DE102014100750B4

DE102014100750B4 - Verfahren zur Herstellung von Glaskomponenten

Info

Publication number: DE102014100750B4
Application number: DE102014100750.6A
Authority: DE
Inventors: Frank Büllesfeld; Ulrich Lange; Ralf Biertümpfel; Lisa Pudlo; Helge Jung
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2023-08-17
Anticipated expiration: 2034-01-24
Also published as: US10611662B2; TWI534108B; US20140342120A1; JP2017031044A; CN104129904A; KR101649789B1; KR20140130073A; DE102014100750A1; US20150274573A1; TW201625496A; CN107021611B; CN104129904B; US20170233280A1; TWI593641B; CN107021611A; TW201504169A; JP6250741B2; US9682883B2; JP2014224039A; JP5964347B2

Abstract

Verfahren zum Wiederziehen von Glas umfassend die Schritte- Bereitstellen einer Vorform (1) eines Glases mit einer mittleren Dicke D und einer mittleren Breite B,- Erwärmen einer Verformungszone (5) der Vorform (1), und- Ausziehen der Vorform (1) auf eine mittlere Dicke d und eine mittlere Breite b, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungszone (5) der Anteil der Vorform (1) ist, in dem die Vorform (1) eine Dicke zwischen 0,95*D und 1,05*d aufweist, wobei die Verformungszone (5) eine Höhe von höchstens 6*D aufweist, und wobei das Verfahren den weiteren Schritt des Kühlens der Vorform nach Austreten aus dem Verformungsbereich umfasst und diese Abkühlung so erfolgt, dass sich eine Viskositätsänderung von mindestens 106dPas/s ergibt, und wobei das Verhältnis B/b höchstens 2 beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Glaskomponenten, sowie eine Wiederziehvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Prinzipiell bekannt ist das Wiederziehen von Gläsern, insbesondere existiert umfangreicher Stand der Technik für das Wiederziehen von Vorformen bzw. Vorformen mit rundem Querschnitt für das Ziehen von Glasfasern.
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 ein 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 1:1 verkleinerte Abbildung der Vorform zu erreichen (siehe EP 0 819 655 B1 ).
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 ggf. Nachschieben der Vorform bestimmen 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, d.h. 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 z.B. 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.
In US 2006 / 0 112 728 A1 wird ein Herstellungsverfahren für ein gezogenes Glaselement offenbart.
In JP H05-116 974 A wird ein Wiederziehverfahren offenbart. Es soll eine Heizeinrichtung eingesetzt werden, die die Wärme an das Glas über einen Schlitz abgibt. Die Schlitzbreite entspricht nicht der Höhe der Verformungszone, sondern der Höhe des Verformungsbereichs. Eine kurze Verformungszone ist nicht vorgesehen. Vielmehr sollen die Randbereiche nach Durchlaufen des Hauptheizbereichs selektiv wiedererwärmt werden.
In US 7 231 786 B2 wird beschrieben, wie sich ebene Glasscheiben über Wiederziehen darstellen lassen. Um ein breiteres Produkt zu bekommen, werden hier Greifer eingesetzt, die das weiche Glas in die Breite ziehen, bevor Kantenroller das Glas in der Länge ausdehnen.
In US 3 635 687 A wird ein Wiederziehverfahren beschrieben, bei dem durch eine Kühlung des Randbereiches der flachen Vorform eine Änderung des Breite-zu-Dicke-Verhältnisses (B/D) erreicht wird. Allerdings ist mit diesem Verfahren maximal eine Zunahme des Breite-zu-Dicke-Verhältnisses um den Faktor 10,7 zu erreichen.
In EP 0 819 655 B1 wird ein Verfahren zum Formen von Glas beschrieben. Dabei kann auch ein Wiederziehen zur Formgebung eingesetzt werden. Allerdings wird nicht beschrieben, wie das Breite-zu-Dicke-Verhältnis (B/D) eingestellt wird. Das Glas wird hier nach dem Erhitzen lokal erhitzt oder abgekühlt, um die Geometrie zu beeinflussen.
Die in diesen Druckschriften beschriebenen Eingriffe bewirken jedoch nur eine kleinere Änderung der Geometrie der Vorform im Vergleich zur Endform bzw. zur Form der ausgezogenen Komponente. Außerdem sind diese Verfahren mit relativ großem Aufwand verbunden. Insbesondere dann, wenn Greifer oder Rollen eingesetzt werden sollen, wird eine ausgefeilte Wiederziehvorrichtung benötigt, die anfällig für Defekte ist.
Somit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines wirtschaftlichen Verfahrens zur Herstellung von Glaskomponenten. Außerdem soll ein Verfahren bereitgestellt werden, dass es erlaubt, das Breite-zu-Dicke-Verhältnis der Vorform (B/D) im Vergleich zu dem Breite-zu-Dicke-Verhältnis der Glaskomponente (b/d) zu vergrö-ßern. Insbesondere soll ein Verfahren zur Herstellung von flachen Glaskomponenten bereitgestellt werden, bei dem aus einer Vorform mit einer Breite B und einer Dicke D eine flache Glaskomponente mit einer Breite b und einer Dicke d hergestellt werden kann, wobei das Verhältnis b/d wesentlich größer ist als das Verhältnis B/D.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen beschriebenen Ausführungsformen gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Wiederziehen von Glas dient beispielsweise zur Herstellung flacher Glaskomponenten. Es umfasst die folgenden Schritte:

