邊緣密封的反射鏡及其製造方法

2023-05-09 22:13:56 1

邊緣密封的反射鏡及其製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種反射鏡，該反射鏡包括反射面，該反射面由鏡膜和基片構成的複合結構構成，其中鏡膜設置在基片上並且具有至少一個聚合物層以及設置在至少一個聚合物層下面的金屬層。本發明的目的是提供一種反射鏡，該反射鏡能夠以簡單的方法製成並且同時具有經改善的抗腐蝕性能。根據本發明的第一教導由此實現上述目的，即，為了抗腐蝕至少局部地設置密封接縫，該密封接縫通過聚合物層和基片的材料配合連接而構成，其中在密封接縫的區域中斷開金屬層。
【專利說明】邊緣密封的反射鏡及其製造方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種反射鏡，該反射鏡包括反射面，該反射面由鏡膜和基片構成的復 合結構構成，其中鏡膜設置在基片上並且具有至少一個聚合物層以及設置在至少一個聚合 物層下面的金屬層。本發明還涉及相應反射鏡的製造方法以及實施該方法的裝置。

【背景技術】
[0002] 為了製造可再生能源而使用太陽能發電站，該太陽能發電站包含有大量的、具有 大的表面的反射鏡。由於太陽能發電站所需要的整個反射面極大，因而由玻璃構成的、經氣 相噴鍍的反射面看起來在經濟上是不可行的。因此，為了製造相應大的反射面必須動用特 別簡單的方法，以能夠經濟地提供這種大的反射面。提供反射面的方法在於，用鏡膜粘附在 基片上，該基片通常是例如由鋼、鋁或鋁合金構成的金屬板，。鏡膜由聚合物層構成，該聚合 物層例如由PMMA塑料構成並且具有非常高的透明度。在聚合物層的背面可以濺射一個金 屬層、優選一個銀塗層，該銀塗層僅具有例如在納米範圍的厚度。另外也使用兩個金屬層， 例如一個銀塗層，額外地將銅塗層濺射到該銀塗層上。金屬層、特別是銀塗層具有非常高的 反射性，因此能夠提供具有非常高的反射性的鏡膜。如果將該鏡膜例如粘附到鋁板、鋼板或 鋼帶上，那麼就提供了成本有利的反射面。當然同樣由聚合物構成的複合材料也可以用作 基片。太陽能發電站的反射鏡無保護地受到多變天氣的影響。特別是對反射性重要的銀塗 層易於受到腐蝕，隨著這種作用，經腐蝕的區域具有急劇下降的反射性，變得"模糊不清"並 且之後不再能夠用作反射鏡。
[0003] 因此，至今為止都在以不同的方法保護相應反射鏡的邊緣以免受到腐蝕。例如使 用膠粘帶作為邊緣保護，該膠粘帶在反射鏡的生產之後或期間施加到邊緣上。這種膠粘帶 或者其他的密封材料、例如邊緣塗層或採用矽酮密封材料應該避免溼氣進入聚合物層和金 屬層、特別是銀塗層之間。因為進入的溼氣會使金屬層受到腐蝕並隨之使反射鏡變得模糊。 特別是由於毛細作用會在整個反射面上繼續腐蝕，從而短時間之後涉及整個反射面。至今 為止所涉及的用於保護反射鏡免受腐蝕的方法都是複雜的並且同時在持久應用中出現問 題。


【發明內容】

[0004] 因此，本發明的目的是提供一種反射鏡，該反射鏡能夠以簡單的方法製成並且同 時具有經改善的抗腐蝕性能。還應該提供一種用於製造這種反射鏡的方法以及用於實施這 種方法的裝置。
[0005] 根據本發明的第一教導由此實現上述目的，S卩，為了抗腐蝕至少局部地設置密封 接縫，該密封接縫通過聚合物層和基片的材料配合連接而構成，其中在密封接縫的區域中 斷開金屬層。
[0006] 根據本發明的反射鏡的密封接縫由這樣的區域構成，在該區域中金屬層、特別是 銀塗層斷開並且聚合物層和基片材料配合地連接。設置在金屬層上面的聚合物層和基片的 材料配合連接能夠使保留在反射面中的金屬層例如和反射鏡的邊緣區域密封地隔離並且 造成腐蝕的溼氣不能穿過密封接縫。噴鹽霧試驗已經表明，由根據本發明構造的密封接縫 完全包圍的反射面即使經過非常長的測試時間之後也沒有受到腐蝕並且沒有變得"模糊"。
