DE10085030B3 - Verfahren zur Herstellung einer Vakuumisolierglas-Fenstereinheit mit Umfangsdichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Fenstereinheit die Schritte umfassend:
– Bereitstellen eines ersten und zweiten Glassubstrates (33, 35), und
– Bereitstellen jeweils eines Teils eines Dichtungsmaterials (46, 48; 51, 52) vollumfänglich auf beiden Substraten,
wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch:
– Thermisches Vorspannen der Substrate mit dem aufgebrachten ersten Teil des Dichtungsmaterials (46, 48; 51, 52);
und nach dem Vorspannen
– Bereitstellen einer Mehrzahl von Abstandshaltern (39) zwischen dem ersten und zweiten Substrat;
– Aufheizen des Dichtungsmaterials auf eine Dichtungserzeugungstemperatur, die niedriger ist als die Maximaltemperatur, die beim Vorspannen erreicht wird, zur Herstellung einer Dichtung (43), die einen abgedichteten Raum (37) zwischen den Substraten definiert;
– Herstellen der Dichtung; und
– Bewirken, dass der abgedichtete Raum einen Druck aufweist, der nied riger als der atmosphärische ist.

Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung, einer Vakuumisolierglas (1G) Einheit.
  • Vakuum-IG-Einheiten sind im Stand der Technik bekannt, siehe beispielsweise die US 5,664,395 , US 5,657,607 , US 5,891,536 und US 5,902,652 .
  • Die 1–2 des Standes der Technik illustrieren eine konventionelle Vakuum-IG-Einheit. Die IG-Einheit 1 enthält zwei beabstandete Glasscheiben 2 und 3, die einen evakuierten Raum oder einen Raum mit niedrigem Druck dazwischen einschließen. Die Glasscheiben 2 und 3 sind verbunden durch eine Umfangs- oder Kantendichtung aus geschmolzenem Lot 4 und einer Anordnung von Unterstützungssäulen 5.
  • Eine Evakuierungsröhre 8 ist durch Glaslot 9 an einer Öffnung oder einem Loch 10, welches von der inneren Seite der Glasscheibe 2 bis zum Grund der Vertiefung 11 in der äußeren Fläche der Scheibe 2 reicht, hermetisch abgedichtet. Ein Vakuum wird an der Evakuierungsröhre 8 angeschlossen, so dass der Zwischenraum zwischen den Scheiben 2 und 3 evakuiert werden kann, um einen Bereich mit niedrigem Druck zu erzeugen. Nach der Evakuierung wird die Röhre 8 geschmolzen um das Vakuum abzudichten. Die Vertiefung 11 verbleibt geschmol zen und dichtet die Röhre 8 ab. Ein chemischer Getter (Fangstoff) 12 kann optional in eine bearbeitete Vertiefung 13 eingefügt werden.
  • Konventionelle Vakuum-IG-Einheiten mit Randdichtungen 4 aus geschmolzenem Glaslot wurden, wenn die obere Glasscheibe in ihren Ausdehnungen leicht kleiner als die untere Glasscheibe ist, wie folgt hergestellt. Glaslot wird zunächst um den Rand der IG-Einheit in einer L-förmigen Stufe oder Ecke abgelegt, welche dadurch geformt wird, dass die obere Scheibe in ihrer Ausdehnung leicht kleiner als die untere Scheibe ist (nicht gezeigt in den 1–2). Der gesamte Aufbau inkl. der Scheiben 2, 3 und dem Glaslotdichtungsmaterial wird dann auf eine Temperatur von ungefähr 500°C erhitzt, bei der das Glaslot schmilzt, die Oberflächen der Glasscheiben benetzt und in den Raum zwischen den Scheiben fließt, um eine hermetische Umfangsdichtung 4 zu bilden. Diese Temperatur von ca. 500°C wird für ungefähr 1 bis 8 Stunden beibehalten (es wurde vor kurzem entdeckt, dass eine Zeit von ungefähr 8 Stunden, bei ungefähr dieser Temperatur bevorzugt ist, um das Glaslotdichtungsmaterial an das Glassubstrat (an die Glassubstrate) geeignet zu binden). Nach der Bildung einer Umfangs- oder Kantendichtung 4 und der Dichtung um die Evakuierungsröhre 8 wird der Aufbau auf Raumtemperatur gekühlt.
  • Unglücklicherweise sind die Temperatur von 500°C und die Zeitdauer über mehrere Stunden, bei der diese Temperaturen beibehalten werden, um die Kantendichtung 4 herzustellen, unerwünscht, besonders wenn man eine vorgespannte (getemperte) Glasscheibe in der IG-Einheit benutzen möchte. Vorgespanntes Glas verliert die Vorspannungsstärke (Temperstärke), wenn es zu hohen Temperaturen ausgesetzt wird, als eine Funktion der Heizzeit, wie in 3 und 4 gezeigt. Zudem können hohe Temperaturen einen nachteiligen Effekt auf bestimmte Wärmeschutzbeschichtungen haben, welche auf eine oder beide der Glasscheiben aufgebracht werden können.