- Bereitstellen einer Vorform eines Glases mit einer mittleren Dicke D und einer mittleren Breite B,
- Erwärmen einer Verformungszone der Vorform,
- Ausziehen der Vorform bis zu einer mittleren Dicke d und einer mittleren Breite b,

⁶

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungszone im Vergleich zum Stand der Technik sehr klein ist. Die Verformungszone (=Meniskus) weist eine Höhe von höchstens 6*D (insbesondere höchstens 100 mm), bevorzugt höchstens 5*D (insbesondere höchstens 40 mm) und besonders bevorzugt höchstens 4*D (insbesondere höchstens 30 mm) auf.
Die Verformungszone erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Breite der Vorform. Mit „Höhe“ der Verformungszone ist deren Ausdehnung in der Richtung gemeint, in welche die Vorform gezogen wird. Die Verformungszone (=Meniskus) ist der Bereich, in dem die Vorform eine Dicke zwischen 0,95*D und 1 ,05*d aufweist. Es ist also ein Bereich, in welchem das Glas sich verformt. Die Dicke ist kleiner als die ursprüngliche Dicke D, die finale Dicke d ist aber noch nicht erreicht. In der Verformungszone kann beispielsweise eine Temperatur T₂ vorherrschen, bei der das Glas der Vorform eine Viskosität η₂ zwischen 10⁴ dPas und 10⁸ dPas aufweist.
Die Breite b der ausgezogenen Glaskomponente nimmt mit steigender Viskosität in der Verformungszone zunehmend ab. Erhöht man beispielsweise im Erweichungsfall die Ziehgeschwindigkeit, um die Dicke d der Glaskomponente auf einen Zielwert von 100 µm zu bringen, würde die Breite b der Glaskomponente im Vergleich zur Breite B der Vorform deutlich verringert. Um eine flache Glaskomponente mit einem hohen Verhältnis b/d zu erhalten, ist es daher vorteilhaft, wenn das Glas der Vorform in der Verformungszone eine Viskosität η₂ aufweist, die geringer ist als die Viskosität des entsprechenden Glases am Erweichungspunkt (EW). Bevorzugt weist das Glas der Vorform in der Verformungszone daher eine Viskosität η₂ von höchstens < 10^7,6 dPas, weiter bevorzugt höchstens 10^7,5 dPas, noch weiter bevorzugt höchstens 10^7,0 dPas, ganz besonders bevorzugt höchstens 10^6,5 dPas auf. Des Weiteren ist eine Viskosität η₂, die kleiner ist als die Viskosität des entsprechenden Glases am Erweichungspunkt, auch vorteilhaft, weil die zum Ausziehen des Glases benötigte Ziehkraft mit steigender Viskosität zunehmend ansteigt. Eine niedrigere Viskosität ist also auch mit einer niedrigeren benötigten Ziehkraft verbunden.
Die Viskosität η₂ des Glases der Vorform in der Verformungszone sollte jedoch auch nicht zu gering sein, da ansonsten ein gleichmäßiges Ausziehen des Glases erschwert wird. Das Glas der Vorform in der Verformungszone weist bevorzugt eine Viskosität η₂ von mindestens 10^4,0 dPas, weiter bevorzugt mindestens 10^4,5 dPas, noch weiter bevorzugt mindestens 10^5,0 dPas, ganz besonders bevorzugt mindestens 10^5,8 dPas auf.
Die hier beschriebene Erfindung kann mit einer Kühlung der Randbereiche der Vorform analog US 3,635,687 A kombiniert werden, um eine noch größere Breite und/oder eine bessere Dickenverteilung zu erreichen. Ebenfalls ist eine höhere Randtemperatur möglich um eine bessere Dickenverteilung zu erreichen.
Die Verformungszone ist der Teil der Vorform, der eine Dicke von 0,95*D bis 1,05*d aufweist. Vorzugsweise ist dies der Teil der Vorform, der in dem Verfahren an einem bestimmten Zeitpunkt die Temperatur T₂ hat. Die Viskosität des Glases der Vorform ist bei dieser Temperatur in einem Bereich, die es erlaubt, dass das Glas sich verformt.
Die Vorform hat ein oberes Ende und ein unteres Ende. Die Verformungszone befindet sich zwischen dem oberen und dem unteren Ende. Außerhalb der Verformungszone ist die Temperatur der Vorform vorzugsweise kleiner als T₂. Dadurch findet die Verformung der Vorform im Wesentlichen ausschließlich im Bereich der Verformungszone statt. Darüber und darunter bleiben vorzugsweise sowohl die Dicke als auch die Breite konstant. Der Einfachheit halber wird in dieser Beschreibung durchgehend von „Vorform“ gesprochen, während das Glas in dem Verfahren bearbeitet wird, erst nach Beendigung des letzten erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes wird das Produkt als „Glaskomponente“ bezeichnet.
Die Vergrößerung des Verhältnisses von Breite zu Dicke der Vorform wird bevorzugt im Wesentlichen dadurch erzielt, dass die Dicke d der hergestellten Glaskomponente wesentlich kleiner ist als die Dicke D der Vorform. Die Dicke d beträgt vorzugsweise höchstens D/10, weiter bevorzugt höchstens D/30 und besonders bevorzugt höchstens D/75. Die Glaskomponente weist dann eine Dicke d von vorzugsweise weniger als 10 mm, weiter bevorzugt weniger als 1 mm, mehr bevorzugt weniger als 100 µm, weiter bevorzugt weniger als 50 µm und besonders bevorzugt weniger als 30 µm auf. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, solche dünnen Glaskomponenten in hoher Qualität und vergleichsweise großer Fläche herzustellen.