[0007] 依據根據本發明的反射鏡的第一設計方案，密封接縫是超聲波焊縫。超聲波焊接 能夠在斷開設置在聚合物層下面的銀塗層的同時，以經濟的方式連接聚合物層和基片。這 在設有額外的銅塗層的情況下也適用，該銅塗層例如為了保護銀塗層而設置在銀塗層的下 面。
[0008] 根據本發明的反射面的另一個設計方案能夠這樣成本特別有利地製造大的反射 面，即，反射鏡呈帶狀並且在縱邊上至少分別具有一個沿帶體縱向延伸的密封接縫。由此提 供了帶狀的、已在縱邊密封的反射鏡，該反射鏡例如能夠立即切割成相應尺寸並且能夠例 如手動地在之後出現的額外邊緣上進行密封。但是，也可以將具有密封縱邊的帶狀反射鏡 加工成裁剪料，然後自動地為這些裁剪料設置一個或多個額外的、例如橫向延伸的密封接 縫。
[0009] 根據反射鏡的另一個實施方式，如果鏡膜具有由PMMA構成的聚合物層，那麼能夠 使用特別好的、可進行超聲波焊接的塑料層以及透明度高的塑料作為起反射作用的金屬層 和銀塗層的基質材料並且製成的反射鏡能夠特別輕鬆地設置密封接縫。
[0010] 根據反射鏡的另一個設計方案，設有多個平行的密封接縫。多個平行的密封接縫、 例如雙接縫雖然具有提高了的面積需要量，但是如果在密封接縫中金屬層沒有完全斷開的 話，那麼也提高了多餘面積。
[0011] 根據反射鏡的另一個實施方式，如果基片是金屬或具有比聚合物層更高硬度的復 合材料，那麼能夠以簡單的方式製造密封接縫，因為超聲波焊接不會損壞基片而是只損壞 和基片連接的聚合物層。因此，鋼、鋁或鋁合金以及具有較高硬度的塑料複合材料適合作為 基片。鋁合金優選是AlMgl、AlMglMnl或較高合金度的鋁鎂合金，因為這些合金在具有小 厚度和輕質量的情況下就已經能夠提供所需的穩定性。由鋁合金製成的基片的厚度例如是 0. 4mm至1. 5mm。典型的、成本有利的、由作為反射鏡應用方面具有良好加工性能和非常好 的強度性能的鋁合金製成的帶體包括具有所規定的厚度的、由AA3005和AA3105類型的鋁 合金製成的帶體。
[0012] 根據本發明的第二教導，由此實現了上述關於用於製造反射鏡的方法的目的，該 反射鏡由鏡膜和基片構成的複合結構構成，在該方法中，將鏡膜和基片粘附，該鏡膜具有至 少一個聚合物層和設置在聚合物層下面的金屬層，粘附之後在反射鏡上形成密封接縫，其 中通過聚合物層和基片的材料配合連接形成密封接縫，對此在密封接縫的區域中斷開金屬 層。
[0013] 如上所述，發明人發現，銀塗層的斷開導致在銀塗層的一個區域中的腐蝕過程不 能蔓延到銀塗層的其他區域中並且因此不會使反射面變得模糊。通過使聚合物層和基片材 料配合地連接，實現了銀塗層的斷開位置處的特別好的密封性，從而能夠將這種連接用於 阻擋溼氣。
[0014] 優選通過超聲波焊接製造密封接縫，其中，對此所需的超聲波變幅杆一方面熔化 聚合物層並且另一方面通過有針對性的擠壓在密封接縫的區域中隔開並且完全地斷開金 屬層。通過超聲波焊接可以在斷開金屬層的同時使聚合物層和基片非常可靠地連接。
[0015] 此外還將超聲波焊接非常有限地限定在局部，從而反射鏡的附近區域不會受到影 響。
[0016] 依據根據本發明的方法的第一設計方案，基片和鏡膜呈帶狀，鏡膜連續地粘附在 帶狀的基片上並且將這樣製成的反射鏡纏捲成卷材，其中通過密封接縫密封帶狀反射鏡的 縱邊或者和粘附鏡膜一起在線地進行或者在額外的製造步驟中通過重新展開卷著的反射 鏡來進行。優選在帶狀反射鏡上在線地製造密封接縫，因為之後就不需要其他的工序來密 封帶狀反射鏡的縱邊。在這種情況下以及在再次展開帶狀反射鏡的卷材的情況下都通過連 續密封邊緣區域、例如通過超聲波焊接密封縱邊。對此涉及"卷至卷"工藝。
