CN114981219A - 用于将平板玻璃成形为玻璃构件的方法和在该方法中使用的成形工具 - Google Patents

Abstract

一种用于将平板玻璃成形为玻璃构件(12)的方法，其中玻璃构件具有基面(14)并且配备有若干被预设用于形成可由用户触摸到的表面结构元件的成型部(16)，即便在配置得相对复杂的结构元件中，该方法也会以特别简单且可靠的方式保证玻璃构件(12)或者成型件的特别高的机械负荷能力。为此，根据本发明，在成形工具(10)中，平板玻璃被放置在对应于所预设的成型部(16)的若干成型凸模(22)上并且随后被材料软化地升温，使得用于在成型凸模(22)之间形成基面(14)的玻璃材料填占成形工具(10)的底部(20)的轮廓。

Description

用于将平板玻璃成形为玻璃构件的方法和在该方法中使用的 成形工具

技术领域

本发明涉及一种用于将平板玻璃成形为玻璃构件的方法，其中玻璃构件具有基面并且配备有若干被预设用于形成可由用户触摸到的表面结构元件的成型部。其还涉及一种在这种方法中使用的成形工具。

背景技术

诸如触摸屏或者触摸板等平面操作元件作为用于输入用户指令的设备越来越多地用在机动车辆中，例如用于控制导航系统和娱乐系统等。这种触控操作元件可以例如被设计为简单的线性触控操作元件，即所谓的“触控滚动条”，其原则上可以被布置为任意形状，例如直线或者弧线。当用在机动车辆中时，可以由此实现例如在预设的调节方向上的操作。然而除此之外，这种触控操作元件还可以被实施为平面的操作元件，例如使用该平面的操作元件，以便在两个轴向上控制光学输入装置的输入光标。例如，根据DE 10 2012 020570 B4和DE 10 2016 122 972 A1，已知了这种被预设用于在机动车辆驾驶座中使用的触控操作元件。

参照本身已知的触摸屏或者触控面板，已知的触控操作元件通常被实施为具有平坦、“直线”表面的平面操作元件。然而，对于现代机动车辆驾驶座或者内部空间的设计，出于艺术或者设计原因并且出于功能原因，即在提供对于用户而言可触觉感知的轮廓的意义上，越来越期待将这种显示元件和/或操作元件实施为小范围或者大范围地勾勒出轮廓的元件，这些元件例如从其造型而言可以和谐地融入车辆内部空间设计整体的形状风格和功能风格，或者这些元件从其造型而言采取对于使用者而言已知的空间形状，例如调节旋钮的空间形状，并且使其可被重新识别。另外出于同样的原因，使用玻璃作为这种显示元件和/或操作元件的表面材料也是值得期待的，主要是因为能够以此方式实现对于用户而言特别高品质的车辆内饰总体印象。

然而，在使用玻璃作为这种勾勒出轮廓的的显示元件和/或操作元件的表面材料时，要考虑到：受制于材料，玻璃在造型或者轮廓方面受制于一些边界条件。特别地，玻璃可以通过特定的模压工艺或者铸造工艺被赋予几乎任意形状。然而，钠钙玻璃为此必须被加热至远高于800℃的温度，并且模压工具决定构件的表面质量。但是，对于较大的构件几乎不考虑这种模压工艺。另外，对于用作经受重复或者频繁使用的操作元件的情况，高机械稳定性和负荷能力有特别的意义。

发明内容

因此，本发明的目的在于，给出一种用于通过平板玻璃元件的成形来制造特别地适合作为机动车辆内部空间内的显示元件和/或操作元件的玻璃构件的方法，通过该方法，即便在配置得相对复杂的结构元件中，也能够以特别简单且可靠的方式，实现玻璃构件或者模制件的特别高的机械负荷能力。此外，应给出一种特别适合于在这种方法中使用的成形工具。

关于该方法，根据本发明，以如下方式实现该目的，即平板玻璃在成形工具中材料软化地升温，并且在由此开始的成形之前或者在成形过程中，平板玻璃要平放在对应于所预设的成型部的若干成型凸模上，其中用于在成型凸模之间形成基面的玻璃材料填占成形工具的底部的轮廓。

