WO2014202058A1

WO2014202058A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung von vakuumröhren

Info

Publication number: WO2014202058A1
Application number: PCT/DE2014/100206
Authority: WO
Inventors: Stefan Laure
Original assignee: Dr. Laure Plasmatechnologie Gmbh
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2014-12-24
Also published as: DE112014002927A5; DE102013010358A1

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Vakuumröhren für solarthermische Anlagen vorgeschlagen. Die Vorrichtung ist ausgestattet mit einer Vakuumkammer (4), mit einer Transporteinrichtung (6), mit einer drehbar gelagerten Außenrohr-Halteeinrichtung (10, 10a, 110), welche ein Außenrohr (2) in der Endstellung an seiner Außenseite umgreift und fixiert, wobei die Außenrohr-Halteeinrichtung (10) drehbar gelagert ist, mit einer drehbar gelagerten Innenrohr-Halteeinrichtung (20), welche das Innenrohr in seiner Endstellung hält, mit einer Rotationseinrichtung (30, 40, 130), welche die Außenrohr-Halteeinrichtung (10, 10a, 110) und/ oder die Innenrohr-Halteeinrichtung (20) zur Rotation um eine Rotationsachse (33, 133) antreibt, und mit mindestens einem Laser (70, 80), dessen Laserstrahl auf das offene Ende des Außenrohrs (2) und das offene Ende des Innenrohrs (3) in der Endstellung gerichtet ist, und der das Material des Außenrohrs (2) und des Innenrohrs (3) an deren offenen Enden aufschmilzt und miteinander verbindet.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Vakuumröhren

B E S C H R E I B U N G

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung von Vakuumröhren für solarthermische Anlagen.

Derartige Vakuumröhren werden auch als Röhrenkollektoren bezeichnet. Sie weisen ein für das Sonnenlicht durchlässiges Außenrohr, auch Hüllrohr genannt, und ein in dem Außenrohr angeordnetes Innenrohr auf, das typischerweise mit einem Absorber ausgestattet ist. Bei dem Außenrohr und dem Innenrohr handelt es sich üblicherweise um zylindrische Rohre mit kreisrundem Querschnitt. In bevorzugter Weise verlaufen die Achsen von Außenrohr und Innenrohr parallel zueinander. Darüber hinaus können Außenrohr und Innenrohr koaxial angeordnet sein. Außenrohr und Innenrohr bestehen typischerweise aus Glas. Darüber hinaus sind Anwendungen bekannt, in denen ein Innenrohr aus Metall zum Einsatz kommt. Der

Zwischenraum zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr ist nach außen hin verschlossen. In dem Zwischenraum herrscht ein Vakuum. Der Druck in dem Zwischenraum liegt weit unter Atmosphärendruck. Die Teilchendichte im Zwischenraum muss so klein sein, dass abgesehen von Strahlungsprozessen kein relevanter Wärmetransport von Innenrohr zu Außenrohr und umgekehrt stattfindet. Die für die Herstellung einer Vakuumröhre verwendeten Außenrohre und Innenrohre sind üblicherweise an einem Ende offen und am anderen Ende geschlossen. Am geschlossenen Ende weisen Außenrohr und Innenrohr jeweils einen Boden auf. Außenrohr und Innenrohr haben damit qualitativ das Aussehen eines Reagenzglases. Zur Evakuierung des Zwischenraums zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr wird der Zwischenraum an den offenen Enden der Rohre verschlossen. Die Evakuierung erfolgt üblicher Weise mit Hilfe eines kleinen Röhrchens, welches an dem Boden des Außenrohrs angeordnet ist. Dieses Röhrchen wird an eine Vakuumpumpe angeschlossen. Mittels der Vakuumpumpe wird das Medium aus dem Zwischenraum abgepumpt. Anschließend wird das Röhrchen abgeschmolzen und der

Zwischenraum nach allen Seiten verschlossen.

Es besteht darüber hinaus grundsätzlich die Möglichkeit, Vakuumröhren aus einem an beiden Seiten offenen Außenrohr und einem an beiden Seiten offenen Innenrohr herzustellen. In diesem Fall muss der Zwischenraum zur

Evakuierung an beiden Enden von Innenrohr und Außenrohr verschlossen werden.

Zur Herstellung einer Vakuumröhre werden ein Außenrohr und ein Innenrohr jeweils für sich hergestellt und mit geeigneten Beschichtungen versehen.

Anschließend werden die beiden Rohre zusammengefügt und der Zwischenraum evakuiert. Alternativ dazu können das Außenrohr und das Innenrohr im Vakuum zusammengesetzt werden. In beiden Fällen erfolgt die Herstellung in einer Vielzahl einzelner Fertigungsschritte.

