DE102016102408A1

DE102016102408A1 - Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Glaswaren und Verfahren hierzu

Info

Publication number: DE102016102408A1
Application number: DE102016102408.2A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Seidel; Klaus-Uwe Hoff; Jörg Hessenkemper
Original assignee: Ernst Pennekamp & Co oHG GmbH
Current assignee: Ernst Pennekamp & Co oHG GmbH
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2016-02-11
Publication date: 2017-06-08
Also published as: WO2017093162A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Glaswaren, insbesondere von Waren aus Flachglas. Die Vorrichtung weist dabei einen Prozessraum auf, welcher einen Innenraum umfasst, in welchem die Glaswaren mit einem Sprühmedium besprühbar sind. Hierbei werden jeweils die zu behandelnden Oberflächen der Glaswaren mit dem entsprechenden Sprühmedium besprüht. Die Erfindung schlägt nun vor, dass der Prozessraum ein thermisch isoliertes Gehäuse umfasst, in welchem die Sprüheinrichtung zum Versprühen des Sprühmediums angeordnet ist. Des Weiteren ist im Prozessraum eine Heizeinrichtung vorgesehen, die den Prozessraum in eine gewünschte Temperatur aufheizt. Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Oberflächen von Glaswaren, welche mit der vorbeschriebenen Vorrichtung durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Glaswaren, insbesondere von Waren aus Flachglas sowie ein Verfahren, welches mit Hilfe dieser Vorrichtung durchführbar ist. Bei Glaswaren ist es immer wieder wichtig, die chemische Beständigkeit und das Bruchverhalten des Glases positiv zu beeinflussen. Hierzu sind verschiedene Prozesse zur Oberflächenbehandlung entwickelt worden.
Beim sogenannten chemischen Härten wird Glas über einen sehr langen Zeitraum von mehreren Stunden in eine kalte wässerige Lösung gelegt. Hierdurch findet ein Ionenaustausch statt. Nachteilig ist jedoch, dass dieser Prozess relativ lange dauert.
Eine weitere Möglichkeit ist die Heißendvergütung, die häufig mit Zinntetrachlorid oder Titantetrachlorid durchgeführt wird. Die dabei verwendeten Chemikalien erzeugen jedoch Chlorwasserstoff und dadurch eine strak ätzende Atmosphäre, was für die in diesem Bereich arbeitenden Personen schwierig ist und zu einer erhöhten Korrosion von lagerdrehenden Teilen und der gesamten Anlage führt. Darüber hinaus sind die Chemikalien teilweise auch giftig was ebenfalls für die Mitarbeiter problematisch ist.
Die DE 195 04 906 A1 beschreibt ein Verfahren zur Heißendvergütung von Hohlglaskörpern durch Aufbringen von Metallverbindungen auf die heiße äußere Oberfläche. Hierbei wird ein Mittel bestehend aus Silizium-, Bor-, Zinn- und gegebenenfalls Phosphorverbindungen, auf das Glas aufgebracht und daraus pyrolytisch eine Schicht aus Oxiden erzeugt. Dabei wird zunächst eine Zwischenschicht aus Metalloxiden auf der Glasoberfläche gebildet, wobei dann darauf aufbauend eine Zinnoxidschicht ausgebildet wird. Hierzu sind jedoch zwei Verfahrensschritte notwendig, was eine längere Verfahrensdauer mit sich bringt und somit entsprechend teuer ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu schaffen, in welcher die Oberflächenbehandlung von Glaswaren mit kurzer Prozessdauer durchgeführt werden kann und bei welchem keine korrosiven Stoffe entstehen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren durchzuführen, welches sich diese Vorrichtung zunutze macht. Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Prozessraum, welcher ein thermisch isoliertes Gehäuse aufweist und in welchem eine Sprüheinrichtung zum Versprühen des Sprühmediums angeordnet ist. Im Prozessraum ist weiterhin eine Heizeinrichtung vorgesehen, die den Prozessraum auf eine gewünschte Temperatur aufheizt. Hierdurch kann in dem Prozessraum die Heißendvergütung von Glaswaren stattfinden. Die Heizeinrichtung stellt dabei die notwendige Energie zur Verfügung. Im Sprühmedium können Ammoniumnitrat und Ammoniumsulfat zu jeweils ungefähr 10% vorliegen. Die Beheizung des Prozessraumes ist notwendig, da es sich um eine endotherme Reaktion handelt. In dem verwendeten Sprühmedium sind weder Zinntetrachlorid noch Titantetrachlorid enthalten und es fällt bei der Reaktion auch kein Chlorwasserstoff an.
Vorteilhafterweise ist als Heizeinrichtung ein Gasbrenner vorgesehen. Dieser kann die Form eines lanzenförmigen Brennerbalkens aufweisen. Derartige Brennerbalken sind in der Glasindustrie durchaus üblich und bekannt.
Da der Abstand und der Neigungswinkel des lanzenförmigen Brennerbalkens einen großen Einfluss auf die Güte der behandelten Oberfläche des Glases haben, sind sie vorteilhafterweise einstellbar, um verschiedene Ergebnisse zu ermöglichen, insbesondere auch, um sich auf verschiedene Arten von Glaswaren einstellen zu lassen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Sprühmedium direkt in die Flamme der Heizeinrichtung bzw. des lanzenartigen Brennerbalkens sprühbar ist. Hierdurch wird das Sprühmedium direkt erhitzt, um so genügend Energie für die durchzuführende endotherme Reaktion, welche auf der Oberfläche der Glaswaren stattfindet, mitzubringen.
Vorzugsweise weist der Prozessraum wenigstens ein Absaugsystem auf, mit welchem Abluft aus dem Prozessraum abgesaugt werden kann. Hierbei werden sowohl die beim Prozess anfallenden Reaktionsprodukte sowie überschüssiges Sprühmedium und Abgase, welche bei der Verbrennung am Brenner entstehen können, abgesaugt.
Vorteilhafterweise wird das Sprühmedium mittels einer oder mehrerer Düsen in den Innenraum des Prozessraumes eingebracht. Die Düsen können dabei eine unterschiedliche Form aufweisen und mit verschiedenartigen Sprühkegeln ausgestattet sein. Hierbei sind beispielsweise ein Rundstrahl oder auch ein Flachstrahl denkbar. Durch das Versprühen des Sprühmediums entsteht dabei im Innenraum des Prozessraums eine mit Sprühmedium gesättigte Atmosphäre, was besonders vorteilhaft für die Oberflächenbehandlung der Glaswaren ist.
