DE1077838B

DE1077838B - Verfahren zum Vereinigen eines Glasteils mit einem anderen Teil aus Glas oder einem anderen Stoff

Info

Publication number: DE1077838B
Application number: DEP16671A
Authority: DE
Inventors: Renato J Mazzoni
Original assignee: Pittsburgh Plate Glass Co
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1955-08-17
Filing date: 1956-07-19
Publication date: 1960-03-17
Also published as: BE549569A; NL106740C; GB810322A; CH337995A; FR1154291A

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, daß man Glas mit Glas, Metall oder anderen Stoffen durch ein Glas mit niedrigem Schmelzpunkt dicht vereinigen kann. Beispielsweise, läßt sich gewöhnliches Kalk-Soda-Silikatglas mit anderen Glasod,er auch mit Metallteilen bei der Herstellung von Mehrfachverglasungseinheiten, Kathodenstrahlenröhren und anderen Gegenständen dicht verbinden, die ganz oder teilweise aus Glas zusammengesetzt sind.

Zur dichten Vereinigung· von Glas mit Glas oder anderen Stoffen legt man die verschiedenen Teile aufeinanderpassend zusammen und erwärmt dann das Ganze. Es kommt dabei aber häufig vor, daß sich die Teile vor dem Verbind.en gegeneinander verschieben. Dies geschieht z. B. während der Förderung zum und in den Ofen oder auch durch thermische Ausdehnung der Teile während des Anheizens.

Derartige Verschiebungen der Teile aus ihrer korrekten Lage verursachen eine falsche Ausrichtung und Verschmelzung, wodurch die fertigen Gegenstände unbrauchbar werden können. Diese Gefahr und die damit verbundenen Nachteile überwindet das erfmdungsgemäße Verfahren.

Man verklebt hierbei die in die gewünschte Lage gebrachten Teile mit Polybuten, wodurch sie während der Forderung und des Anheizens ihre korrekte gegenseitige Lage bewahren. Das Polybuten brennt dann infolge der Wärmeanwendung bei der nachfolgenden endgültigen Verbindung weg. Es hinterläßt keine Rückstände und stört die Erzeugung einer guten dichtenden Verbindung in keiner Weise.

Die dichte Verbindung der Teile kann unter Verwendung von als Bindemittel wirkendem niedrigschmelzendem Glas erfolgen oder, durch Erweichung und Verschweißung des einen Glasteils mit den anderen Teilen zustande kommen. In den Zeichnungen ist

Fig. 1 ein Grundriß eines GlasscheibenpaareSj das zur Vorbereitung für das Zusammenschmelzen seiner Ränder unter Bildung einer Doppelverglasungseinheit zusammengelegt worden ist,

Fig. 2 ein Querschnitt entlang den Linien II-II der Fig. 1,

Fig. 3 ein vergrößerter Teil der Fig. 2, der eine zusammengesetzte Verschlußanordnung für eine öffnung in einer Doppelverglasungseinheit vor der dichten Vereinigung dieser Anordnung mit der Öffnung zeigt,

Fig. 4 ein Aufriß, der die Relativbewegung der in Fig. 1 gezeigten Glasscheiben während ihres Aufheizens zeigt,

Fig. 5 ist ein teilweiser Schnitt einer anderen Art von Doppelverglasungseinheiten, die nach der Erfindung hergestellt werden kann,

Fig. 6 ist eine teilweise im Schnitt gezeigte Aus-Verfahren zum Vereinigen eines Glasteils mit einem anderen Teil aus Glas

oder einem anderen Stoff

Anmelder:

Pittsburgh Plate Glass Company,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dx. W. Beil, Rechtsanwalt,
Frankfurt/M.-Höchst, Antoniterstr. 36

Beanspirudite Priorität:
V. St v. Amerika vom 17. August 1955

Renato J. Mazzoni, Tarentum, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

führungsform der Erfindung zur Herstellung einer Kathodens trahlenröhre.

