CA2732367A1 - Procede et dispositif de realisation d'une structure sur l'une des faces d'un ruban de verre. - Google Patents
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Abstract
Procédé de réalisation d'une structure sur l'une des faces d'un ruban de verre réalisé en continu à l'aide d'un dispositif d'impression, selon lequel : - on dispose le dispositif d'impression (8) dans une zone (A) où le ruban (B) est à une température moyenne T1 insuffisante pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver, la pression entre le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, - on effectue un chauffage de la face à graver en amont du dispositif d'impression (8) de sorte de porter une épaisseur limitée et suffisante du ruban à une température T2>T1 nécessaire pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver et la pression entre le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression tout en conservant le reste du ruban à une température voisine de T1, - le flux thermique transmis au ruban par !e moyen de chauffage est tel que le « nombre d'impression » soit compris entre 0.05 mm"1 et 2.00 mm"1 et de préférence 0.3 mm"1.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE REALISATION D'UNE STRUCTURE SUR
L'UNE DES FACES D'UN RUBAN DE VERRE.
L'invention est relative à un procédé de réalisation d'une structure à
l'aide d'un rouleau graveur sur l'une des faces d'un ruban de verre, fabriqué
en continu.
Le terme structure désigne un ensemble de creux et de reliefs gravés sur la face considérée du ruban de verre.
L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un tel procédé pour la fabrication de verre plat destiné à des modules équipés de cellules photovoltaïques.
On rappelle que les cellules photovoltaïques permettent de transformer l'énergie lumineuse, notamment celle de la lumière solaire, en énergie électrique. Les cellules se présentent en couche mince ou sous forme de plaquettes et sont fragiles. Il faut les protéger non seulement mécaniquement, mais aussi contre l'humidité et la corrosion. Dans ce but, les cellules photovoltaïques sous forme de plaquettes sont fixées généralement par collage contre la face inférieure d'une plaque protectrice de verre, celles sous forme de couche mince étant déposées directement sur la face inférieure du verre. La surface active des cellules est appliquée contre cette face plane de manière à
recevoir la lumière à travers la plaque de verre.
Bien entendu, on souhaite récupérer au niveau des cellules un maximum de la lumière qui tombe sur la face de la plaque éloignée des cellules. A cet effet, on cherche à réduire les pertes de lumière dues à des réflexions parasites sur ladite face éloignée des cellules.
Pour la fabrication de modules photovoltaïques en couche mince, on utilise notamment des feuilles ou rubans de verre flotté, obtenu par formage sur un bain d'étain. Le procédé de verre flotté permet de créer des faces très planes avec peu de défauts. Toutefois, la face lisse d'une plaque de verre flotté, éloignée des cellules photovoltaïques, entraîne des réflexions parasites et une perte de lumière active.
Pour réduire cette perte de lumière, certains fabricants déposent sur la face lisse en question des couches anti-réflexion, mais un tel dépôt est relativement onéreux et constitue une étape supplémentaire de procédé dans la chaîne de production.
L'UNE DES FACES D'UN RUBAN DE VERRE.
L'invention est relative à un procédé de réalisation d'une structure à
l'aide d'un rouleau graveur sur l'une des faces d'un ruban de verre, fabriqué
en continu.
Le terme structure désigne un ensemble de creux et de reliefs gravés sur la face considérée du ruban de verre.
L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un tel procédé pour la fabrication de verre plat destiné à des modules équipés de cellules photovoltaïques.
On rappelle que les cellules photovoltaïques permettent de transformer l'énergie lumineuse, notamment celle de la lumière solaire, en énergie électrique. Les cellules se présentent en couche mince ou sous forme de plaquettes et sont fragiles. Il faut les protéger non seulement mécaniquement, mais aussi contre l'humidité et la corrosion. Dans ce but, les cellules photovoltaïques sous forme de plaquettes sont fixées généralement par collage contre la face inférieure d'une plaque protectrice de verre, celles sous forme de couche mince étant déposées directement sur la face inférieure du verre. La surface active des cellules est appliquée contre cette face plane de manière à
recevoir la lumière à travers la plaque de verre.
Bien entendu, on souhaite récupérer au niveau des cellules un maximum de la lumière qui tombe sur la face de la plaque éloignée des cellules. A cet effet, on cherche à réduire les pertes de lumière dues à des réflexions parasites sur ladite face éloignée des cellules.
Pour la fabrication de modules photovoltaïques en couche mince, on utilise notamment des feuilles ou rubans de verre flotté, obtenu par formage sur un bain d'étain. Le procédé de verre flotté permet de créer des faces très planes avec peu de défauts. Toutefois, la face lisse d'une plaque de verre flotté, éloignée des cellules photovoltaïques, entraîne des réflexions parasites et une perte de lumière active.
Pour réduire cette perte de lumière, certains fabricants déposent sur la face lisse en question des couches anti-réflexion, mais un tel dépôt est relativement onéreux et constitue une étape supplémentaire de procédé dans la chaîne de production.
2 Il est également possible d'obtenir une surface anti-réfléchissante en imprimant sur celle-ci une structure adaptée. Le brevet FR 2832814 donne des exemples de ce type de structure.
Il est donc souhaitable de pouvoir fabriquer au cours d'un seul procédé, en continu, un verre plat avec une face parfaitement lisse et une deuxième face présentant une structure anti-réfléchissante.
Le brevet US 4 746 347 propose, dans un procédé de verre flotté, de graver la face supérieure d'un ruban de verre en plaçant un rouleau graveur au-dessus du ruban, dans la chambre contenant le bain d'étain. Une telle disposition est relativement compliquée et rend difficile les interventions sur le rouleau graveur, notamment pour le nettoyer et/ou le changer.
La demande de brevet EP 1 057 791A2 propose diverses solutions pour réaliser des inégalités sur la face inférieure d'un ruban de verre flotté. En particulier, les inégalités peuvent être réalisées soit avec un rouleau de soulèvement du ruban à la sortie du bain de flottation, soit par l'un des rouleaux d'un four de recuit qui se trouve à la suite du bain de flottation. Les conditions de réalisation de la structure ou de la gravure selon cette dernière disposition ne sont pas entièrement satisfaisantes, car l'état du ruban de verre peut ne pas correspondre à l'état optimum pour une bonne gravure et/ou peut nécessiter une pression d'application du rouleau graveur trop élevée.
Par ailleurs, l'utilisation de l'un des rouleaux de soulèvement du ruban présente d'autres inconvénients, par exemple l'encrassement rapide du rouleau graveur par les résidus d'étain présents sur le ruban ou par la condensation de vapeurs d'étain sur celui-ci.
La solution proposée par le brevet EP 1 057 791A2 ne répond pas pleinement au problème posé car elle ne permet pas de réaliser certaines structures, notamment des structures avec courbures prononcées qui nécessiteraient des pressions trop élevées.
Il est nécessaire de porter une épaisseur suffisante du ruban sur la face à imprimer à une température T2 supérieure à celle du ruban à la sortie du bain d'étain pour permettre son impression dans de bonnes conditions.
Selon le profil à imprimer, la pression applicable sur le ruban par le rouleau imprimeur et la durée d'impression, on détermine la température T2 et l'épaisseur à chauffer, notamment par le calcul ou, pour des cas plus complexes au moyen de simulations numériques ou d'expériences en laboratoire.
Afin de définir les paramètres thermiques pour l'impression du ruban, il est nécessaire de prendre en compte :
Il est donc souhaitable de pouvoir fabriquer au cours d'un seul procédé, en continu, un verre plat avec une face parfaitement lisse et une deuxième face présentant une structure anti-réfléchissante.
Le brevet US 4 746 347 propose, dans un procédé de verre flotté, de graver la face supérieure d'un ruban de verre en plaçant un rouleau graveur au-dessus du ruban, dans la chambre contenant le bain d'étain. Une telle disposition est relativement compliquée et rend difficile les interventions sur le rouleau graveur, notamment pour le nettoyer et/ou le changer.
La demande de brevet EP 1 057 791A2 propose diverses solutions pour réaliser des inégalités sur la face inférieure d'un ruban de verre flotté. En particulier, les inégalités peuvent être réalisées soit avec un rouleau de soulèvement du ruban à la sortie du bain de flottation, soit par l'un des rouleaux d'un four de recuit qui se trouve à la suite du bain de flottation. Les conditions de réalisation de la structure ou de la gravure selon cette dernière disposition ne sont pas entièrement satisfaisantes, car l'état du ruban de verre peut ne pas correspondre à l'état optimum pour une bonne gravure et/ou peut nécessiter une pression d'application du rouleau graveur trop élevée.
Par ailleurs, l'utilisation de l'un des rouleaux de soulèvement du ruban présente d'autres inconvénients, par exemple l'encrassement rapide du rouleau graveur par les résidus d'étain présents sur le ruban ou par la condensation de vapeurs d'étain sur celui-ci.
La solution proposée par le brevet EP 1 057 791A2 ne répond pas pleinement au problème posé car elle ne permet pas de réaliser certaines structures, notamment des structures avec courbures prononcées qui nécessiteraient des pressions trop élevées.
Il est nécessaire de porter une épaisseur suffisante du ruban sur la face à imprimer à une température T2 supérieure à celle du ruban à la sortie du bain d'étain pour permettre son impression dans de bonnes conditions.
Selon le profil à imprimer, la pression applicable sur le ruban par le rouleau imprimeur et la durée d'impression, on détermine la température T2 et l'épaisseur à chauffer, notamment par le calcul ou, pour des cas plus complexes au moyen de simulations numériques ou d'expériences en laboratoire.
Afin de définir les paramètres thermiques pour l'impression du ruban, il est nécessaire de prendre en compte :
3 L'épaisseur à chauffer à une température voisine de T2, La vitesse du ruban, La diffusivité thermique du verre, L'enthalpie du verre.
Les lignes de verre flotté permettent une large gamme d'épaisseurs de verre, par exemple de 0.5 à 25 mm. Les profils imprimés sur les lignes de verre laminé ont également des profondeurs et des morphologies très variées, par exemple des profondeurs de 0.1 à 4 mm. La variété de ces gammes de produits sur une ligne de verre flotté nécessite donc un dimensionnement thermique complexe pour obtenir l'impression souhaitée tout en évitant une surchauffe du verre, une installation de trop grande taille ou une consommation énergétique excessive.
L'invention permet de définir les paramètres appropriés en proposant une méthode qui permet d'une manière simple et rapide de déterminer les conditions optimales pour le chauffage et le refroidissement du ruban à
imprimer à différentes profondeurs pour une vaste gamme de productions du verre flotté.
L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé du genre défini précédemment qui permet de réaliser en continu, dans des conditions optimales, un ruban de verre dont au moins une face comporte une structure précise, qui permet d'éviter, ou tout au moins de réduire sensiblement, les réflexions parasites, et ceci pour une large gamme de paramètres de production.