Als nachteilig erweist sich bei Vakuumröhren mit einem Boden an Außenrohr und Innenrohr, dass das Evakuieren des Zwischenraums von Außenrohr und Innenrohr schwierig ist. Üblicherweise findet das Zusammenfügen von Außenrohr und Innenrohr unter Atmosphärendruck statt. Der Durchmesser des zum Evakuieren an das Außenrohr angesetzten Röhrchens darf einerseits nicht zu groß sein, da ein Verschließen des Zwischenraums ansonsten unmöglich ist. Insbesondere kann beim Abschmelzen des Röhrchens flüssiges Glas in das Vakuum angesaugt werden, was zu einer Vergrößerung des Ansatzes des Röhrchens und zu einer Zerstörung des Außenrohrs führen kann. Ist der Durchmesser des Röhrchens zu klein, so sind die Pumpzeiten zur Evakuierung des Zwischenraums sehr lange. Ferner besteht die Gefahr, dass das Außenrohr nach dem Abschmelzen des Röhrchens in dem betreffenden Bereich nicht ausreichend dicht ist, so dass Luft in den Zwischenraum eindringen kann und die Qualität des Vakuums im Zwischenraum leidet. Nachteilig ist ferner, dass Außenrohr und Innenrohr während der Evakuierung des Zwischenraums ausgeheizt werden müssen, damit die sich an den Rohren unter Atmosphärendruck anlagernden Stoffe von den Oberflächen lösen und beim Evakuieren entfernt werden. Als nachteilig erweist sich darüber hinaus, dass das Außenrohr und das Innenrohr aufgrund der einzelnen Fertigungs- schritte und der zwischen den Fertigungsschritten stattfindenden Lagerung oder des Transportes unterschiedlichen, nicht reproduzierbaren Bedingungen ausgesetzt sind. Dabei können sich Feuchtigkeit und Schmutz anlagern. Zwar können die Rohre vor dem Zusammenfügen gereinigt, insbesondere gewaschen werden, jedoch sorgt dies für eine erhöhte Feuchtigkeit an den Rohren. Dies ist beim Zusammenfügen unerwünscht. Da die Herstellungsbedingungen häufig nicht reproduzierbar sind, kann bei der Herstellung der Vakuumröhren keine gleich bleibende Qualität erzielt werden. Hohe Qualitätsunterschiede führen dazu, dass die grundsätzlich mögliche Ausbeute einer Vakuumröhre bei Einsatz in solarthermischen Anlagen in der Praxis nicht erreicht wird. Darüber hinaus ist die Herstellung aufgrund der zahlreichen

Fertigungsschritte kosten- und personalintensiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Vakuumröhren für solarthermische Anlagen zur Verfügung zu stellen, die es ermöglichen, ein Außenrohr und ein Innenrohr automatisch einer Vakuumkammer zuzuführen, das Außenrohr und das Innenrohr zu halten und miteinander zu verbinden, so dass der Zwischenraum zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr gegen die Umgebung abgeschlossen und evakuiert ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie mit einer Vakuumkammer, einer Transporteinrichtung, einer drehbar gelagerten Außenrohr- Halteeinrichtung, einer drehbar gelagerten Innenrohr-Halteeinrichtung, einer Rotationseinrichtung, welche die Außenrohr-Halteeinrichtung und/ oder die Innenrohr-Halteeinrichtung zur Rotation antriebt und mindestens einem Laser ausgestattet ist.

Die Vakuumkammer ist mit einem Pumpensystem ausgestattet. Mit dem Pumpensystem wird die Vakuumkammer gegen Atmosphärendruck evakuiert und ein für das Verbinden von Außenrohr und Innenrohr geeigneter Druck oder

Druckbereich in der Vakuumkammer eingestellt. Über das Pumpensystem wird ferner in dem Zwischenraum zwischen einem Außenrohr und einem Innenrohr der gewünschte Druckbereich eingestellt, bevor der Zwischenraum zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr an dem offenen Ende verschlossen wird. Die Vakuumkammer kann an eine Beschichtungsanlage für Außenrohre und

Innnenrohre angekoppelt sein, so dass die Außenrohre und Innenrohre direkt aus einer Vakuumeinheit einer derartigen Beschichtungsanlage in die Vakuumkammer eingeschleust werden. Dies hat den Vorteil, dass die Außenrohre und Innenrohre bereits im Vakuum bearbeitet wurden und reduziert den Aufwand, den Zwischenraum zwischen einem Außenrohr und einem

Innenrohr zu evakuieren.

Die Transporteinrichtung transportiert ein Außenrohr und ein Innenrohr im zusammengesetzten Zustand oder getrennt voneinander in die Vakuumkam- mer. Die Transporteinrichtung transportiert die Außenrohre und Innenrohre geradlinig in einer vorgegebenen Transportrichtung. Dabei ist die Transportrichtung parallel zur Längsachse der Außen- und Innenrohre. Werden die Innenrohre bereits vor dem Einschleusen in die Vakuumkammer in die Außenrohre eingeführt, so transportiert die Transporteinrichtung die Außenrohre und die Innenrohre werden im Innenraum der Außenrohre automatisch mitgeführt. Werden die Außenrohre und Innenrohre getrennt in die Vakuumkammer eingeschleust, so kann zunächst ein Innenrohr und dann ein Außenrohr eingeführt werden oder umgekehrt. Dies hängt davon ab, ob die Innen- und Außenrohre an einem Ende einen Boden aufweisen und ob sich der Boden in Transportrichtung vorne oder hinten befindet. Die Transporteinrichtung weist bevorzugt Rollen oder Walzen auf, die zur

Rotation angetrieben sind. Die Außenrohre und/ oder Innenrohre liegen auf den Rollen oder Walzen auf und werden durch deren Rotationsbewegung transportiert. Außenrohre und Innenrohre können mit der gleichen Transporteinrichtung transportiert werden. In diesem Fall ist das Niveau der Rollen einstellbar.