Besonders bevorzugt sind mehrere Düsen auf einem Tragsystem angeordnet. Dieses Tragsystem kann vorteilhafterweise auch noch extern gekühlt werden, um einer thermischen Verformung entgegenzutreten. Durch eine derartige thermische Verformung würde der Prozess negativ beeinflusst werden. Die genaue Form, Anzahl und Anordnung der Düsen ist vom jeweiligen Anwendungsfall und dem genauen Aufbau und der Größe des Prozessraumes abhängig.
Des Weiteren kann eine Dosieranlage vorgesehen sein, welche das Sprühmedium genau dosiert. Die Dosieranlage kann dabei über verschiedene Komponenten verfügen, wie einen Sprühmediumbehälter, eine Mischpumpe sowie entsprechende Durchflussventile und Regelarmaturen. In der Dosieranlage kann dann das Sprühmedium genau dosiert werden bzw. in einer genauen Konzentration hergestellt werden. Beispielsweise kann konzentrierte Salzlösung unter Zuführung eines Lösemittels, beispielsweise von Wasser, auf die gewünschte Konzentration gebracht werden, um dann als Sprühmedium zu dienen.
Des Weiteren kann die Vorrichtung noch über eine Steuerung verfügen, welche die Düsen, das Dosierverhältnis des Sprühmediums, die Dosieranlage und/oder das Sprühmedium selber überwacht. Hierfür kann die Steuerung dann über entsprechende Sensoren verfügen, die entsprechende Parameter messen, beispielsweise die verwendete Sprühluftmenge, das Dosierverhältnis des Sprühmediums, die Konduktivität des Sprühmediums usw.
Der Prozessraum ist vorteilhaft derartig ausgestaltet, dass alle in ihm befindlichen Bauteile sowie auch die Innenseiten des Prozessraumes resistent gegenüber der im Innenraum des Prozessraumes befindlichen Atmosphäre, welche durch das Sprühmittel gesättigt sein kann, resistent sind.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von Glaswaren, insbesondere von Glaswaren aus Flachglas, wie gewalztem oder gezogenem Glas oder Floatglas, durchgeführt werden. Eine Oberflächenbehandlung von anderen Glasformen ist selbstverständlich ebenfalls denkbar.
Ist der Prozessraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung von der Umgebung abgeschottet, kann in seinem Innenraum eine mit Sprühmittel gesättigte Atmosphäre geschaffen werden, in welcher ein fortwährend gleichbleibender Prozess zur Oberflächenbehandlung der Glaswaren stattfinden kann. Die Reaktionszeit beträgt ca. 2 Sekunden und ist damit sehr schnell. Die Härtung der Oberfläche des Glases erfolgt durch einen Austausch von Ionen oder Molekülen, wobei an der Oberfläche befindliche kleinere Moleküle oder Ionen durch andere größere Moleküle oder Ionen ersetzt werden, welche dann eine Druckspannung in der Glasoberfläche erzeugen. Dadurch wird die chemische Beständigkeit durch Erhöhung der hydrolytischen Klasse des Glases erhöht und das Bruchverhalten des Glases positiv beeinflusst.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Unteransprüchen sowie den Zeichnungen. In den Figuren ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
1: das Innere einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Prozessraum in Seitenansicht,
2: die Vorrichtung aus 1 im Inneren in Vorderansicht.
1 zeigt den inneren Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Diese umfasst einen Prozessraum 11, in dessen Innenraum 13 sich eine Atmosphäre von Sprühmedium 20 befindet. Das Sprühmedium 20 wird über ein Tragsystem 22 und mehrere Düsen 21 verteilt. Unterhalb des Tragsystems 22 ist eine Heizeinrichtung 14 in Form eines Brennerbalkens 15 angeordnet. Die Düsen 21 versprühen das Sprühmedium 20 direkt in die Flamme 16 des Brennerbalkens 15. Dies ist besonders gut aus der Darstellung in 2 ersichtlich. Des Weiteren sind mehrere Absaugsysteme 17 vorgesehen, die überschüssiges Sprühmedium 20 aber auch beim Prozess anfallende Reaktionsprodukte und durch die Verbrennung der fossilen Brennstoffe im Prozessraum 11 entstehende Produkte absaugen. Die Oberfläche 30 der Glaswaren ist in den Darstellungen in 1 und 2 nur angedeutet, aber es ist ersichtlich, dass die Glaswaren an ihrer Oberfläche 30 direkt mit dem Sprühmedium 20 in Kontakt kommen. Innerhalb kürzester Zeit, also einer Reaktionszeit von ca. 2 Sekunden, geschieht dann die Oberflächenbehandlung bzw. Oberflächenveredlung. Die Glaswaren werden dabei durch die Vorrichtung 10 hindurchgefahren.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass die dargestellte Ausführungsform lediglich eine beispielshafte Verwirklichung der Erfindung ist. Diese ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die genaue Anordnung von Düsen und Heizeinrichtungen auch anders erfolgen. Es können auch in einem Prozessraum mehrere Heizeinrichtungen vorgesehen sein sowie auch eine andere Anzahl von Düsen. Die Düsen müssen auch nicht auf einem Tragsystem, wie hier dargestellt, montiert sein, sondern können anderweitig angeordnet sein. Auch die Form der Düsen und damit auch der Sprühkegel kann je nach genauer Ausgestaltung der Vorrichtung des Prozessraumes und Anordnung der Glaswaren variieren. Auch sind andere Glaswaren als Waren aus Flachglas mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie dem Verfahren behandelbar. Bei Flachglas ist es auch möglich, beide Oberflächen einer entsprechenden Behandlung zu unterziehen.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
11: Prozessraum
12: Gehäuse
13: Innenraum
14: Heizeinrichtung
15: Brennerbalken
16: Flamme
17: Absaugsystem
20: Sprühmedium
21: Düse
22: Tragsystem
23: Sprüheinrichtung
30: Oberfläche der Glaswaren

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 Patentliteratur

DE 19504906 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (10) zur Oberflächenbehandlung von Glaswaren, insbesondere von Waren aus Flachglas, mit einem Prozessraum (11), welcher einen Innenraum (13) umfasst, in welchem die Glaswaren mit einem Sprühmedium (20) besprühbar sind, wobei jeweils die zu behandelnden Oberflächen (30) der Glaswaren mit dem Sprühmedium (20) besprüht werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessraum (11) ein thermisch isoliertes Gehäuse (12) umfasst, in welchem die Sprüheinrichtung (23) zum Versprühen des Sprühmediums (20) angeordnet ist und dass im Prozessraum (11) eine Heizeinrichtung (14) vorgesehen ist, die den Prozessraum (11) auf eine gewünschte Temperatur aufheizt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizeinrichtung (14) ein Gasbrenner vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (14) die Form eines lanzenförmigen Brennerbalkens (15) aufweist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand und der Neigungswinkel des lanzenförmigen Brennerbalkens (15) zur zu besprühenden Oberfläche (30) der Glaswaren einstellbar sind.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühmedium (20) direkt in die Flamme der Heizeinrichtung (14) bzw. des lanzenartigen Brennerbalkens (15) sprühbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessraum (11) wenigstens ein Absaugsystem (17) aufweist, mit dem Abluft aus dem Prozessraum (11) abgesaugt werden kann.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühmedium (20) durch eine oder mehrere Düsen (21) in den Innenraum (13) des Prozessraums (11) einbringbar ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (21) einen Rundstrahl oder einen Flachstrahl versprühen.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Düsen (21) auf einem Tragsystem (22) angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragsystem (22) extern gekühlt wird.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dosieranlage vorgesehen ist, welche das Sprühmedium genau dosiert.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, die die Düsen (21), das Dosierverhältnis des Sprühmediums (20) und/oder das Sprühmedium (20) selbst überwacht.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Prozessraum (11) befindlichen Bauteile resistent gegenüber der im Innenraum (13) des Prozessraums (11) befindlichen Atmosphäre, insbesondere resistent gegenüber den Bestandteilen des Sprühmediums (20) sind.
Verfahren zur Behandlung der Oberfläche (30) von Glaswaren, insbesondere von Glaswaren aus Flachglas, durchgeführt mit einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.