Selon l'invention, le procédé de réalisation d'une structure à l'aide d'un dispositif d'impression, en particulier un rouleau graveur, sur l'une des faces d'un ruban de verre, en particulier flotté, réalisé en continu, est caractérisé en ce que:
. le dispositif d'impression est disposé dans une zone où le ruban est à une température moyenne TI insuffisante pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression, selon la nature du motif à graver, la pression entre le dispositif d'impression et le ruban et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, . on effectue un chauffage de la face à graver en amont du dispositif d'impression de sorte de porter une épaisseur limitée et suffisante du ruban à
une température T2>T1 nécessaire pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver et la pression entre le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression,
Les lignes de verre flotté permettent une large gamme d'épaisseurs de verre, par exemple de 0.5 à 25 mm. Les profils imprimés sur les lignes de verre laminé ont également des profondeurs et des morphologies très variées, par exemple des profondeurs de 0.1 à 4 mm. La variété de ces gammes de produits sur une ligne de verre flotté nécessite donc un dimensionnement thermique complexe pour obtenir l'impression souhaitée tout en évitant une surchauffe du verre, une installation de trop grande taille ou une consommation énergétique excessive.
L'invention permet de définir les paramètres appropriés en proposant une méthode qui permet d'une manière simple et rapide de déterminer les conditions optimales pour le chauffage et le refroidissement du ruban à
imprimer à différentes profondeurs pour une vaste gamme de productions du verre flotté.
L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé du genre défini précédemment qui permet de réaliser en continu, dans des conditions optimales, un ruban de verre dont au moins une face comporte une structure précise, qui permet d'éviter, ou tout au moins de réduire sensiblement, les réflexions parasites, et ceci pour une large gamme de paramètres de production.
Selon l'invention, le procédé de réalisation d'une structure à l'aide d'un dispositif d'impression, en particulier un rouleau graveur, sur l'une des faces d'un ruban de verre, en particulier flotté, réalisé en continu, est caractérisé en ce que:
. le dispositif d'impression est disposé dans une zone où le ruban est à une température moyenne TI insuffisante pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression, selon la nature du motif à graver, la pression entre le dispositif d'impression et le ruban et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, . on effectue un chauffage de la face à graver en amont du dispositif d'impression de sorte de porter une épaisseur limitée et suffisante du ruban à
une température T2>T1 nécessaire pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver et la pression entre le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression,
4 et le flux thermique transmis au ruban par le moyen de chauffage est telle que le nombre d'impression soit compris entre 0.05 mm-' et 2.00mm-' et de préférence 0.3 mm-', le nombre d'impression N j,,p étant défini par la formule :
prof.~.2 vitesse diffuslong.,,,,,,,,,,g,, Pour du verre sodocalcique la température T2 est avantageusement comprise entre 650 C et 1100 C, de préférence entre 750 C et 950 C, tandis que la température Ti est inférieure ou égale à 620 C, et supérieure à 570 C.
On peut réaliser la structure sur la face supérieure ou inférieure du ruban.
On réalise un refroidissement rapide de la face gravée du ruban après le dispositif d'impression afin de stabiliser rapidement la structure gravée et ramener le ruban à une température voisine de Ti, dans toute l'épaisseur du ruban. Lorsque la gravure est effectuée sur la face inférieure du ruban, qui passe ensuite sur des rouleaux porteurs, on effectue le refroidissement rapide de la face gravée du ruban après le dispositif d'impression à une température inférieure ou égale à 620 C mais supérieure à 570 C pour du verre sodocalcique avant que la face gravée du ruban ne vienne au contact d'un rouleau porteur.
Avantageusement, l'épaisseur du ruban portée à la température T2 est telle que le volume de verre porté à la température T2 est au moins égal au volume déplacé lors de la gravure.
Le procédé défini précédemment est avantageusement mis en oeuvre dans une installation de production de verre flotté, en particulier après la sortie du bain ou dans l'étenderie à la suite du bassin de flottation.
L'invention est également relative à un dispositif pour réaliser une structure sur l'une des faces d'un ruban de verre, fabriqué en continu, à
l'aide d'un dispositif d'impression, caractérisé en ce que :
. le dispositif d'impression est disposé dans une zone où le ruban est à une température moyenne Ti insuffisante pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver, la pression entre le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, un moyen de chauffage de la face à graver est installé en amont du dispositif d'impression de sorte de porter une épaisseur limitée et suffisante du ruban à une température T2>T1 nécessaire pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver et la pression entre
prof.~.2 vitesse diffuslong.,,,,,,,,,,g,, Pour du verre sodocalcique la température T2 est avantageusement comprise entre 650 C et 1100 C, de préférence entre 750 C et 950 C, tandis que la température Ti est inférieure ou égale à 620 C, et supérieure à 570 C.
On peut réaliser la structure sur la face supérieure ou inférieure du ruban.
On réalise un refroidissement rapide de la face gravée du ruban après le dispositif d'impression afin de stabiliser rapidement la structure gravée et ramener le ruban à une température voisine de Ti, dans toute l'épaisseur du ruban. Lorsque la gravure est effectuée sur la face inférieure du ruban, qui passe ensuite sur des rouleaux porteurs, on effectue le refroidissement rapide de la face gravée du ruban après le dispositif d'impression à une température inférieure ou égale à 620 C mais supérieure à 570 C pour du verre sodocalcique avant que la face gravée du ruban ne vienne au contact d'un rouleau porteur.
Avantageusement, l'épaisseur du ruban portée à la température T2 est telle que le volume de verre porté à la température T2 est au moins égal au volume déplacé lors de la gravure.
Le procédé défini précédemment est avantageusement mis en oeuvre dans une installation de production de verre flotté, en particulier après la sortie du bain ou dans l'étenderie à la suite du bassin de flottation.
L'invention est également relative à un dispositif pour réaliser une structure sur l'une des faces d'un ruban de verre, fabriqué en continu, à
l'aide d'un dispositif d'impression, caractérisé en ce que :
. le dispositif d'impression est disposé dans une zone où le ruban est à une température moyenne Ti insuffisante pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver, la pression entre le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, un moyen de chauffage de la face à graver est installé en amont du dispositif d'impression de sorte de porter une épaisseur limitée et suffisante du ruban à une température T2>T1 nécessaire pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver et la pression entre
5 le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression tout en conservant le reste du ruban à une température voisine de T1, . la puissance transmise au ruban par le moyen de chauffage est telle que le nombre d'impression N imp soit compris entre 0.05 mm"' et 2.00mm-'et de préférence égal à 0.3 mm`'.
Selon l'invention, on réalise un refroidissement du ruban de sorte que la face inférieure du ruban en contact avec les rouleaux supports reste à
une température inférieure ou égale à T1 mais supérieure à la température T3 correspondant à la température de figeage du verre. Pour du verre sodocalcique, la température T3 est d'environ 570 C.
Selon l'invention, on réalise un refroidissement rapide de la face gravée du ruban après le rouleau graveur afin de stabiliser rapidement la structure gravée et ramener le ruban à une température voisine de T1.
Avantageusement, le dispositif comporte un moyen de soufflage de gaz, notamment d'air, du côté opposé au rouleau graveur pour appliquer le ruban contre le rouleau selon une pression appropriée.
Le rouleau graveur peut être disposé au-dessus du ruban de verre pour graver la face supérieure du ruban, et le moyen de soufflage peut être constitué par une table à lévitation à soufflage d'air qui soutient la face inférieure du ruban.
Le dispositif est avantageusement prévu pour qu'un arc de contact soit établi entre le ruban et le rouleau selon une étendue angulaire suffisante pour prolonger le temps de contact.
Le moyen de chauffage de la couche superficielle peut comprendre une rampe de brûleurs s'étendant transversalement sur la largeur du ruban et dont les flammes sont dirigées sur la face à graver du ruban.
Le moyen de refroidissement peut être un moyen radiatif, par exemple formé par un tube s'étendant transversalement sur la largeur du ruban et parcouru intérieurement par un fluide de refroidissement, notamment de l'air ou de l'eau, ce tube étant situé à proximité de la face gravée.
Le moyen de refroidissement peut également être un moyen convectif par soufflage d'un gaz sur le ruban.
Selon l'invention, on réalise un refroidissement du ruban de sorte que la face inférieure du ruban en contact avec les rouleaux supports reste à
une température inférieure ou égale à T1 mais supérieure à la température T3 correspondant à la température de figeage du verre. Pour du verre sodocalcique, la température T3 est d'environ 570 C.
Selon l'invention, on réalise un refroidissement rapide de la face gravée du ruban après le rouleau graveur afin de stabiliser rapidement la structure gravée et ramener le ruban à une température voisine de T1.
Avantageusement, le dispositif comporte un moyen de soufflage de gaz, notamment d'air, du côté opposé au rouleau graveur pour appliquer le ruban contre le rouleau selon une pression appropriée.
Le rouleau graveur peut être disposé au-dessus du ruban de verre pour graver la face supérieure du ruban, et le moyen de soufflage peut être constitué par une table à lévitation à soufflage d'air qui soutient la face inférieure du ruban.
Le dispositif est avantageusement prévu pour qu'un arc de contact soit établi entre le ruban et le rouleau selon une étendue angulaire suffisante pour prolonger le temps de contact.
Le moyen de chauffage de la couche superficielle peut comprendre une rampe de brûleurs s'étendant transversalement sur la largeur du ruban et dont les flammes sont dirigées sur la face à graver du ruban.
Le moyen de refroidissement peut être un moyen radiatif, par exemple formé par un tube s'étendant transversalement sur la largeur du ruban et parcouru intérieurement par un fluide de refroidissement, notamment de l'air ou de l'eau, ce tube étant situé à proximité de la face gravée.
Le moyen de refroidissement peut également être un moyen convectif par soufflage d'un gaz sur le ruban.
6 Selon l'invention, un nombre caractéristique relie la longueur de chauffage, la profondeur d'impression, la vitesse de défilement du ruban et la diffusivité thermique du verre. Ce nombre appelé dans la suite nombre d'impression permet de déterminer les paramètres du chauffage pour porter la profondeur requise du ruban à une température T2. Ce nombre est valable pour une très vaste gamme de paramètres de production et de profondeurs d'impression. Le nombre d'impression N imp est donné par la formule :
proff.z vitesse Nimpf diJtusivitet,,e ,i, q j IongrII IIK10 dans laquelle toutes les grandeurs utilisées sont prises en unités SI.
