DE102020209410A1

DE102020209410A1 - Vorrichtung zur Herstellung von Substraten aus Glas, Glaskeramik und/oder Glaskeramikmaterial und Verfahren

Info

Publication number: DE102020209410A1
Application number: DE102020209410.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Büllesfeld; Ralf Biertümpfel; Ulrich Lange; Bernd Löffelbein
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2020-07-24
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2022-01-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Substraten aus Glas, Glaskeramik und/oder Glaskeramikmaterial umfassendeine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Substrats zu einer Formgebungswalzeinrichtung,wobei die Formgebungswalzeinrichtung zumindest ein Walzenpaar aufweist, wobei die beiden Walzen des zumindest einen Walzenpaares gegenüberliegend und beabstandet in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sind zum Walzen des Substrats entlang einer Transportrichtung durch die beiden Walzen, undeine Anpassungseinrichtung zur Anpassung der Viskosität des Substrats derart, dass die Viskosität in einem Bereich von zumindest 107,6dPas, insbesondere von zumindest 109dPas, vorzugsweise von zumindest 1010dPas, insbesondere von zumindest 1011dPas, zumindest in der Formgebungswalzeinrichtung gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Substraten aus Glas, Glaskeramik und/oder Glaskeramikmaterial umfassend eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Substrats zu einer Formgebungswalzeinrichtung, wobei die Formgebungswalzeinrichtung zumindest ein Walzenpaar aufweist, wobei die beiden Walzen des zumindest einen Walzenpaares gegenüberliegend und beabstandet in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sind zum Walzen des Substrats entlang einer Transportrichtung durch die beiden Walzen.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung von Substraten aus Glas, Glaskeramik und/oder Glaskeramikmaterial umfassend die Schritte: Zuführen des Substrats zu einer Walzeinrichtung mittels einer Zuführeinrichtung, und Walzen des zugeführten Substrats durch eine Formgebungswalzeinrichtung, die zumindest ein Walzenpaar aufweist, wobei die beiden Walzen des zumindest einen Walzenpaares gegenüberliegend und beabstandet in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sind zum Walzen des Substrats durch die beiden Walzen.
Obwohl die vorliegende Erfindung allgemein auf beliebige Substrate anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Glassubstrate erläutert.
In tragbaren Geräten wie beispielsweise tragbare Computer, Smartphones oder dergleichen werden Gläser verwendet, die stark zu einer Entglasung/Devitrifikation neigen. Beispiele hierfür sind hochbrechende optische Gläser im Bereich der erweiterten Realität oder auch hochfeste, vorspannbare Gläser als Covergläser von elektronischen Geräten.
Die Gläser werden dabei mittels Heißformgebung hergestellt, wobei diese in einem für die Gläser kritischen Viskositätsbereich von 10³-10⁵ dPas erfolgt. Dies gilt insbesondere für Dicken unter 4 mm beziehungsweise 2 mm beziehungsweise 1 mm beziehungsweise 0,5 mm beziehungsweise 0,3 mm Dicke, für die das bisher bekannte Heißformungsverfahren nicht anwendbar ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Substraten aus Glas, Glaskeramik und/oder Glaskeramikmaterial anzugeben, mit welchen auf einfache, kostengünstige und zuverlässige Weise dünne Substrate hergestellt werden können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Vorrichtung sowie ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Substraten aus Glas, Glaskeramik und/oder Glaskeramikmaterial anzugeben.
In einer Ausführungsform löst die vorliegende Erfindung die vorstehend genannten Aufgaben durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Substraten aus Glas, Glaskeramik und/oder Glaskeramikmaterial umfassend eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Substrats zu einer Formgebungswalzeinrichtung, wobei die Formgebungswalzeinrichtung zumindest ein Walzenpaar aufweist, wobei die beiden Walzen des zumindest einen Walzenpaares gegenüberliegend und beabstandet in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sind zum Walzen des Substrats entlang einer Transportrichtung durch die beiden Walzen, und eine Anpassungseinrichtung zur Anpassung der Viskosität des Substrats derart, dass die Viskosität in einem Bereich von zumindest 10^7,6 dPas, insbesondere von zumindest 10⁹ dPas, vorzugsweise von zumindest 10¹⁰ dPas, insbesondere von zumindest 10¹¹ dPas, zumindest in der Formgebungswalzeinrichtung gehalten wird.
