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Verfahren und Vorrichtung zum Härten von Glas.
Zum Härten von Glastafeln ist es bekannt, die auf die Erweichungstemperatur erhitzte Glasoberfläche durch Einwirkung eines Kühlmittels rasch abzukühlen. Die erhitzten Tafeln werden senkrecht aufgehängt und deren beide Seiten gleichzeitig mit verdichteter Kühlluft angeblasen, wobei die senkrecht auf die Tafeln auftreffenden Luftstrahlen gleichmässig verteilt werden, um eine gleichförmige Kühlung der Tafeln zu erreichen. Zur Erhöhung der Gleichmässigkeit der Kühlung wurde schon vorgeschlagen, die Luftstrahlen und die Tafeln während des Härtens in der Richtung der Tafelebene gegeneinander zu bewegen.
Luft und alle Gase haben nur ein geringes Kühlvermögen, so dass das Kühlen der zu härtenden Glasgegenstände, selbst wenn sie verhältnismässig klein sind, eine grosse Menge verdichteter Kühlluft erfordert. Die Betriebskosten einer Härteanlage, die zum Härten verdichtete Kühlluft oder ein anderes Gas verwendet, sind daher beträchtlich.
Infolge des geringen Kühlvermögens der Luft erfolgt das Kühlen nur verhältnismässig langsam, so dass die Leistungsfähigkeit der Härteanlage dadurch beschränkt ist. Bei Brüchen von so gehärtetem Glas wurde oft festgestellt, dass einzelne Stücke von splitterartiger oder anderer länglicher Form, und verhältnismässig gross sind, so dass sie leicht Verletzungen verursachen.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile dadurch, dass zum Härten des Glases als Kühlmittel eine fein verteilte Flüssigkeit verwendet wird.
Die Verteilung der Flüssigkeit kann mittels eines Luft-oder Gasstromes erreicht werden, der mit grosser Geschwindigkeit, z. B. an der Öffnung eines Strahlrohres oder eines andern Flüssigkeitsweges vorbeigeführt wird, so dass im Strahlrohr ein Unterdruck oder eine Druckverminderung herbeigeführt wird. Der Luft-oder Gasstrom saugt die Flüssigkeit aus dem Strahlrohr und schlägt sie in feiner Verteilung auf der Glasoberfläche nieder.
Im Sinne der Erfindung sind auch Vorrichtungen zur Änderung der Menge der ausströmenden Flüssigkeit vorgesehen ; so können Organe vorhanden sein, die zu diesem Zweck eine Änderung des Unterdruckes oder der Druckverminderung im Strahlrohr ermöglichen.
Der Luft-oder Gasstrom steht zweckmässig unter einer Pressung von etwa 10 & /em, so dass die Geschwindigkeit der an der Öffnung des Strahlrohres vorbeiströmenden Luft gross ist.
Die Flüssigkeit kann die Kühlung hauptsächlich durch Verdampfung bewirken. Als flüssiges Kühlmittel kann Wasser oder eine andere wässerige Flüssigkeit verwendet werden.
Ist das Kühlmittel eine wässerige Flüssigkeit, dann ist es wegen der hohen spezifischen Wärme
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Sprünge oder Risse in der Glasoberfläche und sogar Brüche hervorrufen. Es werden daher vorzugsweise nichtwässerige Flüssigkeiten, etwa von organischer Natur, z. B. ölige oder fette Flüssigkeiten, wie Mineralöle, etwa Paraffinöle, verwendet.
Die Erfindung umfasst auch die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere die Mittel zum Besprengen der Glasoberflächen mit der Kühlflüssigkeit in feiner Verteilung.
Die Zeichnung veranschaulicht die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens in beispielsweiser Ausführung. Fig. 1 ist ein schematischer Grundriss der ganzen Härteanlage und Fig. 2 eine Seitenansicht. Fig. 3 zeigt die Kühlvorrichtung in Draufsicht teilweise im Schnitt nach Linie 6-6 der Fig. 2, Fig. 4 einen Querschnitt durch die Kühlvorrichtung in grösserem Massstabe und Fig. 5 einen Schnitt nach Linie 8-8 der Fig. 4. Die Fig. 6 und 7 sind zwei im rechten Winkel zueinander geführte Schnitte durch die das Kühlmittel gegen die Glasplatten leitenden Düsen und Fig. 8 veranschaulicht die Regelungsvorrichtung für die von den Düsen gelieferte Kühlmittelmenge in Draufsicht.
