DE102014015409A1

DE102014015409A1 - Verfahren zur Fertigung und Innengravur von Einscheibensicherheitsglas

Info

Publication number: DE102014015409A1
Application number: DE102014015409.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Gibis
Original assignee: Joh Sprinz & Co KG GmbH
Current assignee: Joh Sprinz & Co KG GmbH
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2016-04-21

Abstract

Verfahren zur Fertigung von Einscheibensicherheitsglas aus einer Glasscheibe, umfassend folgende Verfahrensschritte: – eine Glasscheibe wird mit einem Laser, insbesondere einem gepulsten Laser mit einer Innengravur im Inneren der Glasscheibe versehen und/oder es wird eine Glasscheibe mit einer Innengravur zur Weiterverarbeitung zu Einscheibensicherheitsglas verwendet, – die Glasscheibe wird nach der Gravur auf eine Temperatur oberhalb ihrer Transformationstemperatur erhitzt, – die Glasscheibe wird nach dem Erhitzen schlagartig abgekühlt, sodass Oberfläche der Scheibe schneller abgekühlt wird als der innere Kern und somit unterschiedliche Spannungsverhältnisse zwischen dem inneren Kern und der Oberfläche bestehen, insbesondere eine Zugspannung im inneren Kern und eine Druckspannung an der Oberfläche.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung von Einscheibensicherheitsglas sowie ein Einscheibensicherheitsglas.
Aus dem Stand der Technik ist grundsätzlich bekannt, zur Herstellung von Einscheibensicherheitsglas (Abkürzung: ESG) Flachglasscheiben in sog. Vorspannöfen zunächst stark zu erhitzen und danach schlagartig wieder abzukühlen. Einscheibensicherheitsglas kann zum Beispiel ein Stoß- und Schlagfestigkeit aufweisen, sowie schließlich auch die Eigenschaft, dass das Einscheibensicherheitsglas beim Bruch in definierte Kleinstelemente statt in verletzungsgefährliche Großbruchstücke zerfallen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein flexibel einsetzbares Einscheibensicherheitsglas mit verbesserten Eigenschaften zur Verfügung stellen zu können.
Die Aufgabe wird, ausgehend von einem Verfahren zur Fertigung von Einscheibensicherheitsglas bzw. einem Einscheibensicherheitsglas der eingangs genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 14 gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Merkmale sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Die Erfindung bietet eine verfahrenstechnische Lösung, die es ermöglicht, Flachglasscheiben mit Laserinnengravuren in einem thermischen Vorspannprozess zu Einscheibensicherheitsglas (Abkürzung: ESG) weiter zu verarbeiten.
Die Erfindung sieht nun eine Ofenparametrierung vor, mit der laserinnengarvierte Flachglasscheiben zu ESG verarbeitet werden können, wobei das ESG weiterhin die geforderten Eigenschaften aufweisen kann. Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren kann vorteilhafterweise unter Verwendung besonderer Einstellungsparameter mit einer ansonsten technisch geläufigen Ofenanlage (Vorspannofen) realisiert werden. Die als Ausgangsmaterial verwendeten Flachglasscheiben können dabei weiterhin in Vorspannöfen, die zur Herstellung von Einscheibensicherheitsglas vorgesehen sind, nach bestimmten Rezepturen zunächst stark erhitzt werden, wobei die Scheiben auf einem Rollenfeld in Laufbewegung gehalten und sodann schockartig abgekühlt werden. Durch geeignete Auswahl der Prozessparameter eines Vorspannofens wird ermöglicht, Glasscheiben unterschiedlicher Größe und Dicke so zu behandeln, dass die Scheiben durch den Vorspannprozess die erforderlichen Eigenschaften erhalten, wie zum Beispiel wesentlich höhere Biege-, Stoß- und Schlagfestigkeit sowie eine erhöhte Temperaturbeständigkeit gegenüber nicht vorgespanntem Normalglas und schließlich die Eigenschaft, dass das Einscheibensicherheitsglas beim Bruch in definierte Kleinstelemente statt in verletzungsgefährliche Großbruchstücke zerfallen kann. Es können entsprechend auch DIN-konforme ESG-Scheiben gefertigt werden (insbesondere der DIN 12150-1 entsprechend).
Mit der Erfindung kann das bisher bestehende technische Vorurteil überwunden werden, dass beim Vorspannen von Flachglasscheiben es nicht möglich sei, auch Scheibenelemente, die mit einer unterhalb der Glasoberfläche liegenden Laserinnengravur versehen sind, zu ESG weiterzuverarbeiten.
Die Erfindung besitzt unter anderem die Vorteile, dass ein Zerbrechen des ESG während des Vorspannprozesses vermieden werden kann und dass die vorgespannten Scheiben mit Laserinnengravur die für ESG geltenden Materialeigenschaften erfüllen können. Insbesondere können ESG-Scheiben gemäß der Erfindung insbesondere ausreichende Belastbarkeit gegen Biege-, Stoß- und Schlageinwirkungen sowie thermische Einwirkungen aufweisen.
Das ESG gemäß der Erfindung bzw. nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann zum Beispiel als ESG-Konstruktionsglas im Innenausbau und dem Exterieurbereich (Fassaden, Brüstungsverglasung, Glasabtrennungen) eingesetzt werden.
Bei der Erfindung bzw. bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können gegebenenfalls auch die Glasqualitäten ESG-H und TVG erreicht werden:

– Bei ESG-H handelt es sich im engeren Sinne um Einscheibensicherheitsglas, welches im Nachgang des Vorspannprozesses einem mehrstündigen Heißlagerungstest unterzogen wird, um das Glasmaterial auf etwaige Nickelsulfid-Einschlüsse hin zu testen. Solche Einschlüsse können bei Standard-ESG, insbesondere bei Temperaturveränderungen, zum sog. Spontanbruch des Glases führen. Um dieses Risiko zu vermindern, kann ESG im Heißlagerungstest geprüft werden. Die Verwendung von ESG-H ist bei bestimmten Produktanwendungen wie beispielsweise Fassadenverglasungen vorteilhaft oder sogar vorgeschrieben.
– Die Bezeichnung ”TVG” steht für ”Teilvorgespanntes Glas”. Diese Glasqualität wird im selben Fertigungsprozess wie vollvorgespanntes ESG hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass die Abkühlung beim TVG langsamer erfolgt. Das Bruchbild von TVG zeigt in der Regel deutlich größere Bruchstücke als ESG. Üblicherweise kann TVG in Verbundsicherheitsglasscheiben (Abkürzung: VSG) verwendet werden.
– Eine gemäß der Erfindung bzw. gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gefertigte ESG-Scheibe kann also grundsätzlich auch für eine Verbundsicherheitsglasscheibe.