Die Transporteinrichtung transportiert ein Außenrohr und ein Innenrohr in eine Endstellung, in der sich das Innenrohr in dem Außenrohr an der Position befindet, an der das Außenrohr und das Innenrohr miteinander verbunden werden. In dieser Stellung sind die offenen Stirnseiten des Außenrohrs und des

Innenrohrs bevorzugt bündig zueinander ausgerichtet. Sie befinden sich in Transportrichtung an der gleichen Stelle. In der Endstellung wird das Außenrohr von einer Außenrohr-Halteeinrichtung gehalten und das Innenrohr von einer Innenrohr-Halteeinrichtung. Sind das Innen- und Außenrohr durch die ihnen zugeordneten Halteeinrichtungen sicher gehalten, so werden sie mit einer

Rotationseinrichtung um ihre Längsachse rotiert. Ist das Innenrohr in dem Außenrohr durch eine Klammer, beispielsweise eine Getter-Klammer, gehalten, so genügt es, entweder das Außenrohr oder das Innenrohr zur Rotation anzutreiben. Das jeweils andere Rohr wird in diesem Fall aufgrund der Klammer mit bewegt. Ist das Innenrohr nicht durch ein zusätzliches Hilfsmittel in dem Außenrohr gehalten, so müssen das Außenrohr und das Innenrohr jeweils für sich zur Rotation angetrieben werden. In diesem Fall sind eine Außenrohr- Rotationseinrichtung und eine Innenrohr-Rotationseinrichtung vorgesehen. Diese beiden Rotationseinrichtungen müssen synchronisiert sein.

In der Endstellung werden die offenen Stirnseiten von Außenrohr und Innenrohr mit mindestens einem Laser bestrahlt. Die Rotationsbewegung von Außenrohr und Innenrohr führt dazu, dass der Laser die gesamte Stirnseite von Außenrohr und Innenrohr bestrahlt, auch dann, wenn die Ausdehnung des Laserstrahls wesentlich kleiner ist als der Durchmesser des Außenrohrs und des Innenrohrs. Aufgrund des Energieeintrags durch den Laser in das Material des Außenrohrs und des Innenrohrs schmilzt das Material des Außenrohrs und des Innenrohrs im Bereich der Stirnseiten. Wird auf das weiche Material an den Stirnseiten durch ein Werkzeug eine Kraft ausgeübt, so wird die Herstellung einer Verbindung zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr unterstützt. Die Außenrohr-Halteeinrichtung umgreift das Außenrohr an der Außenseite und sorgt für eine kraftschlüssige Verbindung, in der ein Drehmoment von der Außenrohr-Halteeinrichtung auf das gehaltene Außenrohr übertragen werden kann. Vorteilhafterweise legt sich dabei ein Außenrohr-Halteelement der Außenrohr-Halteeinrichtung dichtend an das Außenrohr von außen an, so dass die Umgebung des die offene Stirnseite aufweisenden Abschnitts des

Außenrohrs von der Umgebung des einen Boden aufweisenden Endes des Außenrohrs abgetrennt ist. Zur Einstellung des Drucks in dem Zwischenraum zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr genügt es, den die offene Stirnseite aufweisenden Abschnitt der Umgebung des Außenrohrs abzupumpen.

Die Innenrohr-Halteeinrichtung wird in den Innenraum des Innenrohrs eingeführt. Sie hält das Innenrohr an seiner Position in dem Außenrohr, so dass sich diese Position während der Rotation und dem Schmelzvorgang nicht verändert.

Die Außenrohr-Halteeinrichtung und die Innenrohr-Halteeinrichtung sind drehbar gelagert. Eine Rotationseinrichtung treibt entweder die Außenrohr- Halteeinrichtung oder die Innenrohr-Halteeinrichtung oder beide zur Rotation um eine Rotationsachse an. Die Rotationsachse verläuft bevorzugt parallel zur

Transportrichtung der Transporteinrichtung. Sie verläuft koaxial zu der Längsachse eines in der Außenrohr-Halteeinrichtung angeordneten Außenrohrs und zur Längsachse eines in der Innenrohr-Halteeinrichtung angeordneten Innenrohrs. Dadurch werden das Außenrohr und das Innenrohr um ihre Längsachsen rotiert. Es können ein oder mehrere Laser vorgesehen sein. Ihr Laserstrahl ist auf das offene Ende eines Außenrohrs und eines darin angeordneten Innenrohrs in der Endstellung gerichtet. Der oder die Laser können sich außerhalb oder innerhalb der Vakuumkammer befinden. Bevorzugt befindet sich der Laser außerhalb der Vakuumkammer. Die Laserstrahlung wird in diesem Fall durch ein Fenster in die Vakuumkammer eingekoppelt.

