本發(fā)明涉及一種用于將保護(hù)氣體引入接收器管的環(huán)形空間中的方法，其中所述環(huán)形空間形成于所述接收器管的外套管與內(nèi)吸熱管之間，并且所述外套管通過壁以氣密的方式連接至所述吸熱管。所述壁一般由金屬構(gòu)成并且包含玻璃-金屬過渡元件、膨脹補(bǔ)償元件以及附加的連接元件。此外，本發(fā)明涉及一種用于將保護(hù)氣體引入所述接收器管的所述環(huán)形空間中的設(shè)備。

背景技術(shù)：

太陽能集熱器具有例如拋物柱面反射鏡(拋物面槽)等集熱器反射鏡以及接收器管，并且被利用在太陽能熱電廠中，優(yōu)選地用于發(fā)電。所述接收器管布置在每個(gè)集熱器反射鏡的焦線中，并且一般由吸熱管和套管組成，所述吸熱管具有輻射吸收層，而所述套管由玻璃制成，其包圍所述集熱器管并使其熱絕緣。在已知的太陽能熱電廠中，將用作傳熱介質(zhì)的導(dǎo)熱油輸送經(jīng)過所述吸熱管，并且可以通過從所述集熱器反射鏡反射并聚焦在所述集熱器管上的太陽輻射將該導(dǎo)熱油加熱至約400℃的溫度。這種被加熱的油最終被引入到汽化過程中，通過該汽化過程可將儲(chǔ)存在導(dǎo)熱油中的熱能轉(zhuǎn)換成電能。

在所述接收器管中的所述吸熱管與所述套管之間形成環(huán)形空間。該環(huán)形空間用于使所述吸熱管的外表面處的熱損失最小化并從而提高所述太陽能集熱器的效率。為此，抽空該環(huán)形空間以便獲得盡可能低的熱導(dǎo)率。

然而，由于高熱負(fù)荷，在吸熱管中用作傳熱介質(zhì)的導(dǎo)熱油未表現(xiàn)出長期穩(wěn)定性并隨著逐漸老化而釋放氫氣。在老化過程期間釋放的量一方面取決于所使用的導(dǎo)熱油以及太陽能熱電廠中的運(yùn)行條件，并且另一方面取決于尤其可在汽化過程期間與油一起形成的水含量。

通過滲透，釋放的氫氣進(jìn)入被抽空的環(huán)形空間。因此，環(huán)形空間的壓力和熱導(dǎo)率也增加。這會(huì)一直發(fā)生，直到吸熱管中和環(huán)形空間中的氫分壓之間產(chǎn)生平衡。在這種情況下的一個(gè)特定缺點(diǎn)是氫氣具有比空氣更高的熱導(dǎo)率，例如使得隨著氫氣的滲透進(jìn)一步進(jìn)展，所述環(huán)形空間中的熱導(dǎo)率甚至優(yōu)于所述接收器管之外的空氣的熱導(dǎo)率。因此，接收器管的效率降低，并且從而整個(gè)太陽能集熱器的效率也降低。

為了抵消環(huán)形空間中的氫分壓的這種增大并從而延長接收器管的使用壽命，由現(xiàn)有技術(shù)已知各種解決方案。

例如，可以通過吸氣材料來束縛已經(jīng)擴(kuò)散至環(huán)形空間中的氫氣。然而，這樣的材料的吸收能力是有限的，使得一旦已經(jīng)達(dá)到吸氣材料的最大吸收能力，就無法束縛更多的氫氣，并且環(huán)形空間中的壓力再次增大。

例如由WO 2004/063640 A1已知具有布置在環(huán)形空間中的吸氣材料的接收器管。在所述說明書中描述的設(shè)備中，吸氣材料直接在所述環(huán)形空間中布置在吸熱管與套管之間的吸氣橋中。吸氣橋在吸熱管與吸氣劑之間產(chǎn)生間距，使得所述吸氣劑上的熱負(fù)荷減少并且從而增加其長期穩(wěn)定性。然而，除了使用吸氣材料之外，尚未提供用于使環(huán)形空間中的氫氣濃度減少的解決方案，使得上文描述的吸氣劑的缺點(diǎn)仍然存在。

為了減輕吸氣材料的問題，DE 198 21 137 A1公開了一種用于太陽能熱應(yīng)用的接收器管，其中在環(huán)形空間中另外存在具有高達(dá)數(shù)百毫巴的分壓的稀有氣體。這種解決方案的優(yōu)點(diǎn)是，許多稀有氣體具有比氫氣更低的熱導(dǎo)率，從而可以減少通過所述環(huán)形空間的熱傳導(dǎo)以及與其相關(guān)聯(lián)的效率下降。然而，這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是環(huán)形空間從一開始就填充有稀有氣體，以至于從太陽能集熱器剛一安裝起就未實(shí)現(xiàn)接收器管像抽空的環(huán)形空間的情況下那樣的最佳效率。

備選實(shí)施方式，舉例而言，諸如在DE 10 2005 057 276B3中公開的那些實(shí)施方式，提供了位于環(huán)形空間中的填充有至少一種稀有氣體的至少一個(gè)氣密密封罐，一旦吸氣材料耗盡，就將所述稀有氣體從所述氣密密封罐引入至所述環(huán)形空間中。該備選實(shí)施方式的缺點(diǎn)是，太陽能集熱器，并且特別是接收器管必須已經(jīng)被制造成具有填充罐。改裝是不可能的，使得客戶需要直接在接收器管的制造期間作出關(guān)于是否承擔(dān)所涉及的額外成本和增加的工作投入的決定。另一問題由該罐的打開造成，這只能通過增加的投入來實(shí)現(xiàn)。

由DE 10 2011 082 772 B9已知一種用于打開罐并使用稀有氣體來填充環(huán)形空間的方法，其中通過激光鉆孔方法將所述罐打開。激光束從外部通過套管偏轉(zhuǎn)至罐上，所述罐受到照射，直到在該罐中形成開口并釋放保護(hù)氣體。然而，本發(fā)明的缺點(diǎn)還在于，使用保護(hù)氣體罐對(duì)接收器管進(jìn)行改裝是不可能的，并且客戶需要在制造期間就承擔(dān)增加的成本和制造投入，盡管在啟動(dòng)之后很長時(shí)間才會(huì)使用到稀有氣體。

例如，在德國公開說明書(待審專利說明書)DE 27 11 889A1中描述了一種通過使用聚焦激光脈沖在一般種類的工件中開孔的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供使得用保護(hù)氣體填充接收器的環(huán)形空間以及其后續(xù)填充可行的方法和設(shè)備。

該目的通過根據(jù)專利權(quán)利要求1所述的方法和根據(jù)專利權(quán)利要求18所述的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求2至17以及19至24各自分別代表所述方法或所述設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方式。

根據(jù)本發(fā)明的方法用于將保護(hù)氣體引入接收器管特別是用于太陽能集熱器的接收器管的環(huán)形空間中，其中所述環(huán)形空間形成于所述接收器管的一個(gè)外套管與內(nèi)吸熱管之間，并且所述外套管通過壁而連接至所述吸熱管，其特征在于，在第一處理步驟中，產(chǎn)生穿透所述套管或所述壁的開口。隨后，通過所述開口將保護(hù)氣體引入所述環(huán)形空間中，并且在第三處理步驟中，隨后使所述開口再次閉合。

根據(jù)本發(fā)明的這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，已經(jīng)制造以及甚至已經(jīng)安裝在太陽能集熱器中的接收器管的環(huán)形空間可于隨后用保護(hù)氣體填充并且在時(shí)間或成本方面沒有很大的投入。此外，接收器管可被提供有最初抽空的環(huán)形空間，使得在最開始使用時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)最大效率。然而，一旦接收器管的效率由于氫氣擴(kuò)散而達(dá)到臨界值，就可以按照根據(jù)本發(fā)明的方法用保護(hù)氣體填充所述環(huán)形空間，并因此有可能阻止任何進(jìn)一步的效率下降。

免除了填充有保護(hù)氣體的附加罐的成本密集和制造密集的安裝。另外，還可以通過根據(jù)本發(fā)明的方法在任何時(shí)候用稀有氣體填充現(xiàn)有裝備的環(huán)形空間，并因此可以阻止效率的進(jìn)一步降低。以這種方式，增加了所有接收器管的使用壽命，這提供了顯著的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)優(yōu)勢。

在該過程中，可以從實(shí)際存在于環(huán)形空間中的氫氣濃度推導(dǎo)出所述臨界值，該濃度由合適的傳感器測量。在玻璃套管處測得的溫度也是合適的指標(biāo)，因?yàn)殡S著氫氣濃度增加，環(huán)形空間的熱導(dǎo)率并且因而玻璃套管的溫度也在操作期間升高。此外，太陽能集熱器的時(shí)間或效率也可以構(gòu)成臨界值。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的有利實(shí)施方式中，通過激光鉆孔方法形成開口。

激光鉆孔方法具有在原則上可以產(chǎn)生具有任何大小和形狀的開口的優(yōu)點(diǎn)。為此，僅需要使激光束的功率和/或幾何形狀適于接收器管、套管和/或壁的相應(yīng)幾何形狀和性質(zhì)。此外，激光鉆孔方法在主要由玻璃組成的套管中或者在主要由金屬或金屬合金組成的壁中同等地提供了通過使用同樣的設(shè)備產(chǎn)生開口的可能性。與材料去除鉆孔工藝相比，激光鉆孔方法使得在沒有任何磨削物的情況下可以產(chǎn)生開口，由此防止對(duì)環(huán)形空間的污染。