Dans cette formule :
prof T2 désigne l'épaisseur de verre à porter à la température T2 pour l'impression de la structure.
vitesse désigne la vitesse d'avance du ruban de verre. Le paramètre vitesse est imposé par le procédé `float' en fonction de la production et de l'épaisseur du ruban.
diffusivité thermique désigne la diffusivité thermique du verre qui est une propriété intrinsèque à la nature du verre. Pour le verre sodocalcique, cette valeur varie peu dans la gamme de température requise pour l'impression. Elle est ainsi de 4.2 x10-7 m2/sec à 700 C et de 4.6 x10-7 m2/sec à 1000 C. On peut donc utiliser une valeur moyenne de 4.4 x10-7 m2/sec pour une précision satisfaisante pour déterminer le nombre d'impression.
long chauffage désigne la longueur, selon la direction d'avance, de chauffage du ruban.
Le nombre d'impression selon l'invention permet de définir l'équipement de chauffage approprié pour une large gamme de production, par exemple une profondeur d'impression de 0.2 à 4 mm pour une vitesse de ruban de 2 à 30 m/min.
Un exemple de réalisation de l'invention est maintenant décrit.
Pour une profondeur T2 de 0.4 mm, une vitesse du ruban de 15 m/min et une diffusivité thermique de 4.4 x10-7 m2/sec, nous obtenons pour un nombre d'impression de 0.3 mm"', une longueur de chauffage de 0.76 m.
L'étape suivante consiste à calculer la température atteinte par la face chauffée du ruban de sorte de vérifier qu'elle ne dépasse pas une température critique préjudiciable à la qualité du verre. Le calcul est réalisé en utilisant la formule suivante :
proff.z vitesse Nimpf diJtusivitet,,e ,i, q j IongrII IIK10 dans laquelle toutes les grandeurs utilisées sont prises en unités SI.
Dans cette formule :
prof T2 désigne l'épaisseur de verre à porter à la température T2 pour l'impression de la structure.
vitesse désigne la vitesse d'avance du ruban de verre. Le paramètre vitesse est imposé par le procédé `float' en fonction de la production et de l'épaisseur du ruban.
diffusivité thermique désigne la diffusivité thermique du verre qui est une propriété intrinsèque à la nature du verre. Pour le verre sodocalcique, cette valeur varie peu dans la gamme de température requise pour l'impression. Elle est ainsi de 4.2 x10-7 m2/sec à 700 C et de 4.6 x10-7 m2/sec à 1000 C. On peut donc utiliser une valeur moyenne de 4.4 x10-7 m2/sec pour une précision satisfaisante pour déterminer le nombre d'impression.
long chauffage désigne la longueur, selon la direction d'avance, de chauffage du ruban.
Le nombre d'impression selon l'invention permet de définir l'équipement de chauffage approprié pour une large gamme de production, par exemple une profondeur d'impression de 0.2 à 4 mm pour une vitesse de ruban de 2 à 30 m/min.
Un exemple de réalisation de l'invention est maintenant décrit.
Pour une profondeur T2 de 0.4 mm, une vitesse du ruban de 15 m/min et une diffusivité thermique de 4.4 x10-7 m2/sec, nous obtenons pour un nombre d'impression de 0.3 mm"', une longueur de chauffage de 0.76 m.
L'étape suivante consiste à calculer la température atteinte par la face chauffée du ruban de sorte de vérifier qu'elle ne dépasse pas une température critique préjudiciable à la qualité du verre. Le calcul est réalisé en utilisant la formule suivante :
7 1 0.3161 20 = vitesse = prof~.22 + 1.4 - dist,,, = diffus lVitCllk,rjiique Tmax=T1+1.023= {{' ~ (T2-Tl) long~=j,u,{ijuKr' dZJ/u`SIVdtL'lhcr=rnrrjuc Dans cette formule, distimp est la distance entre la fin du chauffage et le point de contact entre le ruban et le rouleau imprimeur. Il est avantageux de choisir celle-ci aussi courte que possible de sorte de réduire la perte de chaleur entre le chauffage et le point d'impression, de préférence inférieure à 20 cm.
Pour une température Ti de 600 C et une température T2 de 830 C et une 1.0 distance de 19 cm, nous obtenons une température en face chaude de 995 C.
Dans le cas où cette température dépasserait une valeur critique, par exemple 1100 C pour un verre sodocalcique, il serait nécessaire de renouveler le calcul avec un nombre d'impression légèrement réduit, par exemple 0.2.
L'étape suivante consiste à déterminer le flux thermique à injecter par mètre de largeur du ruban. Il est obtenu en utilisant la formule suivante :
Q,,,,p = RE = (Hõ (T2) - Hõ (T1)) = vitesse = prof7.2 = densité,,,,,, Dans cette formule, Qirnp est la puissance thermique à injecter par mètre de largeur du ruban, Hv est l'enthalpie du verre et densité erre est la densité
moyenne du verre.
Le terme RE exprime le rapport énergétique, c'est-à-dire la consommation réelle du dispositif comparée à l'énergie requise pour porter l'épaisseur profT2 à la température T2. RE est obtenu par l'équation suivante 0.3197 RE = 4.21.10-7 pl'ofi=22 = vitesse (6.67 1 = 1020 = longchatJfcrgc + 2 = 1021 = diSt. ) . difftisivlte,hcrrnigire Nous avons ainsi un facteur RE égal à 4.5. Ce facteur est étroitement lié à la longueur de chauffage. Il se dégrade lorsque l'on diminue le nombre d'impression. Pour l'optimisation du dispositif, il est donc conseillé
d'augmenter le nombre d'impression jusqu'à ce l'on atteigne une valeur limite par exemple sur la température de surface ou la densité de flux thermique.
Pour une température Ti de 600 C et une température T2 de 830 C et une 1.0 distance de 19 cm, nous obtenons une température en face chaude de 995 C.
Dans le cas où cette température dépasserait une valeur critique, par exemple 1100 C pour un verre sodocalcique, il serait nécessaire de renouveler le calcul avec un nombre d'impression légèrement réduit, par exemple 0.2.
L'étape suivante consiste à déterminer le flux thermique à injecter par mètre de largeur du ruban. Il est obtenu en utilisant la formule suivante :
Q,,,,p = RE = (Hõ (T2) - Hõ (T1)) = vitesse = prof7.2 = densité,,,,,, Dans cette formule, Qirnp est la puissance thermique à injecter par mètre de largeur du ruban, Hv est l'enthalpie du verre et densité erre est la densité
moyenne du verre.
Le terme RE exprime le rapport énergétique, c'est-à-dire la consommation réelle du dispositif comparée à l'énergie requise pour porter l'épaisseur profT2 à la température T2. RE est obtenu par l'équation suivante 0.3197 RE = 4.21.10-7 pl'ofi=22 = vitesse (6.67 1 = 1020 = longchatJfcrgc + 2 = 1021 = diSt. ) . difftisivlte,hcrrnigire Nous avons ainsi un facteur RE égal à 4.5. Ce facteur est étroitement lié à la longueur de chauffage. Il se dégrade lorsque l'on diminue le nombre d'impression. Pour l'optimisation du dispositif, il est donc conseillé
d'augmenter le nombre d'impression jusqu'à ce l'on atteigne une valeur limite par exemple sur la température de surface ou la densité de flux thermique.
8 Avec cette valeur RE égale à 4.5, nous obtenons un flux thermique à injecter de 354 kW/ml (kilowatt par mètre linéaire), suivant la largeur du ruban.
Connaissant à présent la longueur de chauffage et l'énergie à injecter, nous pouvons calculer la densité du flux thermique qch à l'aide de l'équation :
Qlrrmp q`'' _ _ long churrJl,,ge La densité de flux requise est ainsi de 454 kW/m2. A nouveau, si la densité de flux requise est supérieure à celle pouvant être réalisée par le moyen de chauffage disponible, il est nécessaire de diminuer légèrement le nombre d'impression de sorte d'augmenter la longueur de chauffe.
Les équations présentées ici permettent de réaliser une bonne estimation des grandeurs par une approche simplifiée sans nécessiter une simulation numérique complexe.
L'ensemble des simulations réalisées en mettant en oeuvre la méthode de dimensionnement selon l'invention en faisant varier les différentes variables que sont par exemple la profondeur d'impression, la vitesse de défilement, les températures T1 et T2, la température maximale acceptable selon la qualité du verre, conduit à limiter le champ de validité du nombre d'impression entre 0.05 mm"' et 2 mm-' . Un nombre d'impression extérieur à ce champ conduirait à des anomalies comme une densité de flux excessive, une longueur de chauffe trop importante, une température face chaude excessive ou un rendement énergétique déplorable.
Par exemple, un nombre d'impression <0.05 mm-' conduirait à des longueurs inacceptables pour la zone de chauffage et des flux de chaleur trop faibles qui engendreraient une surconsommation énergétique importante. Un nombre d'impression > 2 mm-' conduirait à des valeurs de flux de chaleur excessifs qui ne sont plus atteignables avec des moyens de chauffage classiques. La température de surface augmente en même temps d'une manière excessive et amène à une surchauffe de la surface du verre avec sa dégradation par bullage et évaporation.
Le meilleur compromis est obtenu pour un nombre d'impression de 0.3 mm-' ce qui permet des flux et des longueurs très raisonnables.
Connaissant à présent la longueur de chauffage et l'énergie à injecter, nous pouvons calculer la densité du flux thermique qch à l'aide de l'équation :
Qlrrmp q`'' _ _ long churrJl,,ge La densité de flux requise est ainsi de 454 kW/m2. A nouveau, si la densité de flux requise est supérieure à celle pouvant être réalisée par le moyen de chauffage disponible, il est nécessaire de diminuer légèrement le nombre d'impression de sorte d'augmenter la longueur de chauffe.
Les équations présentées ici permettent de réaliser une bonne estimation des grandeurs par une approche simplifiée sans nécessiter une simulation numérique complexe.
L'ensemble des simulations réalisées en mettant en oeuvre la méthode de dimensionnement selon l'invention en faisant varier les différentes variables que sont par exemple la profondeur d'impression, la vitesse de défilement, les températures T1 et T2, la température maximale acceptable selon la qualité du verre, conduit à limiter le champ de validité du nombre d'impression entre 0.05 mm"' et 2 mm-' . Un nombre d'impression extérieur à ce champ conduirait à des anomalies comme une densité de flux excessive, une longueur de chauffe trop importante, une température face chaude excessive ou un rendement énergétique déplorable.
Par exemple, un nombre d'impression <0.05 mm-' conduirait à des longueurs inacceptables pour la zone de chauffage et des flux de chaleur trop faibles qui engendreraient une surconsommation énergétique importante. Un nombre d'impression > 2 mm-' conduirait à des valeurs de flux de chaleur excessifs qui ne sont plus atteignables avec des moyens de chauffage classiques. La température de surface augmente en même temps d'une manière excessive et amène à une surchauffe de la surface du verre avec sa dégradation par bullage et évaporation.
