerhafte Abdichtung erforderliche Verbindungsschicht zwischen der Abdichtungseinrichtung 8 und dem Evakuierungsrohr bzw. Kopplungselement 710 (siehe Patent DE 10 2007 030 031 B3 ) schon vorab mindestens teilweise als Bestandteil der Evakuierungseinrichtung 71 (z. B. in Form einer Beschichtung bzw. eines Auftrages, eines Segmentes oder dergleichen) bereitzustellen.
Für die dauerhafte Erhaltung des Vakuums kann es von Vorteil sein, wenn in mindestens einem Evakuierungsraum 4-1, 4-2, 4-3 der Glasplatten-Anordnung mindestens ein Gettermaterial oder eine Gettermaterial enthaltende Einrichtung 400 (Gettereinrichtung) angeordnet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gettermaterial oder die Gettereinrichtung vorzugsweise mindestens zum überwiegenden Teil im evakuierten Bereich 4-3 angebracht, weil in diesem Bereich ein besonders großes Volumen zur Verfügung steht und somit problemlos eine ausreichende Menge an Gettermaterial eingebracht und in geeigneter Weise aktiviert werden kann. Für die Getterung werden bevorzugt mindestens eines der Elemente Barium, Magnesium, ganz besonders bevorzugt die höher schmelzenden Elemente wie Thorium, Zirkonium, Aluminium, Titan usw. enthaltende Stoffe oder Kombinationen daraus verwendet. Die Aktivierung erfolgt vorzugsweise durch eine lokale thermische Verdampfung, wobei die erforderliche Energie z. B. durch Elektro-, Laser-, Mikrowellen-, Plasma- oder Induktionseinrichtungen bereitgestellt wird. Dadurch, dass die erfindungsgemäße Randabdichtungseinrichtung 601–604 und Evakuierungseinrichtung 71 aus metallischen Materialien aufgebaut sind, wird die Gettereinrichtung vorzugsweise direkt mit diesen verbunden bzw. in Kontakt gebracht, so dass die zur Aktivierung erforderliche thermische Energie über eine lokale Erwärmung des entsprechenden Teiles der Randabdichtung bzw. Evakuierungseinrichtung erfolgt. Bei einer Einkopplung der thermischen Energie über die Glasplatten 1, 2 durch z. B. Laserbestrahlung oder dergleichen lässt sich die gute Wärmeleitfähigkeit des die Randabdichtung bzw. Evakuierungseinrichtung bildenden Metalls gezielt für eine lokale Kühlung einsetzen, damit die anderen Komponenten und Teile des Verglasungselementes 10 nicht beschädigt werden.
Als vorteilhafte Variante hat sich erwiesen, wenn die Geometrie und die Anordnung der Randabdichtungseinrichtung 601–604 und ggf. auch der Evakuierungseinrichtung 71 so gewählt sind, dass diese auch während des Gebrauches zumindest nicht über die Ebene 100 der Glasplatte 1 hinausragen (siehe 2C). Dadurch kann das Verglasungselement 10 zum Beispiel mindestens teilweise auf der Glaskante 100 in senkrechter oder schräger Position stehend montiert werden, ohne dass Beschädigungen an der Randabdichtungs- und Evakuierungseinrichtung auftreten können.
Das Verglasungselement 10 kann entsprechend 1C am Rand mindestens teilweise mit einer Einfassung 9 oder dergleichen versehen sein. Die Einfassung 9 kann z. B. wie dargestellt eine C- oder auch eine L-Querschnittsform aufweisen. Dadurch lassen sich mechanische Beschädigungen der Glaskanten sowie der Randabdichtungs- und Evakuierungseinrichtung beim Transport, Einbau usw. sowie auch unerwünschte korrosive Umwelteinflüsse vermeiden. Für die Einfassung 9 können unterschiedliche Konstruktionen, die zum Beispiel Metalle, Kunststoffe und Polymere, Faserverbundwerkstoffe, Holz usw. sowie Materialkombinationen daraus enthalten, verwendet werden. Die Einfassung 9 ist in einem der Bereiche 9-1, 9-2 und/oder 9-3 mindestens teilweise mittels Verklebungen, in Form von Klemm- bzw. Presseinrichtungen oder Kombinationen daraus oder dergleichen mit mindestens einer Glasplatte 1, 2 gekoppelt. Die Bereiche 9-1, 9-2, 9-3 können dabei je nach dem konkreten Verwendungszweck des Verglasungselementes 10 sowohl hinsichtlich der verwendeten Materialien als auch der Geometrie unterschiedlich ausgelegt sein. Die Einfassung 9 kann mindestens teilweise als Teil der Befestigungs- bzw. Montageeinrichtung für das Verglasungselement 10 eingerichtet sein und/oder mit zusätzlichen wärmeisolierenden, diffusionshemmenden und/oder vakuumdichtenden Funktionen versehen sein.
