WO2016012070A1 - Verfahren zum vakuumdichten verschliessen eines doppelwandigen glasrohrs - Google Patents

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walled
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Jürgen STEINWANDEL
Helmut Piringer
Stefan Laure
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the most efficient system is to use a double-walled glass tube with an outer antireflection coating, such as MgF 2 .
  • the liquid medium (water) to be heated is then heated directly in the inner tube.
  • the medium between the double wall is used for thermal insulation. Ideally, this is a vacuum.
  • a method is vacuum-sealed
  • the method comprises the step of
  • the electro-conductive heating of the outer and / or inner glass tube is indicated at a first end of the double-walled glass tube by means of at least one heat conductor.
  • Glass tube deformed so, in particular permanently deformed, that touch the outer glass tube and the inner glass tube and thereby the first end of the double-walled glass tube is hermetically sealed.
  • This provides a method of vacuum sealing a double walled glass tube under vacuum / vacuum conditions which is easy to handle, no contaminants or
  • the electro-conductive heating according to the present invention requires no additional materials such as solders, metallic auxiliary elements in the laser process or others. It allows one simple installation in Vakuumrezipienten, ie in the vacuum chamber, and there are only minimal vacuum feedthroughs for the power supply of the at least one heating element required. A direct heat transfer to the double-walled glass tube and consequently a fast process control is made possible.
  • This method for vacuum-tight sealing of a double-walled glass tube can in particular be a production method or part of a
  • the air space between the inner and outer glass tubes is evacuated in the vacuum chamber.
  • the at least one heating element is also located in the vacuum chamber and is installed there.
  • Heating conductor or heating modules are used. This aspect of the present invention will be explained in more detail below in the context of exemplary embodiments.
  • the provision of the heat conductor within the vacuum chamber enables the heating and closing of the two glass tubes by direct application of the heat conductor to a surface of the double-walled glass tube.
  • the heating conductor can be applied to an inner and / or on an outer surface of the glass tube. This allows direct heat transfer to the surface of the glass tubes. This contacting of the surface or of the surfaces by means of the electro-conductive heating conductor can take place immediately after an evacuation process. If desired, the
  • Double-walled glass tube if desired after or immediately after a vapor deposition process, under a vacuum vacuum safely closed.
  • the aforementioned vapor deposition process is an optional supplement according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the electro-conductive heating according to the present invention with one or more Keramiksammlungleitern, in particular with silicon infiltrated silicon carbide (SiSiC) heat conductors take place.
  • such heating conductors can be designed such that their contour positively receives the glass tube to be closed.
  • the double-walled Surround glass tube through the heating element or the heat conductor partially or completely in its circumference and at the corresponding contact surface for a
  • Heat transfer to the double-walled glass tube provide.
  • the process of forming and closing can only take a few seconds. However, it is also possible to carry out the process according to the invention over a relatively long period of time. typical
  • Solar collectors are used, are between 200 and 500 ° C. A
  • Heating the double-walled glass tube in this area by the heating conductor is therefore part of the invention.
  • a preferred temperature range to which the double-walled glass tube is passed through the heating conductor is the range between 300 ° C and 350 ° C.
  • other materials for example quartz glass, are used, whereby the melting temperature rises to 1000 ° C.
  • the vacuum chamber typically, within the vacuum chamber
  • FIG. 2 Glass tube, or to heat the outer and inner glass tube electro-conductively.
  • FIG. 3 it is shown how externally applied partial cylinders as heat conductors touch the outer tube of the double-walled glass tube and deliver it to this thermal energy.
  • An illustrative representation is also shown in FIG. 3.
  • a heating element along the longitudinal axis is inserted into the double-walled tube and contacted from inside the inner glass tube of the double-walled glass tube, heated, deformed and so the entire tube closes.
  • a combination of these two heating and deformation possibilities is part of the present invention.
  • the heating conductor provided is supplied / moved to the double-walled glass tube and by means of an electric current, the heating element is heated. Due to the direct contact with the glass tube, the glass tube is heated and brought to its melting point. By means of a relative movement between the glass tube and the heating conductor, the previously electro-conductively heated glass tube can be deformed, so that a total of an airtight end of the glass tube is generated. In other words, an electric current is generated within the heat conductor, which leads to heating of the heating element.
  • the method can be carried out fully automatically or by means of an intervention of the user.
  • the double-walled glass tube can be manually inserted into the vacuum chamber, i. the recipient, but also a fully automatic introduction into the vacuum chamber is possible.
  • the electro-conductive heating and the deformation take place through the at least one heating conductor within the vacuum chamber.
  • Heating conductor heated but also deformed by this.
  • a heating element can be moved within the vacuum chamber by means of a mechanical activation, for example by means of a hydraulic lifting or lowering device, on which the heating conductor is arranged directly or indirectly.
  • This aspect relating to the movement of the heat conductor can exemplify the Embodiments are taken, which are described in FIGS. 2 and 3 by way of example.
  • the method comprises the step of generating a relative movement between the double-walled glass tube and the heating conductor, whereby the deformation of the double-walled glass tube is caused at the first end.
  • a translational movement of the heating element or the heating elements ensure that the outer glass wall of the double-walled glass tube is pressed in its heated state inwardly on the inner glass wall.
  • Such a translational movement of the two heating conductors can be seen for example in FIGS. 2 and 3.
  • a combination of rotational and translational movements is performed by the heating conductor. Since it is a relative movement, it is also possible that the heating element or the heat conductor are arranged statically during the process and by a corresponding device
  • double-walled glass tube is moved so that the deformation and the resulting airtight seal on the glass tube arise.
  • Method used at least two heating conductors. There are in this
  • the two heating conductors designed as a partial jacket for sheathing each part of the double-walled glass tube.
  • the method of this embodiment therefore further comprises the step of at least partially surrounding the outer glass tube by means of the first heating conductor, and comprises the step of at least partially surrounding the outer glass tube by means of the second heating conductor.
  • the heating conductor (s) of the present invention may be made of different materials. On the one hand offer ceramic materials for the /
  • silicon may be infiltrated silicon carbide (SiSiC).
  • SiSiC silicon carbide
  • carbon fiber reinforced carbon can be used
  • CFC carbon fiber reinforced silicon carbide
  • the C-fiber can be replaced by a SiC fiber.
  • Sintered SiC as Schuleiterermaterial is basically considered, however, are
  • metallic heating conductors can also be used.
  • Nickel-based alloys tantalum and / or tantalum base alloys, niobium and / or niobium base alloys. It is also part of the invention to use mixtures of the aforementioned materials.
  • the heating conductor is formed of ceramic, in particular of silicon infiltrated silicon carbide (SiSiC).
  • SiSiC silicon infiltrated silicon carbide
  • SiSiC is a composite material consisting of a SiC porous basic structure. In this structure will be
  • melt-infiltrated silicon whereby a non-porous homogeneous composite structure is achieved.
  • This composite structure is shown to be an excellent heat conductor and is suitable in a preferred manner for this embodiment of the invention.
  • the electro-conductive heating takes place by a direct application of the heat conductor to a
  • a volume which is located between the inner glass tube and the outer glass tube is evacuated.
  • a rotational movement of the inner and outer glass tube during the electro-conductive heating is generated relative to the heating conductor. For example, it is possible to move the heating conductor in a rotational movement around the static glass tube. Alternatively, it is also possible to provide the heating conductor statically in the vacuum chamber and a
  • the double-walled glass tube can be placed on a roller guide, which is part of the device according to the invention.
  • This roller guide is also arranged in the vacuum chamber in this case.
  • the part of the tube which is not heated by the heating conductor can be placed on a roller guide for generating the rotation.