  • 3 ist ein Graph, der illustriert, wie eine voll thermisch vorgespannte Glasscheibe ihre ursprüngliche Vorspannung verliert, wenn sie unterschiedlichen Temperaturen für unterschiedliche Zeitdauern ausgesetzt ist, wobei die ursprüngliche Mittenzugspannung 3200 MU pro 2,54 cm (d.h. pro Inch) beträgt. Die X-Achse der 3 zeigt exponentiell die Zeit in Stunden (von 1 bis 1000 Stunden) wobei die Y-Achse den Prozentsatz (%) der ursprünglichen Vorspannung anzeigt, die nach der Einwirkung verbleibt. 4 ist ein Graph ähnlich zu 3, mit der Ausnahme, dass die X-Achse sich von 0 bis zu 1 Stunde in exponentieller Darstellung erstreckt.
  • Es werden in 3 sieben unterschiedliche Kurven gezeigt, wobei jede unterschiedliche Temperatureinwirkungen in Grad-Celsius (C) anzeigen (bzw. Grad Fahrenheit (F)). Die unterschiedlichen Temperaturkurven/linien sind 204°C (400° F) (über den oberen Teil des Diagramms in 3), 260°C (500°F), 316°C (600°F), 371 °C (700°F), 428°C (800°F), 482°C (900°F) und 510°C (950°F) (die untere Kurve des Graphs von 3). Eine Temperatur von 482°C ist äquivalent zu ungefähr 900°F, welche in dem Bereich liegt, der benutzt wird, um die zuvor genannten konventionellen Glaslotumfangsdichtungen/Verbindungen 4 zu erzeugen. Daher wird die Aufmerksamkeit auf die 482°C (900°F) Kurve in 3 gerichtet, die mit der Referenz-Nr. 18 bezeichnet ist. Wie gezeigt, verbleibt nur 20% der ursprünglichen Vorspannung nach 1 Stunde bei dieser Temperatur (482°C oder 900°F). Solch ein Verlust von Vorspannungsstärke könnte dazu führen, dass bestimmte Fenstereinheiten nicht den Sicherheitsrichtlinien genügen, die für bestimmte Umgebungen aufgestellt wurden, in denen vorgespanntes Glas wünschenswert ist.
  • Weiterhin bezugnehmend auf die 3–4 wird angemerkt, dass eine viel bessere Vorspannungsstärke in einer thermisch vorgespannten Glasscheibe verbleibt, wenn diese auf eine Temperatur von 428°C (d.h. ungefähr 800°F) für 1 Stunde (im Gegensatz zu 482°C oder 900°F für eine 1 Stunde) aufgeheizt wird. Solche eine Glasscheibe behält ca. 70% ihrer urspünglichen Vorspannungsstärke nach 1 Stunde bei 428°C (800°F), was bedeutend besser als die weniger als 20% sind, die bei 482°C (900°F) für die gleiche Zeitdauer verbleiben.
  • Von den obigen Ausführungen ist ersichtlich, dass ein Bedarf in der Technik für eine Vakuum-IG-Einheit und eine entsprechendes Verfahren zu seiner Herstellung besteht, wobei eine hermetische Dichtung bereitgestellt wird, zwischen zwei gegenüberliegenden Glasscheiben ohne, dass die thermisch vorgespannten Glasscheiben dieser Einheit mehr als ungefähr 50% ihrer ursprünglichen Vorspannungsstärke verlieren. Es besteht auch ein Bedarf in der Technik für eine Vakuum-IG-Einheit mit vorgespannten Glasscheiben, wobei die Umfangsdichtungen so hergestellt werden, dass die Glasscheiben mehr von ihrer ursprünglichen Vorspannungsstärke beibehalten als mit konventionellen Vakuum-IG-Herstellungstechniken. Es besteht auch ein Bedarf in der Technik, die Prozesszeit nach der Vorspannung zu reduzieren und die ungefähr 8-stündige Dauer zu verringern, von der jetzt angenommen wird, dass sie notwendig ist, um das Glaslotkantenmaterial geeignet in das Glassubstrat diffundieren zu lassen oder es mit ihm zu verbinden. Es ist ein Zweck dieser Erfindung einige und/oder alle dieser oben angegebenen Bedürfnisse der Technik zu erfüllen.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Vakuum-IG-Einheit bereitzustellen, die eine Umfangs- oder Kantendichtung hat, wobei die Umfangs/Kantendichtung so gebildet wird, so dass thermisch vorgespannte Glasscheiben der Einheit mehr von ihrer ursprünglichen Vorspannungsstärke behalten, als bei der Nutung von konventionellen Dichtungserzeugungstechniken, mit dem gleichen Dichtungsmaterial.
  • Gelöst wird diese Aufgabe, indem ein Verfahren zur Herstellung einer Fenstereinheit bereitgestellt wird, das die Schritte des Anspruchs 1 aufweist, nämlich:
    Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Glassubstrates;
    Bereitstellen jeweils eines Teils eines Dichtungsmaterials auf beiden Substraten;
    Thermisches Vorspannen der Substrate mit dem Teil des Dichtungsmaterials darauf; und nach dem Vorspannen
    Bereitstellen einer Mehrzahl von Abstandshaltern zwischen dem ersten und zweiten Substrat;
    Aufheizen des Dichtungsmaterials auf eine Dichtungserzeugungstemperatur, die niedriger ist als die Maximaltemperatur, die bei der Vorspannung der Substrate erreicht wird, zum Herstellen einer Dichtung, die einen abgedichteten Raum zwischen den Substraten definiert;
    Herstellung der Dichtung; und
    Bewirken, dass der abgedichtete Raum einen Druck weniger als der atmosphärische Druck aufweist.
