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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gehärteten Glasgegenständen, insbesondere von Glastafeln,
Glasisolatoren od. dgl.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von gehärteten Glasgegen- ständen, insbesondere von Glastafeln, Glasisolatoren od. dgl. Einer der wichtigsten Zwecke der Erfindung besteht in der Regelung der Grösse der Teilchen, die erhalten werden, wenn das gehärtete Glas bricht.
Dieser Kennwert kann bei Flachglas als Bruchteilchenzahl bezeichnet werden und gibt dann die Anzahl der Teilchen des gebrochenen Glases pro Quadratzoll der Glasoberfläche an.
Unter dem Ausdruck"Glasgegenstände"sollen Glas oder Glaswaren jeder Form und für jeden Zweck verstanden sein, sofern die Stärke des Glases in wenigstens einem Teil des zu härtenden Gegenstandes so gross ist, dass der nachstehend angeführte Temperaturunterschied zwischen dem Körper und den Oberflä- chen des Glases auftreten kann. Erfindungsgemäss brauchen jedoch nicht alle Teile des G1asgegenstandes gehärtet zu werden, die so stark sind, dass der Temperaturunterschied auftritt.
Das normale Verfahren zur Erzeugung von gehärtetem Glas besteht darin, dass der Glasgegenstand auf eine vorherbestimmte Temperatur erhitzt und dann während einer gegebenen Zeit durch Blasen mit Pressluftstrahlen unter einem gegebenen Druck gekühlt wird. Dieser Kühl- oder Abschreckvorgang führt zu einem Temperaturunterschied zwischen den Glasoberflächen und dem Körper des Glases, insbesondere der Mitte dieses Körpers. Infolge dieses Temperaturunterschiedes entstehen in dem Glas während der Abküh - lung Spannungen, und der Druck der Kühlluft und die Zeit ihrer Einwirkung sind so gewählt, dass jedes Glas einer gewissen Stärke wenigstens so weit abgekühlt ist, dass diese Spannungen in dem Glas verbleiben.
Die daraus in dem schliesslich erkalteten Glas bestehenden Spannungsunterschiede hängen von dem Temperaturunterschied des Glases beim Durchgang des Glaskörpers durch den Entspannungspunkt ab. Die Bruchteilchenzahl ist von dem in diesem Zeitpunkt herrschenden Temperaturunterschied abhängig.
Dieser Unterschied wird beim Abkühlen durch die Stärke des Glases, die Temperatur des Glases bei seiner Entnahme aus dem Ofen, und den Druck und das Volumen der verwendeten Kühlluft beeinflusst.
Diese Wirkungen können nicht mehr geändert werden, wenn das Glas beträchtlich unter den Entspannungspunkt abgekühlt ist.
Der hier verwendete Ausdruck"Entspannungstemperatur"bezeichnet für jedes Glas die Temperatur, unterhalb welcher die Viskosität des Glases so hoch ist, dass es die Spannungen halten kann, die infolge von zwischen den verschiedenen Teilen des Glases herrschenden Temperaturunterschieden in dem Glas vorhanden sind. Die Entspannungstemperatur ist nicht eine für einen gegebenen Glaskörper festliegende Temperatur, sondern stellt einen zeit- und temperaturabhängigen Wert dar, der von der Geschwindigkeit der Abkühlung des Glases abhängig ist, so dass es für jedes Glas einen Temperaturbereich gibt, in dem die Entspannungstemperatur je nach den gegebenen Umständen liegen kann.
Infolge der Schwankungen der Entspannungstemperatur jedes Glases und der Unterschiede zwischen den zur Kühlung des Glases auf diese Temperatur erforderlichen Zeiten war es bisher üblich, das Glas immer so rasch zu kühlen, dass der gewünschte Spannungsunterschied zwischen der Mitte und den Oberflächenschichten des dünnsten Glases eines Satzes von Glastafeln von nominell einheitlicher Stärke bei dem
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und daher die Temperatur des Glases misst, wobei die wärmeabhängige Steuereinrichtung so angeordnet ist, dass sie nach dem Abkühlen des Glasgegenstandes auf einevorherbestimmte Temperatur oder dem
Erreichen eines vorher bestimmten Temperaturunterschiedes in dem Glasgegenstand ein Steuerorgan be- tätigt, um die Menge zu verändern,
in der das gasförmige Abschreckmedium pro Zeiteinheit durch die
Abschreckeinrichtung auf den Glasgegenstand abgegeben wird.