根据本发明的方法由此有针对性地区别于迄今为止关于这一点常见的方法，特别是深冲法，在这些方法中，所使用的成形工具包括被引入到支承底部中、对应于所预设的结构元件的凹陷或者凹进部分。在这些已知的方法中，为了成形，平板玻璃被放置到这种成形工具的底部区域上。在预热和由此实现的材料软化后，玻璃随即可以流入凹进部分或者凹陷，并且在冷却和硬化后形成表面上期望的结构或者空间形状。

然而结果令人惊讶的是，以此方式制得的结构正好在其侧壁范围内具有相对出乎预料的低壁厚，使得必须考虑到提高的断裂风险。当在基面上成型的结构元件不仅具有装饰或者美学功能，还要被功能性地(即作为操作元件)加以利用时，这是特别有意义的。例如，当这种类型的结构元件要以调节旋钮的方式进行设计时，就会是这种情况。伴随所预设的这种使用出现的、增加的、与结构元件的物理接触(例如由于触碰到触控元件)其实要求断裂强度提高，以便保证玻璃构件有期望的耐久性。

为了考虑到这一点，该方法被有针对性地设计为：在玻璃的成形过程中，在所形成的结构元件的壁部区域内也产生相对较高的壁厚，所期望的高机械稳定性取决于该壁厚。结果完全令人惊讶的是，能够以如下方式实现这种提高的壁厚：在这种“反向成形过程”中，代替被布置在所预设的结构元件的位置处的凹进部分或者凹陷，成形工具配备有布置于此的型面凸模，在成形之前，平板玻璃可以被放置在这些型面凸模上，或者在材料软化开始和随之而来的成形时要平放在其上。在进一步的成形过程中，已软化的玻璃随即可以下沉到型面凸模之间并且在此填占成形工具的底部的轮廓。

结果完全令人惊讶的是以此方式，能够特别地促进所追求的在结构元件的侧壁范围内产生足够厚的壁厚。为此，有利地，在玻璃材料的成形过程中，产生通向成型凸模的侧翼的材料横向流通(Materialquerfluss)。由此，可以实现材料在这些区域内的积聚，其直接促进所追求的侧壁的加厚。特别地，可以通过设定成形工具中适当的温度曲线，设定并且促进这种材料横向流通。在这种情况下，利用以下认识：在(初次)接触成型凸模时，软化的、流动的玻璃材料被局部冷却或者至少相较于剩余玻璃更低程度地升温，使得相较于剩余玻璃材料，成型部或者说由其形成的结构元件的平坦的区域或者前部区域中的材料的流动性降低。由此，从相对更温暖或者更热的基面区域，出现相对增加的流动效应，并且产生期望的材料横向流通。在一种格外特别有利的改进方案中，在这种情况下，在玻璃材料的成形过程中，成形工具在其成型凸模的范围内要比在成型凸模间的底部区域内的加热程度更低。

在一种替代的或者额外的有利改进方案中，通过根据需求选择性地在成型部的侧壁或者侧翼区域内冷却成形工具，可以特别有效地利用这一效应。因此，正好在这些区域内有针对性地降低材料流动性，使得材料流失可以被保持得特别低。

关于在前述类型的方法中使用的成形工具，所述目的通过一种工具底部得以实现，在该工具底部上形成有若干隆起的成型凸模。因此，在这种“颠倒的实施方案”中，成形工具被设计为：在玻璃元件的成形过程中，其首先被放置在成型凸模的上表面上并且随后在材料软化后被全平面地朝向成型凸模之间的工具底部引入“模子”中。

为了在这种布置中以特别可靠的方式确保结构元件侧面区域中特别高的壁厚，在一种有利的设计方案中，成形工具被设计为：在待加工的玻璃中产生通向成型凸模的横向流通，使得材料会聚在该区域中并且带来更高的材料厚度。为此，有利地，成形工具的工具底部被实施为可加热的，优选地，可分区段地独立加热。