Die Anlage zum Härten von Glastafeln enthält einen Ofen 15 zum Erhitzen der Glastafeln auf die Härtungstemperatur und eine Vorrichtung 16 zum raschen Abkühlen der Tafeln (Fig. 1 und 2).
Die Tafeln werden während des Erhitzens und des nachfolgenden Härtens von einer horizontalen Schiene 22 mit verkehrt T-förmigem Querschnitt getragen (Fig. 1, 2 und 5). Die Schiene reicht durch den oberen Teil des Ofeninnenraumes und ragt aus seinen Öffnungen heraus. Zweckmässig ist der innerhalb des Ofens befindliche Teil der Schiene 22 aus hitzebeständigem Material, der übrige Teil aus Flusseisen hergestellt. Die Tragschiene reicht auch durch die Kühleinrichtung und erstreckt sich über diese hinaus.
Parallel zur Tragschiene 22 ist eine waagrechte Rückkehrschiene 23 angeordnet (Fig. 1), die zweckmässig gleichen Querschnitt und gleiche Länge wie die Tragschiene 22 aufweist. Um die Glastafeln der Tragschiene 22 und von dieser der Rückkehrschiene 23 zuzuführen, sind an den Enden beider Schienen Übertragungsvorrichtungen vorgesehen. Zweckmässig weist jede Übertragungsvorrichtung
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eine Übertragungssehiene 24 bzw. 25 auf, die parallel zur Tragschiene 22 und Rückkehrschiene 23 angeordnet, aber viel kürzer als diese und von ähnlicher Form ist.
Jede Übertragungssehiene 24,25 ist quer zur Trag- und Rückkehrschiene auf zwei voneinander in Abstand befindlichen Querschienen 26 verschiebbar, die, im rechten Winkel zur Rückkehr- und zur Tragschiene und oberhalb dieser Schienen angeordnet sind.
Jede Querschiene 26 besteht aus einem hochkant gestellten Flacheisen und trägt ein U-förmiges Laufglied 27 (Fig. 1), dessen aufrechtstehende Arme an den oberen Enden eine Rolle 29 tragen, um die Bewegung des Laufgliedes auf der Schiene zu erleichtern. Mit den Unterteilen der Laufglieder 27 sind die Übertragungsschienen 24 bzw. 25 verbunden.
Jede Übertragungsschiene 24,25 kann daher quer zur Trag-und zur Rüekkehrschiene 22 bzw. 23 aus der Stellung, in der sie die Fortsetzung der Tragschiene 22 bildet, in die Stellung bewegt werden, in der sie dem Ende der Rückkehrschiene 23 angeschlossen ist, wie Fig. 1 zeigt.
Zur Begrenzung der Bewegung jeder Übertragungssehiene sind die Querschienen 26 mit Anschlägen 31 versehen, gegen welche die Laufglieder 27 stossen.
Die Kühlvorriehtung 16 der Glastafeln besteht aus einem Paar senkrechter Rahmen 46 (Fig. 4 und 5), zwischen welchen die Tafeln aufgenommen werden. An den unteren Quereisen 50 der Rahmen 46 sind Führungsschienen 52 befestigt, die in Führungsrollen 53 greifen. Beide Rahmen 46 sind zusammen in der Längsrichtung der Vorrichtung mittels eines Kurbelantriebes hin-und herbeweglich. Der Antrieb besteht aus einer Antriebswelle 56, die an einem Ende eine Treibscheibe 57, am andern Ende eine Kurbelscheibe 58 trägt. An die Kurbelseheibe greift eine Kurbelstange 59 an, die mit einem Quereisen 50 gelenkig verbunden ist.
Die Düsen 61 der Kühlvorrichtung 16 bestehen aus einem hohlzylindisehen Teil 62 (Fig. 6 und 7), auf dessen abgesetztem Ende eine Mutter 63 zur Befestigung der Düse auf ihrem Träger 60 sitzt (Fig. 4 und 5). An ein Ende des Teiles 62 ist ein Regulierhahn 64 angeschlossen. Das andere Ende trägt ein abnehmbares Verlängerungsstück 65. Auf dem vorderen Ende des Verlängerungsstückes 65 sitzt ein abnehmbares hohlzylindrisches Strahlrohr 66, das an seinem äusseren Ende durch eine runde Deckplatte 67 abgeschlossen ist.