Die Bereiche 9-1, 9-2, 9-3 enthalten vorzugsweise mindestens eine Kleb-, Haft-, Dicht-, Sperrsubstanz und/oder eine Füllkomponente, die vorzugsweise aus der Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Acrylate, Cyanoacrylate, Harze, Epoxysysteme, Polyurethane, Polypropylen, Polycarbonat, Polyethylen, Polyvinylalkohol, Polystyrole, Acetate, Polysulfide, Silikonsysteme, Copolymere, gummielastische Substanzen und dergleichen umfasst. Auch diffusionssperrende Verbundsysteme bzw. Materialkombinationen, die teilweise dünne Metallfolien, mit Metall- und/oder Oxidschichten versehene Folien oder dergleichen enthalten, können verwendet werden.
Um einen verbesserten Schutz der Randabdichtungseinrichtung 601–604 vor korrosiven Einflüssen zu erhalten, können die Räume 9-4 zwischen der Einfassung 9 und der Randabdichtung 6 bzw. der Evakuierungseinrichtung 71 mit Wasserdampf sperrenden und/oder Wasserdampf aufnehmenden Komponenten wie zum Beispiel Trockenmittel oder dergleichen versehen sein. Durch das Einbringen von wärmeisolierenden Materialien wie zum Beispiel Mineralwolle, Polystyrol oder dergleichen in den Räumen 9-4 lassen sich die Wärmeverluste des Verglasungselementes 10 im Randbereich weiter minimieren. Unter gewissen Voraussetzungen lassen sich in den Räumen 9-4 auch gegenüber dem äußeren Luftdruck verringerte Drücke bereitstellen, so dass die Wärmeisolation im Randbereich noch weiter verbessert werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verglasungselement 10 und dem Verfahren zu dessen Herstellung werden die o. g. Nachteile herkömmlicher Verglasungselemente in Bezug auf die Empfindlichkeit der Eckbereiche überwunden. Eine bevorzugte Ausführungsvariante umfasst eine vollständig in sich geschlossene filigrane bzw. miniaturisierte Randabdichtungseinrichtung 600 (siehe 6A), die mindestens ein Eckverbindungsteil 62 mit den Bereichen 621, 622, 623 enthält, die in den Bereichen 624 mit den Fixierbereichen 601, 602 und der Profilfläche 603 der Kantenteile des Rahmens 6 vakuumdicht zusammengefügt sind. Vorzugsweise ist in jeder Ecke ein Eckverbindungsteil 62 vorgesehen. Die Glasplatten 1 bzw. 2 werden über die Dichtflächen 6-1 bzw. 6-2 mit den Bereichen 601, 621 bzw. 602, 622 verbunden, um auf diese Weise die vakuumdichte Einfassung für die Verglasungselemente 10 bereitzustellen.
Überraschenderweise lässt sich eine derartige filigrane Randabdichtungseinrichtung 600 sogar für die Bereitstellung von Verglasungselementen in großen Abmessungen von 2.000 mm × 2.500 mm und größer verwenden. Diese Vorteile sind darauf zurückzuführen, dass bei der erfindungsgemäßen Randabdichtungseinrichtung 600 die Glasplatten 1, 2, 3 so angeordnet sind, dass sich der Stapel aus Glasplatten und die Randabdichtungseinrichtung bei der Bereitstellung der Dichtflächen 6-1, 6-2 (siehe u. a. die hohen Prozesstemperaturen von bis zu etwa 500°C) selbst justieren und stabilisieren. Dadurch kann auf aufwändige, komplizierte und somit kostspielige Halte- und Presseinrichtungen bei der Herstellung der Verglasungselemente weitestgehend verzichtet werden.
