Verbundprojekt

LaFueSol

Laserfügen von Rohrgläsern für Solarreceiver

Kurzfassung:

Zur Herstellung von Solarreceivern wurde eine neuartige laserbasierte Fügetechnologie für Rohrgläser entwickelt, mit der das bisherige Brennerverfahren ersetzt und die Energieeffizienz des Verfahrens möglichst erhöht wird. Der Energiebedarf kann durch Reduktion der energetischen Verluste, welche typisch für die Brennerfertigung sind, gesenkt werden. Gleichzeitig wird dadurch eine schnellere Erwärmung erreicht, was zu einer Steigerung der Produktivität führt. Für die Überführung der Fertigungstechnologie in den Produktionsprozess wurde eine Prozessautomation gewählt, die das das Temperaturfeld erfasst und in einem Regelkreis zur Prozessführung weiterverarbeitet.Ein Prototyp demonstriert das vollautomatische Verfahren. Mit diesen Maßnahmen wird eine im Hinblick auf Energieeinsatz und Produktivität eine optimierte Fertigung für große Stückzahlen an Solarreceiver erreicht.

www: http://www.lzh.de/de/projekte/lafuesol

Projektdauer: 01.06.09 - 31.05.12

Projektkoordinator:

Dipl.-Ing. Roger Knetsch
Herbert Arnold GmbH & Co. KG
Tel.: 06471 9394-0
E-Mail: roger.knetsch@arnold-gruppe.de

Ansprechpartner bei PTKA-PFT:

Dipl.-Ing. Ulrike Kirsten
Tel.: +49 351 463-31411
E-Mail: ulrike.kirsten@kit.edu

 

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemstellung:
Der Bedarf für die Forschungsaufgabe leitet sich aus der derzeitigen Fertigung in der glasverarbeitenden Industrie, basierend auf Brennertechnologie, ab. Diese zeigt einen geringen Absorptionsgrad der Flamme am Glas und chemischen Einfluss auf die Produkte durch Kondenswasser bei wenig reproduzierbaren Prozessen. Weitere Nachteile für das Bedienpersonal sind enorme Hitzebelastung durch hohe Umgebungstemperaturen und ultraviolette Strahlung aus der Gasverbrennung.
Die Algorithmen der Fertigungsprozesse sind kaum bekannt und von der Erfahrung des Maschinenbedieners abhängig, was sich direkt auf die Produktivität auswirkt. Insbesondere für eine künftige Fertigung von Solarreceivern in hohen Stückzahlen, fokussiert sich der Bedarf für die Produktionsmittel auf erreichbare Produktqualität und Energieeffizienz. Im Hinblick auf die vom Bundesverband Solarwirtschaft e.V. (BSW-Solar) skizzierte Kostensenkung um 66% bis 2020 ist die derzeitige Technologie nicht im Stande dies zu erreichen. Der skizzierte Anteil des deutschen Wärmeverbrauchs für 2050 soll zu 30% durch solarthermische Anlagen realisiert werden, woraus sich dieser enorme Bedarf an solarthermischen Anlagen ableitet.

Projektziele und Ergebnisse
Das Ziel des Forschungsvorhabens war die Bereitstellung einer automatisierten Fertigungstechnologie für Solarreceiver auf Rohrglasbasis mit der Energiequelle Laser. Der Fokus lag dabei im energieeffizienten Fügen von Rohrgläsern. Neben der Verfahrensentwicklung sollen Einzeltechnologien, welche zum Erfolg des Hauptziels beitragen, entwickelt werden. Hiezu zählen eine Onlineanalyse der entstehenden Eigenspannungen im Glas sowie eine Temperaturfelderfassung und -Regelung zur Prozessführung durch eine Infrarotkamera.
Als Ergebnis des Verbundprojektes liegt eine beispielhafte Lösung mit Integration des laserbasierten Fügeprozesses in eine automatisierte Produktion von Solarreceivern vor.
Die Peripherietechnologien (Eigenspannungsanalyse, Infrarotkamera) wurden applikationsentkoppelt für die Glasbranche bereitgestellt. Die entwickelte Maschinentechnik kann neben der Fertigungsmöglichkeit für Solarreceiver auch für andere Anwendungsgebiete z.B. in der Quarzglasverarbeitung eingesetzt werden.

Publikationen

Laserfügen von Rohrglas für Solarreceiver

Autor: Stute, U.

Verlag: PZH Verlag

Erscheinungsjahr: 2013

ISBN: 978-3-943104-93-6

Beschreibung: Das Ziel des Forschungsvorhabens war die Bereitstellung einer automatisierten Fügetechnologie für die Glas-Glas-Verbindung von Solarröhrenkollektoren. Der Fokus lag dabei auf der Erhöhung der Energieeffizienz in Form der Substitution des traditionell eingesetzten Gasbrenners. Als Energiequelle für die Rohrglaserwärmung wird ein CO2-Laser eingesetzt. Dabei sollen möglichst alle aus der veränderten Erwärmungssituation resultierenden Prozess- und Produktvorteile erschlossen werden.

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