Jedes Verlängerungsstück 65 ist mit einer radialen Öffnung 68 versehen (Fig. 7), in der das Ende
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der Düsenachse verstellbar ist.
Die Deckplatte 67 des Strahlrohres 66 ist in der Mitte mit einer Kreisöffnung 72 versehen, durch die das Strahlrohr 71 reicht. Die Öffnung 72 hat einen etwas grösseren Querschnitt als das Strahlrohr, so dass eine mit dem Strahlrohr 71 gleichachsige ringförmige Hauptluftaustrittsöffnung 73 gebildet ist.
Die Deckplatte 67 des Strahlrohres befindet sich zweckmässig in kleinem Abstand vom Ende des Verlängerungsstückes 65, in dem zu beiden Seiten der Achse zwei Längskanäle 74 vorhanden sind (Fig. 6), welche die Verbindung des Innenraumes des hohlzylindrischen Düsenteils 62 mit der Hauptluftaustrittsöffnung 73 herstellen.
Wird durch den Regulierhahn 64 jeder Düse 61 Luft unter Druck in den Düseninnenraum und durch die Längskanäle 74 zur Austrittsöffnung 73 geführt, dann strömt ein ringförmiger Luftstrahl mit grosser Geschwindigkeit rund um die Mündung 75 des Strahlrohres 71 nach aussen, der im Strahlrohr 71 und in der Bohrung 70 (Fig. 7) einen Unterdruck oder eine Druckverminderung erzeugt, so dass Flüssigkeit aus dem Strahlrohr 71 gesaugt wird. Dabei wird ein fein verteilter Flüssigkeitssprühregen gebildet, der vom Luftstrom getragen und auf die gegenüberliegende Glastafel geschleudert wird. Die Feinheit der Flüssigkeitsverteilung wird dadurch erhöht, dass die Mündung 75 des Strahlrohres 71 etwas aus der Hauptluftaustrittsöffnung 73 vorragt (Fig. 6 und 7).
Um die Streuung des Sprühregens so weit als möglich zu vermindern und eine, im Wesen gleichförmige Zerstäubung auf einem beträchtlichen Teil der Tafel zu erreichen, ist das Ende des Strahlrohres 66 kegelförmig vertieft (bei 77). Damit der Sprühregen eine längliche Querschnittsform annimmt, ist der kegelförmige Teil 77 an gegenüberliegenden Seiten der Hauptaustrittsöffnung 72 mit zwei Hilfsaustrittsöffnungen 78 versehen, die mit den Längskanälen 74 in Verbindung stehen.
Diese Hilfsaustrittsöffnungen sind einwärts gegeneinander und gegen die benachbarte Tafelfläche gerichtet, so dass zwei gesonderte Luftströme entstehen, die gegeneinander und den mittleren Luftstrahl zulaufen und diesen zu einem Strahl von länglichem Querschnitt umformen, wobei die grosse Achse des so ausgebildeten länglichen Sprühregens senkrecht steht.
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Querschnitt auf und bildet einen Verbindungskanal 79 der Düse 61 mit der Aussenluft.
Auf der Aussenseite jeder Düse sitzt axial verschiebbar eine zylindrische Regelhülse 80, deren äusserer Rand je nach der Stellung der Hülse den Verbindungskanal 79 teilweise oder vollständig abschliesst und so die Verbindung der Düse mit der Aussenluft teilweise oder vollständig unterbricht.
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Zur Regelung der Stellung jeder Hülse 80 ist eine Reguliervorrichtung vorgesehen, die mehrere senkrecht angeordnete Spindeln 81 aufweist (Fig. 4,5, 6 und 8), deren jede einem der Düsenträger 60 jedes Rahmens benachbart ist und von diesem um eine senkrechte Achse verschwenkbar.
In Abstand voneinander sitzen auf jeder Düsenregelspindel 81 mehrere verschwenkbare Kurbelglieder 82, deren Anzahl der Zahl der vom zugehörigen Düsenträger getragenen Düsen gleich ist. Jedes Kurbelglied 82 ist zweckmässig mit einer hohlen Nabe 83 verbunden (Fig. 6), die nichtdrehbar an der Spindel 81 befestigt ist. Die Kurbel besteht aus einem mit der Nabe ein Stück bildenden waagrechten Arm 84, dessen freies Ende 85 kugelig ist und in eine waagrechte radiale Öffnung 86 der zugehörigen Düsenregelhülse 80 reicht.
