DE10226238A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer Vorspannung in einem Körper aus Glas - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Vorspannung in einem Körper aus Glas. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung umfaßt die folgenden Verfahrensschritte: DOLLAR A - der Körper wird in einer Aufheizzone auf eine homogene Temperatur aufgeheizt, die im Bereich der Vorspanntemperatur liegt; DOLLAR A - der Körper wird in einer Abkühlzone abgekühlt; DOLLAR A - die Aufheizung in der Aufheizzone wird derart durchgeführt, daß das Körpervolumen zum selben Zeitpunkt eine gleichmäßige hohe Temperatur annimmt.

Description

• Auf dem Gebiet der Glasbearbeitung ist es bekannt, Körper aus Glas vorzuspannen. Dabei geht es z. B. um Trinkgläser, Architekturglas, Glaseinlegeböden für Gefrierschränke, Tischplatten, Funktionsgläser (z. B. Säulen) oder Flachglaskörper, die beispielsweise als Zwischenprodukt für Windschutzscheiben dienen.
• Beim Vorspannen werden zwei wesentliche Verfahrensschritte ausgeführt: Der eine Verfahrensschritt ist das Aufheizen, der andere ist das sich hieran anschließende Abkühlen. Demgemäß umfaßt eine Vorspannanlage eine Aufheizzone und eine Abkühlzone. In der Aufheizzone erfolgt eine Aufheizung auf die sogenannte Vorspanntemperatur in Abhängigkeit von T_G. Die Abkühlung in der Abkühlzone erfolgt bis auf Raumtemperatur.
• Aufgrund der derzeit verwendeten Technologien ist das homogene Erhitzen von Formaten über 1,5 m² Grundfläche problematisch. Dabei können die Scheiben beim Durchfahren der genannten Zonen entweder in Längsrichtung oder in Querrichtung gefördert werden. Die Scheiben liegen dabei auf einer Vielzahl von Rollen, mit denen sie in Kontakt stehen.
• Als Aufheizvorrichtung dienen elektrische Strahlungsöfen und Konvektionsöfen. Die Länge der Aufheizzone – in Förderrichtung gesehen – und die Geschwindigkeit der Werkstücke werden derart aufeinander abgestimmt, daß das Werkstück auf seinem gesamten Querschnitt die notwendige Temperatur erreicht, bevor es in die Vorspannzone transportiert wird. Die Fördergeschwindigkeit kontinuierlicher Durchlauföfen liegt bisher in der Größenordnung von bis zu 300 mm/s.
• Die Oberflächen der Glaskörper, vor allem Glasscheiben, müssen besonderen Qualitätsanforderungen genügen. In der Praxis ist dies jedoch häufig nicht der Fall. Eine erhebliche Beeinträchtigung entsteht beim Fördern der Glasscheibe auf den genannten Förderrollen, die mit der Scheibenoberfläche in Kontakt stehen. Dabei findet die Förderung entweder imkontinuierlichen oder reversierenden Betrieb, je nach Vorspannanlagentyp statt.
• Die genannten Qualitätsmängel treten ungleichmäßig auf. Es können sich in regelmäßigen Abständen Oberflächenfehler in Form von Kratzern und Eindrücken bilden, die in Förderrichtung aufeinanderfolgen und z. B. auf den Kontakt mit den Förderrollen, Verschmutzung und Relativbewegungen zurückgehen. Folge dieser Verfahrensweise sind Qualitätsmängel, welche in Form von Welligkeit, Oberflächenfehlern und optischen Anisotropien beobachtet werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anlage zum Erzeugen einer Vorspannung in einem Körper aus Glas oder aus Glaskeramik zu schaffen und hierbei Maßnahmen zu treffen; um eine Beschädigung und Verformung der Oberfläche des Glaskörpers zu vermindern oder zu vermeiden.
• Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.
