DE102005050093A1

DE102005050093A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gekrümmten Glaskörpern, sowie nach diesem Verfahren hergestellter Glaskörper

Info

Publication number: DE102005050093A1
Application number: DE200510050093
Authority: DE
Inventors: Martin Cramer
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-04-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit wenigstens einer Krümmung versehenen Glaskörpers aus einem stabförmigen Glasrohling, eine Biegevorrichtung zum Krümmen von Glasrohlingen, einen gekrümmten Glaskörper, welcher aus einem stabförmigen Glasrohling nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, sowie Verwendungen des gekrümmten Glaskörpers. Die Biegevorrichtung weist Greifer auf, welche relativ zueinander bewegbar sind. Erfindungsgemäß wird der Glasrohling von den Greifern aufgenommen und eingespannt. Anschließend wird der Biegebereich zwischen den Greifern von Heizmitteln auf eine Biegetemperatur aufgeheizt. Danach werden die Greifer in einer vorbestimmten Weise bewegt, wobei der Biegebereich frei gebogen wird. DOLLAR A Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung werden darin gesehen, dass an Glasrohlingen beliebige Krümmungen herstellbar sind, ohne dass dazu Press- oder Anlegeformen benötigt werden. Das freie Biegen erfolgt ohne Berührung der Oberfläche im aufgeheizten Biegebereich, so dass Beschädigungen der Oberfläche vermieden werden. Es sind somit gekrümmte Glaskörper mit hohen optischen Eigenschaften erzeugbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit wenigstens einer Krümmung versehenen Glaskörpers aus einem stabförmigen Glasrohling, eine Biegevorrichtung zum Krümmen von Glasrohlingen, einen gekrümmten Glaskörper, welcher aus einem stabförmigen Glasrohling nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist sowie Verwendungen des gekrümmten Glaskörpers.

Gekrümmte Glaskörper werden vorzugsweise in der Automobiltechnik als Alternative zu herkömmlichen Kombinationen von signalgebenden Lichterzeugern mit Reflektoren verwendet, beispielsweise als Standlichtring, Seitenlicht, Cockpitbeleuchtung oder dergleichen. Beispielsweise werden solche Glaskörper auch in Geräten für den Haushalt oder für die Industrie als Markierungsbeleuchtung, Randbeleuchtung oder indirekte Innenbeleuchtung eingesetzt.

Derartig gekrümmte Glaskörper werden aus länglichen stabförmigen Glasrohlingen aus Mehrfasersystemen oder Ganzglas/Vollglassystemen hergestellt. Dabei sind die Glasrohlinge in der Regel im Querschnitt senkrecht zur Längsachse im Wesentlichen rund. Andere Grundformen sind ebenfalls vorstellbar, so sind elliptische sowie mehreckige Grundformen möglich.

Die Glaskörper weisen nach der Herstellung in zumindest einem Abschnittsbereich eine im Wesentlichen in einer Ebene liegende Krümmung auf. Bei verschiedenen Abschnitten desselben Glaskörpers können die Krümmungen in unterschiedlichen Ebenen liegen.

Einerseits sind einfache Winkel am Glasrohling anformbar. Andererseits können durch einfaches oder mehrfaches Biegen der Glasrohlinge mehrfach gekrümmte Glaskörper hergestellt werden.

Im Stand der Technik sind hierzu zwei Verfahren bekannt. Bei dem einen Verfahren handelt es sich um ein Verformungsverfahren, bei dem die auf Verformungstemperatur erhitzten Glasrohlinge in eine Form eingepresst werden. Bei dem anderen Verfahren wird der auf Verformungstemperatur erhitzte Glasrohlinge über eine Form gezogen. Die Formen bestehen zumeist aus kohlehaltigem Material.

Diese Verfahren haben für bestimmte Anwendungszwecke erhebliche Nachteile. Zum einen sind die Kosten für die Formen nicht vernachlässigbar, da die Formen verschleißen und in zeitlichen Abständen ausgetauscht werden müssen. Darüber hinaus sind für die verschiedenen Krümmungen, welche am Glaskörper angeformt werden sollen, in der Regel unterschiedliche Formen notwendig. Der Aufwand für die Herstellung eines Glaskörpers mit mehreren verschiedenen Krümmungen ist daher nach den Verfahren des Standes der Technik sowohl seitens der Prozessdauer als auch seitens der Herstellungsformen erheblich, was mit hohen Kosten für die gekrümmten Glaskörper einhergeht.

Darüber hinaus haben die bekannten Verfahren den Nachteil, dass die Oberfläche eines auf Biegetemperatur gebrachten Glasrohlings bei Berührung der Formwandung während des Umformvorgangs beschädigt werden kann, so dass die so geformten Glaskörper häufig Fehler auf ihrer Oberfläche aufweisen. Derartig beschädigte Oberflächen führen dazu, dass solche Glaskörper in der Regel schlechte optische Eigenschaften aufweisen und ihre Verwendung als Lichtleiter nur eingeschränkt möglich ist. Insbesondere, wenn es bei den Glaskörpern auf Lichttransmissionsleistung ankommt, sind nach den Verfahren des Standes der Technik hergestellte gekrümmten Glaskörper nicht geeignet, da Oberflächenfehler zu Streustrahlung führen, welche die Transmissionsleistung erheblich reduzieren.

Es hat sich auch erwiesen, dass Glaskörper aus verklebten Mehrfasersystemen, wie sie beim Formenkrümmen verwendet werden, hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit und der chemischen Beständigkeit für verschiedene Anwendungen ungeeignet sind, da durch Umgebungs- oder Reinigungschemikalien sowie eine wechselnde Umgebungstemperatur die Oberflächenqualität und somit auch die optischen Eigenschaften auf Dauer erheblich verschlechtert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es folglich, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein verbessertes Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem gekrümmte Glaskörper kostengünstig und in guter Qualität herstellbar sind. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Biegevorrichtung bereitzustellen, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, einen gekrümmten Glaskörper zur Verfügung zu stellen, welcher optimale optische Eigenschaften, insbesondere hohe Transmissionsleistung sowie thermische und chemische Beständigkeit aufweist und mit einer hervorragenden Güte der Oberfläche versehen ist sowie verschieden Verwendungen des erfindungsgemäßen Glaskörpers. Insbesondere sollen auch die Herstellungskosten des Glaskörpers gering bleiben.

Eine Lösung wird erfindungsgemäß bereitgestellt durch ein Verfahren zur Herstellung eines mit wenigstens einer Krümmung versehenen Glaskörpers aus einem stabförmigen Glasrohling, welches durch die folgenden automatisierten Verfahrensschritte gekennzeichnet ist

a. der Glasrohling wird in eine Biegevorrichtung mit wenigstens zwei relativ zueinander bewegbaren Greifern aufgenommen und von den Greifern eingespannt,
b. der Glasrohling wird so positioniert, dass ein für eine Krümmung vorgesehener Biegebereich L₀ zwischen einem ersten und einem zweiten Greifer angeordnet ist,
c. der Biegebereich L₀ wird mittels Heizmittel auf Biegetemperatur aufgeheizt und anschließend
d. wird der Biegebereich L₀ durch eine Biegebewegung der Greifer relativ zueinander frei gebogen.

Gemäß dem Verfahren wird ein stabförmiger Glasrohling von den Greifern der Biegevorrichtung eingespannt. Die Greifer werden dabei so am Glasrohling positioniert, dass der für die Krümmung vorgesehene Biegebereich L₀ zwischen den Greifern angeordnet ist. Die Greiferpositionen weisen vorzugsweise einen beidseitigen Abstand zum Biegebereich L₀ auf. Dabei werden die Greifer so positioniert, dass die Einspannstellen am Glasrohling während des Biegevorganges im Wesentlichen frei von einer Temperaturerhöhung durch das Aufheizen sind.

Die Greifer halten den stabförmigen Glasrohling in einer Weise fest, dass die Oberfläche des Glases frei von Beschädigungen bleibt. Hierzu weisen die Greifer, welche aus Metall sein können, vorzugsweise einen besonderen Überzug aus Materialien auf, welche für die Glasoberflächen beim Biegen schonend sind. Es sind auch Greifer von der Erfindung umfasst, welche aus entsprechenden für Glasoberflächen schonenden Materialien bestehen. So sind entsprechende Kunststoffe, Verbundwerkstoffe beziehungsweise Gummiarten als Greifermaterialen vorgesehen.

Nachdem der stabförmige Glasrohling für den Biegevorgang positioniert ist, wird dieser an den Heizmitteln positioniert. Hierzu kann der Glasrohling von den Greifern zum Aufheizen des Biegebereichs zu den Heizmitteln verfahren werden. Erfindungsgemäß ist ebenfalls vorgesehen, die Heizmittel an den Glasrohling heranzuführen und den Biegebereich dementsprechend dort aufzuheizen.

Nach einer bestimmten Aufheizungsdauer werden Heizmittel und Glasrohling wieder getrennt, damit für das Biegen ausreichend Bewegungsfreiheit vorhanden ist. Anschließend wird der Glasrohling durch eine Biegebewegung der Greifer relativ zueinander im Biege bereich frei gebogen. Das bedeutet, dass der aufgeheizte Biegebereich des Glasrohling, an welchem die Oberfläche im heißen Zustand besonders leicht beschädigt werden könnte, während des Biegevorganges in vorteilhafter Weise frei von Berührungen bleibt.

Das Verfahren ist erfindungsgemäß rechnergesteuert. Das bedeutet, dass alle Bewegungen der Greifer und der Heizmittel sowie die zeitlichen Vorgaben der Verfahrensschritte durch eine entsprechende Datenverarbeitungseinheit vorgegeben werden. Die Datenverarbeitungseinheit steuert dabei insbesondere die Bewegungsantriebe der Biegevorrichtung. Aber es wird auch die Aufheizzeit und die Biegegeschwindigkeit eingestellt.

Ist der Biegebereich ausreichend aufgeheizt und hat die optimale Biegetemperatur erreicht, wird von der Datenverarbeitungseinheit eine Biegebewegung der Greifer relativ zueinander erzeugt und der Glasrohling wird entsprechend der Vorgaben gebogen.

Eine erfinderische Weiterbildung des Verfahrens wird dadurch bereitgestellt, dass der Glasrohling beim Biegen auf einer Seite des Biegebereichs von einem ersten Greifer relativ zur Biegevorrichtung festgehalten wird und die Biegebewegung von einem an dem gegenüberliegenden Ende des Biegebereichs angreifenden, zweiten Greifer ausgeführt wird.

Erfindungsgemäß ist damit vorgesehen, dass von den beiden Greifern, welche für die Herstellung einer Krümmung notwendig sind, zumindest ein Greifer bewegbar ist. Der jeweils andere Greifer kann dahingegen ortsfest an der Biegevorrichtung angeordnet sein.

Je nachdem, welche Biegebewegung ein Biegevorgang umfasst, kann es auch erforderlich beziehungsweise zweckmäßig sein, dass beide Greifer unabhängig voneinander bewegt werden. Es ist somit ebenfalls im Umfang der Erfindung umfasst, dass beide Greifer unabhängig von einander bewegbar sind. Durch diese Verfahrensvariante ist es in vor teilhafter Weise möglich mehr Freiheitsgrade beim Biegevorgang zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass zur Erzeugung der vorgesehenen Krümmung am Glasrohling die Biegebewegung eine Krümmungsbahn beschreibt und dass die Krümmungsbahn eine Biegekurve und einen Offset-Wert zum Längenausgleich am Glasrohling für jeweils jeden Greifer umfasst.

Um die vorgesehene Krümmung am Glasrohling durch eine geeignete Biegebewegung der Greifer zu erzeugen, ist es erforderlich, dass die Biegebewegung der Greifer eine Biegekurve beschreibt. Die Biegekurve wird dabei vom Ausgangspunkt der Einspannstellen aus vorgegeben und umfasst den Weg, den eine Einspannstelle im Verhältnis zur jeweils anderen Einspannstelle bewegt wird.

Im Falle, dass eine Einspannstelle an der Biegevorrichtung fest angeordnet ist, wird die Biegekurve vom Ausgangspunkt der für die Krümmung bewegten Einspannstelle vorgegeben. Die Biegekurve wird entsprechend bestimmter Parameter von der Datenverarbeitungseinheit berechnet und die Greifer werden dementsprechend gesteuert.

Es ist dabei erkannt worden, dass die für die Krümmung erforderliche Biegebewegung von der Biegekurve abweichen muss, damit die Krümmung optimal erzeugt wird. Die Biegebewegung, auf der sich der Greifer beim Biegevorgang bewegt, weicht deshalb von der Biegekurve ab und ist durch einen Offset-Wert überlagert. Dieser Offset-Wert ist vom jeweils erzeugten Biegewinkel abhängig und wird von der Datenverarbeitungseinheit zur Biegekurve addiert.

In vorteilhafter Weise kann der Biegevorgang so an die Eigenschaften der jeweils eingesetzten Glasmaterialen angepasst werden. Es kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren jede beliebige Krümmung am Glasrohling angeformt werden. Die Verformung des Glasrohlings erfolgt somit auf eine Weise, bei der auf Pressformen oder andere Formen vollständig verzichtet werden kann, wodurch die Herstellung der gekrümmten Glaskörper kostengünstig und ohne Erzeugung von Beschädigungen an der Oberfläche des Glaskörpers erfolgen kann.

Eine Verfahrensergänzung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass mehrere Krümmungen gleichzeitig an einem Glasrohling in einer Anordnung der Biegevorrichtung mit mehr als zwei korrespondierenden Greifern und Heizmitteln frei gebogen werden.

Bei dieser Verfahrenvariante kann der Glasrohling gleichzeitig an mehreren Stellen bearbeitet werden, wobei mehrere Greifer an verschiedenen Einspannstellen des Glasrohlings angreifen. Eine dementsprechende Anzahl an Heizmitteln ist vorgesehen, um die jeweiligen Biegebereiche auf Biegetemperatur aufheizen, wobei die vorgesehenen Krümmungen anschließend von den Greifern durch die entsprechenden Biegebewegungen erzeugt werden. Hierdurch kann die Bearbeitungsdauer für einen gekrümmten Glaskörper erheblich reduziert werden, da die Glasrohlinge nur einmal für mehrere Biegevorgänge gleichzeitig in der Biegevorrichtung eingerichtet beziehungsweise positioniert werden müssen.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mehrere Krümmungen in zeitlich aufeinander folgenden Biegevorgängen an einem Glasrohling in einer Anordnung der Biegevorrichtung frei gebogen werden und dass die Greifer nach jedem abgeschlossenen Biegevorgang am jeweils nächsten Biegebereich neu positioniert werden.

Hierbei werden die Krümmungen nacheinander am Glasrohling angeformt. Die Greifer greifen dabei jeweils um einen Biegebereich, so dann heizen die Heizmittel diesen auf die vorgegebene Biegetemperatur auf und die Greifer krümmen dann durch die Biegebewegung den Glasrohling auf der vorgegebenen Krümmungsbahn. Anschließend werden die Greifer neu um den nächsten Biegebereich positioniert und der Biegevorgang wird erfindungsgemäß fortgesetzt. Auf diese Weise können Glaskörper mit sehr komplexen Formen erzeugt werden, wobei beliebige Biegewinkel in verschiedenen Richtungen beziehungsweise Ebenen am Glasrohling angeformt werden können.

Mit den Greifern ist es möglich sehr nahe am Biegebereich zu greifen, so dass die Krümmungen am Glaskörper in kleinen räumlichen Abständen aufeinander folgen können.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Biegekurve des/der Greifer beim Biegen als eine von der gestreckten Länge des Biegebereichs L₀, dem zu erreichenden Endbiegewinkels α_E und/oder des zu erreichenden Biegeradius abhängige Funktion vorgegeben wird.

Der jeweils zu erzeugende Biegewinkel α_N wird dabei in vorteilhafter Weise von der Datenverarbeitungseinheit iterativ berechnet und zur Steuerung der Bewegungsantriebe des oder der Greifer für die vorgesehene Krümmungsbahn vorgegeben.

Es ist weiter vorgesehen, dass der Glasrohling, vorzugsweise in Abhängigkeit des zu erhitzenden Glasvolumens und/oder Stabdurchmessers, während einer vorgegebenen Beheizungsdauer auf eine vorgegebene Biegetemperatur erhitzt wird.

Somit kann die Aufheizzeit individuell eingestellt werden. In vorteilhafter Weise können somit Besonderheiten der Glaszusammensetzung beziehungsweise der Dimensionierung des Glasrohlings berücksichtigt werden.

Eine Weiterbildung des Verfahrens wird dadurch bereitgestellt, dass die Beheizungsdauer und/oder die Biegetemperatur in Abhängigkeit vom Glasmaterial und Durchmesser des Glasrohlings von der Datenverarbeitungseinheit vorgegeben werden.

Ist die für die Verformung des Glasrohlings erforderliche Biegetemperatur erreicht, kann die Krümmungsbahn unabhängig von der Beheizungsdauer beziehungsweise von der Biegetemperatur vorgegeben werden.

In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Greifer in einem Abstand voneinander mit der Länge L_G > L₀ am Glasrohling angreifen.

Somit können die Greifer in einem ausreichenden Abstand vom vorgesehenen Biegebereich angreifen. Je nach Glassorte ist der Temperaturgradient in dem Glas sehr groß, so dass der Abstand dementsprechend gering gewählt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, dass Krümmungen in räumlich kurz aufeinanderfolgenden Abständen angeformt werden können. Dadurch können vielfältige Formen am Glasrohling angeformt werden und somit gekrümmten Glaskörper mit sehr individuellen Formen hergestellt werden.

In vorteilhafter Weise ist des Weiteren vorgesehen, dass die Glasrohlinge zum Biegen von den Greifern sukzessive aus einer Nachschubvorrichtung entnommen werden oder kontinuierlich in die Biegevorrichtung eingeführt werden.

Die eine Verfahrensvariante sieht dabei vor, dass die Glasrohlinge in einer Nachschubvorrichtung zur Verfügung gestellt werden und die Greifer für jeden Herstellungsvorgang die einzelnen Glasrohlinge in der Nachschubvorrichtung greifen. Dabei kann die Positionierung bereits beim Greifen der Glasrohlinge in der Nachschubvorrichtung erfolgen, so dass keine gesonderte Positionierung nachträglich mehr erforderlich ist oder es erfolgt die Positionierung erst in der Biegevorrichtung. Bei dieser Verfahrensvariante hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Greifen der Glasrohlinge besonders schonend für die Glasoberfläche ist, so dass Beschädigungen bei der Herstellung der Glaskörper weitgehend vollständig ausgeschlossen werden können. Es ist somit möglich Glaskörper mit hoher Oberflächengüte zur Verfügung zu stellen.

Bei der alternativen Verfahrensvariante werden die Glasrohlinge der Biegevorrichtung kontinuierlich zugeführt. Dabei können die Glasrohlinge auf entsprechenden Transportmitteln zwischen die geöffneten Greifer geschoben und positioniert werden, so dass die Greifer die Glasrohlinge lediglich einspannen und dann die weitere Bearbeitung erfolgen kann. Diese Verfahrensvariante hat sich als besonders schnell erwiesen. Es ist so möglich die Herstellung der stabförmigen Glasrohlinge und die Weiterverarbeitung zu gekrümmten Glaskörpern in einem integrierten Verfahren zusammenzufassen.

Die Erfindung umfasst des Weiteren für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine Biegevorrichtung zur Herstellung eines gekrümmten Glaskörpers aus einem stabförmigen Glasrohling, mit einer Datenverarbeitungseinheit zur Steuerung des Biegevorganges, mit zumindest einem ersten und zweiten Greifer zum Einspannen wenigstens eines Glasrohlings an zumindest zwei Einspannstellen, wobei zumindest ein Greifer bewegbar ist, sowie mit Heizmitteln zum Aufheizen des für die Krümmung vorgesehenen Biegebereichs L₀ zwischen den Einspannstellen.

Eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Biegevorrichtung wird dadurch bereitgestellt, dass die Heizmittel wenigstens einen Brenner umfassen, welcher zwischen den Einspannstellen der Greifer zum Aufheizen des Biegebereichs L₀ an den eingespannten Glasrohling heran- und zurückfahrbar ist. Damit kann erreicht werden, dass der Brenner zum Aufheizen des zu biegenden Bereichs an den Glasrohling heran gefahren wird und nach Erreichen der Biegetemperatur wieder vom Glasrohling entfernt wird. Dabei wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass der Umformvorgang bei weitgehend gleich bleibender Biegetemperatur erfolgen kann, wodurch eine hohe Qualität der so hergestellten Glaskörper gewährleistet werden kann. Während des Freibiegens ist der Biegebereich frei von Heizelementen, so dass in jede Richtung frei gebogen werden kann.

Alternativ ist von der Erfindung umfasst, dass der Brenner ortsfest in der Biegevorrichtung angeordnet ist und der Glasrohling von den Greifern an den Brenner herangeführt wird.

Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, mehr als einen Brenner für das Aufheizen des Biegebereichs einzusetzen. Dadurch können die Aufheizzeiten verringert und ein gleichmäßigeres Aufheizen des Biegebereichs erreicht werden.

Als Heizmittel können erfindungsgemäß auch andere geeignete Wärmeerzeuger eingesetzt werden, so sind Infrarotstrahler beziehungsweise induktive Heizmittel oder elektrische Heizplatten erfindungsgemäß einsetzbar.

Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die stabförmigen Glasrohlinge mittels einer Nachführvorrichtung der Biegevorrichtung zugeführt werden und dass die Biegevorrichtung Mittel zur sukzessiven oder kontinuierlichen Nachführung der Glasrohlinge aufweist.

Bei der Verfahrensvariante der sukzessiven Bestückung der Biegevorrichtung mit Glasrohlingen ist es zweckmäßig, dass die Greifer Mittel für die Aufnahme der Glasrohlinge aus der Nachführvorrichtung aufweisen. Erfindungsgemäß sind die Greifer hierzu an Armen vorzugsweise Roboterarmen befestigt, welche die Greifer entsprechend der Lage der Glasrohlinge bewegen und positionieren. Es ist erfindungsgemäß auch alternativ vorgesehen, dass die Glasrohlinge mittels eines gesonderten Greiferarms aus der Nachführvorrichtung entnommen werden und den Greifern für den Biegevorgang zugeführt werden. Die Mittel zur sukzessiven oder kontinuierlichen Nachführung der Glasrohlinge können erfindungsgemäß auch als spezielle Spannbacken für die Aufnahme von Glasstäben, als zusätzlicher Greifer oder aber in Form eines Förderbands ausgestaltet sein. Ebenfalls sind Kombinationen dieser Mittel von der Erfindung umfasst.

Alternativ ist vorgesehen, dass die Biegevorrichtung mit Mitteln zum Transport der Glasrohlinge aus der Nachführvorrichtung ausgestattet ist, wobei die Glasrohlinge zu den Greifern geführt werden und erst dann positioniert und eingespannt werden.

Für die Positionierung können Sensormittel die jeweiligen Positionierungsdaten der Glasrohlinge relativ zu den Greifern erfassen und an die Datenverarbeitungseinheit übermitteln, welche die entsprechenden Steuerungsparameter für die Greifer beziehungsweise die Roboterarme, Transportmittel oder dem gesonderten Greiferarm berechnet und vorgibt.

Von der Erfindung ist des Weiteren ein gekrümmter Glaskörper umfasst, welcher aus einem stabförmigen Glasrohling nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren gekrümmt ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist mit einem Glaskörper dadurch gefunden worden, dass der Glasrohling einen Durchmesser von mindestens 1 mm aufweist, vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 5 mm und 10 mm.

Es hat sich erwiesen, dass mit dem Verfahren gekrümmte Glaskörper herstellbar sind, welche einen erheblich größeren Durchmesser als flexible Fasersysteme haben und hierbei kostengünstiger als vergleichbare flexible Fasersysteme (flexible Lichtleiter mit mehreren Einzelfasern aus Kern- und Mantelglas) sind, die oftmals mit einem Schutzmantel aus Kunststoff versehen sind und für welche die Biegefestigkeit eine in der Anwendung zu beachtende Größe darstellt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Glaskörper mit einer großen Transmissions- bzw. Lichtleistung hergestellt werden. Die erfindungsgemäßen Glaskörper können für vielerlei Zwecke eingesetzt werden, insbesondere für Anwendungen, welche neben den optischen Eigenschaften auch eine verwendungsbedingte große Dimensionierung mit entsprechender Materialstärke und Steifigkeit beziehungsweise Robustheit erfordern. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, Stäbe mit einer Länge von bis zu 400 mm und mit einem Durchmesser von bis zu 10 mm zu biegen.

Als besonders vorteilhaft ist gefunden worden, dass der Glaskörper als Lichtleiter zur Licht- oder Bildübertragung ausgebildet ist.

Es ist anzumerken, dass die Verwendung des Begriffs Licht den Erfindungsgedanken nicht auf Licht im sichtbaren Spektrum limitiert. Vielmehr können die Erfindungsgemäßen Glaskörper allgemein insbesondere auch im Zusammenhang mit elektromagnetischer Strahlung beliebiger Wellenlänge verwendet werden, weshalb der Begriff Licht im Rahmen der Erfindung als gleichbedeutend mit elektromagnetischer Strahlung verstanden werden soll.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der stabförmige Glaskörper mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einem einzigen Glastyp (Kernglas) gebildet, der auf einen ihn umgebenden optischen Mantel aus einem zweiten Glastyp (Mantelglas) verzichtet. Die Lichtleitung erfolgt innerhalb des aus dem mantelfreien Glasstab gebildeten mantelfreien Glaskörpers durch Totalreflexion an der Grenzfläche Glas zu Luft. Da der Unterschied der Brechungsindices von Glas und Luft besonders hoch ist, erfolgt die Lichtleitung in dieser Ausführungsform besonders effizient, wodurch mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auch erfindungsgemäße Glaskörper mit kleinen Biegeradien hergestellt werden können, die besonders wenig Lichtverluste aufweisen. Ein weiterer Vorteil der Glaskörper gemäß dieser Ausführungsform ist, dass ihre numerische Apertur den Wert 1 aufweist. Das bedeutet, dass Licht unter sehr großen Einfallswinkeln bis zu 90° relativ zur opt. Achse auf die Eingangsfläche des Glaskörpers fallen kann und trotzdem durch diesen geleitet wird. Diese Eigenschaft vermindert erheblichen Aufwand bei der Konstruktion und Herstellung von Lichtquellen, deren Systeme, beispielsweise Fokussierung und Reflektoren, ansonsten an die numerische Apertur der Lichtleiter angepasst werden müssen.

In einer alternativen Ausführungsform wird der Glaskörper aus einem Glasstab aus einem Kernglas gebildet, der im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform zu mindest einen ihn umhüllenden Mantel aus zumindest einem Mantelglas aufweist. Der Mantel ist in der Weise ausgebildet, dass die Reflexion des durch den Glaskörper geleiteten Lichts an der Grenzfläche des Glasstabes und des Mantelglases stattfindet. Üblicherweise umhüllt das Mantelglas das Kernglas auf seiner Außenfläche vollständig und weist einen kleineren Brechungsindex als das Kernglas auf. Andere Ausgestaltungsmöglichkeiten sind allerdings denkbar und ebenfalls von der Erfindung umfasst, beispielsweise die Verwendung von mehr als einem Mantel und/oder wechselnde Mantelglaszusammensetzungen. Darüber hinaus können auch besondere Geometrien der Glasstäbe und deren Mäntel vorgesehen werden, beispielsweise neben runden auch mehreckige Querschnitte und/oder variierende Dicken von Glasstab und Mantel. Die gemantelte Ausführungsform hat gegenüber der mantelfreien Ausführungsform den Vorteil, dass die Lichttransmission nicht durch auf der Oberfläche des Glaskörpers anhaftende oder grobe Oberflächenbeschädigungen beeinträchtigt wird, die im Fall des mantelfreien Glaskörpers die Totalreflexion an der Grenzfläche zur Luft stören und so zu einer Auskopplung des Lichts aus dem Glaskörpers heraus sorgen können. Es ist allerdings ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass auch mantelfreie Glaskörper ohne kritische Oberflächenbeschädigungen und Verschmutzungen effizient hergestellt werden können.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Glaskörper aus einem Faserstab gebildet. Ein Faserstab kann aus einem oder mehreren gezogenen Glasstäben und/oder Glasfasern bestehen, welche vorzugsweise zumindest aus einem Kern und einen ihn umhüllenden Mantel bestehen. Oftmals werden für der Herstellung von Faserstäben die enthaltenen einzelnen Glasstäbe oder Glasfasern miteinander unter Wärmeeinwirkung verpresst. Der so erhaltene Faserstab kann anschließend mit dem erfindungsgemäßen Verfahren frei geformt werden.

Besonders bevorzugt ist der vorgenannte Faserstab von einem Hüllglas umgeben. Das Hüllglas erfüllt keine optische Funktion, sondern umgibt den Faserstab und verschließt eventuell vorhandene Hohlräume, so dass keine Substanzen wie Flüssigkeiten, Gase oder Schmutzpartikel in den Faserstab eindringen können. Auf diese Weise kann neben der mechanische Stabilität auch die Beständigkeit des Faserstabes gegen Umwelteinflüsse erhöht werden. Das Hüllglas kann vor dem Verformen des Faserstabes durch das erfindungsgemäße Verfahren, aber auch alternativ nach dem Verformen aufgebracht werden.

Werden Faserstäbe aus einer Mehrzahl von einzelnen Glasstäben oder Glasfasern verwendet, die selbst einen Kern und einen Mantel aufweisen, und die so angeordnet sind, dass die Matrix der Lage der Lichteintrittsenden der Matrix der Lage der Lichtaustrittsenden entspricht, spricht man von einem geordneten Faserbündel. Solche geordneten Faserbündel eignen sich besonders für die Bildübertragung.

Besonders bevorzugt besteht der Glaskörper aus einem oder mehreren Multikomponentengläsern. Unter einem Multikomponentenglas versteht man ein Glas, dessen Zusammensetzung aus mehr als eine Komponente besteht. Beispiele von für Faseranwendungen geeigneten Multikomponentengläsern können dem deutschen Patent DE 102 45 987 B3 entnommen werden.

Alternativ kann der Glaskörper auch aus einem oder mehreren Einkomponentengläsern bestehen. Im Gegensatz zum Multikomponentenglas besteht die Zusammensetzung eines Einkomponentenglases im wesentlichen aus einer einzigen Komponente. Das bekannteste Einkomponentenglas ist Quarzglas, welches im wesentlichen aus SiO₂ besteht.

Selbstverständlich ist es möglich, dass gerade bei der Verwendung eines Faserstabes als Ausgangsmaterial für den Glaskörper nicht nur Einzelfasern eines Typs verwendet werden. Gerade wenn in einem Faserstab Einzelfasern sich jeweils unterscheidenden Kern- und Mantelgläsern in geeigneter Weise nebeneinander angeordnet werden, können die optischen Eigenschaften des Faserstabes und damit auch des erfindungsgemäßen Glaskörpers gezielt angepasst werden. Beispielsweise ist es möglich, dass bei entsprechende Anordnung von Einzelfasern mit unterschiedlichen Brechungsindices erreicht werden kann, dass der Faserstab Licht fokussiert. Defokussierende Anordnungen sind ebenfalls möglich. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht nur auf Glaskörper beschränkt, die gleiche Querschnittsflächen aufweisen. Es können ebenfalls Glaskörper verwendet werden, welche beispielsweise eine kleinere Lichteintrittsfläche im Vergleich zur Lichtaustrittsfläche aufweisen. Ein solcher Glaskörper kann beispielsweise dazu verwendet werden, mit einer verhältnismäßig kleinen Lichtquelle ein größeres Raumvolumen auszuleuchten oder den Eindruck einer größeren und damit optisch auffälligerem Lichtaustrittsfläche zu erwecken. Wird eine größere Lichteintrittsfläche im Vergleich zur Lichtaustrittsfläche verwendet, wirkt der Glaskörper als Lichtsammler. Werden als Lichtquelle beispielsweise eine Mehrzahl von LEDs verwendet, kann der erfindungsgemäße Lichtleiter das emittierte Licht sammeln und durch die Lichtaustrittsfläche mit hoher Intensität austreten lassen. Die Geometrie der Lichtaustrittsfläche kann rund oder aber auch frei wählbar sein, so dass der erfindungsgemäße Glaskörper auch als Element einer Beleuchtungseinrichtung eines Fahrzeuges verwendet werden kann, beispielsweise des Hauptscheinwerfers. Natürlich kann die Geometrie des Glaskörpers mit der vorgenannten Zusammenstellung beispielsweise der Einzelfasern kombiniert werden, um bestimmte optische Wirkungen zu erzeugen.

Damit eine weitgehende Gestaltungsfreiheit der Systeme, in denen der erfindungsgemäße Glaskörper eingebaut werden, erreicht werden kann, kann der Glaskörper darüber hinaus variierende Querschnittsflächen und Querschnittsgeometrien aufweisen.

Um insbesondere bei Beleuchtungsanwendungen mit hohen Lichtintensitäten eine hohe mechanische Stabilität zu erreichen, wird ferner erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Glaskörper besonders bevorzugt einen Wärmeausdehnungskoeffizient im Bereich von α < 5·10^–6·K^–1 aufweist. Um optimale Bedingungen eines Lichtleiter bereitzustellen, hat sich als weiter vorteilhaft erwiesen, dass das Glas des Glasrohlings im ungebogenen Zustand eine Transmission von mehr als 80% bei 300 mm aufweist; dass das Glas einen hohen Reinheitsgrad aufweist, vorzugsweise frei von Verunreinigungen mit Fe-Ionen ist; und dass das Glas dauertemperaturbeständig ist, vorzugsweise bis 400°C, sowie dass das Glas hohe chemische Beständigkeit aufweist, vorzugsweise einen geringen oder keinen Anteil an Alkalien enthält.

Als besonders geeignet ist dabei gefunden worden, dass das Glas ein Borosilikatglas ist, mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa α = 3,25·10^–6·K^–1 beziehungsweise dass das Glas ein Quarzglas ist, mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa α = 0,5·10^–6·K^–1.

Die beiden gefundenen Glassorten weisen darüber hinaus einen hohen Grad an Reinheit auf. Als Borosilikatglas kommt für die Anwendung in dem vorbeschriebenen Verfahren vorzugsweise das Schott-Duran^®-Glas in Betracht, welches eine überaus hohe chemische Beständigkeit sowie einen ausreichend guten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Die Zusammensetzung von Schott Duran^® lautet in Gewichtsprozent: SiO₂ 81%, B₂O₃ 13%, Na₂O und/oder K₂O 4% und Al₂O₃ 2%. Seine Wasserbeständigkeit entspricht der Klasse 1 nach DIN ISO 719 (98°C), seine Säurenbeständigkeit der Klasse 1 nach DIN ISO 12 116 und seine Laugenbeständigkeit der Klasse 2 nach DIN ISO 695.

Von der Erfindung ist des Weiteren umfasst eine Verwendung eines erfindungsgemäßen gekrümmten Glaskörpers in einem Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung, welche zumindest ein lichterzeugendes Lichtsystem sowie zumindest einen Lichtaustrittspunkt umfasst, zur Übertragung von Licht zwischen dem lichterzeugenden Lichtsystem und dem zumindest einem Lichtaustrittspunkt. Der erfindungsgemäße Glas körper kann somit als Lichtleiter verwendet werden, der das Licht von der Lichtquelle zu einem beliebigen Ort des Lichtaustritts leitet. Der Ort des Lichtaustritts kann die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters selbst sein, aber auch ein weiteres optisches System, beispielsweise eine oder mehrere Linsen.

Dabei ist als vorteilhaft erkannt worden, dass der Glaskörper, vorzugsweise modulartig, in die Beleuchtungseinrichtung des Kraftfahrzeugs integriert ist.

Somit ist es möglich, Beschädigungen bei der Montage und Wartung des Fahrzeugs im Bereich der Beleuchtungseinrichtung zu vermeiden.

Von der Erfindung ist außerdem umfasst die Verwendung eines erfindungsgemäßen gekrümmten Glaskörpers in einem Gerät der Labortechnik oder in einem Gerät für medizinische Anwendungen, zur Übertragung von Licht oder Bildinformationen des Behandlungsortes, wobei der Glaskörper in dem Gerät integriert ist, vorzugsweise in einem Laryngoskop.

Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Glaskörper eine an die jeweilige labortechnische oder medizinische Anwendung angepasste Form der Krümmung aufweist.

Die Vorteile der Erfindung sind vor allem, dass die Glasrohlinge in verschiedenen Ebenen, mit unterschiedlichen Biegeradien beziehungsweise Biegewinkeln gekrümmt werden können und somit Glaskörper einfach und mit relativ geringen Kosten flexibel zur Verfügung gestellt werden können. Insbesondere werden keine Formen benötigt. Dadurch wird auch die Herstellungszeit verringert, da weder ein Austausch von Formen noch eine Reinigung oder Wartung von Formen erfolgen muss.

Außerdem können die Parameter für die Herstellung der Glaskörper schnell und ohne Materialaufwand an der Datenverarbeitungseinheit eingestellt werden, so dass das Ver fahren ohne wesentliche Einrichtzeit auf verschieden geformte Glaskörper eingerichtet werden kann.

In vorteilhafter Weise ist es mit der Erfindung auch möglich die Qualität der gekrümmten Glaskörper, insbesondere deren Oberflächengüte zu verbessern, da das freie Biegen es ermöglicht, dass der Biegebereich während des Biegevorganges berührungsfrei bleibt. Das heißt, der Glasrohling kommt im aufgeheizten Zustand nicht mit anderen Materialien in Berührung. Mechanische Beschädigungen durch Formen beziehungsweise auch durch Einspannmittel können so vermieden werden. Somit kann mit der Erfindung erreicht werden, dass die Oberfläche des auf Biegetemperatur erhitzten Bereichs des Glasrohlings während dem Freibiegen im Wesentlichen unbeschädigt bleibt, wodurch die beim Herstellen des Glasrohlings erzeugten optischen Eigenschaften der Oberfläche ebenfalls erhalten bleiben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit eingespanntem Glasrohling in zwei verschiedenen Biegezuständen;
2 eine schematische Skizze zur Veranschaulichung der am Umformvorgang beteiligten Parameter.
1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung 1 mit eingespanntem Glasrohling 2 in zwei verschiedenen Zuständen A und B. Im Ausgangszustand A ist der Glasrohlings 2 ungekrümmt in der Vorrichtung 1 aufgenommen. Im Biegezustand B ist der Glasrohling 2 gekrümmt.
Die Biegevorrichtung 1 weist zwei jeweils miteinander korrespondierende Greifer 3, 4 auf. Die Greifer 3, 4 sind in einem vorbestimmten Abstand L_G voneinander beabstandet und am Glasrohling 2 an entsprechenden Einspannstellen 5, 6 befestigt. Zwischen den Greifern 3, 4 ist der Biegebereich L₀ angeordnet, welcher kleiner gewählt ist als der Abstand L_G der Greifer voneinander. Der Abstand der Greifer 3, 4 bzw. der Einspannstellen 5, 6 vom aufzuheizenden beziehungsweise vom zu krümmenden Biegebereich L₀ hängt vom Temperaturgradienten des Glasmaterials ab und kann als Parameter der Datenverarbeitungseinheit vorgegeben werden.
Zwischen den Einspannstellen 5, 6 wird der Glasrohling 2 zum Biegen auf eine Biegetemperatur erhitzt. Zum Biegen ist der Greifer 4 an der Einspannstelle 6 in einer Ebene, welche in der Figur in der Zeichnungsebene liegt, bewegbar. Der Glasrohling 2 kann somit an der Einspannstelle 6 gegenüber der korrespondierenden Einspannstelle 5 frei gebogen werden.
Der bewegbare Greifer 4 wird dem erfindungsgemäßen Verfahren zufolge auf einer vorgegebenen Krümmungsbahn C im Verhältnis zum korrespondierenden Greifer 3 bewegt, wobei die Krümmungsbahn C in Abhängigkeit des Endbiegewinkels beziehungsweise des Endbiegeradius vorgegeben wird. Dies kann vorzugsweise prozessorgesteuert erfolgen, wobei die hierfür vorgesehene Datenverarbeitungseinheit ebenfalls nicht in der Zeichnung dargestellt ist.
Der Biegebereich des Glasrohlings 2 zwischen den Einspannstellen 5, 6 wird während einer vorgegebenen Beheizungsdauer auf die vorgegebene Biegetemperatur erhitzt. Das Erhitzen wird mit geeigneten Heizmitteln 7 vorgenommen.
Die Heizmittel 7 werden in einer Weise zwischen den Einspannstellen 5, 6 angeordnet, dass sie den Glasrohling 2 in Längsrichtung aufheizen können. Der Glasrohling liegt dabei in der dargestellten Ausführungsvariante zwischen zwei Brennern in einer frei bleibenden Ebene. Dadurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass der Glasrohling 2 gleichmäßig und schnell aufheizbar ist. Nach dem Aufheizen werden die Brenner von dem Glasrohling 2 weggefahren und der Glasrohling 2 wird anschließend gebogen. Der Biegevorgang kann somit bei gleich bleibender Biegetemperatur erfolgen. Andere Heizmittel, wie beispielsweise elektrische Heizplatten, Infrarotstrahler oder induktive Heizmittel, sind ebenfalls vorstellbar und von der Erfindung umfasst.
Der in der Biegevorrichtung 1 aufgenommene Glasrohling 2 befindet sich zunächst im Ausgangszustand A, wobei die Greifer 3, 4 den Glasrohling 2 halten. Nachdem der Glasrohling 2 im Biegebereich 8 zwischen den Einspannstellen 5, 6 auf die erforderliche Biegetemperatur gebracht worden ist, wird der Greifer 4 zum Biegen bewegt. Dabei verfährt der Greifer 4 auf einer Krümmungsbahn C relativ gegenüber der Einspannstelle 5 des Glasrohlings 2, die von Greifer 3 gehalten wird, so dass der Glasrohling 2 im Biegebereich 8 gebogen wird. Es ist erfindungsgemäß dazu vorgesehen, dass die Krümmungsbahn C unabhängig von der Beheizungsdauer beziehungsweise der Biegetemperatur vorgegeben wird. Außerdem ist vorgesehen, dass die gestreckte Länge L₀, welche dem Biegebereich 8 entspricht, zwischen den Einspannstellen 5, 6 in Abhängigkeit vom Endbiegeradius beziehungsweise vom Endbiegewinkel vorgegeben wird.
Der Verformvorgang wird erfindungsgemäß von einer elektronische Datenverarbeitungseinheit überwacht, welche in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Dabei wird die Bewegung des Greifers 4 gesteuert und der Aufheizvorgang, dabei insbesondere die Beheizungsdauer, wird in Abhängigkeit von der Biegetemperatur zeitgesteuert. Die Biegetemperatur ergibt sich aus der in den Biegebereich einzubringenden Aufheizenergie. Die Erfindung umfasst dabei, dass die Biegetemperatur und die Beheizungsdauer sowie die Biegedauer, der Endbiegeradius und der Endbiegewinkel prozessorgesteuert von der Datenverarbeitungseinheit vorgegeben werden können.
In vorteilhafter Weise können die Glasrohlinge 2 auch in der Ebene zwischen den Heizmitteln 7 gebogen werden. Darüber hinaus ist ein freies Biegen der Glasrohlinge auch in anderen Ebenen möglich. In vorteilhafter Weise können durch das freie Biegen somit unterschiedliche Biegeradien beziehungsweise Biegewinkeln einfach und kostengünstig flexibel hergestellt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der diesbezüglichen Biegevorrichtung 1 werden keine Formen beim Biegen benötigt, so dass die Kosten für die Herstellung der erfindungsgemäß gekrümmten Glaskörper gering bleiben. Auch wird die Herstellungszeit gegenüber Verfahren des Standes der Technik deutlich reduziert, da weder ein Austausch von Formen noch eine Reinigung oder Wartung von Formen zwischen den aufeinander folgenden Verformvorgängen erfolgen muss, um unterschiedliche Biegewinkel bzw. Biegeradien zu formen. Hierzu müssen ausschließlich die entsprechenden Parameter an die Datenverarbeitungseinheit vorgegeben werden.
Darüber hinaus ist es durch das Freibiegen möglich, die aus den Glasrohlingen 2 hergestellten Glaskörper ohne Berührung mit anderen Materialien im aufgeheizten Biegebereich 8 zu biegen, so dass Glaskörper in hoher Qualität herstellbar sind, wobei die Oberfläche des auf Biegetemperatur erhitzten Biegebereichs 8 des Glasrohlings 2 während des freien Biegens im Wesentlichen unbeschädigt erhalten bleibt, und somit die optische Eigenschaften des Glaskörpers, insbesondere die Transmission von Licht erhalten bleiben.
Gegenüber dem Biegen mit Formen kann die Biegevorrichtung schnell bezüglich ihrer Parameter eingestellt werden. Die Einrichtzeiten der Biegevorrichtung für das Freibiegen sind kurz. So können schnell Glasrohlinge aus unterschiedlichen Glasmaterialien und mit verschiedenen Krümmungen in der Biegevorrichtung verarbeitet werden, wobei die jeweiligen Parameter von der Steuerungseinheit vorgegeben werden.
In 2 stellt eine schematische Skizze dar, zur Veranschaulichung der am Umformvorgang beteiligten Parameter.
Der Glasrohling 2 ist im Ausgangszustand A schematisch als Koordinate X in Richtung entlang seiner Längsachse dargestellt und wird in Richtung der Koordinate Y, welche senkrecht dazu liegt, gebogen. Die strichpunktierten Linien S₁ und S₂ stellen den gekrümmten Glasrohling 2 in unterschiedlichen Biegezuständen B₁ und B₂ dar.
Der Abstand zwischen den Einspannstellen 3, 4 am Glasrohling 2 beträgt im Ausgangszustand A L_G. L_G ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Der für die Krümmung vorgesehene Biegebereich ist als L₀ dargestellt.
Beim Biegen wird die Einspannstelle 5 auf der Krümmungsbahn C bewegt. Die Krümmungsbahn C erstreckt sich vom Ausgangspunkt (X₀/Y₀) beginnend über den Biegezustand B₁ mit den Koordinaten X_N/Y_N bis zum Endbiegezustand B₂.
Beim Verformvorgang wird der Biegewinkel α vom Ausgangswinkel α₀ = 0 bis zum Endbiegewinkel α_E gebogen, wobei die Krümmung dann einen Endbiegeradius R_E aufweist.
Dabei wird L₀ vorgegeben in Abhängigkeit des Endbiegewinkels R_E gemäß der Formel: L0 = 2·RE·π·αE/360°.
Dabei wird der Biegeradius R_n an der Stelle α_n wie folgt vorgegeben: Rn = (L0/2·π)·360°/αn, wobei x_n = sin α_n·R_n und y_n = R_n – cos α_n·R_n entsprechend berechenbar sind. α_n wird iterativ bestimmt und vorgegeben.

1: Biegevorrichtung
2: Glasrohling
3: Greifer
4: Greifer
5: Einspannstelle
6: Einspannstelle
7: Heizmittel
8: Biegebereich
A: Ausgangszustand
B: Endbiegezustand
C: Krümmungsbahn
X: Koordinate
Y: Koordinate
S₁: Krümmung
S₂: Krümmung
B₁: Biegezustand
B₂: Biegezustand
L₀: gestreckte Länge des Biegebereichs
L_G: Abstand der Greifer
α: Biegewinkel
α₀: Ausgangswinkel
α_E: Endbiegewinkel
R_E: Endbiegeradius
R_n: Biegeradius

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mit wenigstens einer Krümmung versehenen Glaskörpers aus einem stabförmigen Glasrohling (2), gekennzeichnet durch die folgenden automatisierten Verfahrensschritte: a. der Glasrohling (2) wird in eine Biegevorrichtung (1) mit wenigstens zwei relativ zueinander bewegbaren Greifern (3, 4) aufgenommen und von den Greifern (3, 4) eingespannt, b. der Glasrohling (2) wird so positioniert, dass ein für eine Krümmung vorgesehener Biegebereich L₀ zwischen dem ersten und dem zweiten Greifer (3, 4) angeordnet ist, c. der Biegebereich L₀ wird mittels Heizmittel (7) auf Biegetemperatur aufgeheizt und anschließend d. wird der Biegebereich L₀ durch eine Biegebewegung der Greifer (3, 4) relativ zueinander frei gebogen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasrohling (3, 4) beim Biegen auf einer Seite des Biegebereichs L₀ von einem ersten Greifer (3) relativ zur Biegevorrichtung (1) festgehalten wird und die Biegebewegung von einem an dem gegenüberliegenden Ende des Biegebereichs L₀ angreifenden, zweiten Greifer (4) ausgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der vorgesehenen Krümmung am Glasrohling (2) die Biege bewegung eine Krümmungsbahn beschreibt und dass die Krümmungsbahn eine Biegekurve und einen Offset-Wert zum Längenausgleich am Glasrohling (2) für jeweils jeden Greifer (3, 4) umfasst.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Krümmungen gleichzeitig an einem Glasrohling (2) in einer Anordnung der Biegevorrichtung (1) mit mehr als zwei korrespondierenden Greifern (3, 4) und Heizmitteln (7) frei gebogen werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Krümmungen in zeitlich aufeinander folgenden Biegevorgängen an einem Glasrohling (2) in einer Anordnung der Biegevorrichtung (1) frei gebogen werden und dass die Greifer (3, 4) nach jedem abgeschlossenen Biegevorgang am jeweils nächsten Biegebereich L₀ neu positioniert werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegekurve des/der Greifer (3, 4) beim Biegen als eine von der gestreckten Länge des Biegebereichs L₀, dem zu erreichenden Endbiegewinkels α_E und/oder des zu erreichenden Biegeradius abhängige Funktion vorgegeben wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasrohling (2), vorzugsweise in Abhängigkeit des zu erhitzenden Glasvolumens und/oder Stabdurchmessers, während einer vorgegebenen Beheizungsdauer auf eine vorgegebene Biegetemperatur erhitzt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizungsdauer und/oder die Biegetemperatur in Abhängigkeit vom Glasmaterial und Durchmesser des Glasrohlings (2) von der Datenverarbeitungseinheit vorgegeben werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifer (3, 4) in einem Abstand voneinander mit der Länge L_G > L₀ am Glasrohling (2) angreifen.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasrohlinge (2) zum Biegen sukzessive von den Greifern (3, 4) aus einer Nachschubvorrichtung entnommen werden oder kontinuierlich in die Biegevorrichtung (1) eingeführt werden.
Biegevorrichtung (1) zur Herstellung eines gekrümmten Glaskörpers aus einem stabförmigen Glasrohling (2), mit einer Datenverarbeitungseinheit zur Steuerung des Biegevorganges, mit zumindest einem ersten und zweiten Greifer (3, 4) zum Einspannen wenigstens eines Glasrohlings (2) an zumindest zwei Einspannstellen (5, 6), wobei zumindest ein Greifer (3, 4) bewegbar ist, sowie mit Heizmitteln (7) zum Aufheizen des für die Krümmung vorgesehenen Biegebereichs L₀ zwischen den Einspannstellen (5, 6).
Biegevorrichtung (1) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel (7) wenigstens einen Brenner umfassen, welcher zwischen den Einspannstellen (5, 6) der Greifer (3, 4) zum Aufheizen des Biegebereichs L₀ an den eingespannten Glasrohling (2) heran- und zurückfahrbar ist.
Biegevorrichtung (1) gemäß mindestens einem der Ansprüche 19 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die stabförmigen Glasrohlinge (2) mittels einer Nachführvorrichtung der Biegevorrichtung (1) zugeführt werden und dass die Biegevorrichtung (1) Mittel zur sukzessiven oder kontinuierlichen Nachführung der Glasrohlinge (2) aufweist.
Gekrümmter Glaskörper, welcher aus einem stabförmigen Glasrohling (2) nach einem Verfahren gemäß Ansprach 1 bis 10 gekrümmt ist.
Gekrümmter Glaskörper nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasrohling (2) einen Durchmesser von mindestens 1 mm aufweist, vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 5 mm und 10 mm.
Gekrümmter Glaskörper nach mindestens einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper als Lichtleiter zur Licht- oder Bildübertragung ausgebildet ist.
Gekrümmter Glaskörper nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper aus einem mantelfreien Glasstab gebildet wird.
Gekrümmter Glaskörper nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper aus einem Glasstab aus einem Kernglas gebildet wird, der von zumindest einem Mantel aus zumindest einem Mantelglas umhüllt ist.
Gekrümmter Glaskörper nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper aus einem Faserstab gebildet wird.
Gekrümmter Glaskörper nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstab aus einer Mehrzahl von Fasern besteht, welche einen Kern aus zumindest einem Kernglas aufweisen, der von zumindest einem Mantel aus zumindest einem Mantelglas umhüllt ist.
Gekrümmter Glaskörper nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstab von mindestens einem Hüllglas umgeben ist.
Gekrümmter Glaskörper nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper aus zumindest einem Multikomponentenglas besteht.
Gekrümmter Glaskörper nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper aus einem Einkomponentenglas besteht.
Gekrümmter Glaskörper nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von α < 5·10^–6·K^–1 aufweist.
Gekrümmter Glaskörper nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des Glasrohlings (2) im ungebogenen Zustand eine Transmission von mehr als 80% bei 300 mm aufweist.
Gekrümmter Glaskörper nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas einen hohen Reinheitsgrad aufweist, vorzugsweise frei von Verunreinigungen mit Fe-Ionen ist.
Gekrümmter Glaskörper nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas dauertemperaturbeständig ist, vorzugsweise bis 400°C.
Gekrümmter Glaskörper nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas hohe chemische Beständigkeit aufweist, vorzugsweise einen geringen oder keinen Anteil an Alkalien enthält.
Gekrümmter Glaskörper nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas ein Borosilikatglas ist.
Gekrümmter Glaskörper nach einem der Ansprüche 14 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas ein Quarzglas ist.
Verwendung eines gekrümmten Glaskörpers nach einem der Ansprüche 14 bis 30 in einem Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung, welche zumindest ein lichterzeugendes Lichtsystem sowie zumindest einen Lichtaustrittspunkt umfasst, zur Übertragung von Licht zwischen dem lichterzeugenden Lichtsystem und dem Lichtaustrittspunkt.
Verwendung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper, vorzugsweise modulartig, in die Beleuchtungseinrichtung des Kraftfahrzeugs integriert ist.
Verwendung eines gekrümmten Glaskörpers nach einem der Ansprüche 14 bis 30 in einem Gerät der Labortechnik oder in einem Gerät für medizinische Anwendungen, zur Übertragung von Licht oder Bildinformationen des Behandlungsortes, wobei der Glaskörper in dem Gerät integriert ist, vorzugsweise in einem Laryngoskop.
Verwendung eines gekrümmten Glaskörpers nach einem der Ansprüche 14 bis 30 als ein Gerät der Labortechnik oder ein Gerät für medizinische Anwendungen, zur Übertragung von Licht oder Bildinformationen des Behandlungsortes, wobei der Glaskörper als Gerät ausgebildet ist, vorzugsweise als Laryngoskop.
Verwendung nach Anspruch 28 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper eine an die jeweilige labortechnische oder medizinische Anwendung angepasste Form der Krümmung aufweist.