Die Ecken der Eckverbindungsteile 62 werden nicht scharf ausgebildet, sondern vorzugsweise mit einer gewissen Rundung versehen. Die Dimensionierung dieser Rundungen bzw. Krümmungen kann in Abhängigkeit von z. B. der Form und Größe, der konkreten Montage- und Einsatzbedingungen des Verglasungselementes usw. variieren. Durch diese runde Ausgestaltung ist es möglich, dass die Einkopplung der mechanischen Kräfte auf die Glasoberflächen 1-2, 2-2 nicht genau an den Ecken, sondern etwas weiter weg von den Ecken der Glasplatten 1, 2 erfolgen kann, so dass Glasbrüche, Risse oder dergleichen, die z. B. auf mikroskopische Schädigungen an den Ecken oder in deren unmittelbarer Umgebung, die z. B. beim Zuschnitt der Glasplatten entstehen, weitestgehend vermieden werden können.
Der Bereich 623 der Eckverbindungsteile 62 muss nicht über den gesamten Bereich zwischen den Kontaktbereichen 624 die gleiche oder ähnliche seitliche Profilgeometrie wie der Bereich 603 (vergleiche 2, 3, 4) aufweisen. Ganz entscheidend ist jedoch, dass die seitlichen Profilgeometrien der Rahmen 6 und der Eckverbindungsteile 62 mindestens an den Kontaktstellen Rahmen-Eckverbindungsteil 624 nahezu identisch, zumindest aber sehr ähnlich sind. Auf diese Weise lassen sich die Komponenten bei der Herstellung der Verglasungselemente passgenau und spannungsfrei zusammenfügen. Die dauerhaft vakuumdichte Verbindung kann in senkrechter oder schräger Anordnung der Verbindungspartner zueinander erfolgen und durch bekannte Verfahren, wie z. B. das Schutzgasschweißen usw., hergestellt werden. Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass die Verbindung durch das Laserschweißen bereitgestellt wird. Dabei werden die Verbindungspartner Eckverbindungsteil 62 und Rahmen 6 an der Kontaktstelle 624 entweder in eine Stoß-an-Stoß-Position oder in eine leicht überlappende Position gebracht und anschließend vakuumdicht verschweißt.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Verbindung durch ein spezielles Lötverfahren unter Verwendung von Hartloten bei typischen Arbeitstemperaturen im Bereich zwischen etwa 600°C und etwa 1000°C, vorzugsweise zwischen etwa 650°C und 900°C, erfolgt. Das spezielle Lötverfahren ist zum Beispiel so eingerichtet, dass die Eckverbindungsteil 62 zunächst passgenau in ein spezielles Werkzeug eingebracht wird. Die jeweils an die Eckverbindungsteil angrenzenden Kantenteile der Rahmen 6 werden seitlich so in das Werkzeug eingeführt, dass ein Kontaktbereich 624 entsteht, bei dem sich die Verbindungspartner überlappen, wobei die Breite des Überlappungsbereiches 624 vorzugsweise in einem Bereich von mindestens etwa 1 mm bis etwa 10 mm gewählt ist. Das Lotmaterial umfasst vorzugsweise eine Substanz, die mindestens teilweise die Elemente Silber, Kupfer und/oder Nickel als einen Bestandteil enthält. Nachdem das Lotmaterial zum Beispiel in Form einer Paste, eines Drahtes, einer Folie oder dergleichen (ggf. auch Flussmittel) im Kontaktbereich 624 oder zumindest in dessen unmittelbarer Nähe angebracht wurde, wird der Bereich 624 durch z. B. induktives Heizen erwärmt, so dass es zu einem Aufschmelzen des Lotmaterials kommt. Das spezielle Werkzeug sorgt lokal für die nötige Anpressung und Beabstandung, so dass nach dem Abkühlen eine vakuumdichte und eine mechanisch gut beanspruchbare Verbindung vorliegt. Die Dicke des Lotes wird vorzugsweise auf Werte zwischen etwa 10 μm und etwa 250 μm eingestellt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die für die Bereitstellung der Kontaktbereiche 624 bevorzugten Materialien, Einrichtungen und Verfahren auch für die Bereitstellung z. B. der Kontaktbereiche 625 zwischen der mindestens einen Evakuierungseinrichtung 71 und dem Rahmen 6 verwendbar und Bestandteil der Erfindung sind.