Le meilleur compromis est obtenu pour un nombre d'impression de 0.3 mm-' ce qui permet des flux et des longueurs très raisonnables.
9 PCT/IB2009/052828 L'invention consiste également en un procédé de réalisation en continu d'une structure sur l'une des faces d'un ruban de verre flotté à
l'aide d'un dispositif d'impression dans une zone située après le bain d'étain où le ruban est à une température moyenne Ti insuffisante pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver, la pression entre le dispositif d'impression, en particulier un rouleau graveur, et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression caractérisé en ce que :
- on effectue un chauffage de la face à graver en amont du dispositif d'impression de sorte de porter en début d'impression une épaisseur limitée et suffisante du ruban à une température T2>T1 nécessaire pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression, selon la nature du motif à graver et la pression entre le dispositif d'impression, et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, - le flux thermique est transmis au ruban par induction ou par micro-ondes avec une fréquence adaptée pour limiter l'absorption à l'épaisseur de la couche à imprimer.
L'invention consiste, mise à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation pour du verre sodocalcique décrits avec références aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs.
Sur ces dessins :
- Fig. 1 est une coupe longitudinale schématique d'une ligne de fabrication de verre flotté, mettant en oeuvre le procédé de l'invention - Fig. 2 est une vue schématique à plus grande échelle d'une partie du ruban de verre avec au-dessous un rouleau graveur.
- Fig. 3 montre, semblablement à Fig. 2, une variante de réalisation avec rouleau graveur situé au-dessus du ruban de verre.
- Fig. 4 est une coupe schématique transversale du ruban de verre avec, au-dessus, une rampe de brûleurs.
- Fig.5 est une coupe schématique du ruban de verre, avec, au-dessus, un moyen de refroidissement radiatif.
- Fig.6 est un diagramme représentant en ordonnée la densité de flux thermique imposée sur les deux faces du ruban, en fonction de la position longitudinale en abscisse.
- Fig. 7 est un diagramme représentant en ordonnée les profils de température du ruban, en fonction de la position longitudinale en abscisse, et Fig.8 est un schéma en coupe verticale longitudinale d'un exemple de réalisation de l'invention.
En se reportant à Fig.1 des dessins, on peut voir, schématiquement 5 représentée, une installation de production de ruban de verre selon le procédé
de verre flotté.
L'installation comprend un four 1 dans lequel est introduite la matière, sable de silice, fondant, calcin, etc.., servant à la fabrication du verre. Un ruban de verre B à l'état pâteux sort du four 1 en étant supporté par un bain d'étain en
l'aide d'un dispositif d'impression dans une zone située après le bain d'étain où le ruban est à une température moyenne Ti insuffisante pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver, la pression entre le dispositif d'impression, en particulier un rouleau graveur, et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression caractérisé en ce que :
- on effectue un chauffage de la face à graver en amont du dispositif d'impression de sorte de porter en début d'impression une épaisseur limitée et suffisante du ruban à une température T2>T1 nécessaire pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression, selon la nature du motif à graver et la pression entre le dispositif d'impression, et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, - le flux thermique est transmis au ruban par induction ou par micro-ondes avec une fréquence adaptée pour limiter l'absorption à l'épaisseur de la couche à imprimer.
L'invention consiste, mise à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation pour du verre sodocalcique décrits avec références aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs.
Sur ces dessins :
- Fig. 1 est une coupe longitudinale schématique d'une ligne de fabrication de verre flotté, mettant en oeuvre le procédé de l'invention - Fig. 2 est une vue schématique à plus grande échelle d'une partie du ruban de verre avec au-dessous un rouleau graveur.
- Fig. 3 montre, semblablement à Fig. 2, une variante de réalisation avec rouleau graveur situé au-dessus du ruban de verre.
- Fig. 4 est une coupe schématique transversale du ruban de verre avec, au-dessus, une rampe de brûleurs.
- Fig.5 est une coupe schématique du ruban de verre, avec, au-dessus, un moyen de refroidissement radiatif.
- Fig.6 est un diagramme représentant en ordonnée la densité de flux thermique imposée sur les deux faces du ruban, en fonction de la position longitudinale en abscisse.
- Fig. 7 est un diagramme représentant en ordonnée les profils de température du ruban, en fonction de la position longitudinale en abscisse, et Fig.8 est un schéma en coupe verticale longitudinale d'un exemple de réalisation de l'invention.
En se reportant à Fig.1 des dessins, on peut voir, schématiquement 5 représentée, une installation de production de ruban de verre selon le procédé
de verre flotté.
L'installation comprend un four 1 dans lequel est introduite la matière, sable de silice, fondant, calcin, etc.., servant à la fabrication du verre. Un ruban de verre B à l'état pâteux sort du four 1 en étant supporté par un bain d'étain en
10 fusion 2 occupant la partie inférieure d'une chambre de flottation 3 sous atmosphère réductrice, notamment atmosphère d'azote et d'hydrogène. Le formage du verre sur le bain d'étain a lieu à une température comprise environ entre 1000 C et 600 C
A l'extrémité de sortie de la chambre 3, le ruban de verre B est soulevé du bain d'étain et passe dans la drossbox (ou sortie du bain) sur des rouleaux 4 métalliques appelés rouleaux LOR (Lift Out Rollers). Le ruban B traverse ensuite un espace 5 à l'air libre, sur une longueur de quelques dizaines de centimètres.
Le ruban B entre alors dans une étenderie 6 où la température du ruban de verre diminue progressivement en passant en dessous de la température Tg de transition vitreuse, 550 C pour du verre sodocalcique. En sortie de l'étenderie 6, le verre est à une température modérée (inférieure à
100 C) permettant la découpe et la manipulation du verre.
Tout le long de l'étenderie le ruban de verre est supporté à
l'horizontale par des rouleaux 7 entraînés en rotation à la vitesse d'avance du ruban. Un effort de traction réglable F est exercé sur le ruban B. L'intensité
de la traction F permet d'agir sur l'épaisseur du ruban B.
Le procédé de verre flotté a l'avantage de créer des surfaces très planes avec peu de défauts aussi bien sur la face inférieure que sur la face supérieure du ruban B. La face inférieure est toutefois davantage exposée aux risques de défauts en raison de l'encrassement possible des rouleaux 4 sur lesquels le ruban B appuie alors qu'il est encore dans un état viscoélastique.
L'invention vise à fournir, en continu, un ruban de verre B dont au moins une face comporte une structure, c'est-à-dire un ensemble de reliefs et de creux, propre à créer un effet anti-réfléchissant de la lumière, l'autre face étant de préférence conservée lisse, en particulier pour l'application de cellules photovoltaïques.
A l'extrémité de sortie de la chambre 3, le ruban de verre B est soulevé du bain d'étain et passe dans la drossbox (ou sortie du bain) sur des rouleaux 4 métalliques appelés rouleaux LOR (Lift Out Rollers). Le ruban B traverse ensuite un espace 5 à l'air libre, sur une longueur de quelques dizaines de centimètres.
Le ruban B entre alors dans une étenderie 6 où la température du ruban de verre diminue progressivement en passant en dessous de la température Tg de transition vitreuse, 550 C pour du verre sodocalcique. En sortie de l'étenderie 6, le verre est à une température modérée (inférieure à
100 C) permettant la découpe et la manipulation du verre.
Tout le long de l'étenderie le ruban de verre est supporté à
l'horizontale par des rouleaux 7 entraînés en rotation à la vitesse d'avance du ruban. Un effort de traction réglable F est exercé sur le ruban B. L'intensité
de la traction F permet d'agir sur l'épaisseur du ruban B.
Le procédé de verre flotté a l'avantage de créer des surfaces très planes avec peu de défauts aussi bien sur la face inférieure que sur la face supérieure du ruban B. La face inférieure est toutefois davantage exposée aux risques de défauts en raison de l'encrassement possible des rouleaux 4 sur lesquels le ruban B appuie alors qu'il est encore dans un état viscoélastique.
L'invention vise à fournir, en continu, un ruban de verre B dont au moins une face comporte une structure, c'est-à-dire un ensemble de reliefs et de creux, propre à créer un effet anti-réfléchissant de la lumière, l'autre face étant de préférence conservée lisse, en particulier pour l'application de cellules photovoltaïques.
11 La gravure d'une structure sur une face d'un ruban de verre, selon l'invention, tient compte des paramètres suivants :
- condition de plasticité du verre favorable à une bonne gravure, - pression de contact entre le ruban et le rouleau graveur, - figeage de la structure gravée, en évitant les contraintes critiques, - conservation de l'état de surface de la face non imprimée, - conservation de la planéité du ruban.
Pour réaliser la structure sur l'une des faces du ruban de verre, dans de bonnes conditions, on procède comme exposé ci-après.
Un dispositif d'impression, de préférence constitué par un rouleau graveur 8, est placé en un point A où le ruban B est à une température moyenne TI insuffisante pour imprimer sur le ruban de verre le motif du rouleau graveur selon :
- la nature du motif à graver (notamment forme du motif, dimension et profondeur) ;
- la pression entre le rouleau graveur 8 et le ruban B ;
- et la durée de contact entre le ruban et le rouleau graveur.
Le dispositif d'impression pourrait être constitué par un moyen autre qu'un rouleau, notamment par des rubans décrivant une boucle fermée dans un plan vertical parallèle à la direction d'avance du ruban, ou par une plaque d'impression.
Pour du verre sodocalcique, la température Ti est choisie inférieure ou égale à 620 C. Le point A où est disposé le rouleau graveur peut ainsi se trouver en amont de l'étenderie 6, dans l'étenderie, ou même en dehors de l'étenderie, en aval de celle-ci.
On effectue un chauffage de la face à graver en amont du dispositif d'impression, notamment en amont du rouleau graveur 8, de sorte de porter une épaisseur limitée et suffisante du ruban B à une température T2 en début d'impression, supérieure à T1, nécessaire pour graver sur le ruban B le motif du rouleau graveur 8, selon la nature du motif à graver et la pression entre le rouleau graveur 8 et ruban B, et la durée de contact entre le ruban B et le rouleau graveur 8.
Ce chauffage est effectué dans des conditions telles que le reste du ruban B conserve une température voisine de Ti et que seule l'épaisseur du ruban B concernée par la gravure est chauffée.
Du fait que, lors de la gravure, le ruban de verre reste à une température moyenne Ti relativement basse, à l'exception de la couche
- condition de plasticité du verre favorable à une bonne gravure, - pression de contact entre le ruban et le rouleau graveur, - figeage de la structure gravée, en évitant les contraintes critiques, - conservation de l'état de surface de la face non imprimée, - conservation de la planéité du ruban.
Pour réaliser la structure sur l'une des faces du ruban de verre, dans de bonnes conditions, on procède comme exposé ci-après.
Un dispositif d'impression, de préférence constitué par un rouleau graveur 8, est placé en un point A où le ruban B est à une température moyenne TI insuffisante pour imprimer sur le ruban de verre le motif du rouleau graveur selon :
- la nature du motif à graver (notamment forme du motif, dimension et profondeur) ;
- la pression entre le rouleau graveur 8 et le ruban B ;
- et la durée de contact entre le ruban et le rouleau graveur.
Le dispositif d'impression pourrait être constitué par un moyen autre qu'un rouleau, notamment par des rubans décrivant une boucle fermée dans un plan vertical parallèle à la direction d'avance du ruban, ou par une plaque d'impression.
Pour du verre sodocalcique, la température Ti est choisie inférieure ou égale à 620 C. Le point A où est disposé le rouleau graveur peut ainsi se trouver en amont de l'étenderie 6, dans l'étenderie, ou même en dehors de l'étenderie, en aval de celle-ci.
On effectue un chauffage de la face à graver en amont du dispositif d'impression, notamment en amont du rouleau graveur 8, de sorte de porter une épaisseur limitée et suffisante du ruban B à une température T2 en début d'impression, supérieure à T1, nécessaire pour graver sur le ruban B le motif du rouleau graveur 8, selon la nature du motif à graver et la pression entre le rouleau graveur 8 et ruban B, et la durée de contact entre le ruban B et le rouleau graveur 8.
Ce chauffage est effectué dans des conditions telles que le reste du ruban B conserve une température voisine de Ti et que seule l'épaisseur du ruban B concernée par la gravure est chauffée.
Du fait que, lors de la gravure, le ruban de verre reste à une température moyenne Ti relativement basse, à l'exception de la couche
12 superficielle concernée par la gravure, les propriétés mécaniques du ruban permettent d'éviter des déformations permanentes du ruban-La température T2 est inférieure à 1000 C, avantageusement d'environ 800 C. De préférence, la température T2 est choisie de manière que la pression nécessaire à la gravure reste inférieure à 2 MPa.
L'épaisseur du ruban portée à la température T2 est telle que le volume de verre porté à cette température T2 est au moins égal au volume déplacé lors de la gravure. En général l'épaisseur du ruban portée à la température T2 est au moins égale à la hauteur des reliefs, en particulier au moins égale à 1,5 fois cette hauteur.
Après la gravure de la face du ruban, on effectue un refroidissement rapide de cette face gravée, en aval du rouleau graveur 8, pour préserver le motif gravé, en le figeant.
Avantageusement un refroidissement de la face du ruban non imprimée contribue à limiter l'augmentation de température au centre du ruban de sorte d'éviter que le ruban ne se ramollisse. Ce refroidissement sera dimensionné de sorte que la température de la face du ruban non imprimée ne soit pas inférieure à la température T3 de début de solidification du verre, soit environ 570 C pour un verre sodocalcique.
Ce refroidissement pourra être de type radiatif.
Le rouleau graveur 8 peut être disposé au-dessus du ruban B comme illustré sur Fig.2, ou au-dessous comme illustré sur Fig.3.
Le chauffage de la face à graver peut être assuré par un moyen de chauffage 9 installé juste en amont du rouleau graveur 8 et s'étendant suivant la largeur du ruban B. Ce moyen de chauffage 9 est situé du même côté du ruban B que le rouleau graveur 8. Le chauffage peut être réalisé par induction, micro-ondes, air chaud soufflé, rayonnement, gaz plasma ou autre moyen connu.
Une solution avantageuse consiste à réaliser le moyen de chauffage 9 sous forme d'une rampe 10 de brûleurs 10a (Fig.4), verticaux, dont la flamme est dirigée vers la face à chauffer, la rampe 10 étant disposée transversalement au ruban B, principalement perpendiculairement à sa direction d'avance.
Avantageusement, une combustion H2102 est mise en oeuvre pour obtenir un transfert de chaleur très élevé.
Le chauffage de la face à graver peut également être assuré
directement par le rouleau graveur 8 en équipant celui-ci d'un moyen de chauffage permettant de porter la température de la table du rouleau à un niveau suffisant.
L'épaisseur du ruban portée à la température T2 est telle que le volume de verre porté à cette température T2 est au moins égal au volume déplacé lors de la gravure. En général l'épaisseur du ruban portée à la température T2 est au moins égale à la hauteur des reliefs, en particulier au moins égale à 1,5 fois cette hauteur.
Après la gravure de la face du ruban, on effectue un refroidissement rapide de cette face gravée, en aval du rouleau graveur 8, pour préserver le motif gravé, en le figeant.
Avantageusement un refroidissement de la face du ruban non imprimée contribue à limiter l'augmentation de température au centre du ruban de sorte d'éviter que le ruban ne se ramollisse. Ce refroidissement sera dimensionné de sorte que la température de la face du ruban non imprimée ne soit pas inférieure à la température T3 de début de solidification du verre, soit environ 570 C pour un verre sodocalcique.
Ce refroidissement pourra être de type radiatif.
Le rouleau graveur 8 peut être disposé au-dessus du ruban B comme illustré sur Fig.2, ou au-dessous comme illustré sur Fig.3.
Le chauffage de la face à graver peut être assuré par un moyen de chauffage 9 installé juste en amont du rouleau graveur 8 et s'étendant suivant la largeur du ruban B. Ce moyen de chauffage 9 est situé du même côté du ruban B que le rouleau graveur 8. Le chauffage peut être réalisé par induction, micro-ondes, air chaud soufflé, rayonnement, gaz plasma ou autre moyen connu.
Une solution avantageuse consiste à réaliser le moyen de chauffage 9 sous forme d'une rampe 10 de brûleurs 10a (Fig.4), verticaux, dont la flamme est dirigée vers la face à chauffer, la rampe 10 étant disposée transversalement au ruban B, principalement perpendiculairement à sa direction d'avance.
Avantageusement, une combustion H2102 est mise en oeuvre pour obtenir un transfert de chaleur très élevé.
Le chauffage de la face à graver peut également être assuré
directement par le rouleau graveur 8 en équipant celui-ci d'un moyen de chauffage permettant de porter la température de la table du rouleau à un niveau suffisant.
13 La face soumise à la gravure peut être la face inférieure du ruban B
comme illustré sur Fig.2. Dans ce cas, le rouleau graveur 8 est généralement surélevé par rapport aux autres rouleaux 7 amont et aval, qui sont tangents à
un même plan horizontal supérieur H. Le contour du rouleau 8 déborde au-dessus du plan H de manière à soulever le ruban B qui est ainsi appliqué par son poids contre le rouleau 8, ce qui peut suffire à créer la pression pour la gravure. Pour augmenter cette pression il est possible d'agir sur l'intensité
de l'effort de traction F exercé sur le ruban B, mais dans ce cas, l'épaisseur du ruban risque d'être modifiée. On peut également prévoir un contre-rouleau sur la face opposée à celle soumise à la gravure.
Une autre solution pour agir sur la pression d'application du rouleau graveur 8 contre le ruban B consiste à prévoir un moyen de soufflage 11 de gaz sous pression du côté du ruban B opposé au rouleau 8, au niveau de ce rouleau. Dans le cas de Fig.2, où le rouleau 8 se trouve au-dessous du ruban, une boîte de soufflage 11 est disposée au-dessus du ruban B et du rouleau 8 et s'étend sur toute la largeur. Le gaz alimentant le moyen de soufflage est avantageusement préchauffé de sorte d'éviter de refroidir le ruban à une température inférieure à celle de début de solidification.
Un moyen de refroidissement 12 est installé après le rouleau graveur 8, à son voisinage, pour refroidir rapidement le ruban B afin de préserver le motif gravé par un figeage de la face gravée. Le moyen de refroidissement 12 peut être constitué par une rampe de soufflage d'air refroidi. Une solution avantageuse qui évite des mouvements d'air turbulents dans la zone de refroidissement consiste à prévoir un élément radiatif 13 (Fig.5) parcouru par un fluide de refroidissement, généralement de l'eau, s'étendant transversalement au ruban B sur toute sa largeur, à distance réduite. L'élément 13 peut être situé
à une distance d de l'ordre de quelques centimètres.
Selon la variante de Fig.3, le rouleau graveur 8 est disposé au-dessus du ruban B lequel est soutenu par une table à lévitation 14 à soufflage de gaz, généralement d'air, qui maintient le ruban. Le soufflage est effectué
à
une pression suffisante pour appliquer le ruban contre le rouleau 8. La table à
lévitation 14 est disposée entre deux rouleaux espacés 7.
La pression d'application du ruban B contre le rouleau 8 est supérieure à la pression de soufflage de l'air dans un rapport qui correspond sensiblement au rapport de la surface de la table à lévitation à la surface de contact entre le rouleau graveur 8 et la face à graver du ruban.
On concentre ainsi la pression de la table sur la surface limitée du contact entre le rouleau graveur et le ruban de verre. Cette surface de contact
comme illustré sur Fig.2. Dans ce cas, le rouleau graveur 8 est généralement surélevé par rapport aux autres rouleaux 7 amont et aval, qui sont tangents à
un même plan horizontal supérieur H. Le contour du rouleau 8 déborde au-dessus du plan H de manière à soulever le ruban B qui est ainsi appliqué par son poids contre le rouleau 8, ce qui peut suffire à créer la pression pour la gravure. Pour augmenter cette pression il est possible d'agir sur l'intensité
de l'effort de traction F exercé sur le ruban B, mais dans ce cas, l'épaisseur du ruban risque d'être modifiée. On peut également prévoir un contre-rouleau sur la face opposée à celle soumise à la gravure.
Une autre solution pour agir sur la pression d'application du rouleau graveur 8 contre le ruban B consiste à prévoir un moyen de soufflage 11 de gaz sous pression du côté du ruban B opposé au rouleau 8, au niveau de ce rouleau. Dans le cas de Fig.2, où le rouleau 8 se trouve au-dessous du ruban, une boîte de soufflage 11 est disposée au-dessus du ruban B et du rouleau 8 et s'étend sur toute la largeur. Le gaz alimentant le moyen de soufflage est avantageusement préchauffé de sorte d'éviter de refroidir le ruban à une température inférieure à celle de début de solidification.
Un moyen de refroidissement 12 est installé après le rouleau graveur 8, à son voisinage, pour refroidir rapidement le ruban B afin de préserver le motif gravé par un figeage de la face gravée. Le moyen de refroidissement 12 peut être constitué par une rampe de soufflage d'air refroidi. Une solution avantageuse qui évite des mouvements d'air turbulents dans la zone de refroidissement consiste à prévoir un élément radiatif 13 (Fig.5) parcouru par un fluide de refroidissement, généralement de l'eau, s'étendant transversalement au ruban B sur toute sa largeur, à distance réduite. L'élément 13 peut être situé
à une distance d de l'ordre de quelques centimètres.
Selon la variante de Fig.3, le rouleau graveur 8 est disposé au-dessus du ruban B lequel est soutenu par une table à lévitation 14 à soufflage de gaz, généralement d'air, qui maintient le ruban. Le soufflage est effectué
à
une pression suffisante pour appliquer le ruban contre le rouleau 8. La table à
lévitation 14 est disposée entre deux rouleaux espacés 7.
La pression d'application du ruban B contre le rouleau 8 est supérieure à la pression de soufflage de l'air dans un rapport qui correspond sensiblement au rapport de la surface de la table à lévitation à la surface de contact entre le rouleau graveur 8 et la face à graver du ruban.
On concentre ainsi la pression de la table sur la surface limitée du contact entre le rouleau graveur et le ruban de verre. Cette surface de contact
14 lors de l'impression sur un ruban plan est déterminée par la profondeur et la géométrie de la structure à imprimer.
Pour un rouleau de 400mm de diamètre et une hauteur de contact de 0.2mm, on trouve un segment de contact de 18mm. L'impression s'effectue pendant le passage de la première moitié du segment ce qui limite la longueur du contact à 9mm. Pour une vitesse de ruban de 15m/min la durée de contact pour l'impression se limite à 0.03sec.
Une prolongation de la durée de contact est obtenue en faisant épouser le rouleau par le ruban. La pression de soufflage, le diamètre du rouleau graveur 8 et l'espace entre les rouleaux 7 encadrant le rouleau 8, sont déterminés de manière que l'arc de contact K entre le rouleau 8 et le ruban B, aussi bien dans le cas de Fig. 2 que dans le cas de Fig.3, présente une étendue angulaire a suffisante. Pour une étendue angulaire de a=0.2 rad (110), la longueur de contact pour une surface plane du rouleau est de aR = 40 mm ce qui résulte en une durée de contact de 0.16 s à 15m/min. Ce temps est à
additionner au temps de contact du demi-segment donné par l'intersection de la structure du rouleau et du ruban.
Une augmentation du diamètre du rouleau graveur 8 permet d'augmenter la durée de contact pour une même étendue angulaire a.
Avantageusement, la paroi supérieure 15 de la table à lévitation a une forme concave qui épouse l'arc convexe du rouleau graveur 8 pour allonger la zone de contact entre ruban et rouleau.
Un autre moyen pour prolonger la durée de contact réside dans une géométrie déformable de la matrice d'impression telle qu'une tôle souple guidée par des rouleaux.
Le moyen de refroidissement 12 permet d'évacuer rapidement la chaleur après la gravure de manière à figer la structure et à empêcher une élévation de la température moyenne du ruban. De préférence, le moyen de refroidissement 12 est prévu pour évacuer une quantité de chaleur sensiblement égale à celle qui a été apportée à la couche superficielle avant la gravure.
Un moyen de refroidissement, radiatif ou convectif, peut aussi être prévu sur la face du ruban opposée à la face d'impression où se trouve le moyen de refroidissement 12.
Un exemple de réalisation possible est donné ci-après, avec :
. Un ruban de verre clair d'une largeur de 3.5 m, d'une épaisseur de 3 mm, et une vitesse de défilement de 15 mlmin, La structure à imprimer sur le ruban nécessite une profondeur de 0.2 mm à chauffer à la température T2 de 830 C.
L'impression est réalisée sur la face supérieure du ruban, L'impression est réalisée après les rouleaux LOR mais avant le 5 début de la recuisson du ruban, le verre étant à une température Ti de 600 C
. Une table de lévitation est placée sous le rouleau imprimeur. Elle exerce une pression de l'ordre de 5-10 MPa.
. Le rouleau imprimeur est en matériau céramique, il a un diamètre de 400mm et est globalement adiabatique.
10 . La distance entre la zone de chauffage et le point d'impression est de 10 cm.
Selon la méthode proposée selon l'invention, on calcule la longueur de chauffage avec un nombre d'impression de 0.3 mm"', ce qui donne 0.38m.
Pour un rouleau de 400mm de diamètre et une hauteur de contact de 0.2mm, on trouve un segment de contact de 18mm. L'impression s'effectue pendant le passage de la première moitié du segment ce qui limite la longueur du contact à 9mm. Pour une vitesse de ruban de 15m/min la durée de contact pour l'impression se limite à 0.03sec.
Une prolongation de la durée de contact est obtenue en faisant épouser le rouleau par le ruban. La pression de soufflage, le diamètre du rouleau graveur 8 et l'espace entre les rouleaux 7 encadrant le rouleau 8, sont déterminés de manière que l'arc de contact K entre le rouleau 8 et le ruban B, aussi bien dans le cas de Fig. 2 que dans le cas de Fig.3, présente une étendue angulaire a suffisante. Pour une étendue angulaire de a=0.2 rad (110), la longueur de contact pour une surface plane du rouleau est de aR = 40 mm ce qui résulte en une durée de contact de 0.16 s à 15m/min. Ce temps est à
additionner au temps de contact du demi-segment donné par l'intersection de la structure du rouleau et du ruban.
Une augmentation du diamètre du rouleau graveur 8 permet d'augmenter la durée de contact pour une même étendue angulaire a.
Avantageusement, la paroi supérieure 15 de la table à lévitation a une forme concave qui épouse l'arc convexe du rouleau graveur 8 pour allonger la zone de contact entre ruban et rouleau.
Un autre moyen pour prolonger la durée de contact réside dans une géométrie déformable de la matrice d'impression telle qu'une tôle souple guidée par des rouleaux.
Le moyen de refroidissement 12 permet d'évacuer rapidement la chaleur après la gravure de manière à figer la structure et à empêcher une élévation de la température moyenne du ruban. De préférence, le moyen de refroidissement 12 est prévu pour évacuer une quantité de chaleur sensiblement égale à celle qui a été apportée à la couche superficielle avant la gravure.
Un moyen de refroidissement, radiatif ou convectif, peut aussi être prévu sur la face du ruban opposée à la face d'impression où se trouve le moyen de refroidissement 12.
Un exemple de réalisation possible est donné ci-après, avec :
. Un ruban de verre clair d'une largeur de 3.5 m, d'une épaisseur de 3 mm, et une vitesse de défilement de 15 mlmin, La structure à imprimer sur le ruban nécessite une profondeur de 0.2 mm à chauffer à la température T2 de 830 C.
L'impression est réalisée sur la face supérieure du ruban, L'impression est réalisée après les rouleaux LOR mais avant le 5 début de la recuisson du ruban, le verre étant à une température Ti de 600 C
. Une table de lévitation est placée sous le rouleau imprimeur. Elle exerce une pression de l'ordre de 5-10 MPa.
. Le rouleau imprimeur est en matériau céramique, il a un diamètre de 400mm et est globalement adiabatique.
10 . La distance entre la zone de chauffage et le point d'impression est de 10 cm.
Selon la méthode proposée selon l'invention, on calcule la longueur de chauffage avec un nombre d'impression de 0.3 mm"', ce qui donne 0.38m.
15 Ensuite on calcule la température de surface et on trouve 968 C. On calcule ensuite le rapport énergétique RE et on trouve 5.7. On calcule ensuite le flux thermique total à injecter au verre sur la largeur du ruban en prenant une enthalpie de 609 kJ/kg à 600 C et de 930 kJ/kg à 830 C et on trouve 223kW/ml. On calcule ensuite la densité de flux et on trouve 588 kW/m2 pour obtenir la température souhaitée de 830 C.
Les valeurs obtenues sont raisonnables et techniquement réalisables. Il n'est donc pas nécessaire de faire varier le nombre d'impression.
Pour évacuer les calories injectées dans le ruban, un refroidissement est nécessaire sur les deux faces du ruban. Ce refroidissement est décrit plus en détail ci-après.
Pour témoigner de la validité de l'approche simplifiée selon l'invention, Fig. 6 présente une simulation numérique du champ de température obtenu avec paramètres du dispositif tels que décrits ci-dessus.
Le diagramme de Fig.6 représente les flux de chaleur imposés sur les deux faces du ruban.
Sur ce diagramme, le point d'impression se trouve à l'abscisse 1.45m. La courbe Fimp représente le flux de chaleur sur la face imprimée du ruban, la courbe en tirets F opp, celui sur la face opposée. Nous voyons que le flux de chauffage est transmis de manière pratiquement constante. Un léger refroidissement est réalisé sur la face opposée à partir de la fin du chauffage alors qu'un refroidissement rapide sur la face imprimée est réalisé dès la fin de l'impression.
Les valeurs obtenues sont raisonnables et techniquement réalisables. Il n'est donc pas nécessaire de faire varier le nombre d'impression.
Pour évacuer les calories injectées dans le ruban, un refroidissement est nécessaire sur les deux faces du ruban. Ce refroidissement est décrit plus en détail ci-après.
Pour témoigner de la validité de l'approche simplifiée selon l'invention, Fig. 6 présente une simulation numérique du champ de température obtenu avec paramètres du dispositif tels que décrits ci-dessus.
Le diagramme de Fig.6 représente les flux de chaleur imposés sur les deux faces du ruban.
Sur ce diagramme, le point d'impression se trouve à l'abscisse 1.45m. La courbe Fimp représente le flux de chaleur sur la face imprimée du ruban, la courbe en tirets F opp, celui sur la face opposée. Nous voyons que le flux de chauffage est transmis de manière pratiquement constante. Un léger refroidissement est réalisé sur la face opposée à partir de la fin du chauffage alors qu'un refroidissement rapide sur la face imprimée est réalisé dès la fin de l'impression.
16 Le graphique de Fig.7 représente les profils de température dans le ruban de verre, avec les courbes Tsup pour la température de la surface supérieure, Tint pour la température de la surface inférieure, Tcentre pour la température au centre, et Tdimp pour la température à la profondeur d'impression.
Nous constatons qu'au point d'impression, le ruban est à une température de 800 C à la profondeur d'impression (à comparer aux 830 C
souhaités). La méthode de détermination de la longueur de chauffe et du flux thermique décrite ci-dessus permet donc de trouver rapidement les paramètres appropriés pour le chauffage du ruban. L'écart de 30 C nécessitera simplement un léger ajustement lors de la mise en service de l'installation. Les valeurs de 0.38 m et de 588 kW/m2 trouvées selon la méthode de l'invention sont raisonnables et techniquement réalisables.
Un autre exemple de réalisation de l'invention est schématiquement représenté sur Fig.8. Les éléments de cet exemple identiques ou jouant des rôles analogues à des éléments décrits précédemment sont désignés par les mêmes références, sans que leur description soit reprise.
