DE102014007230A1 - protective glass - Google Patents

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand
    • A61F9/02—Goggles
    • A61F9/022—Use of special optical filters, e.g. multiple layers, filters for protection against laser light or light from nuclear explosions, screens with different filter properties on different parts of the screen; Rotating slit-discs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/005—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to introduce in the glass such metals or metallic ions as Ag, Cu

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Schutzgläser, insbesondere Schweisserschutzgläser. Schweisserschutzgläser müssen das Auge in den Wellenlängenbreichen der ultravioletten, sichtbaren und infraroten Strahlung, die von der Schweißflamme bzw. dem Lichtbogen ausgeht, schützen. Das erfindungsgemäße Schutzglas besteht aus einem Floatglas. Die Filterwirkung im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Spektralbereich wird erzielt, indem das Floatglas nachträglich in oberflächennahen Bereichen mit Metallpartikeln z. B. aus Gold, Silber oder Kupfer dotiert wird. Das Glas wirkt dadurch dunkel bis schwarz und genügt den Anforderungen an ein Schweisserschutzglas. Die unterschiedlichen Schutzstufen des Schutzglases werden durch verschiedene Konzentrationen der Metallpartikel realisiert.The present invention relates to protective glasses, in particular Schweißerschutzgläser. Welding protection glasses must protect the eye in the wavelength ranges of the ultraviolet, visible and infrared radiation emanating from the welding flame or the arc. The protective glass according to the invention consists of a float glass. The filter effect in the ultraviolet, visible and infrared spectral range is achieved by the float glass subsequently in near-surface areas with metal particles z. B. from gold, silver or copper is doped. As a result, the glass looks dark to black and meets the requirements of a welding protection glass. The different levels of protection of the protective glass are realized by different concentrations of metal particles.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft Schutzgläser, insbesondere Schweisserschutzgläser. Schweisserschutzgläser, die z. B. in Schutzbrillen verwendet werden, müssen nach Norm DIN EN 166/169 das Auge in den Wellenlängenbreichen der ultravioletten, sichtbaren und infraroten Strahlung, die von der Schweißflamme bzw. dem Lichtbogen ausgeht, schützen.The present invention relates to protective glasses, in particular Schweißerschutzgläser. Welding protection glasses z. B. used in goggles must after Standard DIN EN 166/169 protect the eye in the wavelength ranges of ultraviolet, visible and infrared radiation emanating from the welding flame or the arc.

Stand der TechnikState of the art

Schweisserschutzgläser bestehen aus farbigem, dunklem Spezialglas, dessen Farbe durch die Existenz von Eisenoxid im Glasinneren hervorgerufen wird [ Bach, Neuroth „The Properties of Optical Glass” ISBN 3-540-58357-2 ]. Man unterscheidet je nach Schweiß-Anwendung bis zu 14 verschiedene Schutzstufen von Schweisserschutzgläsern. Diese Schutzstufen werden realisiert, indem dem Glas bei der Herstellung unterschiedlich hohe Konzentrationen von Eisenoxid beigefügt werden. Dieses Spezialglas enthält dann im gesamten Volumen Eisenoxid und ist grün bis schwarz im gesamten Volumen durchgefärbt. Damit werden die in der Norm DIN EN 166/169 vorgeschriebenen Grenzwerte im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Spektralbereich des Lichtes je nach Schutzstufe realisiert. Das eisenoxidhaltige Rohglas für die herkömmlichen Schweisserschutzgläser wird in einem Flachglas-Ziehverfahren, dem sogenannten Fourcault-Verfahren, maschinell hergestellt. Dies ist ein sehr kostenintensives Herstellungsverfahren, dass, eingesetzt nur für die Bereitstellung von Rohglas für die Schweisserschutzglasfertigung, kaum wirtschaftlich ist und damit zu einem kostenintensiven Rohglas für die Schweisserschutzglasfertigung führt. Weiterhin ist festzustellen, dass aus den genannten Gründen die Herstellung des Glases weltweit immer mehr zurück geht und damit das Rohglas kaum noch am Markt verfügbar ist.Welding protection glasses consist of colored, dark special glass, the color of which is caused by the existence of iron oxide inside the glass [ Bach, Neuroth "The Properties of Optical Glass" ISBN 3-540-58357-2 ]. Depending on the welding application, a distinction is made between up to 14 different protection levels of welding protection glass. These levels of protection are realized by adding different concentrations of iron oxide to the glass during manufacture. This special glass then contains iron oxide throughout the volume and is dyed through the entire volume from green to black. This will be in the Standard DIN EN 166/169 prescribed limits in the ultraviolet, visible and infrared spectral range of light depending on the protection level realized. The iron oxide-containing raw glass for the conventional welding protection glasses is produced by machine in a flat glass drawing process, the so-called Fourcault process. This is a very costly manufacturing process that, used only for the provision of raw glass for the welding protection glass production, is hardly economical and thus leads to a costly raw glass for the welding protection glass production. Furthermore, it can be said that for the reasons mentioned, the production of glass worldwide is declining more and more, leaving the raw glass barely available on the market.

Neben dem Kostennachteil bzw. der mangelnden Verfügbarkeit besitzt das Glas auch anwendungsspezifische Nachteile. Herstellungsbedingt existieren Einschränkungen in der optischen Qualität des Glases, so dass nur ein Teil des so hergestellten Rohglases zu Schweisserschutzglässern verarbeitet werden kann. Insbesondere Fehler in der Oberflächengüte des Glases wie auftretende Welligkeiten und Ziehstreifen führen zu einem erhöhten Anteil nicht verwendbarem Rohglases. Weiterhin ist die gleichmäßige, örtliche Verteilung der Konzentration von Eisenoxid bezogen auf die großen Außenflächen des Glases nur mit großem Aufwand herstellbar. Die Gleichmäßigkeit der lokalen Konzentrationsverteilung ist jedoch maßgeblich für die Homogenität der Filterwirkung des Glases. Aus diesem Grund müssen Schweisserschutzgläser, die aus einer solchen Rohglastafel hergestellt werden, anschließend ortsaufgelöst auf ihre Filterwirkung untersucht werden. Bei dieser Qualitätsprüfung wird ein größerer Teil der Gläser aussortiert, da sie der Homogenitätsvorgabe nicht genügen.In addition to the cost disadvantage or the lack of availability, the glass also has application-specific disadvantages. Due to the production, there are limitations in the optical quality of the glass, so that only part of the raw glass produced in this way can be processed into welding protection glasses. In particular, defects in the surface quality of the glass, such as undulations and drawing strips, lead to an increased proportion of unusable raw glass. Furthermore, the uniform, local distribution of the concentration of iron oxide based on the large outer surfaces of the glass can be produced only with great effort. However, the uniformity of the local concentration distribution is decisive for the homogeneity of the filter effect of the glass. For this reason, welder protection glasses, which are produced from such a raw glass panel, must then be investigated spatially resolved for their filtering effect. In this quality test, a larger part of the glasses is sorted out because they do not meet the homogeneity requirement.

Schweisserschutzgläser auf Basis von eisenoxidhaltigen Rohgläsern, die nach dem Fourcault-Verfahren hergestellt wurden, zeichnen sich also herstellungsbedingt durch hohe Stückkosten als auch Einschränkungen in der optischen Qualität aus. Darüber hinaus ist die Fortführung dieses herkömmlichen Fertigungsverfahrens fraglich, da die Verfügbarkeit des Rohglases zunehmend abnimmt.Welding protection glasses based on glass oxides containing iron oxide, which were produced by the Fourcault process, are characterized by high unit costs as well as limitations in terms of optical quality. In addition, the continuation of this conventional manufacturing process is questionable, since the availability of the raw glass is increasingly decreasing.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines Schweiserschutzglases, das nicht auf Basis von eisenoxidhaltigem Fourcaultglas hergestellt wird. Das Schweiserschutzglas soll sich weiterhin durch eine hohe optische Qualität und niedrige Herstellungskosten auszeichnen.The object of the present invention is therefore to provide a Schweiserschutzglases that is not made on the basis of iron oxide-containing Fourcault glass. The Schweiserschutzglas should continue to be characterized by a high optical quality and low production costs.

