InGlas


Förderkennzeichen: 49MF170112
Projektlaufzeit: 01.04.2018 bis 31.07.2020

Innenwandiges Fügen von Glasrohr mittels CO₂-Laser

Gegenstand des Projektes ist Weiterentwicklung des laserbasierten Glasrohrfügeprozesses aus dem Projekt "ESM" (MF140169) mit dem Ziel einer verbesserten optischen Qualität und Festigkeit der Schweißnaht. Erreicht werden soll dies durch eine innenwandige Bearbeitung der Rohre mit dem Ziel einer simultanen Erwärmung der Fügezone. Es sollen die Nachteile der hohen Fliehkräfte und der ungleichmäßigen Temperaturverteilung bei der Bearbeitung von Glasrohren mit einem Durchmesser > 40  mm beseitigt werden.

Die Entwicklung wird auf den Ergebnissen des Projektes ESM basieren und ebenfalls eine verbesserte Effizienz gegenüber dem konventionellen Verfahren aufweisen. Um dieses Ziel zu erreichen wird ein optisches System verwendet, welches eine von der Drehzahl unabhängige sowie homogene Erwär­mung der Fügezone generiert. Die Erwärmung der Glasrohre wird nicht mehr über die Außen­seite der Rohre durchgeführt, sondern über die Innenseite. Dazu ist es notwendig, den Laserstrahl koaxial zur Rotationsachse in das Glasrohr einzukoppeln. Des Weiteren wird im Inneren des Rohrs ein Spiegel benötigt, der den Strahl so ablenkt, dass er auf die Fügezone umgelenkt wird.

Die Vorteile dieses Verfahrens sind:

Ein homogener Energieeintrag am Rohrumfang

  • Verringerter Temperaturgradient entlang der Fügezone
  • verringerte Sublimation
  • konstante Viskosität entlang der Fügezone

Eine Reduzierung der Fliehkräfte

  • Auf Grund der simultanen Erwärmung ist keine besonders hohe Drehzahl mehr nötig
  • Über die Drehzahl des Rohrs lässt sich die Fliehkraft der Schmelze regeln

Kürzere Prozesslaufzeit

  • Der großflächige Energieeintrag erlaubt ein schnelleres Aufheizen

Des Weiteren wird in den neuen Versuchsstand auch das im Projekt ESM entwickelte Spiegelsystem für den neuen Versuchsstand angepasst und integriert. Folgende Vorteile ergeben sich daraus:

  • Steigerung der Effizienz des gesamten Systems auf Grund der zusätzlich nutzbaren Wärmestrahlung
  • Verringerter Temperaturgradient der Glasrohrwandung durch verringerte Wärmeverluste
  • Reduzierung der thermisch induzierten Spannungen

Die Untersuchungen im Projekt werden anhand von Glasrohren aus Borosilikat (α = 3,3 ∙ 10-6 ∙ K-1) mit Durchmessern von 70 mm bis 105 mm durchgeführt und orientieren sich somit an industriellen Anwendungen. Auf Grund der sehr guten thermischen und chemischen Beständigkeit gehört Borosilikatglas zum Stand der Technik für Solarthermie und Röhrenkollektoren. Des Weiteren wird mit der Wahl dieser Rohre ein direkter Vergleich mit den Ergebnissen aus dem Projekt ESM möglich.