Le rouleau graveur 8, d'un diamètre de 40cm, est disposé au-dessus du ruban B pour graver la face supérieure. Le moyen de chauffage 9 comprend une série de brûleurs 10a légèrement inclinés sur la direction verticale, disposés en amont du rouleau 8, au-dessus du ruban B. La flamme des brûleurs est dirigée vers le bas, sur le ruban. Les rouleaux supports 7 ont un diamètre de 35cm. La table de lévitation 14, située sous le ruban B à la verticale du rouleau 8, s'étend selon une distance de 24cm suivant la direction d'avance. Le refroidissement du ruban B, en aval du rouleau 8, est assuré sur la face supérieure par soufflage d'air 12, schématisé par des flèches, sur une longueur d'environ 100cm , et sous la face inférieure par des jets d'air 12a.
Selon cet exemple . Un refroidissement est réalisé sur la face imprimée par convection sur une longueur d'environ 100 cm avec un flux d'environ 200kW/m2 puis par rayonnement (élément 13) sur une longueur de 50 cm avec un flux évacué
d'environ 30kW/m2.
. Un refroidissement par rayonnement à l'aide de l'élément 13a et par faible convection avec jets d'air 12a est réalisé sur la face inférieure en dessous des rouleaux sur une longueur de 3m avec un flux évacué d'environ 50kW/m2.
Ce dispositif est placé de sorte que le refroidissement débute à la position 1.3 m du diagramme de Fig.6.
Nous constatons qu'au point d'impression, le ruban est à une température de 800 C à la profondeur d'impression (à comparer aux 830 C
souhaités). La méthode de détermination de la longueur de chauffe et du flux thermique décrite ci-dessus permet donc de trouver rapidement les paramètres appropriés pour le chauffage du ruban. L'écart de 30 C nécessitera simplement un léger ajustement lors de la mise en service de l'installation. Les valeurs de 0.38 m et de 588 kW/m2 trouvées selon la méthode de l'invention sont raisonnables et techniquement réalisables.
Un autre exemple de réalisation de l'invention est schématiquement représenté sur Fig.8. Les éléments de cet exemple identiques ou jouant des rôles analogues à des éléments décrits précédemment sont désignés par les mêmes références, sans que leur description soit reprise.
Le rouleau graveur 8, d'un diamètre de 40cm, est disposé au-dessus du ruban B pour graver la face supérieure. Le moyen de chauffage 9 comprend une série de brûleurs 10a légèrement inclinés sur la direction verticale, disposés en amont du rouleau 8, au-dessus du ruban B. La flamme des brûleurs est dirigée vers le bas, sur le ruban. Les rouleaux supports 7 ont un diamètre de 35cm. La table de lévitation 14, située sous le ruban B à la verticale du rouleau 8, s'étend selon une distance de 24cm suivant la direction d'avance. Le refroidissement du ruban B, en aval du rouleau 8, est assuré sur la face supérieure par soufflage d'air 12, schématisé par des flèches, sur une longueur d'environ 100cm , et sous la face inférieure par des jets d'air 12a.
Selon cet exemple . Un refroidissement est réalisé sur la face imprimée par convection sur une longueur d'environ 100 cm avec un flux d'environ 200kW/m2 puis par rayonnement (élément 13) sur une longueur de 50 cm avec un flux évacué
d'environ 30kW/m2.
. Un refroidissement par rayonnement à l'aide de l'élément 13a et par faible convection avec jets d'air 12a est réalisé sur la face inférieure en dessous des rouleaux sur une longueur de 3m avec un flux évacué d'environ 50kW/m2.
Ce dispositif est placé de sorte que le refroidissement débute à la position 1.3 m du diagramme de Fig.6.
17 Selon cet exemple de réalisation de l'invention, la table de lévitation 14 placée sous le rouleau imprimeur exerce une pression de l'ordre de 5-10 MPa.
La table à lévitation 14 utilisée pour cet exemple de réalisation présente une surface d'application sur le ruban égale à 20 fois la surface de contact entre le rouleau imprimeur et le ruban, soit 240 mm multiplié par 3.5 m de largeur de ruban. La pression à fournir par la table à lévitation sur le ruban est ainsi 20 fois inférieure à celle requise entre le rouleau imprimeur et le ruban.
Une table à lévitation a généralement un rendement de l'ordre de 50% (le rendement de la table à lévitation est défini comme le rapport de la pression d'air active sur l'objet, à la pression d'entrée dans la table). Elle sera donc alimentée par un système du type pompe ou soufflante qui peut fournir de l'air sous une pression de 0.5 à 1 MPa (5 à 10 bars).
D'une manière générale, on prévoit des moyens de mesure de la température du ruban de verre, notamment pyromètres ou thermocouples, en différents points de l'installation pour le contrôle de la température du ruban.
On considère maintenant les diverses possibilités de chauffage du ruban de verre. On peut classer les méthodes de chauffage en :
11 Méthodes `surfaciques' Infrarouge (chauffage par absorption du rayonnement dans le spectre opaque du verre) Air chaud (convection et conduction à la surface du verre) Gaz chaud (rayonnement, convection et conduction d'une combustion) Plasma (gaz ionisé en contact avec la feuille de verre) Ces méthodes sont particulièrement appropriées pour injecter la chaleur par la surface 21 Méthodes volumiques Micro-ondes (chauffage diélectrique) Induction (chauffage pour dissipation des courants électriques) Ces méthodes sont connues pour leur aptitude à chauffer des matériaux dans le volume. D'une manière générale, le chauffage des plaques minces de verre par micro-ondes ou induction révèle deux grandes difficultés
La table à lévitation 14 utilisée pour cet exemple de réalisation présente une surface d'application sur le ruban égale à 20 fois la surface de contact entre le rouleau imprimeur et le ruban, soit 240 mm multiplié par 3.5 m de largeur de ruban. La pression à fournir par la table à lévitation sur le ruban est ainsi 20 fois inférieure à celle requise entre le rouleau imprimeur et le ruban.
Une table à lévitation a généralement un rendement de l'ordre de 50% (le rendement de la table à lévitation est défini comme le rapport de la pression d'air active sur l'objet, à la pression d'entrée dans la table). Elle sera donc alimentée par un système du type pompe ou soufflante qui peut fournir de l'air sous une pression de 0.5 à 1 MPa (5 à 10 bars).
D'une manière générale, on prévoit des moyens de mesure de la température du ruban de verre, notamment pyromètres ou thermocouples, en différents points de l'installation pour le contrôle de la température du ruban.
On considère maintenant les diverses possibilités de chauffage du ruban de verre. On peut classer les méthodes de chauffage en :
11 Méthodes `surfaciques' Infrarouge (chauffage par absorption du rayonnement dans le spectre opaque du verre) Air chaud (convection et conduction à la surface du verre) Gaz chaud (rayonnement, convection et conduction d'une combustion) Plasma (gaz ionisé en contact avec la feuille de verre) Ces méthodes sont particulièrement appropriées pour injecter la chaleur par la surface 21 Méthodes volumiques Micro-ondes (chauffage diélectrique) Induction (chauffage pour dissipation des courants électriques) Ces méthodes sont connues pour leur aptitude à chauffer des matériaux dans le volume. D'une manière générale, le chauffage des plaques minces de verre par micro-ondes ou induction révèle deux grandes difficultés
18 1. mauvaise absorption et mauvais rendement, notamment pour un verre à
basse température 2. pénétration profonde dans le volume (au lieu d'une profondeur limitée) Le procédé décrit ci-après propose une solution à ces problèmes.
La densité de puissance absorbée par le verre est donnée par:
P=2r-f.e,)e"= E2 La densité de puissance absorbée (P) dépend donc de la fréquence f de l'émetteur de micro-ondes, de la permittivité imaginaire -équi représente le pouvoir d'absorption du verre, ED étant la permittivité du vide, et de l'intensité du champ électrique E.
Le matériau verre est un mauvais absorbeur des micro-ondes, analogue à l'eau glacée où les dipôles sont figés dans la matrice. Or, un ruban de verre, déjà à la température de 600 C, possède des ions mobiles qui permettent de mieux absorber les micro-ondes (pertes par résonance des ions et par déformation de la matrice). Il est donc particulièrement avantageux de chauffer par micro-ondes un ruban de verre se trouvant déjà au-dessus de la température de transformation.
La profondeur de pénétration des micro-ondes dans le verre suit une loi exponentielle. L'atténuation de la profondeur de pénétration est caractérisée par la valeur 11e, e étant la constante mathématique de valeur 2.7.
La profondeur de pénétration ou de l'atténuation dl/e à 37% peut être déterminée par dlfe 2z E., Elle est donc déterminée par la longueur d'onde Io dans le vide, et la permittivité réelle E' et irnaginaireé. Les permittivités du verre dépendent de la fréquence, de la composition et de la température.
On vise avantageusement une profondeur de pénétration dite inferieure ou égale à la profondeur d'impression. Cette profondeur détermine ensuite la fréquence et la longueur d'onde à choisir.
La fréquence sera donc déterminée avec :
f- c jE`f) E (I) dtr1,n = 2g
basse température 2. pénétration profonde dans le volume (au lieu d'une profondeur limitée) Le procédé décrit ci-après propose une solution à ces problèmes.
La densité de puissance absorbée par le verre est donnée par:
P=2r-f.e,)e"= E2 La densité de puissance absorbée (P) dépend donc de la fréquence f de l'émetteur de micro-ondes, de la permittivité imaginaire -équi représente le pouvoir d'absorption du verre, ED étant la permittivité du vide, et de l'intensité du champ électrique E.
Le matériau verre est un mauvais absorbeur des micro-ondes, analogue à l'eau glacée où les dipôles sont figés dans la matrice. Or, un ruban de verre, déjà à la température de 600 C, possède des ions mobiles qui permettent de mieux absorber les micro-ondes (pertes par résonance des ions et par déformation de la matrice). Il est donc particulièrement avantageux de chauffer par micro-ondes un ruban de verre se trouvant déjà au-dessus de la température de transformation.
La profondeur de pénétration des micro-ondes dans le verre suit une loi exponentielle. L'atténuation de la profondeur de pénétration est caractérisée par la valeur 11e, e étant la constante mathématique de valeur 2.7.
La profondeur de pénétration ou de l'atténuation dl/e à 37% peut être déterminée par dlfe 2z E., Elle est donc déterminée par la longueur d'onde Io dans le vide, et la permittivité réelle E' et irnaginaireé. Les permittivités du verre dépendent de la fréquence, de la composition et de la température.
On vise avantageusement une profondeur de pénétration dite inferieure ou égale à la profondeur d'impression. Cette profondeur détermine ensuite la fréquence et la longueur d'onde à choisir.