  • An electric drive can rotate this roller guide, so that a total of one rotational movement of the
  • double-walled glass tube opposite the at least one heat conductor can produce.
  • a corresponding control of a corresponding electronics of the device according to the invention is also part of the present invention. Due to the relative rotation between the at least one heating conductor and the glass tube uniform heating can be ensured. This allows for a secure closure of the heated glass area without deforming areas that have not actually reached the required temperature in the pipe.
  • the method comprises the step of depositing an additional layer, in particular a
  • the antireflection layer may be an MgF 2 layer.
  • an apparatus for vacuum-sealing a double-walled glass tube with an inner glass tube and an outer glass tube is provided.
  • this device is designed and arranged for carrying out the method according to the invention as described herein.
  • the device has a
  • Vacuum chamber for providing a desired negative pressure within the vacuum chamber. Furthermore, the device has a holding element for
  • the device has at least one heating conductor for the electro-conductive heating of the double-walled glass tube.
  • the device is designed for deforming a double-walled glass tube fixed to the holding element and electrically conductively heated by the heating conductor at one end of the glass tube such that the first end of the double-walled glass tube can be hermetically sealed.
  • the device provides the functionality of holding and fixing a double-walled glass tube held in the device by means of electrical energy and heat transfer to the double-walled glass in such a way
  • the device is therefore designed to do this To deform the pipe end and to close airtight. Subsequently, the heating element can be removed from the double-walled glass tube so that the cooling process can begin. It is possible in this and in any other embodiment that the device contains such a double-walled glass tube. However, due to its functionality, the device is described with the double-walled glass tube, which reduces the structural and functional features and
  • the device has a first part-cylinder jacket as first heating conductor and has a second part-cylinder jacket as second heating conductor.
  • Both partial cylinder shrouds are designed for direct and positive contacting and sheathing of an outer glass tube of a fixed from the holding element double-walled glass tube.
  • FIG. Fig. 4 also shows such a feature of this embodiment mentioned here.
  • the device comprises a first pneumatic device and a second pneumatic device.
  • the first pneumatic device is designed to move the first heating conductor in the direction of the second heat conductor.
  • the device can be adapted to different glass tubes.
  • the distances of the heating conductors used can be reduced or increased so that different diameters of different glass tubes can be processed.
  • the heating conductor is designed to perform a movement during the electro-conductive heating in such a way that the deformation and the closure of the double-walled glass tube are achieved.
  • the heating element can also be designed to perform a movement after heating.
  • the movement can be different
  • mechanical and / or electrical drives take place.
  • the heating element can be driven by a pneumatic device, the heating element to a translational movement, so that the glass tube is pressed together.
  • the holding element of the device is provided by the at least one heating conductor.
  • the holding element is designed in the form of a partial cylinder jacket.
  • the heating element provides both the functionality of fixing the double-walled glass tube and the electro-conductive heating of the glass tube.
  • the glass tube is located there on the lower side teiizylindrförmigen heating conductor and is held by this.
  • the double-walled glass tube undergoes further fixation by the upper parti-cylindrical heating conductor, whereby stability is achieved during the process.
  • the device has a
  • Power supply unit which operates with a working voltage of 20 to 400 volts.
  • the power supply unit is a DC power source.
  • the glass tube is heated by the heating conductor (s) at a working voltage of 20 to 400 volts.
  • the device as
  • Power supply unit on an AC unit This is particularly indicated when higher voltage levels are to be driven. This can be used to reduce any plasma flashovers.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a flowchart of a
  • Fig. 2 shows a cross section through a part of a device for
  • Fig. 3 shows an apparatus for vacuum-sealing a
  • double-walled glass tube according to an embodiment of the invention.
  • 4 shows a further embodiment of a device for the vacuum-tight sealing of a double-walled glass tube.
  • the method of Fig. 1 is a method for vacuum-sealing a double-walled glass tube and can be considered in particular as a manufacturing method or as part of a manufacturing method for the production of solar collectors.
  • FIG. 1 the provision of the
  • step S2 the outer and / or the inner glass tube is heated electro-conductively, at a first end of the double-walled glass tube. This is done by means of the use of at least one heat conductor. The deformation of the electro-conductive heated glass tube at the first end of the double-walled glass tube is such that touch the outer glass tube and the inner glass tube and thereby the first end of the double-walled glass tube is hermetically sealed.
  • step S3 This step of deforming and closing is shown in Fig. 1 at step S3. It should be noted that this embodiment can be supplemented by various steps described above and below.
  • Glass tube is deformed and closed at the first end. Likewise, a volume located between the inner and outer glass tubes can be evacuated. Additionally or alternatively, a rotational movement of the double-walled glass tube relative to the heating conductor can be generated. This can be achieved by, for example, a roller device, which is also part of a corresponding vacuum chamber of a device according to the invention.
  • the method of FIG. 1 allows heating and closing of the two glass tubes by direct application of the heat conductor, in particular a Keramiksammlungleiters and allows direct heat transfer to the
  • the deformation can be effected by the displacement of the respective heating conductors to one another. It is also possible to evaporate absorption layers in a separate chamber compartment.
  • FIG. Fig. 2 shows a part of a device 200 for vacuum-tight sealing of a double-walled glass tube 206.
  • the upper part of Fig. 2 shows the state of the double-walled glass tube 206 and the corresponding
  • FIG. 2 shows the double-walled glass tube 206 after deformation and after the airtight glass tube.
  • the two heating conductors 202, 204 of the example of FIG. 2 are designed such that their contour to
  • occlusive glass tube 206 in particular the outer sub-tube 201
  • the double-walled glass tube is partially enclosed by the two heating conductors in its circumference and at the contact surface, the desired heat transfer takes place. It is thus generated a positive connection between the two heating conductors and the outer glass tube of the double-walled glass tube, so that a particularly good heat conduction of the
  • Heating conductor on the glass tube is possible.
  • 2 shows in a cross section the outer glass tube 201 and the inner glass tube 203.
  • a first heat conductor 202 and a second heat conductor 204 each in the heating position, that is in contact with the double-walled glass tube 206, shown in the upper part of FIG ,
  • the arrow 205 indicates that a relative movement, in particular a
  • double-walled glass tube 206 is generated.
  • this device is designed to deform on the holding element (not shown in FIG. 2) fixed and by the heating conductors 202, 204 electro-conductively heated, double-walled glass tube 206 at one end of the glass tube such that the first end the double-walled glass tube is hermetically sealed.
  • This state is shown in the lower part of FIG. 2.
  • the first heating conductor 202 in its position in the upper part of Fig. 2 is identical to the heating conductor 202 in the deformation position in the lower part of Fig. 2.
  • the apparatus 200 is adapted to generate a relative movement between the double-walled glass tube and the heating conductors 202, 204, thereby deforming the double-walled glass tube caused the first end. It is shown in the lower part of Fig. 2 by the reference numeral 207 that due to the displacement of the two
  • Heating conductor at the end of the process are arranged closer to each other than at the beginning of the process, as shown in the upper part of Fig. 2.
  • the two heat loaders are each moved towards each other in the radial direction. This can be realized for example by a hydraulic or pneumatic mechanism for generating the movement. An exemplary embodiment is explained with reference to FIG. 3.
  • Fig. 3 shows another embodiment of a device 300 for
  • the device 300 has a first upper heating conductor 301 for the outer tube and is shown in Fig. 3 in the heating position.
  • the device 300 has a lower heat conductor for the outer tube, which is also shown in the heating position.
  • the device has an upper pneumatic cylinder 303, by means of which a vertical movement of the upper heat conductor can be generated. This translational movement is indicated by the arrow 311 in FIG. 3.
  • the outer glass tube is shown at 304 and the inner glass tube at 305 in FIG.
  • electrical terminals 306 and 307 are disposed on the right and left sides of the device 300.