在另一有利實(shí)施方式中，通過激光焊接方法使所述開口再次閉合。

通過激光焊接方法進(jìn)行的閉合提供了可在無需另外施加閉合材料的情況下使開口閉合的優(yōu)點(diǎn)。此外，可以通過改變激光束的功率和/或幾何形狀來使其適于多樣化的開口幾何形狀以及不同的要求，舉例而言，諸如套管或壁的壁厚或者其材料組成。

另一有利實(shí)施方式提供了在從環(huán)形空間的外部到內(nèi)部中的壓力梯度下產(chǎn)生開口。

該實(shí)施方式提供的是，在套管的外部以及因此從背離吸熱管的一側(cè)存在比環(huán)形空間中更高的壓力。這種升高的壓力可例如通過借助于保護(hù)氣體施加壓力而發(fā)生。該實(shí)施方式提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)：一旦存在開口，保護(hù)氣體就已經(jīng)穿透至環(huán)形空間中，并且從而在時(shí)間上縮短環(huán)形空間的填充過程。另外，還強(qiáng)有力地限制了外來氣體對(duì)環(huán)形空間的任何污染。所述壓力梯度進(jìn)一步導(dǎo)致了這樣的可行性：也可通過激光鉆孔方法產(chǎn)生的非常小的開口保持打開，并且熔融的材料不會(huì)再次流入至所述開口中，而作為結(jié)果，盡管開口非常小，后續(xù)的連續(xù)填充過程仍能夠?qū)崿F(xiàn)。

在同樣有利的實(shí)施方式中，通過利用激光束直徑d_L1的激光鉆孔方法產(chǎn)生開口，并且可以通過利用激光束直徑d_L2的激光焊接方法在處理室已被填充之后使所述開口閉合，其中d_L2大于d_L1。該實(shí)施方式提供了通過使用僅一個(gè)激光裝置產(chǎn)生開口和使開口再次閉合的可行性。當(dāng)開口閉合時(shí)，僅需要例如通過光學(xué)系統(tǒng)來加寬激光束的直徑。然后，用激光束照射開口，所述激光束的半徑大于開口半徑。這樣做的結(jié)果是，位于開口周圍的材料通過吸收而被加熱并最終熔融。這些熔融的區(qū)域隨后流動(dòng)至開口中并且使其閉合。

在根據(jù)本發(fā)明的、備選的且進(jìn)一步的實(shí)施方式中，開口的閉合使用附加的閉合材料而發(fā)生。

尤其是在薄壁套管或壁的情況下，可能沒有足夠的材料可用于通過熔融使所述開口閉合，從而在閉合的開口區(qū)中無法確保套管或壁的穩(wěn)定性。在這樣的情況下，根據(jù)本發(fā)明，將附加的材料引入至開口之上或之中，由此使開口閉合并且套管或壁的周圍材料也不受損害或較少受損。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式提供的是，在生成開口之前，對(duì)待開口的管狀?yuàn)A套或壁的部位施加附加的閉合材料。

開口是在所施加的整個(gè)閉合材料上產(chǎn)生的。閉合材料從而對(duì)環(huán)形空間的開口步驟和填充過程沒有顯著影響。該實(shí)施方式還具有這樣的優(yōu)點(diǎn)：不必使用套管或壁的任何直接材料來使開口閉合。有充足的附加材料可供使用，以便防止對(duì)套管和/或壁的穩(wěn)定性的任何損害。

此外，有利的是在其中通過釬焊、焊接或粘接方法而施加閉合材料的實(shí)施方式。

通過所有這些方法，將閉合材料布置在套管或壁上的固定位置，從而減小其在開口步驟或填充過程期間不適當(dāng)?shù)匾莆坏奈ｋU(xiǎn)。

附加的閉合材料在已經(jīng)填充環(huán)形空間之后熔融，并于隨后至少部分地進(jìn)入開口中以便使其閉合。

如上文所述，閉合材料的熔融可以通過激光束而發(fā)生，所述激光束的直徑大于開口直徑。另外，可以選擇具有相比于套管或壁的熔化溫度更低的熔化溫度的材料作為閉合材料，由此在熔融期間，所需的能量明顯減少，并且套管或壁上的局部熱負(fù)荷進(jìn)一步降低?；蛘?，所述熔融還可以通過直接引入熱能的方式而發(fā)生。

作為對(duì)施加閉合材料的替代，在另一有利實(shí)施方式中提供的是僅在環(huán)形空間的填充之后將閉合材料推動(dòng)至開口之中或之上，并且因此所述開口至少部分地閉合。

僅在環(huán)形空間的填充之后引入閉合材料使得可以平滑且不受干擾的開口和填充過程。盡管如此，通過使用閉合材料，仍存在充足的附加材料用于使開口閉合。材料向開口之中或之上的引入可以是自動(dòng)化的，并且/或者其可以在計(jì)算機(jī)控制下發(fā)生，以便能夠以特定而可靠的方式使開口閉合。

在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，在環(huán)形空間的填充之后將閉合材料推動(dòng)至開口之中或之上，并且通過激光而使該材料至少部分地熔融，由此使開口閉合。

這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，由于單獨(dú)的閉合材料的熔融，可以防止熱負(fù)荷以及隨之引起的對(duì)套管和/或壁的潛在損壞。

根據(jù)本發(fā)明的方法的另一有利實(shí)施方式的特征在于，所產(chǎn)生的開口具有至少兩個(gè)不同的直徑d_O1和d_O2，其中d_O2表示背離吸熱管的一側(cè)的開口直徑，而d_O1表示面向吸熱管的套管或壁的一側(cè)的開口直徑，其中以下關(guān)系成立：d_O2>d_O1。

由于套管的外側(cè)的增大的直徑，促進(jìn)了附加閉合材料向開口中的引入。另外，這種階梯式鉆孔形式的開口設(shè)計(jì)使得可以進(jìn)行牢固的閉合過程。由于閉合材料在開口直徑d_O2上或其之中的熔融，該閉合材料既流入具有較小直徑的開口區(qū)中，又流入具有較大直徑的開口區(qū)中。這導(dǎo)致開口內(nèi)部的閉合材料中的潛在空腔減到最小，并且因此還導(dǎo)致潛在的氣體進(jìn)入減到最小。

在另一有利實(shí)施方式中，通過電阻焊接來使壁中的開口閉合。

由于壁特別由金屬或金屬合金組成的這一事實(shí)，因此其傳導(dǎo)電流。相應(yīng)地，通過施加電壓，可以通過電阻焊接來使開口閉合。這種焊接技術(shù)的很大的優(yōu)點(diǎn)在于，可以在非常短的時(shí)間內(nèi)以電流的形式將高能量集中到工件的小區(qū)域，由此，在供應(yīng)(氣動(dòng)的或機(jī)電的)高壓力的情況下，產(chǎn)生不可逆連接。因此，所產(chǎn)生的開口能夠以快速而堅(jiān)固的方式閉合。

該有利實(shí)施方式還可以通過使用附加的閉合材料而發(fā)生。

另一實(shí)施方式的特征在于，開口的閉合通過使用至少一個(gè)棒電極而發(fā)生。

通過使用至少一個(gè)棒電極，可以以高度特定而局部的方式限制電阻焊接對(duì)開口的影響。因此，不影響壁的周圍區(qū)域。此外，還可以通過選擇棒電極的適當(dāng)幾何形狀來實(shí)現(xiàn)對(duì)壁的不同實(shí)施方式的電阻焊接。另外，棒電極使得恰當(dāng)?shù)膲毫δ軌蚓植康厥┘釉陂_口的區(qū)域中，由此簡化并且還促進(jìn)閉合。

另一同樣有利的實(shí)施方式提供的是，在環(huán)形空間的填充之后，將閉合材料至少部分地推動(dòng)至開口之中或之上，在每種情況下至少一個(gè)棒電極都與閉合材料并且與壁接觸，通過電阻焊接使所述閉合材料熔融，并因此使開口閉合。

在該實(shí)施方式中，結(jié)合了電阻焊接和使用閉合材料的所有上述優(yōu)點(diǎn)。

在另一實(shí)施方式中，機(jī)械地產(chǎn)生開口。機(jī)械開口可以例如通過使用尖狀物(Dorn)而發(fā)生。在該過程中，按壓尖狀物穿過壁并繼而將其拉出，由此穿過該壁產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的開口。

然而，在一個(gè)有利實(shí)施方式中，通過使用插管來產(chǎn)生開口，其中按壓所述插管穿過壁。

插管的使用具有這樣的優(yōu)點(diǎn)：形成通過所述插管的腔體對(duì)環(huán)形空間的直接進(jìn)入，從而無需再次從開口拉出插管。在已經(jīng)發(fā)生用插管進(jìn)行的穿孔之后，插管的一個(gè)節(jié)段位于環(huán)形空間中，而另一節(jié)段從壁突出并且支持容易地附接用于引入保護(hù)氣體的進(jìn)氣口。在這種情況下，插管起到類似于注射器插管的作用，并且簡化了后續(xù)的填充過程。此外，插管的使用還有益于開口在以后的閉合。