    •
  • Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer konventionellen Vakuum-IG-Einheit nach dem Stand der Technik.
  • 2 ist eine Aufsicht auf eine Vakuum-IG-Einheit nach dem Stand der Technik von 1, dargestellt entlang der Schnittlinie die in 1 gezeigt ist.
  • 3 ist ein Graph, der eine bekannte Zeit (Stunden) mit der prozentualen verbleibenden Vorspannungsstärke in Beziehung setzt, die den Verlust der ursprünglichen Vorspannungsstärke für eine thermisch vorgespannte Glasscheibe nach der Einwirkung von unterschiedlichen Temperaturen für unterschiedliche Zeitabschnitte darstellt.
  • 4 ist ein Graph, der eine bekannte Zeit mit einer verbleibenden prozentualen Vorspannungsstärke in Beziehung setzt.
  • 5 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Paars von Glassubstraten nach der thermischen Vorspannung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung, wobei das erste Dichtungsmaterial auf jedes Substrat vor dem Vorspannen aufgebracht wurde, so dass die Hitze, die während des Vorspannens benutzt wird, das erste Dichtungsmaterial dazu veranlasst, in das jeweilige Glassubstrat zu diffundieren oder sich mit dem jeweiligen Glassubstrat zu verbinden.
  • 6 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Teils einer Vakuum-IG-Fenstereinheit hergestellt durch Aufschichten einer Anordnung von Säulen/Abstandshaltern zwischen den Substraten von 5 und Aufheizen der Einheit, wobei die Substrate aufeinander gepresst werden, so dass die gegenüberliegenden, von der Wärme aufgeweichten Dichtungsmassen oder Klumpen zusammengepresst werden, um eine Umfangs/Kantendichtung zu bilden.
  • 7 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Vakuum-IG-Einheit gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung nach dem Vorspannen aber bevor ein zusätzlicher Teil des Umfangs/Kantendichtungsmaterials darauf bereitgestellt worden ist.
  • 8 ist eine seitliche Querschnittsansicht der Vakuum-IG-Einheit nach 7, nachdem der zusätzliche Teil des Umfangs/Kantendichtungsmaterials darauf bereitgestellt worden ist, aber vor einem zweiten Aufheizen.
  • 9 ist eine seitliche Querschnittsansicht der Vakuum-IG-Einheit gemäß der Ausführungsform nach den 7–8 nachdem die Umfangs/Kantendichtung gebildet worden ist.
  • 10 eine seitliche Querschnittsansicht gemäß einer anderen Ausführungsform der Vakuum-IG-Einheit nach dem Vorspannen, aber bevor ein zusätzlicher Teil des Umfangs/Kantendichtungsmaterials darauf bereitgestellt worden ist.
  • 11 ist eine seitliche Querschnittsansicht der Vakuum-IG-Einheit gemäß 10, nachdem der zusätzliche Teil des Umfangs/Kantendichtungsmaterials darauf bereitgestellt worden ist, aber vor einem zweiten Aufheizen.
  • 12 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Vakuum-IG-Einheit gemäß der Ausführungsform in den 10–11 nachdem die Umfangs/Kantendichtung erzeugt worden ist.
  • 13 ist eine seitliche Querschnittsansicht gemäß einer weiteren Ausführungsform einer Vakuum-IG-Einheit nach dem Vorspannen, aber bevor ein zusätzlicher Teil eines Umfangs/Kantendichtungsmaterials darauf bereitgestellt worden ist.
  • 14 ist eine seitliche Querschnittsansicht der Vakuum-IG-Einheit nach 13 nachdem der zusätzlich Teil des Rand/Kantendichtungsmaterials darauf bereitgestellt worden ist aber vor einem zweiten Aufheizen.
  • 15 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Vakuum-IG-Einheit gemäß der Ausführungsform nach den 13–14 nachdem die Umfangs/Kantendichtung erzeugt worden ist.
  • 16 ist ein Ablaufdiagramm, das bestimmte Schritte darstellt, welche in jeder der Ausführungsformen dieser Erfindung gemäß den 7–15 durchgeführt werden.
  • 17 ist ein Ablaufdiagramm, das bestimmte Schritte darstellt, die gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung nach den 5–6 durchgeführt werden.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Umfangs- oder Kanten- (d.h. Umfangs/Kanten) Dichtung in einer Vakuum-IG-Fenstereinheit. "Umfangs-" und "Kanten-" Dichtung bedeutet hierbei nicht, dass die Dichtungen am absoluten Umfang der Einheit positioniert sind, sondern bedeutet stattdessen, dass die Dichtung zumindest in der Nähe (z.B. innerhalb 5,08 cm oder ungefähr 2 Inches) einer Kante von zumindest einem Substrat der Einheit positioniert ist.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht eines thermisch isolierenden Glaspaneels 31 gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung. Weil der innere Bereich 37 zwischen den gegenüberliegenden Substraten im Allgemeinen einen niedrigeren Druck als der atmosphärische aufweist, wird diese Art von Paneel oft als Vakuumisolierglas (IG)-Einheit bezeichnet.