Die Erfindung wird zunächst an Hand der Fig. 1 bis 4 für die Plerstellung einer ganz aus Glas bestehenden Doppelverglasungseinheit beschrieben, wobei man die Randteile der Scheiben etwa durch örtlich begrenzte elektrische Beheizung zusammenschmilzt. Zur Einleitung der elektrischen Beheizung bringt man ringsum einen Streifen aus einem elektrisch leitfähigen Stoff, z. B. aus kolloidalem Graphit, auf der Oberseite der oberen Glasscheibe nahe deren Rändern an und schickt dann elektrischen Strom durch diesen Streifen, um ihn und die unmittelbar benachbarten Glasteile zu erwärmen. Während die Temperatur des Glases in der Nähe des Streifens ansteigt, wird das Glas selbst leitfähig, und die elektrische Beheizung setzt sich darin fort, auch nachdem der elektrisch leitfähige Streifen weggebrannt ist. Die nachstehend beschriebene Erfindung ist auch bei anderen. Verfahren zur Herstellung mehrfach verglaster Einheiten anwendbar.

Vor der Verschweißung wäscht man die Glasscheiben 15 und 16, versieht sie dann mit dem Streifen 20 und schweißt sie zusammen. In Fig. 1 und 2 der Zeichnung sind die gereinigten Scheiben mit Streifen aus einem elektrisch leitenden Stoff versehen und in die richtige Stellung zueinander gebracht worden, wobei, wie gezeigt, eine Scheibe die andere berührt. Die Scheiben können beide gleich groß sein, doch soll vorzugsweise die obere Scheibe 15 etwas größer sein als die untere Scheibe 16, so daß sie an allen

90i 760/10-2

Seiten gleichmäßig etwas über die Ränder der Scheibe 16 hinausragt. Die Ecken der oberen Scheibe 15 können abgeschnitten sein. Die obere Scheibe hat nahe einer ihrer Ecken eine kleine konische Bohrung 18.

Die Ränder der Scheibe 15 sind auf der Oberseite mit Streifen aus einem elektrisch leitfähigen Stoff versehen, z. B. aus kolloidalem Graphit. Diese Streifen sind etwa 6,5 mm breit und erstrecken sich rings um die Scheibe herum. Zwischen den Scheiben 15 und 16 sind an den vier Ecken kleine Tupfer 22 aus einem Glasfritte-Polybuten-Gemisch angebracht, die den Zweck haben, die Scheiben 15 und 16 vor ihrer erfindungsgemäßen Verschweißung in der richtigen Lage zueinander zu halten.

Das Polybuten-Glasfritte-Gemisch wird in Form einer Suspension aus gepulverter Glasfritte in flüssigem Polybuten angewandt, gewöhnlich im Verhältnis von 1 Teil Fritte zu etwa 1 bis 3 Gewichtsteilen Polybuten. Je nach den Viskositäten dieser Suspensionen und der besonderen Anwendungsart kann man aber auch andere Mischungen ähnlicher Art verwenden.

Die Bezeichnung »Polybuten« soll Polymerisate oder Mischpolymerisate solcher Monoolefine umfassen, die 4 Kohlenstoffatome enthalten, wie Isobutylen, Buten-1 und Buten-2. Diese Polymerisate oder Mischpolymerisate können sich von reinen Verbindungen herleiten oder auch von, ungesättigten C₄-Fraktionen von Erdöldestillaten. Als besonders brauchbar für das Verfahren der Erfindung haben sich flüssige Polybutene mit Molekulargewichten zwischen 300 und 15 000 erwiesen. Diese Polybutene verbrennen und verflüchtigen sich bei etwa 650 bis 700° C. Beispielsweise nimmt man für eine bevorzugte Ausführungsart der Erfindung ein Polybuten mit einem Molekulargewicht von etwa 840, während für eine andere Ausführungsart der Erfindung Polymerisate von Polyisobuten verwendet werden, die ein Molekulargewicht

ίο von etwa 10000 haben. Selbstverständlich können sich auch die Eigenschaften der Gemische aus Polybuten und der Glasfritte je nach deren Anwendungsart und den besonderen Zwecken ändern.

Das als Bindemittel wirkende niedrigschmelzende Glas muß verschiedenen Bedingungen entsprechen. Es muß einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der auf den eines gewöhnlichen Kalk-Soda-Silikatglases (Fenster- oder Tafelglas) abgestimmt ist, und chemisch beständig sein. Ein niedriger Erweichungspunkt ist erforderlich, damit sich die Scheibe nicht krümmt, wenn sie an andere Gegenstände angeschmolzen wird. Gläser, die sich in dieser Beziehung als brauchbar erwiesen haben, bestehen vorzugsweise aus 65 bis 80 Gewichtsprozent PbO, 5 bis 20 Ggewichtsprozent B₂O₃, 0 bis 15 Gewichtsprozent Al₂O₃ und 0 bis 15 Gewichtsprozent SiO₂. Beispiele solcher Glasarten sind in der folgenden Tabelle angeführt.

