CN102348653A - 用于制造成弯角的玻璃陶瓷构件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生成带有至少一个弯角(14)的玻璃陶瓷构件(10)的方法，其中，弯角构造为在两个侧边(11a、11b)之间的过渡。在弯角(14)的区域中能以简单的方式由以下方式产生非常良好的表面质量，即，带有在30mm与200mm之间的范围中的弯曲半径的弯角(14)在陶瓷化过程期间在处在绿玻璃状态中的玻璃板转变到玻璃陶瓷板时在改形工具的作用下实现。本发明同样涉及一种玻璃陶瓷构件(10)，该玻璃陶瓷构件特征在于特别良好的视觉质量。

Description

用于制造成弯角的玻璃陶瓷构件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于生成带有至少一个弯角的玻璃陶瓷构件的方法，其中，弯角构造为在两个侧边之间的过渡部。

此外，本发明涉及一种带有至少一个布置在两个侧边之间的弯角的玻璃陶瓷构件，其中，这些侧边围成开度角。

背景技术

玻璃陶瓷是一种特别的原料，该原料通过有针对性的且经温度控制的结晶化，即所谓的陶瓷化(Keramisierung)由事先在熔槽中熔化的且通常呈板状地成型的玻璃制造成。玻璃陶瓷的独特的特性是高抗热震性以及非常小的热膨胀。玻璃陶瓷例如在炉灶中用作灶台、用作炉衬、用作用于辐射加热器的盖板、用作用于所有用于加热的炉灶的观察窗、用作通常在燃烧设施中的观察窗直至车辆观察窗(其通常特征在于高抗冲击性)或是甚至用于照明用途(反射镜)和天文应用。

由现有技术公知用于壁炉或炉的成弯角的观察窗，所述观察窗主要借助于气动操纵的弯曲设备且以大约10mm的非常小的弯曲半径制造成。在这种情况下，将待变形的玻璃陶瓷板在未经陶瓷化的状态中(也就是说作为玻璃)在处于热成型之后的附加过程中在真正的陶瓷化之前弯曲。

例如，由WO 2005/042420 A1公知一种这样的弯曲方法，在其中，玻璃板的棱边在至少一侧上利用振荡的线燃烧器加热，直至玻璃的软化点。随后，超出低粘性的棱边的玻璃边缘沿着弯曲棱边作为玻璃成型件的侧边弯折直至预定的角度且随后被冷却。

制造成弯角的玻璃陶瓷片的另一公知的可行方案是在陶瓷化过程期间通过自重引起的重力下沉。带有大于大约200mm的半径的成弯角的玻璃陶瓷片可在由自重引起的重力下沉下直接在陶瓷化炉中制造成。

由DE 10 102576 A1公知一种用于制造弯曲的玻璃陶瓷体的这样的方法，在其中，将呈板状的绿玻璃体在室温中平放到陶瓷化模具上，该陶瓷化模具具有与弯曲的玻璃陶瓷体的几何结构匹配的成型面。对此，陶瓷化模具具有与待成形的弧形相符地呈弧形地下沉的中间部分。为了陶瓷化，首先将绿玻璃板加热到陶瓷化温度上。在此，起初形状稳定的绿玻璃板到达粘性的状态中，由此在模具中间部分之上的绿玻璃板部分由于重力而下沉，且铺设在其呈弧形的成型面处。由于因材料和过程而典型低的下沉速度，这种通过自重的重力下沉是相对费时的，从而不可获得特别高的制造能力。

能通过该方法制造的弯曲半径依赖于玻璃厚度、开度角和玻璃陶瓷材料的粘性-时间曲线。此外，增加的厚度由于弯矩而仍然不利地影响绿玻璃到模具中的沉入，也就是说重力下沉的这种方法随着增加的玻璃厚度而变得越来越困难。

小于200mm的弯曲半径不可利用该方法来制造，因为为此在有对于变形而言需要的低玻璃粘性的情况下，在陶瓷化过程中所达到的停留持续时间是不足的。

带有典型地直至54mm的弯曲半径的成弯角的玻璃陶瓷片可在单独的弯曲设备中借助于气体燃烧器在未经陶瓷化的状态中进行弯曲，且在下游的过程步骤中在陶瓷化炉中进行陶瓷化。大于54mm的半径借助于气动操纵的弯曲设备的弯曲在技术上是可实现的，然而仅可以高设备成本来实现。

