CZ282416B6 - Postup měkkého oddělování skleněných trubic nebo tabulí za tepla - Google Patents

Abstract

Při postupu měkkého oddělování tenkostěnných skleněných trubic nebo tabulí s tlouštkou stěny nejvýše 0,2 mm zatepla se sklo změkčí v šířce nejvýše 0,2 mm, změkčený úsek se vytahováním uvede na tlouštku stěny nejvýše 0,05 mm a pak se oddělí dalším ohřevem ve vytaženém úseku.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká postupu měkkého oddělování skleněných trubic nebo tabulí za tepla.

Dosavadní stav techniky

Při opracování a zpracování skleněných trubic nebo tabulí bývá často se vyskytující operací oddělování skleněných trubic nebo tabulí. Nejčastěji používaný postup oddělování je odklepnutí nebo odlomení, které záleží v tom, že se ve skle vyvodí úsek pnutí a případně místo zeslabené předchozím nádrhem, načež se skleněná trubice nebo tabule dá rozdělit pod vytvořenou trhlinou. Tyto postupy jsou mimořádně rychlé, mají však nedostatek v tom, že trhlinka neprobíhá vždy přesně po požadované dělicí čáře a především v tom, že oddělené místo má ostré hrany a může znamenat nebezpečí poranění, pokud se hrany po oddělení neotaví dokulata. Dále se může u tenkostěnného skla tepelným zpracováním vytvořit postačující napětí na mezi pevnosti. Při mechanickém odlomení, případně pomocí předchozího nádrhu, vznikají nestabilní konce, přičemž trhlinky mohou probíhat ve směru podélné osy trubky. Je též známé měkké oddělování skleněných trubic za tepla, při němž se sklo změkčí na oddělovaném místě a při dalším ohřevu se změkčené díly od sebe oddálí, což se děje buď pod vlivem tíže samo od sebe, nebo mechanickým vytahováním. Takový postup je například popsán v SU-PS 9 66 048. Nedostatkem u těchto postupů je to, že se na místě oddělení často vyskytne nával, jehož průměr je větší než tloušťka stěny trubice. Zvláště u skleněných trubic s tloušťkou stěn 0,25 mm a menší není měkké oddělování za tepla bez vytvoření návalu dosud možné. Vytvořený nával je však pro mnoho případů použití mimořádně rušivý, neboť vznikem návalu na místě oddělení má pak skleněná trubice jiný vnější a vnitřní průměr než je tomu u zbytku trubice.

Rovněž je známé řezání skla pomocí vysoce intenzivního laserového ozáření. Přitom se sklo odpařuje podél dělící čáry účinkem laserového záření. Nedostatkem tohoto postupu jsou vysoká tepelná pnutí ve skle, kondenzace odpařeného skla nebo jeho rozkladové produkty blízko místa oddělení a někdy vytvoření rušivého návalu.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je nalézt postup na oddělování tenkostěnných skleněných tabulí a trubic za tepla, při němž na místě rozdělení nevzniká ani větší vnější ani menší vnitřní průměr než jej má původní trubice resp. při němž nevzniká nával, který by byl silnější než tloušťka skleněné tabule.

Tento úkol se řeší postupem popsaným v patentovém nároku 1 na měkké oddělování skleněných trubic a tabulí za tepla.

Postup záleží v tom, že se u tenkostěnných skleněných trubic nebo u skleněných tabulí, které mají tloušťku nejvýše 0,2 mm se změkčí trubice nebo tabule na požadované dělicí čáře v šířce nejvýše 0,4 mm, změkčený úsek se vytažením uvede na tloušťku stěny nejvýše 0,05 mm a pak se dalším ohřevem ve vytaženém úseku oddělí.

Změkčení tabule podél požadované dělicí čáry nebo trubice na dělicí čáře, probíhající obvykle kolmo na osu trubky se má dít v šířce nejvýše 0,4 mm. Stoupne-li šířka nad tuto hodnotu, stává se stále pravděpodobnějším nebezpečí vytvoření návalu s větším vnějším průměrem než má skleněná trubice nebo s větší tloušťkou než je tomu u tabule. Dává se přednost tomu, když se trubice změkčí v úseku nejvýše 0,3 mm, pokud možno 0,2 mm širokém.