Die Regelspindeln 81 jedes Rahmens sind an ihren oberen Enden mit einer waagrechten Kurbel 87 versehen (Fig. 8), die zum gegenüberliegenden Rahmen hinweist. Jede Kurbel ist mit ihrem freien Ende gelenkig mit einer gemeinsamen Verbindungsstange 88 verbunden. Für jeden Rahmen ist eine solche Verbindungsstange vorgesehen. Die Düsenregulierspindeln 81 jedes Rahmens sind dadurch zu gemeinschaftlicher Betätigung verbunden, dass die unteren Enden der Spindeln, die sich an den Enden jedes Rahmens befinden, mit Kurbeln 89 versehen sind. Die Verbindungskurbeln der gegenüberliegenden Spindeln reichen nach entgegengesetzten Richtungen und sind durch zwischen den Rahmenenden schräg angeordnete Lenker 90 miteinander vereinigt.
Neben dem ofenseitigen Ende der Kühleinrichtung ist das obere Ende einer der Düsenregulierspindeln 81 mit einem waagrechten Arm 91 versehen, der mittels eines Bowdendrahtes 92 oder eines andern Mechanismus von jeder beliebigen Stelle aus verstellt werden kann.
Bei Betätigung des Stellorgans 92 der Düsenregulierspindeln 81 werden diese gleichzeitig verschwenkt, wobei die zu den gegenüberliegenden Rahmen gehörigen Spindeln in entgegengesetzter Richtung verdreht werden. Dadurch wird bewirkt, dass die Düsen-regelhülsen 80 alle gleichzeitig zum Strahlrohr der zugehörigen Düse hin-oder von diesem wegbewegt werden.
Auf diese Weise kann die Verbindung zwischen dem Kanal 79 jeder Düse 61 mit der Aussenluft vollständig oder teilweise unterbrochen werden, so dass der Unterdruck am inneren Ende jedes Flüssigkeitsstrahlrohres und damit auch die bei gegebener Luftgeschwindigkeit aus dem Strahlrohr gesaugte Flüssigkeitsmenge geändert werden kann. Die Menge der durch eine bestimmte Luftmenge auf das Glas niedergeschlagenen Flüssigkeit und das Ausmass der Flüssigkeitsbeaufschlagung kann somit der Beschaffenheit, Grösse und Dicke des zu härtenden Glases angepasst werden.
Zur Flüssigkeitszuführung zu den einzelnen Düsen ist jeder Rahmen mit mehreren waagrechten Zuführungsrohren 93 versehen (Fig. 3 und 4) die über die Rahmenenden hinausragen und in Abstand übereinander angeordnet sind. Die Rohre jedes Rahmens sind an den Enden mittels am Boden aufstehenden Stützen 94 festgehalten. Die Rohre weisen zwischen ihren Enden zweckmässig grösseren Durchmesser auf und sind an der Oberseite mit einem Schlitz 95 versehen (Fig. 3), der sich annähernd über die ganze Rohrlänge erstreckt.
Um die Flüssigkeit von den Rohren 93 den Düsen 61 zuzuführen, reicht das untere Ende jedes
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Statt Wasser kann zum Kühlen auch eine andere wässerige Flüssigkeit, z. B. eine Mischung von Wasser und Äthylalkohol verwendet werden.
Was immer für eine wässerige Flüssigkeit verwendet werden mag, ist es wegen ihres sehr hohen Kühlungsvermögens wichtig, dass sie gleichzeitig und gleichmässig auf beide Seiten der Tafel niedergeschlagen wird. Der Grad der Abkühlung soll auf beiden Seiten gleich sein. Jede wesentliche Änderung der Gleichmässigkeit der Kühlung kann örtliche Risse oder Sprünge, sogar vollständigen Bruch in der Tafel verursachen.
Daher ist es vorteilhafter eine nichtwässerige Flüssigkeit zu verwenden, die ein geringeres Kühlvermögen als Wasser oder andere wässerige Flüssigkeiten aufweist. Vorzugsweise dient als solche eine
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öl, z. B. Spindelöl oder dünnes Maschinöl, aber auch sogenanntes Transformatorenöl). Auch ein Paraffinderivat kann verwendet werden, z. B. eine Halogensubstitution von Paraffin, vorzugsweise eine Di-Halogensubstitution, z. B. Methylendichlorid. Anderseits aber kanh die Flüssigkeit auch ein Derivat eines Cycloparaffins sein.