Die Breite b der hergestellten Glaskomponente ist gegenüber der Breite B der Vorform kaum verkleinert. Damit ist gemeint, dass das Verhältnis B/b höchstens 2, bevorzugt höchstens 1,6 und besonders bevorzugt höchstens 1,25 beträgt.
Das Verfahren kann in einer Wiederziehvorrichtung durchgeführt werden, die auch erfindungsgemäß ist. Zum Zweck des Erwärmens kann die Vorform in die Wiederziehvorrichtung eingebracht werden. Die Wiederzieheinrichtung weist vorzugsweise eine Halterung auf, in welche die Vorform mit einem Ende eingespannt werden kann. Die Halterung befindet sich vorzugsweise in einem oberen Abschnitt der Wiederziehvorrichtung. Die Vorform ist dann mit ihrem oberen Ende in die Halterung eingespannt.
Die Wiederziehvorrichtung weist wenigstens eine Heizeinrichtung auf. Die Heizeinrichtung ist vorzugsweise in einem mittleren Bereich der Wiederziehvorrichtung angeordnet. Bei der Heizeinrichtung kann es sich vorzugsweise um einen elektrischen Widerstandsheizer, eine Brenneranordnung, einen Strahlungsheizer, einen Laser mit oder ohne Laserscanner oder eine Kombination aus diesen handeln. Die Heizeinrichtung ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie die Vorform, die sich in einem Verformungsbereich befindet, so erwärmen kann, dass die erfindungsgemäß ausgestaltete Verformungszone die Temperatur T₂ annimmt. Der Verformungsbereich ist ein Bereich, der sich vorzugsweise innerhalb der Wiederziehvorrichtung befindet. Die Heizeinrichtung erwärmt den Verformungsbereich und/oder einen Anteil der Vorform auf eine so hohe Temperatur, dass eine Vorform, die sich in dem Verformungsbereich befindet, innerhalb ihrer Verformungszone, die Temperatur T₂ annimmt. Wenn eine Heizeinrichtung verwendet wird, die geeignet ist, gezielt nur einen Anteil der Vorform zu erhitzen, wie ein Laser, heizt sich der Verformungsbereich kaum auf.
Der Verformungsbereich weist vorzugsweise eine Höhe auf, die eine Verformungszone erzeugt, die eine Höhe von höchstens 6*D (insbesondere höchstens 100 mm), bevorzugt höchstens 5*D (insbesondere höchstens 40 mm) und besonders bevorzugt höchstens 4*D (insbesondere höchstens 30 mm) auf. Je nach Beheizungsart und Preformabmessungen kann der Verformungsbereich daher unterschiedlich lang ausgeführt sein.
Die Heizeinrichtung beheizt den Verformungsbereich und/oder einen Anteil der Vorform, der vorzugsweise nur so groß ist, dass in der Vorform die erfindungsgemäß ausgestaltete Verformungszone auf die Temperatur T₂ erwärmt wird. Die Teile der Vorform, die sich oberhalb und unterhalb der Verformungszone befinden, weisen vorzugsweise eine Temperatur auf, die kleiner als T₂ ist. Dies wird erfindungsgemäß bevorzugt dadurch erzielt, dass die Heizeinrichtung eine oder mehrere Blenden umfasst, die diejenigen Teile der Vorform, die außerhalb des Verformungsbereichs liegen, abschatten. Alternativ oder zusätzlich kann eine Heizeinrichtung verwendet werden, die eine fokussierte Erhitzung der Vorform im Verformungsbereich erlaubt, wie etwa ein Laser oder ein Laserscanner. Eine weitere alternative Ausführung betrifft eine Heizeinrichtung, die selbst nur eine geringe Höhe hat und sich nah an der Verformungszone befindet, so dass die Wärme nicht wesentlich in Bereiche außerhalb des Verformungsbereiches vordringt.
Die Heizeinrichtung kann ein Strahlungsheizer sein, dessen Heizwirkung über geeignete Strahlführungen und/oder -begrenzungen in den Verformungsbereich fokussiert bzw. eingeschränkt wird. Beispielsweise kann eine KIR(kurzwelliges IR)-Heizung zum Einsatz kommen, wobei durch Abschatten eine erfindungsgemäß niedriger Verformungsbereich erzeugt wird. Es können auch gekühlte (gas-, wasser- oder luftgekühlte) Blenden zum Einsatz kommen. Als weitere Heizeinrichtung kann ein Laser eingesetzt werden. Zur Strahlführung des Lasers kann ein Laserscanner zum Einsatz kommen.
Die Vorrichtung weist eine Kühleinrichtung auf, die vorzugsweise in einem unteren Bereich der Wiederzieheinrichtung, insbesondere direkt unter der Heizeinrichtung angeordnet ist. Dadurch wird das Glas vorzugsweise direkt nach dem Verformen auf Viskositäten >10⁹ dPas gebracht, so dass es sich nicht mehr nennenswert verformt. Diese Abkühlung erfolgt so, dass sich eine Viskositätsänderung von mindestens 10⁶ dPas/s ergibt. Dies entspricht, abhängig vom Glas der Vorform, etwa Temperaturen T₃ in einem Bereich von 400 bis 1000°C.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst den weiteren Schritt:

- Kühlen der Vorform nach Austreten aus dem Verformungsbereich.

Das weitere Kühlen der Vorform auf Viskositäten > 10⁹ dPas kann durch Abkühlenlassen bei Umgebungstemperatur (z.B. 10 bis 25°C) erfolgen. Die Vorform kann aber auch aktiv in einem Fluid gekühlt werden, wie beispielsweise einem Gasstrom. Besonders bevorzugt wird das Produkt durch eine der Verformungszone folgende Kühlzone so langsam abgekühlt, dass die Restspannungen mindestens ein anschließendes Querschneiden sowie das Abtrennen von Borten ohne einlaufende Risse erlauben.
Der Verformungsbereich ist vorzugsweise so angeordnet und/oder die Heizeinrichtung ist so ausgestaltet, dass sich die Verformungszone in der Vorform ausbildet. Die Verformungszone ist derjenige Anteil an der Vorform, der während des Prozesses eine Dicke von 0,95*D bis 1,05*d aufweist. Durch die Erhitzung der Verformungszone der Vorform sinkt die Viskosität des Glases an der entsprechenden Stelle so stark ab, dass die Vorform gezogen werden kann. Das bedeutet, dass die Vorform länger wird. Durch das Ziehen der Vorform wird die Dicke D kleiner. Da die Vorform vorzugsweise mit einem oberen Ende in eine Halterung eingespannt ist, die sich vorzugsweise in einem oberen Bereich der Wiederzieheinrichtung befindet, kann das Ziehen der Vorform durch Einwirkung der Schwerkraft bewirkt werden. In bevorzugten Ausführungsformen weist die Wiederzieheinrichtung allerdings eine Zugeinrichtung auf, welche vorzugsweise an einem Anteil der Vorform unterhalb des Verformungsbereichs, insbesondere am unteren Ende der Vorform, einen Zug ausübt.
Die Zugeinrichtung ist vorzugsweise in einem unteren Bereich der Wiederzieheinrichtung angeordnet. Dabei kann die Zugeinrichtung so ausgestaltet sein, dass sie Rollen aufweist, die an entgegengesetzten Seiten der Vorform ansetzen. Die Vorform kann mit einem unteren Ende an einer zweiten Halterung lösbar befestigt sein. Die zweite Halterung ist insbesondere Bestandteil der Zugeinrichtung. An der zweiten Halterung kann beispielsweise ein Gewicht befestigt werden, welches dann die Vorform in die Länge zieht. Bevorzugt ist die angewandte Ziehkraft kleiner als 350 N/400mm Vorformbreite (B), weiter bevorzugt kleiner als 300 N/400mm Vorformbreite, noch weiter bevorzugt kleiner als 100 N/400mm Vorformbreite, ganz besonders bevorzugt kleiner als 50 N/400mm Vorformbreite. Bevorzugt ist die Ziehkraft größer als 1 N/400mm Vorformbreite, weiter bevorzugt größer als 5 N/400mm Vorformbreite, noch weiter bevorzugt größer als 10 N/400mm Vorformbreite, ganz besonders bevorzugt größer als 20 N/400mm Vorformbreite.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Vorform in Richtung der Verformungszone nachgeschoben, so dass das Verfahren kontinuierlich betrieben werden kann. Zu diesem Zweck umfasst die Wiederziehvorrichtung vorzugsweise eine Nachschubeinrichtung, die geeignet ist, die Vorform in den Verformungsbereich zu bewegen. Dadurch kann die Wiederziehvorrichtung in kontinuierlichem Betrieb eingesetzt werden. Die Nachschubeinrichtung bewegt die Vorform vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit v_N in den Verformungsbereich, die kleiner ist als die Geschwindigkeit v_Z, mit der die Vorform gezogen wird. Dadurch wird die Vorform in die Länge gezogen. Das Verhältnis von v_N zu v_Z beträgt insbesondere <1 vorzugsweise höchstens 0,8, weiter bevorzugt höchstens 0,4 und besonders bevorzugt höchstens 0,1. Der Unterschied dieser beiden Geschwindigkeiten bestimmt, in wie weit die Breite und Dicke der Vorform verkleinert wird.
Die Vorform wird vorzugsweise vor dem Erwärmen vorgewärmt. Zu diesem Zweck weist die Wiederziehvorrichtung vorzugsweise eine Vorwärmzone auf, in welcher die Vorform auf eine Temperatur T₁ erwärmt werden kann. Die Vorwärmzone ist vorzugsweise in einem oberen Bereich der Wiederziehvorrichtung angeordnet. Die Temperatur T₁ entspricht in etwa einer Viskosität η₁ von 10¹⁰ bis 10¹⁴ dPas. Die Vorform wird also vorzugsweise vor dem Eintritt in den Verformungsbereich vorgewärmt. Dadurch wird eine schnellere Bewegung durch den Verformungsbereich möglich, weil die Zeit, die benötigt wird, um die Temperatur T₂ zu erreichen, kürzer ist. Ebenfalls wird durch die Vorwärmzone vermieden, dass Gläser mit hohem Temperaturausdehnungskoeffizienten durch zu hohe Temperaturgradienten zerspringen.
In bevorzugten Ausführungsformen wird die Verformungszone auf eine Temperatur T₂ erhitzt, die einer Viskosität des Glases der Vorform von 10^5,8 bis 10^7,6 dPas, insbesondere 10^5,8 bis < 10^7,6 dPas entspricht. Die Viskosität eines Glases ist von der Temperatur abhängig. Bei jeder Temperatur hat das Glas eine bestimmte Viskosität. Welche Temperatur T₂ notwendig ist, um die gewünschte Viskosität η₂ in der Verformungszone zu erzielen, hängt von dem Glas ab. Die Viskosität eines Glases wird nach DIN ISO 7884-2, -3, -4, -5 bestimmt.
Die Vorform besteht vorzugsweise aus einem Glas, welches ausgewählt ist aus Fluorphosphatgläsern, Phosphatgläsern, Kalknatrongläsern, Bleigläsern, Silicatgläsern, Alumosilicatgläsern und Borosilikatgläsern. Das verwendete Glas kann ein technisches Glas, insbesondere technisches Flachglas, oder ein optisches Glas sein.
Bevorzugte technische Gläser sind Kalknatrongläser und Borosilikatgläser. In bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei den Gläsern um Displaygläser oder Dünngläser für Barriereschichten in Kunststofflaminaten.
Bevorzugte optische Gläser sind Phosphatgläser und Fluorphosphatgläser. Unter Phosphatgläsern werden optische Gläser verstanden, die P₂O₅ als Glasbildner enthalten. P₂O₅ liegt dann als Hauptkomponente im Glas vor. Wird ein Teil des Phosphats in einem Phosphatglas durch Fluor ersetzt, erhält man Fluorphosphatgläser. Zur Synthese von Fluorphosphatgläsern werden anstelle von oxidischen Verbindungen wie beispielsweise Na₂O die entsprechenden Fluoride wie NaF dem Glasgemenge beigemischt.
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise eine flache Vorform verwendet, wobei unter einer „flachen Vorform“ erfindungsgemäß verstanden wird, dass die Breite B größer als die Dicke D der Vorform ist. Vorzugsweise beträgt das Breiten-Dicken-Verhältnis der Vorform (B/D) mindestens 5, mehr bevorzugt mindestens 7.
Vorzugsweise weist die Vorform eine Dicke D von mindestens 0,05 mm, mehr bevorzugt von mindestens 1 mm auf. Die Dicke beträgt vorzugsweise höchstens 40 mm, mehr bevorzugt höchstens 30 mm. Die Breite B der Vorform beträgt vorzugsweise mindestens 50 mm, mehr bevorzugt mindestens 100 mm, am meisten bevorzugt mindestens 300 mm.
Die Länge der Vorform L beträgt vorzugsweise mindestens 500 mm, mehr 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. Es ist auch eine Verfahrensführung denkbar, bei dem die Vorform in einem kontinuierlichen Verfahren nachgeschoben wird oder die Vorform von einer Rolle abgewickelt wird. Des Weiteren gilt vorzugsweise L > B.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner mit einer Vorform betrieben werden, die auf eine erste Rolle gewickelt ist. In diesem Fall wird die Vorform ebenfalls in einem oberen Bereich der Wiederziehvorrichtung befestigt, allerdings so, dass die Vorform von der Rolle abgewickelt werden kann. Das freie Ende der Vorform wird dann mittels der Zugeinrichtung gezogen. Die Zugeinrichtung zieht die Vorform dann vorzugsweise kontinuierlich und gleichmäßig durch den Verformungsbereich, so dass sich in der Vorform eine erfindungsgemäße Verformungszone ausbildet. Die so hergestellte Glaskomponente wird nach Durchlaufen der Wiederziehvorrichtung vorzugsweise auf eine zweite Rolle aufgewickelt. Die Vorform kann mit oder ohne Borte (einem verdickten Randbereich) ausgestaltet sein. Durch die Bereitstellung der Vorform auf einer Rolle und/oder das Aufwickeln der flachen Glaskomponente auf eine Rolle kann das Verfahren insgesamt wirtschaftlicher durchgeführt werden, weil die Vorformen nicht aufwendig einzeln in die Vorrichtung eingebracht werden müssen.
Abschließend kann die erhaltene Glaskomponente beispielsweise durch Schneiden vereinzelt werden. Ferner können auch die eventuell 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 Glaskomponenten weisen vorzugsweise ein Dicken-Breiten-Verhältnis von 1:2 bis 1:20.000 auf.
Die Vorform weist vorzugsweise eine Schlierenklasse von höchstens C auf. Die Schlierenklasse ergibt sich aus dem optischen Gangunterschied. Für die Schlierenklasse C oder besser muss der optische Gangunterschied durch eine ebene Platte <30 nm betragen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Glaskomponenten erhalten, die wenigstens eine feuerpolierte Oberfläche aufweisen. Mit „Oberflächen“ sind bezogen auf die erfindungsgemäße Glaskomponente die Ober- und/oder Unterseite gemeint, also die beiden Flächen, welche im Vergleich zu den übrigen Flächen die größten sind.
Die feuerpolierte/n Oberfläche/n der Glaskomponenten weisen vorzugsweise eine quadratische Rauheit (R_q oder auch RMS) von höchstens 5 nm, bevorzugt höchstens 3 nm und besonders bevorzugt höchstens 1 nm auf. Die Rautiefe R_t beträgt für die Dünngläser vorzugsweise höchstens 6 nm, weiter bevorzugt höchstens 4 nm und besonders bevorzugt höchstens 2 nm. Die Rautiefe wird gemäß DIN EN ISO 4287 bestimmt.
Bei mechanisch polierten Oberflächen sind die Rauheitswerte schlechter. Außerdem sind bei mechanisch polierten Oberflächen Polierspuren unter dem Rasterkraftmikroskop (AFM) erkennbar. Des Weiteren können ebenfalls unter dem AFM Reste des mechanischen Poliermittels, wie Diamantpulver, Eisenoxid und/oder CeO₂, erkannt werden. Da mechanisch polierte Oberflächen nach dem Polieren stets gereinigt werden müssen, kommt es zu Auslaugung bestimmter Ionen an der Oberfläche des Glases. Diese Verarmung an bestimmten Ionen kann mit Sekundärionenmassenspektrometrie (ToF-SIMS) nachgewiesen werden. Solche Ionen sind beispielsweise Ca, Zn, Ba und Alkalimetalle.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand der nachfolgenden Abbildungen und Ausführungsbeispiele erläutert werden.
Figurenliste