发明内容

现在，本发明的任务是，说明一种用于制造成弯角的玻璃陶瓷构件的方法，该方法使得简化的且加速的弯曲过程成为可能。此外，通过所说明的方法同样应以简单且低成本的方式制造出在大约30mm-200mm的范围中的弯曲半径。此外，本发明的任务是，提供一种玻璃陶瓷构件，其特征在于吸引人的外观。此外，本发明具有如下目的，即，同样地使所谓的预结晶的(vorgekeimte)玻璃构件根据规定变形。“预结晶的玻璃构件”理解为绿玻璃，其在热成型之后已具有一定的晶相成分。所述晶相成分处在整个相成分的1％与10％之间，且因此在低粘性范围中缩短对于变形必需的停留持续时间。

本发明的任务通过一种用于制造带有权利要求1的特征的成弯角的玻璃陶瓷构件的方法和通过一种带有权利要求7的特征的玻璃陶瓷构件来解决。有利的改进方案分别在从属权利要求中介绍。

根据本方法作如下设置，即，带有在30mm与200mm之间的范围中的弯曲半径的弯角在陶瓷化过程期间在处在绿玻璃状态中的玻璃板转变到玻璃陶瓷板时在改形工具作用的情况下实现。相应地，用于产生弯角的改形过程包含到陶瓷化过程中，这实现了制造的时间上的优化。在此，在绿玻璃状态中的玻璃板的对于陶瓷化所需的(且同样属于陶瓷化过程的)加热被充分利用。在该加热阶段期间，必须将玻璃板加热到在其中玻璃板达到允许改形的粘性状态的温度状态上。从达到该粘性状态起，用于改形的在时间上狭窄地限制的工艺窗口(Prozessfenster)开启，因为这时同样地进行陶瓷化(或精确地说：玻璃的体积结晶)。在达到一定的结晶度之后不再能改形。利用根据本发明的改形工具现在将改形力引入到玻璃原料中，所述玻璃原料在该狭窄的工艺窗口内完成带有在30mm与200mm之间的半径的弯角的生成。

根据本发明的一种优选的设计方案作如下设置，即，弯角的弯曲角度在0°与179°、优选在60°与150°之间的范围中生成。这样的弯曲角度在陶瓷化过程期间能以整个玻璃陶瓷构件的非常良好的表面质量来制造。

为了确保稳定的改形过程，且为了同样地对于侧边而言保证无变形的几何形状，根据本发明可作如下设置，即，连接到弯角上的侧边具有在1mm与1000mm之间、优选在50mm与600mm之间的范围中的侧边长度，或者在弯曲轴线的方向上生成在10mm与1000mm之间、优选在200mm与800mm之间的范围中的玻璃件高度。在50mm与600mm之间的范围中的侧边长度保证极其小的横向变形。在200mm与800mm之间的范围中的玻璃件高度保证对于变形而言足够的支撑长度。

一种用于时间优化的制造的优选的发明变型方案的特征在于，在陶瓷化过程期间执行加热阶段，在该加热阶段期间将玻璃板加热到陶瓷化温度上，且当玻璃板具有对于变形而言足够的粘性，例如10e12(显然也包括其下)至10e7d Pas时，在达到陶瓷化温度之前引入弯角。

当作如下设置时改形特别简单地实现，即，将玻璃板以其外侧平放在两个支承板上，在玻璃板的内侧上放置有至少两个压制件，所述压制件分别配属于一个支承板，且在达到对于玻璃板的变形而言足够的粘性时借助于调整机械机构将这两个支承板彼此相对地枢转。由此，支承板对作为陶瓷化过程的结果的玻璃板的粘性降低和压制件的压力作出反应。

相应地尤其可作如下设置，即，在玻璃板的预定的弯曲棱边两侧布置有两个支承板，所述支承板分别接纳玻璃板的一个侧边，且可绕着平行于玻璃板弯曲棱边延伸的枢转轴线、例如由重力引起或通过张力的作用而彼此相对地枢转。在玻璃板的背对玻璃板支承侧的侧上，在玻璃板的弯曲棱边的两侧布置有至少两个压制件。在此，压制件在变形期间将指向到玻璃板的方向上的力施加到玻璃板上。