因此，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式提供的是，將插管按壓穿過壁，經(jīng)由插管來填充環(huán)形空間，并且通過插管的閉合而在隨后使開口閉合。

該實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，壁僅通過插管而被刺穿一次，并且所有進(jìn)一步的方法步驟都經(jīng)由該插管而發(fā)生。當(dāng)環(huán)形空間打開和閉合時(shí)，壁上的熱負(fù)荷因此減小。此外，開口的閉合通過使插管閉合而間接發(fā)生。在該過程中，插管顯著地更加容易接近并且更易于閉合，使得在此也存在簡化并因此產(chǎn)生了閉合期間的時(shí)間節(jié)省。

有利地，通過以下方法中的至少一種來使插管閉合：電阻焊接、摩擦焊接或感應(yīng)釬焊。

已經(jīng)長期嘗試并測試了這種方法，通過該方法，插管的閉合可以快速而可靠地發(fā)生。為了使電阻焊接可行，插管至少部分地由金屬或合金組成。

根據(jù)本發(fā)明的方法的另一有利實(shí)施方式的特征在于，在生成開口之前，將經(jīng)抽空的處理室以封閉和氣密的方式布置在套管和/或壁的待開口之處，繼而將其抽空并填充保護(hù)氣體。

因此，保護(hù)氣體向接收器管的環(huán)形空間中的引入從該處理室發(fā)生。該處理室的優(yōu)點(diǎn)在于，所述方法能夠以受到保護(hù)而不受所有環(huán)境影響(舉例而言，諸如壓力或濕度)并且還免遭機(jī)械負(fù)荷或外來顆粒的方式進(jìn)行。因此，防止了處理室的任何污染。在處理室中有可能調(diào)節(jié)任何環(huán)境參數(shù)，由此所述方法可以靈活地且獨(dú)立于氣候影響而進(jìn)行。此外，處理室使得可以將所述方法所需的所有方法裝置預(yù)先布置在處理室之內(nèi)，從而無需在該方法期間打開處理室。

在同樣有利的實(shí)施方式中，在生成開口之后，等待直到在環(huán)形空間與處理室之間發(fā)生期望的氣體交換。

由于這樣的有限開口直徑，一旦保護(hù)氣體已經(jīng)引入到處理室中，有必要等待一定的時(shí)間，直到保護(hù)氣體以預(yù)期的分壓分布在環(huán)形空間內(nèi)。該等待時(shí)間取決于開口直徑、保護(hù)氣體以及環(huán)形空間與保護(hù)氣體儲(chǔ)器之間的壓力差。當(dāng)已知壓力關(guān)系和開口直徑時(shí)，可以通過壓力測量或者通過時(shí)間測量來直接監(jiān)測填充過程。

在氣體交換之后，使開口閉合，并且繼而對(duì)處理室進(jìn)行通氣并再次將其從接收器管分離。

因此，處理室能夠可拆卸地附接至接收器管并且被重復(fù)使用多次，并且能夠用于各種接收器管。

然而，備選地，處理室還可以不可拆卸地連接至壁和/或套管，從而在氣體交換之后，使開口閉合，并且即使處理室通氣，也不再次將其從接收器管分離。

除了涉及方法以外，本發(fā)明還涉及用于將保護(hù)氣體引入接收器管的環(huán)形空間中的設(shè)備，所述設(shè)備在下文稱為“填充設(shè)備”，特別是用于太陽能集熱器，其中所述環(huán)形空間形成于所述接收器管的外套管與內(nèi)吸熱管之間，并且所述外套管通過壁而以氣密的方式連接至所述吸熱管，并且所述設(shè)備包括處理室、用于產(chǎn)生穿過所述套管或所述壁的開口的裝置、用于將保護(hù)氣體引入所述環(huán)形空間中的裝置以及用于使所述開口閉合的裝置。

該設(shè)備提供了上文結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法而討論的優(yōu)點(diǎn)。

在一個(gè)有利實(shí)施方式中，用于產(chǎn)生穿過套管或壁的開口的裝置由激光系統(tǒng)構(gòu)成。該激光系統(tǒng)提供了快速地且在不移除材料的情況下可以產(chǎn)生穿過具有不同直徑和幾何形狀的管狀?yuàn)A套或壁的開口。已經(jīng)結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法的描述而解釋了激光系統(tǒng)的詳細(xì)優(yōu)點(diǎn)。

在一個(gè)同樣有利的實(shí)施方式中，用于產(chǎn)生穿過壁的開口的裝置由打孔系統(tǒng)構(gòu)成，所述打孔系統(tǒng)具有布置在該打孔系統(tǒng)上的插管。

此外，用于將保護(hù)氣體引入環(huán)形空間中的裝置有利地由氣體供應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)成。該供應(yīng)系統(tǒng)使得可以對(duì)環(huán)形空間進(jìn)行快速而經(jīng)濟(jì)有效的填充過程。在這種情況下，氣體供應(yīng)系統(tǒng)具有氣體罐，該氣體罐以可替換的方式布置在氣體供應(yīng)系統(tǒng)中。因此，使得可以進(jìn)行處理氣體的快速替換或者空的氣體罐的更換。

所述設(shè)備的另一有利實(shí)施方式的特征在于，用于使開口閉合的裝置由激光系統(tǒng)或具有閉合材料的激光系統(tǒng)或加熱系統(tǒng)構(gòu)成，舉例而言，所述加熱系統(tǒng)諸如為感應(yīng)線圈或具有閉合材料的加熱線圈。

接著參考結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)描述以獲得所述設(shè)備的單個(gè)組件的相應(yīng)優(yōu)點(diǎn)。

同樣有利的是這樣的實(shí)施方式：其中處理室具有用于抽空所述處理室的出口開口、用于所述用于產(chǎn)生穿過套管或壁的開口的裝置的饋通開口以及用于用保護(hù)氣體填充所述處理室的入口開口?？梢酝ㄟ^這些開口來實(shí)現(xiàn)所述設(shè)備的快速而經(jīng)濟(jì)有效的操作以及所述方法的高效實(shí)施。

在另一有利實(shí)施方式中，處理室可以經(jīng)由出口開口連接至真空系統(tǒng)，經(jīng)由入口開口連接至氣體供應(yīng)系統(tǒng)，以及經(jīng)由饋通開口連接至激光系統(tǒng)或打孔系統(tǒng)。

為了確保將處理室快速固定在接收器管上并且特別是固定在壁上，在處理室布置用于將該處理室可拆卸地固定在接收器管上并且特別是固定在壁上的裝置。

在另一實(shí)施方式中，除了處理室之外，還提供了支撐系統(tǒng)，該支撐系統(tǒng)通過真空密封的波紋軟管連接件而連接至處理室。這種布置具有這樣的優(yōu)點(diǎn)：連接至支撐系統(tǒng)的激光器、泵等的所有機(jī)械作用力都由該支撐系統(tǒng)吸收，并且因此在壁上的密封不承受機(jī)械負(fù)荷。另外，波紋軟管連接件可被附接用于接收激光，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)激光束路徑的完全封裝。

處理室配備有對(duì)激光束透明的真空密封窗口。另外，可以將保護(hù)玻璃附接在處理室中，所述保護(hù)玻璃優(yōu)選地是可旋轉(zhuǎn)的，并且在開口過程期間保護(hù)激光窗口免遭氣相沉積。支撐系統(tǒng)具有進(jìn)一步的室系統(tǒng)，該室系統(tǒng)具有用于泵送和氣體供應(yīng)系統(tǒng)的連接端口，包括所有需要的傳感器以及用于激光頭的安裝件和校準(zhǔn)裝置?？梢詢?yōu)選地使用預(yù)填充的氣體筒匣來代替氣體管線，所述預(yù)填充的氣體筒匣在每個(gè)新的填充過程之前更換。優(yōu)選地，在室系統(tǒng)處還存在用于接收真空吸氣劑的連接端口，該連接端口確保在填充過程期間保持氣體純度?；蛘?，吸氣劑還可以在填充過程之前引入至稀有氣體筒匣中，并繼而在閉合之后被激活。

在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，可以使用位于玻璃管中的汽化鋇吸氣劑，所述汽化鋇吸氣劑同時(shí)用作對(duì)填充操作的質(zhì)量的指示劑。可以通過使用吸氣劑在打開接收器之前拆卸處于稀有氣體氣氛下的泵送系統(tǒng)，并且開口過程可以在用稀有氣體充注所述室之后進(jìn)行。以這種方式，可以防止由于泵送系統(tǒng)而造成的干擾振動(dòng)，并且可以提高過程安全性。而且，從而有可能在打開之前確保室系統(tǒng)在所述充注之后仍然是氣密的。

附圖說明

下文基于對(duì)附圖的描述而討論了用于將保護(hù)氣體引入環(huán)形空間中的方法和設(shè)備的進(jìn)一步特征、優(yōu)點(diǎn)和示例性實(shí)施方式。圖中示出了：

