DE112014003264B4

DE112014003264B4 - Verfahren zur Weiterverarbeitung von Dünnglas und verfahrensgemäß hergestelltes Dünnglas

Info

Publication number: DE112014003264B4
Application number: DE112014003264.6T
Authority: DE
Inventors: Kurt Nattermann; Markus Heiss-Chouquet; Andreas Ortner; Clemens Ottermann; Rainer Liebald
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: JP6246342B2; WO2015044430A1; JP2017500258A; DE102013110803A1; CN105636887B; CN105636887A; KR20160064211A; TWI556955B; KR101728649B1; US9908730B2; US20160207726A1; TW201529297A; DE112014003264A5

Abstract

Verfahren zur Weiterverarbeitung eines Dünnglases (1), insbesondere zur Weiterverarbeitung eines Dünnglasbands (2), bei welchem das Dünnglas (2) durch die Weiterverarbeitung unter eine Zugspannung σgesetzt wird, welche kleiner ist alswobeiundMittelwerte der Zugspannung beim Bruch von Proben (10) des Dünnglases (1) unter Biegebeanspruchung sind, wobei Lref die Kantenlänge und Aref die Fläche der Proben (10) bezeichnen, wobeider Mittelwert der Zugspannung beim Bruch in der Fläche der Probe (10) undder Mittelwert der Zugspannung bei einem von der Kante der Probe (10) ausgehenden Bruch sind, und wobei Δund Δdie Standardabweichungen der Mittelwerte, beziehungsweisebezeichnen, und wobei Adie Fläche des Dünnglases (1) und Ldie addierte Kantenlänge gegenüberliegender Kanten (22, 23) des Dünnglases (1) und Φ eine vorgegebene maximale Bruchquote innerhalb eines Zeitraums von mindestens einem halben Jahr sind.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Dünngläser, insbesondere Gläser mit Dicken unterhalb von einem Millimeter. Insbesondere betrifft die Erfindung die Konfektionierung von Dünnglas-Bändern durch Aufwickeln.
Dünngläser werden in vielen Bereichen der Technik verwendet. Genannt seien beispielsweise Displays, Fenster für optoelektronische Komponenten, Verkapselungen und elektrische Isolationsschichten.
Um Dünngläser für die Weiterverarbeitung handhaben zu können, ist es günstig, ein Dünnglasband aufzurollen. Das Glas kann so bei der Weiterverarbeitung direkt von der Rolle abgewickelt und bearbeitet werden. Ein Problem dabei liegt allerdings nun darin, dass beim Aufwickeln Biegespannungen im Glas erzeugt werden. Diese Biegespannungen können zum Bruch des aufgewickelten Glasbands führen. Bereits ein einzelner Bruch kann dabei ein erhebliches Problem verursachen, da an der Bruchstelle beim Abwickeln des Bandes ein Weiterverarbeitungsprozess unterbrochen werden muss.
Die US 2013/0196 163 A1 beschreibt ein Verfahren zum Biegen von Glas, bei dem eine Glasbahn so auf eine Verstärkungsfolie laminiert wird, daß bei der Biegung die neutrale Ebene der Biegelinie in der Verstärkungsfolie liegt und die Glasbahn komplett in der biegungsinduzierten Druckspannungszone liegt. Das erfordert Verstärkungsfolien, deren Dicke eine Mehrfaches der Glasdicke beträgt, und für das Laminat muss wenig kriechender und damit spröd-aushärtender Kleber mit hoher Festigkeit verwendet werden. Mit der hohen Festigkeit können aber Probleme auftreten, wenn der Kleber sich nur schlecht lösen oder nicht restlos entfernen lässt. Jedenfalls stellt die Entfernung des Klebstoffs einen zusätzlichen, vor dem Zuschnitt notwendigen Verfahrensschritt dar. Außerdem ist der Wicklungssinn festgelegt. Hinsichtlich der Bruchfestigkeit des gewickelten Glases ist das Kriechen in der Verklebung und eine Spannungsrelaxation in der Verstärkungsfolie zu berücksichtigen. Wandert durch Spannungsrelaxation die neutrale Ebene in die Glasbahn, gerät das Glas unter Zugspannung, die sich beim Abwickeln sogar verstärken kann.
Die US 824 1751 B2 beschreibt eine Glasrolle mit niedriger instantaner Bruchwahrscheinlichkeit, wenn für die Biegungen ein minimaler Biegeradius eingehalten wird. Die Schrift lässt aber den Aspekt verzögert auftretender Brüche unberücksichtigt. Insbesondere werden auch Brüche, die an den Kanten des Glasbandes entstehen, vernachlässigt. Für die in der Schrift beschriebenen Bemaßungsregeln ist nach sehr kurzer Zeit Glasbruch zu erwarten.
Die US 2011/0223386 A1 beschreibt eine Glasrolle, die durch Aufwickeln eines langen Glasfilms zu einer Rolle erzeugt wird. Bezogen auf einen Mittelabschnitt in Richtung der Breite weist die Rolle zwei Endkanten auf, die in Richtung der Breite dicker sind. Der lange Glasfilm wird derart zu einer Rolle aufgewickelt, dass die beiden Endkanten einander überlappen, wobei sich zwischen den beiden Endkanten eine Schutzplatte befindet. Der lange Glasfilm wird mittels eines Downdraw-Ziehverfahrens hergestellt, wobei in Richtung der Breite in beiden Randkanten Saumabschnitte belassen werden. Nach dem Aufwickeln überlappen sich diese Saumabschnitte.
