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Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zum vakuumdichten Fügen von Glasscheiben in deren Randbereich zur Herstellung von Vakuum-Isolier-Glas.
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Für Verglasungen von Gebäuden werden derzeit Doppel- und Dreifachverglasungen verwendet, mit einem Scheibenzwischenraum im Bereich von 5 bis 10 mm, mit Luft oder Edelgas als Isolierschicht zwischen den Scheiben und mit Wärmeschutzschichten auf den Glasoberflächen. Eine weitere Form der Verglasung im Hinblick auf deutlich erhöhte Wärmedämmwerte besteht darin, den Scheibenzwischenraum anstelle Edelgasfüllung auf einen Druck kleiner 10–3 mbar zu evakuieren. Diese Form der Verglasung wird allgemein als Vakuum-Isolierglas (VIG) bezeichnet.
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Ein Vakuum-Isolierglas umfasst zwei Glasscheiben, die in ihrem Randbereich umlaufend miteinander vakuumdicht verbunden sind. Zwischen beiden Glasscheiben besteht ein Zwischenraum im Bereich von üblicherweise 0,5 bis 1,2 mm. Dieser ist zur Verringerung der Wärmekonvektion auf den oben genannten Druckbereich evakuiert. Zur Herstellung der Verbindung werden zwei Glasscheiben übereinander und durch Abstandshalter voneinander beabstandet positioniert und in deren Randbereich entlang einer Verbindungslinie umlaufend miteinander verbunden.. Zur Verminderung der Wärmeabstrahlung können eine oder beide Glasscheiben spezielle Funktionsschichten oder Schichtsysteme, z. B. IR-reflektierende oder Low-E-Schichtsysteme aufweisen.
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Aufgrund des Vakuums im Scheibenzwischenraum ist es erforderlich, diesen durch Abstandshalter zu stabilisieren, die über die gesamte Fläche verteilt zwischen den Scheiben angeordnet sind. Diese sind üblicherweise kugel- oder zylinderförmig und meist aus Metall oder Glaszylindern, um einerseits die mechanische Belastbarkeit zu gewährleisten, andererseits auch hinreichend klein gestaltet werden können, um die thermischen Eigenschaften des Verbundsystems nicht relevant verschlechtern und gleichzeitig aus einem bestimmten Abstand auch optisch nicht mehr wahrgenommen werden zu können.
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Die kritische Komponente von Vakuum-Isolierglas ist die vakuumdichte Abdichtung des Verbundes der beiden Glasscheiben in ihrem Randbereich. Diese muss zum einen mechanischen Belastungen widerstehen, die z. B. aufgrund des Eigengewichts und unterschiedlicher thermischer Ausdehnung der beiden Scheiben an sich und der verbindenden Komponenten auftreten können. Bekannt ist der Verbund von zwei Glasscheiben über ein streifenförmiges, metallisches Randprofil, welches mit beiden Glasscheiben verbunden ist. Die Glas-Metall-Verbindung erfolgt durch Ultraschall-Schweißen, Löten mit Glas- oder Metalllot oder Klebeverfahren in einem ein- oder zweistufigen Verfahren (
DE 20 2010 007 081 ). Hier erweist es sich jedoch als nachteilig, dass diese Ausführung mit Verbund- oder Einscheibensicherheitsglas nicht möglich ist, da die für die Verbindung nötige Aufheizung der gesamten Scheibe deren Festigkeit herabsetzt. Auch die Verwendung von Funktionsschichten ist begrenzt auf solche, deren optische Eigenschaften sich in dem betreffenden Temperaturbereich von über 600°C als stabil erweisen.
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Die Evakuierung des Scheibenzwischenraumes erfolgt derzeit entweder nach dem Verbund der beiden Glasscheiben über Saugstutzen im Sichtbereich der Scheibe, der ebenso nachteilig ist wie die lange Evakuierungszeit pro Scheibe. Alternativ werden seit einiger Zeit Versuche unternommen, das Verschweißen der Randprofile mit den Scheiben in einer Druckkammer unter Vakuum vorzunehmen (BINE Informationsdienst des FIZ Karlsruhe „projektinfo 01/08”, ISSN 0937-8367). Dieses Verfahren erfordert viele aufeinanderfolgende Arbeitsschritte, die aufwändig und fehleranfällig sind und deren Qualität unter Vakuum nicht einzeln geprüft werden kann. Zudem ist die Bereitstellung der Scheiben, der Abstandshalter und der passgenauen Metallrahmen sowie deren präzise Handhabung und Positionierung unter Vakuum notwendig. Aufgrund des aufwändigen Verfahrens erweist es sich insbesondere für die üblichen Scheibengrößen von ein bis einigen Metern Kantenlänge als schwierig, kostenaufwändig und schwer reproduzierbar.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zum vakuumdichten Fügen von Glasscheiben in deren Randbereich zur Herstellung von Vakuum-Isolier-Glas anzugeben, mit dem auch für große Scheibenabmessungen, für große Stückzahlen und zudem kostengünstiger als mit den bekannten Verfahren ein dauerhaft vakuumdichter Verbund der Glasscheiben herstellbar ist.