In einer weiteren Ausführungsform löst die vorliegende Erfindung die vorstehend genannten Aufgaben durch ein Verfahren zur Herstellung von Substraten aus Glas, Glaskeramik und/oder Glaskeramikmaterial, umfassend die Schritte: Zuführen des Substrats zu einer Formgebungswalzeinrichtung mittels einer Zuführeinrichtung, Walzen des zugeführten Substrats durch die Formgebungswalzeinrichtung, die zumindest ein Walzenpaar aufweist, wobei die beiden Walzen des zumindest einen Walzenpaares gegenüberliegend und beabstandet in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sind zum Walzen des Substrats durch die beiden Walzen, und Anpassen der Viskosität des Substrats derart, dass die Viskosität im Bereich von zumindest 10^7,6dPas, insbesondere von zumindest 10⁹ dPas, vorzugsweise von zumindest 10¹⁰ dPas, insbesondere von zumindest 10¹¹ dPas, zumindest in der Formgebungswalzeinrichtung gehalten wird.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit die Viskosität ausreichend hochgehalten wird und eine ausreichend hohe Umformkraft bereitgestellt werden kann, sodass sehr glatte Oberflächen und gleichzeitig hinreichend dünne Substrate hergestellt werden können. Ein möglicher weiterer Vorteil ist, dass die Anzahl von Walzdurchgängen wesentlich reduziert werden kann, was eine schnellere und kostengünstigere Herstellung ermöglicht. Ein möglicher weiterer Vorteil ist, dass der Bauraum für die Vorrichtung insgesamt verkleinert werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung weisen die Walzen des zumindest einen Walzenpaares einen Durchmesser von weniger als 200 mm, insbesondere von weniger als 125 mm, vorzugsweise von weniger als 75 mm, insbesondere zwischen 5 mm und 70 mm, vorzugsweise zwischen 30 mm und 60 mm auf. Ein möglicher Vorteil hiervon ist einerseits eine kompakte Ausbildung der Walzen, andererseits ermöglichen Formgebungswalzen mit kleinerem Durchmesser bei gleicher Viskosität und Kräften bei weniger Walzdurchgängen dünne Substrate: die mögliche Dickenreduktion pro Walzdurchgang ist bei kleinen Walzdurchmessern also größer.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist mittels der Formgebungswalzeinrichtung eine Kraft von mehr als 5*106 N/m bezogen auf die Länge der Walzen, insbesondere mehr als 10⁷ N/m, vorzugsweise mehr als 10⁸ N/m, insbesondere mehr als 10⁹ N/m, insbesondere mehr als 10¹⁰ N/m, vorzugsweise mehr als 10¹¹ N/m, auf das Substrat ausübbar. Einer der möglichen Vorteile hiervon ist, dass eine ausreichend hohe Kraft zum Umformen bei hoher Viskosität bereitgestellt werden kann, so dass die Substrate basierend auf Glas und/oder Glaskeramik außerhalb des kritischen Viskositätsbereichs von ca. 105 dPas hergestellt werden können.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist mittels der Formgebungswalzeinrichtung ein Verhältnis aus der Kraft, bezogen auf die Länge einer Walze und dem Durchmesser einer Walze, von mindestens 0,5*107 N/m², vorzugsweise von mehr als 108 N/m², insbesondere von mehr als 109 N/m², insbesondere von mehr als 10¹⁰ N/m², vorzugsweise von mehr als 0,5*1011 N/m², insbesondere von mehr als 10¹² N/m² bereitstellbar. Vorteil hiervon ist, dass in Abhängigkeit der Länge der Walze eine ausreichende Kraft für die Umformung des Substrats bereitstellbar ist.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung sind die Formgebungswalzeinrichtung und die Anpassungseinrichtung derart zusammenwirkend ausgebildet, so dass ein Verhältnis aus Kraft pro Länge einer Walze und Viskosität von mehr als 0,01 m/s, insbesondere mehr als 0,1 m/s, vorzugsweise mehr als 1 m/s bereitgestellt wird. Damit kann die Anzahl der Walzdurchgänge gesenkt werden. Je höher der genannte Wert, desto weniger Walzdurchgänge zur Erreichung einer Ziel- oder Enddicke des Substrats können in der Regel notwendig sein.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist die Anpassungseinrichtung eine Temperaturregeleinrichtung, insbesondere eine Heizeinrichtung, zur Anpassung der Temperatur des Substrats auf. Vorteil hiervon ist, dass das Substrat auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden kann, was den Herstellungsvorgang vereinfacht und eine hohe Qualität des Substrats nach Ende der Herstellung ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist die Formgebungswalzeinrichtung eine Stützeinrichtung zum Andrücken der Walzen des zumindest einen Walzenpaares an das Substrat auf. Vorteil hiervon ist eine besonders kostengünstige Möglichkeit, ein Durchbiegen der Walzen der Formgebungswalzeinrichtung zu verhindern und gleichzeitig eine hohe Umformkraft bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist die Stützeinrichtung eine Mehrzahl von Stützwalzen auf, die mit den Walzen zur Übertragung von Kräften zusammenwirkend ausgebildet sind, insbesondere wobei der Durchmesser der Stützwalzen größer ist als der Durchmesser der mit den Stützwalzen zusammenwirkenden Walzen. Der Vorteil von Stützwalzen ist, dass diese eine besonders kostengünstige Möglichkeit darstellen, ein Durchbiegen der Walzen der Formgebungswalzeinrichtung zu reduzieren beziehungsweise zu unterdrücken.