Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Fügetechnologie für Hochleistungs-Verbundsysteme mit Schaumglas

Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Fügetechnologie zum Verbund von Schaumglaskörpern mit Flachgläsern für neuartige Solarthermiekollektoren. Für die Herstellung eines solchen Kollektors fehlt bisher der Fertigungsschritt zur Verbindung des Grundkörpers (Schaumglas) mit dem Deckglas (Floatglas). In Vorversuchen konnte die Fügung mittels Verklebung als geeignetes Verfahren identifiziert werden. Im Rahmen des Projektes sollen geeignete Klebstoffsysteme, Oberflächenvorbehandlungs- und Applikationsverfahren sowie maßgeschneiderte Aushärtebedingungen für die Klebstoffe ermittelt werden, um den hohen Anforderungen an die Fügestellen über den langen Nutzungszeitraum der Solarmodule gerecht zu werden.

Als Klebstoffsysteme für die unterschiedlichen Fügestellen bieten sich z.B. Silikon- bzw. Epoxidharzklebstoffe an. Als Oberflächenvorbehandlung werden neben der lösungsmittelbasierten Reinigung und Aktivierung ebenfalls Atmosphärendruck-plasmabasierte Methoden sowie die Gasphasenfluorierung berücksichtigt, um die Hafteigenschaften der Klebstoffe zu verbessern.

Weiterhin werden die Applikationstechnik sowie die Aushärtebedingungen der Klebstoffe optimiert, um langlebige Verbindungen zwischen den Glassubstraten zu erzeugen. Im Zuge dessen findet eine Methodenentwicklung statt, die die Ableitung eines Vorhersagemodelles zur Langlebigkeit der Verbindungen ermöglicht.

Das Ergebnis der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten soll ein industriell produzierbarer Solarthermiekollektor auf Basis von Glasmaterialien sein. Die Kollektoren wären im Vergleich zu herkömmlichen Modulen kostengünstiger herzustellen, wodurch Solaranlagen für den Endanwender wesentlich wirtschaftlicher werden.

KMU der verschiedenen Industriebereiche entlang der Wertschöpfungskette (wie Glasindustrie, Handwerksbranche, Klebstoffhersteller und Maschinenbau) profitieren von einer Steigerung der Nachfrage.

Letztlich dient das Projekt der Erreichung der ambitionierten Ziele der Energiewende in Deutschland.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Forschungsvorhabens bestand in der Entwicklung einer Fügetechnologie zum Verbund von Schaumglaskörpern mit Flachgläsern für Hochleistungsverbunde, die für neuartige Solarthermiekollektoren genutzt werden können. Als Klebesysteme wurden Klebebänder mit Acrylatklebstoff, Silikon und Epoxidharz genutzt. Epoxidharz zeichnet sich durch eine hohe Klebkraft und Zugfestigkeit aus, wird jedoch von der Wärmeträgerflüssigkeit (Wasser/Glykol-Gemisch) angegriffen, so dass nur Wasser als Wärmeträgerfluid in Frage kommt. Silikon ist chemisch stabil, ist jedoch aufgrund seiner geringen Zugfestigkeit nur für Kollektoren mit vergleichsweise niedrigem Innendruck geeignet. Die Klebebänder sind technologisch schwierig zu handhaben, da die Stoßstellen extra abgedichtet werden müssen, zeichnen sich jedoch durch eine mechanisch und chemisch stabile Klebung aus. Um die Kanäle für die Wärmeträgerflüssigkeit des Schaumglaskörpers selbst gegen die Wärmeträgerflüssigkeit abzudichten, wurden Glasscheiben auf die Oberfläche aufgeschmolzen. Diese Technologie konnte jedoch nicht rissfrei für größere Muster als 100 x 100 mm umgesetzt werden. Gleiches galt für die Abdichtung der Oberfläche mittels aufgeschmolzenem Glasmehl. Die Anschlussstücke für die Wärmeträgerflüssigkeit konnten bei der Herstellung der Schaumglaskörper direkt mit eingebracht werden. Auch die Erzeugung eines Porengrößengradienten im Schaumglaskörper gelang. Es wurde somit die prinzipielle Machbarkeit der Herstellung von Solarthermiekollektoren auf der Basis von Schaumglaskörpern gezeigt. Für das Upscaling sind jedoch weitere Forschungsarbeiten erforderlich.