  • Eine Vakuum-IG-Einheit oder Paneel 31 umfasst ein erstes Glassubstrat 33, ein zweites Glassubstrat 35, einen evakuierten Raum 37 oder einen Raum 37 mit niedrigem Druck zwischen Substraten 33 und 35, Abstandshalter/Säulen 39 zum voneinander Beabstanden und unterstützen der Substrate 33, 35, eine optionale Evakuierungsröhre (nicht gezeigt) angeordnet in einem Loch oder Öffnung, die in dem Substrat 33 zum Evakuieren des Raums 37 gebildet wurde, und eine Umfangs- oder Kantendichtung 43, die den Raum 37 mit niedrigem Druck zwischen den Substraten 33, 35 hermetisch abdichtet. Die hermetische Kantendichtung 43 verhindert, dass Luft in den Raum 37 eintritt und erhält das Vakuum darin. Die Dichtung 43 kann in bestimmten Ausführungsformen ungefähr an der gleichen Stelle wie die Kantendichtung 4 gezeigt in 2 positioniert sein.
  • Vakuum-IG-Einheiten 31 gemäß den unterschiedlichen Ausführungsformen dieser Erfindung können als Wohnungs- oder technisches Fenster genutzt werden. Die Evakuierung des Raumes 37 verhindert oder reduziert den Wärmetransport zwischen den Glassubstraten 33 und 35 aufgrund von gasförmiger Leitung und Konvektion. Zusätzlich kann strahlender Wärmetransport zwischen den Scheiben 33 und 35 auf ein niedriges Niveau reduziert werden, indem schwach emmitierende (low-E) Beschichtungen auf der inneren Oberfläche, einer oder beider Scheiben 33, 35 bereitgestellt werden. So können hohe Niveaus thermischer Isolierung erreicht werden. Niedrige Gas-Wärmeleitung kann erreicht werden, wenn der Druck im Raum 37 auf ein Niveau unterhalb ungefähr 10–2 Torr verringert wird. Bevorzugter unterhalb 1,0 mTorr, oder 10–3 Torr, und am bevorzugtesten unter ungefähr 10–6 Torr des atmosphärischen Drucks. Um solch niedrige Drücke aufrechtzuerhalten, können die inneren Oberflächen der Glassubstrate 33 und 35 entgast werden und Bereiche bei oder in der Nähe der Umfänge oder Ränder der Substrate 33, 35 hermetisch, durch eine Dichtung 43, welche jeglichen Eintritt von Gas oder Luft verhindert, zusammen abgedichtet werden.
  • Immer noch bezugnehmend auf 6 wird eine Anordnung von kleinem, hochfesten Unterstützungssäulen 39 zwischen den Substraten 33, 35 bereitgestellt, um eine Trennung der beiden ungefähr parallelen Glasscheiben gegen den atmosphärischen Druck aufrechtzuerhalten. Es ist oft wünschenswert, dass die Säulen 39 hinreichend klein sind, so dass sie für die Sicht nicht störend sind. In bestimmten Ausführungsformen kann jede Säule eine Höhe von ungefähr 0,1–0,3 mm haben. In unterschiedlichen Ausführungsformen dieser Erfindung können die Säulen aus Glaslot, Keramik oder Metall hergestellt sein.
  • Vorgespanntes Glas 33 und/oder 35 wird für seine mechanische und thermische Festigkeit geschätzt. Vorgespanntes Glas wurde traditionell in technischen Anwendungen eingesetzt, wo Wind, Schnee oder thermische Beanspruchungen die Festigkeitseigenschaften von anderem Glas überschritten haben und/oder wo vorgespanntes Glas durch Vorschriften gefordert wird (z.B. Sicherheitsverglasung für Eingänge, Geländer oder Feuerschutzfenster). Die Glasscheiben 33 und 35 sind thermisch oder wärmevorgespannt. Durch Bereitstellen von vorgespannten Glasscheiben als Substrat 33 und 35 wird die Festigkeit der Glasscheiben vergrößert. Dies gestattet ein größeres Beabstanden der Säulen, was die Spannungen auf den Glas/Säulen-Grenzflächen erhöht, aber möglicherweise dazu führt, dass weniger Säulen in der Vakuum-IG-Einheit verwendet werden. Die Verringerung der Anzahl der Säulen könnte die Wärmeisolationseigenschaften der Vakuum-IG-Einheit 31 verbessern. In dieser Erfindung, werden die Glasscheiben vor dem Schritt des Anordnens der Säulen thermisch vorgespannt.
  • Gemäß bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung ist das Glas für die Substrate 33 und 35 ein Sodakalksiliziumglas, aufweisend 70–74 gew. % Siliziumoxid, 12–16 gew. % Natriumoxid, 7–12% Kalk (CaO), 0–5% MgO, 0%–5% Aluminiumoxid und 0%–0,2% Eisenoxid. Jedoch können auch andere Glassorten, gefärbt oder klar eingesetzt werden (z.B. Borsilikatglas). Glasscheiben 33 und/oder 35 können jeweils ungefähr 1–4,5mm dick oder bevorzugt ungefähr 2–3 mm dick sein. Jedoch, wenn vorgespannt, können auch dünnere Glasscheiben 33, 35 eingesetzt werden (z.B. ungefähr 1–3 mm dick, bevorzugter ungefähr 1,7–2,3 mm dick). Die Verwendung von dünneren Glassubstraten 33, 35 kann verbesserte thermische Eigenschaften bereitstellen (z.B. verringerte Kantenleitung).