- 1 Π

CZ 282416 Β6

Jakmile je trubice nebo tabule podél dělicí čáry změkčená, roztahují se obě části trubice nebo tabule od sebe, takže se dostává tloušťka stěny nejvýše 0,05 mm, přičemž se dává přednost vytahovat na tloušťku stěny nejvýš 0,03 mm. Vytahování se může dít mechanicky, například tím způsobem, že po dostatečném ohřevu se díly trubice nebo tabule pohybují od sebe. Je však možné zařídit vytahování pružně tím, že se například pružinami nebo závažími přiloží axiálně působící síla na trubici nebo tabuli, jíž se při dosažení vyhovující viskozity podle houževnatosti ohřátého materiálu trubice nebo tabule roztahuje. V takovém případě se musí samozřejmě úsek, o který se vytahuje, omezit mechanicky například narážkou. Vytahování při předpětí pružinou nebo závažím je možno zvláště doporučit, neboť vytahování pak probíhá při dosažení vyhovující viskozity takřka s vlastní regulací, a tím se umožňuje rychlejší produkce. Úsek, o který se oba dělené kusy od sebe roztahují, aby se dosáhlo potřebné tloušťky stěny (délky vytažení), bývá zhruba pěti až padesátinásobkem tloušťky stěny nebo trubice. Samozřejmě závisí délka vytažení též na tom, v jak velké šířce úseku se sklo změkčilo. Čím užší je ohřátý úsek, tím kratší může být vytahovací délka.

V návaznosti na vytahování na požadovanou tloušťku stěny nad 0,05 mm, pokud možno nejvýše 0,03 mm, a případně též ještě během vytahování se pokračuje v ohřevu na oddělovacím místě v šířce úseku nejvýše 0,4 mm, až se sklovina podél ohřáté čáry dělení odděluje. Na formování dělicí hrany a na odstranění tepelného pnutí je výhodné zdroj tepla vypnout teprve krátce po oddělení, a to cca 0,3 - 0,5 sekundy po oddělení.

Ohřev má probíhat co nejrychleji, aby nežádoucí rozptyl tepla na zbývající část trubice byl co nejmenší, avšak ohřev nesmí být zase příliš krátký, sice by se sklo na místě dělení plně nezměkčilo. Dále se nesmí ohřev provádět tak rychle a na tak vysoké hodnoty, že by se části skloviny odpařovaly a pak se jako rušivá usazenina ukládaly na trubici nebo tabuli. Odborník dokáže několika málo zkouškami zjistit podmínky ohřevu vhodné pro příslušnou sklovinu a tloušťku stěny trubice nebo tloušťku tabule. Jako vodítko může platit, že při obvyklých podmínkách je měkké oddělování za tepla ukončeno během kratší doby než 1 sekundy. Při příliš pozvolném ohřevu se následkem vedení tepla ve skle příliš zvětšuje šířka úseku, v němž má sklo změknout. Chceme-li úsek změkčení omezit na požadovanou šířku max. 0,4 mm, pak se nemá překračovat doba ohřevu až ke změknutí skla 1 sekunda. Uvedená horní hranice se však může nepatrně měnit, a to podle tloušťky stěny skla a tepelné vodivosti skloviny.

Změkčení a oddělování skleněné trubice (nebo tabule) se dá provádět každým tepelným zdrojem, který umožňuje dostatečně malou šířku ohřívaného úseku. Dává se přednost silně zaostřenému zdroji infračerveného záření nebo docela zvláště laserovému záření. Na zajištění potřebné úzké šířky ohřívaného úseku nemá být šířka záření (napříč k dělicí čáře) větší než cca 0,2 mm, pokud možno maximálně 0,1 mm. Jako laserového záření je možno použít všech laserů, jimiž se dá zařídit dostatečně vysoká hustota výkonu absorbovaného, tj. pro ohřev využitkovatelného záření na dělicí čáře. Ohřev na dělicí čáře laserovým zářením se může dít jak dostatečně rychlým pojížděním nejlépe bodově nebo elipsovitě zaostřeného laserového paprsku po dělicí čáře, tak i použitím laserového paprsku přizpůsobeného podle dělicí čáry. Při větší tloušťce stěny může být výhodné též ozařování dělicí čáry s obou stran. Hustota výkonu má být v časovém (např. u pulsovaných laserů) a prostorovém (např. při stejnoměrném rozdělení energie v ohnisku) středu zhruba mezi 0,3 a 1 kWxcm'². Při překročení této hustoty výkonu může docházet k odpařování skla; je-li hustota výkonu příliš nízká, trvá ohřev dlouho, neboť ohřev skla následkem tepelné vodivosti se nedá již omezovat na požadovanou malou šířku úseku. Hustota výkonu se musí samozřejmě přizpůsobit též k činiteli pohlcení dopadajícího záření ve skle. Preferovaným zdrojem laserového světla jsou CO₂-lasery kvůli jejich vysokému výkonu.