Für den Fall, als der aus zu härtende Glas bestehende Gegenstand eine Glastafel ist und die Ab- schreckeinrichtung in Abständen voneinander parallel angeordnete Abschreckrahmen aufweist, welche das gasförmige Abschreckmedium auf beide Seiten der Glastafel richten, kann gemäss einem weiteren
Merkmal der Erfindung die wärmeabhängige, z. B. durch ein die Oberflächentemperatur messendes Pyro- meter gebildete Steuereinrichtung so angeordnet sein, dass sich nach dem Abkühlen der Oberfläche des
Glasgegenstandes auf eine vorherbestimmte Temperatur das Steuerorgan betätigt, um die Menge zu ver- ändern, in der das gasförmige Abschreckmedium pro Zeiteinheit durch die Abschreckrahmen auf die Glas- tafel abgegeben wird.
Zum Messen der Temperatur der Glasoberfläche während der Abkühlung verwendet man vorzugswei- se ein optisches Pyrometer, das infolge der Anordnung von geeigneten optischen Filtern nur auf Strahlun- gen in dem Wellenlängenbereich von 5 bis 9 li anspricht. Für diesen Zweck wird ein Bleiselenidfilter be- vorzugt. Innerhalb dieses Wellenlängenbereiches von 5 bis 9 p ist Glas in einer Stärke von 0,03 mm und mehr lichtundurchlässig, so dass die von dem Pyrometer empfangene Strahlung nur von der Oberflächen- schicht des Glases kommen kann.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung an Hand der Zeichnung noch näher erläutert.
Dabei zeigen in der Zeichnung Fig. 1 eine Glastafel in einer Kühlstellung zwischen zwei Abschreckrah- men, Fig. 2 das Schema einer Anordnung zur Zuführung des Kühlmediums zu einem Abschreckrahmen, mit Mitteln zur erfindungsgemässen Regelung der Zufuhr des Kühlmediums, Fig. 3 mehr im Detail eine Ausführungsform der in Fig. 2 angedeuteten Einrichtung zur Regelung der Zufuhr des Kühlmediums, Fig. 4 eine Ausführungsform einer Windschutzscheibe, die aus einer Glastafel hergestellt wurde, von der ein Teil nach einem erfindungsgemässen Verfahren gehärtet wurde. Fig. 5 eine andere Ausführungsform einer
Windschutzscheibe, die aus einer Glastafel hergestellt wurde, von der ein Teil nach dem erfindungsge- mässen Verfahren gehärtet wurde und Fig. 6 im Schnitt einen Glasisolator, der nach einem erfindungsge- mässen Verfahren gehärtet wurde.
In den Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Fig. l zeigt eine Glastafel l, die sich zwischen zwei Abschreckrahmen 2 befindet, die etwa 76 mm von den entsprechenden Oberflächen der Glastafel 1 entfernt sind. Fig. 2 zeigt einen Motor 3 zum Antrieb einer Pumpe 4, die das gasförmige Abschreckmedium, gewöhnlich Luft, in einen Aufnahmebehälter 5 befördert, aus dem es über ein Steuerventil 6 und einen Verteiler 7 zu dem Abschreckrahmen 2 gelangt.
In Fig. 2 ist einer der Abschreckrahmen 2 dargestellt, doch versteht es sich, dass der Verteiler 7 das Kühlmedium beiden Abschreckrahmen 2 zuführt.
In einem geeigneten Abstand von der Glastafel l ist entweder auf dem Abschreckrahmen 2 oder dahinter ein optisches Pyrometer 8 angeordnet. Das Pyrometer 8 ist mit einem Filter aus Bleiselenid versehen und spricht daher nur auf Strahlung im Bereich von 5 bis 9 Il an, so dass das Pyrometer auf die Temperatur der Oberflächenschicht der Glastafel l anspricht. Das Pyrometer 8 beeinflusst das Steuerventil 6, das die Zuführung der Luft zu den Abschreckrahmen 2 in vorherbestimmter Weise regelt. Die Regelung der Luftzufuhr kann entweder in einer Erniedrigung, einer Erhöhung oder gegebenenfalls auch in einer Unterbrechung der Luftströmung bestehen, wie aus den nachstehenden Beispielen ersichtlich ist.
Gemäss Fig. 3 besitzt das Steuerventil 6 ein Steuerorgan 9, das so eingestellt ist, dass es auf eine vorbestimmte Ausgangsspannung des Pyrometers 8 anspricht. Diese Ausgangsspannung ist der Temperatur der Glastafel 1 proportional, so dass das Steuerorgan so eingestellt ist, dass es bei einer bestimmten Oberflä chentemperatur der Glastafel 1 in Tätigkeit tritt. Das Steuerorgan 9 steuert ein Relais 10, das erregt wird und seinen Kontakt schliesst, wodurch der Stromkreis einer Stromquelle 12 über ein Solenoidventil 13 geschlossen wird, so dass dieses betätigt wird und die Luftmenge in der jeweils gewünschten Weise verändert, wie in den Beispielen beschrieben ist.
Die in Fig. 2 und 3 gezeigten Anordnungen weisen ein Pyrometer 8 auf, das effektiv die Oberflächentemperatur der Glastafel 1 misst, doch kann auch ein Zwillingspyrometer oder es können zwei getrennte Pyrometer verwendet werden, die zusammen auf oder hinter dem Abschreckrahmen 2 montiert sind, wobei ein Pyrometer, wie-vorstehend beschrieben, die Oberflächentemperatur der Glastafel und das andere Pyrometer die von dem ganzen Körper, einschliesslich des mittlerenTeiles desselben kommende Strahlung in dem Wellenlängenbereich von 2,75 bis 4, 5 Il misst.
In diesem Fall sind beide Pyrometer an das Steuer-
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organ 9 über einen Umschalter angeschlossen, mit dessen Hilfe entweder nur das Oberflächenpyrometer oder beide Pyrometer unter Addition ihrer Ausgänge oder mit gegeneinandergeschaltetenAusgängenzur Betätigung des Steuerorgans 9 verwendet werden können. Eine Verwendung beider Pyrometer mit gegeneinandergeschalteten Ausgängen ist zweckmässig, wenn der Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche der Glastafel 1 und der Mitte derselben bestimmt werden soll. Dies ist besonders zweckmässig bei Versuchen zur Bestimmung des optimalen Blasdruckes für bestimmte Glasmuster.
In den nachstehenden Beispielen wird der Abschreckvorgang mit Flachglas durchgeführt, dessen Entspannungstemperatur bei den zum Härten von Glas angewendeten Abschreckgeschwindigkeiten in dem Bereichvon480 bis 5500C liegt. Versuche haben gezeigt, dass die Wahrscheinlichkeit einer Entspannung des Glases unter Herstellungsbedingungen, bei denen die Temperatur der Glasoberfläche unter 4800C beträgt, sehr niedrig ist. In allen Beispielen hatten die verwendeten Glastafeln eine Grösse von 457 x 381 x 6, 4 mm.
Beispiel l : Die Glastafel wird in einem Ofen auf normale Weise auf eine Temperatur von 6700C erhitzt. Die Erhitzung wird fortgesetzt, bis der Temperaturunterschied in dem Glas im wesentlichen Null ist, d. h., dass das Glas einheitlich erhitzt wird.
Die Glastafel wird dem Ofen entnommen und sofort zwischen die Abschreckrahmen 2 gebracht. Die Bewegung der Glastafel l in diese Stellung ist zweckmässig eine in üblicher Weise durchgeführte Vertikalbewegung. Dann wird Luft unter einem Druck von 0, 5 kgl cmz auf die ganze Oberfläche der Glastafel geblasen, wobei der Druck in dem Verteiler 7 im Abstand von 381 mm von den Abschreckrahmen 2 gemessen wird. Die Abkühlung wird fortgesetzt, bis die Oberflächentemperatur des Glases auf 4800C gefallen
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setzt und das Glas mit Luft unter diesem Druck geblasen, bis die Oberflächentemperatur 4050C erreicht.
