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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vakuumisolierglaseinheit. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vakuumisolierglaseinheit mit einer ersten und einer im Wesentlichen parallel dazu angeordneten zweiten Glasscheibe, wobei die beiden Glasscheiben durch mindestens ein Abstandhalter-Element voneinander beabstandet sind und zwischen sich einen Zwischenraum definieren, der zumindest teilweise evakuiert ist und im Bereich der Ränder der beiden Glasscheiben vakuumdicht verschlossen ist.
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Vakuumisolierglaseinheiten dieser Art sind an sich bekannt. Der wesentliche Unterschied zwischen Vakuumisolierglaseinheiten und herkömmlichem Isolierglas besteht darin, dass im Zwischenraum zwischen den Scheiben Vakuum herrscht, während er bei herkömmlichem Isolierglas normalerweise mit Edelgas oder anderen wärmeisolierenden Gasen gefüllt ist. Es versteht sich, dass mit „Vakuum” kein ideales Vakuum gemeint ist. Zumeist werden im Glasscheiben-Zwischenraum Drücke im Bereich von 1 mbar oder weniger realisiert.
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Ein weiterer Unterschied zu herkömmlichem Isolierglas besteht darin, dass die Glasscheiben einer Vakuumisolierglaseinheit einen sehr geringen Abstand voneinander aufweisen, welcher zumeist im Bereich von kleiner gleich 0,75 mm liegt. Bei vielen aus dem Stand der Technik bekannten herkömmlichen Isolierglaseinheiten weisen die Glasscheiben einen Abstand im Bereich von insbesondere 0,1 bis 0,5 mm auf. Das zwischen den Glasscheiben erzeugte Vakuum verhindert weitestgehend eine Konvektion im Zwischenraum zwischen den beiden Glasscheiben, so dass derartige Vakuumisolierglaseinheiten eine sehr gute Wärmedämmung erzielen.
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Damit die Glasscheiben dem enormen Druck standhalten, welcher durch den Druckunterschied zwischen dem in der Umgebung der Vakuumisolierglaseinheit herrschenden atmosphärischen Druck und dem im Zwischenraum zwischen den Glasscheiben erzeugten Vakuum entsteht, werden die Glasscheiben gewöhnlicherweise durch Abstandhalter-Elemente voneinander beabstandet. Diese Abstandhalter-Elemente werden auch als Spacer bezeichnet. Sie sind meist rasterförmig im Zwischenraum zwischen den beiden Glasscheiben angeordnet, so dass die Glasscheiben entgegen dem atmosphärischen Druck auseinandergedrückt bzw. voneinander beabstandet werden und damit ein Kollabieren der Vakuumisolierglaseinheit oder ein Glasbruch durch die entstehenden mechanischen Spannungen verhindert wird.
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Ein wesentlicher Punkt bei der Herstellung derartiger Vakuumisolierglaseinheiten betrifft das vakuumdichte Verschließen des Glasscheiben-Zwischenraums. Der Verschluss erfolgt dazu meist randseitig am Rand bzw. Rahmen der Vakuumisolierglaseinheit. Bei einigen aus dem Stand der Technik bekannten Beispielen haben sich derartige Verschlüsse jedoch als nicht nachhaltig oder als mangelhaft herausgestellt. Je nach Verschluss zeigten sich bei bekannten Beispielen aus dem Stand der Technik teilweise Undichtigkeiten, welche zu einem Verlust des zwischen den Scheiben herrschenden Vakuums führen können. Es ist einleuchtend, dass derartige Fehler nicht zu tolerieren sind, da die Vakuumisolierglaseinheit dadurch ihre Wirkung nahezu vollständig verliert. Insbesondere aufgrund der langen Verwendungsdauer, teilweise über mehrere Jahrzehnte, ist ein nachhaltig dichter Verschluss unter Beibehaltung des Vakuums zwischen den Glasscheiben somit von immenser Wichtigkeit.
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Ein weiteres Problem, das sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vakuumisolierglaseinheiten zeigt, ist deren sehr aufwändige Produktion, die nicht nur kostenintensiv, sondern auch extrem langwierig sein kann.
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Aus dem Stand der Technik sind im Wesentlichen drei verschiedene Herstellungsverfahren für solche Vakuumisolierglaseinheiten bekannt. Bei einem ersten bekannten Herstellungsverfahren werden die beiden Glasscheiben in einem mehrstündigen Verfahren mit einem Glaslot randseitig bei sehr hohen Temperaturen unter atmosphärischen Bedingungen miteinander verlötet. Im Normalfall sind dazu Temperaturen im Bereich von 400–450°C notwendig. Dies liegt im Wesentlichen an den sehr hohen Schmelztemperaturen des Glaslotes, welches teilweise über mehrere Stunden langsam erhitzt werden muss und eine relativ lange Zeit benötigt, um zu kristallisieren. Um eine ausreichend stabile Verbindung zwischen den Glasscheiben zu erreichen, muss die Temperatur im Übrigen relativ lange gehalten werden und im Anschluss muss der Glasverbund langsam abgekühlt werden, was wiederum zeitintensiv ist. Nur so lässt sich auf diese Weise ein nachhaltig dichter Verschluss des Scheibenzwischenraums erreichen. Die Evakuierung erfolgt bei diesem Verfahren über einen Absaugstutzen, beispielsweise ein Glasröhrchen, das an einer der Ecken des Glasverbunds in den Glasscheiben-Zwischenraum mündet. An diesem Absaugstutzen wird normalerweise ein Saugschlauch einer Vakuumpumpe angeschlossen, so dass der Glasscheiben-Zwischenraum kontinuierlich, aber langsam evakuiert werden kann.
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Es ist einleuchtend, dass dieses Herstellungsverfahren allein aus produktionstechnischer Sicht aufgrund seiner Langwierigkeit, insbesondere für die Massenfertigung, von Nachteil ist. Ein solches Verfahren ist aus produktionstechnischer Sicht nicht nur ineffektiv, sondern aufgrund seiner langen Verfahrensdauer auch kostenintensiv. Darüber hinaus weist das genannte Herstellungsverfahren noch einen weiteren erheblichen Nachteil auf. Üblicherweise ist die dem Glasscheiben-Zwischenraum zugewandte Oberfläche einer der beiden Glasscheiben mit einer wärmedämmenden Schicht überzogen, um die Wärmeschutzfunktion der Vakuumisolierglaseinheit zusätzlich zu verbessern. Derartige wärmedämmende Schichten werden auch als Low-E-Schicht (low-emissivity-Schicht) bezeichnet. Eine solche Low-E-Schicht senkt den entsprechenden Wärmeübergangskoeffizienten, mindert die Wärmeabstrahlung und erhöht die Wärmereflektion. Low-E-Schichten wirken sozusagen als Spiegel für die Wärmestrahlung. Einerseits reduzieren sie bei einer Beschichtung auf Fensterglasscheiben den Wärmeeintrag in das Gebäude, andererseits reflektieren sie die Wärmeabstrahlung aus dem Innenraum des Gebäudes nach außen. Mit Low-E-Beschichtungen gelingt es also, den Emissionsgrad selektiv im Infrarotbereich zu senken. Sie haben mit anderen Worten die Eigenschaft, langwellige Strahlung (Infrarotstrahlung) zu reflektieren und verbessern so die Wärmeisolation (U-Wert) der Verglasung. Low-E-Beschichtungen sind farbneutral und werden heute standardmäßig sowohl in Wohn- als auch in kommerziellen Gebäuden eingesetzt.
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Aufgrund der bei oben erwähnter erster Verfahrensart auftretenden hohen Temperaturbelastungen ist die Verwendung solcher Low-E-Schichten jedoch ausgeschlossen. Die Wärmebelastung, die bei oben beschriebenem Herstellungsverfahren über mehrere Stunden auf die Glasscheiben einwirkt, zerstört eine auf die Glasscheiben aufgebrachte Low-E-Schicht oder macht diese zumindest wirkungslos. Das oben beschriebene Herstellungsverfahren ist daher aus technischer Sicht vielfach ungeeignet.
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Eine weitere Art der Herstellung derartiger Vakuumisolierglaseinheiten ist aus der
EP 1 978 199 A1 bekannt. Hierbei werden die beiden Glasscheiben durch auf die jeweilige Glasscheibe vorher, insbesondere durch Ultraschallschweißen aufgebrachte Metallstreifen im Vakuum miteinander verschweißt. Abgesehen davon, dass ein derartiger Schweißprozess unter Vakuum, also innerhalb einer Vakuumkammer, mehr als anspruchsvoll ist und derzeit keineswegs serienreif erscheint, ergibt sich durch die am Randverbund der Vakuumisolierglaseinheit sehr breiten Metallstreifen eine hohe Wärmeleitung. Dies ist insbesondere aus wärmetechnischer Sicht von immensem Nachteil, da die Isolierglaseinheit hierdurch einen Großteil ihrer Wärmedämmungseigenschaften verliert. Im Übrigen ist der Schweißprozess unter Vakuum, wie bereits erwähnt, sehr komplex und zudem kostenintensiv. Auch dieses Herstellungsverfahren ist daher für die Massenfertigung derartiger Vakuumisolierglaseinheiten ungeeignet.
