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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Spiegeleinheiten zur Verwendung in einem Fresnel-Solarfeld, bei dem eine Spiegelscheibe unter Zwischenlage von Klebemittel auf einem vormontierten Spiegelträger aufgelegt und die so entstehende Spiegeleinheit dann mit der Spiegelscheibe voran in Eingriff einer Sollform zur formgebenden Anlage an die Spiegelscheibe angepresst und wenigstens für eine Aushärtezeit in dieser Position gehalten wird.
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Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der
EP 2 482 001 A1 vorbekannt. Das dort beschriebene Verfahren sieht vor, dass zunächst die Spiegelscheibe mit der Sollform verbunden wird und der Verbund aus Spiegelscheibe und Sollform gemeinsam auf einem in einem Regal abgelegten Spiegelträger unter Zwischenlage eines thixotropen Klebemittels platziert wird. Anschließend wird der Spiegelträger in eine mechanische Schwingung versetzt, so dass die entstehenden Scherkräfte in dem Klebemittel dafür sorgen, dass ein Einsinken der Spiegelscheibe mit der Sollform in das Klebemittel ermöglicht wird. Nach einem Aushärten des Klebemittels wird die Sollform entfernt und die Spiegelscheibe wird im Wesentlichen die von der Sollform vorgegebene Form beibehalten. Eine Nachjustierung der Spiegelkrümmung kann hierdurch entfallen, dieses Verfahren vereinfacht die Herstellung gekrümmter Spiegel zur Verwendung in einem Solarkraftwerk bereits erheblich.
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Ein weiteres, ähnliches Verfahren ist aus der
EP 1 764 565 A1 bekannt, wobei es sich um ein Vorgängerverfahren zu dem vorher beschriebenen Verfahren handelt. Im Gegensatz zu dem erstgenannten Verfahren wird hier die Spiegelscheibe mit der Sollform lediglich in das Klebemittel hineingedrückt und bis zur Aushärtung des Klebemittels zugewartet.
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Trotzdem die vorbeschriebenen Verfahren in der Vergangenheit bereits erfolgreich eingesetzt werden konnten, haben sie jedoch einen Nachteil in der praktischen Umsetzung. Das Versetzen der Sollform mit der darauf befestigten Spiegelscheibe auf dem jeweiligen Spiegelträger benötigt umfangreiche Versetzungsarbeiten eines Schwenkarmroboters und dauert eine gewisse Zeit. Wenn auf dem Spiegelträger zunächst das Klebemittel aufgebracht wird und der Spiegelträger an seine Lagerstelle verbracht ist, ist das Klebemittel bereits leicht angetrocknet, bis die Spiegelscheibe mit der Sollform angeliefert werden kann. Dies beeinträchtigt das Klebeergebnis.
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Ferner ist es erforderlich, die relativ schweren Sollformen mit den daran befestigten Spiegelscheiben in die einzelnen Regale zu befördern, in denen die Spiegelträger vorgehalten werden. Auch hierfür wird einiges an Aufwand und Zeit investiert, was die Effizienz des Herstellungsverfahrens reduziert.
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Schließlich ist auch ein relativ großer Raum erforderlich, um eine Verschwenkung der großen Sollformen ermöglichen zu können, so dass in der Praxis die Herstellung von Spiegeleinheiten in eigens dafür vorgehaltenen Fabrikhallen erfolgt. Allerdings ist es dadurch erforderlich, die Spiegeleinheiten jeweils zu der Kraftwerksbaustelle zu befördern, was einen logistischen Aufwand verursacht. Die Alternative besteht darin, eine derartige Fabrik direkt vor Ort an der Kraftwerksbaustelle zu errichten, was wiederum einen deutlichen logistischen und finanziellen Invest bedeutet. Dies vor allem vor dem Hintergrund, dass nach der Errichtung des Kraftwerks die Fabrik vor Ort nicht mehr benötigt wird.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, bekannte Verfahren zur Herstellung von Spiegeleinheiten zu optimieren und sowohl logistische als auch qualitative Verbesserungen an den bekannten Verfahren vorzunehmen.
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Dies gelingt durch ein Verfahren zur Herstellung von Spiegeleinheiten gemäß den Merkmalen des Anspruchs erste Weitere, sinnvolle Ausgestaltungen eines derartigen Verfahrens können den Unteransprüchen entnommen werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ähnlich wie bei den Verfahren gemäß dem Stand der Technik auf einen vormontierten Spiegelträger zunächst ein Klebemittel aufgebracht und dann eine Spiegelscheibe darauf platziert und festgedrückt wird. Im Unterschied zu den bekannten Verfahren wird jedoch zunächst der Spiegelträger an einer Montageposition auf einem verfahrbaren Shuttle aufgelagert. Auf den auf dem Shuttle befindlichen Spiegelträger wird dann das Klebemittel aufgebracht und die Spiegelscheibe ebenfalls sogleich auf den Spiegelträger aufgelegt, ohne diese jedoch direkt in die endgültige Form zu pressen. Das Aufbringen des Klebemittels sowie das Auflegen der Spiegelscheibe auf den Spiegelträger kann durchaus an unterschiedlichen Positionen erfolgen, die nacheinander von dem Shuttle abgefahren werden.
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Dadurch, dass direkt nach dem Aufbringen des Klebemittels auch die Spiegelscheibe aufgelegt wird, ist ein Antrocknen des Klebemittels in dem Umfang, wie es im Stand der Technik bekannt ist, vermieden. An den Kontaktflächen, welche die Spiegelscheibe direkt von vornherein kontaktieren, entfällt dieses Antrocknen und die Haltbarkeit der Klebeverbindung wird verbessert.
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Mit dem aufliegenden Spiegelträger und der wiederum darauf unter Zwischenlage des Klebemittels gelagerten Spiegelscheibe verfährt nunmehr das Shuttle zu einer ortsfest gelagerten Sollform, in deren Eingriff die aus dem Spiegelträger, dem Klebemittel und der Spiegelscheibe bestehende Spiegeleinheit nunmehr gebracht wird und derart mit der Sollform verbunden wird, dass die Form der Sollform auf die Spiegelscheibe übertragen wird, indem die Spiegelscheibe flächig mit der Sollform verbunden wird und sich in das Klebemittel hineindrückt. In dieser Position verbleibt die Spiegeleinheit für eine Aushärtezeit, in welcher der Klebstoff soweit aushärtet, dass bei einem Entnehmen der Spiegeleinheit von der Sollform die vorgegebene Form der Spiegelscheibe zumindest weitgehend erhalten bleibt. Währenddessen löst sich das Shuttle von der Spiegeleinheit und steht damit für weitere Transportaufgaben anderer Spiegeleinheiten zu anderen Sollformen zur Verfügung.
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In aller Regel wird das Shuttle unterhalb der Sollform platziert werden und demgemäß die Spiegeleinheit von unten her durch Anheben gegen die Sollform drücken und in deren Eingriff bringen. Hierzu kann das Shuttle höhenverstellbar sein, vorzugsweise eine Teleskopanordnung oder eine Scherenarmanordnung aufweisen, mit denen ein Anheben der Spiegeleinheit in den Eingriff der Sollform ermöglicht wird.
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Das Shuttle ist ferner mit Vorteil entweder schienengeführt oder spurgeführt, sofern es nicht vollständig ferngelenkt ist. Im Falle der Spurführung sind im Boden elektrische Signalgeber montiert, die drahtlos mit dem Shuttle kommunizieren. Die genannten Führungen dienen jeweils zu einer exakten Positionierung unterhalb der Sollform und ermöglichen daher eine präzise Ausrichtung der Spiegeleinheit bezüglich derselben.
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Zunächst einmal ist es möglich, die Spiegeleinheit als solche in den Eingriff der Sollform zu bringen und selbst mit dieser in der Eingriffsposition zu verbinden. Ebenfalls vorgesehen ist jedoch eine Lösung, in welcher die Spiegeleinheit unter Zwischenlage eines Trogelements auf dem Shuttle aufgesetzt wird. In diesem Fall kann dieses Trogelement mit der Spiegeleinheit zu der Sollform angehoben werden und ihrerseits eine Verriegelung mit der Sollform eingehen. Eine solche Verriegelung kann insbesondere mechanisch, mit besonderem Vorteil unter Verwendung einer elektromagnetischen Verriegelung erfolgen. Hierzu können beispielsweise im Bereich der Sollform Elektromagneten angeordnet sein, die bei einer Annäherung des Trogelements eingeschaltet werden und ferromagnetische Elemente in einer Trogmulde des Trogelements derart zu sich heranziehen, dass eine in der Trogmulde aufgenommene Spiegeleinheit gegen die Sollform gepresst wird.
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Auch ist es möglich, die Spiegelscheibe während und/oder nach der Herstellung des gegenseitigen Eingriffs zwischen Sollform und Spiegeleinheit in eine Schwingung zu versetzen, insbesondere dann, wenn es sich bei dem Klebemittel um ein thixotropes Klebemittel handelt. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird hierbei davon abgesehen, den Spiegelträger in Schwingung zu versetzen, da die vorliegende Konfiguration eine Übertragung einer Schwingung auf die Spiegelscheibe begünstigt.
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Im Einzelnen kann hierzu der Sollform eine Saugpumpe zugeordnet sein, welche eine Mehrzahl von Saugnäpfen aufweist, die über Faltenbalge mit der Saugpumpe verbunden sind. Die Saugnäpfe sind hierzu mit einem Schwingerelement mechanisch gekoppelt, so dass das Schwingerelement die Saugnäpfe in die gewünschte Schwingung versetzen kann, wobei die Schwingung bei einer Haftverbindung zwischen Saugnäpfen und Spiegelscheibe auf die Spiegelscheibe übertragen werden kann. Aufgrund der entstehenden Scherkräfte zwischen Spiegelscheibe und Klebemittel wird das Klebemittel formbarer und die Spiegelscheibe kann besser in dem Klebemittel platziert werden.
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Die Saugnäpfe können im Einzelnen untereinander über ein Festlager verbunden sein, und damit gemeinsam von dem Schwingerelement zu einer Schwingung angeregt werden, so dass zum einen die Schwingung synchronisiert und damit gleichmäßig auf die Spiegelscheibe übertragbar ist, während andererseits auch die Erzeugung der Schwingung vereinfacht wird.
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Während der Schwingung bewegt sich die Spiegelscheibe, wenngleich nur minimal, gegenüber der Sollform. Um eine Beschädigung der Spiegelscheibe zu vermeiden weist die Sollform an ihrer der Spiegelscheibe zugewandten Seite eine Gleitoberfläche auf, welche eine gleitende Kontaktierung der Spiegelscheibe erlaubt.
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Hat das Shuttle eine Spiegeleinheit mit einer Sollform verbunden, so kann es sich von der Spiegeleinheit oder dem diese umgebenden Trogelement lösen und steht für weitere Aufgaben zur Verfügung. Insbesondere ist im vorliegenden Verfahren vorgesehen, dass mehrere Sollformen nacheinander von dem Shuttle angefahren werden und das Shuttle während der Aushärtezeit einer Spiegeleinheit an einer Sollform die übrigen Sollformen mit weiteren zu fertigenden Spiegeleinheiten beschickt.
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Hierzu kann zunächst ein Shuttle eine erste Spiegeleinheit von der Montageposition abholen und zu einer ersten Sollform bringen. Dort wird die erste Spiegeleinheit in Eingriff der ersten Sollform gebracht und damit von dem Shuttle gelöst. Sodann wird das Shuttle eine zweite Spiegeleinheit abholen, diesmal jedoch nicht von der Montageposition, sondern von einer anderen, zweiten Sollform, in deren Eingriff die zweite Spiegeleinheit zuvor bereits während einer vollständigen Aushärtezeit gehalten war. Das Shuttle wird zu dieser zweiten Spiegeleinheit fahren, sie aus dem Eingriff der zweiten Sollform bringen und zu einem Warenausgang verfahren, bei dem die zweite Spiegeleinheit aus dem Herstellungsverfahren ausgeschleust wird.
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An dieser Stelle wiederholt sich das zuvor Gesagte nochmals, indem nunmehr eine dritte Spiegeleinheit von der Montageposition abgeholt und wiederum zu der zweiten Sollform verbracht wird, wo sie wiederum für eine Aushärtezeit in Eingriff der zweiten Sollform bleibt.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des vorstehend beschriebenen Verfahrens sind die Montageposition, die Sollformen, der Warenausgang und die Verfahrwege dazwischen in einem oder mehreren mobilen Containern untergebracht, welche lösbar miteinander verbunden und mithilfe von Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen oder Straßenfahrzeugen, transportierbar sind. Hierdurch kann vor Ort an einer Kraftwerksbaustelle durch ein Anliefern der mobilen Container ein temporäres Fabrikgebäude errichtet werden, indem das vorstehend beschriebene, effiziente und raumsparende Verfahren zur Herstellung von Spiegeleinheiten durchgeführt werden kann. Nach der Konstruktion eines Kraftwerks kann dann diese mobile Fabrik zur nächsten Baustelle mitgenommen werden und spart somit die Errichtung einer derartigen Anlage vor Ort, inklusive der Baukosten, des Genehmigungsvorgangs und des Baumaterials.
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Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen
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1 bis 6 den erfindungsgemäßen Herstellungsprozess in sechs Schritten, jeweils in schematischer Darstellung, sowie
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7 ein sich an eine Sollform annäherndes Trogelement mit einer darin aufgenommenen Spiegeleinheit außer Eingriff der Sollform in einer schematischen Querschnittsdarstellung, sowie
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8 das Trogelement gemäß 7 während einer Verbindung mit der Sollform in einer schematischen Querschnittsdarstellung.
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1 zeigt schematisch eine Fabrik, in welcher zunächst eine Montageposition 10 gezeigt ist, in der sich ein Shuttle 12 befindet. Das Shuttle 12 ist auf Rädern oder Rollen gelagert und trägt ein Trogelement 13, in welchem an der Montageposition 10 ein Spiegelträger 41 eingelegt ist. Der Spiegelträger 41 wird zunächst zu einer vollständigen ersten Spiegeleinheit 40 zusammengesetzt und dann mit einer ersten Sollform 20 verbunden. An einer zweiten Sollform 30 ist eine zweite Spiegeleinheit 50 bereits befestigt und befindet sich in ihrer Aushärtezeit.
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2 zeigt den nächsten Schritt im Verfahren, bei dem zunächst auf dem Spiegelträger 41 Klebemittel 42 aufgebracht worden ist, welches die Spiegelscheibe 43 mit dem Spiegelträger 41 verbinden soll. Es handelt sich hierbei um ein thixotropes Klebemittel, welches durch Schwingungen zumindest oberflächlich verflüssigt werden kann. Die Spiegelscheibe 43 wird mithilfe eines Roboterarms auf den Spiegelträger 41 unter Zwischenlage des Klebemittels 42 aufgesetzt und vervollständigt somit eine erste Spiegeleinheit 40.
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3 zeigt nunmehr die vervollständigte erste Spiegeleinheit 40, bei der jedoch die Spiegelscheibe 43 noch nicht in der gewünschten Form aufliegt. Das Shuttle 12 wird nunmehr zusammen mit dem Trogelement 13 und der darin aufgenommenen ersten Spiegeleinheit 40 unter die erste Sollform 20 gefahren, wo das Shuttle 12 das Trogelement 13 in Richtung der ersten Sollform 20 nach oben ausrückt. Hierbei wird die erste Sollform 20 so gegen die Spiegelscheibe 43 der ersten Spiegeleinheit 40 gedrückt, dass die Form der Sollform 20 sich auf die Spiegelscheibe 43 überträgt. Das Klebemittel 42 wird hierbei verdrängt und härtet in einer Position aus, in welcher die von der ersten Sollform 20 vorgegebene Form der Spiegelscheibe 43 nach der Aushärtung erhalten bleiben wird.
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4 zeigt nunmehr die erste Spiegeleinheit 40, wie sie in Eingriff mit der ersten Sollform 20 gebracht worden ist und das Shuttle 12 in einer ausgerückten Position, in welcher das Shuttle 12 nunmehr von einem Bereich unterhalb der ersten Sollform 20 in einen Bereich unterhalb der zweiten Sollform 30 verfahren wird, um dort die zweite Spiegeleinheit 50 von der zweiten Sollform 30 zu lösen. Die zweite Spiegeleinheit 50 ist nunmehr für eine vollständige Aushärtezeit oder länger mit der zweiten Sollform 30 verbunden gewesen und ist somit vollständig ausgehärtet, so dass die zweite Spiegeleinheit 50 nunmehr von der zweiten Sollform 30 abgenommen werden kann.
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5 zeigt das Shuttle 12, welches nunmehr die zweite Spiegeleinheit 50 zusammen mit dem diese umgebenden Trogelement 13 von der zweiten Sollform 30 abgenommen hat und nun in Richtung eines Warenausgangs 11 verfährt. Die zweite Sollform 30 ist nunmehr bereit für eine Beschickung mit einer weiteren, noch ungeformten Spiegeleinheit, die als nächstes in der Montageposition 10 hergestellt werden kann.
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6 zeigt nunmehr das Shuttle 12 mit dem nunmehr leeren Trogelement 13, aus dem die fertig hergestellte zweite Spiegeleinheit 50 entnommen und aus dem Prozess ausgeschleust wird. Das Shuttle 12 wird nunmehr mit dem leeren Trogelement 13 in die Montageposition 10 gefahren, wo ein weiterer Spiegelträger 41 in eine Trogmulde 14 des Trogelements 13 eingelegt wird und der Herstellungsvorgang anschließend bei 1 erneut startet, wobei in diesem Fall die zweite Sollform 30 angefahren werden wird.
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7 zeigt in einer näheren Betrachtung in einer Querschnittsdarstellung die erste Sollform 20, an welche sich gerade das Trogelement 13 mit der darin in einer Trogmulde 14 aufgenommenen ersten Spiegeleinheit 40, bestehend aus dem Spiegelträger 41, der Spiegelscheibe 43 und dem dazwischen eingebrachten Klebemittel 42 besteht. Im Randbereich der ersten Sollform 20 sind Elektromagneten 25 angeordnet, welche bei einer Annäherung des Trogelements 13 eingeschaltet werden und damit in den Randbereichen des Trogelements 13 angeordnete ferromagnetische Rastelemente 15 anziehen. Gleichzeitig weist die erste Sollform 20 eine Gleitoberfläche 24 auf, welche in Gleitkontakt mit der Spiegelscheibe 43 gebracht wird und welche als Sollform gekrümmt gebildet ist.
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In Ausnehmungen 23 der Gleitoberfläche 24 sind Faltenbalge 22 angeordnet, an deren Enden Saugnäpfe 21 befestigt sind. Über die Faltenbalge 22 kann eine hier nicht näher gezeigte Saugpumpe an den Saugnäpfen 21 einen Unterdruck erzeugen, welcher die Spiegelscheibe 43 mit den Saugnäpfen 21 verbinden lässt. Während der Annäherung werden also zunächst die Saugnäpfe 21 mit der Spiegelscheibe 43 in Kontakt geraten und dann mithilfe eines ebenfalls nicht näher gezeigten Schwingerelements in eine Schwingung versetzt, welche das thixotrope Klebemittel 42 oberflächlich leicht verflüssigt. Hierdurch ist es möglich, bei der anschließenden Verformung den Widerstand des Klebemittels 42 leichter zu überwinden.
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8 zeigt nunmehr die erste Sollform 20 und die in vollem Eingriff der ersten Sollform 20 befindliche Spiegeleinheit 40, deren Spiegelscheibe 43 aufgrund der Formgebung der Gleitoberfläche 24 der ersten Sollform 20 gekrümmt ist. Die an den Saugnäpfen 21 erzeugten Schwingungen werden in der 8 durch die Doppelpfeile repräsentiert. Die Spiegelscheibe 43 weist nunmehr die vorgegebene Krümmung auf, welche durch die Formgebung der ersten Sollform 20 bedingt ist. Sie wird mithilfe des Trogelements 13 in Eingriff der ersten Sollform 20 gehalten, dessen ferromagnetische Rastelemente 15 von den Elektromagneten 25 der ersten Sollform 20 in Eingriff gehalten werden.
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Vorstehend beschrieben ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Spiegeleinheiten zur Verwendung in einem Fresnel-Solarfeld, bei dem die Arbeitsabläufe eine schnelle und effiziente Herstellung der Spiegeleinheiten auf sehr kleinem Raum erlauben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Montageposition
- 11
- Warenausgang
- 12
- Shuttle
- 13
- Trogelement
- 14
- Trogmulde
- 15
- ferromagnetisches Rastelement
- 20
- erste Sollform
- 21
- Saugnapf
- 22
- Faltenbalg
- 23
- Ausnehmung
- 24
- Gleitoberfläche
- 25
- Elektromagnet
- 30
- zweite Sollform
- 40
- erste Spiegeleinheit
- 41
- Spiegelträger
- 42
- Klebemittel
- 43
- Spiegelscheibe
- 50
- zweite Spiegeleinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2482001 A1 [0002]
- EP 1764565 A1 [0003]