In diesem Zeitpunkt beträgt die Temperatur der Mitte des Glases etwa 4550C.
Diese Herabsetzung des angewendeten Luftdruckes bewirkt eine Herabsetzung der Abkühlungsgeschwin- digkeit, wenn die Temperatur des Glases unter die Entspannungstemperatur fällt. Nach diesem Verfahren wurden bei diesem Glasmuster 15 Bruchteilchen pro Quadratzoll erhalten.
Beispiel 2 : Die Glastafel wird wie in dem vorhergehenden Beispiel erhitzt, bis die Oberflächentemperatur des Glases 6700C beträgt. Dann wird die Glastafel dem Ofen entnommen und gekühlt, indem von den Abschreckrahmen 2 Kühlluft unter einem Druck von 0, 35 kg/cmZ geblasen wird, bis die Temperatur der Glasoberfläche auf 4950C fällt. In diesem Zeitpunkt ist die Temperatur in der Mitte des Glases etwa 575 C. Jetzt wird das Solenoidventil 13 betätigt, wodurch der Druck der Blasluft auf 0, 5 kg/cm erhöht wird. Unter diesem Druck wird weitergeblasen, bis die Oberfläche eine Temperatur von 3950C erreicht hat. Die Temperatur in der Mitte der Glasscheibe beträgt dann etwa 4350C.
Das auf diese Weise behandelte Glas hat 15 Bruchteilchen pro Quadratzoll. Durch die Erhöhung des Druckes der Blasluft wird die Wärme rascher abgeführt und daher der Unterschied zwischen der Oberfläche und der Mitte beim Durchgang der Glasscheibe durch die Entspannungstemperatur erhöht.
Bei s pie 1 3 : Die Glastafel wird wie in den vorangehenden Beispielen erhitzt, bis die Oberflächentemperatur des Glases 6700C beträgt. Dann wird die Glastafel dem Ofen entnommen und gekühlt, indem von den Abschreckrahmen 2 Kühlluft unter einem Druck von 0,5 kg/cmZ geblasen wird. Wenn die Temperatur der Oberfläche der Glasscheibe 1 auf 440 C gefallen ist, betätigt der Ausgang des Pyrometers 8 über das Steuerorgan 9 das Solenoidventil 13, welches die Luftzufuhr unterbricht. Bei Aufhören der Strömung des Kühlmediums hat die Mitte der Glasscheibe eine Temperatur von etwa 5000C. Nach Unterbrechung der Strömung des Kühlmediums lässt man die Glasscheibe normal abkühlen.
Zwar steigt die Ober- flächentemperatur der Glasscheibe nach dem Aufhören der Strömung des Kühlmediums, doch genügt diese Erwärmung nicht, die Oberflächentemperatur auf die Entspr. ; nungstemperatur zu bringen und es hat sich gezeigt, dass ein auf diese Weise behandeltes Glas 15 Bruchteilchen pro Quadratzoll hat.
Wenn Sätze von nach diesem Verfahren verzähten Gläsern brechen, zeigt es sich, dass die Anzahl der gebildeten Bruchteilchen pro Quadratzoll von Glas zu Glas gegenüber den Schwankungen bei den nach normalen Methoden verzähten Gläsern bemerkenswert beständig ist. Dies ist möglicherweise darauf zurückzuführen, dass die Oberflächentemperatur, bei der die Abschreckung unterbrochen wird, so gewählt ist, dass beim Ausgleich des Temperaturgefälles in dem Glas eine gewisse Entspannung in dem heisseren mitt- leren Teil des Glases möglich ist. Diese mögliche Entspannung nimmt mit dem Temperaturunterschied zu.
Infolgedessen sind die in dem Glas verbleibenden Restspannungen einheitlicher, weil die Schwankungen von Temperatur und Spannungen sich während des Zeitraumes vom Aufhören der Abschreckung und dem Augenblick, in dem die Mitte des Glases die Temperatur erreicht, unter dem eine Entspannung
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nicht mehr möglich ist, im wesentlichen selbst regeln können.
In den drei beschriebenen Beispielen wurde die Bruchteilchenzahl in der ganzen Glasscheibe durch das erfindungsgemässe Verfahren kontrolliert. Das Verfahren kann jedoch auch auf einen Teil eines Glas- gegenstandes angewendet werden. Beispielsweise kann es bei einer Windschutzscheibe für einen Perso- nenwagen oder ein anderes Fahrzeug erwünscht sein, dass ein bestimmter Teil der Windschutzscheibe beim Bruch derselben in weniger kleine Teilchen zerbricht als der Rest, so dass der Fahrer des Fahrzeuges noch eine gewisse Sicht hat.
In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird das erfindungsgemässe Verfahren auf den Teil 14 einer Windschutzscheibe angewendet, so dass in diesem Teil 14 die Bruchteilchenzahl kon- trolliert wird, während der Hauptteil 15 der Windschutzscheibe auf normale Weise ohne jede Kontrolle ge- härtet wird und daher beim Bruch sehr kleine Teilchen ergibt.
Gemäss Fig. 5 kann auch der Hauptteil 16 einer Windschutzscheibe in kontrollierter Weise gehärtet werden, während ein Teil 17 der Windschutzscheibe ungehärtet bleibt. Dies erfolgt durch Abdeckendes
Teiles 17 während des Abschreckvorganges.
Die Erfindung wurde vorstehend an Hand von gehärteten Glastafeln beschrieben, die als Windschutz- scheiben für Fahrzeuge oder zum Verglasen von Gebäuden verwendet werden können. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch auf die Herstellung anderer gehärteter Glasgegenstände Anwendung finden kann, beispielsweise auf die Herstellung von elektrischen Isolatoren zum Tragen von Hochspannungsleitungen. In einem derartigen Isolator braucht nur ein Teil des Isolators gehärtet werden, so dass beispielsweise eine Sperre für die Fortpflanzung eines Bruches von einem Teil des Isolators durch den ganzen Iso- lator vorgesehen ist.
Fig. 6 zeigt einen typischen Glasisolator. Die Isolatoren haben einen Kopf 18 und einen Flansch 19, der an der Unterseite mit Ringrippen 20 ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der ganze Isolator gehärtet, wobei eine bestimmte Zone mit anderem (kontrolliertem) Härtegrad versehen ist, u. zw. zweckmässig die ringförmige Zone, mit welcher der Flansch 19 an den Kopf 18 anschliesst. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich ein im Flansch 19 auftretender Bruch in den Kopf 18 fortpflanzt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von gehärteten Glasgegenständen, insbesondere von Glastafeln, Glasisolatoren od. dgl., die eine vorgeschriebene Bruchteilchenzahl haben, wobei zunächst der Gegenstand erhitzt wird, bis seine Temperatur über der Entspannungstemperatur des Glases liegt und hierauf der erhitzte Gegenstand einer Härtebehandlung mit einem gegen seine Oberfläche gerichteten gasförmigen Abschreckmedium unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Glasgegenstandes durch Abgabe des gasförmigen Kühlmittels mit einer ersten Menge pro Zeiteinheit auf eine kontrollierte Temperatur abgeschreckt wird, die nicht höher ist als die Entspannungstemperatur des Glases, wobei der Zeitpunkt, in dem die Oberfläche des Glases die genannte kontrollierte Temperatur erreicht,
durch eine während der Härtebehandlung durchgeführte Messung der von dem Glasgegenstand abgestrahlten Energie bestimmt wird, und dass diese Bestimmung dazu verwendet wird, die Menge, in der das gasförmige Abschreckmedium pro Zeiteinheit abgegeben wird, nach dem Abschrecken der Glasoberfläche auf die genannte kontrollierte Temperatur so zu ändern, dass ein gehärteter Gegenstand mit der vorgeschriebenen Bruchteilchenzahl erhalten wird.