为了更进一步地促进该材料横向流通，在一种额外的或者替代的有利改进方案中，成形工具的工具底部被实施为至少逐段地是低摩擦的，例如配备有特别光滑或者抛光的表面和/或配备有优选地由石墨或者氮化硼构成的减摩涂层。

通过本发明实现的优点特别地在于：通过将成形工具实施为“颠倒的工具”，并且通过以如下方式设计成形方法，平板玻璃在成形过程中首先与成型凸模接触，使得用于在成型凸模之间形成基面的玻璃材料填占成形工具的底部的轮廓，能够以特别简单且可靠的方式，在结构元件的侧壁上实现特别大的壁厚。由此，即便是在相对复杂的表面结构元件中并且对于直接被预设为操作元件(例如旋转调节器)的结构元件，已成型的玻璃构件也具有特别高的机械负荷能力和断裂强度。

附图说明

根据附图，更详细地阐述本发明的实施方案。在附图中：

图1以立体视图示出了已知结构形式的成形工具，

图2以立体视图示出了根据本发明的成形工具，

图3以截面图局部地示出了已成型的玻璃构件，

图4以截面图局部示出了被放置在根据图2的成形工具上的成形前的玻璃元件，并且

图5以截面图局部示出了被放置在根据图2的成形工具上的成形后的玻璃元件。

具体实施方式

在所有附图中，相同部分都用同一附图标记来标明。

根据图1的本身已知的成形工具1和在图2中连同已成型的玻璃构件12示出的现在根据本发明的成形工具10分别用于将作为初始产品或者中间产品提供的平板玻璃成形为适应于具体使用目的的、已成型的玻璃构件12。在这种情况下，初始产品当前被称为“平板玻璃”，因为它指的是平面延展的玻璃元件。它可以被实施为平面意义上的“扁平”的，但是也可以被实施为弯曲的或者具备预弯曲率。在一种实施方案中，应由平板玻璃通过适当的成形而制得的已成型的玻璃构件12被预设用作现代机动车辆驾驶座中的触控操作元件，并且出于该原因，特别地为了提供对于用户而言可触觉感知的轮廓，其应被设计为被勾勒出轮廓的、具有基面14的玻璃构件12，其中在基面上形成有若干被预设用于形成可由用户触摸到的表面结构元件的成型部16。在一种实施例中，示出了玻璃构件12的一种特别优选的实施方案，其中成型部16为了用户应该注意到调节旋钮或者旋转调节器的观感和功能性；对应地，成型部16当前被实施为具有基本上圆形横截面的圆柱盘的类型。当然，已成型并且勾勒出轮廓的玻璃构件12也可以被设计和构思用于其它使用目的，并且可以适应于此而装备其它表面结构元件。

为了通过平板玻璃元件的成形来制造玻璃构件12，预设有在图1和图2中显示的成形工具1、10。在这种情况下，根据图1的本身已知的成形工具1被设计用于执行关于这一点常见的深冲法。为此，成形工具1包括被引入到其支承底部2中、对应于所预设的结构元件的若干凹陷或者凹进部分4。在这种情况下，为了成形，平板玻璃被放置在成形工具1的支承底部2上。紧接着，加热至高于材料软化的温度，使得玻璃材料开始流动。因此，玻璃可以流入凹进部分4或者凹陷，并且待冷却和硬化后在表面上形成期望的结构或者空间形状。

与之相比，图2中显示的根据本发明的成形工具10被实施为“反向的”模具的类型。其包括工具底部20，在其上形成有若干隆起的成型凸模22。在这种情况下，适应于为玻璃构件12预设的成型部16，适当地选择成型凸模22的数量、定位和造型。在工具底部20中，特别是在成型凸模22之间，还集成地布置有若干抽吸通道或者真空通道24，其本身与未详细显示的抽吸系统或者真空系统相连。在成形工具10的该被视为创造性的实施方案中，通过首先将平板玻璃放置在成型凸模22的平台状上侧26上和/或环形的支撑边缘上并且随后材料软化地使其升温，实现平板玻璃到玻璃构件12的成形。在这种情况下，特别地确保了，在成形方面，平板玻璃首先要位于成型凸模22的平台状上侧26上，使得相较于剩余玻璃材料，其在这些区域内或多或少地被冷却并且其流动性降低。在进一步的成形过程中，用于在成型凸模22之间形成基面14的玻璃材料填占成形工具10的工具底部20的轮廓。为了支持这一过程，根据需求，通过真空通道24，在工具底部20与玻璃料之间产生抽吸真空，该抽吸真空还更进一步促进玻璃料紧贴在工具底部20的表面上。