Es werden ganz besonders stabile Verbindungen erhalten, wenn die formfolgende Geometrie für die Kanten- und die Eckverbindungsteile des profilierten Rahmens so eingerichtet ist, dass entlang des gesamten Kontaktbereiches 624 zwischen den Dichtflächen 6-1, 6-2 kein Wechsel der Profilseite von außen nach innen und umgekehrt erfolgt (siehe z. B. die
1A bis 1C, 3F, 3G, 4B, 4C, 5B bis 5E). Dieser Vorteil ist darauf zurückzuführen, dass die mechanischen Spannungen an den Dichtflächen 6-1, 6-2 durch diese besonders bevorzugte Ausgestaltungsvariante weiter verringert werden können. Die bei den überlappenden Verbindungen 624 entlang den Glasplattenkanten in den Dichtflächen 6-1, 6-2 entstehenden Stufen und Höhenunterschiede (siehe Profildicke plus Dicke der Lotschicht) lassen sich durch eine angepasste Dicke der Dichtflächen ausgleichen.
Weitere Varianten für die Kantenteile des profilierten Rahmens 6, die Evakuierungseinrichtung 71 und die Eckverbindungsteile 62 des profilierten Rahmens 6 umfassen mindestens teilweise das Versehen der Oberflächen mit permeationsfesten Beschichtungen und/oder Oberflächenmodifizierungen (z. B. durch Oxidation), damit die Diffusion von Glasmolekülen in das Innere des Verglasungselementes 10 weiter verringert werden und somit eine größere Lebensdauer der Bauteile erreicht werden kann.
Die 6 zeigt in der Draufsicht beispielhaft Randabdichtungseinrichtungen 600, bei denen die gegenseitigen Abstände der Bereiche 621, 622, 623 auch in den Rundungen, Biegungen bzw. Krümmungen (vergleiche Abstände x₁ bis x₄ in 2A) zueinander konstant bleiben. Inder dort dargestellten symmetrischen Ausführung sind die Rundungen bzw. Krümmungen als Kreissegmente mit einem gemeinsamen Kreismittelpunkt ausgelegt. Es können aber auch von Kreisen abweichende Geometrien, unterschiedliche Bezugspunkte, verschiedene Ausdehnungen x₁, x₂ für die Bereiche 601 bis 603 und 621 bis 623 usw. verwendet werden. Es sind auch Eckverbindungsteile 62 möglich, bei denen die Bereiche 621, 622 unterschiedlich stark ausgeprägte Biegungen, Krümmungen oder dergleichen aufweisen.
Es wird im Weiteren ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Eckverbindungsteile 62 mit den gleichen oder zumindest ähnlichen Materialien und Bestandteilen, den gleichen oder zumindest ähnlichen konstruktiven und verfahrenstechnischen Maßnahmen (siehe z. B. Sicken, Rillen, Beschichtungen usw.), wie sie in der textlichen Ausfertigung und den Figuren für die Kantenteile, das Evakuierungsrohr bzw. Kopplungselement 710 und die formfolgenden Bestandteile 711 beschrieben sind, ausgestattet sein können.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass durch die Anordnung der Randabdichtungs-, Eckverbindungs- und Rahmungseinrichtungen eine vollständig umlaufende Öffnung zwischen den Glaskanten 200, 300 und dem Rahmen eingerichtet ist. Die umlaufende Öffnung ist im Vergleich zu den bekannten Vakuum-Isolierverglasungen mit einer sehr viel größeren Querschnittsfläche (mindestens etwa 6 mm² bis 20 mm² und darüber) versehen, so dass sich die Gasmoleküle, die sich weiter entfernt von der Evakuierungseinrichtung befinden, nicht mehr den gesamten Weg durch die sehr schmale Öffnung zwischen den Glasplatten hindurch bewegen müssen, um abgepumpt zu werden. Mit der Erfindung ist es möglich, ein geeignetes Druckgefälle zwischen der umlaufenden Öffnung 4-3 und den Zwischenräumen 4-1, 4-2 zu schaffen, so dass sich die Moleküle nunmehr an allen Seiten des Verglasungselementes gleich in den nächstgelegenen Teil der Öffnung hinein bewegen und über diese dann der Evakuierungseinrichtung zugeführt werden können.