  • In der Ausführungsform gemäß den 5–6 wird vor dem Vorspannen ein feuchtes oder flüssiges Rand/Kantendichtungsmaterial 46, 48 in Pasten/Schlickerform auf jedes Substrat 33, 35 an den Stellen aufgebracht oder bereitgestellt, die in 5 gezeigt sind (obwohl 5 Dichtungsteile 46, 48 nach dem Vorspannen zeigt). Erste Teile der Paste 46, 48 werden auf den inneren Hauptoberflächen der entsprechenden Glassubstrate 33, 35 bereitgestellt, so dass die Dichtungsteile 46, 48 später während des Montageprozesses ungefähr miteinander in Übereinstimmung gebracht werden können. In bestimmten Ausführungsformen ist das Material 46, 48 wenn es zunächst auf die Substrate aufgebracht wird eine feuchte Paste/Schlicker aus Glaslotpulver (z.B. Pulvermaterial Modell 755, Glaslot das von Electro-Glass, Mammoth, Pennsylvania erhalten werden kann) gemischt in ein Lösungsmittel (z.B. Modell F1016AJ04 Sinterlacklösungsmittel, das von Pierre & Stevens Corp. Buffalo, NY erhalten werden kann).
  • Die Glassubstrate 33 und/oder 35 mit ersten Dichtungspastenteilen 46, 48 darauf werden dann in einem Ofen vorgespannt, der die Produkte auf eine ungefähr gleichmäßige Temperatur von ungefähr 649°C (1200°F) aufheizt (z.B. von ungefähr 535°C oder 1000°F bis 816°C oder 1500°F, bevorzugt von ungefähr 593°C oder 1100°F bis 760°C oder 1400°F) für eine Dauer von ungefähr 2–5 Minuten (abhängig von der Art und/oder Dicke von jeder der Beschichtungen auf dem Substrat). Daher wird während des Vorspannens das Glas auf eine Maximaltemperatur von zumindest ungefähr 535°C (d.h. 1000°F) aufgeheizt. Dieses Aufheizen während der Glasvorspannung veranlasst, dass erste Glaslotdichtungsmaterial 46, 48 dazu in das entsprechende Glassubstrat zu diffundieren oder sich mit dem entsprechenden Glassubstrat zu verbinden, auf dem sich das Material befindet. Das Pastenlösungsmittel der ersten Teile 46, 48 ist typischerweise eine flüchtige oder halb-flüchtige Komponente, die während der Trocknung der Dichtungsmaterialpaste während des Vorspannens verdampft. Glaslotdichtungsteile oder Massen 46 und 48 gezeigt in 5, verbleiben nach dem Vorspannen.
  • Wenn Glas mit ersten Dichtungsteilen 46, 48 darauf den Vorspannungsofen verlässt, wird es schnell durch eine Reihe von Luftdüsen abgekühlt. Diese schnelle Abkühlung zwingt ungefähr 20% der Glasoberfläche jedes Substrats in einen Druckzustand, mit dem zentralen Kern unter Spannung. Vorgespanntes Glas gewinnt an Festigkeit durch die unter Druck stehenden Oberflächen. Wenn die Oberfläche durch einen Kratzer oder einen Einschlag durchbrochen wird, kann das Glas in eine Anzahl kleiner Teile zerbrechen. In bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung wenn die Substrate 33 und/oder 35 wärmevorgespannt sind, können Sie bis zu ungefähr 4mal die mechanische und/oder thermische Festigkeit von weichgeglühtem Glas gleicher Dicke aufweisen. Bruchmuster vom vorgespannten Glas werden hierbei typischerweise überwacht durch und in Übereinstimmung mit der Verbraucherproduktsicherheitskommission 16 (CFR) 1202 und ANSI Z – 97.1, die beide hierin durch Referenz aufgenommen sind.
  • Daher umfasst jedes Substrat 33, 35 nach dem Vorspannen einen Teil (z.B. eine Verdickung oder Masse wie in 5 dargestellt) 46, 48 des Dichtungsmaterials, welches mit dem darunter liegenden Substrat verbunden ist. Die zwei Substrate nach 5 werden dann zusammengebracht um Abstandshalter/Säulen 39 dazwischen anzuordnen und erste Dichtungsteile 46 und 48 an gegenüberliegenden Substraten sind ungefähr zueinander ausgerichtet und berühren einander. Die Substrate und die sich berührenden Dichtungsteile 46, 48 werden dann aufgeheizt, so dass die Dichtungsteile 46 und 48 zumindest teilweise aufweichen. Dieses zweite Aufheizen der Substrate nach dem Vorspannen kann bei einer Temperatur von ungefähr 300°C–440°C erfolgen (eher bevorzugt von ungefähr 375°C–420°C und am meisten bevorzugt von ungefähr 400°C–415°C) für eine Zeitdauer von weniger als ungefähr 2 Stunden (bevorzugt von ungefähr 0,5–60 min., eher bevorzugt von ungefähr 10–40 min. und am meisten bevorzugt von ungefähr von 20–30 min.).
  • Dieses zweite Aufheizen geschieht bevorzugt auf eine Maximaltemperatur, welche wesentlich niedriger liegt, als die maximale Vorspannungstemperatur und die Glaslotdichtungsteile 46, 48 dazu veranlasst, zumindest teilweise zu erweichen aber nicht komplett schmelzen. Weil das zweite Heizen bevorzugt auf eine Temperatur weniger als 450°C geschieht, hält das vorgespannte Glassubstrat 33, 35 zumindest ungefähr 50 % seiner ursprünglichen Vorspannungsstärke (bevorzugter zumindest ungefähr 60% und am meisten bevorzugt zumindest ungefähr 70%) nachdem dieser Heizprozess nach der Vorspannung abgeschlossen ist.
  • Immer noch mit Bezug auf die 5–6, wenn Dichtungsteile 46 und 48 aufweichen beim Aufheizen nach dem Vorspannen während sie sich berühren, werden die gegenüberliegenden Substrate 33 und 35 zusammengepresst, um ein Vernetzen oder Zusammenformen der Teile 46 und 48 zu bewirken, um eine einzige kontinuierliche hermetische Umfangs/Kantendichtung 43 zu bilden, wie in 6 gezeigt. In bestimmten Ausführungsformen können eins oder beide Substrate 33, 35 während des Aufheizens und der Verformung der ursprünglichen Dichtungstei le gegen das andere gepresst werden. Während oder nach diesem zweiten Heizschritt und dem Zusammenpressen der Substrate, um die Dichtung 43 zu bilden, wird der Raum 37 nach jeder konventionellen Methode (z.B. durch Benutzung einer Evakuierungsröhre oder durch Zusammensetzen des Produktes in einer Vakuum-Kammer) evakuiert werden, wobei die Vakuum-IG-Einheit 31 resultiert, die in 6 gezeigt ist.
  • Gemäß der Ausführungsform der 5–6 wird kein zusätzliches Dichtungsmaterial auf eines der Substrate nach dem Vorspannen aufgebracht. Die ursprünglichen Teile 46, 48 enthalten das gesamte Dichtungsmaterial, das benötigt wird, um die Dichtung 43, nach der Umformung der Teile 46, 48 während des Heizschritts nach dem Vorspannen zu bilden. Jedoch können in einer alternativen Ausführungsform dieser Erfindung erste Teile 46, 48 auf die Substrate vor dem Vorspannen aufgebracht werden, und nach dem Vorspannen vor dem zweiten Aufheizen zusätzliches Dichtungsmaterial (z.B. Glaslotpaste) auf die Substrate 33, 35 in dem Kantendichtungsgebiet aufgebracht oder aufgetragen werden.
  • Es wird angemerkt, dass in der Ausführungsform nach den 5–6 die Glassubstrate 33, 35 ungefähr die gleiche Größe haben. Jedoch können in einer alternativen Ausführungsform die Substrate 33, 35 unterschiedlich groß sein, um eine L-förmige Stufe ungefähr an der Kante der Einheit zu definieren. Während die Dichtung 43 bevorzugt aus geschmolzenem Glaslot besteht oder geschmolzenes Glaslot enthält, kann die Dichtung in alternativen Ausführungsformen dieser Erfindung auch aus anderen Materialien gebildet sein oder andere Materialien enthalten (z.B. Gold, Platin, Silber, Indium und/oder Kombinationen davon).
  • Die Diffusion oder das Verbinden des Lotmaterials (z.B. 46, 48) in Glas (z.B. 33, 35) erfordert viel höhere Temperaturen als die Diffusion oder das Verbinden des Lotmaterials mit einem anderen Teil des Lotmaterials. Wenn der Vorspannungsofen dazu benutzt wird, das Glassubstrat 33, 35 Vorzuspannen und gleichzeitig diese Diffusion zu ermöglichen, können zumindest einige der folgenden Vorteile erkannt werden: (i) Prozessschritte und/oder Zykluszeiten werden reduziert; (ii) eine niedrigere Temperatur als die anderenfalls notwendige kann nach der Vorspannung benutzt werden, um die Dichtung 43 zu bilden, wobei es dem Substrat 33, 35 ermöglicht wird, mehr seiner ursprünglichen Vorspannungsstärke zu behalten, als anderenfalls möglich wäre, wenn konventionelle Verfahren benutzt würden; und/oder (iii) kürzere Zykluszeiten für das Aufheizen nach dem Vorspannen können benutzt werden um die Dichtung 43 zu bilden.
  • Die 7–9 zeigen eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung, wobei erste Teile 51, 52 des Kantendichtungsmaterials (z.B. Glaslot in Pastenform) vor dem Vorspannen auf den Substraten bereitgestellt werden und ein zusätzlicher Teil 54 des Kantendichtungsmaterials auf die ersten Teile nach dem Vorspannen bereitgestellt wird. Die hohen Temperaturen, die während dem Vorspannen der Substrate erreicht werden (beschrieben oben in Bezug auf die Ausführungsform der 5–6), bewirken dass zumindest ein Teil des Glaslots 51 und 52 in die Substrate diffundiert oder sich mit den Substraten verbindet. Danach werden die Substrate ausgerichtet, um Säulen/Abstandshalter 39 dazwischen anzuordnen, wie in 7 gezeigt. Danach wird ein zusätzlicher Teil 54 des Umfangs/Kantendichtungsmaterials auf die Einheit ungefähr an deren Kante aufgebracht oder aufgetragen (z.B. Glaslot in Pastenform wie oben beschrieben), so dass die verbundenen Teile 51, 52 sich berühren, wie in 8 gezeigt. Der zusätzliche Teil 54 wird um den gesamten Umfang der Einheit im teilweise L-förmigen Gebiet der Stufe 53 bereitgestellt. Die Einheit nach 8 wird dann auf eine Temperatur nach der Vorspannung oder eine zweite Temperatur weniger als ungefähr 450 °C aufgeheizt, wie oben beschrieben, so dass der Dichtungsteil 54 zumindest teilweise aufweicht und in die ersten Dichtungsteile eindiffundiert oder sich mit den ersten Dichtungsteilen 51 und 52 verbindet, und dadurch die hermetische Dichtung 43 bildet. Die fertige Vakuum-IG-Einheit wird in 9 gezeigt.
  • Die 10–12 zeigen eine andere Ausführungsform dieser Erfindung, bei der der erste Teil der Dichtung 52 an der Stirnseite 56 und teilweise an der inneren Hauptoberfläche 58 des Substrates 35 aufgebracht und teilweise geformt wird. Außerdem ist der erste Teil der Dichtung 51 teilweise in dem Gebiet 53 der Stufe angeordnet und teilweise angeordnet im Raum 60, innerhalb der Grenzen der Randbereiche des kleinsten Glassubstrates 35. Wie in der Ausführungsform nach den 7–9, sind Teile der ersten Dichtungen 51, 52 in der Ausführungsform der 10–12 in der Weise positioniert, dass zusätzliche Dichtungsteile 54 dorthinein diffundieren können oder damit verbunden werden können, wenn sie nach der Vorspannung aufgetragen werden und der zweiten Hitze weniger als 450°C ausgesetzt werden. Die 13–15 zeigen eine andere Ausführungsform dieser Erfindung, bei der die Glassubstrate 33 und 35 ungefähr die gleiche Größe haben und die ersten Teile der Dichtung 51 und 52 in Pastenform vor dem Vorspannen an den Stirnseiten 56 und 59 der entsprechenden Substrate aufgebracht und angeordnet werden. Nachdem die hohen Temperaturen, die während des Vorspannens der Substrate erreicht werden, die Dichtungsteile 51 und 52 dazu veranlassen in die entsprechenden Substrate zu diffundieren und sich mit den entsprechenden Substraten zu verbinden, werden die Substrate angeordnet, um Abstandshalter/Säulen 39 dazwischen einzuschließen, wie in 13 gezeigt. Der zusätzliche Dichtungsteil 54 (z.B. in feuchter Pastenform) wird dann auf die Kontaktbereiche 51 und 52 wie in 14 gezeigt, aufgebracht. Die Anwendung der zweiten Hitze nach der Vorspannung, wie oben beschrieben, verursacht, dass der Dichtungsbereich 54 in die Dichtungsteile 51 und 52 diffundiert und sich mit den Dichtungsteilen 51 und 52 verbindet und dadurch eine Umfangs/Kantendichtung 43 formt, die die Substrate wie in 15 gezeigt verbindet.
  • 16 ist ein Ablaufdiagramm bestimmter Schritte, die in Übereinstimmung mit jedem der Ausführungsformen der 7–15 durchgeführt werden. Dieses Ablaufdiagramm soll nicht einschränkend verstanden werden, sondern wird nur zum Zwecke eines Beispiels bereitgestellt. Wie dargestellt, wird zu Beginn nicht vorgespanntes Glassubstrat 33, 35 im Schritt 61 bereitgestellt. Dann im Schritt 63 werden erste Teile des Glaslotdichtungsmaterials 51, 52 aufgetragen oder bereitgestellt (vorzugsweise in feuchter Pastenform wie oben beschrieben, oder möglicherweise in Draht- oder anderer trockenen Form in alternativen Ausführungsformen), ungefähr an den Kanten der entsprechenden Substrate. Die Substrate 33, 35 mit den Dichtungsteilen 51, 52 darauf werden dann im Schritt 65 entweder einzeln oder zusammen in einen Vorspannungsofen gegeben und thermisch bei Temperaturen wie oben beschrieben vorgespannt. Zumindest Teile der Glaslotdichtungsteile 51, 52 werden durch die hohen Temperaturen, die während des Glasvorspannungsprozesses verwendet werden, dazu veranlasst, in die Substrate zu diffundieren und sich mit den Substraten zu verbinden.
  • Nach dem Verlassen des Vorspannungsofens werden die Substrate im Schritt 67 während des Montageprozesses der Einheit derart verarbeitet, um eine Anordnung von Abstandshaltern/Säulen 39 dazwischen einzuschließen. Der zusätzliche Umfangs/Kantenglaslotdichtungsteil 54 kann dann im Schritt 69 angrenzend an und die Teile 51, 52 berührend aufgetragen werden, um den Raum zwischen den gegenüberliegenden Glassubstraten 33, 35 einzuschließen. Die Einheit wird dann im Schritt 71, wie oben beschrieben, einem zweiten Aufheizen ausgesetzt, um das Dichtungsteil 54 dazu zu veranlassen in die Teile 51 und 52 zu diffundieren und/oder sich mit den Teilen 51 und 52 zu verbinden, um eine hermetische Umfangs/Kantendichtung zu bilden. Nach der Evakuierung des inneren Raumes, erhält man eine Vakuum-IG-Einheit.