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Ein drittes Herstellungsverfahren ist beispielsweise aus der
WO 2011/041806 A1 bekannt. Hierbei werden die beiden Glasscheiben im Bereich des Umfangs mit einem Strang aus Klebematerial, insbesondere mit einem HotMelt-Kleber miteinander verklebt. Die Klebestelle wird dann durch auf die Glasscheiben aufgelegte Gewichte verpresst. Der HotMelt-Kleber dient dabei gleichzeitig als Dichtstoff.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein derartiger Verschluss nicht nachhaltig dicht bleibt, da die Klebewirkung nicht ausreicht, um den hohen Drücken standzuhalten. Insbesondere bei einer Mindesthaltbarkeitsdauer von zwanzig Jahren ist die ausschließliche Verwendung von Dicht-Kunststoff für den Verschluss der Vakuumisolierglaseinheit ungeeignet. Zurzeit sind keine derartigen kombinierten Dicht- und Klebstoffe bekannt, die einen ausreichenden Verschluss über viele Jahre sicherstellen.
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Zusammenfassend lässt sich somit also feststellen, dass bei oben genanntem ersten Verfahrenstyp der Einsatz von Glasscheiben mit einer wärmedämmenden Low-E-Beschichtung nicht möglich ist, da diese während des Herstellungsverfahrens zerstört würde. Der oben beschriebene zweite Verfahrenstyp ist in der Fertigung umständlich, nicht ausgereift und weist im Randverbund eine hohe Wärmeleitung auf. In beiden Fällen müssen die Gläser entweder durch eine Öffnung im Rand evakuiert werden, die danach aufwändig verschlossen werden muss, oder es wird eine der beiden Scheiben in einer Vakuumkammer aufwändig behandelt, also zunächst gehalten, dann abgesenkt und dann in einem mehrstündigen Verfahren miteinander verschweißt. Die dritte erwähnte Art der Herstellung mit einem kombinierten Kleb-Dichtstoff erscheint zurzeit nicht ausgereift, so dass sich mit dieser Art der Herstellung keine nachhaltige Dichtigkeit der Vakuumisolierglaseinheit gewährleisten lässt.
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Es besteht somit Anlass für einen verbesserten Aufbau der Vakuumisolierglaseinheit sowie für eine effektivere und nachhaltigere Art der Produktion der gleichen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Herstellung einer Vakuumisolierglaseinheit insbesondere aus produktionstechnischer Sicht zu verbessern, so dass sich die Vakuumisolierglaseinheit einfacher, kostengünstiger und schneller produzieren lässt. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumisolierglaseinheit bereitzustellen, die einfach und schnell herzustellen ist, langlebig ist und im Randverbund eine sehr geringe Wärmeleitung aufweist.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung einer Vakuumisolierglaseinheit gelöst, welches folgende Verfahrensschritte aufweist: Bereitstellen einer ersten und einer zweiten Glasscheibe, wobei mindestens eine der beiden Glasscheiben mit einer Low-E-Schicht beschichtet ist; Aufbringen mindestens einer untrennbar mit der ersten Glasscheibe verbundenen ersten Metallschicht sowie mindestens einer untrennbar mit der zweiten Glasscheibe verbundenen zweiten Metallschicht, wobei beide Metallschichten jeweils einen definierten ersten Abstand zum Rand der jeweiligen Glasscheibe aufweisen; Aufbringen eines Lots auf mindestens eine der beiden Metallschichten; Anordnen von mindestens einem Abstandhalter-Element auf einer der beiden Glasscheiben zur Beabstandung der beiden Glasscheiben voneinander im montierten Zustand; Anordnen der beiden Glasscheiben derart übereinander, dass diese im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind und die beiden Metallschichten, das mindestens eine Abstandhalter-Element sowie die Low-E-Schicht in Richtung zu einem sich zwischen den beiden Glasscheiben ergebenden Zwischenraum ausgerichtet sind; Einbringen der beiden Glasscheiben in eine Vakuumkammer und Evakuieren des Zwischenraums; Erhitzen der beiden Glasscheiben in der Vakuumkammer, so dass das Lot schmilzt und die beiden Metallschichten vakuumdicht miteinander verlötet werden.
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Die oben genannte Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine Vakuumisolierglaseinheit der eingangs genannten Art gelöst, wobei zumindest eine der beiden Glasscheiben auf einer Seite, welche in montiertem Zustand dem Zwischenraum zugewandt ist, mit einer Low-E-Schicht beschichtet ist, und wobei sowohl die erste als auch die zweite Glasscheibe auf der jeweiligen dem Zwischenraum zugewandten Seite jeweils mindestens eine Metallschicht aufweisen, welche untrennbar mit der jeweiligen Glasscheibe verbunden sind und einen definierten ersten Abstand zum Rand der jeweiligen Glasscheibe haben, wobei die mindestens eine Metallschicht der ersten Glasscheibe mit der mindestens einen Metallschicht der zweiten Glasscheibe verlötet ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollständig gelöst.
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Die Erfinder haben nämlich erkannt, dass die beiden Glasscheiben durch Aufbringen jeweils einer dünnen Metallschicht auf beide Glasscheiben sehr einfach miteinander verlötet werden können. Da sich Metall wesentlich einfacher löten lässt als Glas, lässt sich im Gegensatz zum direkten Verlöten der beiden Glasscheiben mit Glaslot ein Speziallot mit niedriger Schmelztemperatur verwenden, so dass der Lötprozess gemäß vorliegendem Verfahren bereits unterhalb von 150°C oder maximal bei 150°C ablaufen kann.
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Im Gegensatz zu der eingangs beschriebenen ersten aus dem Stand der Technik bekannten Art der Herstellung, welche die Verwendung von Glaslot vorsieht, erfolgt bei den hier vorliegenden Löttemperaturen also keine Zerstörung der hochwertigen Low-E-Schicht. Es versteht sich, dass das vorliegende Verfahren den separaten Verfahrensschritt des Beschichtens mindestens einer der beiden Glasscheiben mit einer Low-E-Schicht ebenfalls beinhalten kann. Ebenfalls anders als bei den Herstellungsverfahren unter Verwendung von Glaslot ist der Lötprozess zur Verbindung der beiden Metallschichten miteinander wesentlich kurzweiliger. Eine Erhitzung der beiden Glasscheiben über mehrere Stunden auf 400 bis 450°C, wie dies bei der Herstellung mit Glaslot notwendig ist, ist nicht mehr erforderlich. Der Lötprozess lässt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits innerhalb von wenigen Minuten abschließen. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren lässt sich durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren daher eine Fertigung mit sehr kurzen Taktzeiten realisieren. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eignet sich somit ideal für die Massenfertigung von derartigen Vakuumisolierglaseinheiten in sehr großen Stückzahlen.
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Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass die Lötverbindung zwischen den beiden jeweils in die Glasscheiben eingebrachten Metallschichten mechanisch wesentlich stabiler und somit auf Dauer auch nachhaltiger ist als eine direkte Verbindung der beiden Glasscheiben mittels Glaslot, wie dies der Stand der Technik vorschlägt. Die erfindungsgemäße Lötverbindung sorgt dauerhaft für eine optimale Abdichtung des Glasscheiben-Zwischenraums. Dies ist selbstverständlich unabhängig davon, ob mindestens eine der beiden Glasscheiben mit einer Low-E-Schicht beschichtet ist. Dem Fachmann erscheint es offensichtlich, dass diese Low-E-Schicht bei dem hier vorgeschlagen Verfahren zur Verbindung der beiden Glasscheiben miteinander auch weggelassen werden kann. Dies würde jedoch zu einer Verschlechterung der Wärmedämmungseigenschaften führen. Ebenso ist es auch möglich, die Low-E-Schicht durch eine andere Art der Beschichtung zu ersetzen. Beides ändert an der oben beschriebenen Art der Lötverbindung nichts. Umgekehrt ist die Low-E-Beschichtung jedoch nur dann möglich, wenn diese, wie hier vorgeschlagen, während der Herstellung nicht allzu stark erhitzt wird. Dies wird insbesondere durch die erfindungsgemäße Art der Lötverbindung ermöglicht.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist dessen aus produktionstechnischer Sicht sehr einfache Handhabung. Zum Zusammenfügen der beiden Glasscheiben in der Vakuumkammer wird nämlich keine aktive Mechanik oder komplizierte Vorrichtung benötigt, wie dies beispielsweise bei dem aus der
WO 2011/041806 A2 bekannten Verfahren der Fall ist. Auch ein technisch sehr komplexer Schweißvorgang unter Vakuum, wie dies in der
EP 1 978 199 A1 vorgeschlagen wird, kann hier entfallen.