Mittels Lasergravur können bei Scheiben gemäß der Erfindung bzw. einer Ausführungsform individuelle, teilflächige, hellmattierte Motive ähnlich wie bei Sandstrahlung, Ätzung oder Druck auf die Glasoberfläche aufgebracht werden. Die Oberflächengravur mit Laser bzw. Laseraußengravur kann grundsätzlich sowohl auf vorgespanntem als auch auf nicht vorgespanntem Glas erfolgen. Gläser mit Laseraußengravur sind aufgrund der begrenzten Witterungsbeständigkeit in der Regel verbunden mit der schlechteren Reinigungsfähigkeit im Vergleich zu unbehandeltem Klarglas und somit meist nur für den Einsatz im Innenbereich geeignet.
Insbesondere können bei einem Glas gemäß der Erfindung bzw. gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Motive auch, gegebenenfalls auch zusätzlich zu einer Außengravur, in das Glas gelasert werden, wobei die äußere Glasoberfläche bei diesem Vorgang selbst vollkommen unberührt bleibt. Bei der sogenannten Laserinnengravur ist zu unterscheiden zwischen Laser-Innengravur von Floatglas und Laser-Innengravur von ESG, wobei die Weiterverarbeitung zu ESG erst nach dem Gravieren der Scheibe vorgenommen wird.
Bei einer Lasergravur werden im Allgemeinen mit von Lasern erzeugten Lichtpulsen im Glas kleine Eintrübungen erzeugt, die meist jeweils eine Größe von etwa 100 Mikrometern aufweisen und dort entstehen, wo das Glas lokal eng begrenzt erhitzt wurde. Der gepulste Laserstrahl wird dabei regelmäßig auf das Glas bzw. bei der Innengravur ins Innere des Glasmaterials auf den Punkt fokussiert, an dem einer der für das Auge später sichtbaren Punkte entstehen soll. Die Eintrübungen kommen dadurch zustande, dass beim Abkühlen der lokal erhitzten Stelle undurchsichtige oder Licht streuende Stellen im Material verbleiben. Die Laserstrahlen werden zum Beispiel durch Spiegelscanner abgelenkt. Es können somit zwei- oder dreidimensionale Strukturen erzeugt werden.
Grundsätzlich wird Glas zur Fertigung von Einscheibensicherheitsglas auf Temperaturen oberhalb der entsprechenden Transformationstemperatur erhitzt und danach schockartig wieder abgekühlt. Bei der Transformationstemperatur geht das entsprechende Glas vom starren in einen plastischen Zustand über. Der Abkühlvorgang läuft an der Oberfläche des Glasmaterials in der Regel schneller ab als im Inneren. Somit entsteht im Inneren eine Zug- und an der Oberfläche eine Druckspannung.
Aus diesem Grunde ist bei herkömmlichem ESG aus dem Stand der Technik die nachträgliche Bearbeitung meist nur begrenzt möglich, da Bruchgefahr bestehen kann.
Ausführungsbeispiel
Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung können folgende Produkteigenschaften vorliegen:
Kantenbearbeitung und Bohrungen bei ESG:

nach DIN EN 12150 Teil 1 bzw. DIN 1249 Teil 11.

Oberflächen- und Glasmerkmale:
Bei den verwendeten Gläsern handelt es sich um Bauglas. Hinsichtlich Oberflächen- und Glasmerkmale können folgende gültigen Normen und Richtlinien erfüllt werden:

– DIN EN ISO 12543 Glas im Bauwesen – Verbundglas und Verbundsicherheitsglas.
– Richtlinie zur Beurteilung der visuellen Qualität für das Glas im Bauwesen.
– Richtlinie zur Beurteilung der visuellen Qualität emaillierten und siebbedruckten Gläsern,

Bundesverband Flachglas Großhandel, Isolierglasherstellung, Veredelung e. V., Mülheimer Straße 1, D-53840 Troisdorf

Anforderungen an die Motiv-Vorlage:
Es können für Gravuren von Glasscheiben gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise grundsätzlich beliebige, graphisch komplexe Motive verwendet werden.
Transport und Lagerung:
Aufgrund von Witterungseinflüssen können im Allgemeinen Gläser beim Transport, trotz entsprechender Folien-Verpackung, nass werden. In diesen Fällen sollten die Gläser unmittelbar ausgepackt, getrocknet und ausreichend belüftet gelagert werden, um Oberflächenverätzungen zu vermeiden. Als Lagerfläche eignen sich trockene, gut durchlüftete, geschlossene und witterungsgeschützte Räume.
Zur Lagerung im Stapel sind regelmäßig geeignete Zwischenlagen (Korkplättchen, Polyurethan-(PU-)Schaum-Streifen) zu verwenden.
Reinigung:

Gläser mit Laser-Außengravur sind im Allgemeinen aufgrund ihrer offenporigen Oberfläche, ähnlich wie bei einer Sandstrahlung, nur begrenzt reinigungsfähig. Dies zeigt sich besonders bei Verschmutzung mit Fetten und Ölen. Zur Reinigung sind vorteilhafterweise zum Beispiel rückstandsfreie Reinigungsmittel (z. B. Isopropanol oder unvergälltes Ethanol) zu verwenden. Fehlerarten/Toleranzen:

Punktförmige Fehlerstellen:	Durchmesser ≤ 1,0 mm werden nicht bewertet
	Durchmesser > 1,0–2,0 mm max. 3 Stück je m² mit Abstand ≥ 100 mm
	Durchmesser > 2,0–3,0 mm max. 1 Stück je m² mit Abstand ≥ 100 mm
	Durchmesser > 3,0 mm unzulässig
Bohrungen:	Bei Bohrungen ist ein Abstand vom Bedruckungsrand zum Bohrungsrand von max. 2 mm zulässig.

Zulässige Toleranz für die Motivlage:

Motivgröße:	≤ 200
cm
Kanten gesäumt	±2,0 mm
Andere	±2,0 mm
Kantenbearbeitung
Motivgröße:	> 200
cm:
Kanten gesäumt:	±3,0 mm
Andere
Kantenbearbeitung	±3,0 mm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 12150-1 [0007]
DIN EN 12150 Teil 1 [0017]
DIN 1249 Teil 11 [0017]
DIN EN ISO 12543 [0018]
Bundesverband Flachglas Großhandel, Isolierglasherstellung, Veredelung e. V., Mülheimer Straße 1, D-53840 Troisdorf [0018]

Claims

Verfahren zur Fertigung von Einscheibensicherheitsglas aus einer Glasscheibe, umfassend folgende Verfahrensschritte: – eine Glasscheibe wird mit einem Laser, insbesondere einem gepulsten Laser mit einer Innengravur im Inneren der Glasscheibe versehen und/oder es wird eine Glasscheibe mit einer Innengravur zur Weiterverarbeitung zu Einscheibensicherheitsglas verwendet, – die Glasscheibe wird nach der Gravur auf eine Temperatur oberhalb ihrer Transformationstemperatur erhitzt, – die Glasscheibe wird nach dem Erhitzen schlagartig abgekühlt, sodass Oberfläche der Scheibe schneller abgekühlt wird als der innere Kern und somit unterschiedliche Spannungsverhältnisse zwischen dem inneren Kern und der Oberfläche bestehen, insbesondere eine Zugspannung im inneren Kern und eine Druckspannung an der Oberfläche.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erhitzen der Glasscheibe oberhalb ihrer Transformationstemperatur ein Ofen, insbesondere ausgebildet als Vorspannofen, mit wenigstens zwei hintereinandergeschalteten Ofenkammern verwendet wird, wobei der Ofen eine Transportstrecke zum Transport der Glasscheibe durch den Ofen umfasst und wobei jede der wenigstens zwei Ofenkammern wenigstens eine obere Heizvorrichtung oberhalb und eine untere Heizvorrichtung unterhalb der Transportstrecke umfasst, wobei die obere und die untere Heizvorrichtung unabhängig voneinander kontrollierbar, insbesondere steuerbar und/oder regelbar, sind, vorzugsweise auf unterschiedliche Heiztemperaturen einstellbar sind.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Transportstrecke vorgeschaltete der beiden Ofenkammern zum Anwärmen der Glasscheibe von der Ausgangstemperatur, insbesondere von Raumtemperatur, vorzugsweise von 20°C bis 25°C, auf eine erste Grundtemperatur verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Transportstrecke nachgeschaltete der beiden Ofenkammern zum Resterwärmen der Glasscheibe von der ersten Grundtemperatur auf eine zweite Grundtemperatur verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schlagartige Abkühlen durch Blasen von Luft über eine Ventilatorvorrichtung, vorzugsweise über wenigstens zwei Ventilatoren auf die Glasplatte bewerkstelligt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungszeit zur Erwärmung der Glasplatte länger, vorzugsweise um 5% bis 10% länger erfolgt als bei der Erwärmung der baugleichen Glasplatte ohne Innengravur.