Die DE 10 2011 084 132 A1 zeigt eine Glasrolle sowie ein Verfahren zu deren Herstellung mit zumindest einer Glasfolie und einem Zwischenmaterial. Diese sind in mindestens zwei Lagen übereinander auf einem Wickelkern aufgewickelt. Hierbei sind die Lagen der Glasfolie mittel der Lagen des Zwischenmaterials in der Glasrolle fixiert.
Oft wird aber ein Dünnglas nicht direkt weiterverarbeitet. Vielmehr ist zu erwarten, dass eine Dünnglas-Rolle für eine gewisse Zeit gelagert wird. Auch benötigt der Transport zu einer weiterverarbeitenden Betriebsstätte Zeit und verursacht zusätzliche dynamische Lasten.
Auch bei weiterverarbeiteten Dünngläsem, etwa bei aufgeklebten Dünnglas-Scheiben oder Dünngläsern in Materialverbünden besteht der Bedarf, ein Versagen des Glaselements durch einen Glasbruch aufgrund von durch die Weiterverarbeitung bedingten Zugspannungen im Material zu vermeiden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Dünnglas so bereitzustellen oder weiterzuverarbeiten, dass eventuell auftretende Glasbrüche vermieden oder zumindest zahlenmäßig verringert werden.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Demgemäß sieht die Erfindung ein Verfahren zur Weiterverarbeitung eines Dünnglases, insbesondere zur Weiterverarbeitung eines Dünnglasbands vor, bei welchem das Dünnglas durch die Weiterverarbeitung unter eine Zugspannung σ_app gesetzt wird, welche kleiner ist, als folgender Term: $1.15 \cdot Min ({\bar{σ}}_{a} - Δ_{a} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{A_{ref}}{A_{App}} Φ)), {\bar{σ}}_{e} - Δ_{e} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{L_{ref}}{L_{App}} Φ))),$
wobei σ _a und σ _e Mittelwerte der Zugspannung beim Bruch von Proben des Dünnglases unter Biegebeanspruchung sind, wobei Lref die Kantenlänge und Aref die Fläche der Proben bezeichnen, wobei σ _a der Mittelwert der Zugspannung beim Bruch in der Fläche der Probe und σ _e der Mittelwert der Zugspannung bei einem von der Kante der Probe ausgehenden Bruch sind, und wobei Δ_e und Δ_a die Standardabweichungen der Mittelwerte σ _e, beziehungsweise σ _a bezeichnen, und wobei A_app die Fläche des Dünnglases und L_app die addierte Kantenlänge gegenüberliegender Kanten des Dünnglases und Φ eine vorgegebene maximale Bruchquote innerhalb eines Zeitraums von mindestens einem halben Jahr sind. Die Mittelwerte σ _e, σ _a sind insbesondere arithmetische Mittelwerte.
Bei der Kantenlänge L_ref und Fläche Aref der Probe sind selbstverständlich die mit der jeweiligen Biegebelastung belasteten Bereiche der Fläche oder Kante der für den Bruchtest verwendeten Glasmuster maßgeblich. Daher werden Lref und Aref auch als Referenzlänge, beziehungsweise Referenzfläche bezeichnet, welche die Abschnitte der Kanten und Probenfläche sind, welche beim Bruch der Probe mit der kritischen Bruchspannung belastet sind. Als Probe ist demnach im Sinne der Erfindung insbesondere der Abschnitt eines Glasmusters des Dünnglases zu verstehen, welcher der Biegebelastung ausgesetzt wurde. Die Biegebelastung kann bei einem Glasmuster auch sukzessive angewendet werden. In diesem Fall sind die Fläche Aref und die Kantenlänge Lref die insgesamt während des sukzessiven Tests mit der Biegebelastung belasteten Abschnitte des Glasmusters. Als Probe ist im Sinne der Erfindung wiederum der gesamte getestete Abschnitt des Glasmusters zu verstehen. Wird die gesamte Länge gegenüberliegender Kanten eines Glasmusters und die gesamte Fläche sukzessive oder gleichzeitig belastet, entspricht die Fläche und Kantenlänge des Glasmusters dementsprechend der Fläche und Kantenlänge der Probe. Auch in diesem Fall wird aber typischerweise nicht die gesamte Kantenlänge überprüft. Wird ein Glasmuster uniaxial gebogen, werden gegenüberliegende Längskanten, jedoch nicht die Querkanten belastet. Die Kantenlänge der Probe ist hier dementsprechend die Kantenlänge der beiden gegenüberliegenden, der Zugbelastung ausgesetzten Kanten.
Vorzugsweise werden Dünngläser weiterverarbeitet, welche eine Dicke von weniger als 500µm, besonders bevorzugt höchstens 350 µm, insbesondere bevorzugt höchstens 100 µm aufweisen. Die Mindestdicke beträgt vorzugsweise 5 µm. Ein besonders bevorzugter Dickenbereich liegt zwischen 20 µm und 200 µm. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere auf Dünngläser mit Dicken t aus der Menge {10 µm, 15 µm 20 µm, 25 µm, 30 µm, 35 µm, 40 µm, 45 µm, 50 µm, 55 µm, 65 µm, 70 µm, 75 µm, 85 µm, 100 µm, 110 µm, 120 µm, 145 µm, 160 µm, 180 µm, 200 µm, 210 µm, 250 µm } angewandt werden.