zeigt den schematischen Aufbau einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Wiederziehvorrichtung in einer Seitenansicht. In der Wiederziehvorrichtung wird eine Vorform 1 von oben nach unten durch die Vorrichtung bewegt. Die Wiederziehvorrichtung weist zwei Heizeinrichtungen 2 auf, die einem mittleren Bereich der Vorrichtung angeordnet sind. In dieser Ausführungsform sind die Heizeinrichtungen mit Blenden 3 so abgeschirmt, dass sich ein Verformungsbereich 4 bildet. Ein Anteil der Vorform 1, der sich in dem Verformungsbereich 4 befindet, wird derart erwärmt, dass er die Temperatur T₂ erreicht. Dieser Anteil ist die Verformungszone 5 mit der Höhe H. Die Vorform 1 wird durch eine Zugeinrichtung 6, die hier in Form zweier angetriebener Rollen ausgeführt ist, nach unten gezogen. Dadurch, dass die Nachschubeinrichtung 7, hier ebenfalls in Form von Rollen ausgestaltet, die Vorform 1 langsamer nachschiebt als die Zugeinrichtung 6 zieht, verformt sich die Vorform 1 im Verformungsbereich 4. Die Vorform 1 wird dadurch dünner, die Dicke nach der Verformung d ist kleiner als diejenige vor der Verformung D. Bevor die Vorform 1 dem Verformungsbereich 4 zugeführt wird, wird sie mit Hilfe der Vorwärmeinrichtung 8, hier symbolisiert durch eine Brennerflamme, auf die Temperatur T₁ vorgewärmt. Nach Durchlaufen des Verformungsbereiches 4 wird die Vorform 1 einer Kühleinrichtung 9 zugeführt, die hier durch einen Eiskristall symbolisiert wird.
zeigt den schematischen Ablauf eines Verfahrens gemäß dem Stand der Technik. Die Ansicht unterscheidet sich von der in dadurch, dass hier die Veränderung der Breite B der Vorform dargestellt ist. Die Vorform 1 wird in einen Verformungsbereich 4 bewegt. Der Verformungsbereich 4 wird durch eine Heizeinrichtung 2 - hier eine Widerstandsheizung - beheizt. Die Vorform 1 wird derart aufgeheizt, dass sich im Glas eine Verformungszone 4 bildet, wo das Glas eine niedrige Viskosität aufweist. Die Verformungszone 4 ist aber durch die mangelnde Abgrenzung und die Höhe der Heizeinrichtung 2 wesentlich größer als die erfindungsgemäße. Dadurch kommt eine besonders ausgeprägte Verringerung der Breite der Vorform 1 zustande. Es ist auch eine Zugeinrichtung 6 gezeigt, die die Vorform 1 in die Länge zieht.
zeigt schematisch eine Vorform mit einer Länge L, einer Dicke D und einer Breite B.
zeigt schematisch die Wirkungsweise eines möglichen Strahlungsheizers 6, der als Heizeinrichtung zum Einsatz kommen kann. Abhängig von seinem Abstand zur Vorform 1 ist die Höhe des Verformungsbereichs 2 unterschiedlich. In der Abbildung ist auch gezeigt, wie mittels Abschattung 8 der Verformungsbereich 7 begrenzt werden kann, um einen möglichst niedrigen Verformungsbereich 2 zu erhalten. Sowohl der Abstand als auch die Ausgestaltung der Heizeinrichtung können also zur Einstellung der Höhe des Verformungsbereiches 2 dienen.
zeigt, wie die Breiten eines Glasprodukts von der Höhe der Verformungszone beim Wiederziehen abhängen. Es ist erkennbar, dass eine niedrigere Verformungszone den Effekt hat, dass die Verringerung der Breite der Vorform reduziert wird.
zeigt, wie die Dicke d eines flachen Glasproduktes über die Breite b des Produktes des Beispiels 3 verteilt ist. Daran kann erkannt werden, dass die Borten an den Rändern des Glasproduktes relativ schmal sind. Der Anteil, der eine homogene niedrige Dicke aufweist, kann für die Anwendung des Glasproduktes genutzt werden, die Borte muss entfernt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Ausbeute besonders hoch.
zeigt beispielhaft die mittlere Breite b (Bruttobreite) der ausgezogenen Glaskomponente und die zum Ausziehen benötigte Ziehkraft jeweils in Abhängigkeit von der Viskosität des Glases der Vorform in der Verformungszone für den Fall einer 4 mm dicken und 400 mm breiten Vorform, die mit 5 mm/min in eine 40 mm hohe Muffel eingefahren wird. Das Glas wird mit 200 mm/min abgezogen. Es ist deutlich zu erkennen, dass die benötigte Ziehkraft mit steigender Viskosität zunehmend ansteigt. Des Weiteren ist ersichtlich, dass die mittlere Breite b des erhaltenen Produktes mit steigender Viskosität zunehmend abnimmt.
zeigt beispielhaft das Verhältnis der mittleren Breite b (Bruttobreite) zur mittleren Dicke d (Nettodicke) der ausgezogenen Glaskomponente und die zum Ausziehen benötigte Ziehkraft jeweils in Abhängigkeit von der Viskosität des Glases der Vorform in der Verformungszone für den Fall einer 4 mm dicken und 400 mm breiten Vorform, die mit 5 mm/min in eine 40 mm hohe Muffel eingefahren wird. Das Glas wird mit 200 mm/min abgezogen. Es ist ersichtlich, dass das Verhältnis b/d des erhaltenen Produktes mit steigender Viskosität zunehmend abnimmt. Im Vergleich zu der in gezeigten Abnahme der mittleren Breite b mit steigender Viskosität nimmt das Verhältnis b/d mit steigender Viskosität relativ noch stärker ab.