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Gemäß dem hier vorgeschlagenen Verfahren werden die beiden Glasscheiben nämlich lediglich in der Vakuumkammer übereinander derart angeordnet, dass die in die beiden Glasscheiben eingebrachten Metallschichten bündig übereinander zu liegen kommen, so dass das auf mindestens einer der beiden Metallschichten aufgebrachte Lot die Metallschicht der jeweils anderen Glasscheibe berührt. Der Glasscheibenverbund muss dann lediglich noch innerhalb der Vakuumkammer erhitzt werden, wodurch das Lot schmilzt und die beiden Metallschichten dauerhaft miteinander verbunden werden. Durch ein Erhitzen innerhalb der Vakuumkammer auf maximal 150°C sinkt die obere Glasscheibe während des Abschmelzens des Lots aufgrund ihres Eigengewichts in Richtung zu der darunter angeordneten anderen Glasscheibe ab, bis die obere, absinkende Glasscheibe auf das mindestens eine Abstandhalter-Element trifft und auf diese Weise von der darunter liegenden Glasscheibe beabstandet wird. Das mindestens eine Abstandhalter-Element dient somit sozusagen als unterer Anschlagpunkt während des Abschmelzens des Lots, bei dem die obere Glasscheibe auf die untere Glasscheibe absinkt.
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Es versteht sich, dass in einer praktischen Anwendung vorzugsweise mehr als ein Abstandhalter-Element verwendet wird. Im Normalfall werden diese Abstandhalter-Elemente, auch Spacer genannt, rasterförmig auf einer oder beiden Glasscheiben angeordnet. Die Spacer werden vorzugsweise in einem regelmäßigen Raster, beispielsweise im Abstand von 20 mm zueinander platziert, um ein Zusammendrücken oder Bersten der Glasscheiben unter der durch den Druckunterschied zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Vakuum entstehenden Belastung zu verhindern. Die Spacer definieren somit den Abstand der beiden Glasscheiben zueinander im montierten Zustand der Vakuumisolierglaseinheit. Da der Abstand der Glasscheiben vorzugsweise kleiner oder gleich 0,5–0,7 mm gewählt wird, haben die Spacer beispielsweise eine Höhe von 0,5 mm.
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Da der Lötvorgang gemäß dem vorliegendem Verfahren quasi automatisch durch das Erhitzen des Glasverbunds innerhalb der Vakuumkammer abläuft, erfolgt das Evakuieren des Zwischenraums sowie die Verbindung der beiden Glasscheiben miteinander und damit auch das Abdichten des Zwischenraums in nur einem, gleichzeitig ablaufenden Verfahrensschritt. Während des Absinkens der oberen Glasscheibe auf die untere Glasscheibe (während des Abschmelzens des Lots unter der Hitzeeinwirkung) wird nämlich gleichzeitig auch der Zwischenraum zwischen den beiden Glasscheiben aufgrund des in der Vakuumkammer herrschenden Vakuums evakuiert, d. h. die im Zwischenraum zwischen den beiden Glasscheiben befindliche Luft wird abgesaugt. Vorzugsweise werden dabei im Glasscheiben-Zwischenraum Unterdrücke gleich oder weniger als 1 mbar realisiert.
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Ein weiterer zentraler Punkt des vorliegenden Herstellungsverfahrens betrifft das Aufbringen der Metallschichten auf die beiden Glasscheiben. Die Metallschichten werden nämlich vorzugsweise derart aufgebracht, dass diese untrennbar mit der jeweiligen Glasscheibe, auf welche sie aufgebracht sind, verbunden sind. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die mindestens eine untrennbar mit der ersten Glasscheibe verbundene erste Metallschicht sowie die mindestens eine untrennbar mit der zweiten Glasscheibe verbundene zweite Metallschicht per Plasmabeschichtung auf die jeweiligen Glasscheiben aufgebracht.
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Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Plasmabeschichtung zu einer optimalen Verbindung der Metallschicht mit der jeweiligen Glasscheibe führt. Diese Plasmabeschichtung führt zu einer mechanisch extrem stabilen Verbindung der Metallschicht bzw. des Metalls mit dem Glas der Glasscheibe. Die Kontaktfläche zwischen Metall und Glas ist somit optimal abgedichtet. Durch das nachträgliche, oben beschriebene Verlöten der in beide Glasscheiben eingebrachten Metallschichten miteinander entsteht auch an der Kontaktfläche zwischen den Metallschichten der beiden Glasscheiben eine optimal dichte und mechanisch stabile Verbindung.
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Es versteht sich, dass neben einem Plasmabeschichtungs-Verfahren auch andere Beschichtungsverfahren dieser Art denkbar sind, welche eine optimale Verbindung der Metallschicht mit der Glasscheibe gewährleisten. Beispielsweise ist auch ein Sputterverfahren (Ionen-Sputtering) denkbar. Ebenso ist es denkbar, ein Plasmabeschichtungs-Verfahren mit einem solchen Sputterverfahren zu kombinieren.
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Als Metalle zum Auftragen auf das Glas bzw. zum Einbringen in das Glas werden vorzugsweise Kupfer oder Kupferlegierungen, wie beispielsweise Bronze oder Messing, eingesetzt. Ebenso ist die Verwendung von Aluminium, Aluminiumlegierungen, Gemische aus Kupfer mit Zinn oder Zink, beispielsweise auch in Pulverform, Zink-, Blei- oder Zinnlegierungen denkbar.
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Unabhängig von der Art des Metalls werden die mindestens eine Metallschicht der ersten Glasscheibe und die mindestens eine Metallschicht der zweiten Glasscheibe gemäß vorliegendem Verfahren vorzugsweise derart auf die Glasscheibe aufgebracht, dass diese jeweils eine streifenförmige, geschlossene Kontur bilden, welche in montiertem Zustand der Vakuumisolierglaseinheit den Glasscheiben-Zwischenraum umgibt und den definierten ersten Abstand zum jeweiligen Rand der Glasscheibe hat.
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Die Metallschichten werden also mit anderen Worten streifenförmig in geringem Abstand vom Rand der Glasscheibe aufgebracht, und zwar ringsum, so dass die beim Löten der Metallstreifen entstehende Verbindung den Glasscheiben-Zwischenraum vakuumdicht abdichtet. Es versteht sich, dass ”mindestens eine Metallschicht” derart zu verstehen ist, dass auch mehrere Metallschichten bzw. Metallstreifen auf jeder der beiden Glasscheiben angeordnet bzw. auf diese aufgebracht werden können. Um eine unerwünschte zusätzliche Wärmeleitung an der Lötstelle bzw. an der Kontaktstelle zwischen den Metallstreifen weitestgehend zu verhindern, ist es jedoch bevorzugt, nur eine Metallschicht bzw. nur einen Metallstreifen pro Glasscheibe vorzusehen. Des Weiteren ist es gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die mindestens eine untrennbar mit der ersten Glasscheibe verbundene erste Metallschicht schmaler und/oder kleiner ausgestaltet ist als die mindestens eine untrennbar mit der zweiten Glasscheibe verbundene zweite Metallschicht. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass eine Glasscheibe mit einem breiteren Metallstreifen metallisiert ist als die andere Glasscheibe. Der Metallstreifen auf der ersten Glasscheibe könnte beispielsweise eine Breite von 0,5 bis 1,5 mm aufweisen, wohingegen der Metallstreifen auf der zweiten Glasscheibe eine Breite von 2,5 bis 3,5 mm aufweisen könnte. Die Verwendung eines Spezial-Lotes mit sehr niedriger Wärmeleitung und eine nur ca. 1 mm breite Naht würde somit zu einer sehr kleinen, exakten, aber dennoch mechanisch stabilen und dichten Lötnaht führen. Diese nur sehr kleine und schmale Lötnaht verhindert eine unerwünschte Wärmeleitung zwischen den beiden Glasscheiben weitestgehend.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird das Lot punktförmig an mehreren Stellen auf mindestens eine der beiden Metallschichten aufgebracht.
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In dieser Ausgestaltung wird das Lot also nicht gesamtflächig auf einem der beiden Metallstreifen aufgebracht, sondern in einem Punktraster auf den Metallstreifen aufgebracht. Da der Glasscheibenverbund innerhalb der Vakuumkammer, wie oben beschrieben, erhitzt und gleichzeitig der Zwischenraum evakuiert wird, kann bei dieser Ausgestaltung der Glasscheiben-Zwischenraum bis kurz vor dem vollständigen Schmelzen des Lots von allen Seiten evakuiert werden. Auf diese Weise lässt sich ein optimales Vakuum im Zwischenraum zwischen den beiden Glasscheiben herstellen. Wie oben bereits beschrieben, erfolgt dies in einem gemeinsamen Verfahrensschritt mit dem Verlöten bzw. Verbinden der beiden Glasscheiben. Dies spart nicht nur Zeit und ist damit aus fertigungstechnischer Sicht optimal, sondern sorgt auch für ein optimales Vakuum zwischen den Glasscheiben und eine mechanisch stabile, nachhaltige Verbindung der beiden Glasscheiben miteinander.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird das Lot auf mindestens eine der beiden Metallschichten punktförmig im Bereich der Ecken der Isolierglaseinheit aufgebracht.