Bestandteile

Gewichtsprozente der Bestandteile
3 I 4 I 5

PbO

B₂O₃

SiO₂

Al₂O₃

Erweichungspunkt, ⁰C

Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient · ΙΟ-⁰ je ° C zwischen 25
und 300° C

72

14

477

8,37

Wie bereits erwähnt, eignen sich diese Glasarten als Bindemittel für gewöhnliche Kalk-Soda-Silikatgläser, die 50 bis 75 Gewichtsprozent SiO₂, 10 bis 18 Gewichtsprozent Alkali, 5 bis 16 Gewichtsprozent Erdalkali und 0 bis 20 Gewichtsprozent Al₂O₃ enthalten. Solche Gläser haben Erweichungspunkte zwischen 650 und 760·° C und lineare Wärmeausdehnungskoeffizienten von 7,0 bis 9,0 · 10—° je ° C zwischen 0 und 300° C.

Eine andere Anwendungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Figur ist ein Metallöhr 24 gezeigt, das eine Schicht 26 aus einer Glasfritte trägt, wie sie oben zum Anschmelzen an die Ränder beschrieben wurde. Das hiermit beschichtete Öhr wird als Verschlußteil in die Bohrung 18 eingesetzt und darin vor dem Anheizen durch eine Polybuten-Klebemittelschicht von derselben Art 27 festgehalten, die oben bereits beschrieben ist. Das Polybuten hält das Öhr in der Bohrung so lange fest, bis es durch Einwirkung ausreichender Wärme an den Wänden der Bohrung durch das als Bindemittel wirkende Glas 26 dicht schließend angeschmolzen ist.

Nachdem die Scheiben mit den Streifen versehen worden sind, richtet man sie dicht übereinanderliegend aufeinander aus, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Dann befördert man sie in einen Ofen, wo sie zur 74

15

11

466

8,40

68

14

499

7,45

440

8,50

73

11

438

8,50

Vorbereitung auf die örtlich begrenzte Erwärmung der Randteile auf 540° C angewärmt werden. Diese Verfahrensstufe ist notwendig, um ein Springen der Glasteile durch Temperaturunterschiede innerhalb der Scheiben zu vermeiden. Während der Förderung in den Vorheizofen dient das Polybuten zum Festhalten der Scheiben in der richtigen Lage zueinander sowie zur Beibehaltung des richtigen Sitzes des mit Glasfritte beschichteten Öhrs 24 in der Bohrung 18.
Für das Vorwärmen kann man zwar dieselbe Ofenkammer benutzen wie für das Verschweißen, doch geschieht letzteres besser in einer gesonderten Kammer, damit Vorwärmung und Verschweißung nebeneinander laufen können. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, beheizt man die Glasscheiben zweckmäßig durch Strahlungserhitzer 30, die oberhalb und unterhalb der aufeinanderliegenden Scheiben angebracht sind. Zu Beginn der Vorwärmung neigen die Glasscheiben dazu, sich in Richtung nach derjenigen Wärmequelle hin auszubiegen, die der Oberfläche der Scheibe am nächsten liegt. Während dieses Ausbiegens hält das Polybuten die Scheiben aufeinander ausgerichtet und das Öhr 24 richtig in seinem Sitz in der Bohrung 18. Sobald aber die Erwärmung der Scheiben überall gleichmäßig geworden ist, gleichen sich auch die anfänglich aufgetretenen Spannungen wieder aus, und die Scheiben

kehren in ihre ursprüngliche Lage zurück. Dann ist auch das Polybuten-Klebemittel ganz verbrannt, und das als Bindemittel dienende Glas mit dem niedrigen Erweichungspunkt ist weich geworden, so· daß es nunmehr als Bindemittel in Funktion, tritt. Das Polybuten ist schon vollständig weggebrannt, bevor die Glasfritte klebrig geworden ist, so daß davon nichts in die Verbindungsstelle eingeschlossen wird.