Beispiele
Beispiel 1: Ausziehen von optischem Glas
Das optische Glas (Fluorphosphatglas) wird dabei in eine Barrenform gegossen mit Abmessungen von z.B. B=120 mm und D=14 mm. Dieser Barren wird nun in die Wiederziehvorrichtung eingebracht und in einer Vorwärmzone auf eine Temperatur erwärmt, die dem Glastransformationspunkt entspricht (ca. 10¹³ dPas). Durch ein Absenken der Vorform in einen Verformungsbereich mit einer Höhe von 40 mm und einer Temperatur, die mindestens einer Viskosität von < 10^7,6 dPas und im Maximum einer Viskosität von ca. 10⁴ dPas entspricht. Das ablaufendende Glas wird durch eine Kühlzone geführt und in eine Zugeinrichtung eingespannt und schneller abgezogen, als die Vorform nachgeführt wird. So entsteht ein Glasband mit einer Breite von 100 mm und einer Mittendicke von 0,3 mm.
Beispiel 2: Ausziehen von Flachglas
Als Vorform wird ein Flachglas (Borofloat®) mit der Breite 300 und der Dicke 10 mm bereitgestellt. Diese Vorform wird nach Durchlaufen einer Vorwärmzone (ca. Tg) in die Verformungszone gefahren. Diese Zone wird über die gesamte Breite und eine Höhe von 20 mm mindestens auf eine Temperatur gebracht, die einer Viskosität von 10⁴ dPas bis < 10^7,6 dPas entspricht. Das ablaufende Glas wird nach Durchlaufen einer Kühlzone in eine Zugeinrichtung eingespannt. Durch geeignete Wahl der Geschwindigkeit der Vorform und des Produktes wird eine Mittendicke von höchstens 100 µm eingestellt und das Produkt wird auf eine Trommel aufgewickelt. So entsteht ein Produkt mit einer Breite von mindestens 250 mm.
Beispiel 3: Ausziehen von Flachglas

Es wird eine Vorform aus Flachglas (Borofloat®) mit einer Breite von 50 mm und einer Dicke von 1,1 mm bereitgestellt. Diese Vorform wird nach Durchlaufen einer Vorwärmzone (ca Tg) in die Verformungszone gefahren. In der Verformungszone wird das Glas über die gesamte Breite und einer Höhe von 3 mm auf eine Temperatur gebracht, die einer Viskosität von ca. 10⁷ dPas entspricht. Das ablaufende Glas wird nach Durchlaufen einer Kühlzone in ein Gewicht gehängt (Zugeinrichtung). Durch geeignete Wahl der Geschwindigkeit der Vorform und der Größe des Gewichtes wird eine Mittendicke etwa 50 µm eingestellt. So entsteht ein Produkt mit einer Breite von mindestens 40 mm. Tabelle 1: Beispiele und Vergleichsbeispiele

	US 3,635,687 ohne Randkühler	US 3,635,687 mit Randkühler	Erfindungsgemäß
Länge Verformungsbereich [mm]	508	508	30
Vorformbreite B [mm]	508,0	508,0	120,0
Vorformdicke D [mm]	6,4	6,4	14,0
Verhältnis B/D	80,0	80,0	8,6
Breite Komponente b [mm]	19,1	61,4	100,0
Mittendicke Komponente d [mm]	0,1	0,1	0,3
Verhältnis b/d	250,0	853,3	333,3
(Verhältnis b/d) / (Verhältnis B/D)	3,1	10,7	38,9

Bezugszeichenliste

1: Vorform
2: Heizeinrichtung
3: Blende
4: Verformungsbereich
5: Verformungszone
6: Zugeinrichtung
7: Nachschubeinrichtung
8: Vorwärmeinrichtung
9: Kühleinrichtung

Claims

Verfahren zum Wiederziehen von Glas umfassend die Schritte - Bereitstellen einer Vorform (1) eines Glases mit einer mittleren Dicke D und einer mittleren Breite B, - Erwärmen einer Verformungszone (5) der Vorform (1), und - Ausziehen der Vorform (1) auf eine mittlere Dicke d und eine mittlere Breite b, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungszone (5) der Anteil der Vorform (1) ist, in dem die Vorform (1) eine Dicke zwischen 0,95*D und 1,05*d aufweist, wobei die Verformungszone (5) eine Höhe von höchstens 6*D aufweist, und wobei das Verfahren den weiteren Schritt des Kühlens der Vorform nach Austreten aus dem Verformungsbereich umfasst und diese Abkühlung so erfolgt, dass sich eine Viskositätsänderung von mindestens 10⁶ dPas/s ergibt, und wobei das Verhältnis B/b höchstens 2 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verformungszone (5) höchstens eine Höhe von 100 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperatur T₂ so gewählt wird, dass die Viskosität η₂ des Glases < 10^7,6 dPas beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas ein technisches Glas oder ein optisches Glas ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas in einer Wiederziehvorrichtung erwärmt wird, die wenigstens eine Heizeinrichtung (2) aufweist, welche ausgewählt ist aus einer Widerstandsheizung, einer Brenneranordnung, einer Strahlungsheizung, einem Laser und Kombinationen daraus.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorform (1) in einem Bereich unterhalb der Verformungszone (5) mittels einer Zugeinrichtung (6) ausgezogen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorform von einem Bereich oberhalb der Verformungszone (5) in Richtung der Verformungszone (5) nachgeführt wird.
Wiederziehvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Verformungsbereich (4) und eine Heizeinrichtung (2) zur Erhitzung einer Verformungszone (5), wobei Heizeinrichtung (2) und/oder der Verformungsbereich (4) so ausgestaltet sind, dass die Verformungszone (5) einer sich wenigstens teilweise im Verformungsbereich (4) befindenden Vorform (1) aus Glas auf eine Temperatur T₂ erhitzt werden kann, bei der das Glas eine Viskosität η₂ von < 10^7,6 dPas aufweist, und wobei die Vorrichtung eine Kühleinrichtung zum derartigen Kühlen der Vorform nach Austreten aus dem Verformungsbereich aufweist, dass sich eine Viskositätsänderung von mindestens 10⁶ dPas/s ergibt.
Wiederziehvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Verformungsbereich (4) eine Höhe von höchstens 250 mm aufweist.