可将弯曲装置简单地供应给待变形的玻璃板。于是可将其在经供应的状态中完全地带入到在其中玻璃板通过加热转化到粘性的状态中的炉灶中。弯曲装置通过支承板的枢转实现加速的变形，在变形时玻璃板的弯曲棱边仿佛充当在玻璃板的两个侧边之间的铰链。

压制件可分别布置在玻璃板的侧边与在变形时所调设的弯曲半径之间的两根切线的区域中。在此，在考虑热膨胀和材料收缩的情形下，压制件彼此的间距基本上可与待变形的区域的弧长相符。

为了将待变形的玻璃板稳定地保持在支承板处，在支承板的背对玻璃板的弯曲棱边的端部处分别布置有用于待变形的玻璃板的自由的端部的止档件。

特别稳定的固定可由以下方式实现，即，两个支承板在有平放的玻璃板时倾斜小倾斜角度。这引起如下，即，止档件条将在指向到弯曲棱边的方向上的压力施加到待变形的玻璃板的自由端部上。

为了在改形过程中界定支承板的枢转运动，可分别设置有止档件。

本发明的关于玻璃陶瓷构件的任务由以下方式来解决，即，在背向开度角的外侧上，弯角区域至少沿着如下测量距离具有Ra值＜10μm的表面波纹度，该测量距离从板中心起在弯曲轴线的方向上测量，落在弯曲轴线方向上的板延伸的至少±35％的范围中。

如果不考虑玻璃陶瓷物品的长波纹度，则小于10μm的Ra值适用于弯曲缝(Biegenaht)的整个距离。长波纹对于在弯曲缝的区域中的波纹的视觉评价不具有影响。由此，Ra值是产品的可归因于该新型方法的重要的质量特征。

由此，玻璃陶瓷件在弯角的区域中具有由于观察者的光折射效果而被理解为光滑的且无波纹的表面质量。由此，获得在侧边与弯角之间的视觉上均匀的过渡。

当在弯曲轴线的方向上有例如400mm的板延伸时得出280mm的如下测量距离，该测量距离分别在板中间的两侧上延伸至相同的距离(±140mm)。

带有所说明的波纹振幅和/或周期性的先前所提及的表面波纹度尤其能以更低的制造耗费以根据权利要求1的方法来生成。

利用本发明同样可制造出带有良好质量的复杂的构件。例如可作如下设置，即，在第二侧边上分别在有弯角居间的情形下连接有第一和第三侧边。

理想的固定结构对于玻璃陶瓷构件而言由以下方式得出，即，侧边的和弯角的材料组织结构基本上相同。

利用根据本发明的方法，在变形区域中不出现或仅出现小的玻璃厚度变化。同样地在弯曲区域中实现非常光滑的表面，而不带有对于利用气体燃烧器制造的弯曲而言由弯曲区域的不均匀的加热所引起的典型的表面波纹。在此，变形同样可在非常快速陶瓷化的玻璃陶瓷中制造出。

附图说明

下面，借助在附图中示出的实施例对本发明作进一步阐释。

其中：

图1以侧视图和以剖面示出了一种玻璃陶瓷构件；

图2以侧视图和以剖面示出了另一种玻璃陶瓷构件；

图3示出了带有固定在其处的玻璃板的改形工具的示意性图示；

图4示出了在经改变的运行位置中的根据图3的改形工具；

图5示出了在图1中所简示的玻璃陶瓷构件的顶视图；

图6示出了一张图表，该图表不仅图解说明了根据现有技术的玻璃陶瓷构件的表面轮廓，而且图解说明了根据本发明的玻璃陶瓷构件的表面轮廓；

图7以放大图示示出了由图6获得的细节图；

图8和图9示出了分别带有叠加的多项式曲线的、带有根据现有技术的表面轮廓或者根据本发明根据图7的表面轮廓的图表；

图10、图11分别示出了根据图8和9的由表面轮廓与多项式曲线的差形成的结果曲线；

图12示出了根据图1的根据本发明的玻璃陶瓷构件的照片般逼真的图示；并且

图13示出了根据现有技术的玻璃陶瓷构件的照片般逼真的图示。

具体实施方式

图1示出了玻璃陶瓷构件10，所述玻璃陶瓷构件具有两个侧边11a、11b，这两个侧边11a、11b借助于弯角14一件式地相互连接。两个侧边11a、11b在玻璃陶瓷构件10的内侧上围成开度角α。在外侧13上，玻璃陶瓷构件10在弯角14的区域中构成凸形的轮廓，该轮廓当前具有恒定的弯曲半径r。侧边11a、11b具有相同的侧边长度sL1、sL2。