Die Vorrichtung und das Verfahren ermöglichen den automatischen Transport eines Außenrohrs und eines Innenrohrs in eine Vakuumkammer, das Halten und Rotieren des Außenrohrs und des Innenrohrs während der Bestrahlung mit Laserlicht, wobei das Material der beiden Rohre an der Stirnseite aufschmilzt und miteinander verbunden wird.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Außenrohr- Halteeinrichtung ein elastisches, unter Einwirkung von Druckluft dehnbares Außenrohr-Halteelement auf. Das Außenrohr-Halteelement bildet einen Ring, der konzentrisch zur Rotationsachse der Außenrohr-Halteeinrichtung angeordnet ist. Bei Einwirkung von Druckluft dehnt sich das Außenrohr- Halteelement in radialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse nach innen zur Rotationsachse hin aus und spannt das Außenrohr ein. Das Außenrohr wird dabei kraftschlüssig mit der Außenrohr-Halteeinrichtung verbunden. Die

Verbindung ist eine Spannverbindung. Das Außenrohr-Halteelement wirkt dabei wie eine Dichtung. Es wirkt wie eine aufblasbare Dichtung.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Außenrohr-Halteelement als offener Ring ausgebildet. Dabei weist die Öffnung radial nach außen. Zur Rotationsachse der Außenrohr-Halteeinrichtung ist das Außenrohrhalteelement bevorzugt geschlossen. Darüber hinaus kann das Außenrohr-Halteelement auch als geschlossener Ring, beispielsweise als Schlauch ausgebildet sein.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Außenrohr-Halteeinrichtung einen ersten Haltering auf, der das Außenrohr-

Halteelement aufnimmt und der mit einer Druckluftzufuhr ausgestattet ist. Über die Druckluftzufuhr wird die Druckluft zugeführt, die für das Ausdehnen des Außenrohr-Halteelements sorgt. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die

Außenrohr-Halteeinrichtung einen zweiten und einen dritten Haltering auf. Das Außenrohr-Halteelement ist zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Haltering fixiert. Erster, zweiter und dritter Haltering sind in Transportrichtung nacheinander angeordnet. Sie sind benachbart zueinander.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Haltering zwischen der Druckluftzufuhr und dem Außenrohr-Halteelement eine Druckluftkammer auf. Die Druckluftkammer wird an einer Seite durch das Außenrohr-Halteelement begrenzt. Das Außenrohr-Halteelement bildet einen Teil der radial nach innen gerichteten Wand der Druckluftkammer. Erhöht sich der Druck in der Druckluftkammer durch Einströmen von Druckluft, so dehnt sich das Außenrohr-Halteelement aus und wölbt sich dabei radial nach innen in Richtung der Rotationsachse des Außenrohr-Halteelements. Dabei wird auf ein Außenrohr eingeklemmt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Innenrohr-Halteeinrichtung mindestens ein Innenrohr-Halteelement auf, welches am offenen Ende eines Innenrohrs in das Innenrohr einführbar ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Innenrohr-Halteelement zumindest abschnittsweise die Form eines Kegels oder Kegelstumpfes auf. Diese Form begünstigt das Einführen des Innenrohr- Halteelements in ein Innenrohr.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Innenrohr- Halteeinrichtung in Transportrichtung der Transporteinrichtung beweglich, so dass das Innenrohr-Halteteil in ein Innenrohr in Endstellung eingeführt werden kann. Bevorzugt weist die Innenrohr-Halteeinrichtung eine entlang der Rotationsachse hin- und her bewegliche Transportstange auf.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Rotationseinrichtung eine Außenrohr-Rotationseinrichtung, welche die Außenrohr-Halteeinrichtung zur Rotation antreibt. Dabei weist die Außenrohr- Rotationseinrichtung eine Hohlwelle auf. Diese Hohlwelle ist in einer Lagerschale oder Lagerbuchse drehbar gelagert. Sie kann Teil einer Vakuum- Drehdurchführung sein. In diesem Fall befindet sich ein Teil der Vakuum- Drehdurchführung außerhalb der Vakuumkammer. Dies gilt beispielsweise für einen Rotationsantrieb.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenrohr-Halteeinrichtung in der Hohlwelle angeordnet. Sie ist derart drehfest in der Hohlwelle angeordnet, dass die Außenrohr-Halteeinrichtung bei einer Rotation der Hohlwelle mit bewegt wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Innenrohr-Rotationseinrichtung eine Welle auf, die über Magnetkraft an einen außerhalb der Vakuumkammer angeordneten Antrieb gekuppelt ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Laser vorgesehen.

Weiter Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Zeichnung

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung von

Vakuumröhren,

Figur 2 Außenrohr-Halteeinrichtung und Außenrohr-Rotationseinrichtung der

Vorrichtung gemäß Figur 1 ,

Figur 3 Vorrichtung gemäß Figur 1 als Teil einer Anlage, in der Außen- und

Innenrohre beschichtet werden,

Figur 4 zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung von

Vakuumröhren,

Figur 5 drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung von

Vakuumröhren.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Figuren 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Herstellung von Vakuumröhren aus einem Außenrohr 2 und einem Innenrohr 3 dargestellt. Das Außenrohr 2 und das Innenrohr 3 weisen jeweils die Form eines Reagenzglases auf. Das eine Ende des Außenrohrs 2 und des Innenrohrs 3 ist mit einem Boden ausgestattet. Das andere Ende des Außenrohrs 2 und des Innenrohrs 3 ist offen. Zur Erzeugung einer Vakuumröhre wird der Zwischenraum zwischen dem Außenrohr 2 und dem Innenrohr 3 evakuiert und die Stirnseiten werden miteinander verbunden, so dass der Zwischenraum zwischen dem Außenrohr 2 und dem Innenrohr verschlossen ist. Die Vorrichtung weist eine Vakuumkammer 4, eine Transporteinrichtung 6, Absperreinrichtungen 7, 8, die mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Pumpensystem verbunden sind, eine Außenrohr-Halteeinrichtung 10, eine Innenrohr-Halteeinrichtung 20, eine Außenrohr-Rotationseinrichtung 30 und eine Innenrohr-Verschiebe-und Rotationseinrichtung 40, einen ersten Laser 70 und einen zweiten Laser 80 auf. Die Außenrohr-Halteeinrichtung 10 und die Innenrohr-Halteeinrichtung 20 sind drehbar gelagert. Hierzu sind geeignete Lager vorgesehen, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die Außenrohr- Halteeinrichtung 10 und die Innenrohr-Halteeinrichtung sind um eine gemeinsame Rotationsachse 33 drehbar, die in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.

Die Außenrohr-Halteeinrichtung 10 ist im Detail in Figur 2 dargestellt. Sie weist ein elastisches Außenrohr-Halteteil 1 1 , einen ersten Haltering 12 mit Druckluftzufuhr 13, einen zweiten Haltering 14 und einen dritten Haltering 15 auf. Das elastische Außenrohr-Halteteil 1 1 ist zwischen dem ersten Haltering 12, dem zweiten Haltering 14 und dem dritten Haltering 15 eingespannt oder eingeklemmt. Das elastische Halteteil 1 1 und der erste, zweite und dritte Haltering 12, 14, 15 bilden jeweils einen Ring. Alle sind koaxial zu der Rotationsachse 33 angeordnet, um die Außenrohr-Halteeinrichtung 10 und die Innenrohr-Halteeinrichtung 20 drehbar sind. Der Innendurchmesser des ersten, zweiten und dritten Halterings 12, 14, 15 ist größer als der Außendurchmesser des Außenrohrs 2. Damit ist gewährleistet, dass die Halteringe 12, 14, 15 das Außenrohr nicht berühren.

In dem ersten Haltering befindet sich eine Druckluftkammer 16. In dem dritten Haltering 15 befindet sich ebenfalls eine Druckluftzufuhr 17 und ein Druckluftanschluss 18. Über den Druckluftanschluss 18 und die Druckluftzufuhr 17 und 13 wird der Druckluftkammer 16 Druckluft zugeführt, so dass sich der Druck in der Druckluftkammer 16 bei Bedarf erhöht. Die Druckluftkammer 16 wird in radialer Richtung nach innen durch das Außenrohr-Halteteil 1 1 begrenzt. Aufgrund seiner Elastizität dehnt sich das Außenrohr-Halteteil 1 1 aus, wenn sich der Druck in der Druckluftkammer erhöht. Da das Außenrohr-Halteteil 1 1 mit seinen dem zweiten Haltering 14 und dem dritten Haltering 15 zugewandten Seiten eingeklemmt ist, kann es sich nur in radialer Richtung nach innen ausdehnen. Dabei übt es eine Kraft in radialer Richtung auf das Außenrohr aus und klemmt dieses ein. Da der Innendurchmesser des ersten, zweiten und dritten Halterings 12, 14, 15 größer ist als der Außendurchmesser des Außenrohrs 2 berührt lediglich das ausgedehnte Außenrohr-Halteteil 1 1 das Außenrohr 2. In seiner ausgedehnten Stellung liegt das Außenrohr-Halteteil 1 1 dichtend an der Außenseite des Außenrohrs 2 an. Es bildet dabei einen Dichtring um das Außenrohr 2. Das Außenrohr 2 wird dabei nicht nur gehalten.

Zusätzlich wird die Umgebung des Außenrohrs 2 im Bereich des Endes mit einem Boden von der Umgebung des Außenrohrs 2 im Bereich des offenen Endes getrennt. Zum Evakuieren des Zwischenraums zwischen dem Außenrohr 2 und dem Innenrohr 3 muss nur die Umgebung des offenen Endes des Außenrohrs abgepumpt werden.

Wird der Druck in der Druckluftkammer 16 reduziert, so entspannt sich das Außenrohr-Halteteil 1 1 und gibt das Außenrohr wieder frei. Die Außenrohr-Halteeinrichtung 10 mit dem Außenrohr-Halteteil 1 1 und dem ersten, zweiten und dritten Haltering 12, 14, 15 ist in einer Hohlwelle 31 fixiert, die Teil der Außenrohr-Rotationseinrichtung 30 ist. Die Außenrohr- Rotationseinrichtung 30 umfasst ferner einen Antrieb 32, der zur Hohlwelle 31 koaxial angeordnet ist und diese umgibt. Die Hohlwelle ist als Innenläufer des Antriebs 32 ausgebildet. Durch den Antrieb wird die Hohlwelle 31 zur Rotation um die Rotationsachse 33 angetrieben. Diese Rotationsbewegung überträgt sich auf das Außenrohr 2, das in der Außenrohr-Halteeinrichtung 10 fixiert ist. Die Innenrohr-Halteeinrichtung 20 weist ein Innenrohr-Halteteil 21 auf, dessen vorderes Ende kegelförmig ausgebildet ist. Ferner ist sie mit einer Transportstange 22 ausgestattet. Die Transportstange 22 ist in einem Rohr 41 der Innenrohr-Verschiebe- und Rotationseinrichtung 40 aufgenommen ist. Dieses

Rohr ist in Lagern 42, 43 beweglich gelagert, die in einem an die Vakuumkammer 4 angeflanschten Gehäuse 44 aufgenommen sind. An der Außenseite des Gehäuses 44 befindet sich mindestens ein Magnet 45, der in einer Richtung 46 verschiebbar ist. Ferner kann der Magnet 45 um das Gehäuse 44 drehbar sein. Eine Bewegung des Magneten 45 führt aufgrund von magnetischen Kräften auf das Rohr 41 , welches magnetisierbar ist, zu einer Bewegung des Rohrs 41 und damit zu einer Bewegung der Transportstange 22. Die Transportstange 22 ist damit ebenfalls in Richtung 46 verschiebbar und um ihre Längsachse drehbar. In Figur 1 sind das Außenrohr 2 und das Innenrohr 3 in ihrer Endstellung dargestellt, in welche sie von links kommend mit der mehrere Rollen aufweisende Transporteinrichtung 6 in einer Transportrichtung 6a transportiert werden. In dieser Endstellung wird das Außenrohr 2 durch die Außenrohr- Halteeinrichtung 10 und das Innenrohr durch die Innenrohr-Halteeinrichtung 20 gehalten. Die Außenrohr-Rotationseinrichtung 20 und die Innenrohr-

Verschiebe- und Rotationseinrichtung 40 sorgen für eine Rotation von Außenrohr und Innenrohr um ihre Längsachse, welche mit der Rotationsachse 33 zusammenfällt. Die Laserstrahlen der beiden Laser 70 und 80 sind auf die Stirnseiten des Innen- und Außenrohrs 2, 3 unter verschiedenen Winkeln gerichtet. Sie sorgen für ein partielles Aufschmelzen des Innen- und

Außenrohrs 2, 3 und für eine Verbindung von Innen- und Außenrohr an ihren offenen Enden. Das Verbinden kann durch ein Werkzeug unterstützt werden, das in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Figur 3 zeigt die Vorrichtung 1 als Teil einer Anlage, in der Innenrohre 3 und

Außenrohre 2 beschichtet werden. In die Außenrohr-Beschichtungseinrichtung 50 werden Außenrohre 2 in Transportrichtung 51 transportiert. Die Außenrohr- Beschichtungseinrichtung weist Pumpen 52, 53, 54 und 55 auf. Sie ist mit einer ersten Beschichtungskammer 56 und einer zweiten Beschichtungskammer 57 ausgestattet, in denen jeweils eine Plasmabeschichtung stattfindet. Vor, zwischen und nach den beiden Beschichtungskammern befindet sich jeweils eine Vakuum-Transportstrecke 58a, 58b und 58c. Zwischen den beiden

Beschichtungskammern befindet sich ein Depot 59, in welchem Außenrohre 2 zwischengelagert werden können. In der Innenrohr-Beschichtungseinrichtung 60 werden Innenrohre 3 in Transportrichtung 61 transportiert. Die Innenrohr- Beschichtungseinrichtung weist Pumpen 62, 63, 64 und 65 auf. Sie ist mit einer ersten Beschichtungskammer 66 und einer zweiten Beschichtungskammer 67 ausgestattet, in denen jeweils eine Plasmabeschichtung stattfindet. Vor, zwischen und nach den beiden Beschichtungskammern befindet sich jeweils eine Vakuum-Transportstrecke 68a, 68b und 68c. Zwischen den beiden Beschichtungskammern befindet sich ein Depot 69, in welchem Innenrohre 3 zwischengelagert werden können. Die beiden Beschichtungsanlagen 50, 60 sind an einen Vakuumtank 5 gekoppelt, in dem ein Magazin 71 angeordnet ist. Bei der Ankunft in dem Magazin 71 wird jeweils ein Außenrohr 2 über ein Innenrohr 3 geschoben. Diese ineinandergefügten Außen- und Innenrohre werden anschließend in die Vorrichtung 1 transportiert und dort miteinander verbunden. In der gesamten Anlage aus den beiden Beschichtungsanlagen 50,

60, dem Vakuumtank 5 und der Vorrichtung 1 herrscht Vakuum, so dass in der Vorrichtung 1 der Zwischenraum zwischen einem Außenrohr 2 und einem Innenrohr 3 nicht gegen Atmosphäre evakuiert werden muss, sondern lediglich der gewünschte Druck gegenüber dem in dem Vakuumtrank 5 herrschenden Druck eingestellt werden muss. Ist in der Außenrohr-Halteeinrichtung 10 ein