  • 17 ist ein Ablaufdiagramm verschiedener Schritte, die in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der 5–6 durchgeführt werden. Dieses Ablaufdiagramm soll nicht als begrenzend verstanden werden, sondern ist stattdessen nur für die Zwecke eines Beispieles bereitgestellt. Am Anfang wird im Schritt 81 nichtvorgespanntes Glassubstrat 33, 35 bereitgestellt. Dann werden im Schritt 83 erste Teile des Glaslotdichtungsmaterials 46, 48 bereitgestellt (vorzugsweise in feuchter Pastenform, wie oben beschrieben, oder möglicherweise in Draht- oder anderer trockenen Form in alternativen Ausführungsformen) ungefähr an den Kanten der entsprechenden Substrate. Die Substrate 33, 35 mit Dichtungsteilen 46, 48 daran werden dann im Schritt 85 entweder einzeln oder zusammen in einem Vorspannungsofen eingebracht und thermisch vorgespannt. Zumindest Teile der Glaslotdichtungsteile 46, 48 werden, durch die hohen Temperaturen die während des Glasvorspannungsprozesses benutzt werden, dazu veranlasst in die Substrate zu diffundieren und sich mit den Substraten zu verbinden.
  • Nach dem Verlassen des Vorspannungsofens, werden im Schritt 67 die Substrate im Montageprozess der Einheit derart verarbeitet, um eine Anordnung von Abstandshaltern/Säulen 39 dazwischen einzuschließen, so dass gegenüberliegende kontinuierliche Dichtungsteile 46 und 48 ungefähr miteinander übereinstimmen und sich berühren. Das Ausrichten und das Berühren der Dichtungsmassen oder Teile 46, 48 schließt den Raum zwischen den gegenüberliegenden Glassubstraten 33, 35 ein. Die Einheit wird dann im Schritt 89 einem zweiten Aufheizen auf weniger als ungefähr 450°C ausgesetzt, wie oben beschrieben, während die Substrate und die durch die Hitze aufgeweichten Dichtungsbereiche 46, 48 aufeinander gepresst werden (beide können gleichzeitig aufeinander gepresst werden oder eine könnte auf eine andere gepresst werden, welche festgehalten wird), um die gegenüberliegenden Dichtungsteile 46, 48 dazu zu veranlassen, in das andere zu diffundieren und/oder sich mit dem anderen zu verbinden, um eine hermetische Umfangs/Kantendichtung 43, wie in 6 gezeigt, zu bilden. Danach könnte in bestimmten Ausführungsformen eine Evakuierungsröhre benutzt werden, um den abgedichteten Raum 37 auf einen Druck weniger als der atmosphärische Druck zu evakuieren, so dass man die Vakuum-IG-Einheit nach der 6 erhält. Alternativ werden die Substrate um die Abstandshalter 39 in einer Vakuum-Kammer oder einer Kammer mit niedrigem Druck geschichtet/gestapelt, so dass der Raum 37 einen niedrigeren Druck als der atmosphärische aufweist, nachdem die Dichtung 43 gebildet ist.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Fenstereinheit die Schritte umfassend: – Bereitstellen eines ersten und zweiten Glassubstrates (33, 35), und – Bereitstellen jeweils eines Teils eines Dichtungsmaterials (46, 48; 51, 52) vollumfänglich auf beiden Substraten, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: – Thermisches Vorspannen der Substrate mit dem aufgebrachten ersten Teil des Dichtungsmaterials (46, 48; 51, 52); und nach dem Vorspannen – Bereitstellen einer Mehrzahl von Abstandshaltern (39) zwischen dem ersten und zweiten Substrat; – Aufheizen des Dichtungsmaterials auf eine Dichtungserzeugungstemperatur, die niedriger ist als die Maximaltemperatur, die beim Vorspannen erreicht wird, zur Herstellung einer Dichtung (43), die einen abgedichteten Raum (37) zwischen den Substraten definiert; – Herstellen der Dichtung; und – Bewirken, dass der abgedichtete Raum einen Druck aufweist, der nied riger als der atmosphärische ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim zweiten Aufheizen die Temperatur nur so hoch ist, dass das vorgespannte Glassubstrat zumindest ungefähr 50% seiner ursprünglichen Vorspannungsstärke behält, nachdem das zweite Aufheizen abgeschlossen ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Substrat so angeordnet werden, dass die auf diesen bereitgestellten Teile des Dichtungsmaterials vor dem zweiten Aufheizen ungefähr miteinander ausgerichtet sind und einander berühren.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Vorspannen ein zusätzlicher Teil eines Dichtungsmaterials (54) in Kontaktbeziehung mit jedem der Teile des Dichtungsmaterials gebracht wird, so dass beim zweiten Aufheizen alle Teile des Dichtungsmaterials aufgeheizt werden und die hermetische Dichtung (43) bilden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Substraten bereitgestellten Teile des Dichtungsmaterials Glaslotmaterial in der Form einer feuchten Paste enthalten.
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