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Randabdichtungseinrichtung 600 ergibt sich der folgende vereinfachte Verfahrensablauf:

– Bereitstellung des Rahmenausgangsmaterials mit den Kantenteilen und den Eckverbindungsteilen 62,
– Bereitstellung der Evakuierungseinrichtung 71,
– Zuschnitt des Rahmenausgangsmaterials auf die gewünschten Abmessungen der jeweiligen Verglasungselemente 10, Bereitstellung mindestens einer Aussparung oder Öffnung in mindestens einem Rahmen 6 zur Aufnahme der Evakuierungseinrichtung 71,
– Zusammenlegen der einzelnen Komponenten 6, 71, 62 und Bereitstellung der vakuumdichten Verbindungen 624, 625.

In 6B sind die zur Bereitstellung der Randabdichtungseinrichtung 600 benötigten konstruktiven Bestandteile schematisch dargestellt. In dem exemplarisch dargestellten Beispiel wird die Evakuierungseinrichtung 71 an einem der Kantenteile des Rahmens 6 separat angebracht und dadurch etwas vom Eckbereich beabstandet, wodurch sich die mechanischen Spannungen weiter reduzieren lassen. Hierzu wird der profilierte Rahmen 6 in die Komponenten 6a und 6b geteilt und anschließend die Evakuierungseinrichtung 71 über die Kontaktstellen 625 mit den Komponenten 6a und 6b verbunden (siehe 6A). Um eine einfache Ankopplung zur Vakuumanlage zu schaffen, kann das Evakuierungsrohr bzw. der Manschettenbereich 711 bevorzugt noch etwas über den Rand des Rahmens 6 hinausragen. Nach der Evakuierung und dem vakuumdichten Verschließen lässt sich das Evakuierungsrohr bzw. der Manschettenbereich auf die gewünschte Länge kürzen.
Die Randabdichtungseinrichtung 600 schließt auch solche Varianten ein, bei denen die Evakuierungseinrichtung 71 direkt ein Bestandteil der Eckverbindungsteile 62 ist und/oder direkt an den Kontaktstellen 624 mit den Eckverbindungsteilen 62 verbunden ist. Die Anzahl und die Form der jeweiligen Einzelkomponenten 6, 71, 62 und die Geometrie der Randabdichtungseinrichtung 600 können von 6B abweichen und sind vom Anwender in Abhängigkeit der jeweiligen konkreten Konstruktionen festzulegen.
Das nachstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung der Verglasungselemente 10 unter Einbeziehung der erfindungsgemäßen Einrichtungen für die Randabdichtung (6, 6-1, 6-2), die Evakuierung (71), und die Eckverbindung (62) ist eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung. Es sind auch weitere Kombinationen und Modifikationen mit anderen Verfahren möglich.
In einem ersten Verfahrensschritt entsprechend 7 umfasst das Verfahren die Bereitstellung der Glasplatten 1, 2, 3 (z. B. Zuschnitt, Reinigung, Randentschichtung, ggf. Aktivierung der Glasoberflächen mindestens in den Dichtflächen 6-1, 6-2) und die Bereitstellung der Randabdichtungseinrichtung 600 (z. B. Reinigung, Aktivierung der Glasplattenoberflächen). Die Abstandhalter 5 sind in bevorzugten Varianten fest mit den Glasoberflächen 1-2, 3-1, 3-2 und/oder 2-1 verbunden, und/oder können beim Zusammen- bzw. Aufeinanderlegen der Glasplatten auf die Glasoberflächen aufgebracht werden.