• Die Erfinder haben folgendes erkannt:
  Um die Glasscheibe auf die notwendige homogene Temperatur zu bringen, bedarf es einer relativ langen Aufheizzeit mit entsprechend häufigen Reversierhüben beziehungsweise einer entsprechend lang dimensionierten Aufheizzone im kontinuierlichen Betrieb – in Förderrichtung gesehen. Die Wärme gelangt nämlich zunächst zur Oberfläche der Glasscheibe und von dort aus muß sie zu den inneren Bereichen der Glasscheibe geleitet werden. Damit ein Wärmefluß von der Oberfläche zu den inneren Bereichen gelangt, muß eine Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden herrschen. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die Oberfläche zunächst auf eine höhere Temperatur gebracht werden muß, als dies zum Zwecke des Vorspannens eigentlich notwendig ist. Durch diese hohe Temperatur und die lange Verweildauer im Ofen ist die Oberfläche aber in hohem Maße empfindlich gegen Beschädigungen wie Kratzer und Verformung durch den Kontakt mit den Förderrollen. Der Temperaturgradient zwischen Oberfläche und Glasmitte, der von der Wärmeleitungseigenschaft des Glastyps abhängt, einstellt, eine längere Haltezeit im Bereich der Vorspanntemperatur. Dadurch erfolgt eine weitere Verlängerung der Kontaktzeit des Glases mit den Fördereinrichtungen.
• Die erfindungsgemäße Lehre besteht daher dann, eine Heizeinrichtung zu verwenden, bei der die Oberfläche der vorzuspannenden Glasscheibe nicht länger als der Kern aufgeheizt wird. Als eine solche Heizeinrichtung kommen vor allem IR-Strahler (bevorzugtes Emissionsmaximum bei λ=800–1300nm) in Betracht, aber auch Mikrowellen-Einrichtungen. Dabei lassen sich diese beiden auch miteinander kombinieren, indem zunächst die IR-Strahler vorgesehen werden, und in Folge – in Förderrichtung der Glasscheibe nachgeschaltet – eine Mikrowellen-Einrichtung. Auch andere Heizeinrichtungen kommen in Frage, sofern sie die Eigenschaft haben, Wärmeleistung derart auf die Glasscheibe zu übertragen, daß eine Aufheizung des gesamten Körpervolumens mehr oder minder gleichzeitig erzielt wird, und daß die Wärmeleitungseigenschaften von der Oberfläche zu dem inneren Bereich der Glasscheibe nicht von primärer Bedeutung sind. In diesem Sinne kommen auch Laserdioden in Betracht.
• Ferner ist es vorteilhaft, Heizeinrichtungen zu verwenden, die eine hohe Heizleistung möglichst volumenhomogen auf die Glasscheibe übertragen und somit ein rasches Aufheizen ermöglichen, verglichen mit den genannten konventionellen Erwärmungstechnologien.
• Die Erfinder haben somit die an sich bewährten konventionellen Heizeinrichtungen verlassen.
• Die Erfindung bringt aber den ganz entscheidenden Vorteil mit sich: Die Aufheizung erfolgt rasch und homogen, das heißt sofort und gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Glases. Beschädigungen der Oberfläche der Glases werden somit stark vermindert oder gar vermieden. Zudem ermöglicht ein homogen erwärmter Glaskörper ein optimales Vorspannergebnis in Bezug auf Welligkeit, Biegefestigkeit und Bruchbild.
• Die Erfindung bringt aber noch weitere Vorteile:
• –Intermittierender Betrieb möglich. Die Aufheizzone unterliegt nicht der Notwendigkeit des Zustandes eines thermischen Gleichgewichtes. Alle Strahlungsquellen erreichen ihre volle Heizleistung im Vergleich zur konventionellen Technik sehr schnell. Daraus folgt: Es ist keine Vorerwärmung des Ofens nötig, dadurch ergibt sich eine Energieeinsparung gegenüber dem Dauerbetrieb. Kleinstserien sind wirtschaftlich vorspannbar, unterschiedlichste Formate und Dicken können volumenhomogen und geregelt erwärmt werden. Somit können auf einer Anlage verschiedene Produkte ohne zeitintensive Angleichung des Ofentemperaturniveaus gefahren werden. Durch Zu-/Abschalten einzelner Heizzonen können unterschiedliche Glasbreiten erwärmt werden.
• – Sehr kurze Bauweise, trotz kontinuierlichen Betriebes der Anlage.
• – Kontinuierlicher Betrieb ermöglicht den Einsatz an Floatlinie und somit das Vorspannen von Jumbo-Formaten.
• – Bessere Oberflächengüte des vorgespannten Glases, da das Entstehen von Welligkeit, Verschmutzung, Kratzer und Anisotropien vermindert wird.
• – Volumenhomogene Erhitzung des Glases → T (Temperaturgradient aufgrund der Oberflächenkühlung im Vorspannprozeß) steigt.
• – Homogenere Vorspannung durch lateral homogenere Erhitzung.
• – Geringe Geräuschemission gegenüber Konvektionsöfen, da keine Ofengebläse nötig sind.
• – Die Erhöhung der Umgebungstemperatur durch Wärmebrücken des Ofens wird vermieden.
• – Reduzierung der Ofeneinlaufkonstruktion und Wärmedämmung
• – Vorspannen nicht ebener Glaskörper sowie lokal begrenztes Vorspannen (Zonenbehandlung) möglich
• – Die Technologie ermöglicht die Einstellung eines Temperaturprofiles (beispielsweise über eine Oberflächenkühlung) womit die Förderbarkeit erhalten bleibt. Die ist insbesondere bei Dünnglas von Vorteil.
• Aufgrund der höchst effizienten Aufheizung kann auch die Fördergeschwindigkeit gesteigert werden, beispielsweise auf über 600 mm/s.
• Das genannte intermittierende Fördern mit schrittweisem Rückfördern kann unterbleiben. Auch extrem dünne oder dicke Gläser können ohne aufwendige Parameteränderung bearbeitet werden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Erzeugen einer Vorspannung in einem Körper aus Glas, mit den folgenden Verfahrensschritten: 1.1 der Körper wird in einer Aufheizzone auf eine Temperatur aufgeheizt, die im Bereich der Vorspanntemperatur liegt; 1.2 der Körper wird in einer Vorspannzone vorgespannt und abgekühlt; 1.3 die Aufheizung in der Aufheizzone wird derart durchgeführt, daß der Körper auf seinem gesamten Querschnitt zum selben Zeitpunkt eine gleich hohe Temperatur annimmt.
2. Anlage zum Erzeugen einer Vorspannung in einem Körper aus Glas; 2.1 mit einer Heizeinrichtung zum Aufheizen des Körpers auf eine Temperatur, die im Bereich der Vorspanntemperatur liegt; 2.2 mit einer der Aufheizzone nachgeschalteten Abkühlzone zum Abkühlen des Körpers; 2.3 die Aufheizzone weist eine Heizeinrichtung auf, mit welcher sich der Körper auf seinem gesamten Querschnitt zu ein und dem selben Zeitpunkt auf eine bestimmte Temperatur aufheizen läßt.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung IR-Strahler umfaßt.
4. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung Mikrowellen-Heizeinrichtungen umfaßt.
5. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung Laserdioden umfaßt.
6. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine Kombination aus wenigstens zwei der drei folgenden Arten von Heizeinrichtungen umfaßt: IR-Strahlungsheizungseinrichtungen, Mikrowellen-Heizeinrichtungen, Laserdioden-Heizeinrichtungen.
7. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das vorzuspannende Werkstück kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird.
8. Anlage nach A. 2, d.g., daß die Heizzone in Segmente unterteilt ist, deren Leistung separat gesteuert werden kann (Zonen + Produktanpassung)
9. Anlage nach A. 2, d.g., daß die IR-Strahler ein Emissionsmaximum bei λ=800–1300nm haben.
10. Anlage nach A. 2, d.g., daß die Heizzonen in Kombination mit geeigneten Sensoren individuell aufgrund der Glasformate und Dicken zugeschaltet und gereglet werden können.
11. Anlage nach A. 2, in hängender Anordnung (insbesondere für Dünnglas) 12. Anlage nach A. 2, d.g., daß ein Mehrfachdurchgang der Strahlung durch den Glaskörper durch Einsatz von Reflektoren auf der Glasober-/bzw. – unterseite gewähleistet wird.