在根据图2的实施例中示出了玻璃陶瓷构件10，该玻璃陶瓷构件具有带有侧边长度sL1、sL2、sL3的三个侧边11a、11b、11c。在侧边11b处分别通过弯角14在端侧连接有侧边11a和11c。在侧边11a、11b、11c之间，在内侧12的区域中各围成开度角α，其中，开度角α当前是相同的。在外侧再次得出在弯角14处的弯曲半径r。

玻璃陶瓷构件10具有在垂直于根据图1和图2的图像平面的方向上优选200mm至600mm的构件高度。

图3示意性地示出了用于生成根据图1的玻璃陶瓷构件10的改形工具。该改形工具具有两个支承板20.1和20.2。

在所述支承板20.1和20.2上平放有在绿玻璃状态中的玻璃板10.1。在此，玻璃板10.1以外侧13平面地平放在支承板20.1和20.2的顶侧上。在考虑在加热过程中可能的长度伸长的情形下，玻璃板10.1的纵向侧的端部借助于两个止档件21来位置定位。在玻璃板10.1的顶侧12上定位有两个呈滚筒状的压制件30。压制件30的中央纵轴线在垂直于图像平面的方向上延伸，进而沿弯曲轴线和构件宽度延伸。

将根据图3的组合带到陶瓷化炉中且在该处加热到陶瓷化温度上。在加热过程期间，玻璃板10.1被带到使得变形可实现的温度状态中。然后使用改形工具，且两个支承板20.1和20.2彼此相对地倾斜与弯角14相符的角度范围。

在此，左边的支承板20.1可枢转地联接到枢转支架22处。右边的支承板20.2联接到支架23处，该支架执行组合的枢转和移动运动，如通过在支架23处的双箭头所简示的那样。在完成改形之后得出在图1中所示的几何形状。在结束陶瓷化之后，从陶瓷化炉中取出根据图4的组合并且冷却。然后可取下完成的玻璃陶瓷构件10。玻璃陶瓷构件10的特征在于突出的表面质量，如在下面所阐释的：

图5示出了根据图1的玻璃陶瓷构件10的顶视图。在此，弯角14的凸形侧朝向视角。凸形的弯角14带阴影地画出。

轴x正好在玻璃陶瓷构件10的中间区域中绘制出，该轴在弯曲轴线的方向上延伸。沿着该轴x，波纹度轮廓测量仪的探测器在玻璃陶瓷构件10的外侧13上沿着该外侧引导。

图6示出了根据现有技术所制造的玻璃陶瓷构件10的测得的轮廓，该玻璃陶瓷构件具有与图1相同的结构形状(实线)，且与此相对地示出了根据本发明的玻璃陶瓷构件10的表面波纹轮廓(虚线)。x值沿在图5中所示的x轴测量。在图表的y轴上，记录探测器的垂直于x轴的偏差(Z值)。如图6可辨认出的那样，对于测得的轮廓而言得出宏观观察呈U形的曲线。这由此产生，即，在生成弯角14时玻璃陶瓷构件的边缘轻微隆起。该宏观的效果作为长波纹度在考虑表面波纹度时应保持不考虑，并且可在探明标准化的粗糙度值Ra时借助于常规的多项式计算(多项式拟合)算出(参见图8和图9)。

为了清楚地明确细波纹度，必须将长波纹度的部分由测量数据中减去。这通过将测量数据利用简单且合适的函数拟合来进行(图8中用于现有技术和图9中用于根据本发明的设计方案的点划线)。因为快速傅里叶滤波由于其复杂性而相比其可有助于真正的结论而言带来了更多的误差来源，所以取消快速傅里叶滤波(低通滤波和高通滤波)。然而，原则上长波纹度的拟合和减去与高通滤波相符。

