DE102013109443A1

DE102013109443A1 - Verfahren zum Ziehen von Glasbändern

Info

Publication number: DE102013109443A1
Application number: DE102013109443.0A
Authority: DE
Inventors: Clemens Ottermann; Frank Büllesfeld; Ulrich Lange
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2033-08-31
Also published as: JP5933655B2; TW201518225A; US20150068251A1; DE102013109443B4; KR20150026911A; JP2015048303A; CN104418485B; CN104418485A; KR101652581B1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Glasbandes, mit den Schritten: – Bereitstellen einer Glas-Vorform mit flachem Querschnitt, wobei die Breite des Querschnitts mindestens fünfmal so groß ist, wie dessen Dicke, wobei der Querschnitt sich in den Randbereichen verjüngt, derart, dass die Dicke der Glas-Vorform an deren Seitenkanten höchstens zwei Drittel, vorzugsweise höchstens die Hälfte der maximalen Dicke eines plattenförmigen Mittenbereichs der Glas-Vorform beträgt, – Erwärmen der Glas-Vorform innerhalb einer Verformungszone, so dass das in der Verformungszone befindliche Glas erweicht, – Anlegen einer Zugkraft auf die Glas-Vorform in Richtung senkrecht zum Querschnitt, so dass die Glas-Vorform in der Verformungszone in die Länge gezogen wird und aus der Glas-Vorform ein Glasband mit flachem Querschnitt erzeugt wird, dessen Breite mindestens fünfmal so groß ist, wie dessen Dicke, und wobei die Dicke des Glasbands geringer ist, als die Dicke der Glas-Vorform.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von flachen Glasbändern. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, mit welchem die Ausbildung von verdickten Randbereichen, die auch als Borten bezeichnet werden, kontrolliert werden kann.
Das Wiederziehen von Gläsern ist prinzipiell bekannt, insbesondere wird das Verfahren auch für das Ziehen von Glasfasern verwendet.
Beim Wiederziehverfahren wird ein Glasstück partiell erwärmt und über geeignete mechanische Betriebsmittel in die Länge gezogen.
Wird das Glasstück – die Vorform – mit konstanter Geschwindigkeit in eine Heizzone eingefahren und das erwärmte Glas mit konstanter Geschwindigkeit gezogen, so entsteht eine von dem Verhältnis der Geschwindigkeiten abhängige Verkleinerung der Querschnittsform der Vorform. Werden also z. B. rohrförmige Vorformen eingesetzt, entstehen wieder rohrförmige Produkte, allerdings mit kleinerem Durchmesser. Die Produkte sind in ihrer Querschnittsform der Vorform ähnlich, meist ist es sogar gewünscht, durch geeignete Maßnahmen eine maßstabsgerecht verkleinerte Abbildung der Vorform zu erreichen. Ein solches Verfahren zur Herstellung von zylinderförmigen Bauteilen aus Glas ist aus der EP 0 819 655 A2 bekannt.
Beim Wiederziehen von Gläsern wird in der Regel eine längliche Vorform einseitig in eine Halterung eingespannt und beispielsweise in einem Muffelofen am anderen Ende erwärmt. Sobald das Glas verformbar wird, wird dieses durch Aufbringen eines Zugs auf das in der Halterung eingespannte Ende der Vorform ausgezogen. Wird dabei die Vorform in die Muffel nachgeschoben, so ergibt sich bei geeigneter Temperaturwahl ein vom Querschnitt kleineres aber geometrisch ähnliches Produkt.
Beispielsweise wird aus einer Vorform mit rundem Querschnitt eine Glasfaser ausgezogen. Die Wahl der Geschwindigkeiten von Ausziehen des Produkts beispielsweise einer Komponente und gegebenenfalls Nachschieben der Vorform bestimmt den Verkleinerungsfaktor des Querschnitts. Normalerweise bleibt das Verhältnis von Dicke zu Breite des Querschnitts der Vorform konstant. Beim Ziehen von Glasfasern ist dies erwünscht, da aus einer Vorform mit rundem Querschnitt eine Glasfaser mit ebenfalls rundem Querschnitt gezogen werden kann.
Schwierig gestaltet sich das Wiederziehen von flachen Komponenten, also Komponenten mit einem Verhältnis von Breite zu Dicke des Querschnitts von beispielsweise 80:1. Es ist nur mit sehr breiten Vorformen möglich, auch breite Komponenten zu ziehen. So kann zum Beispiel aus einer Vorform mit einem Querschnitt von 70 mm Breite und 10 mm Dicke (B/D = 7) eine Komponente mit einem Querschnitt von 7 mm Breite und 1 mm Dicke (b/d = 7) hergestellt werden.
Eine Komponente mit einem breiteren Querschnitt gleicher Dicke ist nur mit dem Einsatz einer Vorform mit einem breiteren oder dünneren Querschnitt möglich. Die Verwendung einer breiteren Vorform scheitert oft an der Herstellbarkeit und die Verwendung einer dünneren Vorform ist zunehmend unwirtschaftlich, da die Vorform beim Wiederziehen häufiger gewechselt werden muss.
Hinzu kommt, dass die in Ziehprozessen hergestellten Glasbänder, insbesondere Dünnglasbänder im Allgemeinen Borten an den beiden Seitenkanten aufweisen. Diese Borten sind Bandbereiche, in denen das Glas deutlich dicker als innerhalb der Qualitätsfläche mit der vorgesehenen Solldicke ist. Die Borten resultieren aus der Oberflächenspannung des Glases in der Schmelze und stellen prinzipiell ein Verlust an nutzbarem Glas dar. In manchen Verfahren, zum Beispiel beim Float-Verfahren werden die Borten zur Führung und/oder Spreizung des Glasbandes benutzt, haben jedoch generell Nachteile und negative Auswirkungen. So ergibt sich eine Reduktion der Qualitätsbreite. Damit einher geht auch ein entsprechender Verlust in der Produktion, etwa durch Energie- und Rohstoffkosten. Die Borten führen auch zu Spannungen im Glasband. Dies kann einen unerwünschten Warp mit sich bringen. Zudem können intrinsische Spannungsfelder zu Ausbeuteverlusten in der Weiterverarbeitung (Rollen, Schneiden) führen.
Sollen die durch die Borten erhöhten Spannungen reduziert werden, müssen eine längere Kühlstrecke vorgesehen oder die Ziehgeschwindigkeit entsprechend verlangsamt werden. Auf diese Weise werden die Anlagenkosten, beziehungsweise die Herstellkosten erhöht.
Borten können in ihrer Ausprägung instabil über den Produktionsprozess sein, „statistisch” ihre Form ändern und damit zu instabilen Prozessen führen.
Für Dünnglas auf Rolle kommt noch hinzu, dass die dickeren Borten den minimalen Krümmungsradius und damit die Auslegung des Wickelkerns beeinflussen, so dass das Glasband auf deutlich größere Rollen gewickelt werden muss. Dies führt zu erhöhtem Platzbedarf bei der Auslegung von Verarbeitungsmaschinen für die Rollen, beziehungsweise auch für deren Lagerung.
In der JP 58-95622 A wird ein Kombination von Heizen und Kühlen des Kantenbereichs der Preformen während der Heißumformung im Wiederzieh-Prozess beschrieben. Dieser Bortenbereich wird in einem zweiten separaten Heizprozess stärker als der zentrale Dünnglasbereich erhitzt und dann lokal abgekühlt. Dies soll die Bortendicke reduzieren. Durch die in diesem Verfahren eingesetzten größeren Temperaturgradienten zwischen Bortenbereich und der Dünnglas-Qualitätszone werden hier jedoch zusätzliche intrinsische Stresskomponenten in der Glasmembran induziert, die sich nachteilig auf die weitere Prozessierung des Glases auswirken.
Damit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Reduktion der Bortenausprägung, speziell beim Wiederziehverfahren zu erreichen.
Durch Reduktion der Bortenausprägung beim Wiederziehverfahren kann eine Minderung, beziehungsweise idealerweise eine Elimination der oben genannten Nachteile erzielt werden. Insbesondere soll durch die Reduktion der Bortenausprägung

– die Qualitätsbreite erhöht,
– die Ausprägung der intrinsischen Spannungen reduziert und damit
– eine höhere Ziehgeschwindigkeiten (Kostenreduktion) ermöglicht,
– der Glasverlust reduziert,
– und die Verwendung eines kleinere Rollenkerndurchmessers ohne Erhöhung der Biegespannungen erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Demgemäß sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Glasbandes vor, mit den Schritten:

– Bereitstellen einer Glas-Vorform mit flachem Querschnitt, wobei die Breite des Querschnitts mindestens fünfmal so groß ist, wie dessen Dicke, wobei der Querschnitt sich in den Randbereichen verjüngt, beziehungsweise die Dicke des Querschnitts abnimmt, derart, dass die Dicke der Glas-Vorform an deren Seitenkanten höchstens zwei Drittel, vorzugsweise höchstens die Hälfte der maximalen Dicke eines plattenförmigen Mittenbereichs der Glas-Vorform beträgt,
– Erwärmen der Glas-Vorform innerhalb einer Verformungszone, so dass das in der Verformungszone befindliche Glas erweicht,
– Anlegen einer Zugkraft auf die Glas-Vorform in Richtung senkrecht zum Querschnitt, so dass die Glas-Vorform in der Verformungszone in die Länge gezogen wird und aus der Glas-Vorform ein Glasband mit flachem Querschnitt erzeugt wird, dessen Breite mindestens fünfmal so groß ist, wie dessen Dicke, und wobei die Dicke des Glasbands geringer ist, als die Dicke der Glas-Vorform.

Der spezielle Querschnitt sorgt dafür, dass die Dicke der Borte erheblich reduziert wird. Dabei ist es weiterhin günstig, wenn die Wirkzeit der hydrodynamischen Umformung der Glaskanten aufgrund der Oberflächenspannungen verringert wird. Ist die Wirkzeit zu lang, kann der durch die besondere Querschnittform verursachte Effekt in der Ausbildung des Querschnitts des gezogenen Glasbands verloren gehen. Die Dicke kann am Rand so reduziert werden, dass eine Kantenfläche bestehen bleibt, deren Höhe geringer als die Dicke der Glas-Vorform ist. Möglich ist aber auch, den Randbereich so abzuschrägen oder zu facettieren, dass keine Kantenfläche mehr vorhanden ist. Die Kanten der Glas-Vorform haben in diesem Fall die Gestalt einer Schneide.
Als Verformungszone wird im Sinne der Erfindung der Anteil der Vorform verstanden, in dem die Vorform eine Dicke zwischen dem 0,95-fachen der Dicke D der Glas-Vorform (0,95·D) und dem 1,05-fachen der Dicke d des Glasbandes (1,05·d) aufweist. Die Verformungszone stellt mit anderen Worten auch den Bereich dar, in welchem sich ein Meniskus zwischen der Vorform und dem gezogenen Glasband ausbildet. Die Verformungszone erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Breite der Vorform.
In der Verformungszone wird das Glas vorzugsweise auf eine für die Erweichung des Glases hinreichende Temperatur T2 gebracht. Die Viskosität liegt bei dieser Temperatur bei höchstens 10⁸ dPas, besonders bevorzugt bei höchstens 10^7,6 dPas. Ein geeigneter Viskositätsbereich liegt zwischen 10⁴ dPas und 10⁸ dPas. In bevorzugten Ausführungsformen wird das Glas in der Verformungszone auf eine Temperatur T2 erhitzt, die einer Viskosität des Glases der Vorform von 10^5,8 dPas bis 10^7,6 dPas entspricht.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Verformungszone eine Länge in Ziehrichtung aufweist, welche kürzer ist, als die Breite der Glas-Vorform. Die Querschnittsverkleinerung geschieht mithin entlang eines nur kurzen Längsabschnitts. Überraschend ist hierbei, dass die kurze Verformungszone und die damit in Ziehrichtung in der Verformungszone auftretende starke Querschnittänderung die Form des Glasbandes nicht negativ beeinflusst. Es werden in Weiterbildung der Erfindung sogar Verformungszonen bevorzugt, welche in Ziehrichtung höchstens halb so lang sind, wie die Breite der Glas-Vorform, besonders bevorzugt, bei welchen die Länge höchstens ein Drittel der Breite der Glas-Vorform beträgt.
Besonders bevorzugt wird die Verformungszone aber anhand der Dicke der Glas-Vorform ausgelegt. In Weiterbildung der Erfindung, unabhängig von der Breite der Vorform wird das Glas so erwärmt, dass die Verformungszone eine Länge in Ziehrichtung von höchstens 6·D, also höchstens dem Sechsfachen der Dicke der Glas-Vorform, bevorzugt höchstens 5·D und besonders bevorzugt höchstens 4·D aufweist.
Typische Längen der Verformungszone in Ziehrichtung sind, abhängig von der Dicke der Glas-Vorform, vorzugsweise höchstens 100 mm, insbesondere höchstens 40 mm und besonders bevorzugt höchstens 30 mm.
Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand der beigeschlossenen Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei verweisen in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen auf jeweils gleiche oder entsprechende Elemente. Es zeigen:
1 schematisch eine Glas-Vorform,
2 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
3 Querschnitte von Glasbändern abhängig von der Länge der Verformungszone,
4 halbierte Querschnitte von 8 mm dicken Vorformen mit unterschiedlich breiten Randbereichen,
5 Querschnitte von aus den in 4 dargestellten Vorformen hergestellten Glasbändern,
6 halbierte Querschnitte von 4 mm dicken Vorformen mit unterschiedlich breiten Randbereichen,
7 Querschnitte von aus den in 6 dargestellten Vorformen hergestellten Glasbändern,
8 einen Verlauf der Heizleistung über die Breite der Glas-Vorform, und
9 bis 14 Ausführungsformen der Formgebung der Randbereiche.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glas-Vorform 3 dargestellt. Die Glas-Vorform 3 weist einen flachen Querschnitt 4 auf, hat also allgemein eine platten- oder scheibenförmige Gestalt. Im Speziellen ist die Breite B des Querschnitts 4 mindestens fünfmal so groß, wie dessen Dicke D.
Wie anhand von 1 zu erkennen ist, weist die Glas-Vorform Randbereiche 40 auf, in welchen sich der Querschnitt verjüngt, beziehungsweise in welchen die Dicke zur jeweiligen Seitenkante 31 hin verjüngt. Die Dicke an den Seitenkanten 31 beträgt höchstens 2/3 der Dicke D im plattenförmigen Mittenbereich 33, in welchem die beiden gegenüberliegenden Seitenflächen 35, 36 der Glas-Vorform 3 parallel verlaufen.
Um die Ausbildung von Borten im aus der Glas-Vorform 3 gezogenen Glasband zu verringern, ist es weiterhin auch günstig, wenn die Randbereiche 40 eine hinreichende Breite haben. Im Speziellen ist es ohne Beschränkung auf das spezielle in 1 gezeigte Beispiel, wenn die Breite B_R der Randbereiche, in welchen sich der Querschnitt 4 verjüngt, beziehungsweise die Dicke des Querschnitts abnimmt, mindestens so groß ist, wie die Dicke D der Glas-Vorform 3.
Um im gezogenen Glasband Spannungen zu vermeiden, ist es weiterhin allgemein günstig, wenn der Querschnitt, wie auch bei dem in 1 gezeigten Beispiel spiegelsymmetrisch zur Mittenebene 39 zwischen den beiden Seitenflächen 35, 36 ausgebildet ist. Damit wird auch die Borte spiegelsymmetrisch, so dass eventuelle Spannungen möglichst kompensiert werden.
Die Länge L der Vorform in Ziehrichtung beträgt vorzugsweise mindestens 500 mm, bevorzugt mindestens 1000 mm. Generell gilt, dass das Verfahren umso wirtschaftlicher betrieben werden kann, je länger die Vorform ist. Somit sind auch noch längere Vorformen denkbar und vorteilhaft.
Des Weiteren gilt vorzugsweise L > B, die Glas-Vorform weist also eine Länge in Ziehrichtung auf, die größer ist, als die Breite des Querschnitts.
2 zeigt eine Ziehvorrichtung 20 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Glas-Vorform 3 ist hier von der Seite in Sicht auf die Kanten 31 gezeigt.
In der Ziehvorrichtung 20 wird die Glas-Vorform 3 beispielsweise von oben nach unten durch die Vorrichtung bewegt. Die Ziehvorrichtung 20 weist zwei Heizeinrichtungen 22 auf, die einem mittleren Bereich der Vorrichtung 20 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform sind die Heizeinrichtungen 22 mit Blenden 23 so abgeschirmt, dass sich ein Verformungsbereich 5 bildet. Ein Anteil der Glas-Vorform 3, der sich in der Verformungszone 5 befindet, wird derart erwärmt, dass er eine Temperatur T2 erreicht, bei welcher die Viskosität des Glases unterhalb von 10⁸ dPas, vorzugsweise höchstens 10^7,6 dPas liegt. Die Verformungszone 5 weist eine Länge L in Ziehrichtung 11 auf. Die Glas-Vorform 3 wird durch eine Zugeinrichtung 26, die hier in Form zweier angetriebener Rollen ausgeführt ist, in Ziehrichtung 11, beispielsweise nach unten gezogen. Dadurch, dass eine Nachschubeinrichtung 27, hier ebenfalls in Form von Rollen ausgestaltet, die Glas-Vorform 3 langsamer nachschiebt als die Zugeinrichtung 26 zieht, verformt sich die Glas-Vorform 3 in der Verformungszone 5. Die Glas-Vorform 3 wird dadurch dünner, die Dicke nach der Verformung d des so ausgebildeten Glasbands 7 ist kleiner als diejenige vor der Verformung D.
Allgemein, ohne Beschränkung auf das in 2 gezeigte spezielle Beispiel einer Ziehvorrichtung 20 wird die Glas-Vorform vorzugsweise vor dem Erwärmen in der Verformungszone 5 bereits vorgewärmt. Zu diesem Zweck weist die Ziehvorrichtung 20 vorzugsweise eine Vorwärmzone auf, in welcher die Vorform auf eine Temperatur T1 erwärmt werden kann. Die Vorwärmzone ist vorzugsweise in einem der Verformungszone in Ziehrichtung 11 gesehen vorgeordneten Bereich, beispielsweise in einem oberen Bereich der Ziehvorrichtung 20 angeordnet. Die Temperatur T1 entspricht vorzugsweise einer Viskosität η1 von 10¹⁰ bis 10¹⁴ dPas. Die Glas-Vorform 3 wird also vorzugsweise vor dem Eintritt in die Verformungszone vorgewärmt. Dadurch wird eine schnellere Bewegung durch die Verformungszone 5 möglich, weil die Zeit, die benötigt wird, um die Temperatur T2 für die Erweichung des Glases zu erreichen, kürzer ist. Ebenfalls wird durch die Vorwärmzone vermieden, dass Gläser mit hohem Temperaturausdehnungskoeffizienten durch zu hohe Temperaturgradienten zerspringen. Die Temperatur T2 ist allgemein, ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel so gewählt, dass das Glas erweicht, dass also die Viskosität des Glases höchstens einen Wert von 10⁸ dPas, besonders bevorzugt höchstens 10^7,6 dPas aufweist.
Bevor das Glas der Glas-Vorform 3 der Verformungszone 5 zugeführt wird, wird es also bei dem in 2 gezeigten Beispiel mit Hilfe einer Vorwärmeinrichtung 28, hier symbolisiert durch eine Brennerflamme, auf eine Temperatur T1 vorgewärmt.
Nach Durchlaufen der Verformungszone 5 wird die Vorform 1 einer Kühleinrichtung 29 zugeführt, die hier durch einen Eiskristall symbolisiert wird. Das Glas wird vorzugsweise kontrolliert langsam heruntergekühlt, um Spannungen abzubauen. Tatsächlich kann die Kühleinrichtung 29 daher als Kühlofen ausgebildet sein, wobei das Glas im Kühlofen den Viskositätsbereich zwischen oberem und unterem Kühlpunkt durchläuft.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner mit einer Glas-Vorform 3 betrieben werden, die auf eine erste Rolle gewickelt ist. In diesem Fall wird die Glas-Vorform 3 so befestigt, dass sie von der Rolle abgewickelt werden kann. Das freie Ende der Glas-Vorform 3 wird dann mittels der Zugeinrichtung und/oder der Nachschubeinrichtung von der Rolle gezogen. Die Glas-Vorform 3 wird dann vorzugsweise kontinuierlich und gleichmäßig durch den Verformungsbereich mit den Heizeinrichtungen 22 gezogen, so dass sich in der Vorform eine Verformungszone 5 ausbildet. Das so hergestellte Glasband wird nach Durchlaufen der Ziehvorrichtung 20 vorzugsweise auf eine zweite Rolle aufgewickelt.
Durch die Bereitstellung der Vorform auf einer Rolle und/oder das Aufwickeln des flachen Glasbands 7 auf eine Rolle kann das Verfahren insgesamt wirtschaftlicher durchgeführt werden, weil die Glas-Vorformen nicht einzeln in die Vorrichtung eingebracht werden müssen.
Abschließend können Glaskomponenten beispielsweise durch Schneiden vom Glasband 7 vereinzelt werden. Ferner können auch die etwas verdickten Randbereiche (Borten) der Glaskomponente abgetrennt werden. Sofern erforderlich kann die Glaskomponente auch noch poliert und/oder beschichtet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren macht Glaskomponenten erhältlich, die eine sehr große verwendbare Glasfläche aufweisen. Das bedeutet, dass der Anteil der Glaskomponente, der die erforderliche Qualität aufweist, sehr groß ist. Der Flächenanteil an Borten, die vor der Verwendung ggf. entfernt werden müssen, ist in dem Verfahren dieser Erfindung klein. Die aus dem Glasband 7 abtrennbaren Glaskomponenten weisen vorzugsweise ein Dicken-Breiten-Verhältnis von 1:2 bis 1:20.000 auf.
Um nun die Ausbildung dicker Borten beim Ziehen des Glasbandes zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die Dicke der Glas-Vorform in den Randbereichen verringert. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass hydro-thermodynamische Prozesse und die Oberflächenspannung des erweichten Glases dem durch die randseitige Querschnittsverjüngung erreichten Effekt entgegenwirken. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Glas-Vorform wird daher vorzugsweise in Zusammenwirken mit einer kurzen Heizzone, beziehungsweise entsprechend einer kurzen Verformungszone 5 kombiniert. Auf diese Weise kann die Borte nicht mehr signifikant durch die Geometrie der Glas-Vorform beeinflusst werden.
Den Einfluss der Länge der Verformungszone 5 in Ziehrichtung zeigt auch 3. In diesem Diagramm sind Querschnitte 6 der gezogenen Glasbänder 7 dargestellt. Die Länge einer Heizmuffel als Heizeinrichtung ist für jeden der Querschnitte 6 in Millimetern angegeben. Die Länge der Heizmuffel gibt ungefähr die Länge der Verformungszone 5 wieder. Die verwendeten Glas-Vorformen dieses Beispiels weisen allerdings keine erfindungsgemäße Verjüngung des Querschnitts in den Randbereichen auf. Die Querschnitte der Vorformen sind mithin rechteckförmig. Zwar ändert sich die Dicke der Borten 9 nur wenig, allerdings führt eine lange Verformungszone zu einer Einschnürung und damit zu einer Verringerung der Breite des Querschnitts. Bei langen Heizzonen oder Muffeln ab 70 mm bis 100 mm Länge in Ziehrichtung wird auch das Glas im Mittenbereich zwischen den Borten 9 dicker. Damit sinkt allerdings auch der relative Dickenunterschied zwischen Borte und Mittenbereich. An sich kommt damit das mit der längsten Heizmuffel (100 mm Länge in Ziehrichtung) gezogene Glasband von seiner Geometrie der rechteckigen Ausgangsgeometrie der Glas-Vorform am nächsten (hier ist auch der unterschiedliche Maßstab der beiden Achsen zu beachten). Dies ist ein maßgeblicher Grund, weshalb bisher sehr lange Verformungszonen, beziehungsweise entsprechend lange Heizzonen in Ziehvorrichtungen verwendet wurden. Es wird aber anhand der Querschnitte der mit kürzeren Verformungszonen hergestellten Glasbänder deutlich, dass diese eine bessere Parallelität der Seitenflächen 35, 36 im Mittenbereich aufweisen.
Außerdem ist ersichtlich, dass mit Abnahme der Länge der Verformungszone auch der Schrumpf der Breite des Glasbands 7 gegenüber der Breite der Glas-Vorform 3 abnimmt. Allgemein, ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel der 3 ist in Weiterbildung der Erfindung daher vorgesehen, dass die Breite b des hergestellten Glasbands 7 gegenüber der Breite B der Glas-Vorform 3 vorzugsweise kaum verkleinert wird. Damit ist gemeint, dass das Glasband 7 so gezogen wird, dass das Verhältnis B/b von Breite B des Querschnitts 4 der Glas-Vorform 3 zu Breite des Querschnitts 6 des gezogenen Glasbands 7 höchstens 2, weiter bevorzugt höchstens 1,6 und besonders bevorzugt höchstens 1,25 beträgt.
4 zeigt Querschnitte 4 von Glas-Vorformen mit unterschiedlich breiten Randbereichen 40. Die Querschnitte 4 sind jeweils nur zur Hälfte dargestellt. Die Breite L_F des Randbereichs 40, in welchem sich der Querschnitt, beziehungsweise die Dicke zur Seitenkante 31 hin verjüngt, ist jeweils oberhalb des Querschnitts angegeben. Der oben dargestellte, nicht erfindungsgemäße Querschnitt 4 weist keinen sich verjüngenden Randbereich 40 auf und ist daher rechteckförmig. Die übrigen Querschnitte sind an der Seitenkante 31 facettiert, so dass sich ein Randbereich 40 mit zur Seitenkante 31 hin abnehmender Dicke ergibt. Die Dicke der Glas-Vorformen dieses Beispiels beträgt jeweils 8 mm. Die Ränder sind so facettiert, dass eine Kantenfläche 32 mit einer Höhe von 2 Millimetern verbleibt.
Demgemäß gilt für alle Glas-Vorformen außer der obersten Vorform mit L_F = 0 mm, dass die Dicke an den Seitenkanten 31, beziehungsweise hier die Höhe der Kantenfläche 32 weniger als die Hälfte (nämlich ein Viertel) der maximalen Dicke des plattenförmigen Mittenbereichs 33 der Glas-Vorform 3 beträgt.
Auch gilt für alle Vorformen außer der obersten, dass die Breite der Randbereiche 40 in welchen sich der Querschnitt 4 verjüngt, mindestens so groß ist, wie die Dicke D der Glas-Vorform 3. Für die zweitoberste Vorform mit L_F = 8 mm ist die Breite des Randbereichs 40 genau so groß wie die Dicke der Glas-Vorform.
5 zeigt die Querschnitte 6 der aus den Glas-Vorformen gemäß 4 gezogenen Glasbänder 7. Wieder sind nur randseitige Ausschnitte der Querschnitte 6 dargestellt. Die Querschnitte wurden mittels einer Simulation errechnet. Der Simulation lagen folgende Parameter zugrunde: Die Glasbänder wurden in einer 40 mm langen Heizmuffel mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 1000 Millimetern pro Minute hergestellt, wobei das Glasband auf eine Dicke von 100 Mikrometern ausgezogen wurde.
Alle Glasbänder, beziehungsweise entsprechend auch deren Querschnitte 6 zeigen Borten 9, die sich als Verdickung am Rand des Glasbands darstellen.
Bei der Vorform ohne Facettierung der Kante (L_F = 0 mm) ergibt sich eine Borte mit einer Höhe von etwa 0,9 Millimetern Höhe. Die erfindungsgemäßen Vorformen zeigen demgegenüber eine geringere Höhe der Borten, als die nicht erfindungsgemäße Glas-Vorform mit rechteckigem Querschnitt und L_F = 0 mm. Selbst bei der Glas-Vorform mit L_F = 8 mm, bei welcher also die Breite des Randbereichs 40 gerade so groß ist, wie die Dicke der Vorform zeigt sich gegenüber der Vorform mit rechteckigem Querschnitt bereits eine Reduzierung der Bortenhöhe von 0,9 mm auf etwa 0,8 mm. Da die Steifigkeit eines Körpers mit der dritten Potenz der Dicke ansteigt, ergibt sich auch in diesem Fall bereits eine deutlich flexibleres Glasband, was unter anderem das Aufwickeln auf einen kleineren Rollenkern ermöglicht.
Außerdem eingezeichnet ist ein Pfeil 13. Dieser Pfeil kennzeichnet die Bortenhöhe, die sich ergibt, wenn eine nicht erfindungsgemäße Glas-Vorform ohne sich im Randbereich verjüngenden Querschnitt, aber einer Dicke von nur zwei Millimetern verwendet und ein Glasband mit einer Dicke von ebenfalls 100 Mikrometern gezogen wird. Bei einer Breite des Randbereichs von 32 Millimetern ist die Bortenhöhe bereits ähnlich groß, bei den Glas-Vorformen mit Breiten des Randbereichs ab 40 Millimetern ist die Bortenhöhe sogar geringer. Im Verhältnis zur Dicke der Glas-Vorform längere Randbereiche sind also wirksamer hinsichtlich der Unterdrückung hoher Borten. Es wird daher allgemein bevorzugt, eine Glas-Vorform 3 zu verwenden, bei welcher die Randbereiche 40, in welchen sich die Dicke der Glas-Vorform zur Kante hin verringert, jeweils mindestens dreimal, bevorzugt mindestens viermal so breit sind, wie die Dicke der Glas-Vorform.
Wie anhand des Ausführungsbeispiels der 5 ersichtlich ist, erleichtert die Erfindung weiterhin auch, Glasbänder zu ziehen, die eine gegenüber der Glas-Vorform 3 erheblich reduzierte Dicke aufweisen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt dabei die Dicke d des Glasbands 7 nur 1/80 der Dicke der Vorform.
Allgemein wird bevorzugt, dass das Glasband so weit ausgezogen wird, dass dessen Dicke d vorzugsweise höchstens ein Zehntel, weiter bevorzugt höchstens ein Dreißigstel und besonders bevorzugt höchstens ein Fünfundsiebzigstel der Dicke der Glas-Vorform 3 beträgt. Dies kann insbesondere vorteilhaft auch mit der oben genannten geringen Verringerung der Breite des Glasbands gegenüber der Breite der Glas-Vorform kombiniert werden.
Das Glasband weist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Dicke d von vorzugsweise weniger 300 Mikrometern, weiter bevorzugt weniger als 200 μm, weiter bevorzugt weniger als 150 μm auf. Es ist auch möglich, Glasbänder mit einer Dicke von 50 μm und weniger zu ziehen.
Mit der Erfindung ist es also möglich, das Breite-zu-Dicke-Verhältnis der Glas-Vorform (B/D) im Vergleich zu dem Breite-zu-Dicke-Verhältnis des Glasbandes (b/d) deutlich zu vergrößern.
Allgemein, ohne Beschränkung auf die Ausführungsbeispiele wird also gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aus einer Glas-Vorform mit einer Breite B und einer Dicke D ein flaches Glasband 7 mit einer Breite b und einer Dicke d gezogen, wobei das Verhältnis b/d wesentlich größer ist als das Verhältnis B/D. Allgemein, ohne Beschränkung auf die Ausführungsbeispiele kann das Glasband 7 mit der erfindungsgemäßem Formgebung des Querschnitts der Glas-Vorform und der bevorzugten kurzen Heizzone unter Vergrößerung des Aspektverhältnisses von Länge zu Breite der Glas-Vorform 3 so gezogen werden, dass das Verhältnis von Länge zu Breite des Querschnitts 6 des Glasbandes mindestens zwanzigmal größer ist, als das Verhältnis von Länge zu Breite des Querschnitts 4 der Glas-Vorform 3.
Anhand der 6 und 7 werden weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Glas-Vorformen und daraus hergestellter Glasbänder erläutert.
Die in 6 gezeigten Glas-Vorformen 3 sind ebenso wie in 4 wiederum nur hälftig dargestellt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 4 beträgt die Dicke der Glas-Vorformen hier jedoch nur 4 mm. Bei der obersten Glas-Vorform 3 ist kein Randbereich mit sich verjüngendem Querschnitt vorhanden. Es handelt sich hier mithin nicht um eine Glas-Vorform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die beiden mittleren Glas-Vorformen 3 weisen jeweils einen Randbereich 40 mit einer Breite L_F von 40 mm auf. Bei der untersten Glas-Vorform 3 ist ein kürzerer Randbereich mit einer Länge L_F = 24 mm vorgesehen. Bei den erfindungsgemäßen Glas-Vorformen ist zusätzlich zur Breite L_F des Randbereichs 40 auch noch die Dicke D_E an der Seitenkante 31 angegeben. Bei der zweitobersten Glas-Vorform beträgt die Dicke D_E 0,5 mm, die beiden unteren Glas-Vorformen weisen ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel der 4 eine Dicke D_E von 2 mm auf. Für alle diese Glas-Vorformen gilt demnach, dass der Querschnitt 4 sich in den Randbereichen 40 verjüngt, derart, dass die Dicke der Glas-Vorform 3 an deren Seitenkanten 31 höchstens zwei Drittel beträgt. Im Speziellen beträgt die Dicke bei den beiden unteren Vorformen die Hälfte der maximalen Dicke des plattenförmigen Mittenbereichs 33 der Glas-Vorform 3, bei der zweitobersten Glas-Vorform beträgt die Dicke D_E nur ein Achtel der maximalen Dicke im Mittenbereich 33, beziehungsweise allgemeiner der Dicke der Vorform.
Anhand von 7 wird ersichtlich, dass bei allen erfindungsgemäßen Glas-Vorformen eine deutliche Reduzierung der Höhe der Borten 9 erzielt wird. Alle erfindungsgemäßen Glas-Vorformen 3 gemäß 6 erfüllen auch die bevorzugte Eigenschaft, dass die sich verjüngenden Randbereiche 40 mindestens dreimal, bevorzugt mindestens viermal so breit sind, wie die Dicke der Glas-Vorform 3, beziehungsweise die maximale Dicke des plattenförmigen Mittenbereichs 33. Im Speziellen ist bei der Glas-Vorform 3 mit L_F = 24 mm der Randbereich sechsmal so breit, wie die Dicke im Mittenbereich. Bei den beiden Glas-Vorformen mit L_F = 40 mm ist der Randbereich sogar zehnmal breiter.
Die geringste Höhe der Borte 9 wird bei der Glas-Vorform mit der geringsten Dicke (0,5 mm) an der Seitenkante 31 erzielt. Es ist daher auch günstig, die Dicke an der Seitenkante möglichst weit zu reduzieren. Allerdings steigt mit immer mehr einer Schneide angenäherter Geometrie auch die Gefahr, dass Defekte an der Seitenkante eingefügt werden. Generell ist in Weiterbildung der Erfindung daher vorgesehen, dass die Dicke an der Seitenkante mindestens noch ein Zehntel der Dicke im plattenförmigen Mittenbereich, beziehungsweise der Dicke der Glas-Vorform 3 beträgt.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele basieren weiterhin nun darauf, dass in der Verformungszone 5 ein homogenes Temperaturprofil in Richtung senkrecht zur Ziehrichtung 11 besteht. Allerdings geht bei der kurzen Verformungszone, die in Weiterbildung der Erfindung eine Länge von höchstens dem sechsfachen der Dicke der Glas-Vorform aufweist, auch eine schnelle Erwärmung des Glases einher. Hier kann es nun dazu kommen, dass sich die Randbereiche 40 aufgrund der geringeren Glasdicke schneller und/oder auf eine höhere Temperatur erwärmen, als der plattenförmige Mittenbereich 33. Die damit verbundene niedrigere Viskosität im Randbereich 40 kann dann aufgrund der Oberflächenspannung des Glases dazu führen, dass der Effekt der Kompensation der Borten-Ausbildung teilweise rückgängig gemacht wird. In Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass das Glas, beziehungsweise die Glas-Vorform 3 – vorzugsweise in der Verformungszone 5 – mit einer Heizeinrichtung geheizt wird, welche in den Randbereichen 40 eine geringere Heizleistung auf das Glas ausübt, als im plattenförmigen Mittenbereich.
8 zeigt dazu schematisch als Diagramm die Heizleistung P einer Heizeinrichtung über die Breite B der Glas-Vorform 3. Die in den Randbereichen 40 abfallende Heizleistung kann nicht nur durch die Heizeinrichtungen 22 zur Erweichung des Glases in der Verformungszone 5, sondern gegebenenfalls auch durch die Vorwärmeinrichtung 28 erzeugt werden.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Formgebung des Querschnitts von für die Erfindung geeigneten Glas-Vorformen 3 beschrieben. In den nachfolgenden Figuren ist jeweils nur ein Teil der Glas-Vorform mit einem der Randbereiche 40 dargestellt.
9 zeigt eine Ausführungsform, wie sie auch den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen zugrunde lag. Der Randbereich 40 weist zwei Schrägflächen 41, 42 auf. Demgemäß verjüngt sich der Querschnitt, beziehungsweise die Dicke kontinuierlich und geradlinig zur Seitenkante 31 hin. Die Seitenkante 31 wird durch eine Kantenfläche 32 gebildet. Diese Form des Querschnitts kann in einfacher Weise beispielsweise durch Einschleifen der Schrägflächen 41, 42 gebildet werden. Die Höhe der Kantenfläche 32 beträgt erfindungsgemäß höchstens 2/3 der Dicke der Glas-Vorform 3 im plattenförmigen Mittenbereich 33.
10 zeigt eine Variante der in 9 dargestellten Ausführungsform. Bei dieser Variante sind anstelle der ebenen Schrägflächen 41, 42 konkave Flächen 43, 44 auf. Eine solche Formgebung kann eine weitere Kompensation der Ausbildung von Borten bewirken.
11 zeigt eine vereinfachte Weiterbildung der in 10 dargestellten Ausführungsform. Hier sind die konkaven Flächen 43, 44 durch zwei Schrägflächen 41, 42 angenähert, an die sich zwei parallele Flächen 45, 46 anschließen. Die Kantenfläche 32 schließt an die beiden zueinander parallelen Flächen an.
12 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Verjüngung des Querschnitts im Randbereich 4 durch zwei zur Seitenkante 31 hin aufeinander zu laufende konvexe Flächen 46, 47 erfolgt. Eine allgemein konvexe Form des Randbereichs ist günstig, um Einschnürungen neben der Borte 9 zu reduzieren. Eine solche Einschnürung ist beispielsweise in 5 im Querschnitt des Glasbands zu erkennen, dass aus der Glas-Vorform mit L_F = 48 mm gezogen wurde. Hier ist die Dicke des Glasbandes neben der Borte 9 bei einer Breitenkoordinate von 160 mm etwas geringer, als die Glasdicke weiter mittig, etwa bei 100 mm. Eine konvexe Form ist daher günstig, um die Nutzbreite des gezogenen Glasbands 7 zu vergrößern.
13 zeigt eine Variante, bei welcher ebenfalls eine konvexe Form der Randbereiche vorhanden ist, wobei auch die Seitenkante 31 konvex geformt ist. Die Seitenkante 31 ist also abgerundet und es ist keine ebene Kantenfläche 32 vorhanden. Der Randbereich 40 wird hier demgemäß durch eine einzelne konvexe Fläche 46 gebildet.
Alle bisher dargestellten Randbereiche waren wie auch bei dem in 1 gezeigten Beispiel spiegelsymmetrisch zur Mittenebene zwischen den beiden Seitenflächen 35, 36. Dies ist vorteilhaft, um eine ebenfalls spiegelsymmetrische Borte 9 auszubilden. 14 zeigt nun ein Beispiel, bei welchem die Verjüngung des Querschnitts im Randbereich 40 nicht spiegelsymmetrisch ist. Im Speziellen ist hier nur eine einzelne Schrägfläche 41 oder Facette vorgesehen, welche sich von einer Seitenfläche 36 und schräg zu dieser bis zur Kantenfläche 32 erstreckt. Allgemein, ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel ist gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung also eine einseitige Verjüngung des Querschnitts im Randbereich 40 vorgesehen, wobei eine der Seitenflächen (im Beispiel die Seitenfläche 35) weiter gerade in den Randbereich 40 hinein verläuft.
