DE19507973C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Füllen von Hohlkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen von Hohlkörpern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Um Hohlkörper mit einem Füllgas oder Gasgemisch zu befüllen, werden verschiedene Verfahren angewendet. Bei der sogenannten Verdrängungstechnik wird ein Hohl­ körper beispielsweise am unteren und oberen Ende geöff­ net und mit dem Füllgas derart geflutet, daß eine Ver­ drängung der sich im Hohlkörper befindlichen Luft stattfindet. Hierbei kann die Befüllung mit einem Füllgas, das schwerer ist als Luft von unten erfolgen, so daß die Verdrängung durch eine Kolbenströmung er­ folgt. Um eine Durchmischung des Füllgases mit der Luft durch Turbulenzen zu verhindern, werden auch Vakuumfüllverfahren eingesetzt, bei denen die mit Füllgas zu befüllenden Hohlkörper evaku­ iert und anschließend mit dem Füllgas beschickt werden. Dieses Ver­ fahren wird beispielsweise bei der Herstellung von Isolierglasscheiben eingesetzt. Hierbei werden in der Regel mehrere Scheiben senkrecht auf einen Transportbock stehend und mit einer Öffnung im oberen Scheibenbereich in einen Vakuumbehälter gestellt. Der Vakuumbehälter wird mit der Isolierglasscheibe auf einen Druck von ca. 50 mbar evaku­ iert. Darauf wird er mit dem Füllgas geflutet, worauf sich sowohl der Va­ kuumbehälter als auch der Innenraum der Isolierglasscheiben mit Gas füllt. Anschließend wird die Öffnung der Isolierglasscheibe verschlos­ sen. Ein Verfahren, das nach einem derartigen Prinzip arbeitet, ist aus der DE-OS 34 02 323 bekannt. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß hohe Füllgasverluste entstehen, weil nicht nur die zu befüllenden Hohl­ körper beziehungsweise Isolierglasscheiben befüllt werden, sondern auch die Volumina zwischen den zu befüllenden Hohlkörpern. Das Ver­ fahren ist somit sehr kostspielig, da die Füllgase in der Regel sehr teuer sind.

Die DE-PS 3 18 774 beschreibt ein Verfahren, bei dem Hohlkörper in einem luftdicht verschließbaren Gefäß evakuiert werden, wonach in das Gefäß ein Füllgas gegeben wird. Nach Druckerhöhung mit dem Füllgas, welches gegenüber der Atmosphäre nur einen geringfügigen Unter­ druck aufweist, werden die Hohlkörper unter die Oberfläche einer Ab­ schlußflüssigkeit gebracht, worauf der Druck des Füllgases auf Atmo­ sphärendruck erhöht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vor­ richtung zu schaffen, mit denen eine Befüllung von Hohlkörpern ohne Füllgasverluste möglich ist.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 berücksichtigten Stand der Technik ist die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist es nun­ mehr möglich, mit einer einfachen Fülltechnik Füllgasverluste zu ver­ meiden.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 Eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Form.

Fig. 2 Eine in der Praxis bevorzugte Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine evakuierbare Umgebung 1 in Form eines Behälters dargestellt, der durch eine Leitung 2, welche eine Sonde 3 aufweist, die in den Behalter ragt, mit einem Füllgasspeicher 4 in Verbindung steht. An den Behälter sind eine Einlaßöffnung 5 mit einem Dosier­ ventil 6 sowie eine Leitung 7 angebracht, die an eine Pumpe 8 angeschlossen ist. Der Behälter weist einen Eingang 9 und einen Ausgang 10 in Form von vakuumdicht abschließenden Deckeln auf, welche das Ein- und Aus­ bringen eines Hohlkörpers 11 durch einen Rollengang 12 ermöglichen. Der Hohlkörper 11 besitzt an seinem unte­ ren Ende eine Öffnung 13, durch die die Sonde 3 einge­ führt werden kann. Weiterhin beinhaltet der Behälter Mittel, um die Öffnung 13 des Hohlkörpers 11 über der Sonde 3 zu arretieren, bzw. über der Öffnung zu zen­ trieren, die in der Fig. 1 nicht dargestellt sind. Desweiteren ist an dem Hohlkörper 11 eine Bohrung 14 angebracht, durch welche eine Druckmessung im Innenraum des Hohlkörpers 11 erfolgen kann.

In der Fig. 2 sind gleichen Vorrichtungsmerkmalen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet.

Sie unterscheidet sich von Fig. 1 in der Hauptsache dadurch, daß die Leitung 2, die zum Einführen der Sonde 3 dient nicht von unten, sondern von der Seite in den Behälter mündet. Demgemäß ist auch die Öffnung 13 des Hohlkörpers 11 seitlich angebracht. Des weiteren sind die Einlaßöffnung 5 und das Dosier­ ventil 6 an der Leitung 7 angebracht.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Isolierglas­ fertigung beispielhaft erläutert werden. Die als Isolierglasscheiben ausgebildeten Hohlkörper 11 werden gemäß Fig. 1 nach dem Zusammenbau senkrecht stehend über einem Rollengang 12 einer evakuierbaren Umgebung 1 in Form eines Behälters zugeführt, der in der automatischen Fertigungslinie integriert ist, aber auch außerhalb der Fertigungslinie angeordnet sein kann. Der Rollengang 12 mündet über den Eingang 9 in den Behälter, welcher in der Regel eine Isolierglas­ scheibe aufnehmen kann. Es ist natürlich auch eine Vorrichtung denkbar, bei der mehrere Isolierglasschei­ ben in einem Arbeitszyklus in den Behälter eingebracht werden können. Die sich an der unteren Seite der Iso­ lierglasscheibe befindliche Öffnung 13 wird genau über der Sonde 3 positioniert und arretiert. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Sonde 3 in einer seitlich angeordneten Öffnung 13 der Isolierglasscheibe eingeführt wird. Natürlich kann auch eine andere Anordnung gewählt wer­ den, in der die Scheiben beispielsweise horizontal gestapelt und seitlich befüllt werden. Es ist aber auch möglich, eine Öffnung 15 am oberen Scheibenrand anzu­ bringen. Für eine besonders schnelle Evakuierung ist es vorteilhaft, mehrere Öffnungen, die hier nicht darge­ stellt sind, anzubringen. Über die Bohrung 14 ist es möglich, den Druck in der Isolierglasscheibe zu messen.

Sie kann fakultativ an allen Seiten der Isolierglas­ scheibe, vorzugsweise aber auf der gleichen Seite wie die zur Befüllung und Evakuierung angebrachten Öff­ nungen 13 bzw. 15 angebracht sein. Daraufhin wird der Behälter mit der Isolierglasscheibe evakuiert. Der erreichte Enddruck wird dabei in der Regel ca. 50 mbar oder weniger betragen. Nach Erreichen des Enddruckes, der je nach den speziellen Erfordernissen unterschied­ lich gewählt werden kann, wird die Sonde 3 zur Befüllung der Isolierglasscheibe in die Öffnung 13 ein­ geführt, wodurch die Öffnung 13 gleichzeitig gasdicht abgeschlossen wird. Als Sonde 3 ist im Sinne der Erfin­ dung jede für die Befüllung geeignete Einrichtung zu verstehen, die den Innenraum der Isolierglasscheibe mit Füllgas versorgt. Bei der Befüllung von Isolier­ glasscheiben wird als Füllgas ein Gas geringer Wärme­ leitfähigkeit gewählt werden. Hierfür kommen insbeson­ dere Argon, Xenon, Krypton oder SF₆ in Betracht. Jedoch können mit dem Verfahren und der Vorrichtung auch ande­ re hochwertige Gase, wie Helium, und Gasgemische eindo­ siert werden, die anderen Anforderungen gerecht werden. Nachdem die Sonde 3 in die Öffnung 13 der Isolierglas­ scheibe eingeführt worden ist, wird der Innenraum der Isolierglasscheibe mit Füllgas und der Behälter über die Einlaßöffnung 5 mit Luft oder einem anderen billi­ gen Gas gefüllt. Die Befüllung geschieht dabei derart, daß der Druck im Innenraum der Isolierglasscheibe und im Behälter zu jedem Zeitpunkt der Befüllung zumindest annähernd gleich sind. Um dies zu erreichen erfolgt die Befüllung der Isolierglasscheibe kontrolliert, indem entweder der Gasdurchfluß durch die Sonde oder der Druck im Innenraum der Isolierglasscheibe oder beides durch einen Sensor durch Druckmessung registriert wird. Durch eine Regeleinheit, in der diese Meßgrößen ver­ wertet werden, wird die Füllgeschwindigkeit des Behälters so angepaßt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Innenraum der Isolierglasscheibe und dem Behälter­ innenraum annähernd oder vorzugsweise gleich Null ist. Hierzu wird das Dosierventil 6 angesteuert, welches den Einlaß der Luft ermöglicht. Eine Implosion der Isolierglasscheibe wird dadurch vermieden. In einer abgewandelten Variante ist es möglich, die Sonde 3 vor der Evakuierung in die Öffnung 13 einzuführen und die Sonde 3 sowohl für die Evakuierung, als auch für die Befüllung zu nutzen. Die Evakuierung erfolgt vollkommen analog der Befüllung unter Anpassung von Innendruck der Isolierglasscheibe und dem Druck im Innenraum des Behälters. Nach dem Füllen wird der Behälter geöffnet und die Isolierglasscheibe kann über den Ausgang 10 entnommen werden. Die Öffnung 13 in der Isolierglas­ scheibe kann sowohl bereits im Behälter, als auch unmittelbar nach dem Öffnen des Behälters verschlossen werden. Das Verschließen kann dabei vollautomatisch erfolgen, indem ein Kunststoffstopfen in die Öffnung 13 eingebracht wird. Die dazu benötigte Vorrichtung, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, kann in den Behälter integriert sein. Nach dem Verschließen ist eine lückenlose Versiegelung möglich. Die evakuierbare Umgebung 1 braucht nicht ein separater Behälter zu sein, sondern kann auch durch beliebige andere Räume gebildet werden, beispielsweise kann er auch ein Teil einer automatischen Füllmaschine sein. In einer weite­ ren Ausführungsform tritt an Stelle des evakuierbaren Behälters eine Saugvorrichtung, welche die Isolier­ glasscheibe an dem Fensterrahmen beidseitig umfaßt und bei der Evakuierung des Innenraumes der Isolierglas­ scheibe gleichzeitig eine Druckanpassung auf der Ober­ fläche der Isolierglasscheibe hervorruft, welche zeit­ lich synchron zu der Druckänderung im Innenraum der Isolierglasscheibe durch Evakuierung und Befüllung er­ folgt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf Befül­ lungsaufgaben in verschiedenen technischen Bereichen angewendet werden, insbesondere dann, wenn zerbrech­ liche Güter unter geringem Schutzgas-, Isoliergas- oder Spezialgasverbrauch befüllt werden sollen. So können beispielsweise Lampen, Leuchtstoffröhren oder Sonnen­ kollektoren mit für ihre Funktion geeigneten Spezial­ gasen befüllt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch für alle druckempfindlichen und/oder lichtdurchlässigen Hohlkörper anwendbar. Es ist ein problemloser Einsatz von Gasen und Gasgemischen möglich.

Claims (11)

1. Verfahren zum Füllen von Hohlkörpern (11) mit einem Füllgas, bei dem der Hohlkörper (11) in eine evaku­ ierbare Umgebung (1) eingebracht wird und anschlie­ ßend in der evakuierbaren Umgebung (1) im wesent­ lichen gleichzeitig mit der Umgebung evakuiert wird, wonach Hohlkörper (11) und evakuierte Umgebung (1) im wesentlichen gleichzeitig mit Gas gefüllt werden und die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Innen­ raum des Hohlkörpers (11) und der Druck in der eva­ kuierbaren Umgebung (1) zumindest annähernd auf Null gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die evakuierbare Umgebung (1) nach dem Evakuieren mit Luft gefüllt wird, während dem Hohlkörper (11) das Füllgas über eine Sonde (3) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (11) druckempfindlich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (11) lichtdurchlässig ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (11) eine Isolierglasscheibe ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas mindestens eine Komponente aus der Gruppe von Krypton, Xenon, Argon und SF₆ ist.

6. Vorrichtung zum Füllen von Hohlkörpern (11) mit einem Füllgas, umfassend Mittel zur Herstellung und Aufrechterhaltung einer den Hohlkörper (11) umschließenden, evakuierbaren Umgebung (1), Mittel zur Evakuierung des Hohlkörpers (11), sowie Mittel zum Eintrag von Gas in die evakuierte Umgebung und den Hohlkörper (11), dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Eintrag von Gas in die evaku­ ierbare Umgebung eine Einlaßöffnung für Luft ist und daß das Mittel zum Eintrag von Gas in den Hohlkörper (11) eine an einen Füllgasspeicher (4) angeschlossene Leitung (2) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (2) eine durch die evakuierbare Um­ gebung (1) in den Hohlkörper (11) einführbare Sonde (3) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde mit dem Hohlkörper (11) gasdicht abschließt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Aufrechterhaltung der evaku­ ierbaren Umgebung (1) ein Behälter ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (11) eine Isolierglasscheibe ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (2) zur Befüllung des Hohlkörpers (11) einen Anschluß an das Mittel zur Herstellung und Aufrechterhaltung der evakuierbaren Umgebung (1) aufweist.