Weiters kann als Flüssigkeit auch ein Ester verwendet werden, z. B. ein Ester eines zyklischen Alkohols. Vorzugsweise wird hiebei ein Ester von Methyleyelohexanol, z. B. Dimethyleyklohexanyloxolat benutzt, der handelsüblich als Methyleyklohexanyloxolat bezeichnet wird.
Wichtig ist es, dass die Verbrennungstemperatur der verwendeten Flüssigkeit nicht so niedrig ist, dass sie während des Härtens, wenn sie in die Nähe des erhitzten Glases oder mit diesem in Berührung kommt, verbrennt. Auch ist es wünschenswert, dass die Flüssigkeit eine latente Verdampfungswärme und/oder eine spezifische Wärme aufweist, die wesentlich niedriger als die des Wassers ist.
Schliesslich soll auch ihr Siedepunkt höher als 1000 C, nach Möglichkeit wenigstens 200 C sein.
Verglichen mit einem Härtungsverfahren, bei dem als Kühlmittel Luft oder ein Gas, oder eine wässerige Flüssigkeit verwendet wird, besteht bei Verwendung einer nichtwässerigen Flüssigkeit, besonders eines leichten Schmieröles viel geringere Neigung des Glases zu Bruch oder zur Bildung von Sprüngen an der Oberfläche. Daher ist es nicht notwendig das Verfahren mit der gleichen Genauigkeit auszuführen wie bei Benutzung eines Gases oder einer wässerigen Flüssigkeit, und es ist weniger Geschicklichkeit des Arbeiters bei Durchführung des Härteverfahrens erforderlich.
Glas, das mit einem leichten Schmieröl gekühlt wurde, weist im Vergleich mit einem solchen, zu dessen Härtung Gas oder eine wässerige Flüssigkeit verwendet wurde, nach dem Härten viel grösseres Widerstandsvermögen gegen Bruch auf.
Wenn ein Bruch auftritt, sind die entstehenden Stücke, obgleich annähernd von gleicher Grösse und nicht länglich doch bedeutend grösser als jene, die beim Härten des Glases mit Gas oder einer wässerigen Flüssigkeit als Kühlmittel auftreten. Werden auf solche Weise gehärtete Glastafeln zur Herstellung von Windschutzscheiben für Fahrzeuge verwendet, besteht geringe Wahrscheinlichkeit, dass die Sicht des Fahrzeuglenkers nach einem Bruch der Scheibe ernstlich beeinträchtigt wird.
Ob als Kühlmittel eine wässerige oder eine nichtwässerige Flüssigkeit verwendet wird, weist das erfindungsgemässe Härtungsverfahren verglichen mit einem, bei dem als Kühlmittel Luft oder ein Gas benutzt wird, den Vorteil auf, dass wegen des höheren Kühlvermögens der Flüssigkeit gegenüber der des Gases, der Grad der Kühlung des Glases erhöht und hiedurch das Härten rascher durchgeführt werden kann. Die Verminderung der Kühlzeit kann 50 v. H. betragen, so dass die Ausbeute an gehärteten Gläsern beträchtlich vergrössert wird.
Für eine gegebene Glasplattengrösse ist dort, wo das Kühlmittel eine Flüssigkeit enthält, eine wesentlich kleinere Menge verdichteter Luft erforderlich, so dass auch die Betriebskosten sehr vermindert werden.
Wird zum Vorwärtsbewegen der fein verteilten Flüssigkeit zur Glasoberfläche ein Luft-oder Gasstrom von hoher Geschwindigkeit verwendet, dann ist es möglich die Kühlung besonders gleichmässig vorzunehmen. Dient die gleiche Luft-oder Gasströmung sowohl zur Erzeugung der Flüssigkeitverteilung als auch zum Vorwärtsbewegen der Flüssigkeitsteilchen gegen die Glastafel, dann wird leicht eine Feinheit der Flüssigkeitsverteilung erzielt, die ein gleichförmiges Härten gewährleistet. Die Menge der zugeführten Flüssigkeit kann dabei durch Regelung des Druckes und der Menge der zugeführten Luft oder des Gases geregelt werden.
Unter Glastafeln sind immer Glasplatten von ebener oder schwach gekrümmter Gestalt verstanden. Doch kann das Verfahren auch zum Härten anderer Glasgegenstände verwendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Härten von Glas durch rasches Abkühlen (Abschrecken) der erhitzten Glasoberfläche mittels eines Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel fein verteilte Flüssigkeit enthält.