[0017] 根據另一個設計方案由此提供了所謂的"卷至片"工藝，即，基片呈帶狀並且分成 平面的基片裁剪料，然後將鏡膜粘附到基片裁剪料上並且粘附有鏡膜的基片裁剪料至少在 縱邊上分別設有至少一個密封接縫。由此能夠提供縱邊上經密封的反射鏡裁剪料，然後能 夠橫向於縱向延伸的反射鏡接縫為該反射鏡裁剪料設置密封接縫。特別是能夠根據待製造 的反射鏡的相應鏡尺寸調整裁剪料並且也可以自動地設置橫向延伸的密封接縫。在這種情 況下可以提供完全密封的反射鏡。
[0018] 已表明，通過採用超聲波輥輪變幅杆和可選擇的鐵砧輥而進行的超聲波焊接能夠 以特別高的速度製造密封接縫。特別是然後在需要製造直線延伸的密封接縫時，使用超聲 波輥輪變幅杆以及可選的作為頂頭的鐵砧輥。
[0019] 超聲波棍輪變幅杆幾何形狀優選具有1. Omm-3. 0mm的半徑，優選1. 5mm-2. 5mm的 半徑。通過相應的超聲波輥輪變幅杆幾何形狀確保聚合物層能夠和基片材料配合地連接並 且同時在密封接縫區域中完全斷開金屬層。因為已表明，隨著半徑增大不能充分可靠地斷 開金屬層。如果使用小於1. 〇mm的半徑，那麼在材料配合連接時會有損害基片的危險。
[0020] 此外還表明，擠壓力是1至6MPa、頻率是20-60kHz並且超聲波變幅杆的振幅在25 和70 μ m之間時，通過密封接縫能夠實現工藝足夠可靠的密封。所述參數已經證實是工藝 足夠可靠的，由此使製成的密封接縫具有高度密封性並隨之形成對反射面非常好的保護以 防止受到腐蝕。同時還能夠實現足夠高的加工速度，這種加工速度能夠經濟地製造由鏡膜 和基片構成的、經密封的反射鏡。
[0021] 最後，通過用於製造反射鏡的裝置實現了上述目的，該裝置包括用於帶狀基片的 開卷機、用於將帶狀鏡膜粘附到帶狀基片上的膠合板機以及至少兩個超聲波輥輪變幅杆， 該超聲波輥輪變幅杆分別設置在帶狀基片的相對縱邊的區域中並且設置在膠合板機的後 面，因此藉助該超聲波輥輪變幅杆能夠密封帶狀反射鏡的縱邊，其中，卷取機額外地用於纏 卷邊緣已密封的反射鏡。上述裝置實現了用於製造邊緣已密封的帶狀反射鏡的卷至卷工 藝。這種工藝特別經濟。這種帶狀反射鏡可以作為原始材料在太陽能發電站所在地處裁剪 成合適的形狀並且必要時設置另一密封接縫用於封住具有密封接縫的實際反射面。此外還 可以在根據本發明的裝置中設置鐵砧輥作為用於形成超聲波輥輪變幅杆的反壓力的工具， 以避免在密封縱邊時機械損壞帶狀基片。
[0022] 根據該裝置的另一個設計方案，用於基片的開卷機之後設有裁剪裝置，該裁剪裝 置在粘附之前或之後將基片切割成裁剪料並且為經剪裁的反射鏡設置存放裝置來代替卷 取機。藉助上述裝置可以從帶狀基片、例如鋁合金帶體開始提供縱邊上具有密封接縫的、經 剪裁的反射鏡，該反射鏡必須符合使用目的或者經過裁剪並且僅具有一個橫向延伸的密封 接縫，以完全保護反射面以免受到腐蝕影響。例如能夠自動地在接下來的工序中製造橫向 延伸的密封接縫。藉助上述裝置能夠實現所謂的"卷至片"工藝。
[0023] 最後這樣配置該裝置，S卩，設置用於經裁剪的基片以及用於輸送該基片到粘附部 和密封部的接收部來代替開卷機。根據本發明的裝置的這種設計能夠實現"片至片"工藝， 艮P，從平板狀的基片開始製造縱邊上具有密封接縫的平板狀反射鏡。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 下面根據結合附圖的實施例詳細說明本發明。在附圖中：
[0025] 圖la)和b)示意性地示出了反射鏡的實施例的結構，該反射鏡由鏡膜和基片組成 的複合結構構成，
[0026] 圖2以示意性的剖面圖示出了用於製造根據圖lb)所示的反射鏡的密封接縫的實 施例，
[0027] 圖3示出了帶狀反射鏡的另一個實施例，
[0028] 圖4a)和b)以俯視圖不出了反射鏡的另兩個實施例，
[0029] 圖5以示意性的立體圖示出了圖3所示實施例的密封接縫的製造，
[0030] 圖6以示意圖示出了用於在"卷至卷"的工藝中製造反射鏡的裝置的實施例，
[0031] 圖7以示意圖示出了用於在"卷至片"的工藝中製造反射鏡的裝置的實施例，以及