In einem zweiten Schritt (siehe 8A) wird das Dichtungsmaterial 610, 620 an den parallel zu den Oberflächen der Glasplatten 1, 2, 3 verlaufenen äußeren Bereichen 601, 602, 621, 622, 631, 632 der Randabdichtungseinrichtung 600 und/oder an den korrespondierenden Teilen der Glasoberflächen 1-2, 2-2 aufgetragen. Entscheidend ist, dass das positionsgenaue und präzise Aufbringen der Dichtungsmaterialien unter Verwendung von z. B. Dosiersystemen vollständig umlaufend und ohne jegliche Unterbrechungen, Öffnungen oder dergleichen erfolgt. Die bevorzugten Dichtungsmaterialien 610, 620 umfassen vorzugsweise glasartige Materialien und/oder bei niedrigen Temperaturen erweichende Gläsern (zum Beispiel Glaslote, Glasfritten oder dergleichen) enthaltende Stoffe, die vorzugsweise in Form von binde- und/oder lösungsmittelhaltigen Pasten, Suspensionen, Folien, Bänder oder dergleichen vorliegen.
Anschließend werden die Glasplatten nacheinander auf dem Dichtungsmaterial 610, 620 abgelegt, so dass der in der 8C dargestellte Stapel erhalten wird. Die Bereitstellung des Stapels kann grundsätzlich auch in umgekehrter Reihenfolge geschehen, indem zuerst die Glasplatten aufeinander abgelegt werden und daran anschließend erst das Aufbringen der Rahmungseinrichtung erfolgt.
Der vierte Verfahrenschritt umfasst die Bereitstellung der mechanischen Verbindung zwischen dem Evakuierungsrohr/Kopplungselement 710 und der Vakuumanlage, und das Zusammenfügen des Stapels und somit die Bereitstellung der Vakuumdichtheit in den Dichtflächen 6-1, 6-2.
Das Zusammenfügen erfolgt vorzugsweise durch Aufschmelzen des Dichtungsmaterials mittels Wärmebehandlung. In besonders vorteilhafter Weise wird die für eine zuverlässige Dichtfläche 6-1, 6-2 erforderliche besonders gleichmäßige Anpressung über die gesamten Bauteilabmessungen hinweg mindestens zum überwiegenden Teil durch das Eigengewicht der Glasplatten 1, 2, 3 bereitgestellt. Anschließend liegt ein Verglasungselement 10 (siehe 8D) vor, das aufgrund des noch fehlenden Vakuums keine wärmedämmenden Eigenschaften aufweist.
Entsprechend einem fünften Verfahrensschritt erfolgt die Bereitstellung der erforderlichen Vakuumbedingungen innerhalb des Verglasungselementes 10 vorzugsweise durch Evakuieren mittels Vakuumanlage unter äußeren Luftdruckbedingungen. Die Evakuierung lässt sich vorzugsweise auch schon während des Zusammenfügens beginnen und zwar genau zu dem Zeitpunkt, wenn das aufgeschmolzene Dichtungsmaterial noch nicht vollständig ausgehärtet bzw. erstarrt ist und sich durch Kräfte noch verformen lässt. Diese, durch den Unterdruck bereitgestellte zusätzliche Anpressung ist ganz besonders vorteilhaft, weil durch den von außen wirkenden Luftdruck besonders gleichmäßige Druckkräfte bereitgestellt und dadurch fertigungsbezogene Toleranzen, Maßungenauigkeiten usw. das aufgeschmolzene Dichtungsmaterial noch besser ausgeglichen werden können.
Nach Erreichen des Vakuumdruckes von mindestens 10^–1 bis 10^–3 Pa und darunter erfolgt das vakuumdichte Verschließen des Evakuierungsrohres 710 mit den beschriebenen Verfahren. Durch eine Aktivierung des Getters 400 lassen sich die Vakuumbedingungen weiter verbessern.