  • the lower heating conductor 302 is designed in the form of a partial cylinder jacket and provides a holding element for the double-walled glass tube.
  • the upper fixes Heating conductor 301, the position of the double-walled glass tube.
  • Pneumatic cylinder 309 allows in an analogous manner to the upper
  • Pneumatic cylinder 303 a translational movement of the lower heat conductor.
  • a base plate 308 is present in the device 300, on which laterally guide rods 310 are arranged, which guide the translational movements of the heating conductors, which are generated by the pneumatic cylinders 303 and 309.
  • a roller guide is provided in the device 300, which can generate a rotation of the double-walled glass tube during heating.
  • a corresponding electrical control of all components, in particular the pneumatic cylinder and the rotary device may also be included.
  • this device enables the reduction of evacuation times in the manufacture of solar collectors, especially in the vacuum-tight closure of the double-walled glass tube used as a solar collector.
  • FIG. 4 shows another embodiment of a device 400 for
  • Inner tube is designated 404.
  • the lower heating conductor 405 for the outer tube 403 is shown in FIG. 4.
  • the socket 406 is used for isolation.
  • the socket 406 has the function of an electrical insulator.
  • insulators occur e.g. usually out of plastic.
  • oxide-ceramic materials eg alumina, zirconia, yttria, Silica, or mixtures thereof.
  • oxide-ceramic materials eg alumina, zirconia, yttria, Silica, or mixtures thereof.
  • the power supply unit 407 is preferably as a DC power source /
  • Design as an AC unit is also possible and particularly indicated when higher voltage levels are to be driven. This can be used to reduce any plasma flashovers.
  • the device 400 of FIG. 4 has a console 408 of mineral
  • the outer tube 409 is shown in its deformed configuration.
  • the upper heating conductor for the outer tube 401 is shown in a downwardly moved position.
  • the heating conductor for the inner tube 402 is also shown in the lower part as well as the inner tube 404 and the lower heating conductor 405 for the outer tube.
  • the console 408 is also shown in the lower part of Fig. 4. The same applies to the 406 socket and the 407 system.
  • the present invention can be basically used for various types of a method for vacuum-sealing a double-walled glass tube and is not based on the specified combination of the features of

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung (200, 300, 400) zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres (206), insbesondere ein Fertigungsverfahren zur Herstellung von Solarkollektoren. Mittels einer bereitgestellten Vakuumkammer, in der ein Halteelement fixiert wird und in der ein Heizleiter (202, 204, 301, 302, 401, 402) angeordnet ist, kann ein elektro-konduktives Erwärmen und eine anschließende Verformung des doppelwandigen Glasrohres (206) erreicht werden. Es werden keine Zusatzmaterialien wie metallische Hilfselemente, Lote benötigt. Eine einfache Installation in der Vakuumkammer ist möglich und eine minimale erforderliche Vakuumdurchführung für die Stromversorgung eines Heizleiters wird benötigt. Der direkte Wärmeübergang auf das doppelwandige Glasrohr (206) und die demzufolge schnelle Prozessführung erlaubt es mit einfachen Mitteln, ein doppelwandiges Glasrohr (206) eines thermischen Solarkollektors unter Vakuum sicher zu verschließen.

Description

Verfahren zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen
Glasrohrs
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Solarkollektoren, welche aus doppelwandigen Glasrohren bestehen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres und eine Vorrichtung zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres.
Technologischer Hintergrund
Bei thermischen Solarkollektoren besteht das effizienteste System darin, dass ein doppelwandiges Glasrohr mit einer äußeren Antireflexionsschicht, zum Beispiel aus MgF2, eingesetzt wird. Das zu erwärmende flüssige Medium (Wasser) wird dann direkt im inneren Rohr aufgeheizt. Das Medium zwischen der Doppelwand dient der Wärmeisolation. Im Idealfall ist das ein Vakuum. Bei dieser
Verfahrensweise ist es erforderlich, ein an einem Ende bereits abgeschmolzenes doppelwandiges Glasrohr mit dem zunächst offenen anderen Ende in einer Vakuumkammer unmittelbar nach dem MgF2-Aufdampfprozess unter Vakuum sicher zu verschließen.
Der letzte Verfahrensschritt zum Abschmelzen der doppelwandigen Glasrohre unter Vakuum gemäß dem bestehenden Stand der Technik erfolgt mittels
Gasflamme, Erwärmung mittels Laser sowie unter Zuhilfenahme von Glasloten. Nachteilig bei den zuvor genannten Verfahren ist, dass zum Beispiel die
Flammverfahren im Vakuum problematisch in der Handhabung sind, insbesondere dahingehend dass mit Verunreinigungen bestehend aus
Verbrennungsrückständen zu rechnen ist. Dies führt in der Regel zu
Dichtheitsproblemen. Laserverfahren sind dahingehend nachteilig, als die
BESTÄTIGUNGSKOPIE Fokussierung in den Vakuumrezipienten sehr aufwendig und kostenträchtig ist. Weiterhin müssen Glaslote von extern beheizt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es kann als eine Aufgabe der Erfindung angesehen werden, ein verbessertes Verfahren zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres, insbesondere bei der Fertigung und Herstellung von Solarkollektoren, anzugeben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum vakuumdichten
Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres mit einem inneren Glasrohr und einem äußeren Glasrohr angegeben. Das Verfahren weist den Schritt des
Bereitstellens des doppelwandigen Glasrohres innerhalb einer Vakuumkammer bei einem gewünschten Unterdruck innerhalb der Vakuumkammer auf. Als weiterer Schritt ist das elektro-konduktive Erwärmen des äußeren und/oder des inneren Glasrohres an einem ersten Ende des doppelwandigen Glasrohres mittels zumindest eines Heizleiters angegeben. In einem dritten Schritt wird das elektro- konduktiv erwärmte Glasrohr an einem ersten Ende des doppelwandigen
Glasrohres derart verformt, insbesondere dauerhaft verformt, dass sich das äußere Glasrohr und das innere Glasrohr berühren und dadurch das erste Ende des doppelwandigen Glasrohres luftdicht verschlossen wird.
Damit wird ein Verfahren zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres unter Vakuumbedingungen/Unterdruckbedingungen bereitgestellt, welches einfach in der Handhabung ist, keinerlei Verunreinigungen oder
Verbrennungsrückstände erzeugt und auch hinsichtlich der üblichen
Dichtheitsprobleme bei der Zuführung von den entsprechenden Komponenten in das Vakuum unproblematisch ist. Die elektro-konduktive Erwärmung gemäß der vorliegenden Erfindung benötigt keine Zusatzmaterialien wie zum Beispiel Lote, metallische Hilfselemente beim Laserprozess oder Sonstiges. Es erlaubt eine einfache Installation im Vakuumrezipienten, d.h. in der Vakuumkammer, und es sind lediglich minimale Vakuumdurchführungen für die Stromversorgung des zumindest einen Heizelements erforderlich. Ein direkter Wärmeübergang auf das doppelwandige Glasrohr und eine demzufolge schnelle Prozessführung wird ermöglicht.
Dieses Verfahren zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres kann insbesondere ein Fertigungsverfahren oder Teil eines
Fertigungsverfahrens zur Herstellung von Solarkollektoren sein.