[0032] 圖8以示意圖示出了用於在"片至片"的工藝中製造反射鏡的裝置的實施例。

【具體實施方式】
[0033] 圖la)首先示出了反射鏡的基本結構，該反射鏡由鏡膜1和基片2構成。鏡膜1 優選具有聚合物層3和金屬層4。如本實施例所示，鏡膜1可選擇地具有粘附層5,該粘附 層使得鏡膜1貼在基片2上。如上所述，基片2可以由金屬、例如鋼、鋁或鋁合金構成或者 也可以由具有比鏡膜的聚合物層1更大硬度的複合材料構成。例如如果使用鋁合金、優選 AA3005或AA3105類型的鋁合金，那麼基片的厚度通常是0. l-2mm，優選0. 4-1.3mm。基片可 選擇地額外具有圖la)和lb)未示出的轉化塗層，用於鈍化例如鋁合金帶的表面並且優化 鏡膜的粘附。主要用於反射光的金屬層除了具有通常設置的銀塗層以外還額外地具有設置 在銀塗層和基片之間的銅塗層時，以化學方法鈍化鋁合金帶的表面特別具有優勢。原則上 還有可能在製成薄板或粘附之前使粘附層5同樣或替代性地設置在基片2上。
[0034] 如圖lb)示意性示出的剖面圖所示，通過粘附或壓成薄板，由兩種單獨的材料、即 鏡膜1和基片2製成反射鏡7,特別是複合反射鏡。附圖中，單個層相互之間的大小比例並 不是按正確比例示出的，因為特別是金屬層4、例如銀塗層僅有幾納米的厚度。而透明的聚 合物層3明顯更厚。聚合物層3的厚度在微米範圍中。如果這時使相應構造的反射鏡受潮， 那麼溼氣就會通過反射鏡的邊緣6從外向內地侵入到金屬層4中。如果金屬層4例如由銀 塗層構成，那麼就會腐蝕該層並且在最壞的情況下導致透明的聚合物層3脫落。因此，通過 腐蝕極度降低了金屬層4以及反射鏡7的反射能力，直至反射鏡7不再具有鏡反射的性能。 換句話說，反射鏡變得模糊不清。
[0035] 圖2在示意性的剖面圖中示出了製造密封接縫的實施例，該密封接縫避免了對反 射鏡7的腐蝕以及從而避免反射鏡變模糊。帶狀反射鏡7的聚合物層3優選由PMMA塑料 構成，通過採用超聲波輥輪變幅杆8和鐵砧輥9這樣焊接該聚合物層和基片2,即，在密封接 縫10的區域中完全斷開金屬層4。如圖2所示，建立了聚合物層3和基片的材料配合的連 接。這導致將從外面進入到邊緣6中的溼氣這樣直接阻擋在密封接縫10處，以相應的密封 接縫10包圍的反射面在噴鹽霧試驗中經過多個星期都沒有受到腐蝕並且完全保持完好。 這表明，通過將聚合物層3超聲波焊接到基片2上可以過程可靠地實現反射面的良好密封。 超聲波輥輪變幅杆8對此優選具有1. Omm-3. 0mm、特別優選1. 5mm-2. 5mm的半徑11。但是 也可以使用圖2所示的鐵砧輥9作為超聲波輥輪變幅杆並且通過以相應半徑構成的鐵砧輥 實現密封接縫10的外形，該鐵砧輥本身不進行超聲波振動。
[0036] 優選通過驅動裝置這樣驅動鐵砧輥9和超聲波輥輪變幅杆8,即該鐵砧輥和超聲 波輥輪變幅杆以帶的運動速度進行滾動。同時超聲波輥輪變幅杆8和鐵砧輥9以一定的擠 壓力相互擠壓，從而通過斷開金屬層4形成密封接縫。在根據本發明的具有PMMA的聚合物 層3和由AA3105類型的鋁合金構成的鋁合金基片2的實施例中2-4bar的擠壓力就足夠， 從而過程可靠地製造密封接縫。試驗還表明，超聲波變幅杆或鐵砧輥的幾何形狀的選擇會 對密封接縫10的質量有影響。因此，具有8. 5_的半徑時不管所設置的擠壓力或輸送的超 聲波功率如何都不可能形成充分密封的密封接縫10。試驗中超聲波頻率為20kHz，設置的 超聲波輥輪變幅杆的振幅為40 μ m以及功率為500W。相應試驗的結果在表1中示出。
[0037]

【權利要求】
1. 一種反射鏡，所述反射鏡包括反射面，所述反射面由鏡膜（1)和基片（2)構成的複合 結構構成，其中鏡膜（1)設置在基片（2)上並且具有至少一個聚合物層（3)以及設置在至 少一個聚合物層（3)下面的金屬層（4)，其特徵在於，為了抗腐蝕至少局部地設置密封接縫 (10)，所述密封接縫通過聚合物層（3)和基片（2)的材料配合連接而構成，其中在密封接縫 (10)的區域中斷開金屬層（4)。