Diese Aufgabe wird mit einem Schutzglas mit den Merkmalen der Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with a protective glass with the features of the main claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Schutzglas zeichnet sich durch eine Reihe von Merkmalen aus. Hierzu zählen insbesondere:

  • 1. Das handelsübliches Massenglas, sogenanntes Floatglas, als Rohglas für die Herstellung des Schutzglases verwendet wird. Damit besitzt das Rohglas für das erfindungsgemäße Schutzglas wesentlich geringere Herstellkosten als das im Stand der Technik erwähnte eisenoxidhaltige Spezialglas.
  • 2. Die Filterwirkung im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Spektralbereich wird erzielt, indem das Rohglas nachträglich in oberflächennahen Bereichen mit Metallpartikeln z. B. aus Gold, Silber oder Kupfer dotiert wird. Die Dotierung des Glases bewirkt eine zusätzliche Absorption im Wellenlängenbereich von ca. 200 nm bis etwa 2000 nm, da mit der Existenz der Metallpartikel im Glas die Anregung kollektiver Schwingungen der Leitungselektronen in den Partikeln erfolgt. Dieser physikalische Effekt, der Oberflächenplasmonenresonanz genannt wird, führt zu einer gegenüber dem Rohglas stark erhöhten Strahlungsabsorption. Metallpartikel in mindestens einem oberflächennahen Bereich des Glases, vorzugsweise bis in eine Tiefe von 100 μm, reichen aus, um die lichtabsorbierende Wirkung in diesem Bereich zu erzielen. Wenn die Volumenkonzentration der Metallpartikel in mindestens einem Bereich des Glases mindestens 10–3 beträgt, ist die Wirkung der Partikel gewährleistet, ebenso, wenn die Metallpartikel Radien zwischen 0,5 und 200 nm aufweisen. Das Glas wirkt dadurch dunkel bis schwarz und genügt den Anforderungen an ein Schweisserschutzglas gemäß DIN 166/169 . Die unterschiedlichen Schutzstufen des Schutzglases werden durch verschiedene Konzentrationen der Metallpartikel realisiert.
The protective glass according to the invention is characterized by a number of features. These include in particular:
  • 1. The commercially available mass glass, so-called float glass, is used as a raw glass for the production of the protective glass. Thus, the raw glass for the protective glass according to the invention has significantly lower production costs than the iron oxide-containing special glass mentioned in the prior art.
  • 2. The filter effect in the ultraviolet, visible and infrared spectral range is achieved by the raw glass subsequently in near-surface areas with metal particles z. B. from gold, silver or copper is doped. The doping of the glass causes an additional absorption in the wavelength range from about 200 nm to about 2000 nm, since with the existence of the metal particles in the glass, the excitation of collective oscillations of the conduction electrons in the particles takes place. This physical effect, called surface plasmon resonance, leads to a greatly increased radiation absorption compared to the raw glass. Metal particles in at least one near-surface region of the glass, preferably to a depth of 100 μm, are sufficient to achieve the light-absorbing effect in this region. When the volume concentration of the metal particles in at least one Range of the glass is at least 10 -3 , the effect of the particles is ensured, as well, if the metal particles have radii between 0.5 and 200 nm. As a result, the glass looks dark to black and meets the requirements of a welding protection glass according to DIN 166/169 , The different levels of protection of the protective glass are realized by different concentrations of metal particles.