Eine solche Ausführungsform der Erfindung ist zunächst einmal deshalb von Vorteil, da die Herstellung des Randbereichs 40 vereinfacht wird. Beispielsweise können hierzu Maschinen für die Facettierung von Spiegeln verwendet werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, da die Asymmetrie des Randbereichs 40 nun gerade auch eine Asymmetrie in der Temperaturverteilung zwischen den beiden Seitenflächen in der Verformungszone 5 ausgleichen kann. Umgekehrt kann gegebenenfalls auch in einfacher Weise eine asymmetrische Heizung verwendet werden, um wieder zu einer symmetrischen Borte 9 zu gelangen.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung im Rahmen der Patentansprüche vielfältig variiert werden. Insbesondere können auch die Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. So kann beispielsweise das asymmetrische Profil gemäß 14 mit den Flächenformen der Randbereiche der 10 bis 13 abgeändert werden. Beispielsweise kann die Schrägfläche 41 durch eine konvexe Fläche 43, eine Annäherung einer konvexen Fläche durch zwei oder mehr Schrägflächen, eine konvexe Fläche 46 mit Kantenfläche 32 oder eine sich bis zur Seitenfläche 35 erstreckende konvexe Fläche ersetzt werden.
Bezugszeichenliste

3: Glas-Vorform
4: Querschnitt von 3
5: Verformungszone
6: Querschnitt von 7
7: Glasband
9: Borte
11: Ziehrichtung
13: Bortendicke bei einer 2 mm dicke Glas-Vorform
20: Ziehvorrichtung
22: Heizeinrichtung
23: Blende
26: Zugeinrichtung
27: Nachschubeinrichtung
31: Seitenkante
32: Kantenfläche
33: Mittenbereich von 3
35, 36: Seitenfläche
40: Randbereich
41, 42: Schrägflächen
43, 44: konkave Flächen
45, 46: parallele Flächen
46, 47: konvexe Flächen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0819655 A2 [0004]
JP 58-95622 A [0013]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Glasbandes, mit den Schritten: – Bereitstellen einer Glas-Vorform (3) mit flachem Querschnitt (4), wobei die Breite des Querschnitts mindestens fünfmal so groß ist, wie dessen Dicke, wobei der Querschnitt (4) sich in den Randbereichen (40) verjüngt, derart, dass die Dicke der Glas-Vorform (3) an deren Seitenkanten (31) höchstens zwei Drittel, vorzugsweise höchstens die Hälfte der maximalen Dicke eines plattenförmigen Mittenbereichs (33) der Glas-Vorform (3) beträgt, – Erwärmen der Glas-Vorform (3) innerhalb einer Verformungszone (5), so dass das in der Verformungszone (5) befindliche Glas erweicht, – Anlegen einer Zugkraft auf die Glas-Vorform in Richtung senkrecht zum Querschnitt, so dass die Glas-Vorform (3) in der Verformungszone (5) in die Länge gezogen wird und aus der Glas-Vorform (3) ein Glasband (7) mit flachem Querschnitt (6) erzeugt wird, dessen Breite mindestens fünfmal so groß ist, wie dessen Dicke, und wobei die Dicke des Glasbands (7) geringer ist, als die Dicke der Glas-Vorform (3).
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungszone (5) eine Länge in Ziehrichtung (11) aufweist, welche kürzer ist, als die Breite der Glas-Vorform (3).
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas so erwärmt wird, dass die Verformungszone (5) eine Länge in Ziehrichtung (11) aufweist, welche höchstens dem sechsfachen der Dicke der Glas-Vorform (3) entspricht.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Glas-Vorform (3) bereitgestellt wird, bei welcher die Breite der Randbereiche (40) in welchen sich der Querschnitt (4) verjüngt, mindestens so groß ist, wie die Dicke D der Glas-Vorform (3).
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Glas-Vorform (3) bereitgestellt wird, bei welcher die Dicke an der Seitenkante (31) mindestens noch ein Zehntel der Dicke der Glas-Vorform (3) beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Glas-Vorform (3) bereitgestellt wird, bei welcher die Randbereiche (40) mindestens dreimal, bevorzugt mindestens viermal so breit sind, wie die Dicke der Glas-Vorform (3).
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Glas in der Verformungszone (5) so erwärmt wird, dass die Viskosität des Glases höchstens 10^7,6 dPas beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Glasband (7) so gezogen wird, dass das Verhältnis von Breite des Querschnitts (4) der Glas-Vorform (3) zu Breite des Querschnitts (6) des gezogenen Glasbands (7) höchstens 2, weiter bevorzugt höchstens 1,6 und besonders bevorzugt höchstens 1,25 beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Glasband (7) so weit ausgezogen wird, dass dessen Dicke höchstens ein Zehntel, bevorzugt höchstens ein Dreißigstel, besonders bevorzugt höchstens ein Fünfundsiebzigstel der Dicke der Glas-Vorform (3) beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Glasband (7) so gezogen wird, dass das Verhältnis von Länge zu Breite des Querschnitts (6) des Glasbandes (7) mindestens zwanzigmal größer ist, als das Verhältnis von Länge zu Breite des Querschnitts (4) der Glas-Vorform (3).
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Glas-Vorform (3) mit einer Heizeinrichtung (22) geheizt wird, welche in den Randbereichen (40) eine geringere Heizleistung auf das Glas ausübt, als im plattenförmigen Mittenbereich (33).