圖1a是填充設(shè)備的第一實(shí)施方式，

圖1b-圖1c是用于填充環(huán)形空間的各個(gè)處理步驟期間的填充設(shè)備，

圖2a是填充設(shè)備的第二實(shí)施方式，

圖2b-圖2d是用于填充環(huán)形空間的各個(gè)處理步驟期間的第二實(shí)施方式的填充設(shè)備，

圖3a是填充設(shè)備的第三實(shí)施方式，

圖3b-圖3e是用于填充環(huán)形空間的各個(gè)處理步驟期間的第三實(shí)施方式的填充設(shè)備，

圖4a是填充設(shè)備的第四實(shí)施方式，

圖4b-圖4e是用于填充環(huán)形空間的各個(gè)處理步驟期間的第四實(shí)施方式的填充設(shè)備，

圖5a是填充設(shè)備的第五實(shí)施方式，

圖5b是根據(jù)第五實(shí)施方式的處理室的放大示圖，

圖6a是填充設(shè)備的第六實(shí)施方式，

圖6b是根據(jù)第六實(shí)施方式的處理室的放大示圖。

具體實(shí)施方式

圖1a中圖示了根據(jù)本發(fā)明的填充設(shè)備100的第一實(shí)施方式。該設(shè)備100具有處理室101，該處理室101可以通過固定系統(tǒng)20在接收器管4上固定就位，固定系統(tǒng)20由夾具21和固定件22組成。接收器管4的特征在于吸熱管1和套管2，其中環(huán)形空間3形成于吸熱管1與套管2之間。填充設(shè)備100通過夾具21固定在套管2上或者優(yōu)選地固定在壁5上。壁5包含膨脹補(bǔ)償件，該膨脹補(bǔ)償件未在圖1中圖示出并且已經(jīng)在開頭部分中討論過。結(jié)合圖5b討論關(guān)于壁5的更多詳細(xì)細(xì)節(jié)?；蛘撸畛湓O(shè)備100還可以直接置于套管2的玻璃上。優(yōu)選地，固定系統(tǒng)20部分地布置在處理室101的側(cè)壁106處，從而在壁5上或者在套管2上產(chǎn)生均勻的壓縮壓力。

為了能夠?qū)⑻幚硎?01迅速且可拆卸地附接至套管2或壁5的具有不同直徑的各個(gè)接收器管4，可以通過固定件22可變地調(diào)節(jié)夾具21的周向大小。舉例而言，市售的蝸桿夾具適合作為固定系統(tǒng)20。然而，作為夾具21的備選，還有可能使用橡膠帶或橡膠條來將處理室101在接收器管4上固定就位。

為了將處理室101的內(nèi)部密封，以免外部環(huán)境的影響，將密封件102附接在處理室101與接收器管4之間的接觸部位處。這些密封件102可例如被設(shè)計(jì)成密封環(huán)102。可以通過固定系統(tǒng)20和密封件102以可逆的方式將處理室101的內(nèi)部固定在接收器管4上。

為了能夠抽空處理室101，所述處理室具有出口開口103并且通過凸緣連接件33而連接至真空系統(tǒng)30。該真空系統(tǒng)30包括真空泵31和真空軟管32，其中至少一個(gè)真空軟管32經(jīng)由凸緣連接件33將真空泵31連接至處理室101。因此，可以經(jīng)由出口開口23a來抽空處理室101，并且可以在處理室101內(nèi)獲得幾毫巴的壓力。

此外，處理室101布置在饋通開口104之上。在填充設(shè)備100的第一實(shí)施方式中，該開口104將處理室101連接至激光系統(tǒng)40。在這種情況下，激光系統(tǒng)40具有例如激光二極管或固態(tài)激光器等形式的激光源41。該激光源41經(jīng)由至少一個(gè)光導(dǎo)42連接至激光頭43，其中激光頭43與凸緣連接件46一起構(gòu)成了激光系統(tǒng)40與處理室101之間的連接部位。為了能夠使從激光源41發(fā)出的激光束適于套管2或壁5的相應(yīng)特性，舉例而言，諸如其材料組成或壁厚，激光頭43具有用于調(diào)節(jié)激光束的束寬的光學(xué)系統(tǒng)44以及用于控制激光束在接收器管4的徑向方向上的焦點(diǎn)的聚焦單元45。經(jīng)由激光頭43，激光束通過饋通開口104進(jìn)入處理室101的內(nèi)部，并且其焦點(diǎn)最終到達(dá)接收器管4的套管2或壁5的表面。

為了能夠用氣體并且特別是用例如稀有氣體等惰性處理氣體來填充處理室101，所述處理室經(jīng)由入口開口105連接至氣體供應(yīng)系統(tǒng)50。氣體供應(yīng)系統(tǒng)50具有氣體罐51，該氣體罐51用處理氣體填充并且通過凸緣連接件52連接至處理室101。為了能夠控制處理室101內(nèi)的處理氣體的比例，將例如圖1a中未示出的閥布置在凸緣連接件52與氣體罐51之間?；蛘撸梢酝ㄟ^氣體流量計(jì)來分析和控制處理氣體向處理室101中的流動(dòng)速率，所述氣體流量計(jì)也布置在凸緣連接件52與氣體罐51之間并且未在圖1a中圖示出。

入口開口105、饋通開口104和出口開口103各自布置在處理室101的一側(cè)，即布置在背離接收器管4的蓋壁107上。

將會(huì)基于圖1a至圖1c通過填充設(shè)備100的第一實(shí)施方式來討論用于填充接收器管4的環(huán)形空間3的各個(gè)處理步驟。

如圖1a中可見，在第一步驟中，將由處理室101、真空系統(tǒng)30、激光系統(tǒng)40以及氣體供應(yīng)系統(tǒng)50組成的填充設(shè)備100通過固定系統(tǒng)20布置在接收器管4上并且特別是布置在其壁5或套管2上。在該過程中，密封件102優(yōu)選地在處理室101與壁5或套管2之間形成唯一接觸。隨后，將固定系統(tǒng)20固定，使得處理室101被按壓在玻璃-金屬過渡元件5上。如果固定系統(tǒng)20例如由夾具21形成，則所述固定通過調(diào)節(jié)固定件22而發(fā)生。

一旦處理室101已經(jīng)以氣密的方式放置在套管2或壁5上，其內(nèi)部就通過真空系統(tǒng)30的真空泵31經(jīng)由出口開口103而抽空。這會(huì)一直發(fā)生，直到處理室中存在約10^-3至10^-2毫巴的壓力。由于這種抽空，處理室101的內(nèi)部沒有外來材料，所述外來材料否則可能在以后打開套管2或壁5時(shí)造成對(duì)環(huán)形空間3的污染。

可選地，在抽空處理室101之后并且在打開套管3或壁5之前，處理室101的內(nèi)部可能已經(jīng)經(jīng)由入口開口105而填充有來自氣體供應(yīng)系統(tǒng)50的氣體罐51的處理氣體。這樣的壓力施加有利地作用于壁5或套管2的后續(xù)打開，因?yàn)閴毫Ψ乐沽瞬牧线M(jìn)入孔中。另外，處理室101的預(yù)先填充減少了環(huán)形空間3的后續(xù)填充時(shí)間。

一旦處理室101已被抽空并且可選地已填充有處理氣體，就通過激光系統(tǒng)40產(chǎn)生穿過壁5或者直接穿過套管2的開口O1，這在圖1b中圖示出。

在激光源41中，例如由激光二極管產(chǎn)生激光束，并且經(jīng)由光導(dǎo)42將其引導(dǎo)至激光頭43中。在該激光頭43中，通過光學(xué)系統(tǒng)44來調(diào)節(jié)激光束的束寬。還可以經(jīng)由聚焦單元45來調(diào)節(jié)和改變激光束沿軸線L1的焦點(diǎn)。

因此，將激光源41中產(chǎn)生的激光束經(jīng)由激光頭和饋通開口104沿軸線L1引導(dǎo)至處理室101中并且引導(dǎo)至套管2或壁5的表面上。由于激光束的高能量，在激光束與套管2或壁5的接觸點(diǎn)處發(fā)生汽化過程，從而移除材料。這會(huì)一直發(fā)生，直到穿過套管2或壁5產(chǎn)生完整開口O1。因此，處理室101的內(nèi)部和環(huán)形空間3的內(nèi)部在空間上彼此相連，并且處理氣體可以從氣體供應(yīng)系統(tǒng)50的氣體罐51流出，經(jīng)由入口開口105進(jìn)入處理室101的內(nèi)部中并且經(jīng)由開口O1進(jìn)入環(huán)形空間3中。

這會(huì)一直發(fā)生，直到期望量的處理氣體已流動(dòng)到環(huán)形空間3中。作為特征參數(shù)，在這種情況下可以例如測量處理室101內(nèi)部的壓力、流過入口開口105的處理氣體的量或者處理時(shí)間。

在該填充過程之后，開口O1再次閉合，這在圖1c中描繪出。為此目的，通過光學(xué)系統(tǒng)44使激光束在其焦點(diǎn)中變寬。因此，焦點(diǎn)中的激光束具有比開口O1更大的直徑，并且不再具有使套管2或壁5的材料汽化所需的能量密度，而是僅使該材料熔融。為了使開口O1閉合，將變寬的激光束沿軸線L1照射到開口O1上。由此，開口O1的邊緣軟化并最終熔融。熔融的材料繼而流動(dòng)至開口O1中并且使其閉合，并且因此，環(huán)形空間3和處理室101在空間上再次彼此分離。因此，不需要用于使開口O1閉合的附加閉合材料。