Außenrohr 2 gehalten, so wird über das Außenrohr-Halteteil 1 1 die Vakuumkammer 4 gegen den Vakuumtank abgedichtet. Zum Einstellen des Drucks in dem Zwischenraum zwischen dem Außenrohr 2 und dem darin angeordneten Innenrohr 3 genügt es daher, die Vakuumkammer 4 entsprechend abzupumpen. Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 a zur Herstellung von Vakuumröhren. Sie unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 lediglich dadurch, dass zwei Außenrohr- Halteeinrichtungen 10, 10a, zwei Außenrohr-Rotationseinrichtungen 30, 30a und zwei Innenrohr-Halteteile 21 und 21 a vorgesehen sind. Dabei stimmt die zweite Außenrohr-Halteeinrichtung 10a mit der ersten Außenrohr- Halteeinrichtung 10 überein, welche bereits in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Die zweite Außenrohr-Rotationseinrichtung 30a stimmt mit der ersten Außenrohr-Rotationseinrichtung 30 überein, welche bereits in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Die zweite Rotationseinrichtung 30a kann ebenfalls mit einem Antrieb ausgestattet sein. Sie kann jedoch auch antriebslos sein und lediglich ein Lager für die Hohlwelle aufweisen. Der zweite Innenrohr-Halteteil 21 a stimmt dem ersten in Figur 1 dargestellten Innenrohr-Halteteil 21 überein. Durch die zusätzlichen Einrichtungen werden Außenrohr 2 und Innenrohr 3 besser gehalten. Die übrigen Komponenten der Vorrichtung gemäß zweiten Ausführungsbeispiel stimmen mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein.

In Figur 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 101 zur Herstellung von Vakuumröhren dargestellt. Es unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 und 2 im Aufbau der Außenrohr-

Halteeinrichtung 1 10 und der Außenrohr-Rotationseinrichtung 130. Der dritte Haltering der Außenrohr-Halteeinrichtung 1 10 weist einen doppelt so großen Außendurchmesser auf wie der erste und zweite Haltering. Er bildet einen Teller, der auf der Hohlwelle der Außenrohr-Rotationseinrichtung 130 aufliegt. Alle übrigen Komponenten des dritten Ausführungsbeispiels stimmen mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein.

Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. Bezugszahlen

1 Vorrichtung zur Herstellung von Vakuumröhren

1 a Vorrichtung zur Herstellung von Vakuumröhren

2 Außenrohr

3 Innenrohr

4 Vakuumkammer

5 Vakuumtank

6 Transporteinrichtung

6a Transportrichtung

7 Absperreinrichtung

8 Absperreinrichtung

9

10 Außenrohr-Halteeinrichtung

10a Außenrohr-Halteeinrichtung

1 1 Außenrohr-Halteelement

12 erster Haltering

13 Druckluftzufuhr

14 zweiter Haltering

15 dritter Haltering

16 Druckluftkammer

17 Druckluftzufuhr

18 Druckluftanschluss

19

20 Innenrohr-Halteeinrichtung

21 Innenrohr-Halteelement

21 a Innenrohr-Halteelement

22 Transportstange

30 Außenrohr-Rotationseinrichtung

30a Au ßenrohr-Rotationseinrichtung

31 Hohlwelle

32 Antrieb Rotationsachse

Innenrohr-Verschiebe- und Rotationseinrichtung Rohr

Lager

Gehäuse

Magnet

Au ßenrohr-Beschichtungsanlage

Transportrichtung

Pumpe

Beschichtungskammer

Beschichtungskammer a Vakuumtransportstrecke

b Vakuumtransportstrecke

c Vakuumtransportstrecke

Depot

Innenrohr-Beschichtungsanlage

Transportrichtung

Pumpe

Beschichtungskammer

a Vakuumtransportstrecke

b Vakuumtransportstrecke

c Vakuumtransportstrecke

Depot Laser

Laser

Vorrichtung zur Herstellung von Vakuu Außenrohr-Halteeinrichtung

Außenrohr-Rotationseinrichtung Rotationsachse

Claims

A N S P R Ü C H E

1 . Vorrichtung zur Herstellung von Vakuumröhren für solarthermische

Anlagen, wobei die Vakuumröhre ein Außenrohr (2) und ein in dem

Außenrohr (2) angeordnetes Innenrohr (3) aufweist, und der Zwischenraum zwischen dem Außenrohr (2) und dem Innenrohr (3) nach außen verschlossen und evakuiert ist,

mit einer Vakuumkammer (4),

mit einer Transporteinrichtung (6), welche ein Außenrohr (2) und ein Innenrohr (3) getrennt voneinander oder im zusammengefügten Zustand in einer Transportrichtung (6a) parallel zu ihrer Längsachse in die Vakuumkammer (4) bis zu einer Endstellung transportiert,

mit einer drehbar gelagerten Außenrohr-Halteeinrichtung (10, 10a, 1 10), welche das Außenrohr (2) in der Endstellung an seiner Außenseite umgreift und fixiert,

mit einer drehbar gelagerten Innenrohr-Halteeinrichtung (20), welche das Innenrohr in seiner Endstellung hält, wobei die Innenrohr-Halteeinrichtung (20) drehbar gelagert ist,

mit einer Rotationseinrichtung (30, 40, 130), welche die Außenrohr- Halteeinrichtung (10, 10a, 1 10) und/ oder die Innenrohr-Halteeinrichtung (20) zur Rotation um eine zur Transportrichtung (6a) parallele Rotationsachse (33, 133) antreibt,

mit mindestens einem Laser (70, 80), dessen Laserstrahl auf das offene Ende des Außenrohrs (2) und das offene Ende des Innenrohrs (3) in der Endstellung gerichtet ist, und der das Material des Außenrohrs (2) und des Innenrohrs (3) an deren offenen Enden aufschmilzt und miteinander verbindet.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Außenrohr-Halteeinrichtung (10, 10a, 1 10) ein elastisches, unter Einwirkung von Druckluft dehnbares Außenrohr-Halteelement (1 1 ) aufweist, welches sich bei Einwirkung von Druckluft in radialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse (33) nach innen zur Rotationsachse (33) hin ausdehnt und ein in der Außenrohr-Halteeinrichtung (10, 10a, 1 10) angeordnetes Außenrohr (2) einspannt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

Außenrohr-Halteelement (1 1 ) ringförmig und koaxial zur Rotationsachse (33, 133) in der Außenrohr-Halteeinrichtung (10, 10a, 1 10) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenrohr-Halteeinrichtung (10, 10a, 1 10) einen ersten Haltering (12) aufweist, der das Außenrohr-Halteelement (1 1 ) aufnimmt und mit einer Druckluftzufuhr (13) ausgestattet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenrohr-Halteeinrichtung (10, 10a, 1 10) einen zweiten und einen dritten Haltering (14, 15) aufweist, und dass das Außenrohr-Halteelement (1 1 ) zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Haltering (12, 14, 15) fixiert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Haltering zwischen der Druckluftzufuhr (13) und dem Außenrohr- Halteelement (1 1 ) eine Druckluftkammer (16) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenrohr-Halteeinrichtung (20) mindestens ein Innenrohr-Halteelement (21 , 21 a) aufweist, welches am offenen Ende eines Innenrohrs (3) in das Innenrohr (3) einführbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr-Halteelement (21 , 21 a) zumindest abschnittsweise die Form eines Kegels oder Kegelstumpfes aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenrohr-Halteeinrichtung in Transportrichtung (6a) der Transporteinrichtung (6) beweglich ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch

gekennzeichnet, dass die Rotationseinrichtung eine Außenrohr- Rotationseinrichtung (30, 30a, 130) ist, welche die Außenrohr- Halteeinrichtung (10, 10a, 1 10) zur Rotation antreibt, und dass die Außenrohr-Rotationseinrichtung (30, 30a, 130) eine Hohlwelle (31 ) aufweist.

1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die

Außenrohr-Halteeinrichtung (10, 10a, 1 10) in der Hohlwelle (31 ) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Innenrohr-Rotationseinrichtung (40) eine Welle (41 ) aufweist, die über Magnetkraft an einen außerhalb der Vakuumkammer (4) angeordneten Antrieb gekuppelt ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass zwei Laser (70, 80) vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass sie mit einem Werkzeug ausgestattet ist, das auf die Stirnseiten des Außen- und Innenrohrs (2, 3) in der Endstellung eine Kraft in axialer und/ oder radialer Richtung ausübt.

15. Verfahren zur Herstellung von Vakuumröhren für solarthermische

Anlagen, wobei die Vakuumröhre ein Außenrohr (2) und ein in dem

Außenrohr (2) angeordnetes Innenrohr (3) aufweist, und der Zwischenraum zwischen dem Außenrohr (2) und dem Innenrohr (3) nach außen verschlossen und evakuiert ist, gekennzeichnet durch folgende Verfah- rensschritte:

Transportieren eines Außenrohrs (2) und eines Innenrohrs (3) in einer Transportrichtung (6a) parallel zu ihrer Längsachse in eine Vakuumkammer (4) mittels einer Transporteinrichtung (6) bis zu einer Endstellung in der Vakuumkammer (4),

Einstellen des Drucks in der Vakuumkammer (4),

Halten des Außenrohrs (2) mit einer Außenrohr-Halteeinrichtung (10, 10a, 1 10), welche das Außenrohr (2) in der Endstellung an seiner Außenseite umgreift und fixiert,

Halten des Innenrohrs (3) in seiner Endstellung mit einer Innenrohr- Halteeinrichtung (20),

Drehen des Außenrohrs (2) und des Innenrohrs (3) mit einer Rotationseinrichtung (30, 30a, 130, 40), welche die Außenrohr-Halteeinrichtung (10, 10a, 1 10) und/ oder die Innenrohr-Halteeinrichtung (20) zur Rotation um eine zur Transportrichtung (6a) parallele Rotationsachse (33, 133) antreibt,

Bestrahlen der Stirnseiten des Außenrohrs (2) und des Innenrohrs (3) in ihrer Endstellung mit mindestens einem Laser (70, 80) während das Außenrohr (2) und das Innenrohr (3) um ihre Längsachse rotieren, Schmelzen des Materials des Außenrohrs (2) und den Innenrohrs (3) an den Stirnseiten durch den Energieeintrag des Lasers (70, 80) und Verbinden von Außenrohr (2) und Innenrohr (3) an ihren offenen Stirnseiten.