La fréquence sera donc déterminée avec :
f- c jE`f) E (I) dtr1,n = 2g
19 Dans cette formule, c est la vitesse de la lumière dans le vide.
On mesure préalablement le spectre de permittivité réelle et imaginaire pour le verre et les températures visées. On identifie ensuite la gamme des fréquences acceptables pour obtenir une densité de puissance acceptable (dans le cas du verre sodocalcique, la fréquence micro-onde est avantageusement supérieure à 10 GHz, la fréquence de l'induction reste avantageusement inferieure à 1 kHz).
Ensuite, on détermine dans un processus itératif la fréquence qui correspond au mieux à la profondeur d'impression souhaité.
Reste ensuite à vérifier si la fréquence et la puissance souhaitée est réalisable par la construction d'un émetteur (magnétron, gyrotron ou autre).
Et finalement, il reste à vérifier si la fréquence retenue est libre d'utilisation au niveau législatif.
Les émetteurs sont ensuite disposés en ligne avant le rouleau graveur d'impression pour assurer un chauffage homogène sur la largeur du ruban. Il est particulièrement avantageux de choisir une densité de puissance élevée, injectée juste avant l'impression du ruban pour limiter la diffusion de la chaleur en profondeur de la feuille.
Exemple d'application :
La mesure de la permittivité d'un ruban de verre révèle les valeurs suivantes pour la fréquence de 30 GHz et la température de 600 C : s = 8, s =12 Le calcul de la profondeur due donne 0.38mm pour la fréquence de GHz. La profondeur d'impression souhaitée est de 0.4mm. Une légère correction de la fréquence à 28GHz permet de respecter cette profondeur. La vérification de la permittivité donne une variation négligeable des valeurs.
Une 30 itération successive de la détermination de la fréquence n'est plus nécessaire dans ce cas.
La variation de la permittivité du verre en fonction de la température demande éventuellement une correction des valeurs notamment si la température de l'impression est bien supérieure à 600 C.
La description a été effectuée à propos d'une production de ruban de verre flotté horizontal. Toutefois le procédé de gravure de l'invention n'est pas limité à un ruban horizontal, mais peut également s'appliquer à la gravure d'une face d'un ruban de verre vertical produit selon une autre méthode.
L'invention permet d'obtenir un ruban de verre présentant une face lisse et l'autre face munie d'une structure précise et organisée pour assurer un 5 effet anti-réfléchissant et permettre à un maximum de flux lumineux d'entrer dans le ruban et d'atteindre l'autre face.
Des plaques de verre ainsi obtenues sont destinées principalement à
la réalisation de modules photovoltaïques mais peuvent également servir à la réalisation de panneaux solaires de chauffage, d'écrans plats, de substrats 10 optoélectroniques, de verres décoratifs.
On mesure préalablement le spectre de permittivité réelle et imaginaire pour le verre et les températures visées. On identifie ensuite la gamme des fréquences acceptables pour obtenir une densité de puissance acceptable (dans le cas du verre sodocalcique, la fréquence micro-onde est avantageusement supérieure à 10 GHz, la fréquence de l'induction reste avantageusement inferieure à 1 kHz).
Ensuite, on détermine dans un processus itératif la fréquence qui correspond au mieux à la profondeur d'impression souhaité.
Reste ensuite à vérifier si la fréquence et la puissance souhaitée est réalisable par la construction d'un émetteur (magnétron, gyrotron ou autre).
Et finalement, il reste à vérifier si la fréquence retenue est libre d'utilisation au niveau législatif.
Les émetteurs sont ensuite disposés en ligne avant le rouleau graveur d'impression pour assurer un chauffage homogène sur la largeur du ruban. Il est particulièrement avantageux de choisir une densité de puissance élevée, injectée juste avant l'impression du ruban pour limiter la diffusion de la chaleur en profondeur de la feuille.
Exemple d'application :
La mesure de la permittivité d'un ruban de verre révèle les valeurs suivantes pour la fréquence de 30 GHz et la température de 600 C : s = 8, s =12 Le calcul de la profondeur due donne 0.38mm pour la fréquence de GHz. La profondeur d'impression souhaitée est de 0.4mm. Une légère correction de la fréquence à 28GHz permet de respecter cette profondeur. La vérification de la permittivité donne une variation négligeable des valeurs.
Une 30 itération successive de la détermination de la fréquence n'est plus nécessaire dans ce cas.
La variation de la permittivité du verre en fonction de la température demande éventuellement une correction des valeurs notamment si la température de l'impression est bien supérieure à 600 C.
La description a été effectuée à propos d'une production de ruban de verre flotté horizontal. Toutefois le procédé de gravure de l'invention n'est pas limité à un ruban horizontal, mais peut également s'appliquer à la gravure d'une face d'un ruban de verre vertical produit selon une autre méthode.
L'invention permet d'obtenir un ruban de verre présentant une face lisse et l'autre face munie d'une structure précise et organisée pour assurer un 5 effet anti-réfléchissant et permettre à un maximum de flux lumineux d'entrer dans le ruban et d'atteindre l'autre face.
Des plaques de verre ainsi obtenues sont destinées principalement à
la réalisation de modules photovoltaïques mais peuvent également servir à la réalisation de panneaux solaires de chauffage, d'écrans plats, de substrats 10 optoélectroniques, de verres décoratifs.
Claims (9)
1. Procédé de réalisation en continu d'une structure sur l'une des faces d'un ruban de verre, en particulier flotté, à l'aide d'un dispositif d'impression (8) caractérisé en ce que :
- le dispositif d'impression (8) est disposé dans une zone (A) située après le bain d'étain où le ruban (B) est à une température moyenne T1 insuffisante pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver, la pression entre le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, - on effectue un chauffage de la face à graver en amont du dispositif d'impression de sorte de porter en début d'impression une épaisseur limitée et suffisante du ruban à une température T2 > T1 nécessaire pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver et la pression entre le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, - et le flux thermique transmis au ruban par le moyen de chauffage est tel que le nombre d'impression N imp soit compris entre 0.05 mm -1 et 2.00 mm -1 et de préférence 0.3 mm -1, le nombre d'impression N imp étant défini par la formule :
- le dispositif d'impression (8) est disposé dans une zone (A) située après le bain d'étain où le ruban (B) est à une température moyenne T1 insuffisante pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver, la pression entre le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, - on effectue un chauffage de la face à graver en amont du dispositif d'impression de sorte de porter en début d'impression une épaisseur limitée et suffisante du ruban à une température T2 > T1 nécessaire pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver et la pression entre le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, - et le flux thermique transmis au ruban par le moyen de chauffage est tel que le nombre d'impression N imp soit compris entre 0.05 mm -1 et 2.00 mm -1 et de préférence 0.3 mm -1, le nombre d'impression N imp étant défini par la formule :
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on réalise la structure sur la face supérieure ou inférieure du ruban et en ce que l'on réalise un refroidissement rapide de la face gravée du ruban après le dispositif d'impression afin de stabiliser rapidement la structure gravée et ramener le ruban à une température voisine de T1.
3. Procédé de réalisation en continu d'une structure sur l'une des faces d'un ruban de verre flotté à l'aide d'un dispositif d'impression (8) dans une zone (A) située après le bain d'étain où le ruban (B) est à une température moyenne T1 insuffisante pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver, la pression entre le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, caractérisé en ce que :
- on effectue un chauffage de la face à graver en amont du dispositif d'impression de sorte de porter en début d'impression une épaisseur limitée et suffisante du ruban à une température T2>T1 nécessaire pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver et la pression entre le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, - le flux thermique est transmis au ruban par induction ou par micro-ondes avec une fréquence adaptée pour limiter l'absorption à l'épaisseur de la couche à
imprimer.
- on effectue un chauffage de la face à graver en amont du dispositif d'impression de sorte de porter en début d'impression une épaisseur limitée et suffisante du ruban à une température T2>T1 nécessaire pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver et la pression entre le dispositif d'impression et le ruban, et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, - le flux thermique est transmis au ruban par induction ou par micro-ondes avec une fréquence adaptée pour limiter l'absorption à l'épaisseur de la couche à
imprimer.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé
en ce que, pour du verre sodocalcique, la température T2 est comprise entre 650°C et 1100°C .
en ce que, pour du verre sodocalcique, la température T2 est comprise entre 650°C et 1100°C .
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé
en ce que, pour du verre sodocalcique, la température T1 est inférieure ou égale à 620°C et supérieure à 570°C.
en ce que, pour du verre sodocalcique, la température T1 est inférieure ou égale à 620°C et supérieure à 570°C.
6. Dispositif pour réaliser une structure sur l'une des faces d'un ruban de verre produit en continu à l'aide d'un dispositif d'impression, caractérisé en ce que :
. le dispositif d'impression (8) est disposé dans une zone où le ruban est à
une température moyenne T1 insuffisante pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver, la pression entre le dispositif d'impression et le ruban et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, . un moyen de chauffage (9) de la face à graver est installé juste en amont du dispositif d'impression de sorte de porter une épaisseur limitée et suffisante du ruban à une température T2>T1 nécessaire pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver et la pression entre le dispositif d'impression et le ruban et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression tout en conservant le reste du ruban à une température voisine de T1, . et un moyen de refroidissement rapide (12) de la face gravée du ruban est installé après le dispositif d'impression pour refroidir le ruban à une température proche de T1, mais supérieure à la température T3 de début de solidification du verre.
. le dispositif d'impression (8) est disposé dans une zone où le ruban est à
une température moyenne T1 insuffisante pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver, la pression entre le dispositif d'impression et le ruban et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression, . un moyen de chauffage (9) de la face à graver est installé juste en amont du dispositif d'impression de sorte de porter une épaisseur limitée et suffisante du ruban à une température T2>T1 nécessaire pour imprimer sur le ruban le motif du dispositif d'impression selon la nature du motif à graver et la pression entre le dispositif d'impression et le ruban et la durée de contact entre le ruban et le dispositif d'impression tout en conservant le reste du ruban à une température voisine de T1, . et un moyen de refroidissement rapide (12) de la face gravée du ruban est installé après le dispositif d'impression pour refroidir le ruban à une température proche de T1, mais supérieure à la température T3 de début de solidification du verre.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de soufflage de gaz (11) sur la face du ruban situé du côté opposé au dispositif d'impression pour appliquer le ruban (B) contre le rouleau (8) selon une pression appropriée.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif d'impression (8) est disposé au-dessus du ruban de verre (B) pour graver la face supérieure du ruban, et le moyen de soufflage (11) est constitué par une table à lévitation (14) à soufflage d'air qui soutient la face inférieure du ruban.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de soufflage de gaz (11) du côté opposé au rouleau graveur pour appliquer le ruban contre le dispositif d'impression selon une pression appropriée.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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