Změkčování skla a oddělování mohou probíhat ihned po sobě. Jakmile sklo dostatečně změkne, roztahuje se a dělí se na ztenčeném místě. Zdroj energie se, čemuž se dává přednost, během celé změkčovací a dělicí operace neodstavuje ani nepřerušuje. Na urychlení postupu a na zmenšování

-2CZ 282416 B6 tepelného pnutí se dá k oddělování určená skleněná trubice nebo tabule použít v postupu v již předehřátém stavu. Teplota, na níž se sklo předehřívá nesmí být samozřejmě tak vysoká, aby již docházelo k měknutí skla při ní, tj. teplota se musí zde pohybovat pod transformační teplotou skla. Používá-li se při oddělovacím postupu takto předehřáté sklo, pak se na jeho změknutí na místě dělení musí vpravit do skla již jen energie, které je zapotřebí na uvedení ohřátého skla na teplotu potřebnou k vytahování. Jelikož tato energie je menší než když se musí ohřívat sklo z pokojové teploty, je možno buď při stejných taktových časech vyjít se slabším zdrojem energie, nebo při stejně silném energetickém zdroji zkrátit taktové časy pro oddělování proti případu s nepředehřátým sklem.

Přednosti dosahované tímto postupem tkví proti konvenčním postupům na měkké oddělování zatepla v tom, že se dají oddělovat též trubice a tabule se značně malou tloušťkou stěny bez rušivého vytváření návalů. Při porovnání s postupy, při nichž se trubice nebo tabule odlamuje, vzniká otavené místo rozdělení, které mechanicky je podstatně odolnější než místo lomu s ostrými hranami, které na rozdíl od místa odlomení nemá sklon k vytváření střepin a při manipulaci na rozdíl od ostrohranného odlamování není nebezpečí poranění. Je možno předcházet nedostatkům řezání laserovým zářením jako jsou výskyt tepelného pnutí, vytváření návalů usazeniny po odpařování. Tento postup vyhovuje v zásadě všude tam, kde se dělí trubice s malou tloušťkou stěny nebo ploché sklo s malou tloušťkou a kde alternativní postupy jako odklepávání tavení, odlamování s nádrhem nebo řezání mají své nedostatky.

Přehled obrázků na výkrese

Na přiloženém výkresu (obr. 1) je na příkladu skleněné tabulky schematicky znázorněn postup, který je pak konkrétně proveden v příkladu provedení vynálezu na skleněné trubici.

Příklad provedení vynálezu

Při postupu znázorněném na obr. 1 CC>2-laser 1 působí ve směru šipky na skleněnou tabulku 2, sklo změkne a tabulka 2 se pak roztahuje směrem, znázorněným šipkami 4, čímž dojde k zeslabení v její střední části. V případě dalšího působení CO2-laseru 1 pak dojde k oddělení obou částí již protažené tabulky 3 za vzniku úseků 5.

Skleněná trubice s vnějším průměrem 7 mm a tloušťkou stěny 0,1 mm se upnula na obou koncích ve stroji na tvarování skla a uvedla se na 360 otáček za minutu. Trubice se ozařovala s elipsovitě zaostřeným laserovým zářením CO₂-laseru s výkonem 20 wattů. Elipsovitý laserový paprsek měl na svém místě dopadu na sklo délku poloos 0,1 a 1 mm. Rotací trubice se dostala dělicí čára s šířkou 0,3 mm. Po 0,7 sekundy bylo sklo dostatečně změklé a obě poloviny skla se roztáhly o 0,5 mm, čímž se na dělicí čáře dostala tloušťka stěny skla cca 0,05 mm. V ozařování se pokračovalo dále po 0,25 sekundy, načež se sklo podél dělicí čáry oddělilo. Na dělicí čáře vznikajícím návalem netrpěla ani jmenovitá světlost skleněné trubice ani tento nával nepřesahoval vnější průměr trubice.

Claims (4)

1. Postup měkkého oddělování skleněných trubic nebo tabulí za tepla změkčováním trubice nebo tabule na místě oddělení, zmenšením tloušťky stěny ve změkčeném úseku vytahováním

-3CZ 282416 B6 a navazujícím oddělením dalším ohřevem, vyznačující se tím, žeseu tenkostěnné trubice nebo tabule s tloušťkou stěny nejvýše 0,2 mm změkčí sklo v šířce nejvýše 0,4 mm, změkčený úsek se vytahováním uvede na tloušťku stěny nejvýše 0,05 mm a pak se dalším ohřevem oddělí ve vytaženém úseku.

2. Postup podle nároku 1, vyznačující se tím, že se sklo změkčí v šířce nejvýše 0,3 mm.

3. Postup podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se změkčený úsek io vytáhne na tloušťku stěny nejvýše 0,03 mm.

4. Postup podle jednoho nebo několika nároků laž3, vyznačující se tím, že změkčení a další ohřev se provádí laserovým paprskem.