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die obere und untere Heizvorrichtung, insbesondere der ersten Ofenkammer und/oder der zweiten Ofenkammer, beim Erwärmen der Glasscheibe auf unterschiedliche Temperaturen geheizt werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere und untere Heizvorrichtung, insbesondere der ersten Ofenkammer und/oder der zweiten Ofenkammer, beim Erwärmen der Glasscheibe auf niedrigere Temperaturen geheizt werden als bei der Erwärmung der baugleichen Glasplatte ohne Innengravur, insbesondere auf um 0% bis 10% niedrigere Temperaturen, vorzugsweise auf um 2% bis 6% niedrigere Temperaturen.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Grundtemperatur beim Erwärmen der Glasscheibe niedriger gewählt werden als bei der Erwärmung der baugleichen Glasplatte ohne Innengravur, insbesondere um 0% bis 10% niedriger, vorzugsweise um 2% bis 6% niedriger.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der folgenden Verfahrensschritte verwendet wird: – als Glasscheibe wird ein Floatglas, insbesondere eine 8 mm dicke Floatglasscheibe mit Innengravur verwendet, und/oder – die obere Heizvorrichtung der ersten Ofenkammer erzeugt eine Temperatur von 650°C, wobei insbesondere hierbei für die baugleiche Glasscheibe ohne Innengravur eine Temperatur von 660°C bis 670°C, vorzugsweise 667°C verwendet wird, und/oder – die untere Heizvorrichtung der ersten Ofenkammer erzeugt eine Temperatur von 600°C, wobei insbesondere hierbei für die baugleiche Glasscheibe ohne Innengravur eine Temperatur von 630°C bis 640°C, vorzugsweise 635°C verwendet wird, und/oder – die obere Heizvorrichtung der zweiten Ofenkammer erzeugt eine Temperatur von 680°C, wobei insbesondere hierbei für die baugleiche Glasscheibe ohne Innengravur eine Temperatur von 680°C bis 690°C, vorzugsweise 685°C verwendet wird, und/oder – die untere Heizvorrichtung der zweiten Ofenkammer erzeugt eine Temperatur von 660°C, wobei insbesondere hierbei für die baugleiche Glasscheibe ohne Innengravur eine Temperatur von 660°C bis 680°C, vorzugsweise 675°C verwendet wird, und/oder – die Glasscheibe in der ersten und/oder zweiten Ofenkammer 210 Sekunden bis 220 Sekunden, vorzugsweise in beiden Ofenkammern die gleiche Zeitspanne erwärmt wird, wobei insbesondere hierbei die baugleiche Glasscheibe ohne Innengravur in beiden Ofenkammern 200 Sekunden bis 210 Sekunden, vorzugsweise 203 Sekunden verweilt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlungszeit gleich und/oder kürzer gewählt wird als bei der Erwärmung der baugleichen Glasplatte ohne Innengravur, insbesondere um 0% bis 10% kürzer, vorzugsweise um 0% bis 5% kürzer, besonders bevorzugt gleich bei 180 Sekunden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine niedrigere Gebläseleistung und/oder ein größerer Gebläseabstand der Ventilatorvorrichtung verwendet wird/werden als bei der Abkühlung der baugleichen Glasscheibe ohne Innengravur, insbesondere ein Druck von 60 mm Wassersäule je Ventilator bei einem Abstand von 60 mm zur oberen Oberfläche und 42 mm zur unteren Oberfläche der Glasscheibe, wobei vorzugsweise bei der baugleichen Glasscheibe ohne Innengravur ein Druck von 65 mm Wassersäule je Ventilator bei einem Abstand von 60 mm zur oberen Oberfläche und 36 mm zur unteren Oberfläche der Glasscheibe verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung und/oder Abkühlung der Glasscheibe über die Fläche hinweg oben und/oder unten gleichmäßig erfolgt.
Einscheibensicherheitsglas, insbesondere mit einer Innengravur, erhältlich durch ein Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche.