DE10120898B4

DE10120898B4 - Verfahren zur Herstellung einer farbigen Lichtmühle sowie danach hergestellte farbige Lichtmühle

Info

Publication number: DE10120898B4
Application number: DE2001120898
Authority: DE
Inventors: Cipin Andree
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2021-04-28
Also published as: DE10120898A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer farbigen Lichtmühle, bestehend aus einem farbigen Glaskörper und einem drehbaren Flügelrad im Inneren, dadurch gekennzeichnet, dass
– in einem aus Klarglas bestehenden Glaskörper mit eingebautem Flügelrad zunächst atmosphärischer Druck vorherrscht,
– danach auf die Außenoberfläche des Klarglaskörpers ein farbiger Lacküberzug aus einem UV- oder thermisch härtenden Lack oder einem Zweikomponenten-Lack und einer Beimischung von löslichen organischen oder anorganischen Farbstoffen oder Farbpigmenten einfarbig oder mehrfarbig aufgetragen wird,
– anschließend der farbige Lacküberzug in einem Ofenzyklus im Temperaturbereich von 50°C bis 200°C getrocknet und ausgehärtet wird und
– zuletzt im farbigen Glaskörper mit Flügelrad das für die Funktion notwendige Vakuum im Bereich von 0,1 bis 5 Pa erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer farbigen Lichtmühle sowie eine danach hergestellte farbige Lichtmühle mit mehreren um eine senkrechte Achse drehbaren Flügeln eines Flügelrades im Inneren eines vorzugsweise runden evakuierten Glaskörpers.

Lichtmühlen, auch Radiometer genannt, werden hauptsächlich als Dekorations- oder Demonstrationsobjekte verwendet, um die Umwandlung von Licht- bzw. Wärmeenergie in Bewegungsenergie darzustellen.

Nach dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführungen von Lichtmühlen bekannt, die jedoch alle auf dem gleichen Funktionsprinzip beruhen. Die Lichtmühle herkömmlicher Bauart besteht aus einem Glaskörper aus Klarglas oder Farbglas, in welchem zwischen zwei Einschmelzungen ein Flügelrad drehbar angeordnet ist.

Bei der herkömmlichen Lichtmühle dient die untere Einschmelzung als Träger des Flügelrads, welches meistens auf einer Stahlnadel drehbar aufliegt. Die obere Einschmelzung dient als Gegenhaltung, welche ein Abfallen des Flügelrades verhindert. Der Glaskörper ist auf ein definiertes Vakuum evakuiert.

Da eine Seite der Flügel des Flügelrades schwarz, die andere Seite blank ausgeführt sind, werden sie bei Bestrahlung ungleichmäßig erwärmt. Die auf die schwarze Seite auftreffenden Luftmoleküle werden bei Erwärmung mit größerer Geschwindigkeit reflektiert, es entsteht ein ungleichmäßiger Rückstoß der Flügel und damit ihre Drehung mit den blanken Flächen voran.

Die Herstellung einer Lichtmühle gehört zur „Hohen Schule" des Glasapparatebaus. Sie wird in verschiedenen Glasbläsereien in Handarbeit gefertigt.

Farbige Lichtmühlen werden durch die Verwendung farbiger Glasrohre hergestellt. Hierbei ist in den meistens Fällen die Glaskugel, in welcher sich das Flügelrad befindet, aus farbigem Glas geblasen; die beiden Einschmelzrohre sowie andere Glasteile der Lichtmühle können aus Klarglas bestehen.

Vielfach sind Lichtmühlen durch Handmalerei dekoriert oder an der Oberfläche mittels Glasfarben gefärbt. Die bisher bekannten Glasfarben sind jedoch für farbige Lichtmühlen ungeeignet, da ihre Haltbarkeit auf Glasoberflächen nur durch Einbrennen bei hohen Temperaturen bei mehreren 100° C zu erreichen ist.

So ist nach der DE 44 28 861 A1 die Herstellung farbbeschichteter Glasflächen bekannt, wobei jedoch zur Haltbarkeit der Farben das Glas auf höhere Temperaturen, die in den Schmelzbereich des Glases hineinreichen, aufgeheizt werden muß. Auch beim Beschichten von Glasflächen im kalten Zustand mit Pulverlack ist die Haltbarkeit der Farben auf der Glasoberfläche nur durch den bekannten Einbrennprozeß zu erreichen.

Die Verwendung hoher Temperaturen zum Farbeinbrennen ist jedoch für Lichtmühlen nicht geeignet und führt zur drastischen Verringerung des Wirkungsgrades der Lichtmühle bis zu ihrer völligen Funktionsuntüchtigkeit. Andere, bei Raumtemperatur trocknende Farben (z.B. Glühlampen-Tauchfarbe) besitzen eine sehr geringe Kratzfestigkeit, Haltbarkeit und Lichtechtheit. Bereits handwarme Seifenlauge löst die Farbe ab oder es entstehen Verfärbungen bei Sonneneinstrahlung.

Des weiteren ist es bekannt, farbige Lichtmühlen aus qualitativ hochwertigen Farbglasröhren mit technischen Parametern, die denen des Klarglases entsprechen, welches für die Einschmelzungen verwendet wird, herzustellen. Dabei darf der Ausdehnungskoeffizient beider Gläser nur gering voneinander abweichen. Farbglas, welches diesen Anforderungen gerecht wird, ist sehr teuer.

Damit sind farbige Lichtmühlen bekannterweise in ihrer Herstellung aufwendiger und teuerer als klare Lichtmühlen.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Herstellen von mit einem Dekor ausgestatteten Glaskörpern beinhaltet das Auftragen von flüssigen Farbmitteln enthaltenden Glaslacken auf Glaskörper nach der DE 41 03 153 C1 . Dabei ist ein Glaslack auf Basis eines kalthärtenden Zweikomponenten – Reaktionslackes auf Basis Epoxydharz als Bindemittel in flüssiger Form und ein Härter eingesetzt, wobei zur Verteilung des Farbauftrages auf die Oberfläche rotationssymmetrischer Glaskörper ein Druckluftstrahl dient und die Glaskörper unter schneller Drehung mit dem Farbauftrag versehen werden.

Die Aushärtung erfolgt über mehrere Stunden bei Raumtemperatur.

Außerdem ist nach der DE 41 30 682 A1 ein Überzugsmittel zur Herstellung beschichteter Glashohlkörper bekannt, wobei die Glaskörper durch Kaltendvergütung verfestigt und anschließend mit einem lösungsmittelfreien polymerisierbaren Überzugsmittel beschichtet und durch Strahlung oder eine Hochtemperatur – Nachbehandlung ausgehärtet werden. Das strahlenhärtbare Überzugsmittel enthält mehrere Silane, mehrere Acrylate als Gemische, Siliconharze, Lacke und Farbstoffe. Überzugsmittel und Verfahren sind vorzugsweise für Glashohlkörper wie Flaschen im Anschluß an ihre maschinelle Herstellung anwendbar und nur aufgrund der Hochtemperatur – Nachbehandlung wirksam.

Die Herstellung dekorativer farbbeschichteter Glasflächen ist des weiteren nach der DE 44 28 861 A1 bekannt. Dabei werden duroplastische Pulverlackmischungen auf horizontal angeordnete Glasflächen aufgetragen, entsprechend dekorativ gestaltet und wie bekannt einem Einbrennprozeß bei mehreren einhundert Grad unterzogen.

Neben diesen bekannten Verfahren zur Herstellung farbiger Glasoberflächen und den bekannten farbigen Überzugsmitteln sind Verfahren zur Herstellung von Beschichtungsmaterialien und zum Beschichten von Substraten nach den

Patentschriften DE 3828098 A1, DE 3917535 A1, De 4025215 C2 und DE 43 03570 C2 bekannt. Dabei wird eine hydrolysierbare Silicium-Verbindung in Form eines Lacks auf ein Substrat, insbesondere Porzellan oder Glas aufgebracht und dieses einem Formgebungsprozeß bzw. einer thermischen Härtung unterworfen, wobei vorher die flüchtigen Hydrolyseprodukte der Lackverbindung abgedamft werden. Nach dem Auftragen des Lacks auf die keramische Oberfläche wird dieser bei Raumtemeratur getrocknet und bei Temperaturen von 100°C bis 200°C gehärtet.

Diese genannten Verfahren zur Herstellung von kratzfesten Beschichtungen auf Keramik- oder Glas-Substraten sind aufgrund der komplizierten Herstellung und chemischen Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials mit Silanen sowie aufgrund des Härtungsprozesses bei Temperaturen > 100°C für die Beschichtung von Gebrauchsglasgegenständen zu aufwendig und damit auch für die Anwendung bei Lichtmühlen mit ihrem definierten Vakuum in einzelnen Verfahrensschritten ungeeignet.

Alle diese bekannten farbigen Überzugsmittel für Glasflächen besitzen den Nachteil, daß sie zu ihrer mechanischen, thermischen oder chemischen Haltbarmachung eine Temperaturbehandlung oder einen Einbrennprozeß mit Temperaturen von mindestens 100° C, vorzugsweise über 100° C benötigen.

Eine Verwendung farbiger Glasrohre für die Herstellung farbiger Radiometer bedingt eine wesentliche Verteuerung dieser Dekorationsinstrumente, da der manuelle Fertigungsprozeß der Glaskugeln aufwendiger ist und höhere Anforderungen an die Qualifikation der Glasbläser stellt.

Andererseits ist es nicht möglich, farbige Lichtmühlen aus Klarglaskugeln mit einem haltbaren farbigen Überzug zu versehen ohne die Lichtmühlen einer Trocknung oder Aushärtung des Farbüberzuges bei höheren Temperaturen zu unterziehen und ohne die Funktionssicherheit der Lichtmühlen, nämlich die Drehung des Flügelrades bei Lichteinfall, zu gefährden.

Bereits eine Erwärmung der Lichtmühle auf 80° C verringert den Wirkungsgrad nachhaltig um ca. 30%. Bei Erwärmung auf 120° C ist eine Verringerung des Wirkungsgrades um ca. 50% feststellbar.

Die Ursache hierfür liegen in einer Verringerung des Vakuums durch die Wärmezufuhr. Auf Grund der Erhitzung lösen sich Moleküle, die an der inneren Glaswand gebunden sind. Außerdem treten Moleküle aus, die sich sowohl auf der Glimmeroberfläche, als auch in zahlreichen Hohlräumen angesammelt haben. Diese gelösten Moleküle verringern das Vakuum bzw. erhöhen den Gasdruck auf ein Vielfaches.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer farbigen Lichtmühle bei teilmechanisierter Fertigung zu entwickeln sowie eine danach hergestellte farbige Lichtmühle mit einem sich im Inneren eines farbigen Glaskörpers drehenden Flügelrad zu schaffen, die als einfaches Demonstrations- und Dekorationsinstrument eine mechanisch und chemisch haltbare Färbung bei uneingeschränkt garantierter Funktionssicherheit besitzt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Verfahren zur Herstellung einer farbigen Lichtmühle dadurch gekennzeichnet ist, dass in dem aus Klarglas bestehenden Glaskörper mit eingebautem Flügelrad zunächst atmosphärischer Druck herrscht. Auf die Außenoberfläche des Klarglaskörpers wird ein farbiger Lacküberzug aus einem UV- oder thermisch härtenden Lack oder aus einem Zweikomponenten-Lack mit einer Beimischung von löslischen Farbstoffen ein- oder mehrfarbig aufgetragen. Dieser Lacküberzug wird danach bei Temperaturen von 50°C bis 200°C getrocknet und ausgehärtet und anschließend das für die Funktion notwendige Vakuum im Bereich von 0,1 bis 5 Pa eingestellt.

Besteht der farbige Lacküberzug erfindungsgemäß aus einem UV-härtenden Lack, ist dieser vorzugsweise aus einem UV-härtenden Hybridlack, bestehend aus hydrolysierten, organisch modifizierten Silanen unter Zusatz von Isopropanol und Ethanol, aufgebaut.

Die thermisch härtenden Lacke für den erfindungsgemäßen farbigen Lacküberzug sind vorzugsweise Zusammensetzungen aus thermisch härtendem Hybridlack, bestehend aus hydrolysierten organisch modifizierten Kieselsäureestern und hydrolysiertem Aluminiumalkoxid unter Zusatz von Epoxidharz und Lösungsmittel 2 – Butanol und Methoxypropanol.

Besteht der farbige Lacküberzug aus einem Zweikomponenten – Lack, ist dieser vorzugsweise aus einem Epoxihharz und einem Härter zusammengesetzt.

Die farbige Lichtmühle ist dadurch gekennzeichnet, dass der aus Klarglas bestehende Glaskörper mit einem härtenden farbigen Lacküberzug vesehen ist und als farbiger Glaskörper eine kraftfeste sowie medien-, temperatur- und lichtbeständige Oberfläche besitzt. Der Lacküberzug auf der Oberfläche des Klarglaskörpers ist ein- oder mehrfarbig ausgeführt und besteht aus einem UV- oder thermisch härtenden Lack oder aus einem Zweikomponentenlack mit einer Beimischung von löslischen organischen oder anorganischen Farbstoffen.

Im farbigen Glaskörper mit dem eingebauten Flügelrad herrscht in Abhängigkeit von der Abfolge seiner technologischen Verfahrensschritte im Herstellungsprozeß vor dem Trocknen und Aushärten des farbigen Lacküberzuges in einem Ofenzyklus im Inneren atmosphärischer Druck.

Das erfindungsgemäße farbige Radiometer besitzt den Vorteil, daß sein farbiger Glaskörper aus einem maschinell gefertigtem Klarglaskolben teilmechanisiert hergestellt werden kann und einen haltbaren, kratzfesten sowie medien-, temperatur- und lichtbeständigen farbigen Lacküberzug besitzt, der getrocknet und ausgehärtet ist, wobei trotz notwendig ablaufender technologischer Verfahrenstrocknungs- und -aushärtungsprozesse die Funktionstüchtigkeit und Sicherheit des Radiometers nicht beeinträchtigt ist.

Weitere Vorteile der Erfindung liegen darin, dass kein teures Farbglas verwendet werden muß und dass die Qualität der Färbung allen Anforderungen an Haltbarkeit, Kratzfestigkeit, Medienbeständigkeit und Lichtechtheit gerecht wird, die sich durch die Lichtmühle und deren Verwendung ergeben.

Im Gegensatz zur Verwendung von Farbglas kann eine sehr umfangreiche Farbpalette angeboten werden. Farbtrends können schnell und Kundenwünsche besser berücksichtigt werden.

Das Aufbringen verschiedener Dekore ist möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. In der zugehörigen Zeichnung zeigt
1: die schematische Darstellung des Radiometers.
Die farbige Lichtmühle ist in ihrem prinzipiellen Grundaufbau wie bekannt in 1 dargestellt. In dem Glaskörper 1 aus Klarglas ist das Flügelrad 2 eingebaut. Dieses besteht aus den sich drehenden Flügeln 3, die vorzugsweise aus Glimmerplättchen bestehen und über die Aushängung 4 als Flügelrad 2 verbunden und im Inneren des Glaskörpers 1 zentrisch eingeschmolzen sind. Im Glaskörper 1 herrscht zunächst atmospärischer Druck.
Auf der Außen-Oberfläche des Glaskörpers 1 aus Klarglas ist der farbige Lacküberzug 5 als dünne Schicht einfarbig oder mehrfarbig aufgetragen und in einem Ofenzyklus bei Temperaturen von 50° C bis 200°C während einer Haltezeit von vorzugsweise 10 bis 30 Minuten getrocknet und ausgehärtet.
Der farbige Glaskörper 1 mit dem farbigen Lacküberzug 5 besitzt eine kratzfeste sowie medien-, temperatur- und lichtbeständige Oberfläche. Dabei wird der Lacküberzug ein- oder mehrfarbig aufgetragen und kann verschiedene Dekorationen oder Muster besitzen.
Der farbige Lacküberzug 5 besteht aus einem UV - härtenden oder thermisch härtenden Lack oder aus einem Zweikomponenten - Lack, wobei die Lacke mit einer Beimischung von löslichen organischen oder anorganischen Farbstoffen versehen sind.
Vorzugsweise besteht der UV - härtende Lack aus einem UV – härtenden Hybridlack aus hydrolysierten organisch modifizierten Silanen unter Zusatz von Isopropanol und Ethanol.
Bei UV – härtenden Lacken erfolgt die Aushärtung des Lackes mittels Bestrahlung durch eine UV – Strahlung. Die lackierten Glaskörper werden z..B. mittels einer Hg – Hochdrucklampe von 80 W/cm einer UV – Bestrahlung von ca. 6 J/qcm ausgesetzt.
Vor dieser Bestrahlung ist jedoch eine Vortrocknung des Lackes notwendig. Auch hier treten bei Lufttrocknung bei Raumtemperatur Probleme auf, so daß eine zufriedenstellende Qualität der Farbschicht nur durch Anwendung eines Ofenzykluses erreichbar ist.
Trotz Ofenzyklus wird die Qualität der Farbschicht mittels UV – härtender Lacke den Anforderungen nur bedingt gerecht.
Der thermisch härtende Lacküberzug 5 besteht aus thermisch härtendem Hybridlack, vorzugsweise aus modifizierten Kieselsäureestern und hydrolysiertem Aluminiumalkoxid unter Zusatz von Epoxidharz und Lösungsmittel 2 – Butanol und Methoxypropanol.
Bei Verwendung von thermisch härtenden Lacken ist eine Erhitzung der Glaskörper 1 auf eine Temperatur, die je nach Art des verwendeten Lackes zwischen 50° C und 200° C liegt, notwendig, um den Lack zu trocknen bzw. auszuhärten. Dabei ist eine Haltezeit von vorzugsweise 10 bis 20 min. erforderlich. Besteht der farbige Lacküberzug 5 aus einem Zweikomponenten – Lack, ist vorzugsweise ein Epoxidharz gemischt mit einem Härter einsetzbar. Die Aushärtung erfolgt durch eine Reaktion der beiden vermischten Komponenten. Die endgültige Aushärtung ist nach 5 – 6 Tagen erfolgt, eine Grundtrocknung nach 1 – 2 Stunden.
Da jedoch mittels Trocknung bei Raumtemperatur keine akzeptable Qualität der Farbschicht erreicht werden kann, ist auch für die Haltbarkeit des farbigen Lacküberzuges 5 aus Zweikomponenten – Lacken ein Ofenzyklus bei Temperaturen von vorzugsweise 100° C bis 200° C und einer Haltezeit von vorzugsweise 10 bis 30 min, erforderlich.
Da außerdem aufgrund von elektrostatischer Aufladung die farbige Lacküberzugs – Oberfläche im feuchten Zustand Staubpartikel aus der Umgebung sehr stark anzieht (Coulombsches Gesetz), ist das Trocknen und Aushärten des farbigen Lacküberzuges 5 in einem Ofenzyklus für die hohen qualitativen Anforderungen an die Farboberfläche des Glaskörpers 1 unerläßlich.
Durch den Ofenzyklus werden außerdem Feuchtigkeitsabsorbierungen vermieden und sichergestellt, dass sich die Lösungsmittel der Lacke verflüchtigen und sich die Festigkeitseigenschaften des Lacküberzuges ausprägen.
Um jedoch gleichzeitig eine Verringerung des Wirkungsgrades der Lichtmühle zu verhindern, ist nach der Ofentrocknung der lackierten Lichtmühle in deren Innerem ein Vakuum erforderlich, welches dem zur optimalen Funktion der fertigen Lichtmühle notwendigen Vakuum sehr nahe kommt.
Dieses liegt im Druckbereich von 0,1–5 Pa.
Während des Trocknungs- und Aushärtungsprozesses des farbigen Lacküberzuges 5 in einem Ofenzyklus besitzt deshalb der Glaskörper 1 mit dem eingebauten Flügelrad 2 im Inneren atmosphärischen Druck. Das erforderliche Vakuum wird durch Änderung des technologischen Fertigungsprozesses erst nach dem Ofenzyklus erzeugt.
Es besteht auch die Möglichkeit, vor dem Lackierprozeß im Klarglaskörper ein erhöhtes Vakuum im Bereich von 0,01 bis 0,5 Pa zu erzeugen.
Die im Trocknungsprozeß bei erhöhter Temperatur hervorgerufene Druckerhöhung sorgt dann dafür, dass nach dein Trocknungsprozeß das für die Funktion notwendige Vakuum im Bereich von 0,1 bis 5 Pa vorliegt.

1: Glaskörper
2: Flügelrad
3: Flügel
4: Aufhängung
5: farbiger La cküberzug

Claims

Verfahren zur Herstellung einer farbigen Lichtmühle, bestehend aus einem farbigen Glaskörper und einem drehbaren Flügelrad im Inneren, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem aus Klarglas bestehenden Glaskörper mit eingebautem Flügelrad zunächst atmosphärischer Druck vorherrscht, – danach auf die Außenoberfläche des Klarglaskörpers ein farbiger Lacküberzug aus einem UV- oder thermisch härtenden Lack oder einem Zweikomponenten-Lack und einer Beimischung von löslichen organischen oder anorganischen Farbstoffen oder Farbpigmenten einfarbig oder mehrfarbig aufgetragen wird, – anschließend der farbige Lacküberzug in einem Ofenzyklus im Temperaturbereich von 50°C bis 200°C getrocknet und ausgehärtet wird und – zuletzt im farbigen Glaskörper mit Flügelrad das für die Funktion notwendige Vakuum im Bereich von 0,1 bis 5 Pa erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – ein UV-härtender Hybridlack aus hydrolysierten, organisch modifizierten Silanen unter Zusatz von Isopropanol und Ethanol verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – ein thermisch härtender Hybridlack aus hydrolysierten, organisch modifizierten Kieselsäureestern und hydrolysiertem Aluminiumalkoxid unter Zusatz von Epoxidharz und 2- Butanol und Methoxypropanol als Lösungsmittel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Zweikomponentenlack aus einem Epoxidharz und einem Härter verwendet wird.
Farbige Lichtmühle, bestehend aus einem Glaskörper und einem drehbaren Flügelrad im Inneren, hergestellt nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – der mit einem farbigen Lacküberzug versehene Glaskörper eine kratzfeste sowie medien-, temperatur- und lichtbeständige Oberfläche besitzt und – der farbige Glaskörper mit dem eingebauten Flügelrad im Inneren das für die Funktion notwendige Vakuum im Bereich von 0,1 bis 5 Pa besitzt.