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Es wird ein Verfahren angegeben, mit welchem die Herstellung der Verbindung zwischen den miteinander zu verbindenden zwei oder mehr Glasscheiben, die zuvor zueinander positioniert sind, in nur einem Verfahrensschritt erfolgt, der alle miteinander zu verbindenden Glasscheiben gleichzeitig behandelt. Als Behandeln wird dabei in Abhängigkeit vom verwendeten Verfahren die Erwärmung der Glasscheiben, der Glasscheibenoberfläche und/oder von Verbindungsmitteln unterschiedlicher Art verstanden.
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Mittels zumindest eines auslenkbaren Energiestrahls wird der Randbereich der zu verbindenden Glasscheiben entlang der herzustellenden Verbindungslinie überstrichen und dabei zumindest abschnittsweise auf die erforderliche Temperatur erhitzt, so dass zumindest eine der beiden Glasscheiben im Randbereich oder ein Verbindungsmittel verflüssigt wird oder zumindest die thermischen Bedingungen für eine stoffschlüssige Verbindung erreicht werden. Erfindungsgemäß erfolgt das Verbinden unter Vakuum, wobei sich auch der Strahlaustritt des Energiestrahls direkt im Vakuum befindet.
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Auf diese Weise kann nach der Positionierung der Glasscheiben, die gegebenenfalls auch die Positionierung von Zusatzwerkstoffen umfasst, in nur einem Verfahrensschritt und damit unter ungebrochenem Vakuum die Verbindung der Glasscheiben erfolgen.
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Für eine solche Verfahrensweise ist es vorteilhaft, wenn entsprechend besonderer Ausgestaltungen die Verbindung der Glasscheiben durch Schweißen oder alternativ durch Löten unter Verwendung eines zwischen den Scheiben positionierten Lots erfolgt. Beide Verfahren erzielen innerhalb des Vakuums eine stoffschlüssige Verbindung Glas-Glas, Glas-Zusatzwerkstoff-Glas oder Glas-Lot-Glas durch zumindest abschnittsweise und zumindest oberflächliche Erwärmung der aneinandergrenzenden Materialien innerhalb des Verfahrensschritts.
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In der nachfolgenden Beschreibung ist unter Schweißen die stoffschlüssige Verbindung der Glasscheiben mit und ohne Zusatzwerkstoffe durch lokal auf den Randbereich begrenztes Erhitzen des Glases bis zum vollständigen oder oberflächigen Verflüssigen in diesem Bereich und das Verbinden beim Erkalten und Verfestigen des Glaswerkstoffs zu verstehen. Als Zusatzwerkstoff ist dabei z. B. ein Zwischenelement zu verstehen, das in die zumindest oberflächlich angeschmolzene Glasscheibe einsinkt und auf diese Weise die stoffschlüssige, vakuumdichte Verbindung herstellt.
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Im Unterschied dazu wird beim Löten zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung ein zwischen den Glasscheiben entlang der Verbindungslinie angeordnetes Lot soweit erhitzt, dass es in die flüssige Phase übergeht oder oberflächlich in den Glaswerkstoff diffundiert (Diffusionslöten). Der Glaswerkstoff selbst muss hierbei nicht die Schmelztemperatur erreichen. Als Lot kommen solche Materialien infrage, die sich mit dem Glas verbinden und die dabei vorzugsweise eine geringere Schmelztemperatur als das Glas aufweisen.
