[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen von Hohlkörpern nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, sowie eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
[0002] Um Hohlkörper mit einem Füllgas oder Gasgemisch zu befüllen, werden verschiedene
Verfahren angewendet. Bei der sogenannten Verdrängungstechnik wird ein Hohlkörper
beispielsweise am unteren und oberen Ende geöffnet und mit dem Füllgas derart geflutet,
daß eine Verdrängung 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 Verdängung durch eine Kolbenströmung erfolgt. Um eine Durchmischung des
Füllgases mit der Luft durch Turbulenzen zu verhindern, werden auch Vakuumfüllverfahren
eingesetzt, bei denen die mit Füllgas zu befüllenden Hohlkörper evakuiert und anschließend
mit dem Füllgas beschickt werden. Dieses Verfahren 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 evakuiert. Darauf wird er mit dem Füllgas geflutet,
worauf sich sowohl der Vakuumbehälter als auch der Innenraum der Isolierglasscheiben
mit Gas füllt. Anschließend wird die Öffnung der Isolierglasscheibe verschlossen.
Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß hohe Füllgasverluste entstehen, weil nicht
nur die zu befüllenden Hohlkörper beziehungsweise Isolierglasscheiben befüllt werden,
sondern auch die Volumina zwischen den zu befüllenden Hohlkörpern. Das Verfahren ist
somit sehr kostspielig, da die Füllgase in der Regel sehr teuer sind.
[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, mit denen eine Befüllung von Hohlkörpern ohne Füllgasverluste möglich
ist.
[0004] 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.
[0005] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist es nunmehr möglich, mit
einer einfachen Fülltechnik Füllgasverluste zu vermeiden.
[0006] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0007] Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen
erläutert.
[0008] Es zeigt:
- Fig.1:
- Eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Form.
- Fig.2:
- Eine in der Praxis bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
[0009] In Figur 1 ist eine evakuierbare Umgebung 1 in Form eines Behälters dargestellt,
der durch eine Leitung 2, welche eine Sonde 3 aufweist, die in den Behälter ragt,
mit einem Füllgasspeicher 4 in Verbindung steht. An den Behälter sind eine Einlassöffnung
5 mit einem Dosierventil 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 Ausbringen eines Hohlkörpers 11 durch
einen Rollengang 12 ermöglichen. Der Hohlkörper 11 besitzt an seinem unteren Ende
eine Öffnung 13, durch die die Sonde 3 eingeführt 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 zentrieren, die in der Figur 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.
[0010] In der Figur 2 sind gleichen Vorrichtungsmerkmalen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet.
[0011] Sie unterscheidet sich von Figur 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.
Desweiteren sind die Einlassöffnung 5 und das Dosierventil 6 an der Leitung 7 angebracht.
[0012] Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Isolierglasfertigung beispielhaft erläutert
werden. Die als Isolierglasscheiben ausgebildeten Hohlkörper 11 werden gemäß Figur
1 nach dem Zusammenbau senkrecht stehend über einen 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
Isolierglasscheibe aufnehmen kann. Es ist natürlich auch eine Vorrichtung denkbar,
bei der mehrere Isolierglasscheiben in einem Arbeitscyclus in den Behälter eingebracht
werden können. Die sich an der unteren Seite der Isolierglasscheibe befindliche Öffnung
13 wird genau über der Sonde 3 positioniert und arretiert. Figur 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 werden, in der die Scheiben beispielsweise horizontal gestapelt
und seitlich befüllt werden. Es ist aber auch möglich, eine Öffnung 15 am oberen Scheibenrand
anzubringen. Für eine besonders schnelle Evakuierung ist es vorteilhaft, mehrere Öffnungen,
die hier nicht dargestellt sind, anzubringen. Über die Bohrung 14 ist es möglich,
den Druck in der Isolierglasscheibe zu messen.
[0013] Sie kann fakultativ an allen Seiten der Isolierglasscheibe, vorzugsweise aber auf
der gleichen. Seite wie die zur Befüllung und Evakuierung angebrachten Öffnungen 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 unterschiedlich
gewählt werden kann, wird die Sonde 3 zur Befüllung der Isolierglasscheibe in die
Öffnung 13 eingeführt, wodurch die Öffnung 13 gleichzeitig gasdicht abgeschlossen
wird. Als Sonde 3 ist im Sinne der Erfindung jede für die Befüllung geeignete Einrichtung
zu verstehen, die den Innenraum der Isolierglasscheibe mit Füllgas versorgt. Bei der
Befüllung von Isolierglasscheiben wird als Füllgas ein Gas geringer Wärmeleitfähigkeit
gewählt werden. Hierfür kommen insbesondere Argon, Xenon, Krypton oder SF
6 in Betracht. Jedoch können mit dem Verfahren und der Vorrichtung auch andere hochwertige
Gase, wie Helium, und Gasgemische eindosiert werden, die anderen Anforderungen gerecht
werden. Nachdem die Sonde 3 in die Öffnung 13 der Isolierglasscheibe eingeführt worden
ist, wird der Innenraum der Isolierglasscheibe mit Füllgas und der Behälter über die
Einlassöffnung 5 mit Luft oder einem anderen billigen 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 verwertet werden, wird die Füllgeschwindigkeit des Behälters so angepaßt,
daß die Druckdifferenz zwischen dem Innenraum der Isolierglasscheibe und dem Behälterinnenraum
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 Isolierglasscheibe
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 weiteren Ausführungsform tritt an Stelle des evakuierbaren
Behälters eine Saugvorrichtung, welche die Isolierglasscheibe an dem Fensterrahmen
beidseitig umfaßt und bei der Evakuierung des Innenraumes der Isolierglasscheibe gleichzeitig
eine Druckanpassung auf der Oberfläche der Isolierglasscheibe hervorruft, welche zeitlich
synchron zu der Druckänderung im Innenraum der Isolierglasscheibe durch Evakuierung
und Befüllung erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf Befüllungsaufgaben
in verschiedenen technischen Bereichen angewendet werden, insbesondere dann, wenn
zerbrechliche Güter unter geringem Schutzgas-, Isoliergas- oder Spezialgasverbrauch
befüllt werden sollen. So können beispielsweise Lampen, Leuchtstoffröhren oder Sonnenkollektoren
mit für ihre Funktion geeigneten Spezialgasen 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.
1. Verfahren zum Füllen von Hohlkörpern (11) mit einem Füllgas, bei dem der Hohlkörper
(11) in eine evakuierbare Umgebung (1) eingebracht wird und anschließend in der evakuierbaren
Umgebung (1) im wesentlichen 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 Innenraum des Hohlkörpers (11)
und der Druck in der evakuierbaren 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 evakuierbare 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 Umgebung (1) in den Hohlkörper (11)
einführbare Sonde (3) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekenzeichnet,
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 evakuierbaren 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.