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In dieser Ausgestaltung werden also vorzugsweise vier Lotpunkte im Bereich aller vier Ecken einer rechteckigen Glasscheibe vorgesehen. Es versteht sich, dass auch weitere Lotpunkte dazwischen auf den Metallstreifen vorgesehen sein können, um eine optimale Verbindung der beiden Metallstreifen und somit der beiden Glasscheiben miteinander zu gewährleisten. Vorzugsweise sind die vier Lotpunkte im Bereich der Ecken der Vakuumisolierglaseinheit jedoch größer ausgestaltet, das heißt diese Lotpunkte sind höher bzw. weisen einen größeren Durchmesser auf als die übrigen Lotpunkte. Die Lotpunkte in den Ecken dienen somit als hohe Abstandshalter aus demselben Lot, das auch für die Abdichtung verwendet wird.
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Beim Einbringen des Glasscheibenverbunds in die Vakuumkammer, während dessen die beiden Glasscheiben aufeinander angeordnet werden, liegen die beiden Glasscheiben also an den vier höheren Lotpunkten im Bereich der Ecken aufeinander auf. Während des Erhitzens und Evakuierens innerhalb der Vakuumkammer schmelzen diese Lotpunkte also langsamer als die übrigen Lotpunkte, so dass die beiden Glasscheiben so lange voneinander beabstandet werden, bis auch diese Lotpunkte in den Ecken vollständig geschmolzen sind und die obere Glasscheibe auf die darunter angeordnete Glasscheibe abgesunken ist. So lange dies noch nicht geschehen ist, lässt sich auch gemäß dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Glasscheiben-Zwischenraum von allen Seiten evakuieren. Auch dies sorgt wiederum für ein optimales Vakuum zwischen den beiden Glasscheiben.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens weist das Verfahren folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt auf:
- – Anordnen mindestens eines schmelzbaren Abstandhalters auf mindestens einer der beiden Glasscheiben im Bereich der Ecken der Vakuumisolierglaseinheit, wobei der mindestens eine schmelzbare Abstandhalter in unbehandeltem Zustand die beiden Glasscheiben in einem größeren Abstand voneinander beabstandet als das auf einer der beiden Glasscheiben angeordnete mindestens eine Abstandhalter-Element, wobei der schmelzbare Abstandhalter unter der Hitzeeinwirkung in der Vakuumkammer zumindest teilweise schmilzt.
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Die in dieser Ausgestaltung vorgesehenen hohen und leicht abschmelzenden Abstandhalter haben eine ähnliche Funktion wie die oben beschriebenen, im Bereich der Ecken der Vakuumisolierglaseinheit anordenbaren höheren Lotpunkte. Das eigentliche Lot ist gemäß dieser Ausgestaltung wiederum auf eine oder beide Metallschichten der Glasscheiben aufgebracht und in der Höhe geringer als die im Bereich der Ecken der Vakuumisolierglaseinheit vorgesehenen schmelzbaren Abstandhalter. Der Glasscheiben-Zwischenraum kann somit auch gemäß dieser Ausgestaltung bis kurz vor dem Schmelzen des eigentlichen Lots von allen Seiten evakuiert werden, da die im Bereich der Ecken angeordneten schmelzbaren Abstandhalter die beiden Glasscheiben so lange voneinander beabstanden, bis auch die schmelzbaren Abstandhalter vollständig unter der Hitzeeinwirkung geschmolzen sind.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist folgender zusätzlicher Verfahrensschritt vorgesehen:
- – Anordnen von mehreren zweiten Abstandhaltern auf mindestens einer der beiden Glasplatten, wobei die zweiten Abstandhalter in unbehandeltem Zustand die beiden Glasscheiben in einem größeren Abstand voneinander beabstanden als das auf einer der beiden Glasscheiben angeordnete mindestens eine Abstandhalter-Element, wobei die zweiten Abstandhalter aus Epoxidharz sind und unter der Hitzeeinwirkung in der Vakuumkammer zumindest teilweise aushärten und gestaucht werden, so dass die beiden Glasscheiben nach der Hitzeeinwirkung in montiertem Zustand von dem mindestens einem Abstandhalter-Element beabstandet werden.
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Diese Ausgestaltung trägt insbesondere dem Problem Rechnung, dass die Verwendung von starren Abstandhaltern (Spacern) wie diese im Stand der Technik verwendet werden, oft zu Produktionsschwierigkeiten führt oder gar während des Erzeugens des Vakuums im Glasscheiben-Zwischenraum ein Bruch der Glasscheiben verursacht. Gemäß dem Stand der Technik verwenden derartige Vakuumisolierglaseinheiten normalerweise nämlich starre Abstandhalter-Elemente (Spacer) in Form von Metall-, Glas- oder Keramikkugeln, welche für den Abstand zwischen den beiden Glasscheiben in montiertem Zustand der Vakuumisolierglaseinheit sorgen. Dabei entsteht insbesondere das Problem, dass diese Abstandhalter-Elemente bzw. Spacer eine exakt gleiche Höhe aufweisen sollten, da auch nur geringe Höhenunterschiede aufgrund des enormen Drucks, der auf die Glasscheiben wegen des Druckunterschieds zwischen dem atmosphärischen Druck in der Umgebung und dem Vakuum zwischen den Glasscheiben wirkt, schnell zu einem Bruch der Glasscheiben führen können. Insbesondere da diese Spacer normalerweise rasterförmig im Abstand von ca. 2 cm zueinander zwischen den Glasscheiben angeordnet sind, müssen enorm geringe Fertigungstoleranzen eingehalten werden, um einen derartigen Höhenunterschied der einzelnen Spacer zu vermeiden.
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Die oben erwähnte Ausgestaltung trägt diesem Problem dadurch Rechnung, dass zusätzliche zweite Abstandhalter aus nicht ausgehärtetem Material, insbesondere aus Epoxidharz rasterförmig zwischen dem mindestens einen Abstandhalter-Element bzw. zwischen den Abstandhalter-Elementen angeordnet sind. Die Abstandhalter-Elemente (Spacer), welche als starre Abstandhalter-Elemente ausgestaltet sind, können somit in geringerer Anzahl verwendet werden. Die Abstandhalter-Elemente (Spacer) werden dabei als Metall-, Glas- oder Keramikkugeln ausgestaltet, welche den zu erreichenden Abstand zwischen den beiden Glasscheiben definieren und auf mindestens eine der beiden Glasscheiben aufgeklebt werden. Zwischen diesen starren Abstandhalter-Elementen besteht jedoch ein sehr großer Abstand. Die zusätzlich vorgesehenen zweiten Abstandhalter aus Epoxidharz werden in größerer Zahl zwischen den starren Abstandhalter-Elementen angeordnet und sind vorzugsweise höher ausgestaltet als die starren Abstandhalter-Elemente. Beim Fügen in der Vakuumkammer mit gleichzeitigem Erhitzen werden die zweiten Abstandhalter aus Epoxidharz auf die Höhe bzw. den Durchmesser der starren Abstandhalter-Elemente gestaucht und härten auf das ”richtige” Maß aus. Ein Bruch der Glasscheiben während dieses Vorgangs lässt sich somit auch bei größeren Fertigungstoleranzen der starren Abstandhalter-Elemente vermeiden, da diese in geringerer Anzahl eingesetzt werden und einen größeren Abstand zueinander aufweisen als dies gemäß dem Stand der Technik der Fall ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens weist das Verfahren folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt auf:
- – Anordnen einer diffusionsfreien Dichtmasse auf mindestens einer der beiden Glasscheiben derart, dass die diffusionsfreie Dichtmasse einen definierten zweiten Abstand zum Rand der jeweiligen Glasscheibe hat, wobei der zweite Abstand der diffusionsfreien Dichtmasse geringer ist als der erste Abstand der jeweiligen Metallschicht zum Rand der jeweiligen Glasscheibe.
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Zusätzlich dazu ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung bevorzugt, dass das Herstellungsverfahren den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt aufweist:
- – Anordnung einer diffusionsfreien Klebemasse auf mindestens einer der beiden Glasscheiben derart, dass die diffusionsfreie Klebemasse einen definierten dritten Abstand zum Rand der jeweiligen Glasscheibe hat, wobei der dritte Abstand der diffusionsfreien Klebemasse geringer ist als der zweite Abstand der diffusionsfreien Dichtmasse zum Rand der jeweiligen Glasscheibe.
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Gemäß diesen Ausgestaltungen sind also zusätzliche Dichtungen und Verklebungen aus diffusionsfreier Dichtmasse bzw. diffusionsfreier Klebemasse am Rand der Vakuumisolierglaseinheit vorgesehen, um für eine zusätzliche Abdichtung des Glasscheiben-Zwischenraums bzw. eine zusätzliche Stabilität der Vakuumisolierglaseinheit zu sorgen. Diese Schichten haben im Wesentlichen den Zweck, die oben beschriebene Lötverbindung zwischen den Metallschichten von außen vor eventuellen Umwelteinflüssen zu schützen und den Glasscheiben-Zwischenraum zusätzlich abzudichten. Wie oben erwähnt ist der dritte Abstand vorzugsweise kleiner als der zweite Abstand und dieser wiederum vorzugsweise kleiner als der erste Abstand. Dies drückt mit anderen Worten aus, dass die Lötverbindung weiter innen liegt, also weiter vom Rand der Glasscheiben beabstandet ist als die diffusionsfreie Dichtmasse, und diese wiederum weiter innen liegt, also weiter vom Rand der Glasscheiben beabstandet ist als die Schicht aus diffusionsfreier Klebemasse.
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Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens besteht darin, dass auch die diffusionsfreie Dichtmasse sowie die diffusionsfreie Klebemasse aufgrund des Verfahrensablaufs zwischen den Glasscheiben angeordnet sein können. Dies liegt im Wesentlichen daran, dass die Lötverbindung während des Erhitzens in der Vakuumkammer automatisch erfolgt. Ein Zugang zum Verschweißen, wie dies gemäß dem in der
EP 1 978 199 A1 vorgeschlagenen Verfahren der Fall ist, ist hier nicht notwendig. Die diffusionsfreie Dichtmasse sowie die diffusionsfreie Klebemasse können also schon vor Anbringen der Glasscheiben in die Vakuumkammer auf dieser aufgetragen werden und müssen nicht nachträglich von außen auf den Rand der Vakuumisolierglaseinheit zusätzlich aufgebracht werden. Dies hat auch aus ästhetischen Gründen einen Vorteil. Größere Wülste oder unschöne Verklebungen am Randverbund der Vakuumisolierglaseinheit können dadurch nämlich vermieden werden. Sowohl die Verklebung als auch die Verbindung der diffusionsfreien Dichtmasse erfolgt ebenfalls während des Erhitzens in der Vakuumkammer.
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Wie oben bereits erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung auch die durch das beschriebene Herstellungsverfahren hergestellte Vakuumisolierglaseinheit selbst. Die vorliegende Erfindung betrifft daher ebenso eine Vakuumisolierglaseinheit mit einer ersten und einer im Wesentlichen parallel dazu angeordneten zweiten Glasscheibe, wobei die beiden Glasscheiben durch mindestens ein Abstandhalter-Element voneinander beabstandet sind und zwischen sich einen Zwischenraum definieren, der zumindest teilweise evakuiert ist und im Bereich der Ränder der beiden Glasscheiben vakuumdicht verschlossen ist, wobei zumindest eine der beiden Glasscheiben auf einer Seite, welche in montiertem Zustand dem Zwischenrand zugewandt ist, mit einer Low-E-Schicht beschichtet ist, und wobei sowohl die erste als auch die zweite Glasscheibe auf der jeweiligen dem Zwischenraum zugewandten Seite jeweils mindestens eine Metallschicht aufweist, welche untrennbar mit der jeweiligen Glasscheibe verbunden ist und einen definierten ersten Abstand zum Rand der jeweiligen Glasscheibe hat, wobei die mindestens eine Metallschicht der ersten Glasscheibe mit der mindestens einen Metallschicht der zweiten Glasscheibe verlötet ist.
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Wie oben bereits ausführlich erwähnt, zeichnet sich diese Vakuumisolierglaseinheit im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Vakuumisolierglaseinheiten durch eine mechanisch sehr stabile Verbindung der beiden Glasscheiben miteinander aus. Diese mechanisch sehr stabile Verbindung garantiert eine auf Dauer stabile und nachhaltige Abdichtung des Glasscheiben-Zwischenraums. Aufgrund des oben beschriebenen Verfahrens, welches eine Fertigung der Vakuumisolierglaseinheit bei sehr niedrigen Temperaturen (maximal 150°C) gewährleistet, weist die erfindungsgemäße Vakuumisolierglaseinheit daneben noch eine Low-E-Beschichtung auf, welche sich vorteilhaft auf die Wärmedämmungseigenschaften der Vakuumisolierglaseinheit auswirkt.
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Die mindestens eine Metallschicht der ersten Glasscheibe und die mindestens eine Metallschicht der zweiten Glasscheibe sind mithilfe eines Lots miteinander verlötet, welches in montiertem Zustand zwischen den beiden Metallschichten angeordnet ist und diese miteinander verbindet. Die Metallschichten sind, wie bereits beschrieben, vorzugsweise streifenförmig ausgestaltet und untrennbar mit der jeweiligen Glasscheibe verbunden. Die Verbindung der Metallschichten mit der jeweiligen Glasscheibe ist daher enorm stabil. Auch die Lötverbindung zwischen den beiden Metallschichten bzw. Metallstreifen ist wesentlich stabiler als dies bei Verbindungen der Glasscheiben mittels Glaslot der Fall ist. Als Lotmaterialien eignen sich hierzu verschiedenste Materialien. Neben Blei, Zinn, Zink und Silber sind auch folgende Materialien für diesen Einsatz denkbar: Kupfer, Bismut, Bronze, Messing, Tombak, Neusilber, Gold, Hartblei, Aluminium, Indium, Cadmium, Nickel und/oder deren Legierungen. Auch der Einsatz von Phosphor-Metall-Lotmaterialien hat sich als vorteilhaft erwiesen.
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Als Metalle, mit denen die Glasscheiben bedampft bzw. beschichtet werden, haben sich folgende Metalle als vorteilhaft herausgestellt: Kupfer, Kupfergemische, Kupferlegierungen wie Bronze oder Messing, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Zink und Zinklegierungen, Blei und Bleilegierungen, Zinn und Zinnlegierungen oder Gemische aus Kupfer und Zinn oder Zink in Pulverform. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Metalle oder deren Legierungen für diesen Einsatz grundsätzlich denkbar sind.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vakuumisolierglaseinheit sind die mindestens eine Metallschicht der ersten Glasscheibe und die mindestens eine Metallschicht der zweiten Glasscheibe durch Plasmabeschichtung auf die jeweilige Glasscheibe aufgebracht. Wie oben bereits beschrieben, können die Metallschichten bzw. Metallstreifen auch durch Sputterverfahren oder kombinierte Sputter- und Plasmabeschichtungsverfahren auf die Glasscheiben aufgebracht sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vakuumisolierglaseinheit bildet die mindestens eine Metallschicht der ersten Glasscheibe und die mindestens eine Metallschicht der zweiten Glasscheibe jeweils eine streifenförmige, geschlossene Kontur, welche in montiertem Zustand den Zwischenraum umgibt und den definierten ersten Abstand zum Rand der jeweiligen Glasscheibe hat.
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Die Metallschichten sind also als Metallstreifen auf der jeweiligen Glasscheibe in einem gewissen Abstand vom Rand der Glasscheibe angeordnet, und zwar ringsherum. Der ”erste Abstand” beträgt vorzugsweise wenige Zentimeter oder auch nur einige Millimeter. Unter einer ”geschlossenen Kontur” wird vorliegend eine Kontur verstanden, bei der der Startpunkt der Metallschicht mit dem Endpunkt der gleichen zusammenfällt. Die Metallschicht umgibt somit in montiertem Zustand der Vakuumisolierglaseinheit den Glasscheiben-Zwischenraum. Je nach Form der Glasscheibe kann es sich bei dieser Kontur somit also um eine kreisförmige, quadratische, recht- oder vieleckige Kontur handeln.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vakuumisolierglaseinheit ist das Lot punktförmig an mehreren Stellen auf mindestens einer der beiden Metallschichten aufgetragen. Die verfahrenstechnischen Vorteile dieser Ausführungsform wurden oben bereits erwähnt. Eine punktförmige Anordnung der Lotpunkte hat darüber hinaus den Vorteil, dass das Lot optimal über die Verbindungsfläche verteilt ist. Dadurch lässt sich eine mechanisch stabile Verbindung der beiden Glasscheiben realisieren.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vakuumisolierglaseinheit weist ein Teil der Abstandhalter-Elemente durch Erhitzen gehärtetes Epoxidharz auf und ein anderer Teil der Abstandhalter-Elemente starre kugelförmige Metall-, Glas- oder Keramikkugeln auf.
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Diese Ausführungsform wurde oben bereits unter Berücksichtigung des verfahrenstechnischen Hintergrunds beschrieben. Sie hat im Wesentlichen den Vorteil, dass geringere Fertigungstoleranzen für die Abstandhalter-Elemente (Spacer) notwendig sind. Ein Bersten oder Kollabieren der Glasscheiben während der Fertigung kann somit verhindert werden. Vorzugsweise werden weniger Abstandhalter-Elemente aus starren, kugelförmigen Metall-, Glas- oder Keramikkugeln eingesetzt als Abstandhalter-Elemente aus gehärtetem Epoxidharz. Die Abstandhalter-Elemente aus gehärtetem Epoxidharz befinden sich erst in montiertem Zustand der Vakuumisolierglaseinheit in ihrem gehärteten Zustand. Vor dem Zusammensetzen der Vakuumisolierglaseinheit sind diese Abstandhalter-Elemente noch nicht gehärtet. Das Epoxidharz härtet, wie oben beschrieben, erst während der Herstellung durch Erhitzen aus. Die Abstandhalter-Elemente aus gehärtetem Epoxidharz haben des Weiteren den Vorteil, dass sich diese an den gewünschten Abstand zwischen den beiden Glasscheiben anpassen, im Gegensatz zu den starren Spacern. Aufgrund ihres gehärteten Zustands sind die Abstandhalter-Elemente aus gehärtetem Epoxidharz dennoch sehr stabil.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vakuumisolierglaseinheit ist vorgesehen, dass zwischen den Glasscheiben jeweils auf der dem Zwischenraum zugewandten Seite der Glasscheiben eine diffusionsfreie Dichtmasse vorgesehen ist, welche einen definierten zweiten Abstand zum Rand der jeweiligen Glasscheibe hat, wobei der zweite Abstand der diffusionsfreien Dichtmasse geringer ist als der erste Abstand der Metallschicht zum Rand der jeweiligen Glasscheibe.
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Die diffusionsfreie Dichtmasse ist also weiter außen, näher am Rand der Glasscheibe angeordnet als die Metallschichten bzw. die zwischen diesen bestehende Lötverbindung. Wie oben bereits beschrieben, schützt die diffusionsfreie Dichtmasse die Lötverbindung vor äußeren Umwelteinwirkungen, welche zum Beispiel zu einer Korrosion der Lötverbindung führen könnten. Des Weiteren sorgt die diffusionsfreie Dichtmasse für eine zusätzliche Abdichtung des Glasscheiben-Zwischenraums. Geeignete Materialien für derartige Dichtmassen bzw. Dichtungen sind Butyl, HotMelts, Bitumen, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Gummi, welche auf eine oder beide Scheiben als Streifen aufgetragen bzw. aufgeklebt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vakuumisolierglaseinheit ist zwischen den Glasscheiben jeweils auf der dem Zwischenraum zugewandten Seite der Glasscheiben eine diffusionsfreie Klebemasse vorgesehen, welche einen definierten dritten Abstand zum Rand der jeweiligen Glasscheibe hat, wobei der dritte Abstand der diffusionsfreien Klebemasse geringer ist als der zweite Abstand der diffusionsfreien Dichtmasse zum Rand der jeweiligen Glasscheibe.
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Die diffusionsfreie Klebemasse ist also noch weiter außen, das heißt näher zum Rand der jeweiligen Glasscheibe angeordnet, als die diffusionsfreie Dichtmasse. Die Klebemasse verleiht der Vakuumisolierglaseinheit zusätzliche mechanische Stabilität. Als geeignete Materialien haben sich insbesondere Epoxidharz, Silikonklebstoff, Silikon-Vergussmasse, UV-härtender Klebstoff, Schmelzklebstoff oder ein Polyurethan als vorteilhaft herausgestellt.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte Darstellung der erfindungsgemäßen Vakuumisolierglaseinheit in einer Querschnittsansicht unter Veranschaulichung der verschiedenen Verfahrensschritte während deren Herstellung;
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2 eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Glasscheibe, welche in der erfindungsgemäßen Vakuumisolierglaseinheit zum Einsatz kommen kann;
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3 eine Draufsicht (3a) und eine Querschnittansicht (3b) einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumisolierglaseinheit;
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4 eine Draufsicht (4a) und eine Querschnittansicht (4b) einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumisolierglaseinheit; und
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5 eine Draufsicht (5a) und eine Querschnittansicht (5b) einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumisolierglaseinheit.
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Die 1a–1c veranschaulichen schematisch die Herstellung der erfindungsgemäßen Vakuumisolierglaseinheit, welche gesamthaft mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Der Einfachheit halber wird nur ein Teil der notwendigen Verfahrensschritte während der Herstellung der Vakuumisolierglaseinheit 10 veranschaulicht. Die 1a–c zeigen die erfindungsgemäße Vakuumisolierglaseinheit jeweils schematisch in einer Querschnittansicht in den unterschiedlichen Stadien während ihrer Herstellung. 1c zeigt dabei die erfindungsgemäße Vakuumisolierglaseinheit 10 in fertig montiertem Zustand.
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Die erfindungsgemäße Vakuumisolierglaseinheit 10 weist eine erste Glasscheibe 12 und eine im Wesentlichen parallel dazu angeordnete zweite Glasscheibe 14 auf. Bei den Glasscheiben 12, 14 handelt es sich um herkömmliche (im Stand der Technik bekannte) Glasscheiben, welche in derartigen Vakuumisolierglaseinheiten Verwendung finden. Form und Größe der Glasscheiben 12, 14 können je nach Ausgestaltung variieren, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bevorzugt weisen die Glasscheiben 12, 14 jedoch die gleiche Form und gleiche Gestalt auf.
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In einem ersten Verfahrensschritt (hier nicht näher dargestellt) wird auf die erste Glasscheibe 12 eine erste Metallschicht 16 und auf die zweite Glasscheibe 14 eine zweite Metallschicht 18 aufgebracht. Dies geschieht vorzugsweise anhand eines Plasmabeschichtungsverfahrens und/oder mithilfe von Ionen-Sputtering. Die beiden Metallschichten 16, 18 lassen sich dadurch untrennbar mit der jeweiligen Glasscheibe 12, 14 verbinden. Dadurch entsteht eine extrem stabile Verbindung der Metallschichten 16, 18 mit den jeweiligen Glasscheiben 12, 14, welche nicht reversibel ist. Für die Metallschichten 16, 18 werden vorzugsweise Metalle wie Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminium-, Zink-, Blei- oder Zinnlegierungen verwendet. Es versteht sich, dass auch unterschiedliche, also nicht jeweils die gleichen Metalle für die erste bzw. zweite Metallschicht 16, 18 verwendet werden können.
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In einem weiteren Verfahrensschritt (ebenfalls nicht explizit dargestellt) wird ein Lotmaterial 20 auf eine der beiden Metallschichten 16, 18 aufgebracht. In dem vorliegend realisierten Beispielfall wurde das Lot 20 auf die erste Metallschicht 16 aufgebracht. Es versteht sich jedoch, dass das Lot 20 auch auf die zweite Metallschicht 18 aufgebracht werden kann. Genauso gut ist es auch denkbar, das Lot 20 auf beide Metallschichten 16, 18 gleichzeitig aufzubringen.
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Als Lotmaterial 20 wird vorzugsweise ein Speziallot mit möglichst geringen Wärmeleitungseigenschaften verwendet. Materialien wie Zinn, Blei, Bismut, Silber, Indium, Cadmium, Nickel und/oder deren Legierungen haben sich als vorteilhaft herausgestellt. Auch Phosphor-Metall-Lote sind hierfür geeignet.
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Weiterhin wird auf einer der beiden Glasscheiben (hier auf der zweiten Glasscheibe 14) mindestens ein Abstandhalter-Element 22 angeordnet, welches dazu dient, die beiden Glasscheiben 12, 14 in montiertem Zustand voneinander zu beabstanden. Ein solches Abstandhalter-Element 22 wird in der Fachsprache auch als Spacer bezeichnet. Normalerweise werden diese Spacer 22 rasterförmig über eine oder beide Glasscheiben 12, 14 verteilt. Wenngleich im Normalfall eine Vielzahl dieser Spacer 22 verwendet wird, versteht es sich, dass auch nur ein Spacer 22 je nach Größe und Form der Glasscheiben 12, 14 grundsätzlich denkbar ist. Die Spacer 22 dienen im Wesentlichen dazu, die Glasscheiben 12, 14 in montiertem Zustand voneinander zu beabstanden, da aufgrund des im Zwischenraum 24 zwischen den Glasscheiben 12, 14 herrschenden Vakuums ein hoher Druck von außen auf die Glasscheiben 12, 14 einwirkt.
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Weiterhin wird eine der beiden Glasscheiben 12, 14 (beispielsweise die zweite Glasscheibe 14) im Vorfeld zu der in 1a dargestellten Situation mit einer Low-E-Schicht 26 beschichtet. Derartige Low-E-Beschichtungen sind in diesem Bereich gängige Beschichtungen, welche auf die Glasscheiben aufgetragen werden, um deren Wärmeisolationseigenschaften zu verbessern. Sie haben die Eigenschaft, langwellige Strahlung (Infrarotstrahlung) zu reflektieren und so die Wärmeisolation bzw. den Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) der Glasscheiben zu verbessern. Die Low-E-Beschichtung 26 ist farbneutral und somit unter normalen Bedingungen nicht sichtbar.
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Weiterhin wird im Vorfeld zu der in 1a dargestellten Situation auf beide Glasscheiben 12, 14 jeweils eine Dichtmasse 28, 28' und eine Klebemasse 30, 30' aufgetragen. Es versteht sich jedoch, dass je nach Anwendungsfall die Dichtmasse 28, 28' und die Klebemasse 30, 30' zu Beginn auch nur auf eine der beiden Glasscheiben 12, 14 aufgetragen werden kann. Im Übrigen sei hierzu angemerkt, dass sowohl die Dichtmasse 28, 28' als auch die Klebemasse 30, 30' im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht zwingend notwendig sind.
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Die Dichtmasse 28, 28' und die Klebemasse 30, 30' dienen im Wesentlichen dazu, die zwischen den Metallschichten 16, 18 entstehende Lötstelle vor äußeren Umwelteinflüssen zusätzlich abzudichten bzw. der fertig montierten Vakuumisolierglaseinheit 10 eine zusätzliche Stabilität zu verleihen. Bei der Dichtmasse 28, 28' handelt es sich vorzugsweise um eine diffusionsfreie Dichtmasse 28, 28', welche also eine Diffusion von Gasen oder Feuchtigkeit von außen in den Glasscheiben-Zwischenraum 24 verhindert bzw. umgekehrt. Sie wird vorzugsweise in Form eines oder mehrerer Streifen auf eine oder beide Glasscheiben 12, 14 aufgetragen. Die Dichtmasse 28, 28' weist dabei vorzugsweise Butyl, HotMelts, Bitumen, PTFE oder Gummi auf. Als Klebstoffe bzw. Klebemassen 30, 30' werden vorzugsweise Ein- oder Mehrkomponenten-Epoxidharze, Ein- oder Mehrkomponenten-Silikonklebstoffe, Ein- oder Mehrkomponenten-Silikon-Vergussmassen, oder aber UV-härtende Klebstoffe oder Polyurethane verwendet.
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Nach An- bzw. Aufbringen der oben beschriebenen einzelnen Bestandteile (Metallschichten 16, 18, Abstandhalter-Elemente 22, Low-E-Schicht 26, etc.) auf den beiden Glasscheiben 12, 14 werden diese derart übereinander angeordnet, dass diese im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind und die beiden Metallschichten 16, 18, das mindestens eine Abstandhalter-Element 22 sowie die Low-E-Schicht 26 in Richtung zu dem sich zwischen den beiden Glasscheiben 12, 14 ergebenden Zwischenraum 24 ausgerichtet sind (siehe 1a). Die beiden Metallschichten 16, 18, die Dichtmassen 28, 28' und die Klebemassen 30, 30' liegen sich dabei gegenüber. Die obere Glasscheibe 12 wird dann auf der unteren Glasscheibe 14 abgelegt. Die obere Glasscheibe 12 liegt dann vorzugsweise mit dem auf dieser angebrachten Lötstelle 20 auf der zweiten Metallschicht 18 auf der zweiten Glasscheibe 14 auf. Die Dicken der Metallschichten 16, 18 sowie der Lötstelle 20 sind also so gewählt, dass die obere Glasscheibe 12 zunächst nicht die auf der unteren Glasscheibe 14 angebrachten Abstandhalter-Elemente 22 (Spacer) berührt.
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In dieser Position werden die beiden Glasscheiben 12, 14 dann in einer Vakuumkammer (nicht dargestellt) platziert. Die Vakuumkammer wird dann evakuiert, so dass dadurch Luft aus dem Zwischenraum 24 zwischen den beiden Glasscheiben 12, 14 abgesaugt wird. Gleichzeitig werden die Glasscheiben 12, 14 dann innerhalb der Vakuumkammer erhitzt, um das Lot 20 zum Schmelzen zu bringen. Aufgrund des vorzugsweise verwendeten Speziallots 20 genügt dabei eine Erhitzungstemperatur von 150°C oder darunter. Um den Zwischenraum 24 während dieses Vorgangs evakuieren zu können, ist es dabei bevorzugt, dass das Lot 20 rasterförmig auf der ersten oder zweiten Metallschicht 16, 18 angeordnet ist, so dass zwischen den Lötstellen 20 Zwischenräume entstehen, durch die die Luft aus dem Zwischenraum 24 abgesaugt werden kann.
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Durch das Erhitzen der beiden Glasscheiben 12, 14 innerhalb der Vakuumkammer schmilzt das Lot 20 nach und nach. Während dieses Vorgangs sinkt die obere Glasscheibe 12 aufgrund ihres Eigengewichts G (in 1b durch den Pfeil angedeutet) immer weiter in Richtung auf die darunter angeordnete Glasscheibe 14 ab. Der Abstand zwischen den beiden Glasscheiben 12, 14 wird somit nach und nach geringer. Um dies zu beschleunigen, können auch Gewichte auf der oberen Glasscheibe 12 platziert werden. Die obere Glasscheibe 12 senkt sich dann soweit ab, bis diese die Spacer 22 berührt und von diesen gehalten wird. Die Evakuierung des Zwischenraums 24 ist zu diesem Zeitpunkt dann bereits erfolgt.
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Wie in 1c dargestellt ist, sind in diesem Zustand auch die einzelnen Bestandteile der Dichtmasse 28, 28' miteinander verschmolzen und der Klebstoff 30 aufgrund der Hitze ausgehärtet. Aufgrund der geringen aufzuwendenden Hitze (maximal 150°C), welche zum Schmelzen des Lotes 20 notwendig ist, bleibt die Low-E-Schicht 26 während der Herstellung unversehrt. Dies bietet einen immensen Vorteil gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei denen ein Glaslot zur Verbindung der beiden Glasscheiben verwendet wird, welches auf mindestens 400–450°C erhitzt werden muss, wodurch die Low-E-Schicht im Regelfall vollständig zerstört wird. Aufgrund der geringen Erhitzungstemperatur, welche vorliegend verwendet wird, muss die fertige Vakuumisolierglaseinheit 10 auch nur sehr kurz abkühlen, um dann endverarbeitet werden zu können. Das vorliegende Herstellungsverfahren eignet sich somit optimal für die Massenproduktion derartiger Vakuumisolierglaseinheiten 10.
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Wie aus 1a–c des Weiteren sichtbar ist, ist eine der beiden Metallschichten 16, 18, im vorliegenden Fall die erste Metallschicht 16, kleiner bzw. schmaler ausgestaltet als die andere Metallschicht auf der jeweils anderen Glasscheibe (hier: zweite Metallschicht 18 auf zweiter Glasscheibe 14). Dies hat im Wesentlichen den Zweck, dass das Lot 20 während des Schmelzvorgangs trotz Fertigungs- oder Platzierungstoleranzen oder Ungenauigkeiten sich auf der ganzen Breite der Metallschicht 16 mit der breiteren Metallschicht 18 verbinden kann. Andererseits bleibt durch die relativ schmale Ausgestaltung der ersten Metallschicht 16 die Lötstelle relativ eng begrenzt, so dass eine unerwünschte Wärmeleitung nur auf einem eng begrenzten Raum erfolgen kann. Dies wirkt sich insbesondere auf die Wärmedämmungseigenschaften der Vakuumisolierglaseinheit 10 vorteilhaft aus.
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1c zeigt die fertige Vakuumisolierglaseinheit 10. Daraus wird ersichtlich, dass die Klebemasse 30 vorzugsweise ganz außen, nahe oder direkt am Rand 32 der Glasscheiben 12, 14 angeordnet ist, wohingegen die Dichtmasse zwischen den beiden Glasscheiben 12, 14 weiter innen liegt, also weiter weg vom Rand 32 beabstandet ist und die Lötstelle noch weiter innen liegt. Die in 1c angedeuteten Abstände d1, d2 und d3 verhalten sich demnach wie folgt: d1 > d2 > d3. Grundsätzlich lässt sich die Position der Klebemasse 30 und der Dichtmasse 28 jedoch auch vertauschen. In jedem Fall wird der Zwischenraum 24 durch die Lötstelle 20, die Dichtmasse 28 und die Klebemasse 30 dreifach abgedichtet. Aufgrund der oben bereits beschriebenen sehr guten Lötverbindung zwischen den Metallschichten 16, 18 wird eine nachhaltig dichte und mechanisch stabile Verbindung der beiden Glasscheiben 12, 14 garantiert.
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Die in 1c dargestellte fertig montierte Vakuumisolierglaseinheit 10 weist zusammenfassend also eine erste Glasscheibe 12 und eine im Wesentlichen parallel dazu angeordnete zweite Glasscheibe 14 auf. Die beiden Glasscheiben 12, 14 sind dabei durch Abstandhalter-Elemente 22 voneinander beabstandet und definieren zwischen sich einen Zwischenraum 24, der zumindest teilweise evakuiert ist und im Bereich der Ränder 32 der beiden Glasscheiben 12, 14 vakuumdicht verschlossen ist. Die untere Glasscheibe 14 ist mit einer Low-E-Schicht 26 beschichtet. Beide Glasscheiben 12, 14 weisen jeweils eine Metallschicht 16, 18 auf, welche untrennbar mit der jeweiligen Glasscheibe 12, 14 verbunden ist und einen definierten Abstand d1 zum Rand 32 der jeweiligen Glasscheibe 12, 14 aufweist, das heißt vom Rand 32 nach innen in Richtung zum Zwischenraum 24 versetzt ist. Die Metallschicht 16 der ersten Glasscheibe 12 ist in fertig montiertem Zustand vollständig mit der Metallschicht 18 der zweiten Glasscheibe 14 verlötet.