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung sind eine Mehrzahl von Walzenpaaren hintereinander in der Transportrichtung angeordnet. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Fertigung beziehungsweise ein kontinuierliches Walzen des Substrats bis zur gewünschten Ziel- beziehungsweise Enddicke.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist der Abstand zwischen zwei Walzen eines Walzenpaars kleiner verglichen mit dem Abstand zwischen zwei Walzen eines in Transportrichtung des Substrats davor angeordneten Walzenpaars. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Reduzierung der Dicke des Substrats entlang der Transportrichtung. Ein aufwendiges Umstellen oder Ändern des Abstands der Walzen ist damit nicht notwendig.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist das Verhältnis der Abstände zwischen Walzen von zwei in Transportrichtung aufeinanderfolgenden Walzenpaaren mindestens 1/3, vorzugsweise mindestens 50% kleiner, insbesondere wobei das Verhältnis der Abstände zwischen den Walzen von dem in Transportrichtung letzten und ersten Walzenpaar weniger als 10%, insbesondere weniger als 7,5%, vorzugsweise gleich oder weniger als 4% beträgt. Dies ermöglicht auf effiziente Weise eine Reduzierung der Dicke des Substrats in Transportrichtung bei gleichzeitiger Bereitstellung ausreichend hoher Walzkräfte. Insgesamt werden damit die Anzahl der Walzdurchgänge optimiert.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung beträgt die Transportgeschwindigkeit des Substrats zumindest innerhalb der Formgebungswalzeinrichtung mindestens 1 mm/s, vorzugsweise mindestens 1,5 mm/s, insbesondere mehr als 2,0 mm/s, vorzugsweise mehr als 2,75 mm/s, insbesondere mehr als 3 mm/s oder mehr. Damit wird ein ausreichend hoher Durchsatz von gewalzten Substraten erreicht, ohne dass die Qualität des Substrats leidet.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist die Transportgeschwindigkeit eines Walzenpaars mit geringerem Abstand zwischen den Walzen größer als die Transportgeschwindigkeit eines Walzenpaars mit größerem Abstand. Vorteil hiervon ist, dass damit ein konstanter Durchsatz an Substraten erzielt werden kann.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist die Transportgeschwindigkeit v_n eines Walzenpaares w_n, wobei die Walzen einen Abstand d_n zueinander aufweisen und die Transportgeschwindigkeit v_n+1 eines in Transportrichtung nachfolgenden Walzenpaares, wobei die Walzen einen Abstand d_n+1 zueinander aufweisen, gemäß der Formel $v_{n+1} = f * d_{n} / d_{n+1} * v_{n}$
geregelt, mit einem Faktor f, welcher zwischen 0,1 und 2, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 gewählt ist, insbesondere wobei der Faktor f und/oder die Transportgeschwindigkeiten v_n+1, v_n mittels einer Regelungs- und Steuereinrichtung für die Formgebungswalzeinrichtung, die Zuführeinrichtung und/oder die Anpassungseinrichtung regelbar sind. Ein möglicher Vorteil hierbei ist, dass damit eine ausreichende und insbesondere regelbare Geschwindigkeit der Walzen zur Verfügung gestellt wird, was die Zuverlässigkeit des Herstellungsprozesses verbessert.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung sind die Walzen der Formgebungswalzeinrichtung und/oder die Stützeinrichtung so ausgebildet, dass die Walzen der Formgebungswalzeinrichtung eine Durchbiegung von weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 1% bezogen auf den jeweiligen Abstand der Walzen des Walzenpaares aufweisen. Damit wird zum einen insgesamt der Herstellungsprozess verbessert, da das Substrat über seine gesamte Erstreckung entlang der jeweiligen Walze eine gleichbleibende Dicke aufweist. Zum anderen erhöht sich die Lebensdauer der Walzen.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist eine Walztemperaturregeleinrichtung angeordnet zur Regelung der Temperatur der Walzen, insbesondere wobei die Walztemperaturregeleinrichtung ausgebildet ist, die Temperatur der Walzen an die Temperatur des Substrats anzupassen. Damit können das Substrat und die Walzen im Wesentlichen auf gleicher Temperatur gehalten werden, was die Herstellung des Substrats erleichtert.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist zumindest eine Walze des in Transportrichtung angeordneten letzten Walzenpaars eine strukturierte Oberfläche auf. Vorteil hiervon ist, dass eine strukturierte Oberfläche des Substrats ermöglicht wird. Damit können beispielsweise mechanische oder optische Effekte erreicht werden. Durch die in der Vorrichtung bereitgestellte hohe Viskosität während der Formgebung des Substrats wird ein Rückfließen verhindert.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens sind zumindest die Walzen der Formgebungswalzeinrichtung isotherm zur Temperatur des Substrats geführt. Damit können das Substrat und die Walzen im Wesentlichen auf gleicher Temperatur gehalten werden, was die Herstellung des Substrats erleichtert.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens werden zumindest die Walzen der Formgebungswalzeinrichtung mittels zumindest einer zusätzlichen Stützwalze einer Stützeinrichtung gegen das Substrat gedrückt. Der Vorteil von Stützwalzen ist, dass diese eine besonders kostengünstige Möglichkeit sind, ein Durchbiegen der Walzen der Formgebungswalzeinrichtung zu reduzieren beziehungsweise zu unterdrücken.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der dazugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Dabei zeigt

1 in schematischer Form eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3a, b jeweils eine Dicke eines Glassubstrats in Abhängigkeit des Walzdurchgangs bei Verwendung einer bekannten Vorrichtung;
4a, b jeweils eine Dicke eines Glassubstrats in Abhängigkeit des Walzdurchgangs bei Verwendung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5a, b jeweils eine Dicke eines Glassubstrats in Abhängigkeit des Walzdurchgangs bei Verwendung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
6 eine Dicke eines Glassubstrats in Abhängigkeit des Walzenpaars einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt in schematischer Form eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Herstellen von dünnen Glassubstraten 3 mittels Walzen gezeigt. Hierzu wird das Glassubstrat 3 mittels einer Zuführeinrichtung 2, beispielsweise mittels Transportrollen oder dergleichen, einer Formgebungswalzeinrichtung 4 zugeführt, um dieses in der Formgebungswalzeinrichtung 4 durch einen oder mehrere Walzvorgänge auf eine gewünschte Dicke zu walzen. Die Formgebungswalzeinrichtung 4 weist hier vier Walzenpaare WP1-WP4 auf. Die Walzen W1a, W1 b, ..., W4a, W4b der Walzenpaare WP1-WP4 weisen jeweils einen sich in Transportrichtung T verringernden Abstand a1, a2, a3, a4 auf. Die Walzen W1a, W1b, ..., W4a, W4b weisen jeweils einen Eigendurchmesser d1, d2. d3, d4 auf. In 1 weisen die Walzen eines Walzenpaars immer den gleichen Durchmesser d1, d2, d3, d4 auf, es ist ebenso denkbar hier unterschiedliche Durchmesser vorzusehen. Die Rollen des in Transportrichtung letzten Walzenpaars WP4 weisen eine strukturierte Oberfläche 9 auf. Auf der jeweiligen radialen Außenseite der Walzen der Walzenpaare sind Stützrollen oder -walzen S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b, S4a, S4b einer Stützeinrichtung 6 angeordnet, die eine Durchbiegung der Walzen W1a, W1b, ..., W4a, W4b verhindern beziehungsweise zumindest reduzieren sollen. Die Durchmesser b1, b2, b3, b4, der jeweiligen Stützrollen S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b, S4a, S4b sind dabei größer als der Durchmesser d1, d2, d3, d4 der Walzen W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b. Weiterhin ist eine Regelungs- und Steuereinrichtung 7 angeordnet, die beispielsweise mit einer Anpassungseinrichtung 5, die eine Heizeinrichtung 5a aufweist, zusammenwirkt, um eine gewünschte hohe Viskosität des Glassubstrats 3 während des Walzens mittels der Formgebungswalzeinrichtung 4 aufrechtzuerhalten. Gleiches gilt entsprechend für eine Walztemperaturregeleinrichtung 8, mit der die Temperatur der Walzen W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b der Formgebungswalzeinrichtung 4 und/oder die Temperaturen der Stützwalzen S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b, S4a, S4b der Stützeinrichtung 6 regelbar ist.
Darüber hinaus kann ebenso die Steuer- und Regeleinrichtung die Transportgeschwindigkeit des Glassubstrats 3 innerhalb der Formgebungswalzeinrichtung 4 durch Änderung der Drehgeschwindigkeit der Walzen der Walzenpaare der Formgebungswalzeinrichtung 4 ändern. Gleiches gilt auch für die Regelung der Anpress- und/oder der Walzkraft der Walzen der Formgebungswalzeinrichtung 4.
2 zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Detail zeigt 2 Schritte eines Verfahrens zur Herstellung von Substraten aus Glas, Glaskeramik und/oder Glaskeramikmaterial.
Dieses umfasst die Schritte:

- Zuführen S1 des Substrats 3 zu einer Formgebungswalzeinrichtung 4 mittels einer Zuführeinrichtung 2,
- Walzen S2 des zugeführten Substrats 3 durch die Formgebungswalzeinrichtung 4, die zumindest ein Walzenpaar WP1-WP4 aufweist, wobei die beiden Walzen W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b des zumindest einen Walzenpaares WP1-WP4 gegenüberliegend und beabstandet in einem vorgegebenen Abstand a1, a2, a3, a4 voneinander angeordnet sind zum Walzen des Substrats 3 durch die beiden Walzen W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b, und
- Anpassen S3 der Viskosität des Substrats 3 derart, dass die Viskosität im Bereich von zumindest 10^7,6 dPas, insbesondere von zumindest 10⁹ dPas, vorzugsweise von zumindest 10¹⁰ dPas, insbesondere von zumindest 10¹¹ dPas, zumindest in der Formgebungswalzeinrichtung 4 gehalten wird.

3a, b zeigt jeweils eine Dicke eines Glassubstrats in Abhängigkeit des Walzdurchgangs bei Verwendung einer bekannten Vorrichtung.
3a basiert auf dem nachfolgend beschriebenen Vergleichsbeispiel 1, 3b auf dem nachfolgend beschriebenen Versuchsbeispiel 2:
Vergleichsbeispiel 1:
In einen Rollenofen mit reversierendem Antrieb wird ein Abschnitt mit einem Walzenpaar mit einem Durchmesser von 300 mm eingesetzt. Die Walzen können eine Kraft von 3*10⁶ N/m (bezogen auf die Walzenbreite) aufbringen. In dem Rollenofen wird ein Glasbarren aus N-SF6 mit einer Ausgangsdicke von 8,9 mm und einer Breite von 105 mm auf eine Temperatur vorgewärmt, die 10^7,6 dPas entspricht (681 °C). Der Glasbarren wird nun mit einer Geschwindigkeit von 1,57 mm/s durch die Walzen gefahren und so um 1,73 mm dünner gewalzt. Anschließend wird der Barren erneut auf die Ausgangstemperatur erwärmt und erneut durch das Walzenpaar gefahren. Dabei verringert sich seine Dicke im ersten Durchgang um 1,17 mm.
Diese Prozedur wird so lange wiederholt, bis eine Enddicke von 0,3 mm erreicht ist. Es sind dazu 119 Durchgänge nötig (siehe 3a).
Vergleichsbeispiel 2:
In einen Rollenofen mit reversierendem Antrieb wird ein Abschnitt mit einem Walzenpaar mit einem Durchmesser von 300 mm eingesetzt. Die Walzen können eine Kraft von 3*10⁶ N/m (bezogen auf die Walzenbreite) aufbringen. In diesem Ofen wird ein Glasbarren aus N-SF6 mit einer Ausgangsdicke von 8,8 mm und einer Breite von 105 mm auf eine Temperatur vorgewärmt, die 10⁹ dPas entspricht (640 °C). Der Glasbarren wird nun mit einer Geschwindigkeit von 1,57 mm/s durch die Walzen gefahren und so um 1,15 mm dünner gewalzt. Anschließend wird der Barren erneut auf die Ausgangstemperatur erwärmt und erneut durch das Walzenpaar gefahren. Dabei verringert sich seine Dicke im ersten Durchgang um 0,9 mm.
Diese Prozedur wird so lange wiederholt, bis eine Enddicke von 0,3 mm erreicht ist. Es sind dazu 189 Durchgänge nötig (siehe 3b).
4a, b zeigt jeweils eine Dicke eines Glassubstrats in Abhängigkeit des Walzdurchgangs bei Verwendung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 5a, b jeweils eine Dicke eines Glassubstrats in Abhängigkeit des Walzdurchgangs bei Verwendung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4a basiert auf dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1, 4b auf dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel 2. 5a basiert auf dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel 3 und 5b auf dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel 4.
Ausführungsbeispiel 1:
In einen Rollenofen mit reversierendem Antrieb wird ein Abschnitt mit einem Walzenpaar mit einem Durchmesser von 60 mm eingesetzt. Zur Verhinderung der Durchbiegung werden die Walzen von Stützwalzen gestützt. Die Walzen können eine Kraft von 3*10⁹ N/m (bezogen auf die Walzenbreite) aufbringen. In diesem Ofen wird ein Glasbarren aus N-SF6 mit einer Ausgangsdicke von 15 mm und einer Breite von 105 mm auf eine Temperatur vorgewärmt, die 10⁹ dPas entspricht (648 °C). Der Glasbarren wird nun mit einer Geschwindigkeit von 1,57 mm/s durch die Walzen gefahren und so um 7,4 mm dünner gewalzt. Anschließend wird der Barren erneut auf die Ausgangstemperatur erwärmt und erneut durch das Walzenpaar gefahren. Dabei verringert sich seine Dicke im ersten Durchgang um 3,7 mm.
Diese Prozedur wird so lange wiederholt, bis eine Enddicke von 0,3 mm erreicht ist. Es sind dazu 6 Durchgänge nötig.
Ausführungsbeispiel 2:
In einen Rollenofen mit reversierendem Antrieb wird ein Abschnitt mit einem Walzenpaar mit einem Durchmesser von 60 mm eingesetzt. Zur Verhinderung der Durchbiegung werden die Walzen von Stützwalzen gestützt. Die Walzen können eine Kraft von 3*10⁹ N/m (bezogen auf die Walzenbreite) aufbringen. In diesem Ofen wird ein Glasbarren aus N-SF6 mit einer Ausgangsdicke von 12 mm und einer Breite von 105 mm auf eine Temperatur vorgewärmt, die 10¹⁰ dPas entspricht (629 °C). Der Glasbarren wird nun mit einer Geschwindigkeit von 1,57 mm/s durch die Walzen gefahren und so um 4,8 mm dünner gewalzt. Anschließend wird der Barren erneut auf die Ausgangstemperatur erwärmt und erneut durch das Walzenpaar gefahren. Dabei verringert sich seine Dicke im ersten Durchgang um 2,4 mm.
Diese Prozedur wird so lange wiederholt, bis eine Enddicke von 0,3 mm erreicht ist. Es sind dazu 5 Durchgänge nötig.
Ausführungsbeispiel 3:
In einen Rollenofen mit reversierendem Antrieb wird ein Abschnitt mit einem Walzenpaar mit einem Durchmesser von 60 mm eingesetzt. Zur Verhinderung der Durchbiegung werden die Walzen von Stützwalzen gestützt. Die Walzen können eine Kraft von 3*10¹⁰ N/m (bezogen auf die Walzenbreite) aufbringen. In diesem Ofen wird ein Glasbarren aus N-SF6 mit einer Ausgangsdicke von 15 mm und einer Breite von 105 mm auf eine Temperatur vorgewärmt, die 10¹⁰ dPas entspricht (629 °C). Der Glasbarren wird nun mit einer Geschwindigkeit von 1,57 mm/s durch die Walzen gefahren und so um 7,4 mm dünner gewalzt. Anschließend wird der Barren erneut auf die Ausgangstemperatur erwärmt und erneut durch das Walzenpaar gefahren. Dabei verringert sich seine Dicke im ersten Durchgang um 3,7 mm.
Diese Prozedur wird so lange wiederholt, bis eine Enddicke von 0,3 mm erreicht ist. Es sind dazu 6 Durchgänge nötig.
Ausführungsbeispiel 4:
In einen Rollenofen mit reversierendem Antrieb wird ein Abschnitt mit einem Walzenpaar mit einem Durchmesser von 30 mm eingesetzt. Zur Verhinderung der Durchbiegung werden die Walzen von Stützwalzen gestützt. Die Walzen können eine Kraft von 3*10⁹ N/m (bezogen auf die Walzenbreite) aufbringen. In diesem Ofen wird ein Glasbarren aus N-SF6 mit einer Ausgangsdicke von 12 mm und einer Breite von 105 mm auf eine Temperatur vorgewärmt, die 10¹⁰ dPas entspricht (629 °C). Der Glasbarren wird nun mit einer Geschwindigkeit von 1,57 mm/s durch die Walzen gefahren und so um 6,1 mm dünner gewalzt. Anschließend wird der Barren erneut auf die Ausgangstemperatur erwärmt und erneut durch das Walzenpaar gefahren. Dabei verringert sich seine Dicke im ersten Durchgang um 3,1 mm.
Diese Prozedur wird so lange wiederholt, bis eine Enddicke von 0,3 mm erreicht ist. Es sind dazu 8 Durchgänge nötig.
6 zeigt eine Dicke eines Glassubstrats in Abhängigkeit des Walzenpaars einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Detail zeigt 6 ein Mehrfachwalzen von Glas aus der Schmelze. Hierzu wird an einem Speiser einer Schmelzwanne Glas in einen dreiseitig geschlossenen Barrengussschacht gegossen. Dieser dient im Wesentlichen als Zuführeinrichtung für eine nachfolgende Formgebungswalzeinrichtung. An der vierten Seite des Schachtes wird ein erstes Walzenpaar der Formgebungswalzeinrichtung mit einem Durchmesser von 30 mm angebracht. Dieses Walzenpaar wird durch Stützwalzen gestützt, so dass Kräfte von 3*10⁹ N/m aufgebracht werden können. Das Glas bewegt sich mit 3 mm/s und hat beim Eintritt in den Walzenspalt eine Viskosität von 10⁹ dPas und eine Dicke von 15mm. Es durchläuft nun insgesamt 6 Walzenpaare, die durch Stützwalzen gestützt werden und dabei eine Kraft von 3*10⁹ N/m aufbringen. Die Geschwindigkeit der Walzenpaare wird dabei so eingestellt, dass der Durchsatz zwischen jedem Walzenpaar konstant ist. Die Walzen, die in Kontakt mit dem Glas sind, werden isotherm mit dem Glas geführt, das heißt sie haben eine Temperatur, die entsprechend der Glasviskosität eingestellt wird. Der Abstand der Walzen im jeweiligen Walzenpaar beträgt: 7,5 mm, 3,7mm, 1,8 mm, 0,9 mm, 0,46 mm und 0,3 mm.
Zusammenfassend weist zumindest eine der Ausführungsformen der Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile auf:

- Hohe Qualität des gewalzten Substrats, insbesondere sehr glatte Oberflächen
- Einfache, kostengünstige Herstellung
- Hohe Zuverlässigkeit
- Herstellung von dünnen Gläsern unter 4mm Dicke bei hoher Viskosität

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Zuführeinrichtung
3: Glassubstrat
4: Formgebungswalzeinrichtung
5: Anpassungseinrichtung
5a: Heizeinrichtung
6: Stützeinrichtung
7: Regelungs- und Steuereinrichtung
8: Walztemperaturregeleinrichtung
9: Oberflächenstruktur
WP1-WP4: Walzenpaare
W1a, W1b, ..., W4a, W4b: Walzen
S1a, S1b, ..., S4a, S4b: Stützrollen
a1..., a4: Abstand Walzen im Walzenpaar
b1,..., b4: Durchmesser Stützwalze
d1,..., d4: Durchmesser Walze
S1, S2, S3: Verfahrensschritte

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung von Substraten (3) aus Glas, Glaskeramik und/oder Glaskeramikmaterial umfassend eine Zuführeinrichtung (2) zum Zuführen des Substrats (3) zu einer Formgebungswalzeinrichtung (4), wobei die Formgebungswalzeinrichtung (4) zumindest ein Walzenpaar (WP1-WP4) aufweist, wobei die beiden Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) des zumindest einen Walzenpaares (WP1-WP4) gegenüberliegend und beabstandet in einem vorgegebenen Abstand (a1, a2, a3, a4) voneinander angeordnet sind zum Walzen des Substrats (3) entlang einer Transportrichtung (T) durch die beiden Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b), und eine Anpassungseinrichtung (5) zur Anpassung der Viskosität des Substrats (3) derart, dass die Viskosität in einem Bereich von zumindest 10^7,6 dPas, insbesondere von zumindest 10⁹ dPas, vorzugsweise von zumindest 10¹⁰ dPas, insbesondere von zumindest 10¹¹ dPas, zumindest in der Formgebungswalzeinrichtung (4) gehalten wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) des zumindest einen Walzenpaares (WP1-WP4) einen Durchmesser (d1, d2, d3, d4) von weniger als 200 mm, insbesondere von weniger als 125 mm, vorzugsweise von weniger als 75 mm, insbesondere zwischen 5 mm und 70 mm, vorzugsweise zwischen 30 mm und 60 mm aufweisen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-2, wobei mittels der Formgebungswalzeinrichtung (4) eine Kraft von mehr als 5*10⁶ N/m bezogen auf die Länge der Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b), insbesondere mehr als 10⁷ N/m, vorzugsweise mehr als 10⁸ N/m, insbesondere mehr als 10⁹ N/m, insbesondere mehr als 10¹⁰ N/m, vorzugsweise mehr als 10¹¹ N/m auf das Substrat (3) ausübbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-3, wobei mittels der Formgebungswalzeinrichtung (4) ein Verhältnis aus der Kraft bezogen auf die Länge einer Walze (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) und dem Durchmesser (d1, d2, d3, d4) einer Walze mindestens 0,5*10⁷ N/m², vorzugsweise mehr als 10⁸ N/m², insbesondere mehr als 10⁹ N/m², insbesondere mehr als 10¹⁰ N/m², vorzugsweise mehr als 0,5*10¹¹ N/m², insbesondere mehr als 10¹² N/m² bereitstellbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-4, wobei die Formgebungswalzeinrichtung (4) und die Anpassungseinrichtung (5) derart zusammenwirkend ausgebildet sind, dass ein Verhältnis aus Kraft pro Länge einer Walze und Viskosität von mehr als 0,01 m/s, insbesondere mehr als 0,1 m/s, vorzugsweise mehr als 1 m/s bereitgestellt wird.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-5, wobei die Anpassungseinrichtung (5) eine Temperaturregeleinrichtung (5a), insbesondere eine Heizeinrichtung, zur Anpassung der Temperatur des Substrats (3) aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-6, wobei die Formgebungswalzeinrichtung (4) eine Stützeinrichtung (6) zum Andrücken der Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) des zumindest einen Walzenpaars (WP1-WP4) an das Substrat (3) aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Stützeinrichtung (6) eine Mehrzahl von Stützwalzen (S1a, S1b; S2a, S2b; S3a, S3b; S4a, S4b) aufweist, die mit den Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) zur Übertragung von Kräften zusammenwirkend ausgebildet sind, insbesondere wobei der Durchmesser (b₁, b₂, b₃, b₄) der Stützwalzen (S1a, S1b; S2a, S2b; S3a, S3b; S4a, S4b) größer ist als der Durchmesser (a₁, a₂, a₃, a₄) der mit den Stützwalzen (S1a, S1b; S2a, S2b; S3a, S3b; S4a, S4b) zusammenwirkenden Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b).
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-8, wobei eine Mehrzahl von Walzenpaaren (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) hintereinander in der Transportrichtung (T) angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der Abstand (a₁, a₂, a₃, a₄) zwischen zwei Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) eines Walzenpaars (WP1-WP4) kleiner ist verglichen mit dem Abstand (a1, a2, a3, a4) zwischen zwei Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) eines in Transportrichtung (T) des Substrats (3) davor angeordneten Walzenpaars (WP1-WP4).
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei das Verhältnis der Abstände (a₁, a₂, a₃, a₄) zwischen Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) von zwei in Transportrichtung (T) aufeinanderfolgenden Walzenpaaren (WP1-WP4) mindestens 1/3, vorzugsweise mindestens 50% kleiner ist, insbesondere wobei das Verhältnis der Abstände (a1, a2, a3, a4) zwischen den Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) von dem in Transportrichtung (T) letzten und ersten Walzenpaar (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) weniger als 10%, insbesondere weniger als 7,5%, vorzugsweise gleich oder weniger als 4% beträgt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-11, wobei die Transportgeschwindigkeit des Substrats (3) zumindest innerhalb der Formgebungswalzeinrichtung (4) mindestens 1 mm/s, vorzugsweise mindestens 1,5 mm/s, insbesondere mehr als 2 mm/s, vorzugsweise mehr als 2,75 mm/s, insbesondere mehr als 3 mm/s oder mehr beträgt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10-11, wobei die Transportgeschwindigkeit eines Walzenpaars (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) mit geringerem Abstand (a1, a2, a3, a4) zwischen den Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) größer ist als die Transportgeschwindigkeit eines Walzenpaars (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) mit größerem Abstand (a1, a2, a3, a4).
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Transportgeschwindigkeit v_n eines Walzenpaares w_n (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b), wobei die Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) einen Abstand d_n zueinander aufweisen und die Transportgeschwindigkeit v_n+1 eines in Transportrichtung (T) nachfolgenden Walzenpaares (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b), wobei die Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) einen Abstand d_n+1 zueinander aufweisen, gemäß der Formel $v_{n+1} = f * d_{n} / d_{n+1} * v_{n}$
geregelt ist, mit einem Faktor f, welcher zwischen 0,1 und 2, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 gewählt ist, insbesondere wobei der Faktor f und/oder die Transportgeschwindigkeiten v_n+1, v_n mittels einer Regelungs- und Steuereinrichtung (7) für die Formgebungswalzeinrichtung (4), die Zuführeinrichtung (2) und/oder die Anpassungseinrichtung (5) regelbar sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-14, wobei die Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) der Formgebungswalzeinrichtung (4) und/oder die Stützeinrichtung (6) so ausgebildet sind, dass die Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) der Formgebungswalzeinrichtung (4) eine Durchbiegung von weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 1% bezogen auf den jeweiligen Abstand (a1, a2, a3, a4) der Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) des Walzenpaares (WP1-WP4) aufweisen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-15, wobei eine Walztemperaturregeleinrichtung (8) angeordnet ist, zur Regelung der Temperatur der Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b), insbesondere wobei die Walztemperaturregeleinrichtung (8) ausgebildet ist, die Temperatur der Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) an die Temperatur des Substrats (3) anzupassen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-16, wobei zumindest eine Walze (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) des in Transportrichtung (T) angeordneten letzten Walzenpaars (W4a, W4b) eine strukturierte Oberfläche (9) aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Substraten aus Glas, Glaskeramik und/oder Glaskeramikmaterial umfassend die Schritte - Zuführen (S1) des Substrats (3) zu einer Formgebungswalzeinrichtung (4) mittels einer Zuführeinrichtung (2), - Walzen (S2) des zugeführten Substrats (3) durch die Formgebungswalzeinrichtung (4), die zumindest ein Walzenpaar (WP1-WP4) aufweist, wobei die beiden Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) des zumindest einen Walzenpaares (WP1-WP4) gegenüberliegend und beabstandet in einem vorgegebenen Abstand (a1, a2, a3, a4) voneinander angeordnet sind zum Walzen des Substrats (3) durch die beiden Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b), und - Anpassen (S3) der Viskosität des Substrats (3) derart, dass die Viskosität im Bereich von zumindest 10^7,6 dPas, insbesondere von zumindest 10⁹ dPas, vorzugsweise von zumindest 10¹⁰ dPas, insbesondere von zumindest 10¹¹ dPas, zumindest in der Formgebungswalzeinrichtung (4) gehalten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei zumindest die Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) der Formgebungswalzeinrichtung (4) isotherm zur Temperatur des Substrats (3) geführt sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18-19, wobei zumindest die Walzen (W1a, W1b; W2a, W2b; W3a, W3b; W4a, W4b) der Formgebungswalzeinrichtung (4) mittels zumindest einer zusätzlichen Stützwalze (S1a, S1b; S2a, S2b; S3a, S3b; S4a, S4b) einer Stützeinrichtung (6) gegen das Substrat (3) gedrückt werden.