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Das nachfolgend im Detail erläuterte Verfahren ermöglicht es durch eine gut dosierbare und sehr schnelle Aufheizung eines sehr kleinen Randbereiches auf einer großen Länge entlang der Verbindungslinie, die Scheibentemperatur insgesamt niedrig genug zu halten, z. B. um die Funktionsschichten auf den Glasscheiben außerhalb des Randbereiches nicht zu schädigen. Dabei macht man sich die Eigenschaft des schnell auslenkbaren und dosierbaren Energiestrahls zu Nutze, in einen genau definierten Bereich gleichmäßig große Energiemengen in die Oberfläche der Glasscheibe bzw. in das Glaslot einzutragen.
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Begünstigend wirkt sich der Umstand aus, dass Glas eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist, und damit eine schichtschädigende Erwärmung außerhalb des Randbereiches bei entsprechend kurzer Erwärmungszeit vermieden werden kann. Dies wird verstärkt, wenn mehr als ein Energiestrahl gleichzeitig eine große Länge der zu verbindenden Glaskanten aufheizt.
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Auch die mechanischen Belastungen der Scheiben infolge thermischer Spannungen in der Scheibe können durch den lokal scharf begrenzbaren Energieeintrag und sehr schnelle, kurzzeitige Erwärmung deutlich reduziert werden.
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Die Verwendung von Schweiß- oder Lötverfahren ermöglichen es, dass außer den vakuumdicht zu verkapselnden Scheiben und den im Sichtbereich notwendigen Abstandshaltern keine weiteren mechanischen Teile zur Verbindung benötigt werden. Damit sind neben der Verminderung des Arbeits-, Material- und Kostenaufwandes zum einen die Anfälligkeit des vakuumdichten Verbundes reduzierbar und zum anderen die gestalterischen Einbaumöglichkeiten zu verbessern. Insbesondere sind durch Wegfall des vorkonfektionierten Metallrahmens und die steuerbare Ablenkbarkeit des Energiestrahls die zu verbindenden Formatgrößen und -formen frei wählbar.
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Eine Vorrichtung, die zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist, umfasst zumindest eine Vakuumkammer, in welcher die zu verbindenden und durch Abstandshalter voneinander beabstandet positionierten Glasscheiben gehalten werden. Sie umfasst weiter in der Vakuumkammer zumindest eine Vorrichtung zur Erzeugung des oder aber der Strahlaustritt eines Energiestrahls, beides nachfolgend als Strahlvorrichtung bezeichnet. Diese ist so angeordnet, dass der Energiestrahl direkt auf den gesamten Randbereich ausrichtbar und daran entlang auslenkbar ist und infolge dessen das Glasscheibenpaar in seinem Randbereich entlang einer Verbindungslinie bis zur Herstellung der Verbindung gemäß obiger Beschreibung der verwendeten Verbindungsverfahren erhitzbar ist.
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Als direkte Ausrichtung auf den Randbereich des Glasscheibenpaares ist dabei zu verstehen, dass der Strahl direkt in der Kammer austritt und keine streuenden oder absorbierenden Fenster der Vakuumkammer durchdringen muss. Diese Anordnung von Strahlvorrichtung und Glasscheiben innerhalb einer Vakuumkammer ermöglicht den oben beschriebenen hohen, lokal gut begrenzbaren und variabel auslenkbaren Energieeintrag in den Randbereich der Glasscheiben.
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Als Energiestrahl kommt entsprechend verschiedener Ausführungsformen des Verfahren und der Vorrichtung ein Laserstrahl oder Elektronenstrahl in Betracht. Beide sind in der ausreichenden Geschwindigkeit auslenkbar und weisen die erforderlich hohe Energiedichte im Auftreffpunkt des Strahls, dem Spot, in einer variabel einstellbaren Lage im Randbereich verschiedener Scheibenformate auf. Zudem unterstützt die Fokussierbarkeit und Defokussierbarkeit beider Energiestrahlen die Variabilität des Spots.
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Eine Elektronenstrahlkanone als Quelle des Elektronenstrahls bietet zudem den Vorteil dass sie innerhalb der Vakuumkammer angeordnet werden kann und die für den Scheibenverbund notwendigen Drücke < 10–3 mbar auch den Arbeitsbedingungen des Elektronenstrahls entsprechen. Vorteilhaft für den Elektronenstrahl sind weiterhin die Erzielbarkeit sehr hoher Energiedichten mit definierten sehr geringen Eindringtiefen und die extrem schnelle Ablenkbarkeit ohne mechanisch bewegte Teile..
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Eine Laserstrahl-Vorrichtung kann innerhalb, bevorzugt auch außerhalb der Vakuumkammer angeordnet werden, wobei dann die Übertragung in die Kammer mit einem Lichtleiter erfolgen kann, so dass die Strahlvorrichtung in diesem Fall der Austritt des Lichtleiters in der Vakuumkammer ist.
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Aufgrund der Anordnung der Strahlvorrichtung innerhalb der Vakuumkammer ist auch die Ausrichtung des Energiestrahls sehr variabel vorzunehmen. So ist der Strahl von oben, von der Seite oder auch mit einem Winkel zwischen diesen beiden Richtungen auf den Randbereich ausrichtbar. Für das Löten, bei dem nur das Schmelzen des Lots erforderlich ist, ist so auch eine Ausrichtung des Energiestrahls in den Scheibenzwischenraum direkt auf das Lot möglich. Die Nutzbarkeit der Strahlvorrichtung im Vakuum ermöglicht ebenfalls die Einbringung mehrerer Strahlquellen an verschiedenen Positionen, um synchron verschiedene Randbereiche der zu fügenden Scheiben bzw. des Lotes aufheizen zu können.
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Aufgrund der schnellen Ablenkbarkeit, der Fokussierbarkeit bzw. Defokussierbarkeit und/oder dem parallelen Betrieb mehrerer Strahlvorrichtungen ist es entsprechend weiterer Ausgestaltungen des Verfahrens möglich alternativ den Randbereich in einem lokalen Spot zu erhitzen, welcher durch Auslenkung des Energiestrahls entlang der Verbindungslinie der Glasscheiben geführt wird, oder den Randbereich entlang der gesamten Verbindungslinie mittels zumindest eines ausreichend schnell ausgelenkten Energiestrahls gleichzeitig zu erhitzen. In erstem Fall wird der Rand einer oder beider Scheiben oder das Lot im Bereich des Spots lokal aufgeschmolzen und verbunden und dieser Vorgang entlang der Verbindungslinie über die gesamte Scheibenkannte fortgesetzt. Im zweiten Fall erfolgen das Aufschmelzen und damit das Fügen entlang der gesamten Verbindungslinie gleichzeitig.
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Die beschriebenen Eigenschaften des Energiestrahls gestattet es des Weiteren, dass das Erhitzen und Fügen während einer gleichzeitig dazu ablaufenden Bewegung der zueinander positionierten und in dieser Relativposition verbleibenden, d. h. simultan bewegten Glasscheiben erfolgt. Solch eine Bewegung kann z. B. zur Unterstützung der Auslenkung des Energiestrahls oder bei der Ausführung des Verfahrens im kontinuierlichen Durchlaufverfahren sinnvoll sein.
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Die Ablenkung des zumindest einen Energiestrahls und der Positionierung dessen Austritts direkt im Vakuum ermöglichen zudem große Freiheitsgrade hinsichtlich der zu fügenden Scheibenformate und hinsichtlich der Lage und Form der Verbindungslinie. Das Verfahren ermöglicht das Fügen variabler Scheibenformate und Scheibenkonturen in einer kompakten Vorrichtung und ist unempfindlicher gegenüber Positionsabweichungen der zu fügenden Glasscheiben.
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Zur Unterstützung des Verfahrens insbesondere auch für variable Scheibenformate, für die Temperaturregelung und auch für die Ausführung bei bewegten Substraten kann eine Positionsmessung des Randbereichs der Glasscheiben erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerung der Energiedichte und/oder der Auslenkung des Energiestrahls aufgrund Positions- und Temperaturmessung vorgenommen werden. Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung in der Vakuumkammer oder auch außerhalb davon geeignete Sensoren.
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Diese Messungen können beispielsweise durch ein Kamerasystem ausgeführt werden. Mit diesem Kamerasystem ist es möglich, auf optischem Weg die Lage und Temperatur der zu fügenden Scheibenkanten zu erkennen und daraus die Energiedichte und Position des Energiestrahl automatisch steuern zu können, um unabhängig von Lage- und Scheibenformat und Scheibenkontur das Fügen durchführen zu können.
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Alternativ kann bei Verwendung einer Elektronenstrahlvorrichtung auch das bekannte Verfahren mittels Rückstreuelektronenbild zur Positionsbestimmung verwendet werden. Hierbei wird jenes Bild zur Positionsbestimmung verwendet, welches durch Elektronen erzeugt und im Rückstreubereich aufnehmbar ist, die von der Elektronenstrahlvorrichtung auf die Glasscheiben geschossen und von diesen zurück gestreut wurden. Ein derart aufgenommenes Rückstreuelektronenbild ist charakteristisch für die jeweilige Position der Glasscheiben.
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Die beschriebenen Eigenschaften und Optionen des Verfahrens gestatten des Weiteren dessen Ausführung im Durchlaufprinzip in einer entsprechend konfigurierten Durchlaufanlage, durch welche die Scheiben mittels einer Transportvorrichtung transportiert werden. Dabei erfolgt das Erhitzen des Randbereichs bei stillstehenden oder bewegten, zueinander positionierten Scheiben. Aufgrund der Auslenkbarkeit der Energiestrahlen ist die Ausführung des Verfahrens für beide Varianten möglich. Die Bewegung an sich und auch die Bewegungsform sind zumindest dann unerheblich, wenn eine Strahlführung erfolgt, die durch Positionsmessungen oder Kameraführung unterstützt wird.
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Eine Durchlaufanlage ist grundsätzlich dadurch charakterisiert, dass eingangs der Anlage die Bestückung mit den zu verarbeitenden Komponenten, hier zumindest den Glasscheiben, erfolgt, diese mittels des genannten Transportsystems durch die Anlage hindurch transportiert und dabei in verschiedenen aufeinander folgenden Stationen bearbeitet werden. Im vorliegenden Fall erfolgt der Transport durch zumindest eine Vakuumkammer, in der das Fügen der Glasscheiben wie oben beschrieben unter Vakuum erfolgt. Ergänzend sind weitere Schritte möglich, wie z. B. die passgenaue Positionierung der Scheiben übereinander mit einem Abstand zueinander oder der Positionierung eines Lots entlang der Verbindungslinie, wobei der Abstand entweder durch die zuvor platzierten oder hergestellten Abstandshalter oder durch ein aufgelegtes Lot bestimmt wird.
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Eine dazu verwendbare Vorrichtung umfasst in einer Vakuumkammer Mittel zum Positionieren der zu verbindenden Glasscheiben zueinander und/oder zum Positionieren eines Lots zwischen den Glasscheiben in deren Randbereich.
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Die beschriebenen und weitere Arbeiten können in Abhängigkeit von den Arbeiten an sich, von den Scheibengrößen oder weiteren Prozessparametern in einer oder auch in mehreren, aufeinander folgenden Kammern oder Vakuumkammern der Durchlaufanlage ausgeführt werden. Z. B. können die Scheiben in einer separaten, dem Fügen vorgelagerten Kammer vorbehandelt oder gereinigt werden.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt in
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1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Strahlvorrichtung zur Erzeugung zumindest eines Energiestrahls, der auf den Randbereicht zu dessen Erhitzung gerichtet ist,
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2A, 2B den Randbereich eines Glasscheibenpaares vor und nach dem Fügen mittels Schweißen,
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3A, 3B den Randbereich eines Glasscheibenpaares vor und nach dem Fügen mittels Schweißen durch oberflächliches Anschmelzen der Glasscheiben und unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffs,
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4A, 4B den Randbereich eines Glasscheibenpaares vor und nach dem Fügen mittels Löten durch Schmelzen des Lots, und
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5 einen Abschnitt einer Durchlaufanlage zur Ausführung des Verfahrens.
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Die Vorrichtung zum vakuumdichten Fügen von Glasscheiben gemäß 1 umfasst eine Strahlvorrichtung 1, im Ausführungsbeispiel eine Elektronenstrahlkanone, die über zwei miteinander in ihrem Randbereich 6 zu fügenden Glasscheiben 5 angeordnet ist. Die beiden Glasscheiben sind mittels einer Vielzahl von Abstandshaltern (nicht dargestellt) zwischen den Glasscheiben oder mittels eines zwischengelegten Lots (nicht dargestellt) passgenau mit einem Zwischenraum 9 übereinander liegend angeordnet. Der Randbereich dieser beiden Glasscheiben 5 mit Abstandshaltern 11 und dem nachfolgend beschriebenen Energiestrahl 3 ist in 2A dargestellt.
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Der Strahlaustritt 2 der Strahlvorrichtung 1 ist auf die Glasscheiben 5 gerichtet, so dass der austretende Energiestrahl 3, in diesem Fall der Elektronenstrahl auf den gesamten Randbereich 6 der Glasscheiben 5 auslenkbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Elektronenstrahlen emittiert, die auf zwei gegenüber liegenden Ecken bzw. Kanten der oberen Glasscheibe 5 gerichtet sind. Mittels der Elektronenstrahlauslenkung innerhalb der Strahlvorrichtung 1, d. h. der Elektronenstrahlkanone werden beide Energiestrahlen 3, d. h. Elektronenstrahlen gleichmäßig und in gleicher Richtung so ausgelenkt, dass sie eine Linie im Randbereich, als Verbindungslinie 7 bezeichnet gleichmäßig überstreichen und dabei erhitzen.
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Das kann wie oben beschrieben sukzessive mittels eines geführten Spots oder für die gesamte Verbindungslinie 7 gleichzeitig erfolgen. Für beide Varianten ist zudem eine Steuerung oder eine Regelung der Energiedichte und/oder der Geschwindigkeit der Auslenkung der Energiestrahlen mittels optischer Temperaturmessung des Randbereichs oder des Lots möglich.
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Das Verfahren ist am Beispiel der Verwendung eines Elektronenstrahls dargelegt. Die gleichen Aussagen treffen auch für die Verwendung eines Laserstrahls zu, wobei die Strahlvorrichtung als Austritt eines oder mehrerer Lichtwellenleiter ausgebildet ist. Die Lichtwellenleiter können auch in bevorzugten Formationen angeordnet sein, die dem Randprofil der Glasscheiben in besonderem Maße angepasst sind. Z. B. können sie kammartig angeordnet werden.
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Der mit der Vorrichtung gemäß 1 verschweißte Randbereich 6 der beiden Glasscheiben 5 ist in 2B dargestellt. Durch die Erhitzung des Randbereichs 6 der oberen Glasscheibe 5 bis zu deren Schmelzen sinkt deren Randbereich 6 auf die untere Glasscheibe 5 ab und verbindet sich beim Erkalten mit dieser zu einem vakuumdichten Verschluss. Gegebenenfalls, z. B. bei dünnen Glasscheiben 5 ist zumindest das Absinken der oberen Glasscheibe 5 bis auf die Abstandshalter 11 durch ein Zusammenpressen beider Glasscheiben 5 zu unterstützen. Im Zwischenraum 9 herrschen aufgrund der Ausführung des Verfahrens unter Vakuum dieselben Druckverhältnisse, bevorzugt ein Druck von 10–3 mbar oder darunter.
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3A und 3B zeigen eine alternative Ausführung einer Schweißverbindung, die unter Zwischenlegen eines Zusatzwerkstoffs, hier eines Zwischenelements 13, das derart temperaturstabil ist, dass es bei der oberflächlichen Aufschmelzung beider Glasscheiben 5 im Randbereich 6 nicht schmilzt und sich nicht sichtbar verformt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Energiestrahl 3 seitlich in den Zwischenraum 9 gerichtet, so dass die Glasscheiben 5 oberflächlich in dem Bereich, in dem sie an das Zwischenelement 13 angrenzen, schmelzen und der Glaswerkstoff beim Erkalten einen vakuumdichten Stoffverbund mit dem Zwischenelement 13 eingeht (3B). Durch das Anschmelzen der Glasscheiben 5 sinkt das Zwischenelement 13 so weit in beide Glasscheiben 5 ein, bis der Zwischenraum 9 auf die Höhe der Abstandshalter 11 zwischen den Glasscheiben 5 vermindert ist.
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4A und 4B stellt den Randbereich 6 eines Paares von Glasscheiben 5 dar, der mittels Löten verbunden wird. Das Lot 15, hier gleichermaßen mit einem viereckigen Querschnitt dargestellt, ist im Randbereich 6 zwischen den beiden Glasscheiben 5 positioniert und definiert den Zwischenraum 9 vor dem Löten. Durch Energiestrahlen 3, die sowohl in den Zwischenraum 9 und dort auf das Lot 15 sowie auf die obere Glasscheibe 5 auf die Verbindungslinie 7 gerichtet ist. Die Verbindungslinie 7 stellt jene virtuelle Linie dar, auf die ein oder mehrere Energiestrahlen zu richten sind, um die Verbindung im Randbereich mit der bevorzugten Breite herzustellen.
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Das Lot 15 weist eine solche Schmelztemperatur auf, dass zwar das Lot 15, nicht aber das Glas der Glasscheiben 5 unter Einwirkung der Energiestrahlen 5 geschmolzen oder verformt wird. Ist das Lot 15 geschmolzen, wird es unter dem Druck der oberen Glasscheibe 5, alternativ auch unter Einwirkung einer externen Druckkraft verformt (4B) bis der Zwischenraum auf die Höhe der Abstandshalter 11 vermindert ist und stellt nach seinem Erkalten eine vakuumdichte Verbindung zwischen den beiden Glasscheiben 5 her.
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5 stellt einen Abschnitt einer Vakuumkammer 21 einer Durchlaufanlage 20 dar, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist. Die Vakuumkammer 21 weist ein längs erstrecktes Gehäuse 22 auf, durch welches die Glasscheiben 5, als Paar übereinander positioniert in Transportrichtung 23 bewegt werden. Die Bewegung erfolgt mittels eines üblichen Transportsystems (nicht dargestellt) z. B. Rollen oder Walzen.
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Innerhalb eines Arbeitsbereiches 25, der in 5 durch gestrichelte Linien begrenzt ist, werden die Glasscheiben kurzzeitig gestoppt, die Energiestrahlen 3, die hier in den Umkehrpunkten ihres maximalen Auslenkbereichs 27 dargestellt sind und seitlich, gemäß 3A oder 4A auf den Randbereich 6 treffen, schmelzen diesen oder ein Lot 15 (nicht dargestellt) zur Herstellung des vakuumdichten Verschlusses, wie oben beschrieben.
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Alternativ kann die Bewegung der Glasscheiben 5 auch während des Schweißens oder Lötens fortgesetzt werden, gegebenenfalls mit verringerter Geschwindigkeit. Dabei wird die Auslenkung der Energiestrahlen 3 mit der Bewegung der Glasscheiben koordiniert. Dies kann durch eine optische Positionserfassung der Scheibenkanten, auch einzelner Referenzpunkte an den Kanten unterstützt werden. Dazu sind geeignete Sensoren oder Vorrichtungen zur Aufnahme eines Rückstreuelektronenbildes vorgesehen (nicht dargestellt). Es ist selbstverständlich, dass die Positionserfassung nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt ist, sondern in den verschiedensten Ausgestaltungen und zu verschiedenen Verfahrenssteuerungen verwendet werden kann.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 sind als Strahlvorrichtung 1 die Strahlaustritte 2 zweier Elektronenstrahlkanonen in zwei gegenüber liegenden Wandungen des Gehäuses 22 der Vakuumkammer 21 eingelassen, so dass die Strahlaustritte 2 innerhalb der Vakuumkammer 21 liegen.
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Eine Ausgestaltung des Verfahrens zum vakuumdichten Fügen von zwei Glasscheiben in einer Durchlaufanlage kann entsprechend der obigen Darlegungen folgendermaßen ablaufen.
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Zunächst werden die beschichteten bzw. unbeschichteten Glasscheiben 5 gereinigt und unter Verwendung zuvor auf der unteren Glasscheibe 5 positionierter oder zuvor wie oben beschrieben mittels Energiestrahl hergestellter Abstandshalter 11 passgerecht parallel übereinander platziert. Sofern das Fügen mittels Löten erfolgt, wird auch das Lot 15 entweder außerhalb oder innerhalb der Vakuumkammer 21 entlang des gesamten Randbereichs 6 positioniert. Gegebenenfalls kann eine Vorheizung der Glasscheiben 5 vor dem Fügen erfolgen. Diese Arbeitsschritte können entweder außerhalb der Vakuumkammer 21 oder in dieser erfolgen und sind Vorbereitung für das oben beschriebene Verfahren.
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Für das Fügen der Glasscheiben 5 an sich müssen die so platzierten Glasscheiben 5 in eine Vakuumkammer 21 transportiert werden. In der Vakuumkammer 21 werden die Glasscheiben 5 nun im Randbereich 6 mittels zumindest eines Energiestrahls 3 erhitzt und miteinander vakuumdicht verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Strahlvorrichtung
- 2
- Strahlaustritt
- 3
- Energiestrahl
- 5
- Glasscheibe
- 6
- Randbereich
- 7
- Verbindungslinie
- 9
- Zwischenraum
- 11
- Abstandshalter
- 13
- Zwischenelement
- 15
- Lot
- 20
- Durchlaufanlage
- 21
- Vakuumkammer
- 22
- Gehäuse
- 23
- Transportrichtung
- 25
- Arbeitsbereich
- 27
- Auslenkbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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