Die vorgewärmten Scheiben bringt man dann in den Schweißofen; auf diesem Wege dient das Glas mit dem niedrigen Erweichungspunkt dazu, die Glasscheiben und das Metallöhr in richtiger Ausrichtung und Lage zu halten. Von einer engen Verschweiß ung kann jedoch an dieser Stelle noch keine Rede sein. In diesem Zustand werden die Scheiben in den Schweißofen gebracht.

In unmittelbarer Nähe der Streifen 20 an den Ecken der Scheiben bringt man nun Elektroden 42 an, um elektrischen Strom von diesen Elektroden aus durch die Streifen leiten zu können, wie dies in der USA.- ao Patentschrift 2 624 979 beschrieben ist.

Nach einer gewissen Verfestigungszeit bringt man die Einheiten zum Spannungsfreiglühen in einen Glühofen. Durch die Bohrung in dem Metallöhr oder diejenige im Glase selbst kann man den Druckunterschied zwischen dem Innern der Einheit und der Außenluft ausgleichen. Während des Zusammenschmelzens der Ränder hat die in den Rändern der Glasscheibe 15 erzeugte Wärme zusammen mit etwas zusätzlicher Wärme von einem Gasbrenner, den man von oben auf die Öffnung richten kann, so viel Wärme geliefert, daß dadurch das Metallöhr 24 an die Seitenwände der Bohrung 18 angeschmolzen ist. Der Kanal im Öhr oder die Bohrung 18 wird schließlich dicht verschlossen, nachdem sich die Einheit abgekühlt hat.

Eine weitere Anwendungsart der Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Bei dieser Anwendungsart wird ein metallisches Abstandsstück 48 mit U-förmigem Querschnitt durch Glasfritteschichten 50 mit den Rändern der Glasscheiben 51 und 53 unter Bildung einer Mehrfachverglasungseinheit verbunden. Wie bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsart dient auch hier ein Polybuten dazu, nach dem Zusammenbau und bis zum Schmelzen des als Bindemittel dienenden Glases 50 und der dichten Verbindung des metallischen Ab-Standsstücks 48 mit den. Rändern der Scheiben 51 und 53 diese Teile ausgerichtet zu halten.

Noch eine andere Anwendungsart der Erfindung ist in Fig. 6 gezeigt; sie betrifft die Herstellung einer Kathodenstrahlenröhre 60. Die Röhre ist zusammengesetzt aus einer Vorderscheibe 61, die an ihrem Rand dicht mit einem Glas- oder Metallkonus 62 verbunden ist. Diese dichte Verbindung kann man durch eine Glasfritte als Bindemittel herstellen oder, wie gezeigt, durch Erwärmung der Ränder der beiden Teile auf elektrischem Wege oder Verschmelzung in anderer Weise. Auch bei dieser Ausführungsart nimmt man eine Polybutenverbindung 63., wie sie oben beschrieben worden ist, zum vorübergehenden Festhalten der Vorderplatte 61 und des konischen Teils 62 in der richtigen Ausrichtung zueinander während des Erwärmungs- und Verbundvorganges.

Polybuten sorgt also für Bewahrung der korrekten Ausrichtung der zu verbindenden Teile während der Förderung der herzustellenden Einheit, und zwar bis zu einer Temperatur von etwa 315'° C beim Aufheizen. Das Polybuten beginnt bei etwa 315° C wegzubrennen. Das als Bindemittel dienende Glas mit dem niedrigen Erweichungspunkt wird bei etwa 455'° C klebrig und hält das Glas und die anderen Teile weiter in ihrer Lage bis zur endgültigen dichten Vereinigung eines Glasteils mit einem anderen oder mit anderen Materialien.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Vereinigen eines Glasteils mit einem anderen Teil aus Glas, Metall oder einem anderen Stoff durch Anwendung von Wärme unter Aufrechterhaltung der gegenseitigen Lage der miteinander zu verbindenden Teile, gegebenenfalls unter Verwendung von als Bindemittel wirkendem niedrigschmelzendem Glas, insbesondere zum Vereinigen der Teile von Mehrfachverglasungseinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Teile in der gewünschten Lage mittels Polybutene miteinander verklebt werden, das infolge der Wärmeanwendung bei der nachfolgenden endgültigen Verbindung wegbrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polybuten mit dem als Bindemittel wirkenden niedrigschmelzenden Glas gemischt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 022 313;
USA.-Patentschrift Nr. 2 624 979;
Lüttgen, »Technologie der Klebstoffe«, 1953, S. 179, Abs.

3, Zeilen 4, 5.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen