WO2011144204A2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von mehrscheiben-isolierglas mit einer hochvakuum-isolierung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum herstellen von mehrscheiben-isolierglas mit einer hochvakuum-isolierung Download PDF

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WO2011144204A2
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Wolfgang Friedl
Stephan Leitenmeier
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Grenzebach Maschinenbau Gmbh
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for producing multi-pane insulating glass with a high-vacuum insulation, called vacuum insulating glass or VIG.
  • this will be the joining together of two or more parallel-aligned glass plates, which together form a heat-insulating glass surface, e.g. on buildings, vehicles, cooling and heating furniture or commodities form.
  • Another case concerns the assembly of a glass plate with a sheet metal frame for the production of a solar thermal module.
  • the surface of a house that is the entire outer surface that protects against the rigors of the weather, is referred to as the third skin of the human being, with normal clothing being considered the second skin.
  • the parts of the surface of a house which are not designed to be translucent, can be relatively simple and inexpensive enough to insulate that only a negligible heat loss is recorded. But that is completely different with the windows of a house.
  • an additional thermal insulation is required.
  • the heat protection ordinance ⁇ 20 2 which came into force in 2012, requires thermal insulation of the windows, which can only be achieved by using a conventional triple-pane insulating glass or VIG washers.
  • a big problem with these VIG-disks is the production of a long-term stable and sufficiently high-vacuum-sealed edge bond.
  • the glass-glass compound previously used in vacuum insulating glass in practice by glass solder is not considered here, since this edge bond is rigid and in these previous methods thus larger geometric dimensions of the discs are not achievable with good thermal insulation values.
  • the aim is a glass-to-metal-glass connection, since these two materials enable a flexible vacuum-tight gas-tight bond.
  • Principal methods for producing such glass-metal compounds are, for example, ultrasonic welding, ultrasonic soldering, the various possibilities of a pressure-diffusion connection or the
  • Bonding the glass-metal - compound are applied to achieve a gas-tight wetting, because flux can not be used because of their unavoidable outgassing in the range of high vacuum applications. Subsequently, the Bonding partner with the solder placed between them and soldered under the influence of pressure and temperature. For this purpose, however, a relatively complex process technology is necessary, on the one hand to couple the necessary heat evenly over the entire surface and thus stress-free for the glass and on the other hand to apply the contact pressure homogeneous.
  • the melting temperature of the solder can be significantly lowered, on the other hand, the wettability is increased by such an active solder, which facilitates the formation of vacuum-tight glass-metal compounds.
  • such admixtures are sometimes very expensive and it is often questionable in terms of sustainability, how long the world's scarce resources allow the use of mass products such as insulating glass window.
  • both glass and metals can be wetted very well by the method of ultrasonic soldering according to the invention.
  • the coupling of the ultrasound into the solder leads to the destruction of oxides or oxide skins or layers which form on the surface of solder and glass and hinder the soldering process.
  • the ultrasonic energy thereby presses the solder itself into the smallest cavities that would otherwise not be accessible and could form potential leaks.
  • Ultrasonic soldering can also be done using active solder.
  • Another alternative is ultrasonic soldering with additional
  • Glass pane and a second glass pane are supported on the spacer elements together and include a thin evacuated gap between them and are closed at their edges by a vacuum-tight edge seal.
  • This component is characterized in that the edge assembly is made of metal foil strips, of which the first metal foil strips are vacuum-tightly connected to the edges of the first glass plate and second metal foil strips are vacuum-tightly connected to the edges of the second glass plate and over the marginal edges of the respective
  • the prepared glass sheets are placed with the attached metal foil strips in a vacuum chamber and placed on each other, wherein the welding of the metal foil strips within a vacuum chamber by means of a generated outside the vacuum chamber and substantially along the metal foil strip moving laser beam is entered, which is entered through linear windows in the vacuum chamber.
  • the present invention has the object, a planar
  • Vacuum-insulating device to create a trapped high vacuum, in which even with large geometric dimensions industrial production with low energy and cost can be realized process reliable, the
  • Fig.4 the arrangement of the metal strips on the glass
  • Fig.8 the pattern of the supports and the function of the shuttle plate
  • Fig.9 two variants of the laying device for spacers
  • Fig.10 Displacement shuttle during sputtering in the vacuum line
  • Fig.11 the laying of the cover glass in the vacuum line
  • Fig.13 different arrangement of the metal strips before and after the flanging
  • Fig.14 different variants of the tongues on the metal strip for ultrasonic soldering
  • the basic idea of the present invention is based on the use of a glass-metal soldering device with ultrasonic support and in that a special
  • Structuring a bonding partner facilitates the coupling of the ultrasonic energy used so that it reaches the underlying solder sufficiently.
  • Structuring divides the relevant bonding partner into smaller sections 17.
  • these are the metal strips 7, which lie as an application between the glass pane 1 and the ultrasonic source (ultrasonic soldering iron 12) on top of the glass pane 1.
  • the natural frequency of these smaller portions 17 is in this case designed such that they are caused by the coupling of an ultrasonic signal with low energy in oscillation and pass this vibration to the solder can.
  • the natural frequency of these sections is preferably selected so as to achieve optimum energy transfer in such a way that it is in resonance with the excitation frequency or its harmonic of the ultrasound signal.
  • these sections can also be chosen so that their main dimensions go into resonance with the excitation frequency of the ultrasonic signal and additionally structured micro-blades with the harmonics of the excitation frequency.
  • solder can also be introduced for example via the tip of a Ultraschalllötkolbens.
  • the glass sheet 1 is in this case of a transport device 2 of e.g. not one
  • the lying in the warehouse glass panes 1 are cut to the edges to their nominal size.
  • the advantage of this is the Giaszu motherboard with a laser, because this measure improves by the avoidance of microcracks the resistance to breakage of these glass panes 1.
  • the glass sheet 1 first passes through the sketched washing device 4 and then to pass after the passage of an intermediate area in the drying device 3.
  • the heat energy contained in the warm wash water is stored in the glass and used for
  • Washing device 4 and the drying device 3 correspond.
  • the transport device 2 can act by means of rollers, wheels, belts, carriages, tracks or other means of transport.
  • the washing device 4 may be based on spraying, brushing or sponge wiping be constructed according to the prior art for glass-panel washing machines. After leaving the drying device, the glass sheet 1 is preheated.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a heating device of a glass pane 1 cleaned according to FIG. 1.
  • a heater 5 is shown in the edge region of the glass sheet 1, which corresponds to the geometry of
  • Glass pane 1 can be directed and / or moved.
  • the direction of transport of the glass sheet 1 is from left to right.
  • In the central region of the heater there are two basic heaters 6 , which together with the edge heaters 5 allow heating of the glass pane 1.
  • the number and size of the basic heaters depends on the total length of the respective glass pane. 1
  • the arrangement of the heaters may be on both sides, e.g. with horizontal structure of the heater below and / or above, the glass pane 1 done.
  • a major advantage of this modeled heating is the lower temperatures of the disc surfaces and the saving of heating and cooling energy in the manufacture of the components.
  • Fig. 3 shows a laying device for metal strips, which are later connected to the glass sheet 1 vacuum-tight.
  • the lay-positioning device 8 can in this case pick up the relevant metal strip 7, for example by means of suction cups or magnets from a corresponding storage space, bring in the desired position and settle there and fix so that the metal strip still rests about 10 mm on the disc edge and protrudes 30 mm beyond the window to the outside. This is symbolized by means of the illustrated articulated connections of the laying-positioning device 8.
  • the transport device 2 is here drawn for example as an assembly line.
  • Another way to provide the strips is to unwind them from the roll, cut to length and hang it on the edge of the glass.
  • a finished metal pass-partout can also be laid in the same way. This passes-partout can be created from the previous assembly of 4 sheet metal strips or by cutting out of a metal sheet.
  • the sealing strips 7 and the passespartout can be additionally fixed with a heat-resistant adhesive sealing strip on the glass next to or along the subsequent solder line, where, for reasons of outgassing, the adhesive on the outside, the edge of the pane, and the solder seal then on the, the vacuum filling facing, inside is attached.
  • Glass pane top 1 are soldered, but the solder joint 42 is performed as shown in Fig. 41 laterally at the edge of the glass sheet 1.
  • the metal strip 7 is then folded over flush with the surface of the disk to the outside.
  • Suitable materials for the metal strip or for the mat are all sufficiently flexible gas-tight and high vacuum suitable materials, including many metals:
  • an iron-nickel alloy is selected, which is adjusted in the expansion coefficient of the glass used for the production of the glass pane 1. It can also be one find thermally less adapted metal use, as long as it is sufficiently soft or can be annealed, for example steel, stainless steel, aluminum, copper, tinplate (tin-tin), tinplate, lead, etc. and their alloys.
  • any glass that can withstand temperatures of 200 degrees Celsius for several minutes without damage is suitable. That
  • Transport devices and positioning devices can be any type of Transport devices and positioning devices.
  • Disk geometries are processed to VIGs. This is executable both with flat glass and with previously bent pairs of disks. Thus, the requirements for diagonal windows, arched windows, portholes as well as any vehicle glazing etc. are taken into account.
  • FIG. 5 an ultrasonic soldering device using an ultrasonic soldering iron 12 is shown in cross section.
  • the heated tip of the soldering iron 12 represents the sonotrode for coupling the sound waves into the applied solder 14
  • Soldering iron 12 is along the line of adhesion on the wafer edge 1, or on, held on a not-shown fixing sheet metal strip 7 with typical soldering movements
  • grinding dabs relative to the glass pane 1 moves in the arrow direction, for example, led by a not shown robot, or the glass is transported under the fixed soldering iron in the opposite direction.
  • the relevant glass pane 1 is located on a corresponding work base 9.
  • a heating device 10, shown in cross-section, serves for the additional heating of the area of the glass pane 1 to which the metal strip 7 in question is soldered from above and / or below.
  • the heater 10 serves to smooth the solder seam from above to minimize the application thickness.
  • the heating device 10 may also include downstream heating and cooling registers in order to control the cooling of the glass 1 and the metal strip 7 after soldering in time to avoid too high voltages.
  • the solder supply device 1 By means of the solder supply device 1 1, the respectively required amount of solder 14 is supplied. This solder is already preheated in the feeder 1 to processing temperature.
  • the solder supply device 11 may also be integrated in the soldering iron. With the help of a sensor device 13, the soldering process is monitored. This can be done optically and / or automatically, with electronic pattern recognition (pattern recognition) can be applied.
  • Fig. 6 shows an alternative soldering device with a soldering wheel 15. The heated and as
  • Sonotrode trained solder 15 is shown here slightly in perspective corresponding to the matched in the design of heater 10 for the soldering and smoothing process. The remaining details correspond to the illustration in FIG. 5.
  • FIG. 7 shows a glass pane 1 with its all-round soldered metal sealing strips 7.
  • Corresponding Lötfugen 16 are designated in the corners and at separation points, which may occur in particular in glass panes with a large spatial extent.
  • the metal strip 7 has become a metal frame or metal foil pas-partout.
  • the solder joints 16 can also be replaced by soldering with another vacuum-compatible metal-metal compound, e.g. Welding are connected, depending on the material of the sealing strip 7 and depending on the used connection technology in the vacuum chamber,
  • spacers 19 are placed on the lower glass pane 1 framed by the metal frame. These spacers, also called supports, ensure that the air-free gap of the VIG disc is not compressed by the external air pressure.
  • the spacers 19 shown in Figures 8 and 9 are e.g. around. Cylinders, hollow cylinders, cuboids, prisms, pyramids, truncated pyramids, spheres, hemispheres of metal, graphite, glass or ceramic. Even complex composite shapes and / or materials for the spacers 19 are conceivable.
  • the spacers 19 may have magnetic properties intrinsically or by special treatment.
  • the spacers 19 are placed in a defined pattern or grid on the glass surface.
  • the height of the spacers 19 is at 4 mm glass thickness about 0.7 mm, the diameter of about 0.5 mm, the grid spacing about 30 mm, so that per square meter about 1000
  • Spacers 19 are to be set. These dimensions can vary widely, depending on the glass thickness or even individual requirements for the visibility of the spacers 19: Thus, e.g. even thicker spacers at a greater distance or thinner with a smaller grid will be used.
  • a new pattern 43 in the form of a two-dimensional hexagonal lattice is preferred according to the present invention.
  • the grid may also be compressed or stretched along one or both major axes to accommodate the
  • the positions of the individual pillars about the lattice positions are optionally optionally varied randomly or defined:
  • Thirdly, the periodicity of the underlying grid is broken by variations, ie there is no mathematically regular repetition of the grid, but the distances or the legs of the triangles of the grid are deliberately varied. This prevents that in the sound transmission through the disc resonant certain sound frequencies are preferably transmitted.
  • Bar magnets e.g., NdFeB, SmCo, ferrite
  • electromagnets but also other elements which create a homogeneous or inhomogeneous magnetic or electric field, etc., and so on the spacers 19 by attractive or repulsive
  • the spacers 19 used in the example here are made of magnetic or
  • the fixing elements 45 are axially magnetized cylindrical bar magnets.
  • Spacer 19 also a correct alignment and centering at the desired position 48. If you bring, for example. a magnetic columnar spacer 19 having magnetic anisotropy caused by e.g. a sufficiently long in comparison to the diameter (shape anisotropy), standing in any spatial orientation or lying to about 10 mm to a target position 48 on the glass plate 1 zoom, so this spacer 19 is pulled to the target position 48 and is on top of the glass plate 1 above the
  • the fixing element 45 consists of one inserted at the bottom of the glass plate 1 in the shuttle plate 46
  • Column positions 48 are distributed.
  • a mechanical, electrostatic, magnetic or pneumatic gripper can be used, or the spacers 19 slip through a positionable hose or pipe, or the supports are dropped distributed through a hole bottom.
  • This distribution described here individually, can also be optimized to increase the cycle time by grouping, then e.g. always provided a complete set and then put together.
  • the supports 19 are made of a support material metal strip 52 fed from the roll with a tool e.g. Punch 53 punched out. Directly out of the punch 53 then drop the supports 19 z, B, by X / Y-positioned tubes 51 to the installation location 48 above the fixing member 45th
  • the supports 19 are cut to length from a wire 54 fed from the roll, for example with a saw or cutting disk 55, and are then further individually positioned 51 to the place of installation 51. It is also provided the alternative to realize the production of the spacers from the bulk container by means of a suitable laser system for cutting or cutting materials. This is especially true for complex geometries of
  • the spacer 19 must be placed at the selected setting position.
  • the second requirement is suitability for the high vacuum without significant outgassing over several decades. With this, e.g. Plastics largely off.
  • the third requirement concerns the thermal conductivity of the column material. This is decisive for the U value of the finished vacuum insulating glass pane. Depending on the
  • the U-value of the glass is between 0.3 and 0.7 watts per
  • the fourth requirement concerns the hardness of the material:
  • the supports should be softer than the glass surface, otherwise the external impact loads z, B, hail impact
  • the fifth requirement concerns the color of the columns in terms of visibility. Dark columns are barely visible in the window with a dark background, e.g. trees, but are visible, e.g. in bright white cloud sky. Light columns act exactly the opposite way. Transparent glass columns stand out more favorably against every background, but laterally incident light causes them to light up in an unmistakable light. For the same reason, reflective surfaces should be avoided for each color.
  • An increased visibility of the supports may also be desirable if they are used for advertising purposes, for example, to install a logo in the window. This happens, for example, by special shaping, arrangement and coloring of the columns.
  • Another important requirement for the supports is the contact surface with the glass panes. By different design of material and structure of this mostly circular contact surface, both the friction support glass can be influenced as well as the size of the effective heat transfer contact surface, which significantly affects the U value.
  • the Optimization of Friction Column glass determines how much the disks move relative to each other when there is a difference in temperature between the inner disk and the outer disk, or, conversely, the expansion forces instead
  • this invention uses combined materials for the spacers 9, wherein the surface color and structure is then additionally adapted chemically by removal or physically by profiling of the support surface or by applying an adhesive before positioning in a device ,
  • a multi-layer plated metal strip 52 is used, where the materials are optimally adapted to the tasks.
  • the materials are optimally adapted to the tasks.
  • the layers facing the glass sheet e.g. used soft sheets, which are additionally structured mechanically on the contact surface to the glass.
  • temperature-insulating materials are plated.
  • the cylinder jacket / visible side is e.g. matted by acid in the device 56.
  • cut-to-length wire e.g. a FeCu wire with steel core and soft copper sheath used.
  • the contact surface to the glass 1 is additionally mechanically structured and the cylinder surface, e.g. frosted by alkali.
  • sintered or pressed semifinished product which is e.g. consists of grains of different materials, even using embedded plastic.
  • the support material may additionally be accompanied by getter metal or the supports may be coated with getter material.
  • a special getter support is used as the outermost row of columns around the edge, the material of which is optimized for the residual contaminants still remaining in the disk vacuum and these after activation. This stabilizes the vacuum in the VIG disk for a long time.
  • spacers 19 described together are used in particular when a vacuum insulating glass pane VIG is produced by this method.
  • a solar thermal module comes between the cover plate and the bottom part in the
  • Vacuum area an absorber.
  • This absorber is then provided with support elements, which take over the function of the supports described here, so that the type of supports and method of supporting here described does not apply there.
  • Shift shuttle 57 launched and so retracted as a tandem in a vacuum prechamber 59. Then it is evacuated to ⁇ 1 mbar and the lock 63 is opened to the main chamber 60, which is under high vacuum at ⁇ 10 "4 mbar. While this tandem is being retracted into the main chamber 60 through the opened lock 63 by the transport 58, clean and dry plasma sputter from above 61 and below 62, for example, by "blowing" with charged argon, the surface of the glass sheets 1 and 22 free of adhering
  • FIG. 10 shows the glass panes 1 and 22 on the displacement shuttle 57 in a plasma sputter cleaning device 17.
  • solder 14 and the spacers 19 and the getter pad 18 can also be seen in this illustration.
  • pumping is continued to be continued to less than 1 CT 4 mbar to remove the moisture removed from the disks and the released impurities from the vacuum system.
  • the next step is performed in the composite chamber 60 of the vacuum line:
  • the upper disk 22 in the shuttle shuttle 57 is positioned over the lower disk 1, lowered and fixed.
  • Fig. 1 the placement of a cover glass pane 22 is shown on a provided with spacers 19 and getter elements 18 glass 1. This placement takes place in such a way that a in the dimensions of the glass pane 1 suitable, correspondingly cleaned and provided with metal sealing strip 7 glass 22 detected in reversed form by a mechanical application device 23 and accurately placed on the underlying glass sheet 1.
  • the ends of the metal sealing strips 7 to be later vacuum-sealed are here e.g. pressed flat on the two sides of the overlapping glass panes 1 and 22 can be seen in cross section. These sheets 7 are tightly clamped to each other to exclude wave formation and tight fitting
  • the following step in the composite chamber 60 permanently connects the two metal passes-partouts 7 of the glass panes 1 and 22 in a highly vacuum-tight manner.
  • FIG. 12 shows the composite of the glass pane 1 with the cover plate 22 in the vacuum composite chamber 60.
  • the vacuum chamber 60 has, in the region of the overlapping metal sealing strips 7 of the glass pane 1 and the cover plate 22, in each case a glass window 26 through which a laser welding device 24 guided externally via an XY positioning device can act.
  • Special condensate traps 25 in the form of chilled sheets and areas connected directly to the vacuum pump to provide pressure differentials, reject the gassing during welding and help to keep the windows clean for a long time.
  • the fixing unit in the composite chamber, which presses the two passespartouts together now contains a heating device, for example, for inductive heating or as an electric heating wire, etc., whereby the soldering of the two etal IstONE is performed.
  • the tandem passing through the vacuum line is then replaced by a 3-level sliding frame.
  • the middle disc without spacer can be designed with and without paspartout.
  • the getter 18 In a next step, the getter 18 must still be activated to catch the hidden in any corners water and gas molecules. This is done by activation of the getter, for example, by heating, be it by the laser 24, inductive heating, or another heat source.
  • the VIG disk can now be ejected from the vacuum chamber into the normal atmosphere. Appropriately, this is done with a, by further transport through the intermediate flap 63 in a downstream, under pre-vacuum standing
  • Removal chamber 64 slid VIG disc to save energy and time while receiving the To save high vacuum in the composite chamber. Via a further intermediate flap at the exit of the discharge chamber 64, the closed VIG pane then returns to the normal atmosphere.
  • the last step is to cut off the outside of the weld protruding metal edge of the created from the metal strip frame or passes-partouts and bead around the remaining sheet metal. Further, with a sealant, or an adhesive, or a sheath, e.g. out. Plastic additionally protects the existing vacuum seal against moisture, weathering and mechanical damage from the outside.
  • Fig. 13 shows the various possibilities of forming the welded together metal sealing strips 7 to the finished component.
  • Example 27 the metal strips 7 were soldered to the insides of the glass sheets 1 and 22 as described in the above procedure.
  • Example 28 was soldered to the outside.
  • Example 29 is a combination
  • Example 27 Example 27 and Example 28.
  • soldered to the glass edge As already mentioned and shown in Fig. 4, soldered to the glass edge.
  • FIG. 14 shows some examples of the design of the lamellae or tongues of the edge of the metal sealing strip 7 to be soldered. As already described above, this design is required for the vacuum-tight soldering of the sealing strips 7 with the respective glass pane 1 or 22.
  • the frequency, or the frequency spectrum, of the respective ultrasonic signal is to be adapted to the dimensions of the thermal insulation system to be produced.
  • the complex control of the described manufacturing processes requires a special control program.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines flächenförmigen wärmeisolierenden Bauelements aus zwei flächenförmigen Baustoffelementen mit den folgenden Merkmalen: Eine Wascheinrichtung und eine folgende Trockeneinrichtung, eine Heizeinrichtung zum Vorwärmen einer Glasscheibe und eine Auflegeeinrichtung von Metall-Dichtungsstreifen auf eine Glasscheibe, eine Ultraschall-Löteinrichtung, die die auf eine Glasscheibe aufgelegten Metall-Dichtungsstreifen entlang des Umfangs mit einer Glasscheibe vakuumdicht verlötet, einem Setzautomat zum Einlegen von Abstandhaltern und Getter auf die Glasscheibe in einem Muster, einer Plasma-Sputter-Reinigungseinrichtung in einer Vakuumkammer.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Mehrscheiben-Isolierglas mit einer Hochvakuum-Isolierung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Mehrscheiben-Isolierglas mit einer Hochvakuum-Isolierung, genannt Vakuum-Isolierglas oder VIG.
Im Normalfall wird es sich hierbei um das Aneinanderfügen zweier oder mehrerer parallel ausgerichteter Glasplatten handeln, die zusammen eine wärmeisolierende Glasfläche z.B. an Bauwerken, Fahrzeugen, Kühl- und Heizmöbel oder Gebrauchsgegenständen bilden. Ein anderer Fall betrifft das Zusammenfügen einer Glasplatte mit einem Blechrahmen zur Herstellung eines Solarthermie- oduls. Es sind jedoch auch anders geformte Bauteile denkbar, die ein vakuumdichtes Aneinanderfügen von Glasplatten mit anderen Materialien erforderlich machen.
In der Baubiologie wird die Oberfläche eines Hauses, also die gesamte Außenfläche die gegen die Unbilden der Witterung schützt, als die dritte Haut des Menschen bezeichnet, wobei die normale Bekleidung als die zweite Haut angesehen wird. Die Teile der Oberfläche eines Hauses, die nicht lichtdurchlässig gestaltet werden, lassen sich relativ einfach und preiswert soweit dämmen, dass nur ein vernachlässigbarer Wärmeverlust zu verzeichnen ist. Ganz anders ist das jedoch bei den Fenstern eines Hauses. Hier wird neben der normalen Lichtdurchlässigkeit eine zusätzliche Wärmdämmung gefordert.
Die 2012 in Kraft tretende Wärmeschutzverordnung ΕΝ20 2 verlangt eine Wärmedämmung der Fenster, die nur entweder durch Einsatz einer konventionellen 3fach-lsolierglasscheibe oder mittels VIG-Scheiben zu realisieren ist.
Ein großes Problem stellt bei diesen VIG-Scheiben die Herstellung eines langzeitstabilen und ausreichend hochvakuumdichten Randverbundes dar. Die bisher bei Vakuumisolierglas in der Praxis verwendete Glas-Glas - Verbindung durch Glaslot wird hier nicht betrachtet, da dieser Randverbund starr ist und bei diesen bisherigen Verfahren somit größere geometrische Abmessungen der Scheiben bei gleichzeitig guten Wärmedämmwerten nicht erreichbar sind. Angestrebt wird eine Glas-Metall-Glas - Verbindung, da diese beiden Materialien einen flexiblen hochvakuumtauglichen gasdichten Verbund ermöglichen. Prinzipielle Verfahren zur Herstellung solcher Glas-Metall - Verbindungen sind z.B. Ultraschallschweißen, Ultraschalllöten, die verschiedenen Möglichkeiten einer Druck-Diffusions - Verbindung oder die
Verwendung von Glas- und Metallloten in Verbindung mit Beschichtungen auf dem Glas und/oder dem Metall.
Mittels Ultraschallschweißen lassen sich zwar mechanisch stabile Glas-Metall - Verbindungen erzielen, jedoch ist bei diesem Verfahren die Prozesssicherheit, vor allem bei Verbindungen auf Strecken im Längenbereich mehrerer Meter, problematisch. Aufgrund der inhomogenen Erwärmung und / oder verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ergibt sich eine unterschiedliche thermische Ausdehnung von Glas und Metall bei der Einkopplung von Energie beim Ultraschallschweißprozess. Es entstehen folglich thermo- mechanische Spannungen, die bei längeren Schweißnähten zu Beschädigungen der Glasoberfläche und damit zu Undichtigkeiten führen können. Die Verwendung weicher Metalle wirkt sich beim Ultraschallschweißprozess günstig aus und reduziert die in der Fügung auftretenden thermischen Spannungen. Jedoch lassen sich weiche Metalle nur mit geringerer Energie schweißen. Dies führt zu einer reduzierten Anhaftung am Glas, so dass sich auch hiermit keine (hoch)vakuumdichten Verbindungen mit ausreichender Prozesssicherheit darstellen lassen.
Die bekannten Druck-Diffusions - Verfahren erfordern einen hohen verfahrenstechnischen Aufwand und zudem sehr hohe Glastemperaturen über einen längere Zeitraum. Damit sind weder effektive Glas-Beschichtungen zur Senkung des Wärmestrahlungsdurchganges („soft coatings") einsetzbar, noch sind getemperte Scheiben (ESG) und / oder laminiertes Glas (VSG) verwendbar.
Bei der Verwendung von Glas- oder Metallloten muss vor dem Löten zunächst eine
Zwischenlage bzw. Beschichtung auf die Glasscheibe und / oder auf das Metall als
Haftpartner der Glas-Metall - Verbindung zur Erzielung einer gasdichten Benetzung aufgebracht werden, denn Flussmittel können wegen ihrer unvermeidbaren Ausgasung im Bereich von Hochvakuum-Anwendungen nicht verwendet werden. Anschließend werden die Haftpartner mit dem Lot dazwischen aufeinander gelegt und unter Einfluss von Druck und Temperatur verlötet. Hierzu ist jedoch eine relativ aufwändige Verfahrenstechnik notwendig, um einerseits die notwendige Wärme gleichmäßig über die ganze Fläche und damit stressfrei für das Glas einzukoppeln und andererseits den Anpressdruck homogen aufzubringen.
Zudem gilt es Oxidationen an den Oberflächen der beteiligten Werkstoffe, insbesondere an Metallen und im Lot durch Vakuum- oder Schutzgasatmosphäre etc. zu vermeiden.
Durch Legierung mit seltenen Erden, Metallen und Halbmetallen kann einerseits die Schmelztemperatur des Lotes deutlich abgesenkt werden, andererseits wird durch ein solches Aktivlot die Benetzungsfähigkeit erhöht, was die Bildung vakuumdichter Glas-Metall - Verbindungen erleichtert. Solche Beimischungen sind aber teilweise sehr teuer und vielfach ist es auch in Hinblick auf Nachhaltigkeit fraglich, wie lange die weltweit knappen Ressourcen den Einsatz bei Massenprodukten wie Isolierglasfenster zulassen.
Durch das Verfahren des erfindungsgemäßen Ultraschalllötens lassen sich prinzipiell sowohl Glas als auch Metalle sehr gut benetzen. Die Einkopplung des Ultraschalls in das Lot führt zu einer Zerstörung von Oxiden bzw. Oxidhäuten oder -schichten die sich an der Oberfläche von Lot und Glas bilden und den Lötvorgang behindern. Durch die Ultraschallenergie wird dabei das Lot selbst in kleinste Kavitäten gepresst, die sonst nicht zugänglich wären und mögliche Leckagen bilden könnten. Auch Ultraschalllöten kann unter Verwendung von Aktivlot erfolgen. Eine weitere Alternative besteht im Ultraschalllöten mit zusätzlicher
Beschichtung. Durch solche Maßnahmen wird die Verarbeitbarkeit weiter verbessert.
Aus der EP 1 978 199 A1 als nächstem Stand der Technik ist ein Vakuumisolierglas-Bauelement sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung bekannt. Diesem Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, VIG-Bauelemente zu schaffen, die zum einen deutlich bessere Wärmedämmwerte als gutes Zweischeibenisolierglas erreichen, und die andererseits dabei nur einen Herstellungsaufwand erfordern, der zumindest nicht wesentlich über dem eines guten Zweischeibenisolierglases liegt. Ferner sollen die VIG-Bauelemente thermo- mechanische Spannungen, die im Einsatz durch unterschiedliche Temperaturen der beiden Einzelscheiben auftreten, erheblich besser aufnehmen können als herkömmliches VIG und damit eine zuverlässige Langzeitlebensdauer erreichen. 80
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Vakuumisolierglas-Bauelement mit einer ersten
Glasscheibe und einer zweiten Glasscheibe die über Abstandhalterelemente aneinander abgestützt sind und zwischen sich einen dünnen evakuierten Zwischenraum einschließen sowie an ihren Rändern durch einen vakuumdichten Randverbund verschlossen sind. Dieses Bauelement ist dadurch gekennzeichnet, dass der Randverbund aus Metallfolienstreifen hergestellt ist, von denen erste Metallfolienstreifen mit den Rändern der ersten Glasplatte vakuumdicht verbunden sind und zweite Metallfolienstreifen mit den Rändern der zweiten Glasplatte vakuumdicht verbunden sind und die über die Randkanten der jeweiligen
Glasplatte überstehenden Bereiche der ersten und zweiten Metallfolienstreifen miteinander verschweißt sind.
Als Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements wird in dieser Druckschrift beansprucht, dass die vorbereiteten Glasscheiben mit den daran angebrachten Metallfolienstreifen in eine Vakuumkammer eingebracht und darin aufeinander gelegt werden, wobei das Verschweißen der Metallfolienstreifen innerhalb einer Vakuumkammer mittels eines außerhalb der Vakuumkammer erzeugten und im wesentlichen entlang der Metallfolienstreifen bewegten Laserstrahls erfolgt, der durch linienförmig verlaufende Fenster in die Vakuumkammer eingetragen wird.
Dieses bekannte Verfahren, bzw. die entsprechende Vorrichtung, ermöglichte bislang jedoch kein zufriedenstellendes Ergebnis, da hier die Glas-Metall - Verbindung entweder durch Ultraschallschweißen oder durch Glaslot-Löten erzeugt wurde, und deshalb die oben beschriebenen Nachteile zu Tage traten. Zudem wurden einige Details, welche für den Gesamtprozess der VIG-Herstellung wichtig sind, dort nicht behandelt bzw. berücksichtigt.
Deshalb liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein flächenhaftes
vakuumisolierendes Bauelement mit einem eingeschlossenen Hochvakuum zu schaffen, bei dem sich auch bei großen geometrischen Abmessungen eine industrielle Herstellung mit geringem Energie- und Kostenaufwand prozesssicher realisieren lässt, wobei die
Langzeitstabilität des eingeschlossenen Hochvakuums und die Bruchsicherheit des
Bauelements gewährleistet ist.. 1080
5
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 , bzw. einem Verfahren nach Anspruc S gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen dabei im Einzelnen:
Fig.1 : eine Wascheinrichtung und eine Trockeneinrichtung einer Glasscheibe
Fig.2: eine Heizeinrichtung für eine Glasscheibe
Fig.3: eine Auflegeeinrichtung für Metallstreifen
Fig.4: die Anordnung der Metallstreifen am Glas
Fig.5: eine Ultraschall-Löteinrichtung (Lötkolben)
Fig.6: eine Löteinrichtung mit einem Ultraschall-Lötrad
Fig.7: eine Glasscheibe mit oben angelöteten Metall-Dichtstreifen
Fig.8: das Muster der Stützen und die Funktion der Shuttleplatte
Fig.9: zwei Varianten der Auflegeeinrichtung für Abstandhalter
Fig.10: Verschiebeshuttle beim Sputtern in der Vakuumlinie
Fig.11 : das Auflegen des Deckglases in der Vakuumlinie
Fig.12: die Laser- Schweißeinrichtung in der Vakuumlinie
Fig.13: verschiedene Anordnung der Metallstreifen vor und nach dem Bördeln
Fig.14: verschiedene Varianten der Zungen an den Metallstreifen zum Ultraschalllöten
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung beruht auf der Verwendung einer Glas- Metall - Lötvorrichtung mit Ultraschall-Unterstützung und darin, dass eine spezielle
Strukturierung eines Haftpartners die Einkopplung der verwendeten Ultraschallenergie so erleichtert, dass sie das darunter liegende Lot in ausreichendem Maß erreicht. Diese
Strukturierung, wie unten in Fig.14 an Beispielen verdeutlicht, unterteilt den betreffenden Haftpartner in kleinere Abschnitte17. In diesem Fall sind das die Metallstreifen 7, welche als Applikat zwischen Glasscheibe 1 und der Ultraschallquelle ( Ultraschalllötkolben 12 ) oben auf der Glasscheibe 1 liegen. Die Eigenfrequenz dieser kleineren Abschnitte 17 ist hierbei derart ausgebildet, dass sie durch die Einkopplung eines Ultraschallsignals auch mit geringer Energie in Schwingung versetzt werden und diese Schwingung an das Lot weitergeben können. Die Eigenfrequenz dieser Abschnitte wird zur Erzielung einer optimalen Energieübertragung bevorzugt so gewählt, dass sie in Resonanz mit der Anregungsfrequenz oder deren Harmonische des Ultraschallsignals liegt. In bevorzugter Ausführungsform können diese Abschnitte auch so gewählt sein, dass ihre Hauptabmessungen in Resonanz mit der Anregungsfrequenz des Ultraschallsignals gehen und an ihnen zusätzlich strukturierte Mikrolamellen mit den Harmonischen der Anregungsfrequenz.
Durch diese Wahl der Strukturierung ist es sogar möglich, das Lot durch den oben
befindlichen Haftpartner hindurch zu applizieren. Auf diese Weise ist es nicht mehr notwendig das Lot vorher zwischen die Haftpartner einzubringen, sondern das Lot wird, gewissermaßen über die Abschnittsgrenzen des oben liegenden strukturierten Haftpartners, mittels der solcherart angebotenen Lotspalte, in den Zwischenraum zwischen den beiden Haftpartnern, also z.B. hier dem Glas und dem Metall, eingesaugt. Die auf diese Weise entstehende Verbindung der beiden Haftpartner ist gasdicht. Deshalb kann das Lot auch beispielsweise über die Spitze eines Ultraschalllötkolbens eingebracht werden.
In Fig. 1 ist von der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Wascheinrichtung 4 einer
Glasscheibe 1 und eine nachfolgende Trockeneinrichtung 3 im Querschnitt dargestellt. Die Glasscheibe 1 wird hierbei von einer Transporteinrichtung 2 aus z.B. einem nicht
dargestellten Lager entsprechend der gezeigten Pfeilrichtung in den Herstellungsprozess auf Rollen befördert. Die im Lager liegenden Glasscheiben 1 sind an den Kanten auf ihr Sollmaß zugeschnitten. Vorteilhaft dabei ist der Giaszuschnitt mit einem Laser, denn diese Maßnahme verbessert durch die Vermeidung von Mikrorissen die Bruchsicherheit dieser Glasscheiben 1. Die Glasscheibe 1 durchläuft zuerst die skizzierte Wascheinrichtung 4 um dann nach der Passage eines Zwischenbereichs in die Trockeneinrichtung 3 zu gelangen. Die im warmen Waschwasser enthaltene Wärmeenergie wird hierbei im Glas gespeichert und zur
Verbesserung der Energiebilanz des gesamten Herstellungsprozesses verwendet. Die Einrichtungen sind schematisch dargestellt. So kann die in der Fig. 1 senkrecht eingefügte Trennlinie in der Praxis einer größeren räumlichen Entfernung zwischen der
Wascheinrichtung 4 und der Trockeneinrichtung 3 entsprechen. Die Transporteinrichtung 2 kann mittels Rollen, Rädern, Riemen, Wagen, Bahnen oder anderen Transportmitteln wirken. Die Wascheinrichtung 4 kann auf der Basis Sprühen, Bürsten oder Schwamm-Wischen entsprechend dem Stand der Technik für Glasscheiben-Waschmaschinen aufgebaut sein. Nach dem Verlassen der Trockeneinrichtung ist die Glasscheibe 1 vorgewärmt.
In der Fig. 2 ist eine Heizeinrichtung einer gemäß Fig. 1 gesäuberten Glasscheibe 1 perspektivisch dargestellt. Neben der bekannten Transporteinrichtung 2 ist im Randbereich der Glasscheibe 1 eine Heizung 5 dargestellt, die entsprechend zur Geometrie der
Glasscheibe 1 gerichtet und / oder bewegt werden kann. Die Richtung des Transports der Glasscheibe 1 ist von links nach rechts. Im mittleren Bereich der Heizeinrichtung befinden sich zwei Grund-Heizungen 6,, die zusammen mit den Rand-Heizungen 5 eine Erwärmung der Glasscheibe 1 ermöglichen. Die Anzahl und Größe der Grund-Heizungen richtet sich nach der Gesamtlänge der jeweiligen Glasscheibe 1.
Die Anordnung der Heizeinrichtungen kann auf beiden Seiten, z.B. bei horizontalem Aufbau der Heizeinrichtung unterhalb und / oder oberhalb, der Glasscheibe 1 erfolgen. Es sind sowohl flächig wirkende Heizungen 5, 6 wie Heizplatten, Infrarotstrahler, Gebläseheizungen etc. wie auch gerichtet wirkende Heizungen 5, 6 z.B. Infrarotstrahler, Laserstrahl, Mikrowelle vorgesehen. Durch die Kombination dieser verschiedenen Heizeinrichtungen, die an verschiedenen Orten aufgebaut sind und unterschiedlich auf die Glasscheibe einwirken, wird erreicht, dass der im nachfolgenden Schritt zu lötende Scheibenrand auf die für den
Lötprozess benötigte Grundtemperatur erhitzt wird, während der innere Bereich der Scheibe in den Abmessungen definiert und nur soweit erwärmt wird, dass die temporären
Temperaturunterschiede und die damit erzeugten temporären Zug- und Druckspannungen in der Glasscheibe 1 nicht zum Bruch der Scheibe führen. In dem Einstellen der inneren Scheibentemperatur wird berücksichtigt, dass zwischen dem heißen Scheibenrand (ca. 200°C) und dem inneren Bereich der Glasscheibe 1 ein maximaler Temperaturunterschied von etwa 80°C nicht überschritten wird. Dabei muss der unterschiedlichen Auskühlung der Scheibe zum Rand und zu den Ecken hin entgegengesteuert werden.
Ein wesentlicher Vorteil dieser modellierten Heizung ist durch die niedrigeren Temperaturen der Scheibenflächen auch die Einsparung von Heiz- und Kühlenergie bei der Herstellung der Bauelemente.
Die benötigte Grundtemperatur hängt dabei unter Anderem von der Dauer zwischen dem Erwärmen und dem Lötprozess, dem verwendeten Lot und den spezifischen Parametern des Lötprozesses ab. Fig. 3 zeigt eine Auflegeeinrichtung für Metallstreifen, die später mit der Glasscheibe 1 vakuumdicht verbunden werden. Die Auflege-Positionier-Einrichtung 8 kann hierbei die betreffenden Metallstreifen 7 zum Beispiel mittels Saugnäpfen oder Magneten aus einem entsprechenden Lagerplatz aufgreifen, in die gewünschte Position bringen und dort absetzen und so fixieren, dass der Metallstreifen noch ca. 10 mm auf dem Scheibenrand aufliegt und ca. 30 mm über die Scheibe hinaus nach außen übersteht. Dies wird mittels der dargestellten Gelenkverbindungen der Auflege-Positionier-Einrichtung 8 versinnbildlicht. Die Transporteinrichtung 2 ist hier beispielsweise als ein Fließband gezeichnet.
Eine weitere Möglichkeit die Streifen bereitzustellen ist, diese von der Rolle abzuwickeln, abzulängen und dabei auf den Glasrand aufzulegen.
Alternativ zu Metallstreifen je Scheibenkante kann auch ein fertig gestelltes Metall-Passepartout in gleicher weise aufgelegt werden. Dieses Passepartout kann aus dem vorherigen Zusammenfügen von 4 Blechstreifen oder durch Ausschneiden aus einer Blechtafel erzeugt sein.
Bei diesem Auflegen der Dichtstreifen 7 bzw. des Passepartout kann zusätzlich mit einer wärmefesten Klebetechnik der Dichtstreifen an der Glasscheibe neben bzw. entlang der späteren Lötlinie fixiert werden, wobei, aus Gründen der Ausgasung, der Kleber auf der Außenseite, zum Scheibenrand, und die Lötversiegelung dann auf der, der Vakuumfüllung zugewandten, Innenseite angebracht ist.
Wie in Fig. 4 dargestellt ist, besteht eine weitere Möglichkeit darin, dass.die Metallstreifen 7 nicht wie in 40 von unten gesehen gezeichnet am äußeren Rand auf die
Glasscheibenoberseite 1 gelötet werden, sondern die Lötverbindung 42 wird wie in 41 dargestellt seitlich an der Kante der Glasscheibe 1 ausgeführt. Der Blechstreifen 7 wird dann bündig zur Scheibenoberfläche nach außen umgeknickt.
Als Material für die Metallstreifen bzw. für das Passepartout eignen sich alle ausreichend flexiblen gasdichten und hochvakuumtauglichen Werkstoffe, darunter auch viele Metalle: Meist wird eine Eisen-Nickel-Legierung gewählt, die im Ausdehnungskoeffizienten an das zur Herstellung der Glasscheibe 1 verwendete Glas angepasst ist. Es kann aber auch ein thermisch weniger angepasstes Metall Verwendung finden, solange dieses ausreichend weich ist bzw. weichgeglüht werden kann, z.B. Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Zinnblech (Stanniol), Weißblech, Blei etc. und deren Legierungen.
Als Material für die Glasscheibe 1 wie auch 22 eignet sich jedes Glas, welches für mehrere Minuten Temperaturen von 200 Grad Celsius ohne Schaden widerstehen kann. D.h.
normales Fensterglas bzw. Kalknatron-Glas ist genauso möglich wie Borosilikatglas, getempertes Einscheibensicherheitsglas (ESG), laminiertes Mehrscheibenverbund- sicherheitsglas (VSG), chemisch gehärtetes Glas und auch viele Funktionsgläser und schaltbare Gläser. Auch beschichtete Gläser, deren Beschichtungen bis 200 Grad Celsius beständig sind, sind geeignet und für das VIG bei allen vorstehend beschriebenen
Scheibenarten auch vorgesehen, um gute Wärmedämmwerte zu erreichen.
Vorgesehen sind hier auch an die geplante Verwendung der VIG-Einheit angepasste
Kombinationen, z.B. Innenscheibe aus VSG und Außenscheibe aus ESG, z.B. für
Dachverglasungen.
Es muss angemerkt werden, dass die erfindungsgemäße Vorgehensweise nicht nur zur Herstellung planer und rechteckiger Vakuumisolierglasscheiben geeignet ist: Mit geringer dem Stand der Technik entsprechender Modifikation, insbesondere der
Transporteinrichtungen und der Positioniereinrichtungen, können beliebige
Scheibengeometrien zu VIGs verarbeitet werden. Dies ist sowohl bei planem Glas als auch bei bereits vorher gebogenen Scheibenpaaren ausführbar. Somit ist den Anforderungen nach Schrägfenstern, Bogenfenstern, Bullaugen wie auch nach beliebigen Fahrzeugverglasungen etc. Rechnung getragen.
Der Übersichtlichkeit halber wird in der vorliegenden Ablaufbeschreibung aber von planen und rechteckigen Scheiben ausgegangen.
In Fig. 5 ist eine Ultraschall-Löteinrichtung unter Verwendung eines Ultraschall- Lötkolbens 12 im Querschnitt dargestellt. Die beheizte Spitze des Lötkolbens 12 stellt die Sonotrode zur Einkopplung der Schallwellen in das aufgetragene Lot 14 dar. Der
Lötkolben 12 wird entlang der Haftlinie am Scheibenrand 1 auf, bzw. an, dem über eine nicht gezeichnete Fixiervorrichtung gehaltenen Blechstreifen 7 mit typischen Lötbewegungen z.B. Schleifentupfen relativ zur Glasscheibe 1 in Pfeilrichtung bewegt, z.B. von einem nicht gezeichneten Roboter geführt, oder die Glasscheibe wird unter dem fix stehenden Lötkolben in entgegengesetzter Richtung transportiert.
Auf einer entsprechenden Arbeitsunterlage 9 liegt hier die betreffende Glasscheibe 1. Eine im Querschnitt dargestellte Heizeinrichtung 10 dient von oben und / oder unten der zusätzlichen Aufheizung des Bereichs der Glasscheibe 1 , auf den der betreffende Metallstreifen 7 aufgelötet wird. Zusätzlich dient die Heizvorrichtung 10 von oben zur Glättung der Lötnaht, um die Auftragsdicke zu minimieren. Die Heizvorrichtung 10 kann auch noch nachgeschaltete Heiz- und Kühlregister beinhalten, um das Abkühlen des Glases 1 und des Metallstreifens 7 nach dem Löten zeitlich kontrollieren zu können um zu hohe Spannungen zu vermeiden. Mittels der Lotzufuhr-Einrichtung 1 1 wird die jeweils benötigte Menge an Lot 14 zugeführt. Dieses Lot wird in der Zuführeinrichtung 1 bereits auf Verarbeitungstemperatur vorgeheizt. Die Lotzufuhr-Einrichtung 11 kann auch in den Lötkolben integriert sein. Mit Hilfe einer Sensor-Einrichtung 13 wird der Lötvorgang überwacht. Dies kann optisch und /oder automatisiert geschehen, wobei elektronische Mustererkennung ( pattern recognition ) angewendet werden kann.
Fig. 6 zeigt eine alternative Löteinrichtung mit einem Lötrad 15. Das beheizte und als
Sonotrode ausgebildete Lötrad 15 ist hier leicht perspektivisch dargestellt in Entsprechung zu der in der Ausgestaltung angepassten Heizeinrichtung 10 für den Löt- und Glättvorgang. Die übrigen Details entsprechen der Darstellung in der Fig. 5.
In Fig. 7 ist eine Glasscheibe 1 mit ihren rundum angelöteten Metall-Dichtungsstreifen 7 zu erkennen. In den Eckbereichen und an Trennstellen, die im Besonderen bei Glasscheiben mit einer großen räumlichen Ausdehnung auftreten können, sind entsprechende Lötfugen 16 bezeichnet. Damit ist aus den Metallstreifen 7 ein Metallrahmen oder Metallfolien-Passepartout geworden. Die Lötfugen 16 können anstelle durch Löten auch durch eine andere Vakuumtaugliche Metall-Metall-Verbindung z.B. Schweißen verbunden werden, je nach Material der Dichtstreifen 7 und je nach eingesetzter Verbindetechnik in der Vakuumkammer,
Laserschweißen 24 oder Löten. Alternativ kann vorab ein fertiges oder nur noch an einer Seite offenes Metall-Passepartout erstellt sein, welches dann rundum auf die Glasscheibe analog zu obiger Beschreibung aufgelötet wird. Dadurch entfallen dann die Lötfugen 16 ganz oder teilweise. in der Abfolge von Fig. 1 bis Fig. 6 ist das Anlöten des Metall-Passepartouts bzw. -Rahmens aus den Metallstreifen 7 an die untere Glasscheibe 1 beschrieben. In gleicher weise wird jetzt auch die obere Glasscheibe 22 mit einem Metall-Rahmen versehen.
Im nächsten Schritt werden auf die mit dem Metall-Rahmen umrahmte untere Glasscheibe 1 Abstandshalter 19 gesetzt. Diese Abstandshalter, auch Stützen genannt, sorgen dafür, dass der luftleere Zwischenraum der VIG-Scheibe nicht durch den äußeren Luftdruck zusammengedrückt wird.
Bei den in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigten Abstandshaltern 19 handelt es sich z.B. um. Zylinder, Hohlzylinder, Quader, Prismen, Pyramiden, Pyramidenstümpfe, Kugeln, Halbkugeln aus Metall, Graphit, Glas oder Keramik. Auch komplexe zusammengesetzte Formen und / oder Werkstoffe für die Abstandshalter 19 sind denkbar. Die Abstandshalter 19 können intrinsisch oder durch spezielle Behandlung magnetische Eigenschaften haben. Die Abstandshalter 19 werden in einem definierten Muster bzw. Raster auf die Glasoberfläche platziert.
Die Höhe der Abstandshalter 19 beträgt bei 4 mm Glasdicke ca. 0,7 mm, der Durchmesser ca. 0,5 mm, der Rasterabstand ca. 30 mm, so dass pro Quadratmeter ca. 1000
Abstandshalter 19 zu setzen sind. Diese Maße können stark variieren, je nach Glasdicke oder auch bezüglich individueller Anforderungen an die Sichtbarkeit der Abstandshalte 19:: So können z.B. auch dickere Abstandshalter bei größerem Abstand oder dünnere bei kleinerem Raster eingesetzt werde.
Als Muster wurde bei früheren vorgestellten Vakuumisolierglasscheiben der Einfachheit halber ein zweidimensionales quadratisches Gitter bzw. Raster definiert.
Wie in Fig. 8 dargestellt, wird hier erfindungsgemäß eine neues Muster 43 in Form eines zweidimensionalen hexagonalen Gitters bevorzugt. Das Gitter kann zudem entlang einer oder beider Hauptachsen gestaucht oder gedehnt sein, um eine Anpassung an die
Scheibendimensionen zu erreichen. Zudem werden, wie in 44 gezeigt, die Positionen der einzelnen Stützen um die Gitterpositionen optional wahlweise zufällig oder definiert variiert: Zum Ersten ergibt ein solches Muster die optimale Lastverteilung der Abstandshalter 19 für die Glasscheiben. Zum Zweiten wird eine erstaunlich geringere Sichtbarkeit erreicht, da speziell im Vergleich zum einfachen rechteckigen uster, Periodizitäten des Setzmusters in Form durchlaufender gerader Linien in den Stützenreihen nunmehr deutlich weniger erkennbar werden. Zum Dritten wird die Periodizität des zugrundeliegenden Gitters durch Variationen gebrochen, d.h. es gibt keine mathematisch regelmäßige Wiederholung des Rasters, sondern die Abstände bzw. die Schenkel der Dreiecke des Rasters werden bewusst variiert. Damit wird verhindert, dass bei der Schallübertragung durch die Scheibe resonant bestimmte Schallfrequenzen bevorzugt übertragen werden.
Auch bei der Fixierung der Abstandshalter 19 werden neue Wege beschritten, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Während bei früheren Lösungen die Abstandshalter 19 mit einem Klebstoff wie z.B. Wasserglas an einer Scheibe fixiert wurden, kann hier auf den Einsatz von Klebstoff verzichtet werden: Während der gesamten Fertigung der VIG-Scheibe bleibt die Position der unteren Glasscheibe 1 mit einer Platte bzw. einem Shuttle 46 fest verbunden. In diese Platte 46 eingelassen sind Fixierelemente 45, genau in dem Muster 44 entsprechend dem die Abstandshalter 9 auf die Glasscheibe 1 gesetzt werden sollen. Diese Fixierelemente 45 können z.B. Stabmagnete (z.B. NdFeB, SmCo, Ferrit) oder Elektromagnete sein, aber auch andere Elemente, die ein homogenes oder inhomogenes magnetisches oder elektrisches Feld etc. erzeugen und so auf die Abstandshalter 19 durch attraktive oder repulsive
Kraftwirkung durch die Glasscheibe 1 hindurch wirken sind möglich.
Die hier im Beispiel verwendeten Abstandshalter 19 sind aus magnetischem oder
magnetisierbarem Material (Ferromagnete, Antiferromagnete, Ferrimagnete) gefertigt, die Fixierelemente 45 sind axial magnetisierte zylindrische Stabmagnete.
Durch geeignete Auslegung des in der Regel inhomogenen Magnetfeldes 47 mittels definierter Anordnung der Fixierelemente 45 erfolgt zusätzlich zur Fixierung der
Abstandshalter 19 auch eine korrekte Ausrichtung und Zentrierung an der Sollposition 48. Bringt man z.B. einen magnetischen säulenförmigen Abstandshalter 19 mit magnetischer Anisotropie, verursacht durch z.B. eine im Vergleich zum Durchmesser ausreichend große Länge (Formanisotropie), in beliebiger räumlicher Orientierung stehend oder liegend auf etwa 10 mm an eine Sollposition 48 auf der Glasplatte 1 heran, so wird dieser Abstandshalter 19 an die Sollposition 48 gezogen und stellt sich oben auf der Glasplatte 1 über der
Sollposition 48 des Fixierelementes 45 senkrecht auf. Das Fixierelement 45 besteht aus einem an der Unterseite der Glasplatte 1 in die Shuttleplatte 46 eingefügten
Stabmagneten 45. Es ist also nur eine relativ ungenaue XY-Positioniereinrichtung
erforderlich, mit der die Abstandshalter 19 simultan oder in schneller Folge auf die
Stützenpositionen 48 verteilt werden. Hierzu kann ein mechanischer, elektrostatischer, magnetischer oder pneumatischer Greifer verwendet werden, oder die Abstandshalter 19 rutschen durch einen positionierbaren Schlauch oder ein Rohr, oder die Stützen werden durch einen Lochboden verteilt fallengelassen. Diese hier als einzeln beschriebene Verteilung kann auch zur Erhöhung der Taktzeit durch Gruppenbilden optimiert sein, dann wird z.B. immer eine komplette Reihe bereitgestellt und dann gemeinsam gesetzt.
Nach Fertigstellung der VIG-Scheibe sind die Abstandshalter 19 im Vakuum vom äußeren Luftdruck zwischen den beiden Glasscheiben 1 und 22 des Vakuumelementes fest eingeklemmt und fixiert - jetzt kann dann die Shuttleplatte 46 mit den Stabmagneten 45 entfernt werden ohne dass die Abstandshalter verrutschen.
Der Vorteil dieser Methode liegt nicht nur in der verblüffenden Einfachheit, in hoher Taktzeit ca. 000 Abstandshalter pro Quadratmeter setzen zu können, sondern auch in der weiteren Reduzierung der Sichtbarkeit der Abstandshalter 19 durch den jetzt nicht mehr nötigen Kleber.
Bei der Zuführung der Abstandshalter wurden wiederum neue Wege siehe Fig. 9 begangen. Während die bisherigen Lösungen vorher bereits fertig erstellte Abstandshalter 19 als Kugeln, Zylinder, Scheiben, Federn oder Ringe aus Keramik und/oder Metall aus einem
Massengebinde vereinzeln und dann in den Stützensetzer zuführen, werden hier die
Abstandshalter 19 in der Taktzeit des Setzautomaten 51 schritthaltend hergestellt:
In der Variante 1 , siehe 49, werden die Stützen 19 aus einem von der Rolle zugeführten Stützenmaterial-Metallband 52 mit einem Werkzeug z.B. Stanze 53 ausgestanzt. Direkt aus der Stanze 53 fallen dann die Stützen 19 z,B, durch X/Y-positionierte Schläuche 51 zum Aufstellort 48 über dem Fixierelement 45.
In der Variante 2, siehe 50, werden die Stützen 19 aus einem von der Rolle zugeführten Draht 54 mit z.B. einer Säge oder Trennscheibe 55 abgelängt, und werden dann ebenfalls einzeln zum Aufstellort 48 weiterpositioniert 51. Es ist auch die Alternative vorgesehen, die Herstellung der Abstandshalter aus dem Massengebinde mittels eines geeigneten Lasersystems zum Trennen bzw. Schneiden von Werkstoffen zu realisieren. Dies ist insbesondere bei komplexen Geometrien der
Abstandshalter vorteilhaft.
Weiter neue Wege werden beim Stützenmaterial angegangen. Hier gibt es eine Reihe von
Anforderungen, die oft gegengerichtete Maßnahmen bevorzugen:
Als erste Anforderung muss In jedem Falle der Abstandshalter 19 bei der gewählten Setz-
Technik magnetisch oder magnetisierbar oder elektrisch aufladbar etc. sein, siehe obige
Beschreibung.
Die zweite Anforderung ist die Eignung für das Hochvakuum ohne signifikante Ausgasung über mehrere Jahrzehnte. Damit scheiden z.B. Kunststoffe weitgehend aus.
Die dritte Anforderung betrifft die Wärmeleitkennzahl des Stützenmaterials. Diese ist entscheidend für den U-Wert der fertigen Vakuumisolierglasscheibe. Je nach den
verwendeten Stützen wird der U-Wert des Glases zwischen 0,3 und 0,7 Watt pro
Quadratmeter und Grad Kelvin variieren. Hier sind metallische Stützen nachteilig, da Metalle in der Regel hohe Wärmeleitwerte aufweisen.
Die vierte Anforderung betrifft die Härte des Materials: Die Stützen sollen weicher als die Glasoberfläche sein, da sonst bei externen Stoßbelastungen z,B, Hagelschlag die
Glasoberfläche innen durch die Stütze beschädigt wird, was zu Folgeschäden bis hin zum Glasbruch führen kann. Damit scheiden z.B. Stützen aus Glas aus. Es sind auch Erfindungen bekannt, wo den Stützen elastische Elemente z.B. Federringe beigefügt wurden, um diesen Punkt zu entschärfen.
Die fünfte Anforderung betrifft die Farbe der Stützen bezüglich der Sichtbarkeit. Dunkle Stützen sind im Fenster kaum sichtbar bei dunklem Hintergrund, z.B bei Bäumen, sind aber sichtbar z.B. bei hellweißem Wolkenhimmel. Helle Stützen wirken hier genau umgekehrt. Transparente Glasstützen zeichnen sich günstiger vor jedem Hintergrund ab, jedoch seitlich einfallendes Licht lässt diese unübersehbar hell aufleuchten. Aus dem gleichen Grund sind reflektierende Oberflächen bei jeder Farbe zu vermeiden.
Eine erhöhte Sichtbarkeit der Stützen kann aber auch erwünscht sein, wenn diese zu Werbezwecken verwendet werden, um z.B. ein Logo im Fenster einzubauen. Dies geschieht dann z.B. durch besondere Formgebung, Anordnung und Einfärbung der Stützen. Eine weitere wichtige Anforderung an die Stützen ist die Kontaktfläche zu den Glasscheiben. Durch unterschiedliche Gestaltung von Material und Struktur dieser meist kreisförmigen Kontaktfläche kann sowohl die Reibung Stütze-Glas beeinflusst werden wie auch gleichzeitig die Größe der zur Wärmeübertragung wirksamen Kontaktfläche, was den U-Wert erheblich beeinflusst. Die Optimierung der Reibung Stütze-Glas entscheidet, um wie viel bei einem Temperaturunterschied von Innenscheibe zur Außenscheibe sich die Scheiben relativ zueinander bewegen, oder umgekehrt statt dessen die Ausdehnungs-Kräfte durch
Verspannen jedes einzelnen Stützen-Hexagonalfeldes als Stress verzehrt werden.
Zur Lösung bzw. Erreichen eines Kompromisses zu diesen Anforderungen verwendet diese Erfindung kombinierte Materialien für die Abstandshalter 9, wobei die Oberflächenfarbe und Struktur dann noch vor dem Positionieren in einer Vorrichtung zusätzlich chemisch durch Abtrag oder physikalisch durch Profilieren der Auflagefläche oder durch Auftragen eines Haftbelages angepasst wird.
Konkret wird bei einer ersten Variante (49), Ausstanzen der Stützen aus einem Metallband , ein mehrlagig plattiertes Metallband 52 verwendet, wo die Materialien an die Aufgaben optimal angepasst sind. Bei den der Glasscheibe 1 zugewandten Lagen werden z.B. weiche Bleche verwendet, die auf der Anlegefläche zum Glas zusätzlich mechanisch strukturiert werden. In den mittleren Lagen der Stütze 19 werden Temperatur-isolierende Materialien einplattiert. Der Zylindermantel / Sichtseite wird z.B. durch Säure in der Vorrichtung 56 mattiert.
Bei einer zweiten Variante (50), abgelängter Draht, wird z.B. ein FeCu-Draht mit Stahlseele und weicher Kupferummantelung verwendet. Auch hier wird auf der Anlegefläche zum Glas 1 zusätzlich mechanisch strukturiert und die Zylinderoberfläche z.B. durch Lauge mattiert. Eine weitere Variante aufbauend auf der ersten oder der zweiten Variante, ist die
Verwendung von gesintertem oder verpresstem Halbzeug, welches z.B. aus Körnern der unterschiedlichen Materialien besteht, auch unter Verwendung von eingebettetem Kunststoff.
Bei allen Varianten kann dem Stützenmaterial zusätzlich Getter-Metall beigefügt sein bzw. können die Stützen mit Getter-Material beschichtet sein. Bevorzugt wird aber als äußerste Stützenreihe um den Rand eine spezielle Getter-Stütze eingesetzt, deren Material auf die später im Scheiben-Vakuum noch verbliebenen Restverschmutzungen optimiert ist und diese nach Aktivierung aufnehmen kann. Hierdurch wird das Vakuum in der VIG-Scheibe auf lange Zeit stabilisiert. Zusätzlich kann auch noch Getter in anderer Form in den
Scheibenzwischenraum eingebracht werden.
Diese zusammen beschriebenen Abstandshalter 19 finden insbesondere Verwendung, wenn mit diesem Verfahren eine Vakuumisolierglasscheibe VIG hergestellt wird. Beim Aufbau z.B. eines Solarthermie- oduls kommt zwischen die Deckscheibe und dem Bodenteil im
Vakuumbereich ein Absorber. Dieser Absorber ist dann mit Stützelementen versehen, die die Funktion der hier beschriebenen Stützen übernehmen, so dass die hier beschriebene Art der Stützen und Methode des Stützensetzens dort nicht zum Tragen kommt.
Der vorbeschriebene Ablauf nach der Waschmaschine vom Anbringen der Passepartouts bis zum Setzen der Stützen verlief unter sauberen Bedingungen bzw. in einem Reinraum, aber im wesentlichen in normaler Atmosphäre. Die nächsten Schritte werden jetzt im Vakuum bzw. Hochvakuum durchgeführt.
Zur Vorbereitung werden z.B. die mit der Magnetshuttleplatte 46 verbundene untere
Scheibe 1 mit den Stützen 19 und die obere Scheibe 22 z.B. hintereinander auf einen
Verschiebeshuttle 57 aufgelegt und so als Tandem in eine Vakuum-Vorkammer 59 eingefahren. Dann wird dort auf <1 mbar evakuiert und die Schleuse 63 zur Hauptkammer 60 geöffnet, die bei <10"4 mbar unter Hochvakuum steht. Während jetzt dieses Tandem in die Hauptkammer 60 durch die geöffnete Schleuse 63 durch den Transport 58 eingefahren wird, reinigen und trocknen Plasma-Sputter von oben 61 und unten 62, z.B. durch„Anblasen" mit aufgeladenem Argon, die Oberfläche der Glasscheiben 1 und 22 frei von anhaftenden
Resten. Unter Beschuss mit z.B. Ar- Ionen bei einer Bias Spannung von >1000 V können in einer Glimmentladung mit einer gerichteten lonenquelle oder durch eine Entladung mit Hochfrequenz-Zündung die Ionen mit einem elektrischen Feld heraus beschleunigt werden. Durch die hierbei entstehende Energie von > 1eV wird alles Wasser auf der Oberfläche der Glasscheibe 1 bzw. 22 in kurzer Zeit entfernt.
Im gezeigten Fall reinigt die obere Sputtereinrichtung 61 die untere Glasscheibe 1 mit den Stützen 19 und die untere Sputtereinrichtung 62 reinigt die obere Glasscheibe 22. Die Fig. 10 zeigt die Glasscheiben 1 und 22 auf dem Verschiebeshuttle 57 in einer Plasma- Sputter - Reinigungseinrichtung 17.
Neben der Shuttle-Transporteinrichtung 58 und einem von der Seite gezeigten Metall- Dichtungsstreifen 7 ist in dieser Darstellung auch das Lot 14 und die Abstandshalter 19 sowie die Getterauflage 18 zu erkennen.
Während dieses Vorganges in der Vakuum-Vorkammer 59 wird ständig weiter abgepumpt auf weniger als 1 CT4 mbar, um die von den Scheiben abgelöste Feuchtigkeit und die abgelösten Verunreinigungen aus dem Vakuumsystem zu entfernen.
Der nächste Schritt wird in der Verbundkammer 60 der Vakuumlinie ausgeführt: Die obere Scheibe 22 im Verschiebeshuttle 57 wird über die untere Scheibe 1 positioniert, abgesenkt und fixiert.
In der Fig. 1 1 ist das Aufsetzen einer Deckglas-Scheibe 22 auf eine mit Abstandhaltern 19 und Getter-Elementen 18 versehenen Glasscheibe 1 gezeigt. Dieses Aufsetzen erfolgt in der Weise, dass eine in den Abmessungen zur Glasscheibe 1 geeignete, entsprechend gereinigte und mit Metall-Dichtstreifen 7 versehene Glasscheibe 22 in umgedrehter Form von einer mechanischen Auflegeeinrichtung 23 erfasst und passgenau auf die darunter liegende Glasscheibe 1 abgesetzt wird. Die später vakuumdicht zu verbindenden Enden der Metall- Dichtungsstreifen 7 sind hier z.B. platt gedrückt an den beiden Seiten der aufeinander liegenden Glasscheiben 1 und 22 im Querschnitt zu erkennen. Diese Bleche 7 werden dabei fest aufeinander gespannt, um Wellenbildung auszuschließen und eng anliegendes
Aufeinanderliegen zu gewährleisten.
Der folgende Schritt in der Verbundkammer 60 verbindet dauerhaft hochvakuumdicht die beiden Metall-Passepartouts 7 der Glasscheiben 1 und 22.
In der Fig. 12 ist der Verbund der Glasscheibe 1 mit der Deckscheibe 22 in der Vakuum- Verbundkammer 60 gezeigt. Die Vakuumkammer 60 weist im Bereich der aufeinander gelegten Metall-Dichtungsstreifen 7 der Glasscheibe 1 und der Deckscheibe 22 jeweils ein Glasfenster 26 auf, durch das jeweils eine außen über eine XY-Positioniereinrichtung geführte Laser-Schweißeinrichtung 24 wirken kann. Spezielle Kondensat-Fallen 25 in Form von gekühlten Blechen und Bereichen, die zur Erzielung von Druckdifferenzen direkt an der Vakuumpumpe angeschlossen sind, weisen die Ausgasungen beim Schweißen ab und helfen, die Fenster eine lange Zeit sauber zu halten.
Alternativ zum Laserverschweißen 24 der oberen und unteren Passepartouts können diese auch im Vakuum miteinander verlötet werden. Hierzu muss dann z.B. schon beim Schritt „Stützensetzen" ein Lotband umlaufend auf das untere Passepartout aufgelegt und fixiert werden. Die Fixiereinheit in der Verbundkammer, welche die beiden Passepartouts aufeinanderpresst, enthält jetzt eine Heizvorrichtung z.B. zur induktiven Erwärmung oder als elektrischer Heizdraht etc., wodurch die Verlötung der beiden etal Istreifen durchgeführt wird.
Eine ganz andere Variante im gesamten Ablauf besteht darin, dass nicht eine Zweischeiben- Vakuum-Isolierglasscheibe VIG, sondern eine Dreischeiben-VIG gebaut wird. Hier werden dann zwei Glasscheiben 1 mit Stützen übereinanderlegt, mit einer Glasscheibe 22 dazwischen.
Das Tandem beim Durchlauf durch die Vakuumlinie wird dann durch einen Verschieberahmen mit 3 Ebenen ersetzt. Die mittlere Scheibe ohne Abstandshalter kann dabei mit und auch ohne Passepartout ausgeführt sein.
Nachdem jetzt die Passepartouts in der Verbundkammer verschweißt sind, ist aus den Einzelscheiben schon ein fast fertiges VIG geworden. Im Innern herrscht bereits das Vakuum der Verbundkammer von weniger als 1CT mbar.
In einem nächsten Schritt muss noch der Getter 18 aktiviert werden, um die noch in irgendwelchen Ecken versteckten Wasser- und Gasmoleküle zu fangen. Dies geschieht durch Aktivierung des Getters, z.B, durch Erwärmen, sei es durch den Laser 24, eine induktive Erwärmung, oder eine andere Wärmequelle.
Gleichzeitig kann jetzt die VIG-Scheibe aus der Vakuumkammer in die normale Atmosphäre ausgeschleust werden. Zweckmäßigerweise geschieht dies mit einer, durch Weitertransport durch die Zwischenklappe 63 in eine nachgeschaltete, unter Vorvakuum stehende
Ausschleuskammer 64 geschleuste VIG - Scheibe, um Energie und Zeit beim Erhalt des Hochvakuum in der Verbundkammer zu sparen. Über eine weitere Zwischenklappe am Ausgang der Ausschleuskammer 64 kommt die verschlossene VIG-Scheibe dann wieder in die normale Atmosphäre.
Der letzte Schritt dient dazu, den außerhalb der Schweißnaht überstehenden Metallrand der aus den Metallstreifen erstellten Rahmen oder Passepartouts abzuschneiden und das verbleibende Blech umzubördeln. Weiter wird mit einer Dichtmasse, bzw.einem Kleber, oder einer Ummantelung, z.B. aus. Kunststoff die bereits bestehende Vakuumversiegelung gegen Feuchtigkeit, Witterung und mechanische Beschädigung von außen zusätzlich geschützt. Fig. 13 zeigt die verschiedenen Möglichkeiten der Ausbildung der miteinander verschweißten Metall-Dichtungsstreifen 7 an das fertige Bauelement.
Im Beispiel 27 wurden die Metallstreifen 7 wie in obigem Ablauf beschrieben an die Innenseiten der Glasscheiben 1 und 22 gelötet.
Im Beispiel 28 wurde an die Außenseiten gelötet. Beispiel 29 ist eine Kombination
vonBeispiel 27 und Beispiel 28. Im vierten Beispiel 30 wurde, wie bereits erwähnt und in Fig. 4 gezeigt, an die Glaskante gelötet.
Links in Fig. 13 sieht man diese Situation vor dem Umfalzen, rechts nach dem Umfalzen. Zusätzlich wird dann der hochvakuumdichte Blechrahmen noch mit Kleber und Kunststoff etc. ummantelt.
In der Fig. 14 sind einige Beispiele für die Gestaltung der Lamellen bzw. Zungen des zu verlötenden Randes der Metali-Dichtungsstreifen 7 dargestellt. Wie schon oben beschrieben ist diese Gestaltung für das vakuumdichte Verlöten der Dichtungsstreifen 7 mit der jeweiligen Glasscheibe 1 bzw. 22 erforderlich.
Bei der industriellen Herstellung von Wärmedämmsystemen mittels der erfindungsgemäßen Ultraschalllotverbindung sind die verschiedensten Anforderungen an die Abmessungen solcher Systeme zu erfüllen. Hieraus ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an die Abmessungen der Haftpartner und die Struktur des jeweils strukturierten Haftpartners.
Zusätzlich ist die Frequenz, bzw. das Frequenzspektrum, des jeweiligen Ultraschallsignals an die Abmessungen des herzustellenden Wärmedämmsystems anzupassen. Die komplexe Steuerung der beschriebenen Herstellungsprozesse erfordert ein spezielles Steuerprogramm.
Bezuqszeichenliste
Untere Glasscheibe
Transporteinrichtung
Trockeneinrichtung
Wascheinrichtung
Heizung
Heizung
Metall - Dichtungsstreifen
Auflege - Positionier - Fixier - Einrichtung ( für Metallstreifen ) Löt - Tisch, Arbeitsunterlage
Heizeinrichtung für den Lötvorgang
Lotzuf u hr - E i n richtu n g
Ultraschall - Lötkolben
Detektier - Einrichtung
Lot
Lötrad für Ultraschall - Löteinrichtung
Lötfugen
Zunge / Lamelle der Metallstreifen
Getter - Element
Absta nd ha Iter / Stütze
Abstandshalter Profilstanze
Abstandshalter Adhäsionsbelag-Auftrag
Deckglas - Scheibe
Auflegeeinrichtung für Deckglas
Laser - Schweißenrichtung
Kondensat-Fallen
Glasfenster der Vakuumkammer
Beispiel: Beide Metallstreifen innen angelötet
Beispiel: Beide Metallstreifen außen angelötet
Beispiel: Ein Metallstreifen innen, der andere außen angelötet Beispiel: Beide Metallstreifen an der Kante angelötet Variante„Metallstreifen an Glasoberfläche anlöten"
Variante„Metallstreifen an Glaskante anlöten"
Glaslot
Hexagonales Setzmuster der Abstandshalter
Unregelmäßige Variation des hexagonalen Musters
Fixierelemente / Magnete in der Shuttle-Magnetplatte
Shuttle-Magnetplatte
Kraftlinien
Soll-Aufsetzpunkt der Abstandshalter
Variante„gestanzte Abstandshalter"
Variante„Drahtstücke als Abstandshalter"
Setzvorrichtung der Abstandshalter
Blech-Coil für Abstandshalter
Stanze für Abstandshalter
Draht-Coil für Abstandshalter
Kappvorrichtung für Abstandshalter
Oberflächenbehandlung Abstandshalter
Verschiebeshuttle Vakuumlinie
Transport beim Sputtern
Vorkammer Vakuumlinie
Hauptkammer / Verbundkammer Vakuumlinie
Plasmasputter oben
Plasmasputter unten
Klappe Verbundkammer-Übergabe
Ausschleuskammer Vakuumlinie

Claims

Patentansprüche
Anspruch 1 :
Vorrichtung zur Herstellung eines flächenförmigen wärmeisolierenden
Bauelements aus zwei flächenförmigen Baustoffelementen, insbesondere Glasscheiben, im Nachfolgenden auch Substrate genannt, die, in geringem Abstand voneinander beabstandet, an den Rändern ihres Umfangs mittels, an jedem flächenförmigen Baustoffelement im Randbereich lückenlos am gesamten Umfang angebrachter, streifenförmiger Verbindungselemente, insbesondere Metallstreifen, im Nachfolgenden auch Applikat genannt, miteinander verbunden und über ein Vakuum voneinander isoliert sind, mit den folgenden Merkmalen: a) eine Wascheinrichtung ( 4 ) und eine folgende Trockeneinrichtung ( 3 ) zur Vorreinigung des Substrats, z.B. einer Glasscheibe ( 1 , 22 ), b) eine Heizeinrichtung ( 5, 6 ) zum Vorwärmen des Substrats, z.B. einer
Glasscheibe ( 1 , 22 )
c) und eine Auflegeeinrichtung für das Applikat, z.B. von Metall - Dichtungsstreifen ( 7 ) auf das Substrat, z.B. eine Glasscheibe ( 1 , 22 ), d) wobei diese Appiikat-Streifen ( 7 ) an der, mit dem Substrat zu verlötenden, Längsseite Strukturen ( 17 ) in der Form von Einschnitten aufweisen, e) eine Ultraschall - Löteinrichtung ( 12, 15 ) die die auf ein Substrat, z.B. eine Glasscheibe ( 1 ,22 ) aufgelegten Applikate, z.B. Metall - Dichtungsstreifen { 7 ) entlang des Umfangs mit dem Substrat, z.B. einer Glasscheibe ( 1 ,22 ) vakuumdicht verlötet,
f) ein Setzautomat ( 51 ) zum Einlegen von Abstandshaltern ( 19 ) und Getter - Elementen ( 18 ) auf ein Substrat, z.B. eine Glasscheibe ( 1 , 22 ), g) einer Plasma - Sputter -Vorrichtung ( 61 , 62 ) zur Reinigung der Innenseite des Substrats, z.B. einer Glasscheibe ( 1 ,22 ) im Vakuum, h) einer Verschiebeeinrichtung { 57 ) mit Auflegeeinrichtung ( 23 ) zum
Transport und Zusammenfügen des Deck-Substrates, z.B. der Glasscheibe ( 22 ) auf das untere Substrat, z.B. einer Glasscheibe ( 1 ), im Vakuum,
wobei die Substrate hier bereits mit den Applikaten, z.B. den zu umlaufenden Passepartouts verarbeiteten Metallstreifen ( 7 ), und mit den Abstandshaltern ( 19 ) und dem Getter ( 18 ) bestückt sind,
i) und einer Verbindeeinrichtung ( 24 ) zum Verschweißen oder Verlöten des Applikates des unteren Substrates mit dem Applikat des oberen Substrates, z.B. der Metall - Dichtungsstreifen ( 7 ), beider Glasscheiben ( 1 ,22 ) in einer Vakuumkammer ( 60 ),
j) eine Endbearbeitung zum Zuschneiden, Umbördeln, wetterfest Versiegeln und zum Schutz gegen Beschädigung beim Handling
Anspruch 2:
Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abmessungen der Strukturen der Einschnitte { 17 ), im Applikat, z.B. in den Metall - Längsstreifen ( 7 ), mit der Wellenlänge des Sendesignals der verwendeten Ultraschallquelle ( 12, 15 ) korreliert sind, wobei die Struktur dieser Einschnitte einer beliebigen stetigen Kurven- oder Vieleckform folgen kann, verschiedene solcher Formen zu Kurvenzügen beliebig kombiniert werden können, und diesen Strukturen zusätzlich noch Unterstrukturen in der Form von Mikrostrukturen überlagert sein können, deren geometrischen Abmessungen mit den Wellenlängen der Harmonischen des Sendesignals korreliert sind.
Anspruch 3:
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Materialien für Substrat und Applikat, hier für ein fiächenförmiges Bauelement und für einen Dichtungsstreifen, bevorzugt Glas, Kunststoff, Keramik und Metall Verwendung finden, dass jedoch auch alle anderen
Materialen verwendet werden, die eine entsprechende Bindungsfähigkeit mit dem jeweils verwendeten Lotmaterial aufweisen und dass anstelle von Metall - Loten auch Glaslote, ausgasungsfreie Kleber oder äquivalente Haftmittel verwendet werden.
Anspruch 4:
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Form für das Applikat anstelle des Dichtungsstreifen alternativ ein Dichtungsrahmen eingesetzt wird, der gleich einem Passepartout für alle 4 Seiten in einem Stück bereitgestellt wird.
Anspruch 5:
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Lotmittel ( 14 ) oben auf das Applikat bzw. einen Dichtstreifen ( 7 ) aufgebracht wird, um durch die Strukturen (17 ) geleitet sich mit dem Substrat zu verbinden, oder beide zu verbindenden Materialien, Applikat und Substrat, in ein mit Schall - Schwingungsenergie erfülltes Bad mit Lötmitte! ( 14 ) getaucht werden.
Anspruch 6:
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Qualität der Ultraschalllot - Verbindung durch chemische und / oder physikalische Beeinflussung der beteiligten Verbindungs - Partner, Applikat und Substrat, positiv beeinflusst werden.
Anspruch 7:
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Qualität der Ultraschallot - Verbindung dadurch positiv beeinflusst wird, dass der Prozess der Verbindung in einer besondern Atmosphäre und unter besonderen atmosphärischen Verhältnissen durchgeführt wird. Anspruch 8:
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Qualität und die Fehlerrate der hiermit erstellten Bauelemente dadurch positiv beeinflusst wird, dass der vorherige Zuschnitt der Substrate, hier Glasscheiben { 1 , 22 ), durch mikroriss-freies Laserschneiden erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Qualität und die Fehlerrate der hiermit erstellten Bauelemente sowie der erforderliche Energiebedarf dadurch positiv beeinflusst wird, dass die Heizungen ( 5, 6 ) zum Vorwärmen des Substrats, z.B. einer Glasscheibe ( 1 , 22 ), spannungsfrei aufgebaut sind, so dass durch Kombination der Heizvorgänge das Substrat am Rand der erforderlichen Grundtemperatur, in der Mitte aber deutlich niedrigeren Temperaturen ausgesetzt ist.
Anspruch 10:
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Qualität und die Fehlerrate der hiermit erstellten Bauelemente dadurch positiv beeinflusst wird, dass die Abstandshalter ( 19 ) in einem definierten Muster bzw. Raster gesetzt werden, welches einem zweidimensionalen hexagonalen Gitter entspricht, jedoch zur besseren Anpassung um die
Hauptachsen gedehnt und zur Vermeidung von Resonanzfrequenzen bei der Schallübertragung einer definierten Variation der Stützenpositionen unterworfen sein kann.
Anspruch 11 :
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Qualität und die Herstellkosten der hiermit erstellten Bauelemente dadurch positiv beeinflusst werden, dass die Abstandshalter ( 19 ) während der Fertigung durch die in eine Shuttleplatte (46 ) eingebauten Fixierelemente (45 ) in Position ( 8 ) gebracht und solange gehalten werden, bis der Luftdruck die Abstandshalter ( 19 ) im fertigen evakuierten Bauelement zwischen den beiden Substraten ( 1 , 22 ) einklemmt und damit dauerhaft in Position hält.
Anspruch 12:
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Qualität und die Herstell kosten der hiermit erstellten Bauelemente dadurch positiv beeinflusst werden, dass die Abstandshalter ( 19 ) während des Setzvorgangs ( 51 ) hergestellt werden, z.B. durch Ausstanzen oder Ausschneiden aus einem Blech ( 49 ) oder durch Ablängen eines Drahtes ( 50 ), wobei das Rohmaterial ( 52, 54 ) zur Optimierung der Stützeneigenschaften aus mehreren Materialien kombiniert sein kann.
Anspruch 13:
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abstandshalter ( 9 ) alternativ durch ein anderes einzulegendes Element mit analogen Stützpunkten ersetzt werden, wie z.B. einen entsprechend gestalteten Absorber, wenn z.B. ein Vakuum-Solarthermie-Modul erzeugt wird.
Anspruch 14:
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass an Stelle eines hier beschriebenen 2fach-Bauelementes alternativ ein 3fach-Bauelement erstellt werden soll, wo dann 2 untere Substrate ( 1 ) mit Abstandshaltern ( 19 ) und Getter ( 18 ) übereinander angeordnet und dann mit einem dritten Substrat ( 22 ) gedeckelt werden und damit 3 Scheiben in der Vakuumlinie ( 59, 60, 64 ) gereinigt, übereinandergesetzt und dann gemeinsam die Dichtstreifen ( 7 ) verbunden werden.
Anspruch 15:
Verfahren zur Herstellung eines flächenförmigen wärmeisolierenden Bauelements aus zwei flächenförmigen Baustoffelementen die, in geringem Abstand voneinander beabstandet, an den Rändern ihres Umfangs mittels, an jedem flächenförmigen Baustoffelement am Rand lückenlos am gesamten Umfang angebrachter, streifenförmiger Verbindungselemente miteinander verbunden und über ein Vakuum voneinander isoliert sind, mit den folgenden Verfa h ren sschritte n : a) Erwärmen des jeweiligen Baustoffelements,
b) Auflegen der benötigten streifenförmigen Verbindungselemente, wobei diese streifenförmigen Bauelemente an der, mit dem Baustoffelement zu verbindenden, Längsseite Strukturen in der Form von Einschnitten aufweisen,
c) Verbinden der streifenförmigen Verbindungselemente mit dem jeweiligen Baustoffelement und ggf. verschließen von Eckfugen und Trennstellen der Verbindungselemente,
d) Auflegen von Distanzelementen und Getterelementen auf das untere
Baustoffelement,
e) Einbringen beider zusammengehöriger Baustoffelemente in eine Vakuumkammer und Evakuieren der Vakuumkammer,
f) Reinigen der inneren Oberfläche der beiden Baustoffelemente in der
Vakuumkammer,
g) Auflegen des zugehörigen oberen Baustoffelements auf das jeweilige untere Baustoffelement in der Vakuumkammer,
h) Verbinden der streifenförmigen Verbindungselemente beider
Baustoffelemente in der Vakuumkammer, i) Entnehmen des gefertigten wärmeisolierenden Bauelements aus der
Vakuumkammer und Zuschneiden und Umbördeln der verbundenen überstehenden Verbindungselemente.
Anspruch 16:
Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass das flächenförmige Bauelement eine Glasscheibe ( 1 , 22 ) und das streifenförmige Verbindungselement ein Metall - Dichtungsstreifen ( 7 ) ist.
Anspruch 17:
Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abmessungen der Strukturen der Einschnitte ( 17 ) in den Metall - Längsstreifen ( 7 ) mit der Wellenlänge des Sendesignals der verwendeten Ultraschallquelle ( 12, 15 ) korreliert sind, wobei die Struktur dieser Einschnitte einer beliebigen stetigen Kurven- oder Vieleckform folgen kann, verschiedene solcher Formen zu Kurvenzügen beliebig kombiniert werden können, und diesen Strukturen zusätzlich noch Unterstrukturen in der Form von Mikrostrukturen überlagert sein können deren geometrischen Abmessungen mit den Wellenlängen der Harmonischen des Sendesignals korreliert sind.
Anspruch 18:
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17
dadurch gekennzeichnet,
dass als Materialien für ein flächenförmiges Bauelement und für einen
Dichtungsstreifen bevorzugt Glas, Kunststoff, Keramik und Metall Verwendung finden, dass jedoch auch alle anderen Materialen verwendet werden die eine entsprechende Bindungsfähigkeit mit dem jeweils verwendeten Lotmaterial aufweisen, und dass anstelle von Metal! - Loten auch Glaslote, ausgasungsfreie Kleber oder äquivalente Haftmittel verwendet werden. Anspruch 19:
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Form für das Applikat anstelle des Dichtungsstreifen alternativ ein Dichtungsrahmen eingesetzt wird, der gleich einem Passepartout für alle 4 Seiten in einem Stück bereitgestellt wird.
Anspruch 20:
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Lotmittel ( 14 ) oben auf einen Dichtstreifen ( 7 ) aufgebracht wird um durch die Strukturen geleitet sich mit dem Grundmaterial ( 1 , 22 ) zu verbinden, oder beide zu verbindenden Materialien in ein mit Schall - Schwingungsenergie erregtes Bad mit Lötmittel ( 1 ) getaucht werden.
Anspruch 21 ;
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Qualität der Ultraschalllot - Verbindung durch chemische und / oder physikalische Beeinflussung der beteiligten Verbindungs - Partner positv beeinflusst werden.
Anspruch 22:
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Qualität der Ultraschallot - Verbindung dadurch positiv beeinflusst wird, dass der Prozess der Verbindung in einer besondern Atmosphäre und unter besonderen atmosphärischen Verhältnissen durchgeführt wird.
Anspruch 23:
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass die Qualität und die Fehlerrate der hiermit erstellten Bauelemente dadurch positiv beeinflusst wird, dass der vorherige Zuschnitt der Baustoffelemente durch ikroriss-freies Laserschneiden erfolgt.
Anspruch 24:
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Qualität und die Fehlerrate der hiermit erstellten Bauelemente sowie der erforderliche Energiebedarf dadurch positiv beeinflusst wird, dass die Heizungen ( 5, 6 ) zum Vorwärmen des Substrats, z.B. einer Glasscheibe ( 1 , 22 ), spannungsfrei aufgebaut sind, so dass durch Kombination der Heizvorgänge das Substrat am Rand der erforderlichen Grundtemperatur, in der Mitte aber deutlich niedrigeren Temperaturen ausgesetzt ist.
Anspruch 25:
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Qualität und die Fehlerrate der hiermit erstellten Bauelemente dadurch positiv beeinflusst wird, dass die Abstandshalter ( 19 ) in einem definierten Muster bzw. Raster gesetzt werden, welches vom Grundsatz her einem zweidimensionalen hexagonalen Gitter entspricht, jedoch zur besseren
Anpassung um die Hauptachsen gedehnt und zur Vermeidung von Resonanzfrequenzen bei der Schallübertragung einer zufälligen oder definierten Variation der Stützenpositionen unterworfen sein kann.
Anspruch 26:
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Qualität und die Herstellkosten der hiermit erstellten Bauelemente dadurch positiv beeinflusst werden, dass die Abstandshalter { 19 ) während der Fertigung durch die in eine Shuttleplatte (46 ) eingebauten Fixierelemente (45 ) in Position ( 48 ) gebracht und solange gehalten werden, bis der Luftdruck die Abstandshalter ( 19 ) im fertigen evakuierten Bauelement zwischen den beiden Baustoffelementen einklemmt und damit dauerhaft in Position hält.
Anspruch 27:
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Qualität und die Herstellkosten der hiermit erstellten Bauelemente dadurch positiv beeinflusst werden, dass die Abstandshalter ( 19 ) während dem Setzvorgang { 51 ) hergestellt werden, durch Ausstanzen oder Ausschneiden aus einem Blech ( 49 ) oder durch Ablängen eines Drahtes ( 50 ), wobei das Rohmaterial ( 52, 54 ) zur Optimierung der Stützenetgenschaften aus mehreren Materialien kombiniert sein kann.
Anspruch 28:
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 27,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abstandshalter ( 19 ) alternativ durch ein anderes einzulegendes Element mit analogen Stützpunkten ersetzt werden, wie z.B. einen entsprechend gestalteten Absorber, wenn als Bauelement z.B. ein Vakuum- Solarthermie-Modul erzeugt wird.
Anspruch 29:
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 28,
dadurch gekennzeichnet,
dass an Stelle eines hier beschriebenen 2fach-Bauelementes alternativ ein 3fach-Bauelement erstellt werden soll, wo dann 2 untere Baustoffelemente mit Abstandshaltern { 19 ) und Getter ( 18 ) übereinander angeordnet und dann mit einem dritten Baustoffelement gedeckelt werden und damit 3 Baustoffelemente in der Vakuumlinie ( 59, 60, 64 ) gereinigt, übereinandergesetzt und dann gemeinsam die Dichtstreifen ( 7 ) als Verbindungselement verbunden werden müssen. Anspruch 30:
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 15 bis 29, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Anspruch 31 :
Maschinenlesbarer Träger mit dem Programmcode eines Computerprogramms zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 bis 29, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114754229A (zh) * 2022-04-11 2022-07-15 薛正宇 一种纳米真空绝热板及其生产设备

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6926782B2 (en) * 2002-06-27 2005-08-09 Glass Equipment Development, Inc. Method and apparatus for processing sealant of an insulating glass unit
US9328512B2 (en) 2011-05-05 2016-05-03 Eversealed Windows, Inc. Method and apparatus for an insulating glazing unit and compliant seal for an insulating glazing unit
DE102011102843B4 (de) 2011-05-30 2022-05-25 Grenzebach Maschinenbau Gmbh +Vakuum - Isolierglas mit erhöhter Standfestigkeit und Verfahren zu seiner Herstellung
US8794033B2 (en) * 2011-12-15 2014-08-05 Guardian Industries Corp. Apparatuses for vacuum insulating glass (VIG) unit tip-off, and/or associated methods
DE102012104360A1 (de) * 2012-05-21 2013-11-21 Aerogas Gmbh Vakuumisolierglaseinheit und deren Herstellung
US20130316099A1 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 Eversealed Windows, Inc. Stand-off construction for vacuum insulated glass
CN106460446B (zh) * 2014-02-03 2018-04-10 彼得·佩蒂 平玻璃板组件的自适应气密性密封系统
EP2966045B1 (de) 2014-07-09 2018-01-03 Energy Glas GmbH Verfahren und System zur Herstellung von zugeschnittenen Glasscheiben
KR20170046791A (ko) * 2014-10-07 2017-05-02 쌩-고벵 글래스 프랑스 전기 전도성 코팅 및 디스크 상에 납땜된 금속 스트립을 갖는 디스크를 제조하는 방법； 및 상응하는 디스크
CN104806147B (zh) * 2015-04-07 2017-07-11 江汉大学 一种纱窗
CN105541132B (zh) * 2015-12-15 2019-01-04 洛阳兰迪玻璃机器股份有限公司 一种钢化真空玻璃的制作方法及其生产线
CN105565683B (zh) * 2015-12-15 2018-12-07 洛阳兰迪玻璃机器股份有限公司 一种钢化真空玻璃的制作方法及其生产线
US10253552B2 (en) * 2016-04-21 2019-04-09 Erdman Automation Corporation High speed parallel process insulated glass manufacturing line
EP3486708B1 (de) 2016-07-12 2022-04-06 Sony Group Corporation Bildanzeigevorrichtung und anzeigevorrichtung
WO2018221200A1 (ja) * 2017-05-31 2018-12-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ピラー実装方法およびピラー実装装置
US11279653B2 (en) * 2017-11-10 2022-03-22 Nippon Sheet Glass Company, Limited Method for manufacturing glass panel, and glass panel
US11536083B2 (en) 2020-05-22 2022-12-27 Cardinal Ig Company Automated spacer processing systems and methods
EP4357578A1 (de) * 2022-10-19 2024-04-24 VKR Holding A/S Vorverformung von stützstrukturwerkstücken für stützstrukturen von vakuumisolierglaseinheiten
EP4357575A1 (de) * 2022-10-19 2024-04-24 VKR Holding A/S In-situ-verformung von stützstrukturen für vakuumisolierverglasungen
WO2024083528A1 (en) * 2022-10-19 2024-04-25 Vkr Holding A/S In situ deformation of support structures for vacuum insulating glass units

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1978199A1 (de) 2007-04-05 2008-10-08 Grenzebach Maschinenbau GmbH Vakuumisolierglas-Bauelement sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2312724C2 (de) * 1973-03-14 1974-06-06 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Verfahren und Vorrichtung zum Ultraschallschweißen eines aus Metall bestehenden Bauteiles mit einem aus einem Nichtmetall gebildeten Bauteil unter Einfügung einer metallischen Zwischenlage
JP3044063B2 (ja) * 1989-07-16 2000-05-22 ベヒリ・エミール 縁部分の気密シールおよびその製造方法
AT399867B (de) * 1990-01-11 1995-08-25 Lisec Peter Anlage zur herstellung von isolierglasscheiben
US7832177B2 (en) * 2002-03-22 2010-11-16 Electronics Packaging Solutions, Inc. Insulated glazing units
DE102007003961A1 (de) * 2007-01-26 2008-07-31 Peter Wasseroth Ganzglasrandverbund
DE102007003962A1 (de) * 2007-01-26 2008-07-31 Peter Wasseroth Flexibler Blech-Randverbund für Vakuumisolierverglasungen
US7989040B2 (en) * 2007-09-14 2011-08-02 Electronics Packaging Solutions, Inc. Insulating glass unit having multi-height internal standoffs and visible decoration
US8460493B2 (en) * 2007-12-14 2013-06-11 Guardian Industries Corp. Evacuation and port sealing techniques for vacuum insulating glass units, and/or vacuum oven for accomplishing the same
WO2010019484A2 (en) * 2008-08-09 2010-02-18 Eversealed Windows, Inc. Asymmetrical flexible edge seal for vacuum insulating glass
US20100119740A1 (en) * 2008-10-17 2010-05-13 Electronics Packaging Solutions, Inc. Glass-to-metal bond structure

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1978199A1 (de) 2007-04-05 2008-10-08 Grenzebach Maschinenbau GmbH Vakuumisolierglas-Bauelement sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114754229A (zh) * 2022-04-11 2022-07-15 薛正宇 一种纳米真空绝热板及其生产设备

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010021127B4 (de) 2021-11-04
US20130140347A1 (en) 2013-06-06
DE102010021127A1 (de) 2011-11-24
US8944308B2 (en) 2015-02-03
WO2011144204A3 (de) 2012-03-29

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