如果在图8和图9中所示的曲线彼此相减，则获得根据图10和图11的图表。

如果由此计算波纹度的算术平均粗糙值(所有轮廓值的绝对值的算术平均值，也就是说所有与零线的偏差的绝对值的和除以它们的数量)，则可辨认出如下，即，相比在根据本发明的玻璃陶瓷构件中，在根据现有技术的玻璃陶瓷构件中粗糙度明显显现出更大。

尤其地，利用根据本发明的制造方法可产生Ra值＜10μm，如能由这些图示清楚地辨认出的那样。

由此，得出在几乎不带有或不带有可感觉到的表面波纹度的弯角14的区域中的明显改善的在视觉上的构件质量。

为了说明根据本发明的玻璃陶瓷构件10的质量优点而参考图12和图13。图12示出了根据图1的根据本发明的玻璃陶瓷构件，该玻璃陶瓷构件被置放到水平的白色的板P上。在此，在图12中仅示出了弯角14的区域。在弯角14前方，四根线条S被画到板P上。如果此时在小角度(例如10°-15°)的情形下观察板P，在弯角14前方得出线条S的镜像SB。由此，该镜像SB示出了弯角14的无扭曲的轮廓。

图13示出了与图12相同的布置方式，然而带有根据现有技术的玻璃陶瓷构件10。可清楚辨认出的是，线条S的镜像SB由于强烈呈波纹状的表面结构而具有明显的扭曲。

Claims (13)

1.用于生成带有至少一个弯角(14)的玻璃陶瓷构件(10)的方法，其中，所述弯角(14)构造为在两个侧边之间的过渡，

其特征在于，

使带有在30mm与200mm之间范围中的弯曲半径的弯角(14)在陶瓷化过程期间、在处在绿玻璃状态中的玻璃板转变到玻璃陶瓷板(10)时、在改形工具的作用下实现。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

使所述弯角(14)的弯曲角度(α)在0°与179°之间、优选在60°与150°之间的范围中生成。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，

其特征在于，

连接到所述弯角(14)处的侧边(11a、11b)具有在1mm与1000mm之间、优选在50mm与600mm之间范围中的侧边长度(sL1至sL3)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，

其特征在于，

在弯曲轴线的方向上生成在10mm与1000mm之间、优选在200mm与600mm之间范围中的玻璃件高度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，

其特征在于，

玻璃件的平均厚度处在1mm至20mm之间，优选在2mm-8mm之间。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，

其特征在于，

在陶瓷化过程期间执行加热阶段，而将所述玻璃板加热到陶瓷化温度，且当所述玻璃板具有对于变形而言足够的粘性时，在达到所述陶瓷化温度之前引入所述弯角(14)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，

其特征在于，

将所述玻璃板以所述玻璃板的外侧(13)平放在两个支承板(21)上，

将两个压制件(30)置放到所述玻璃板的内侧(12)上，所述压制件分别配属于一个支承板(21)，并且

在达到对于所述玻璃板的变形而言足够的粘性时借助于调整机械机构将所述两个支承板(21)彼此相对地枢转。

8.带有弯角(14)的玻璃陶瓷构件，所述弯角布置在两个侧边(11a、11b)之间，其中，所述侧边(11a、11b)围成开度角(α)，

其特征在于，

在背向所述开度角的外侧(13)上和/或在朝向所述开度角的内侧(12)上，弯角区域从板中心起在弯曲轴线的方向上测量，至少在沿弯曲轴线方向上的板延伸的±35％的范围中具有Ra值＜10μm的表面波纹度，其中，保持不考虑由构件变形引起的长波纹度。

9.根据权利要求8所述的玻璃陶瓷构件，

其特征在于，

长波纹的表面波纹度(基本轮廓)不由短波纹的部分(周期性10mm-100mm)叠加。

10.根据权利要求8或9所述的玻璃陶瓷构件，

其特征在于，

在第二侧边(11b)上分别在有弯角(14)居间的情形下连接有第一侧边(11a)和第三侧边(11c)。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的玻璃陶瓷构件，

其特征在于，

所述侧边(11a、11b)的和所述弯角(14)的材料组织结构基本上相同。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的玻璃陶瓷构件，

特征在于

根据权利要求1至6的一个或多个特征。

13.根据权利要求7至11中任一项所述的玻璃陶瓷构件，

其特征在于，

所述玻璃陶瓷构件按照根据权利要求1至6中任一项所述的方法来制造。

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