在成形过程中产生的玻璃构件12局部地示出在图3中的横截面中。在这种情况下，基面14在相应的成型部16的区域内，通过其相应的侧壁28，与相应的前面板30相连。结果完全令人惊讶的是，通过根据本发明的借助于成形工具10实现“反向成形”的构思，可以通过相对简单的设备，但特别可靠地实现：成型部16的所产生的侧壁28具有相对较大的壁厚d，并且由此具有相对高的机械负荷能力和断裂强度。

通过在一种被视为有独立创造性的设计方案中，在玻璃材料的成形过程中产生通向成型凸模22的侧翼32的材料横向流通，所追求的玻璃构件12的负荷能力和断裂强度的这一提高也通过设定侧壁28的相对较大的壁厚d，在成型部16的范围内得到更进一步的强化。因此，玻璃材料有针对性地积聚在这些区域内，这直接引起在这些区域内产生的侧壁28的厚度或者壁厚d的增加。

为了制造或者促进这一材料横向流通，一方面，成形工具10被实施为可在其工具底部20的区域内局部地且分区段地独立加热。为此，在工具底部20上布置有可单独操控的加热或者冷却元件34。通过这些元件，在成形过程中，可以在工具底部20内并且在成型凸模22上设定适当的温度曲线，特别是适当的温度梯度，借助于待加工的玻璃材料中的粘度或者流动性的适当变化，该温度梯度促进材料积聚在成型凸模22的范围内并且由此同样促进期望的材料横向流通。然而，另一方面，工具底部20也配备减摩涂层36，该涂层同样更进一步提高玻璃材料在横向方向上的流动性。

在图4中，以局部的横截面，示出了被放置在成型凸模22的平台状上侧26上的成形之前的平板玻璃。相反，图5同样局部地以横截面示出了被成形为玻璃构件12的平板玻璃。在这种情况下，用箭头Q表示通向成型凸模22的材料横向流通。

附图标记列表

1 成形工具

2 支承底部

4 凹进部分

10 成形工具

12 玻璃构件

14 基面

16 成型部

20 工具底部

22 成型凸模

24 真空塔

26 上侧

28 侧壁

30 前面板

32 侧翼

34 加热或冷却元件

36 涂层

d 壁厚

Q 箭头。

Claims (6)

1.一种用于将平板玻璃成形为玻璃构件(12)的方法，其中所述玻璃构件具有基面(14)并且配备有若干被预设用于形成能由用户触摸到的表面结构元件的成型部(16)，其中所述平板玻璃在成形工具(10)中材料软化地升温，并且在由此开始的成形之前或者在成形过程中，所述平板玻璃要平放在对应于预设的所述成型部(16)的若干成型凸模(22)上，其中用于在所述成型凸模(22)之间形成所述基面(14)的玻璃材料填占所述成形工具(10)的底部(20)的轮廓。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述玻璃材料的成形过程中，产生通向所述成型凸模(22)的侧翼(32)的材料横向流通。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述玻璃材料的成形过程中，所述成形工具(10)在其成型凸模(22)的范围内要比在所述成型凸模间的底部区域内的加热程度更低。

4.一种在根据权利要求1至3中任一项所述的方法中使用的成形工具(10)，包括工具底部(20)，在所述工具底部上形成有若干隆起的成型凸模(22)。

5.根据权利要求4所述的成形工具(10)，其工具底部(20)被实施为能加热的，优选地能分区段地独立加热。

6.根据权利要求4或5所述的成形工具(10)，其工具底部(20)至少逐段地配备有优选地由石墨或者氮化硼构成的减摩涂层(36)。

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