2. 根據權利要求1所述的反射鏡，其特徵在於，所述密封接縫（10)是超聲波焊縫。
3. 根據權利要求1或2所述的反射鏡，其特徵在於，反射鏡（7)呈帶狀並且在縱邊（6) 上至少分別具有一個沿帶體縱向延伸的密封接縫（10)。
4. 根據權利要求1至3中任意一項所述的反射鏡，其特徵在於，所述鏡膜⑴具有由聚 甲基丙烯酸甲酯（PMMA)構成的聚合物層（3)。
5. 根據權利要求1至4中任意一項所述的反射鏡，其特徵在於，設有多個平行延伸的密 封接縫（10'、12'）。
6. 根據權利要求1至5中任意一項所述的反射鏡，其特徵在於，基片（2)是金屬或具有 比聚合物層更高硬度的複合材料。
7. 用於製造根據權利要求1至6中任意一項所述的、由鏡膜和基片構成的複合結構構 成的反射鏡的方法，在所述方法中，用鏡膜和基片相粘附，所述鏡膜具有至少一個聚合物層 和設置在所述聚合物層下面的金屬層，其特徵在於，粘附之後在反射鏡上製造密封接縫，其 中通過聚合物層和基片的材料配合連接製造密封接縫，對此在密封接縫的區域中斷開金屬 層。
8. 根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，通過超聲波焊接製造密封接縫。
9. 根據權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，基片和鏡膜呈帶狀，鏡膜連續地粘附 在帶狀的基片上並且將這樣製成的反射鏡纏捲成卷材，其中通過密封接縫密封帶狀反射鏡 的縱邊或者和粘附鏡膜一起在線地進行或者通過在額外的製造步驟中重新展開卷著的反 射鏡來進行。
10. 根據權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，基片呈帶狀並且分成平面的基片裁 剪料，然後將鏡膜粘附到基片裁剪料上並且具有粘附著鏡膜的基片裁剪料至少在縱邊上分 別設有至少一個密封接縫。
11. 根據權利要求8至10中任意一項所述的方法，其特徵在於，通過採用超聲波輥輪變 幅杆和可選擇的鐵砧輥而進行的超聲波焊接製造密封接縫。
12. 根據權利要求8至11中任意一項所述的方法，其特徵在於，超聲波輥輪變幅杆具有 1. 0mm至3. 0mm的半徑。
13. 根據權利要求8至12中任意一項所述的方法，其特徵在於，擠壓力在IMPa至6MPa 之間、頻率是20至60kHz並且振幅在25和70 μ m之間。
14. 用於製造根據權利要求1至6中任意一項所述反射鏡的裝置，所述裝置包括用於 帶狀基片⑵的開卷機（13)、用於將帶狀鏡膜⑴粘附到帶狀基片（2)上的膠合板機（15) 以及至少兩個超聲波輥輪變幅杆（8)，所述超聲波輥輪變幅杆分別設置在帶狀基片（2)的 相對縱邊（6)的區域中並且設置在膠合板機（15)的後面，因此藉助所述超聲波輥輪變幅杆 能夠在縱邊（6)上密封帶狀反射鏡（7)，其中，卷取機（22)額外地用於纏卷邊緣已密封的反 射鏡（7)。
15. 根據權利要求14所述的裝置，其特徵在於，用於基片的開卷機之後設有裁剪裝置， 所述裁剪裝置在粘附之前或之後將基片（2)切割成裁剪料（24)並且為經剪裁的反射鏡設 置接收臺（23)來代替卷取機。
16. 根據權利要求14或15所述的裝置，其特徵在於，設置用於經裁剪的基片（26)以及 用於將所述基片輸送到粘附部和密封部的接收部（25)來代替開卷機。
【文檔編號】B32B3/02GK104093562SQ201380005267
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2013年1月4日 優先權日:2012年1月13日
【發明者】福爾克爾·登克曼, 威廉·申克爾, 安德烈亞斯·西門, 烏爾裡希·漢佩爾, 桑德拉·埃伯哈德 申請人:海德魯鋁業鋼材有限公司