Als Ausgangsmaterial für die Dotierung mit Metallpartikeln kann beispielsweise ein Glas verwendet werden, bei dem durch Ionenaustauschprozesse Metallionen, beispielsweise Silberionen, gegen glaseigene Natriumionen ausgetauscht werden. Die Metallpartikel sind vorzugsweise in oberflächennahen Bereichen bis zu einer Tiefe von etwa 100 μm angeordnet. Befinden sich die Metallpartikel jedoch nicht nur in einem oberflächennahen Bereich, sondern durchdringen das Glasvolumen vollständig, so ist selbstverständlich dennoch die erfindungsgemäße Wirkung gegeben. Die Konzentration der Metallpartikel ist im Allgemeinen nicht konstant in Abhängigkeit von der Tiefe in der Glasschicht. Die Konzentration kann aber konstant eingestellt werden.

  • 3. Die nachträgliche Dotierung des Rohglases verändert die sehr gute optische Qualität des Floatglases hinsichtlich der Oberflächengüte nicht, so dass sich das erfindungsgemäße Schutzglas auch über eine höhere optische Qualität im Vergleich zum Stand der Technik auszeichnet.
As a starting material for the doping with metal particles, for example, a glass can be used in which metal ions, for example silver ions, are exchanged for glass-specific sodium ions by ion-exchange processes. The metal particles are preferably arranged in near-surface regions to a depth of about 100 microns. However, if the metal particles are not only in a region close to the surface but completely penetrate the glass volume, the effect according to the invention is of course nevertheless given. The concentration of metal particles is generally not constant depending on the depth in the glass layer. However, the concentration can be set constant.
  • 3. The subsequent doping of the glass does not change the very good optical quality of the float glass with respect to the surface quality, so that the protective glass according to the invention is also characterized by a higher optical quality compared to the prior art.

In Kombination dieser drei Merkmale wird aus einem sehr kostengünstigen Massenglas durch nachträgliche, oberflächennahe Dotierung des Glases mit Metallpartikeln ein im Vergleich zum Stand der Technik kostengünstigeres und qualitativ höherwertiges Schweisserschutzglas. Darüber hinaus ist das Rohglas zukünftig uneingeschränkt verfügbar.In combination of these three features becomes from a very inexpensive mass glass by subsequent, near-surface doping of the glass with metal particles in comparison to the prior art more cost-effective and higher quality welding protection glass. In addition, the raw glass will be fully available in the future.

Nachfolgend sollen die Erfindungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeigen die zugehörige Zeichnung inThe inventions will be explained in more detail on an exemplary embodiment. The accompanying drawing in FIG

1: Schutzglas besteht aus zwei Glasschichten 1 in einem Floatglas 2 1 : Protective glass consists of two glass layers 1 in a float glass 2

2: Am Schutzglas gemessene Absorption als Optische Dichte in Abhängigkeit von der Wellenlänge (durchgezogene Kurve) und Kurvenverlauf nach Norm für Schutzstufe 9 (gestrichelte Kurve) 2 : Absorption measured on protective glass as optical density as a function of wavelength (solid curve) and curve according to standard for protection level 9 (dashed curve)

Beispiel 1:Example 1:

Das in 1 dargestellt Schutzglas besteht aus zwei Glasschichten 1 in oberflächennahen Bereichen eines Floatglas 2, welche mit Metallpartikeln 2 aus Silber dotiert sind. Das so dotierte Floatglas 2 weist jeweils 40 μm dicke Schichten 1 auf. Diese Schichten bewirken eine hohe Absorption im ultravioletten und sichtbaren Spektralbereich sowie im nahen Infrarot-Bereich. Die am Schutzglas gemessene Absorption ist in 2 als Optische Dichte in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichtes als durchgezogene Kurve dargestellt. Der Kurvenverlauf entspricht einem Schweisserschutzglas der Schutzstufe 9, da er sich oberhalb der Normkurve (gestrichelte Kurve) befindet.This in 1 Protective glass consists of two glass layers 1 in near-surface areas of a float glass 2 , which with metal particles 2 are doped of silver. The so doped float glass 2 each has 40 micron thick layers 1 on. These layers cause high absorption in the ultraviolet and visible spectral range as well as in the near infrared range. The absorption measured on the protective glass is in 2 represented as optical density as a function of the wavelength of the light as a solid curve. The curve corresponds to a welding protection glass of protection level 9, since it is above the standard curve (dashed curve).

Bezugszeichenaufstellung zur Patentanmeldung „Schutzglas”Reference to the patent application "protective glass"

  • 1: Schutzglas besteht aus zwei Glasschichten 1 in einem Floatglas 2 1 : Protective glass consists of two glass layers 1 in a float glass 2
  • 2: Am Schutzglas gemessene Absorption als Optische Dichte in Abhängigkeit von der Wellenlänge (durchgezogene Kurve) und Kurvenverlauf nach Norm für Schutzstufe 9 (gestrichelte Kurve) 2 : Absorption measured on protective glass as optical density as a function of wavelength (solid curve) and curve according to standard for protection level 9 (dashed curve)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Norm DIN EN 166/169 [0001] Standard DIN EN 166/169 [0001]
  • Bach, Neuroth „The Properties of Optical Glass” ISBN 3-540-58357-2 [0002] Bach, Neuroth "The Properties of Optical Glass" ISBN 3-540-58357-2 [0002]
  • Norm DIN EN 166/169 [0002] Standard DIN EN 166/169 [0002]
  • DIN 166/169 [0007] DIN 166/169 [0007]

Claims (10)

Schutzglas, insbesondere zur Verwendung als Schweisserschutzglas, dadurch gekennzeichnet, dass es Metallpartikel enthält.Protective glass, in particular for use as a welding protection glass, characterized in that it contains metal particles. Schutzglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpartikel in einem oberflächennahen Bereichen oder im gesamten Volumen des Glases enthalten sind.Protective glass according to claim 1, characterized in that the metal particles are contained in a near-surface regions or in the entire volume of the glass. Schutzglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpartikel aus Silber und/oder Gold und/oder Kupfer bestehen.Protective glass according to claim 1, characterized in that the metal particles of silver and / or gold and / or copper. Schutzglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpartikel eine Größe von 2 nm bis 200 nm besitzen können.Protective glass according to claim 1, characterized in that the metal particles may have a size of 2 nm to 200 nm. Schutzglas nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenkonzentration der Metallpartikel mindestens 10–3 beträgt.Protective glass according to claims 1 or 2, characterized in that the volume concentration of the metal particles is at least 10 -3 . Schutzglas nach Ansprüchen 1 und 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas ein Floatglas mit oder ohne einem erhöhten Eisenoxidgehalt ist.Protective glass according to claims 1 and 2 and 3, characterized in that the glass is a float glass with or without an increased iron oxide content. Schutzglas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberflächennaher Bereich ein Volumen von einer Oberfläche des Glases bis in eine maximale Tiefe von 100 μm umfasst.Protective glass according to claim 2, characterized in that a near-surface region comprises a volume of a surface of the glass to a maximum depth of 100 microns. Schutzglas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oberflächennahe Bereich die gesamte Glasoberfläche umfasst.Protective glass according to claim 2, characterized in that the near-surface region comprises the entire glass surface. Schutzglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas zusätzlich mit einer infrarot-reflektierenden Folie versehen ist.Protective glass according to claim 1, characterized in that the glass is additionally provided with an infrared-reflective film. Schutzglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas zusätzlich mit einer infrarot-reflektierenden Schicht versehen ist.Protective glass according to claim 1, characterized in that the glass is additionally provided with an infrared-reflecting layer.
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Bach, Neuroth "The Properties of Optical Glass" ISBN 3-540-58357-2
DIN 166/169
Norm DIN EN 166/169

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