In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird in der Vakuumkammer der Luftraum zwischen dem inneren und dem äußeren Glasrohr evakuiert. Der zumindest eine Heizleiter befindet sich ebenfalls in der Vakuumkammer und ist dort installiert. Selbstverständlich können in diesem und in jedem anderen
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zwei oder auch mehrere
Heizleiter bzw. Heizmodule verwendet werden. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden im Kontext von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Das Vorsehen des Heizleiters innerhalb der Vakuumkammer ermöglicht das Erwärmen und Verschließen der beiden Glasrohre durch direktes Anlegen des Heizleiters an eine Oberfläche des doppelwandigen Glasrohrs. Dabei kann der Heizleiter auf eine innere und/oder auf eine äußere Oberfläche des Glasrohrs aufgebracht werden. Dies ermöglicht den direkten Wärmeübergang auf die Oberfläche der Glasrohre. Diese Kontaktierung der Oberfläche oder der Oberflächen mittels des elektro-konduktiven Heizleiters kann unmittelbar nach einem Evakuierungsvorgang erfolgen. Falls gewünscht, kann dabei das
doppelwandige Glasrohr rotieren, so dass eine gleichmäßige Erwärmung gewährleistet wird. Dies ist Teil eines Ausführungsbeispiels, das im Folgenden noch näher erläutert werden wird. Die Verformung des ersten Endes des doppelwandigen Glasrohrs kann
beispielswiese durch eine Verschiebung des verwendeten Heizleiters erfolgen. Aber auch eine Verschiebung des doppelwandigen Glasrohrs bei sonst statischem, unbewegtem Heizleiter ist Teil der Erfindung. Im Falle der
Verwendung zweier Heizleiter, beispielsweise zweier Heizleiterhälften wie in Fig. 2 gezeigt, kann die Verformung durch die Verschiebung der jeweiligen
Heizleiterhälften zueinander in senkrechter Position erfolgen. Nach Erzielung der gewünschten Verformung kann der Heizleiter von dem doppelwandigen Glasrohr entfernt werden, so dass der Kühlprozess einsetzen kann.
Für den Fall, dass zwei Heizleiter verwendet werden, so können diese für die Erwärmung von Außenrohr und Innenrohr so angeordnet sein, dass eine gleichzeitige Erwärmung der beiden Rohre erfolgen kann. Außerdem besteht die zusätzliche Möglichkeit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, in einem separierten Kammerabteil, Absorptionsschichten, beispielsweise
Antireflexionsbeschichtungen, aufzudampfen. Dieses Verfahren ermöglicht grundsätzlich die Reduzierung der Evakuierzeiten und somit einen rationelleren Fertigungsablauf. Mit anderen Worten wird mit diesem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein an einem Ende bereits abgeschmolzenes
doppelwandiges Glasrohr, falls gewünscht nach oder unmittelbar nach einem Aufdampfungsprozess, unter einem Unterdruck Vakuum sicher verschlossen. Dabei ist der zuvor genannte Aufdampfprozess eine optionale Ergänzung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise kann die elektro-konduktive Erwärmung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem oder mehreren Keramikheizleitern, insbesondere mit Silizium infiltriertem Siliziumkarbid (SiSiC) Heizleitern erfolgen. Insbesondere können solche Heizleiter derart ausgeführt sein, dass ihre Kontur das zu verschließende Glasrohr formschlüssig aufnimmt. Mit anderen Worten kann das doppelwandige Glasrohr durch den Heizleiter oder die Heizleiter teilweise oder ganz in seinem Umfang umschließen und an der entsprechenden Kontaktfläche für einen
Wärmeübergang auf das doppelwandige Glasrohr sorgen. Dabei kann der Prozess des Verformens und des Verschließens lediglich einige wenige Sekunden dauern. Jedoch ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren über einen längeren Zeitraum durchzuführen. Typische
Schmelztemperaturen für Gläser für Glasrohre, die im Bereich der
Solarkollektoren eingesetzt werden, liegen zwischen 200 und 500°C. Eine
Erhitzung des doppelwandigen Glasrohres in diesen Bereich durch den Heizleiter ist daher Teil der Erfindung. Ein bevorzugter Temperaturbereich, auf den das doppelwandige Glasrohr durch den Heizleiter gebracht wird, ist der Bereich zwischen 300°C und 350°C. Jedoch ist es auch möglich, dass andere Materialien, beispielsweise Quarzgläser, verwendet werden, wodurch die Schmelztemperatur auf 1000°C steigt. Typischerweise wird innerhalb der Vakuumkammer ein
Unterdruck von 10"2 mbar oder noch geringeren Drücken verwendet. Jedoch ist es auch möglich, einen anderen Druck zu verwenden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Dabei ist es möglich, sowohl nur das äußere Glasrohr, oder nur das innere
Glasrohr, oder das äußere und auch das innere Glasrohr elektro-konduktiv zu erwärmen. Anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels der Fig. 2 wird gezeigt, wie von außen angelegte Teilzylinder als Heizleiter das äußere Rohr des doppelwandigen Glasrohrs berühren und an dieses Wärmeenergie abgeben. Eine anschauliche Darstellung ist ebenfalls der Fig. 3 zu entnehmen. Jedoch ist es auch Teil der Erfindung, dass ein Heizleiter entlang der Längsachse in das doppelwandige Rohr eingeführt wird und von innen das innere Glasrohr des doppelwandigen Glasrohrs kontaktiert, erhitzt, verformt und so das gesamte Rohr verschließt. Auch ist eine Kombination dieser beiden Erhitzungs- und Verformungsmöglichkeiten Teil der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der bereitgestellte Heizleiter auf das doppelwandige Glasrohr zugeführt/zubewegt und mittels eines elektrischen Stroms wird der Heizleiter geheizt. Aufgrund des direkten Kontakts mit dem Glasrohr wird das Glasrohr erhitzt und bis zu seinem Schmelzpunkt gebracht. Mittels einer Relativbewegung zwischen dem Glasrohr und dem Heizleiter kann das zuvor elektro-konduktiv erwärmte Glasrohr verformt werden, so dass insgesamt ein luftdicht abgeschlossenes Ende des Glasrohres erzeugt wird. Mit anderen Worten wird innerhalb des Heizleiters ein elektrischer Strom erzeugt, welcher zur Erwärmung des Heizleiters führt.
Dabei kann das Verfahren vollautomatisiert durchgeführt werden oder auch mittels eines Eingriffs des Benutzers. Beispielsweise kann das doppelwandige Glasrohr händisch in die Vakuumkammer, d.h. den Rezipienten, eingeführt werden, jedoch ist auch eine vollautomatische Einführung in die Vakuumkammer möglich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgen das elektro- konduktive Erwärmen und das Verformen durch den zumindest einen Heizleiter innerhalb der Vakuumkammer.
Mit anderen Worten wird nicht nur das doppelwandige Glasrohr durch den
Heizleiter erwärmt, sondern auch durch diesen verformt. Beispielsweise kann ein Heizleiter mittels einer mechanischen Ansteuerung, beispielsweise mittels einer hydraulischen Hebe- oder Senkvorrichtung, an welcher der Heizleiter direkt oder indirekt angeordnet ist, innerhalb der Vakuumkammer bewegt werden. Dieser Aspekt bezüglich der Bewegung des Heizleiters kann beispielhaft den Ausführungsbeispielen entnommen werden, die in Fig. 2 und 3 exemplarisch beschrieben sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren den Schritt des Erzeugens einer Relativbewegung zwischen dem doppelwandigen Glasrohr und dem Heizleiter auf, wodurch das Verformen des doppelwandigen Glasrohres an dem ersten Ende verursacht wird.
Dabei kann beispielsweise eine Translationsbewegung des Heizelements oder der Heizelemente dafür sorgen, dass die äußere Glaswand des doppelwandigen Glasrohres in seinem erwärmten Zustand nach innen auf die innere Glaswand gedrückt wird. Eine solche Translationsbewegung der beiden Heizleiter kann beispielsweise den Fig. 2 und 3 entnommen werden. Jedoch ist es auch möglich, dass eine Kombination aus Rotations- und Translationsbewegungen durch den Heizleiter durchgeführt wird. Da es sich um eine Relativbewegung handelt, ist es ebenso möglich, dass der Heizleiter oder die Heizleiter während des Verfahrens statisch angeordnet sind und durch eine entsprechende Vorrichtung das
doppelwandige Glasrohr bewegt wird, so dass die Verformung und der daraus resultierende luftdichte Verschluss an dem Glasrohr entstehen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden in dem
Verfahren mindestens zwei Heizleiter verwendet. Dabei sind in diesem
Ausführungsbeispiel die beiden Heizleiter als Teilmantel zur Ummantelung jeweils eines Teils des doppelwandigen Glasrohres ausgeführt. Das Verfahren dieses Ausführungsbeispiels weist daher weiterhin den Schritt des zumindest teilweisen Ummanteins des äußeren Glasrohres mittels des ersten Heizleiters auf und weist den Schritt des zumindest teilweisen Ummanteins des äußeren Glasrohres mittels des zweiten Heizleiters auf. Durch ein Verschieben der beiden Heizleiter senkrecht zu einer Längsachse des doppelwandigen Glasrohres zum Verformen und luftdichten Verschließen des elektro-konduktiv erwärmten Glasrohres wird der gewünschte Verschluss des doppelwandigen Glasrohres erzielt.
Eine solche senkrechte Verschiebung der beiden teilmantelförmigen Heizleiter ist in dem beispielhaften, nicht limitierenden Ausführungsbeispiel der Fig. 2
verdeutlicht. Es wird dabei also ein Formschluss zwischen den beiden Heizleitern und dem äußeren Glasrohr des doppelwandigen Glasrohres erzeugt, so dass eine besonders gute Wärmeleitung von dem Heizleiter auf das Glasrohr möglich ist. Dies verkürzt die Dauer des Verfahrens und ermöglicht ein besonders effizientes Verschlussverfahren.
Der oder die Heizleiter der vorliegenden Erfindung können aus verschiedenen Materialien sein. Einerseits bieten sich keramische Materialien für den/die
Heizleiter an. Bevorzugt kann Silizium infiltriertem Siliziumkarbid (SiSiC) sein. Alternativ zu SiSiC können beispielsweise Karbonfaser verstärkter Kohlenstoff
(CFC) oder Karbonfaser verstärktes Siliziumcarbid verwendet werden. Dabei kann auch die C-Faser durch eine SiC- Faser ersetzt werden. Dichtgesintertes SiC als Heizleitermaterial kommt grundsätzlich in Betracht allerdings sind
Stromfließeigenschaften nicht ganz so gut ausgeprägt wie bei den anderen genannten Eigenschaften.
Alternativ zu den keramischen Heizleiterwerkstoffen können auch metallische Heizleiter eingesetzt werden. Beispielsweise Nickel und/oder
Nickelbasislegierungen, Tantal und/oder Tantalbasislegierungen, Niob und/oder Niobbasislegierungen. Auch ist es Teil der Erfindung, Mischungen aus den zuvor genannten Materialien zu verwenden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Heizleiter aus Keramik geformt, insbesondere aus Silizium infiltriertem Siliziumkarbid (SiSiC). Das Material SiSiC hat aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit einen
bevorzugten Einsatz gemäß diesem Ausführungsbeispiel in dem
Verschlussverfahren der Erfindung. Ebenso ist die elektrische Erzeugung der Wärme in SiSiC in der Praxis besonders vorteilhaft. SiSiC ist ein Verbundmaterial bestehend aus einer SiC porösen Grundstruktur. In diese Struktur wird
schmelzmetallurgisch Silizium infiltriert, wodurch eine porenfreie homogene Verbundstruktur erreicht wird. Diese Verbundstruktur stellt erfahrungsgemäß einen ausgezeichneten Heizleiter dar und eignet sich in bevorzugter Weise für dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das elektro- konduktive Erwärmen durch ein direktes Anlegen des Heizleiters auf eine
Oberfläche des doppelwandigen Glasrohres und nach einem
Evakuierungsvorgang der Vakuumkammer.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Volumen, welches sich zwischen dem inneren Glasrohr und dem äußeren Glasrohr befindet, evakuiert.
Es sei angemerkt, dass für die vorliegende Erfindung grundsätzlich
Grobvakuumbedingungen, i.e., ca. 0,01 mbar, ausreichend sind. Geringere Drucke können natürlich ebenso verwendet werden, wenn der Benutzer dies wünscht und dies für den konkreten Anwendungsfall erforderlich ist. Grundsätzlich ist allerdings zu berücksichtigen, dass die dadurch erreichbare erhöhte thermische Isolationswirkung einem kostenintensiven Fein-bzw. Hochvakuumprozess entgegensteht. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Rotationsbewegung des inneren und äußeren Glasrohres während des elektro- konduktiven Erwärmens relativ zu dem Heizleiter erzeugt. Beispielsweise ist es möglich, den Heizleiter in einer Rotationsbewegung um das statische Glasrohr herum zu bewegen. Alternativ ist es ebenso möglich, den Heizleiter statisch in der Vakuumkammer vorzusehen und eine
Rotationsbewegung des Glasrohres zu erzeugen. Jedoch ist auch eine
Kombination dieser beiden Rotationsbewegungen möglich. Beispielsweise kann das doppelwandige Glasrohr auf eine Rollenführung gelegt werden, welche Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist. Diese Rollenführung ist in diesem Fall ebenfalls in der Vakuumkammer angeordnet. Der Teil des Rohres, welcher nicht durch den Heizleiter erwärmt wird, kann auf einer Rollenführung zur Erzeugung der Rotation gelegt werden. Ein elektrischer Antrieb kann diese Rollenführung rotieren lassen, so dass sich insgesamt eine Rotationsbewegung des
doppelwandigen Glasrohres gegenüber dem zumindest einen Heizleiter erzeugen lässt. Eine entsprechende Ansteuerung einer entsprechenden Elektronik der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ebenfalls Teil der vorliegenden Erfindung. Aufgrund der Relativrotation zwischen dem zumindest einen Heizleiter und dem Glasrohr kann eine gleichmäßige Erwärmung gewährleistet werden. Dies ermöglicht ein sicheres Verschließen des erwärmten Glasbereiches, ohne dass Bereiche verformt werden, die eigentlich noch nicht die erforderliche Temperatur in dem Rohr erreicht haben.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren den Schritt des Aufdampfens einer Zusatzschicht, insbesondere einer
Antireflexionsschicht, auf einer äußeren Oberfläche des doppelwandigen
Glasrohrs vor dem Verformen und luftdichten Verschließen des Glasrohrs auf. Beispielsweise kann die Antireflexschicht eine MgF2-Schicht sein. Jedoch ist es auch möglich, andere Materialien zu verwenden, um das doppelwandige Glasrohr innerhalb der Vakuumkammer zu beschichten.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Vorrichtung zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres mit einem inneren Glasrohr und einem äußeren Glasrohr angegeben. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist diese Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie hierin beschrieben, ausgeführt und eingerichtet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine
Vakuumkammer zur Bereitstellung eines gewünschten Unterdrucks innerhalb der Vakuumkammer auf. Weiterhin weist die Vorrichtung ein Halteelement zur
Fixierung eines doppelwandigen Glasrohres innerhalb der Vakuumkammer auf. Ebenso weist die Vorrichtung zumindest einen Heizleiter zur elektro-konduktiven Erwärmung des doppelwandigen Glasrohres auf. Die Vorrichtung ist dazu ausgeführt, ein an dem Halteelement fixiertes und durch den Heizleiter elektro- konduktiv erwärmtes, doppelwandiges Glasrohr an einem Ende des Glasrohres derart zu verformen, dass das erste Ende des doppelwandigen Glasrohres luftdicht verschließbar ist.
Mit anderen Worten stellt die Vorrichtung die Funktionalität bereit, ein in der Vorrichtung gehaltenes und fixiertes doppelwandiges Glasrohr mittels elektrischer Energie und Wärmeüberleitung auf das doppelwandige Glas derart im
Vakuum/Unterdruck zu erwärmen, dass dieses mechanisch verformbar wird und mittels beispielsweise einer Bewegung des Heizleiters das doppelwandige Rohr zusammenzudrücken. Die Vorrichtung ist daher dazu ausgeführt, dieses Rohrende zu verformen und luftdicht zu verschließen. Anschließend kann der Heizleiter von dem doppelwandigen Glasrohr entfernt werden, so dass der Kühlprozess einsetzen kann. Dabei ist es in diesem und in jedem anderen Ausführungsbeispiel möglich, dass die Vorrichtung ein solches doppelwandiges Glasrohr enthält. Jedoch wird die Vorrichtung aufgrund ihrer Funktionalität mit dem doppelwandigen Glasrohr beschrieben, wodurch die strukturellen und funktionalen Merkmale und
Eigenschaften der Vorrichtung angegeben sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung einen ersten Teilzylindermantel als ersten Heizleiter auf und weist einen zweiten Teilzylindermantel als zweiten Heizleiter auf. Dabei sind beide Teilzylindermäntel zur direkten und formschlüssigen Kontaktierung und Ummantelung eines äußeren Glasrohres eines vom Halteelement fixierten doppelwandigen Glasrohres ausgeführt.
Dieses Ausführungsbeispiel kann dem noch detaillierteren Ausführungsbeispiel der Fig. 3 entnommen werden. Die Fig. 4 zeigt ebenso ein solches Merkmal dieses hier genannten Ausführungsbeispiels.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine erste pneumatische Vorrichtung und eine zweite pneumatische Vorrichtung auf. Dabei ist die erste pneumatische Vorrichtung dazu ausgeführt, den ersten Heizleiter in Richtung des zweiten Heizleiters zu bewegen. Die zweite pneumatische
Vorrichtung ist dazu ausgeführt, den zweiten Heizleiter in Richtung des ersten Heizleiters zu bewegen. Mit anderen Worten wird mittels der pneumatischen Vorrichtungen eine
Relativbewegung zwischen dem doppelwandigen Glasrohr und den beiden Heizleitern derart erzeugt, dass der gewünschte Verschluss mittels der gewünschten Verformung der äußeren und/oder inneren Glaswand erzielbar ist. Dabei kann in diesem und in jedem anderen Ausführungsbeispiel die Vorrichtung auf unterschiedliche Glasrohre angepasst werden. Beispielsweise können die Abstände der verwendeten Heizleiter verringert oder vergrößert werden, so dass unterschiedliche Durchmesser unterschiedlicher Glasrohre bearbeitet werden können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Heizleiter dazu ausgeführt, eine Bewegung während des elektro-konduktiven Erwärmens derart durchzuführen, dass die Verformung und der Verschluss des doppelwandigen Glasrohres erreicht werden.
Dabei kann der Heizleiter auch dazu ausgeführt sein, nach einer Erwärmung eine Bewegung durchzuführen. Die Bewegung kann durch unterschiedliche
mechanische und/oder elektrische Antriebe erfolgen. Beispielsweise kann durch eine pneumatische Vorrichtung der Heizleiter zu einer Translationsbewegung angesteuert werden, so dass das Glasrohr zusammengepresst wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Halteelement der Vorrichtung durch den zumindest einen Heizleiter bereitgestellt. Vorzugsweise ist das Halteelement in Form eines Teilzylindermantels ausgeführt.
Mit anderen Worten stellt in diesem Ausführungsbeispiel der Heizleiter sowohl die Funktionalität der Fixierung des doppelwandigen Glasrohres als auch die elektro- konduktive Erwärmung des Glasrohres bereit. Wie der Fig. 3 beispielhaft entnommen werden kann, liegt das Glasrohr dort auf dem unteren teiizylinderförmigen Heizleiter auf und wird durch dieses gehalten. Ebenso erfährt das doppelwandige Glasrohr durch den oberen teiizylinderförmigen Heizleiter eine weitere Fixierung, wodurch Stabilität während des Prozesses erreicht wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine
Stromversorgungseinheit auf, welche mit einer Arbeitsspannung von 20 bis 400 Volt arbeitet. Die Stromversorgungseinheit ist eine Gleichstromquelle. Mit anderen Worten wird das Glasrohr durch den/die Heizleiter bei einer Arbeitsspannung von 20 bis 400 Volt erwärmt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung als
Stromversorgungseinheit eine Wechselstromeinheit auf. Dies ist insbesondere dann angezeigt, wenn höhere Spannungsniveaus gefahren werden sollen. Damit können eventuelle Plasmaüberschläge reduziert werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf
Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines
Verfahrens zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil einer Vorrichtung zum
vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zum vakuumdichten Verschließen eines
doppelwandigen Glasrohres gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand schematischer Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele noch einmal näher erläutert. Hieraus ergeben sich auch weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. In den Figurenbeschreibungen werden für die gleichen oder ähnlichen Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Das Verfahren der Fig. 1 ist ein Verfahren zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres und kann insbesondere als ein Fertigungsverfahren oder als Teil eines Fertigungsverfahrens zur Herstellung von Solarkollektoren angesehen werden. In der Fig. 1 ist mit Schritt S1 das Bereitstellen des
doppelwandigen Glasrohres innerhalb einer Vakuumkammer bei einem
gewünschten Unterdruck innerhalb der Vakuumkammer gezeigt. Ein solches Glasrohr kann als Solarkollektor betrachtet werden. In Schritt S2 wird das äußere und/oder das innere Glasrohr elektro-konduktiv erwärmt, und zwar an einem ersten Ende des doppelwandigen Glasrohres. Dies erfolgt mittels des Einsatzes zumindest eines Heizleiters. Das Verformen des elektro-konduktiv erwärmten Glasrohres an dem ersten Ende des doppelwandigen Glasrohres erfolgt derart, dass sich das äußere Glasrohr und das innere Glasrohr berühren und dadurch das erste Ende des doppelwandigen Glasrohres luftdicht verschlossen wird.
Dieser Schritt des Verformens und des Verschließens ist in Fig. 1 mit Schritt S3 gezeigt. Dabei sei angemerkt, dass dieses Ausführungsbeispiel durch verschiedenste zuvor und im Nachfolgenden beschriebene Schritte ergänzt werden kann.
Beispielsweise kann eine Relativbewegung zwischen dem doppelwandigen Glasrohr und dem Heizleiter erzeugt werden, wodurch das doppelwandige
Glasrohr an dem ersten Ende verformt und verschlossen wird. Ebenso kann ein Volumen, das sich zwischen dem inneren und dem äußeren Glasrohr befindet, evakuiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine Rotationsbewegung des doppelwandigen Glasrohres relativ zu dem Heizleiter erzeugt werden. Dies kann durch beispielsweise eine Rollenvorrichtung erreicht werden, welche ebenfalls Teil einer entsprechenden Vakuumkammer einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist. Das Verfahren gemäß Fig. 1 ermöglicht ein Erwärmen und Verschließen der beiden Glasrohre durch direktes Anlegen des Heizleiters, insbesondere eines Keramikheizleiters und ermöglicht einen direkten Wärmeübergang auf die
Oberfläche der Glasrohre unmittelbar nach dem Evakuiervorgang. Beispielsweise kann die Verformung durch die Verschiebung der jeweiligen Heizleiter zueinander erfolgen. Ebenso besteht die Möglichkeit, in einem separierten Kammerabteil Absorptionsschichten aufzudampfen. Damit ermöglicht das Verfahren der Fig. 1 die Reduzierung der Evakuierzeiten und somit einen rationelleren
Fertigungsablauf. Ebenso ist eine einfache Installation in der Vakuumkammer möglich. Lediglich die Stromversorgung des Heizleiters ist in die Vakuumzone erforderlich. Ein direkter Wärmeübergang auf das doppelwandige Glasrohr und eine demzufolge schnelle Prozessführung wird durch das Verfahren der Fig. 1 ermöglicht. Fig. 2 zeigt einen Teil einer Vorrichtung 200 zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres 206. Dabei zeigt die Fig. 2 im oberen Teil den Zustand des doppelwandigen Glasrohres 206 und der entsprechenden
Kontaktierung mit dem Heizleiter 202, 204 vor einer Verformung und vor dem Verschließen des doppelwandigen Glasrohres. Im Gegensatz dazu ist im unteren Teil der Fig. 2 das doppelwandige Glasrohr 206 nach der Verformung und nach dem luftdichten des Glasrohres gezeigt. Die beiden Heizleiter 202, 204 des Beispiels der Fig. 2 sind derart ausgeführt sein, dass ihre Kontur das zu
verschließende Glasrohr 206, insbesondere das äußere Teilrohr 201
formschlüssig aufnimmt. Das doppelwandige Glasrohr wird durch die beiden Heizleiter teilweise in seinem Umfang umschlossen und an der Kontaktfläche findet der gewünschte Wärmeübergang statt. Es wird dabei also ein Formschluss zwischen den beiden Heizleitern und dem äußeren Glasrohr des doppelwandigen Glasrohres erzeugt, so dass eine besonders gute Wärmeleitung von dem
Heizleiter auf das Glasrohr möglich ist. Fig. 2 zeigt in einem Querschnitt das äußere Glasrohr 201 und das innere Glasrohr 203. Ebenso ist ein erster Heizleiter 202 und ein zweiter Heizleiter 204 jeweils in Aufheizposition, das heißt in Kontakt mit dem doppelwandigen Glasrohr 206, im oberen Teil der Fig. 2 gezeigt. Dabei bezeichnet der Pfeil 205, dass eine Relativbewegung, insbesondere eine
Relativrotation zwischen den Heizleitern 202, 204 und zwischen dem
doppelwandigen Glasrohr 206, erzeugt wird.
Im unteren Teil der Fig. 2 ist das äußere Glasrohr 201 nach der Verformung gezeigt und ebenso ist das innere Glasrohr 203 nach der Verformung gezeigt. Ebenso ist im unteren Teil der Fig. 2 der erste Heizleiter 202 in
Verformungsposition gezeigt und auch der zweite Heizleiter 204 ist in
Verformungsposition in Fig. 2 dargestellt. Mit anderen Worten ist diese Vorrichtung dazu ausgeführt, ein an dem Halteelement (nicht gezeigt in Fig. 2) fixiertes und durch die Heizleiter 202, 204 elektro-konduktiv erwärmtes, doppelwandiges Glasrohr 206 an einem Ende des Glasrohres derart zu verformen, dass das erste Ende des doppelwandigen Glasrohres luftdicht verschlossen wird. Dieser Zustand ist im unteren Teil der Fig. 2 dargestellt. Dabei sei angemerkt, dass der erste Heizleiter 202 in seiner Position im oberen Teil der Fig. 2 identisch ist mit dem Heizleiter 202 in der Verformungsposition im unteren Teil der Fig. 2. Gleiches gilt für den zweiten Heizleiter 204 gezeigt im oberen Bild und den zweiten Heizleiter 204 gezeigt im unteren Bild der Fig. 2. Die Vorrichtung 200 ist zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem doppelwandigen Glasrohr und den Heizleitern 202, 204 ausgeführt, wodurch das Verformen des doppelwandigen Glasrohres an dem ersten Ende verursacht wird. Dabei ist im unteren Teil der Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 207 gezeigt, dass aufgrund der Verschiebung der beiden
Heizleiter am Ende des Verfahrens diese näher zueinander angeordnet sind als zu Beginn des Verfahrens, wie es im oberen Teil der Fig. 2 gezeigt ist. In diesem Beispiel der Fig. 2 werden die beiden Heizlader jeweils in radialer Richtung aufeinander zubewegt. Dies kann beispielsweise durch eine hydraulische oder pneumatische Mechanik zur Erzeugung der Bewegung realisiert werden. Eine beispielhafte Ausführungsform ist anhand der Fig. 3 erläutert.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 300 zum
vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres. Dabei wird die Vorrichtung 300 mittels ihrer Komponenten und Funktionalitäten mit dem
doppelwandigen Glasrohr beschrieben, wodurch strukturelle und funktionale Merkmale und Eigenschaften der Vorrichtung 300 angegeben sind. Dabei weist die Vorrichtung 300 einen ersten oberen Heizleiter 301 für das Außenrohr auf und ist in Fig. 3 in der Aufheizposition gezeigt. Ebenso weist die Vorrichtung 300 einen unteren Heizleiter für das Außenrohr auf, welcher ebenso in Aufheizposition dargestellt ist. Die Vorrichtung weist einen oberen Pneumatikzylinder 303 auf, mittels welchem eine Vertikalbewegung des oberen Heizleiters erzeugt werden kann. Diese Translationsbewegung ist mit dem Pfeil 311 in Fig. 3 angedeutet. Das äußere Glasrohr ist mit 304 und das innere Glasrohr mit 305 in Fig. 3 dargestellt. Ebenso sind Elektroanschlüsse 306 und 307 auf der rechten und linken Seite der Vorrichtung 300 angeordnet. Wie der Fig. 3 entnommen werden kann, ist der untere Heizleiter 302 in Form eines Teilzylindermantels ausgeführt und stellt ein Halteelement für das doppelwandige Glasrohr bereit. Ebenso fixiert der obere Heizleiter 301 die Position des doppelwandigen Glasrohres. Der untere
Pneumatikzylinder 309 ermöglicht in analoger Weise zum oberen
Pneumatikzylinder 303 eine Translationsbewegung des unteren Heizleiters. Dabei ist eine Grundplatte 308 in der Vorrichtung 300 vorhanden, auf welcher seitlich Führungsstäbe 310 angeordnet sind, welche die Translationsbewegungen der Heizleiter, die durch die Pneumatikzylinder 303 und 309 erzeugt werden, führen. Gemäß einem weiter ausgebildeten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der Fig. 3 ist eine Rollenführung in der Vorrichtung 300 vorhanden, welche eine Rotation des doppelwandigen Glasrohres während der Erwärmung erzeugen kann. Eine entsprechende elektrische Ansteuerung aller Komponenten, insbesondere der Pneumatikzylinder und der Rotationsvorrichtung, kann ebenfalls enthalten sein. Ebenso ist der Fig. 3 zu entnehmen, dass die beiden Teilzylindermäntel, in Form des ersten und zweiten Heizleiters, in direktem und formschlüssigen Kontakt und der Ummantelung des äußeren Glasrohres ausgeführt sind. Insgesamt ermöglicht diese Vorrichtung die Reduzierung der Evakuierzeiten bei der Herstellung von Solarkollektoren, insbesondere bei der vakuumdichten Verschließung des doppelwandigen Glasrohres, das als Solarkollektor verwendet wird.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 400 zum
vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohres. Die Vorrichtung 400 weist einen oberen Heizleiter 401 für das Außenrohr und einen Heizleiter 402 für das Innenrohr auf. Dabei ist das Außenrohr mit 403 bezeichnet und das
Innenrohr ist mit 404 bezeichnet. Ebenso ist der untere Heizleiter 405 für das Außenrohr 403 in der Fig. 4 dargestellt. Die Buchse 406 wird zur Isolation verwendet. Die Buchse 406 hat die Funktion eines elektrischen Isolators. Der
Benutzer der Erfindung kann das Material der Buchse 406 bedarfsgerecht wählen. Aufgrund der relativ hohen Prozesstemperaturen kommen Isolatoren z.B. aus Kunststoff meist nicht in Betracht. Gut geeignet sind beispielsweise
oxydkeramische Materialien, z.B. Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid, Siliziumdioxid, oder deren Mischungen. Darüber hinaus kommt noch die
Substanzklasse der Alumo-Silikate in Betracht, z.B. Mullit und Kordierit. Die Stromversorgungseinheit 407 ist vorzugsweise als Gleichstromquelle/
Gleichstromprozess ausgeführt. Aufgrund von möglichen Plasmadurchschlägen sollten ca. 800 Volt nicht überschritten werden. In manchen Fällen sind aber auch Spannungen größer als 800 Volt möglich. Prozesstaugliche Arbeitsspannungen in Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand der Heizleiter, deren
Querschnittsfläche und der Länge liegen im Bereich 20 bis 400 Volt. Eine
Ausführung als Wechselstromeinheit ist ebenfalls möglich und insbesondere dann angezeigt, wenn höhere Spannungsniveaus gefahren werden sollen. Damit können eventuelle Plasmaüberschläge reduziert werden.
Die Vorrichtung 400 der Fig. 4 weist eine Konsole 408 aus mineralischem
Werkstoff auf, der bis 1400°C elektrisch isolierend ist. Dabei können
unterschiedliche Materialien zum Einsatz kommen. Dabei ist der obere, zuvor beschriebene Teil der Fig. 4 derjenige Zustand der erfindungsgemäßen
Vorrichtung innerhalb der Aufheizphase. Im unteren Teil der Fig. 4 wird nun der Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung 400 innerhalb der
Verformungsphase dargestellt. Dabei ist das Außenrohr 409 in seiner verformten Konfiguration dargestellt. Ebenso ist der obere Heizleiter für das Außenrohr 401 in einer nach unten bewegten Position dargestellt. Der Heizleiter für das Innenrohr 402 ist ebenso im unteren Teil dargestellt sowie auch das Innenrohr 404 und der untere Heizleiter 405 für das Außenrohr. Die Konsole 408 ist ebenso im unteren Teil der Fig. 4 dargestellt. Das Gleiche gilt für die Buchse 406 und System 407.
Die vorliegende Erfindung lässt sich grundsätzlich für verschiedene Arten eines Verfahrens zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohrs nutzen und ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des
Patentanspruchs 1 und der abhängigen Patentansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus der Zeichnung ergeben, miteinander zu kombinieren. Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener
Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den
Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen
Glasrohrs mit einem inneren Glasrohr und einem äußeren Glasrohr, das Verfahren aufweisend die Schritte
Bereitstellen des doppelwandigen Glasrohrs innerhalb einer Vakuumkammer bei einem gewünschten Unterdruck innerhalb der Vakuumkammer (S1),
elektro-konduktives Erwärmen des äußeren und/oder des inneren Glasrohres an einem ersten Ende des doppelwandigen Glasrohrs mittels zumindest einem Heizleiter (S2), und
Verformen des elektro-konduktiv erwärmten Glasrohres an dem ersten Ende des doppelwandigen Glasrohrs derart, dass sich das äußere Glasrohr und das innere Glasrohr berühren und dadurch das erste Ende des doppelwandigen Glasrohrs luftdicht verschlossen wird (S3).
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei das elektro-konduktive Erwärmen und das Verformen durch den zumindest einen Heizleiter innerhalb der Vakuumkammer erfolgen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , das Verfahren weiterhin aufweisend den Schritt
Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem doppelwandigen Glasrohr und dem Heizleiter wodurch das Verformen des doppelwandigen Glasrohres an dem ersten Ende verursacht wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei in dem Verfahren mindestens zwei Heizleiter verwendet werden, das Verfahren weiterhin aufweisend die Schritte
zumindest teilweises Ummanteln des äußeren Glasrohres mittels des ersten Heizleiters,
zumindest teilweises Ummanteln des äußeren Glasrohres mittels des zweiten Heizleiters, und
Verschieben der beiden Heizleiter senkrecht zu einer Längsachse des doppelwandigen Glasrohres zum Verformen und luftdichten Verschließen des elektro-konduktiv erwärmten Glasrohrs.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Heizleiter aus Keramik, insbesondere aus Silizium infiltriertes Siliziumkarbid (SiSiC) ist.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das elektro-konduktive Erwärmen durch ein direktes Anlegen des Heizleiters auf eine Oberfläche des doppelwandigen Glasrohres und nach einem Evakuierungsvorgang der Vakuumkammer erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, das Verfahren weiterhin aufweisend den Schritt
Evakuieren eines Volumens, welches sich zwischen dem inneren Glasrohr und dem äußeren Glasrohr befindet.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, das Verfahren weiterhin aufweisend den Schritt
Erzeugen einer Rotationsbewegung des inneren und äußeren Glasrohrs während des elektro-konduktiven Erwärmens relativ zu dem Heizleiter.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, das Verfahren weiterhin aufweisend den Schritt
Aufdampfen einer Zusatzschicht, insbesondere einer Antireflexionsschicht, auf einer äußeren Oberfläche des doppelwandigen Glasrohrs vor dem Verformen und luftdichten Verschließen des Glasrohrs.
10. Vorrichtung (300) zum vakuumdichten Verschließen eines doppelwandigen Glasrohrs mit einem inneren Glasrohr (305) und einem äußeren Glasrohr (304), die Vorrichtung aufweisend
eine Vakuumkammer zur Bereitstellung eines gewünschten Unterdrucks innerhalb der Vakuumkammer,
ein Halteelement (301 , 302) zur Fixierung eines doppelwandigen Glasrohrs innerhalb der Vakuumkammer,
zumindest einen Heizleiter (301 , 302) zur elektro-konduktiven Erwärmung des doppelwandigen Glasrohrs, und
wobei die Vorrichtung dazu ausgeführt ist, ein an dem Halteelement fixiertes und durch den Heizleiter elektro-konduktiv erwärmtes, doppelwandiges Glasrohr an einem Ende des Glasrohrs derart zu verformen, dass das erste Ende des doppelwandigen Glasrohrs luftdicht verschließbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, die Vorrichtung weiterhin aufweisend
einen ersten Teilzylindermantel als ersten Heizleiter,
einen zweiten Teilzylindermantel als zweiten Heizleiter, und
wobei beide Teilzylindermäntel zur direkten und formschlüssigen
Kontaktierung und Ummantelung eines äußeren Glasrohres eines vom
Halteelement fixierten doppelwandigen Glasrohres ausgeführt sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , die Vorrichtung weiterhin aufweisend
eine erste pneumatische Vorrichtung (303),
eine zweite pneumatische Vorrichtung (309),
wobei die erste pneumatische Vorrichtung dazu ausgeführt ist, den ersten Heizleiter in Richtung des zweiten Heizleiters zu bewegen, und wobei die zweite pneumatische Vorrichtung dazu ausgeführt ist, den zweiten Heizleiter in Richtung des ersten Heizleiters zu bewegen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
wobei der Heizleiter dazu ausgeführt ist eine Bewegung (311) während des elektro-konduktiven Erwärmens derart durchzuführen, dass die Verformung und der Verschluss des doppelwandigen Glasrohres erreicht werden.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
wobei das Halteelement durch den zumindest einen Heizleiter, vorzugsweise in Form eines Teilzylindermantels, bereitgestellt wird.
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