Das Zusammenfügen, das Evakuieren und das vakuumdichte Verschließen können auch unter Vakuumbedingungen erfolgen.
Mit der Bereitstellung eines dauerhaften Vakuums ist die Herstellung des wärmedämmenden Verglasungselementes 10, mit dem besonders gute Wärmedämmwerte (U-Werte) von etwa 0,5 bis etwa 0,3 W/(m²K) und sogar darunter erreicht werden können, abgeschlossen.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele lassen sich nicht nur in der dargestellten Form verwenden, sondern vielmehr sind auch beliebige Kombinationen aus diesen Beispielen möglich.
Das Bauelement schließt nicht nur die Verwendung von Glas oder dergleichen als Plattenmaterialien, was einem Spezialfall für transparente bzw. semitransparente Bauelemente darstellt, ein. Grundsätzlich lassen sich alle Materialien zum Einsatz bringen, die in größeren plattenförmigen oder gebogenen bzw. gekrümmten Geometrien herstellbar sind, eine ausreichende mechanische Festigkeit verfügen und vakuumtauglich sind.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können einzeln oder auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

Wärmedämmendes Verglasungselement, das umfasst: – eine Glasplatten-Anordnung mit einer ersten äußeren Glasplatte und einer zweiten äußeren Glasplatte, von denen die erste äußere Glasplatte die zweite äußere Glasplatte allseits um eine Überstandfläche überragt, – eine Abstandhaltereinrichtung mit Abstandhaltern, die zur Einstellung eines Abstandes zwischen den Glasplatten eingerichtet sind, und – eine Randabdichtungseinrichtung, die zur Abdichtung eines Zwischenraums zwischen den Glasplatten gegenüber einer Umgebung eingerichtet ist und einen profilierten Rahmen umfasst, der vakuumdicht an der Überstandfläche der Innenseite der ersten äußeren Glasplatte befestigt ist, wobei – das Verglasungselement dazu eingerichtet ist, dass in dem Zwischenraum ein gegenüber dem äußeren Atmosphärendruck verminderter Druck gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Rahmen an einer Außenseite der zweiten äußeren Glasplatte vakuumdicht befestigt ist und am seitlichen Rand der zweiten äußeren Glasplatte einen mit dem Zwischenraum verbundenen Evakuierungsraum bildet, und – mindestens eine Evakuierungseinrichtung vorgesehen ist, die zur Evakuierung des Evakuierungsraums durch den Rahmen hindurch angeordnet ist.
Verglasungselement gemäß Anspruch 1, bei dem – der Rahmen Fixierbereiche, an denen der Rahmen mit den Glasplatten verbunden ist, und eine Profilfläche mit mehreren Bogenbereichen aufweist, die sich entlang der seitlichen Ränder der Glasplatten erstrecken und in einer Richtung parallel oder senkrecht zur Überstandfläche gebogen sind.
Verglasungselement gemäß Anspruch 2, bei dem – die Profilfläche des Rahmens zwischen den Bogenbereichen nahezu senkrecht oder nahezu parallel zur Überstandfläche ausgerichtet ist.
Verglasungselement gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem – die Bogenbereiche, die zu der ersten äußeren Glasplatte weisen, deren Innenseite zumindest teilweise berühren.
Verglasungselement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – an den Glasplatten eine erste Dichtfläche und eine zweite Dichtfläche vorgesehen sind, die eben und zueinander parallel gebildet sind und an denen die Fixierbereiche des Rahmens jeweils entsprechend mit der ersten und der zweiten äußeren Glasplatte verbunden ist.
Verglasungselement gemäß Anspruch 5, bei dem die erste Dichtfläche und die zweite Dichtfläche ein Glaslot enthält, das – bei einer Temperatur geringer als 600°C, insbesondere geringer als 540°C, erweicht, – einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der an den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Glasplatten und des Rahmens angepasst ist, und – mindestens eines der Oxide der Elemente Blei, Lithium, Wismut, Natrium, Bor, Phosphor und Silizium enthält.