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2 zeigt eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der zweiten Glasscheibe 14 in dem Zustand bevor diese innerhalb der Vakuumisolierglaseinheit 10 montiert ist. Wie daraus ersichtlich ist, ist die Metallschicht 18 streifenförmig als geschlossene Kontur rings um den Bereich angeordnet, in welchem der evakuierte Zwischenraum 24 entsteht. Als Abstandhalter-Elemente 22 werden gemäß dieser Ausführungsform unterschiedlich ausgestaltete Abstandhalter verwendet. Ein Teil der Abstandhalter-Elemente 22 ist kugelförmig in Form von starren Metall-, Glas- oder Keramikkugeln ausgestaltet. Ein anderer Teil der Abstandhalter-Elemente 22', welche auch als zweite Abstandhalter 22' bezeichnet werden, ist aus Epoxidharz hergestellt. Die Abstandhalter-Elemente 22, 22' sind rasterförmig über die Glasscheibe 14 verteilt, zum Beispiel in regelmäßigem Abstand von 2 cm voneinander.
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Die zweiten Abstandhalter 22' weisen dabei eine größere Höhe auf bzw. sind größer ausgestaltet als die Abstandhalter-Elemente 22. Dadurch liegt die obere Glasscheibe 12 (hier nicht dargestellt) während des Herstellungsprozesses (vor Beginn des Erhitzens) zuerst nur auf den zweiten Abstandhaltern 22' auf, also nicht auf den starren kugelförmigen Abstandhalter-Elementen 22. Die zweiten Abstandhalter 22' aus Epoxidharz sind dabei gegenüber den starren, kugelförmigen Abstandhalter-Elementen 22 in der Überzahl. Die starren, kugelförmigen Abstandhalter-Elemente dienen als Referenz-Abstandhalter. Durch den recht großen Abstand zwischen diesen Referenz-Abstandhaltern 22 führen Toleranzen daher nicht zu großen Spannungen der Glasscheiben 12, 14 während der Herstellung der Vakuumisolierglaseinheit 10. Dies ist insbesondere aus fertigungstechnischer Sicht im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem starre Abstandhalter sehr eng aneinander angeordnet sind, von immensem Vorteil, da kleinere Fertigungstoleranzen bei vorliegender Anordnung keine allzu große Rolle spielen. Während des oben beschriebenen Fügeprozesses der beiden Glasscheiben 12, 14 und dem gleichzeitigen Erhitzen innerhalb der Vakuumkammer härten die zweiten Abstandhalter 22' aus Epoxidharz aus und werden gleichzeitig auf die Höhe der Referenz-Abstandhalter 22 gestaucht. In gehärtetem Zustand tragen die zweiten Abstandhalter 22' aus Epoxidharz optimal zur Stabilität der weiteren Vakuumisolierglaseinheit 10 bei.
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Die 3 bis 5 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der Vakuumisolierglaseinheit 10 sowohl in einer Draufsicht als auch in einer Querschnittansicht.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist das Lot 20 punktförmig an mehreren Stellen auf mindestens einer der beiden Metallschichten 16, 18 aufgebracht. Durch die Anordnung des Lots 20 in einem Punktraster kann dieses sich während des Erhitzens in der Vakuumkammer optimal zwischen den Metallschichten 16, 18 verteilen. Viel wichtiger jedoch ist, dass dadurch der Glasscheiben-Zwischenraum 24 bis kurz vor dem Schmelzen des Lots 20 von allen Seiten evakuiert werden kann. Luft kann dabei nämlich durch die zwischen den Lötstellen vorgesehenen Zwischenräume 34 aus dem Glasscheiben-Zwischenraum 24 entweichen. Die 3a und 3b zeigen somit den Zustand vor dem Schmelzen des Lots 20.
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Eine weitere Möglichkeit, eine möglichst effiziente Evakuierung des Glasscheiben-Zwischenraums 24 zu gewährleisten, ist gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform gezeigt. Gemäß dieser Ausführungsform sind im Bereich der Ecken 36a–b jeweils ein schmelzbarer Abstandhalter 38 zwischen den beiden Glasscheiben 12, 14 angeordnet. Die schmelzbaren Abstandhalter 38 beabstanden die beiden Glasscheiben 12, 14 in unbehandeltem Zustand in einem größerem Abstand voneinander als die zwischen den beiden Glasscheiben angeordneten starren Abstandhalter-Elemente 22 (hier nicht dargestellt). Die schmelzbaren Abstandhalter 38 können beispielsweise ebenso aus Lot bestehen. Aufgrund der etwas höher bzw. dicker ausgestalteten schmelzbaren Abstandhalter 38 kann dadurch wiederum bis kurz vor dem Schmelzen des eigentlichen Lotes 20 (in 4 nicht dargestellt) der Glasscheiben-Zwischenraum 24 von allen Seiten evakuiert werden. Ähnlich wie dies bei der in 3 dargestellten Ausführungsform der Fall ist, wird auf diese Weise ein optimales Vakuum zwischen den beiden Glasscheiben 12, 14 erzielt. Der Evakuierungs-Vorgang läuft dabei wiederum gleichzeitig mit dem Lötvorgang ab. Die schmelzbaren Abstandhalter 38 können zwischen den beiden Metallschichten 16, 18 im Bereich der Ecken 36a–d angebracht sein. Ebenso ist es jedoch auch denkbar, dass diese Abstandhalter 38 weiter außen angeordnet sind, also im Bereich der Ecken 36a–d zwischen der Klebemasse 30, 30'.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumisolierglaseinheit 10. Diese Ausführungsform zeigt eine einfachere Variante der Vakuumisolierglaseinheit 10, welche dennoch eine hohe Dichtwirkung des Glasscheiben-Zwischenraums 14 ermöglicht. Hierbei ist auf die untere Glasscheibe 14 ein Streifen Klebstoff 40 aufgebracht, in dem ein Edelstahldraht 42 eingebettet ist. Der Durchmesser des Edelstahldrahts 42 ist vorzugsweise gleich groß ausgestaltet wie die Dicke der Klebstoffschicht 40. Die Dicke der Klebstoffschicht 40 und der Durchmesser des Edelstahldrahts 42 entsprechen dabei vorzugsweise dem gewünschten Abstand der beiden Scheiben 12, 14 voneinander in fertig montiertem Zustand.
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Auch bei dieser Variante wird die Vakuumisolierglaseinheit in einer Vakuumkammer erhitzt und gleichzeitig der Zwischenraum 24 evakuiert. Während des Erhitzens sinkt die obere Scheibe 12 auf die untere Scheibe 14 ab und der Klebstoff 40 härtet aus. Dadurch entsteht durch die Kombination des Klebstoffs 40 mit dem darin eingebetteten Edelstahldraht 42 eine Abdichtung des Glasscheiben-Zwischenraums 24. Eine Lötverbindung, wie dies bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Fall ist, ist hierbei nicht notwendig. Wie aus 5a ersichtlich ist, überlappen sich die Enden des Edelstahldrahts 42 im Bereich 44. Dies hat im Wesentlichen einen fertigungstechnischen Hintergrund. Der Edelstahldraht muss nämlich nicht notwendigerweise auf die exakte Länge des Glasscheibenumfangs zugeschnitten werden, sondern kann sich im Bereich 44 überlappen. Eine Dichtungswirkung ist im Bereich 44 dennoch garantiert, da eine unerwünschte Diffusion auch im Bereich 44 durch die relativ langen sich überlappenden Enden des Edelstahldrahts auf Grund der sich daraus ergebenden Länge des Diffusionsweges nahezu ausgeschlossen ist.
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Zusammenfassend lässt sich also feststellen, dass es den Erfindern gelungen ist, ein Herstellungsverfahren zur Herstellung von Vakuumisolierglaseinheiten zu entwickeln, das im Vergleich zum Stand der Technik sehr effizient und einfach ausgestaltet ist. Die erfindungsgemäße Vakuumisolierglaseinheit ist daher einfach und schnell herzustellen, langlebig und weist im Randverbund eine sehr geringe Wärmeleitung auf. Durch die mechanisch extrem stabile Lötverbindung, welche hier über zwei untrennbar in die Glasscheiben eingebrachte Metallstreifen realisiert ist, zeichnet sich diese vorgeschlagene Vakuumisolierglaseinheit durch eine immens hohe und nachhaltige Dichtigkeit aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1978199 A1 [0010, 0022, 0045]
- WO 2011/041806 A1 [0011]
- WO 2011/041806 A2 [0022]