在最后的步驟中，松開固定系統(tǒng)20，由此可以從接收器管4完全移除填充設(shè)備100。

圖2a中圖示了填充設(shè)備200的第二實(shí)施方式，其中類似于圖1a中的設(shè)備100，處理室201通過固定系統(tǒng)20可拆卸地固定至接收器管4。同樣在該實(shí)施方式中，固定系統(tǒng)20并且特別是夾具21的夾緊力可以通過固定件22來調(diào)整，使得處理室201的壓縮力可以可變地調(diào)節(jié)。

為了能夠密封處理室201的內(nèi)部以免受外部環(huán)境影響，還將例如密封環(huán)形式的至少一個(gè)密封件202附接在處理室201與接收器管4之間的接觸區(qū)處，并且該實(shí)施方式中的密封件202也優(yōu)選地代表處理室201與接收器管4之間的唯一接觸。通過固定系統(tǒng)20和密封件21，處理室201的內(nèi)部可拆卸地固定在接收器管4上。

如在第一實(shí)施方式的情況中那樣，處理室201還具有出口開口203、饋通開口204以及入口開口205。在這種情況下，出口開口203經(jīng)由凸緣連接件33將處理室201的內(nèi)部連接至真空系統(tǒng)(在圖2a中未圖示出)，使得處理室201可以通過出口開口203而抽空。入口開口205轉(zhuǎn)而通過凸緣連接件52將處理室201的內(nèi)部連接至氣體供應(yīng)系統(tǒng)50。在這種情況下，氣體供應(yīng)系統(tǒng)50還具有填充有處理氣體的氣體罐51。此外，饋通開口204經(jīng)由凸緣連接件46將處理室201連接至激光系統(tǒng)的激光頭43，所述激光系統(tǒng)未在圖2a中完全示出。

除了出口開口203、饋通開口204和入口開口205的定位之外，真空系統(tǒng)、激光系統(tǒng)和氣體供應(yīng)系統(tǒng)50的其他性質(zhì)和特征類似于圖1a中圖示的填充設(shè)備100。與圖1a中圖示的填充設(shè)備相比，第二實(shí)施方式200中的開口203、204、205沒有集成在蓋壁207中，而是集成在處理室201的側(cè)壁206中。在這種情況下，出口開口203和入口開口205布置成與饋通開口204相對(duì)。然而，饋通開口204不會(huì)垂直地延伸穿過側(cè)壁206，相反其以這樣的方式成角度布置而使得穿過開口204的激光束照射在接收器管4的套管2或壁5的表面上的處理室201之內(nèi)。由于饋通開口204和連接至該饋通開口204的激光系統(tǒng)的這種布置，可以通過激光束來產(chǎn)生穿過套管2或壁5的開口O2，該開口O2在圖2b中圖示出。

為了能夠在氣體交換之后使開口O2再次閉合，將焊絲形式的閉合材料209附加地布置在處理室201內(nèi)。該焊絲209沿軸線D延伸通過穿過蓋壁207的氣密饋通開口208而進(jìn)入處理室201中。如果處理室201布置在接收器管4上，則閉合材料209在套管2或壁5的方向上從蓋壁207優(yōu)選地關(guān)于接收器管4徑向地在處理室201內(nèi)部延伸。在這種情況下，閉合材料209沿優(yōu)選地垂直穿過蓋壁207的軸線D布置，以便能夠在軸線D的方向上移動(dòng)。此外，閉合材料209、饋通開口204以及激光頭43以這樣的方式布置：對(duì)于安裝在接收器4上的處理室201，激光束的束軸線L2和閉合材料209的軸線D在套管2或壁5的表面上的交叉點(diǎn)S處相交。該交叉點(diǎn)S位于處理室201的內(nèi)部。

為了能夠可靠地密封處理室201以免受外部環(huán)境影響，優(yōu)選地將饋通開口208設(shè)計(jì)成真空饋通開口。

作為對(duì)圖1a和圖2a中討論的填充設(shè)備100、200的實(shí)施方式的固定的替代，通過夾具21，還可以將處理室101、201直接可拆卸地連接至接收器管4，并且這將會(huì)結(jié)合圖3a和圖3b詳細(xì)討論。

在圖2a至圖2d中，討論了用于通過填充設(shè)備200的第二實(shí)施方式來填充接收器管4的環(huán)形空間3的各個(gè)處理步驟。

首先，通過固定系統(tǒng)20將處理室201布置在接收器管4上并且特別是布置在其套管2或其壁5上，其中密封件202優(yōu)選地在處理室201與套管2或壁5之間形成唯一接觸。

一旦處理室201已經(jīng)以氣密的方式放置在套管2或壁5上，就通過真空系統(tǒng)經(jīng)由出口開口203將其內(nèi)部抽空?？蛇x地，在抽空處理室201之后并且在對(duì)套管3或壁5進(jìn)行開口之前，可以經(jīng)由入口開口205用處理氣體填充處理室201的內(nèi)部。

對(duì)于有關(guān)這些處理步驟的詳細(xì)信息，在這一點(diǎn)上參考圖1b的描述，因?yàn)檫@些步驟在填充設(shè)備100、200的第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中是相同的。

一旦處理室201已被抽空并且可選地填充有處理氣體，就通過激光系統(tǒng)產(chǎn)生穿過套管2或壁5的開口O2，這在圖2b中示出。開口O2的生成與第一實(shí)施方式形式100的開口的生成類似地發(fā)生。然而，開口O2不徑向延伸穿過套管2或壁5，而是成角度，其中開口O2的中尖狀物線與軸線D相交于處理室201內(nèi)部的點(diǎn)S處。一旦已經(jīng)產(chǎn)生開口O2，環(huán)形空間3就在空間上再次連接至處理室201，使得利用處理氣體對(duì)環(huán)形空間3進(jìn)行填充可以發(fā)生。這種填充也與通過使用填充設(shè)備100的第一實(shí)施方式來填充環(huán)形空間3相同地發(fā)生。

為了能夠使開口O2再次閉合，通過使用圖2c中未示出的行程裝置使閉合材料209在接收器管4的方向上沿軸線D行進(jìn)。這會(huì)一直發(fā)生，直到閉合材料209至少接觸激光束的軸線L2。然而，優(yōu)選地，閉合材料延伸至套管2或壁5。一旦閉合材料209已經(jīng)到達(dá)該位置，激光束使材料209在交叉點(diǎn)S處熔化。隨后，熔化的閉合材料209至少部分地流動(dòng)至開口O2中，在開口O2中，其隨后重新凝固。由此，開口O2閉合，并且環(huán)形空間3在空間上與處理室201分離。為了使材料209熔融，與開口O2的生成相比，激光束優(yōu)選地具有更小的能量密度。這例如通過焦點(diǎn)直徑的擴(kuò)大或者通過束能量減少而實(shí)現(xiàn)。

隨后，如圖2d中所示，沿軸線D將閉合材料209遠(yuǎn)離接收器管4再次移動(dòng)于其初始位置，并且可以通過松開固定件20將填充設(shè)備200從接收器管4提升離開。

為了保護(hù)脆弱的套管2和壁5免受由于固定系統(tǒng)20造成的過強(qiáng)負(fù)荷并從而保護(hù)其免受可能發(fā)生的損壞，圖3a中所示的填充設(shè)備300的第三實(shí)施方式可以在沒有附加固定裝置的情況下附接至接收器管4并且特別是附接至壁5。為此目的，在側(cè)壁306與套管2或壁5之間的接觸部位處將處理室301直接連接至套管2并且特別是連接至壁5。由于這樣的連接，處理室301的內(nèi)部以氣密方式閉合以免受外部環(huán)境影響。如果壁5和處理室301各自由導(dǎo)電材料組成，則所述連接可例如通過電阻焊接而發(fā)生。或者，所述連接可以通過釬焊方法或粘合劑附接而產(chǎn)生。

結(jié)合圖3b-圖3e討論關(guān)于處理室301的附接以及環(huán)形空間3的填充操作的詳細(xì)信息。

如前兩個(gè)實(shí)施方式的情況那樣，根據(jù)圖3a的處理室301具有出口開口303和入口開口305，其各自布置在處理室301的側(cè)壁306處。處理室301接著經(jīng)由出口開口303連接至未示出的真空系統(tǒng)，其中該實(shí)施方式中的耦合也通過凸緣連接件33而發(fā)生。處理室301的內(nèi)部可以通過出口開口303而抽空。處理室301經(jīng)由入口開口305連接至氣體供應(yīng)系統(tǒng)50，從而可以利用來自氣體罐51的適當(dāng)處理氣體來填充處理室301。氣體供應(yīng)系統(tǒng)50、真空系統(tǒng)及其到處理室301的連接的進(jìn)一步特征和性質(zhì)可以從結(jié)合第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式的討論中獲得。

此外，處理室301具有饋通開口304，該饋通開口304布置在處理室301的蓋壁307處。為了將處理室301的內(nèi)部連接至接收器管4的環(huán)形空間3，填充設(shè)備300包括打孔系統(tǒng)70，通過該打孔系統(tǒng)70，可以將兩端處開口的插管309按壓穿過壁5。打孔系統(tǒng)70具有打孔桿72，該打孔桿72垂直地穿過饋通開口304而至少部分地延伸至處理室301的內(nèi)部中，并且可移動(dòng)地布置在軸線T上。為了能夠使打孔桿72移動(dòng)，其連接至處理室301之外的行程裝置，該行程裝置未在圖3a中示出。當(dāng)通過行程裝置沿軸線T在打孔桿72上施加力時(shí)，所述打孔桿可被推動(dòng)至處理室301的內(nèi)部并繼而回縮至其初始位置。

在處理室301的內(nèi)部，打孔桿72由波紋管形式的密封件74完全包圍。該密封件74使處理室301的內(nèi)部相對(duì)于饋通開口304密封，并且從蓋壁307延伸至打孔頭73。在這種情況下，打孔頭73形成背離蓋壁307并且布置在處理室301內(nèi)部的打孔桿72的一端。

插管309可拆卸地固定在該打孔頭73處。插管309具有兩個(gè)端310和311。端310在插管309與打孔頭73之間形成連接端310，而端311形成穿孔端311，利用該穿孔端311迫使插管309穿過壁5。連接端310是扁平的，以獲得插管309與打孔頭73之間的無損力傳遞，而穿孔端311具有用于促進(jìn)對(duì)壁5的穿透的尖端。

螺旋彈簧可以布置在密封件74內(nèi)，并且在打孔桿72移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生回復(fù)力，該回復(fù)力用于使打孔系統(tǒng)70返回至其初始位置。

另外，在填充設(shè)備300的第三實(shí)施方式中，穿過側(cè)壁306布置兩個(gè)饋通開口313(其各自用于電極312)。這些電極312可以在垂直于側(cè)壁306的軸線E上移動(dòng)。此外，電極312連接至電壓源，該電壓源未在圖3a中示出。結(jié)合圖3e討論關(guān)于電極312的更多信息。

在圖3b至圖3e中，通過填充設(shè)備300的第三實(shí)施方式示意性地圖示了接收器管4的環(huán)形空間3的填充操作的各個(gè)步驟。

圖3b中描繪了環(huán)形空間3的填充操作的第一處理步驟，其中將處理室301放置到套管2上并且特別是放置到壁5上，使得側(cè)壁306與壁5直接接觸。處理室301和壁5都由導(dǎo)電材料組成。隨后，將處理室301和壁5通過電線81a連接至電壓源82a。電線81a和電壓源82a一起構(gòu)成電氣系統(tǒng)80a。在側(cè)壁306與壁5之間生成的電壓導(dǎo)致電流流過連接部位并且由于焦耳電流加熱而造成處理室301與壁5在其連接部位處的焊接。由此產(chǎn)生的連接Va以氣密方式使處理室301的內(nèi)部向外密封?；蛘撸梢酝ㄟ^釬焊或粘合劑粘結(jié)而以材料結(jié)合的方式產(chǎn)生連接Va。

一旦已經(jīng)產(chǎn)生連接Va，就通過使用圖3c中所示的真空系統(tǒng)30的真空泵31經(jīng)由出口開口303來抽空處理室301。一旦處理室301的內(nèi)部下降至低于最大壓力，就可以用來自氣體供應(yīng)系統(tǒng)50的氣體罐51的處理氣體可選地填充處理室301。隨后，通過打孔系統(tǒng)70將插管309按壓穿過壁5。為此目的，將插管309布置成使其連接端310位于打孔頭73處。通過外部行程裝置，致使打孔桿72與插管309一起在軸線T上從初始位置沿接收器管4的方向行進(jìn)。這樣的移動(dòng)優(yōu)選地一直發(fā)生，直到穿孔端311已經(jīng)完全穿透至環(huán)形空間3中。在這種情況下，處理室301內(nèi)部的真空或處理氣體防止當(dāng)插管309對(duì)壁5進(jìn)行穿孔時(shí)環(huán)形空間3受到污染。

由于密封件74連接至蓋壁307和打孔頭73，因此其在移動(dòng)期間沿軸向方向膨脹。在該過程中，處理室301的內(nèi)部空間在打孔系統(tǒng)70的完全移動(dòng)期間保持與饋通開口304密封。

為了確保插管309穿過壁5的牢固滑動(dòng)，插管309和壁5都優(yōu)選地由金屬組成。金屬還具有導(dǎo)電和可焊接的優(yōu)點(diǎn)，這是下文描述的插管309與壁5之間的連接處理所需要的。打孔桿72也由導(dǎo)電材料組成，并且打孔桿72與插管309彼此電連接。

一旦插管309的穿孔端311已被完全按壓穿過壁5，就通過電壓源82b和電線81b在打孔系統(tǒng)70與壁5之間也感應(yīng)出電壓。由于打孔桿72和插管309之間的電接觸，該電壓造成經(jīng)過插管309和壁5的連接部位的電流流動(dòng)，這進(jìn)而由于焦耳電流加熱而在該連接部位處造成插管309與壁5之間的材料結(jié)合的焊接連接Vb。因此，插管309以堅(jiān)固且流體密封的方式連接至壁5。

由電線81b和電壓源82b組成的電氣系統(tǒng)80b可以與電氣系統(tǒng)80a相同。圖3d中圖示了在插管309與壁5之間產(chǎn)生連接Vb之后的處理步驟。

為了在處理室301的內(nèi)部與環(huán)形空間3之間產(chǎn)生空間連接，使打孔桿72與打孔頭73一起沿軸線T遠(yuǎn)離接收器管4而移動(dòng)，以便恢復(fù)打孔系統(tǒng)70的初始位置。然而，插管309保持連接至壁5。因此，插管的連接端310自由地位于處理室301的內(nèi)部，并且穿孔端311自由地位于接收器管4的環(huán)形空間中，其結(jié)果是，插管309在處理室301與環(huán)形空間3之間形成空間通路。一旦將處理氣體從氣體罐51引入到處理室301中，該處理氣體就通過插管309從處理室301流動(dòng)至接收器管4的環(huán)形空間3中，這是由于現(xiàn)在存在從處理室301到環(huán)形空間3中的壓力梯度。這種氣體流動(dòng)G會(huì)一直發(fā)生，直到環(huán)形空間3中存在預(yù)定壓力、預(yù)定氣體量流動(dòng)至環(huán)形空間3中，或者預(yù)定流動(dòng)時(shí)間已經(jīng)到期。

在已經(jīng)用處理氣體填充環(huán)形空間3之后，將插管309再次閉合，這在圖3e中示出。

為了使這種閉合可行，將位于處理室301的側(cè)壁306中的兩個(gè)相對(duì)的電極312投入使用。它們安裝在軸線E上，使得它們可以移位到位并且通過饋通開口313從處理室301的外部延伸至內(nèi)部中。在這種情況下，饋通開口313優(yōu)選地為真空饋通開口。

電極312經(jīng)由電線81c而連接至電壓源82c，通過該電壓源82c可以在兩個(gè)電極312之間生成電壓。電線81c與電壓源82c一起構(gòu)成電氣系統(tǒng)80c。該系統(tǒng)80c可以與電氣系統(tǒng)80b和/或80a相同。

為了使插管309閉合，使電極312在軸線E上朝向插管309移動(dòng)，直到其彼此接觸。在這種情況下，接觸部位優(yōu)選地位于靠近插管309的連接端310處。隨后，在電極312處施加電壓。由于焦耳電流加熱，該電壓造成溫度升高并最終造成插管309在該插管309與電極312之間的接觸部位處的軟化。因此可以通過施加的力而使插管309的端310變形。一旦插管309已經(jīng)在與電極312的接觸部位處達(dá)到適于變形的高粘度，電極312就在軸線E上進(jìn)一步朝向彼此移動(dòng)。這會(huì)一直發(fā)生，直到插管309的相對(duì)的壁彼此接觸。當(dāng)在插管309的壁上存在對(duì)電極312的適當(dāng)高的壓力時(shí)，最終形成材料結(jié)合的焊接連接Vc，并且以氣密方式使環(huán)形空間3與處理室301的內(nèi)部再次分離。

因此，接收器管4的環(huán)形空間3填充有處理氣體并且以氣密方式再次閉合以免受外部影響。

圖4a中圖示了填充設(shè)備400的第四實(shí)施方式。該設(shè)備400也具有處理室401，該處理室401以氣密方式直接布置在接收器管4上。在這種情況下的布置可以通過固定系統(tǒng)20而發(fā)生，例如，如圖1a中所示，或者通過不可逆連接而發(fā)生，如圖3a或圖4a中所示。

如兩個(gè)實(shí)施方式200和300的情況那樣，處理室400具有出口開口403和入口開口405，其各自布置在處理室401的側(cè)壁406上，其中開口403和405彼此相對(duì)。處理室401接著經(jīng)由出口開口403而連接至真空系統(tǒng)30，其中在該實(shí)施方式中，耦合也通過凸緣連接件33而發(fā)生。處理室401經(jīng)由入口開口405而連接至氣體供應(yīng)系統(tǒng)50。因此，可以抽空并用處理氣體來填充處理室401。

氣體供應(yīng)系統(tǒng)50、真空系統(tǒng)30及其到處理室401的連接的進(jìn)一步特征和性質(zhì)可以從結(jié)合第二實(shí)施方式和第三實(shí)施方式的討論中獲得。

圖4b描繪了圖4a的剪切示圖。從該圖可以看出，處理室401具有布置在蓋壁407處的饋通開口404。為了將處理室401的內(nèi)部連接至接收器管4的環(huán)形空間3，填充設(shè)備400包含打孔系統(tǒng)70，通過該打孔系統(tǒng)70可以將在兩端處開口的插管409按壓穿過壁5。

打孔系統(tǒng)70具有與已結(jié)合圖3a所討論的性質(zhì)和特征相同的性質(zhì)和特征。

然而，插管409不同于填充設(shè)備300的第三實(shí)施方式的插管309。插管409具有兩個(gè)不同的部分414和415。部分414表示閉合部分414，而部分415表示穿孔部分415，其中閉合部分414的直徑大于穿孔部分415的直徑。此外，閉合部分414包括連接端410，通過該連接端410將插管409連接至打孔系統(tǒng)70的打孔頭73。例如，用于穿透壁5的插管409的穿孔端411位于穿孔部分415的底端。另外，將閉合材料417布置在插管409中，并且特別是布置在閉合部分414中。該閉合材料417以這樣的方式布置：最初，在兩個(gè)端410與411之間存在空間通路，并且插管的功能得到確保。

此外，閉合材料418在插管409外布置于閉合部分414與穿孔部分415之間的連接區(qū)域中。閉合材料417和418可以是相同的或不同的。如果閉合材料417和閉合材料418各自都由焊料組成，則閉合材料417優(yōu)選地具有比材料418更高的熔化溫度。

為了加熱和熔化閉合材料417和418，處理室401具有形式為螺旋加熱元件或感應(yīng)線圈的加熱裝置416，該加熱裝置416位于處理室401的內(nèi)部中。加熱裝置416以這樣的方式布置：插管409至少部分地延伸穿過該加熱裝置416。

將會(huì)結(jié)合圖4c至圖4e來討論接收器管4的環(huán)形空間3的填充過程。

將處理室401放置就位、將處理室401連接至壁5以及隨后抽空處理室401并用處理氣體對(duì)其進(jìn)行填充的第一處理步驟對(duì)應(yīng)于結(jié)合圖3b所討論的處理步驟。

在處理室401以氣密的方式放置在接收器管4的壁5上、經(jīng)抽空并且可選地已經(jīng)填充有處理氣體之后，通過打孔系統(tǒng)70將插管409按壓穿過壁5。該步驟在圖4c中示出。為此目的，將插管409布置成使其連接端410位于打孔頭73處。通過圖4c中未示出的外部行程裝置，致使打孔桿72與插管409一起在軸線T上從初始位置沿接收器管4的方向行進(jìn)。這種移動(dòng)會(huì)一直發(fā)生，直到穿孔端411已經(jīng)優(yōu)選地完全穿透至環(huán)形空間3中并且閉合材料418在插管409的閉合部分414與壁5之間進(jìn)行直接連接。在該過程中，插管409僅利用其穿孔部分415對(duì)壁5進(jìn)行穿孔。閉合部分414完全保持在處理室401之內(nèi)。

優(yōu)選地，閉合材料418由耐熱粘合劑形成。閉合材料418可以備選地由焊料形成，在插管409已經(jīng)對(duì)壁5進(jìn)行穿孔之后，所述焊料通過加熱裝置416而熔融。在后續(xù)凝固之后，其將插管409在壁5處固定就位并且對(duì)連接部位進(jìn)行密封。

處理室401內(nèi)部的真空或處理氣體防止當(dāng)插管409對(duì)壁5進(jìn)行穿孔時(shí)環(huán)形空間3受到污染。

由于密封件74連接至蓋壁407和打孔頭73，因此其在移動(dòng)期間膨脹。處理室401的內(nèi)部空間因此在打孔系統(tǒng)70的完全移動(dòng)期間相對(duì)于饋通開口404密封。

圖4d中圖示了在通過插管409對(duì)壁5進(jìn)行穿孔之后發(fā)生的處理步驟。

為了在處理室401的內(nèi)部與環(huán)形空間3之間產(chǎn)生空間連接，使打孔桿72與打孔頭73一起沿軸線T遠(yuǎn)離接收器管4而移動(dòng)，以便再次恢復(fù)打孔系統(tǒng)70的初始位置。然而，插管409繼續(xù)以材料結(jié)合的方式連接至壁5。因此，插管409的連接端410自由地位于處理室401的內(nèi)部，而穿孔端411自由地位于接收器管4的環(huán)形空間3中。插管409在處理室401與環(huán)形空間3之間形成空間通路。處理氣體從氣體罐51流動(dòng)至處理室401中，這是由于在該方向上存在壓力梯度。這種氣體流動(dòng)G會(huì)一直發(fā)生，直到環(huán)形空間3中存在預(yù)定壓力、預(yù)定氣體量流動(dòng)至環(huán)形空間3中、或者預(yù)定流動(dòng)時(shí)間已經(jīng)到期。

在已經(jīng)用處理氣體填充環(huán)形空間3之后，插管409再次閉合，這在圖4e中示出。

為此目的，布置在閉合部分414內(nèi)部的閉合材料417也優(yōu)選地由焊料組成，所述焊料通過加熱裝置416而熔融。一旦閉合材料417已經(jīng)由加熱裝置416熔融，其至少部分地流動(dòng)至穿孔部分415中并且使插管409閉合。

如果閉合材料417和閉合材料418各自都均由焊料組成，則需要確保閉合材料417在熔融期間不流入閉合部分414中，以便使插管在壁5處固定就位。出于該理由，其優(yōu)選地具有比閉合材料418更高的熔化溫度。否則，當(dāng)兩種閉合材料相同時(shí)，這兩種材料僅在填充之后熔融一次，由此插管與壁之間的連接部位以及插管中的饋通開口均在一個(gè)處理步驟中得到密封。

在閉合材料的后續(xù)凝固之后，環(huán)形空間3和處理室409再次在空間上彼此分離地存在，并且利用處理氣體對(duì)環(huán)形空間3進(jìn)行的填充過程被終止。

在圖5a中穿過接收器管的縱截面圖示了填充設(shè)備500的第五實(shí)施方式。圖5b示出了放大剪切圖。壁5具有由現(xiàn)有技術(shù)已知的玻璃-金屬過渡元件6、膨脹補(bǔ)償器件7以及其他連接元件8。

填充設(shè)備500具有處理室501，該處理室501以氣密方式直接布置在壁5上。此外，填充設(shè)備500具有支撐系統(tǒng)502，該支撐系統(tǒng)502以例如減振的方式布置在套管2處。該支撐系統(tǒng)520通過兩個(gè)波紋軟管526和527連接至處理室501，并且用于將例如由于真空系統(tǒng)30或激光系統(tǒng)40而造成的任何機(jī)械負(fù)荷從處理室501解耦。

支撐系統(tǒng)520具有兩個(gè)閥525和529?？梢酝ㄟ^這些閥525和529將支撐系統(tǒng)520在一方面連接至真空系統(tǒng)30以便對(duì)真空系統(tǒng)520和處理室501進(jìn)行抽空，并且在另一方面連接至氣體供應(yīng)系統(tǒng)550以便用處理氣體填充支撐系統(tǒng)520和處理室501，并且任意將它們斷開。

將吸氣劑551放置在氣體供應(yīng)系統(tǒng)550中。鋯基吸氣劑551吸收空氣或氫氣，但不吸收優(yōu)選使用的處理氣體氙氣。因此，當(dāng)已經(jīng)通過閥529的閉合而將真空系統(tǒng)30分離時(shí)，吸氣劑551用于保持支撐系統(tǒng)520和處理室501不含來自周圍的空氣或來自接收器管4的環(huán)形空間3的氫氣。

此外，支撐系統(tǒng)520具有傳感器521，通過該傳感器521可以確定支撐系統(tǒng)520的狀態(tài)數(shù)據(jù)并因此確定處理室501的狀態(tài)數(shù)據(jù)。因此，可例如確定支撐系統(tǒng)520的現(xiàn)有壓力、氣體組成、溫度和其他特征參數(shù)。

支撐系統(tǒng)520還具有支撐臂522，在該支撐臂522處布置激光系統(tǒng)40并且特別是布置激光頭43。通過波紋軟管526，處理室501連接至支撐臂522并因此還連接至激光頭43。在這種情況下，支撐臂522和激光頭43以這樣的方式布置：從激光頭43發(fā)出的激光束沿著縱向方向上的中尖狀物線傳穿過處理室501并且垂直照射在壁5上。

在圖5b中還可以看出，在處理室501中面向壁5的一側(cè)布置了保護(hù)玻璃530，而在面向激光頭43的一側(cè)布置了窗口531。窗口531和保護(hù)玻璃530全都對(duì)激光束光學(xué)透明。另外，窗口531以氣密方式安裝在處理室501中，使得僅激光束可以進(jìn)入處理室501中，而諸如灰塵或氣體等其他外來雜質(zhì)則不能進(jìn)入。

相比之下，保護(hù)玻璃530以這樣的方式布置在處理室501中：在激光束鉆孔期間，可以捕獲從所鉆的孔汽化的金屬，而對(duì)環(huán)形空間3的后續(xù)抽空仍然是可行的。因此，保護(hù)玻璃530可拆卸地布置在處理室501中并且/或者被設(shè)計(jì)成可透氣體。

圖6a中圖示了填充設(shè)備600的第六實(shí)施方式。該填充設(shè)備600除了兩處差異以外與填充設(shè)備500相同。作為第一差異，吸氣劑641布置在可視玻璃640中。該可視玻璃640連接至支撐系統(tǒng)620并且使得可視玻璃640與支撐系統(tǒng)620之間的氣體交換成為可能。例如，吸氣劑641由汽化型吸氣劑形成。這樣的汽化型吸氣劑通過鋇在可視玻璃640的內(nèi)側(cè)的沉淀物而形成。鋇沉淀物在一方面起到吸收不期望的氣體的作用，然而在另一方面，鋇沉淀物還在其已經(jīng)吸收更大量的氣體時(shí)改變其金屬光澤外觀。因此可以利用可視玻璃640中的汽化型吸氣劑641來確定在填充操作期間是否有不允許的大量空氣或其他反應(yīng)氣體滲透到處理室601或支撐系統(tǒng)620中。

作為與填充設(shè)備500的第二差異，保護(hù)玻璃630可以旋轉(zhuǎn)并且布置在處理室601內(nèi)部。這在下文中基于圖6b中的放大剪切圖而更詳細(xì)地討論。

與處理室501類似，處理室601通過兩個(gè)波紋軟管626和627連接至支撐系統(tǒng)620。與處理室501類似，處理室601也具有與窗口531相同性質(zhì)的窗口631。然而，如前文已經(jīng)提到，相對(duì)于處理室501的差異在于其旋轉(zhuǎn)能力以及保護(hù)玻璃630在處理室601內(nèi)的布置。保護(hù)玻璃630經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸633連接至馬達(dá)634，該馬達(dá)634可以使保護(hù)玻璃630圍繞旋轉(zhuǎn)軸633的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，馬達(dá)634優(yōu)選地布置在支撐臂622上?；蛘?，替代于馬達(dá)634，還可以提供手柄，從而可以手動(dòng)地使保護(hù)玻璃630圍繞旋轉(zhuǎn)軸633的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。

可旋轉(zhuǎn)式保護(hù)玻璃630也對(duì)激光束光學(xué)透明，并且用于捕獲在激光鉆孔期間從所鉆的孔汽化的金屬并且使其遠(yuǎn)離窗口631。在已經(jīng)產(chǎn)生鉆孔之后，可以進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)保護(hù)玻璃630，使得激光束可以再次穿過未受到氣相沉積的玻璃區(qū)域?；蛘撸Ｗo(hù)玻璃630還可以是分段的或穿孔的，使得在其旋轉(zhuǎn)之后，激光束照射在自由區(qū)上，即不再穿過保護(hù)玻璃的材料。

作為對(duì)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的替代，還可以進(jìn)行滑動(dòng)移動(dòng)，以便使未受到氣相沉積或自由的窗口部分進(jìn)入到激光束的路徑中。另外，保護(hù)玻璃630可以備選地從光束路徑圍繞方向垂直于附圖平面的軸線樞轉(zhuǎn)(擺出)。

為了對(duì)第五實(shí)施方式和第六實(shí)施方式中的環(huán)形空間3進(jìn)行抽空并利用處理氣體對(duì)其進(jìn)行填充，執(zhí)行以下方法步驟。所述方法的描述例如參考第六實(shí)施方式。

首先，將處理室601通過波紋軟管626和627連接至支撐系統(tǒng)620。隨后，將氣體供應(yīng)系統(tǒng)650和傳感器621也連接至支撐系統(tǒng)620。在此之后，將處理室601固定在壁5處，并且將支撐系統(tǒng)620固定在接收器管4的套管2處。在將真空系統(tǒng)30也附接至支撐系統(tǒng)620之后，對(duì)支撐系統(tǒng)620和處理室601兩者進(jìn)行抽空。這會(huì)一直發(fā)生，直到傳感器621記錄到小于10^-3毫巴的壓力。

隨后，通過打開可視玻璃641與支撐系統(tǒng)620之間的閥642來將吸氣劑640連接至支撐系統(tǒng)620的內(nèi)部空間。在此之后，關(guān)閉閥629，由此真空系統(tǒng)30與支撐系統(tǒng)620分開存在。為了產(chǎn)生穿過壁5的開口，將激光頭43固定至支撐臂622。在穿過壁5的激光鉆孔開始時(shí)，吸氣劑640必須具有金屬光澤，這表明在前述處理步驟期間未發(fā)生對(duì)處理室601或者對(duì)支撐系統(tǒng)620的污染。隨后，通過激光束來進(jìn)行穿過壁5的孔O1的實(shí)際鉆孔。

為了用處理氣體填充環(huán)形空間3，打開閥624和625，使得處理氣體(舉例而言，諸如氙氣)從氣體供應(yīng)系統(tǒng)650流動(dòng)至環(huán)形空間3中，直到達(dá)到約10毫巴的壓力補(bǔ)償。所述壓力例如通過傳感器621來測量。為了進(jìn)一步監(jiān)測在填充操作期間沒有發(fā)生空氣進(jìn)入到支撐系統(tǒng)620或處理室601中，可以繼續(xù)檢查吸氣劑640的可見變化。為了隨后使壁5中的開口閉合，通過光學(xué)系統(tǒng)44使激光束的焦點(diǎn)直徑變寬并且再次照射壁5中的開口。為了監(jiān)測開口是否已經(jīng)成功地閉合，一方面進(jìn)行視覺檢查，而另一方面可以通過傳感器621來記錄氫分壓的下降。對(duì)于第三種監(jiān)測可能性，可以再次打開閥629，由此由于真空系統(tǒng)30而發(fā)生壓力的迅速下降，并且應(yīng)當(dāng)會(huì)實(shí)現(xiàn)約10^-3毫巴的最終壓力。如果該最終壓力未實(shí)現(xiàn)或者僅非常緩慢地實(shí)現(xiàn)，則氣體有可能從環(huán)形空間3流回到處理室601中，而這將會(huì)指出開口的泄漏閉合。如果已經(jīng)成功地用處理氣體填充了環(huán)形空間3，則對(duì)處理室601和支撐系統(tǒng)620進(jìn)行通氣，并且從接收器管4拆卸填充設(shè)備600的所有組件。

附圖標(biāo)記列表

1 吸熱管

2 套管

3 環(huán)形空間

4 接收器管

5 壁

6 玻璃-金屬過渡元件

7 膨脹補(bǔ)償裝置

8 連接元件

20 固定系統(tǒng)

21 夾具

22 固定件

30 真空系統(tǒng)

31 真空泵

32 真空軟管

33 凸緣連接件

40 激光系統(tǒng)

41 激光源

42 光導(dǎo)

43 激光頭

44 光學(xué)系統(tǒng)

45 聚焦單元

46 凸緣連接件

50 氣體供應(yīng)系統(tǒng)

51 氣體罐

52 凸緣連接件

70 打孔系統(tǒng)

72 打孔桿

73 打孔頭

74 密封件

80a、80b、80c 電氣系統(tǒng)

81a、81b、81c 電線

82a、82b、82c 電壓源

100 填充設(shè)備的第一實(shí)施方式

101 處理室

102 密封件

103 出口開口

104 饋通開口

105 入口開口

106 側(cè)壁

107 蓋壁

200 填充設(shè)備的第二實(shí)施方式

201 處理室

202 密封件

203 出口開口

204 饋通開口

205 入口開口

206 側(cè)壁

207 蓋壁

208 饋通開口

209 閉合材料

300 填充設(shè)備的第三實(shí)施方式

301 處理室

303 出口開口

304 饋通開口

305 入口開口

306 側(cè)壁

307 蓋壁

309 插管

310 插管的連接端

311 插管的穿孔端

312 電極

313 饋通開口

400 填充設(shè)備的第四實(shí)施方式

401 處理室

403 出口開口

404 饋通開口

405 入口開口

406 側(cè)壁

407 蓋壁

409 插管

410 插管的連接端

411 插管的穿孔端

414 閉合部分

415 穿孔部分

416 加熱裝置

417 閉合材料

418 閉合材料

500 填充設(shè)備的第五實(shí)施方式

501 處理室

502 密封件

503 入口/出口開口

504 饋通開口

520 支撐系統(tǒng)

521 傳感器

522 支撐臂

524 閥

525 閥

526 波紋軟管

527 波紋軟管

528 波紋軟管

529 閥

530 保護(hù)氣體

531 窗口

550 氣體供應(yīng)系統(tǒng)

551 吸氣劑

600 填充設(shè)備的第六實(shí)施方式

601 處理室

602 密封件

603 入口/出口開口

604 饋通開口

620 支撐系統(tǒng)

621 傳感器

622 支撐臂

624 閥

625 閥

626 波紋軟管

627 波紋軟管

628 波紋軟管

629 閥

630 保護(hù)氣體

631 窗口

633 旋轉(zhuǎn)軸

634 馬達(dá)

640 可視玻璃

641 吸氣劑

642 閥

650 氣體供應(yīng)系統(tǒng)

O1 第一實(shí)施方式的開口

O2 第二實(shí)施方式的開口

D 閉合材料的軸線

E 電極的軸線

G 氣體流動(dòng)

L1 第一實(shí)施方式的激光束的軸線

L2 第二實(shí)施方式的激光束的軸線

S 軸線D和L2的交叉點(diǎn)

T 打孔桿的軸線

Va 材料結(jié)合連接

Vb 材料結(jié)合連接

Vc 材料結(jié)合連接