Verglasungselement gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem – der äußere Atmosphärendruck auf die ersten und zweiten Fixierbereiche wirkt.
Verglasungselement gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem – ein senkrechter Abstand eines inneren, zum Evakuierungsraum weisenden Randes der ersten Dichtfläche von einem nächsten Abstandhalter kleiner oder gleich 50 mm ist.
Verglasungselement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Rahmen mindestens eines der Merkmale aufweist: – der Rahmen weist mindestens ein C-, U-, Z-, Ω- oder S-Profil auf, – der Rahmen weist Stabilisierungselemente auf, wie zum Beispiel Sicken, Furchen, oder Rillen, – der Rahmen weist Dickenvariationen auf, – der Rahmen weist Festigkeitsvariationen auf, – der Rahmen weist eine Dicke auf, die geringer als 500 μm, insbesondere geringer als 300 μm, und größer als 50 μm, insbesondere größer als 70 μm, ist, – der Rahmen enthält mindestens eines von Eisen-Nickel (FeNi), Eisen-Nickel-Chrom (FeNiCr), Eisen-Chrom (FeCr), Platin, Vanadium, Titan, Chrom, Aluminium, und Kobalt, insbesondere eine Fe-Ni-Legierung mit einem Nickelanteil von 40% bis rd. 55%, eine Fe-Ni-Cr-Legierungen, eine Fe-Cr-Legierung mit einem Chromanteil von 23% bis 30%, oder einen Edelstahl mit einem Chromanteil von 15% bis 20%, und – der Rahmen weist mindestens drei Bogenbereiche auf.
Verglasungselement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – der Rahmen Kantenteile, die sich entlang der Kanten der Glasplatten erstrecken, und Eckverbindungsteile umfasst, über die in Eckbereichen der Glasplatten jeweils zwei angrenzende Kantenteile verbunden sind, wobei die Eckverbindungsteile jeweils eine abgerundete, insbesondere mehrfach gebogene, Materialbahn umfassen.
Verglasungselement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – die Evakuierungseinrichtung mindestens eine Evakuierungsleitung, die zur Ankopplung an eine Vakuumeinrichtung eingerichtet ist, und einen mindestens teilweise an das Profil des Rahmens angepassten Manschettenbereich umfasst, der vakuumdicht mit dem Rahmen verbunden ist.
Verglasungselement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – zwischen der ersten und der zweiten äußeren Glasplatte mindestens eine innere Glasplatte angeordnet ist, deren Fläche geringer als die Fläche der ersten äußeren Glasplatte ist, wobei der Zwischenraum zwischen den Glasplatten in den Evakuierungsraum mündet.
Verglasungselement nach Anspruch 12, bei dem – die mindestens eine innere Glasplatte nicht direkt an die Randabdichtungseinrichtung angrenzt.
Verglasungselement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – der Evakuierungsraum mindestens eines von einer Sensoreinrichtung, einer Messeinrichtung und einer Gettereinrichtung enthält.
Bauelement, das mindestens ein Verglasungselement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Verglasungselements (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, mit den Schritten: – Bereitstellung der Glasplatten als Glasplattenstapel mit den Abstandhaltern der Abstandhaltereinrichtung, des Materials des Rahmens der Randabdichtungseinrichtung und der Evakuierungseinrichtung, – Zuschnitt des Materials des Rahmens der Randabdichtungseinrichtung auf die gewünschten Abmessungen und somit Bereitstellung der Kanten- und Eckverbindungsteile, – Bereitstellung mindestens einer Öffnung im Material des Rahmens der Randabdichtungseinrichtung und Aufnahme der Evakuierungseinrichtung in der Öffnung, – Zusammenlegen des Glasplattenstapels, des Rahmens der Randabdichtungseinrichtung und der Evakuierungseinrichtung und Bereitstellung der vakuumdichten Verbindungen der Kantenteile, der Eckverbindungsteile und der Evakuierungseinrichtung zur Bildung des umlaufenden Rahmens und der vakuumdichten Verbindungen des Rahmens mit den Außenseiten der äußeren Glasplatten des Glasplattenstapels.