Mit dem Verfahren wird ein erfindungsgemäßer Dünnglasartikel erhalten, bei welchem das Dünnglas unter eine Zugspannung σ_app gesetzt ist, welche kleiner ist als der oben genannte Term (1).
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Brüche an den Kanten und in der Fläche des Glases auf verschiedenartige Fehler im Glas zurückgehen und die Bruchwahrscheinlichkeiten statistisch unabhängig voneinander sind. Daher werden die Glasfestigkeiten bezüglich der Bruchfestigkeit an den Kanten und in der Fläche unabhängig voneinander betrachtet. Die tatsächliche Bruchfestigkeit wird gemäß dem oben angegebenen Term durch das Minimum der Zugspannungen bei Brüchen in der Fläche und an den Kanten berechnet. Auf diese Weise werden insbesondere auch die typischerweise verschiedene Lebensdauern des Dünnglases bezüglich unter Biegung auftretenden Brüchen an den Kanten und in der Fläche berücksichtigt.
Die Erfindung erlaubt es damit nun, unter Vorgabe einer Lebensdauer, beziehungsweise einer Bruchwahrscheinlichkeit innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums die Zugspannung des Glasartikels anzupassen.
Die vorgegebene maximale Bruchquote Φ beträgt bevorzugt 0,1 oder weniger (also höchstens 10%), besonders bevorzugt weniger als 0,05 (weniger als 5%).
Um eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit innerhalb von längeren Zeiträumen, beispielsweise bis zu zehn Jahren, zu erzielen, wird bevorzugt, dass das Dünnglas durch die Weiterverarbeitung, beziehungsweise der durch die Weiterverarbeitung erhaltene Glasartikel unter eine Zugspannung σ_app gesetzt wird, welche kleiner ist als $0.93 \cdot Min ({\bar{σ}}_{a} - Δ_{a} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{A_{ref}}{A_{App}} Φ)), {\bar{σ}}_{e} - Δ_{e} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{L_{ref}}{L_{App}} Φ))) .$
Bereits diese vergleichsweise kleine Verringerung der maximalen Zugspannung um einen Faktor 1,15/0,93 = 1,236 führt zu einer erheblichen Steigerung der Lebensdauer des mit der Zugspannung beaufschlagten Glasartikels.
Das Verfahren zur Weiterverarbeitung eines Dünnglases kann insbesondere auch eine dem Schritt des Ausübens einer Zugspannung auf das zu verarbeitende Dünnglases vorzugsweise vorgelagerte Prüfung der Glasfestigkeit umfassen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist demgemäß allgemein vorgesehen, dass das Verfahren zur Weiterverarbeitung eines Dünnglases die Schritte umfasst, dass vorzugsweise vor dem Schritt des Ausübens einer Zugspannung durch die Weiterverarbeitung die Mittelwerte der Zugspannung σ _a und σ _e und deren Standardabweichungen Δ_e und Δ_a beim Bruch von Proben des Dünnglases ermittelt und aus diesen Größen eine maximale Zugspannung des Dünnglases, vorzugsweise abhängig von dessen Abmessungen (gegeben insbesondere durch dessen Fläche A_app und Kantenlänge L_app) ermittelt und das Dünnglas dann durch die Weiterverarbeitung unter eine Zugspannung gesetzt wird, welche die ermittelte maximale Zugspannung nicht überschreitet. Eine solche anhand von Bruchversuchen festgelegte maximale Zugspannung muss nicht zwangsläufig anhand der oben genannten Terme (1) oder (2) ermittelt werden. Wird eine Obergrenze mit einer anderen Beziehung auf der Basis von Bruchversuchen zur Aufrechterhaltung einer langen Lebensdauer unter Zugbelastung festgelegt, überschreitet diese aber erfindungsgemäß nicht den durch Term (1), vorzugsweise Term (2) gegebenen Grenzwert.
Vorzugsweise ist das Dünnglas eines erfindungsgemäßen Glasartikels durch die Weiterverarbeitung unter eine maximale Zugspannung gesetzt, die mindestens 21 MPa beträgt. Dies ermöglicht eine hohe Belastung bei dennoch sehr langer Lebensdauer, beziehungsweise entsprechend niedriger Bruchwahrscheinlichkeit für lange Zeiträume größer als einem halben Jahr.
Der Glasartikel besteht bevorzugt aus einem Lithium-Aluminiumsilikatglas, Kalk-Natron-Silikatglas, Borosilikatglas, Alkali-Aluminosilikatglas, alkalifreien oder alkaliarmen Aluminosilikatglas. Solche Gläser werden beispielsweise mittels Ziehverfahren, wie ein Downdraw-Ziehverfahren, Overflow-Fusion oder mittels Float-Technologie gewonnen.
Für eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit, insbesondere mit einer wie vorstehend angegebenen Mindest-Zugspannung von 21 MPa eignen sich Borosilikat-Gläser als Dünngläser gut. Besonders bevorzugt werden Borosilikat-Gläser mit einer Zusammensetzung mit folgenden Komponenten in Gewichtsprozent auf Oxidbasis:

Si0₂ 40-75

Al₂0₃ 1-25

B₂0₃ 0-16

Erdalkalioxide 1-30

Alkalioxide 0-1.
Besonders bevorzugt werden dabei Gläser mit einer Zusammensetzung mit folgenden Komponenten in Gewichtsprozent auf Oxidbasis:

Si0₂ 45-70

Al₂0₃ 5-25

B₂0₃ 1-16

Erdalkalioxide 1-30

Alkalioxide 0-1.
Vorteilhaft kann ein eisenarmes oder eisenfreies Glas, insbesondere mit einem Fe₂O₃-Gehalt kleiner 0,05 Gew.%, vorzugsweise kleiner 0,03 Gew.% verwendet werden, da dieses verminderte Absorption aufweist und somit insbesondere eine erhöhte Transparenz ermöglicht.
Für andere Anwendungen werden aber auch Graugläser oder gefärbte Gläser bevorzugt.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Glas verwendet, welches vorgespannt oder vorspannbar ist. Dieses Glas kann chemisch durch lonenaustausch oder thermisch oder in einer Kombination thermisch und chemisch vorgespannt, beziehungsweise geeignet zum Vorspannen sein.
Als Glasmaterial kann auch ein optisches Glas dienen, wie beispielsweise ein Schwerflintglas, Lanthanschwerflintglas, Flintglas, Leichtflintglas, Kronglas, Borosilikat-Kronglas, Barium-Kronglas, Schwerkronglas oder Fluorkronglas.
Die Erfindung ist insbesondere dazu geeignet, die mechanischen Eigenschaften ohnehin schon hochfester Gläser zu optimieren, beziehungsweise bei der Weiterverarbeitung zu berücksichtigen. Hochfeste Gläser werden typischerweise für Anwendungen verwendet, in denen die Gläser auch einer hohen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt werden. Derartige Gläser sind mithin dahingehend ausgelegt, auf die Fläche wirkenden Biegespannungen zu widerstehen. Gerade hier stellen auch die Kanten der Gläser die maßgebliche Schwachstelle dar. Letztlich bricht eine Glasscheibe aus einem hochfesten Glas doch sehr schnell, wenn die Kante der Scheibe Fehler aufweist und ebenfalls einer Biegebeanspruchung ausgesetzt wird. Mittels der Erfindung kann nun berücksichtigt werden, ob die Kanten, etwa bei der Konfektionierung einzelner Glasscheiben durch Zerteilen einer größeren Scheibe in ihrer Qualität gleichbleiben. So ist es beispielsweise denkbar, dass durch Abnutzung ein Ritzrad Schäden an den Glaskanten hinterlässt. Ist dies der Fall, wird die Festigkeit der gesamten Glasscheibe deutlich herabgesetzt. Mit dem Verfahren können nun solche Änderungen des hergestellten Produkts sehr präzise erfasst und die Wirksamkeit von Verbesserungen bei der Ausbildung der Kanten geprüft und bei der Auslegung der maximalen Zugspannung berücksichtigt werden. Nachfolgend werden hochfeste Gläser angegeben, mit denen mittels der Erfindung durch Überwachung der Kantenfestigkeit eine Steigerung der Lebensdauer, beziehungsweise eine Reduzierung der Bruchwahrscheinlichkeit innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums erzielt werden kann.
Geeignet sind gemäß einer Ausführungsform Gläser mit folgender Bestandteilen der molaren Zusammensetzung in Molprozent:

Bestandteil mol-%

SiO₂ 56-70

Al₂O₃ 10,5-16

B₂O₃ 0-3

P₂O₅ 0-3

Na₂O 10-15

K₂O 0-2

MgO 0-3

ZnO 0-3

TiO₂ 0-2,1

SnO₂ 0-1

F 0,001-5
In Weiterbildung dieser Ausführungsform gilt dabei als Nebenbedingung, dass der Quotient des molaren Gehalts von Fluor zum molaren Gehalt von B₂O₃, also F/B₂O₃ in einem Bereich von 0,0003 bis 15, vorzugsweise bis 0,0003 bis 11, besonders bevorzugt 0,0003 bis 10 liegt. Diese Gläser sind chemisch vorspannbar und können in mobilen Anzeigen als Deckgläser verwendet werden.

Bevorzugt enthält die Zusammensetzung dabei folgende Komponenten:

Komponente	Mol-%
SiO₂	61-70
Al₂O₃	11-14
B₂O₃	0-0,5

Li₂O	0-0,1
Na₂O	11-15
K₂O	0-2
MgO	0-3
CaO	0 (frei)
ZnO	0-1
CeO₂	0-0,05

ZrO₂	0 (frei)
SnO₂	0-0,3
F	0,001-3

F/B₂O₃	0,002-6

Besonders bevorzugt enthält die Zusammensetzung folgende Komponenten:

Komponente	mol-%
SiO₂	64-70
Al₂O₃	11-14
B₂O₃	0-0,5

Li₂O	0-0,1
Na₂O	11-15
K₂O	0-2
MgO	0-3
CaO	0 (frei)
ZnO	<0,1
CeO₂	0-0,05

ZrO₂	0 (frei)
SnO₂	0-0,3
F	0,001-1

F/B₂O₃	0,002-2

Gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung werden Borosilikatgläser folgender Glaszusammensetzungen verwendet, bestehend aus (in Gew.%)
SiO₂ 60-85
Al₂O₃ 1-10
B₂O₃ 5-20
Summe Li₂O + Na₂O + K₂O 2-16
Summe MgO + CaO +SrO + BaO + ZnO: 0-15
Summe TiO₂+ZrO₂ 0-5
P₂O₅ 0-2,
sowie ggf. Zusätzen von färbenden Oxiden, wie z.B. Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, Nd₂O₃, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, Selten-Erd-Oxide in Gehalten von 0-5 Gew.-%, bzw. für „Schwarzes Glas“ von 0-15 Gew.%, sowie Läutermittel wie As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F, CeO₂ von 0-2 Gew%.
Noch eine geeignete Gruppe von Gläsern sind alkalifreie Borosilikatgläser. Hier wird folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent bevorzugt:

Komponente Gew%

SiO₂ >58-65

Al₂O₃ >14-25

B₂O₃ >6-10,5

MgO 0-<3

CaO 0-9

BaO >3-8

ZnO 0-<2
Diese Gläser werden auch in der US 2002/0032117 A1 beschrieben, deren Inhalt bezüglich der Glaszusammensetzungen und Glaseigenschaften vollständig auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Ein Glas dieser Klasse wird mit dem Handelsnamen AF32 von der Anmelderin vertrieben.
Die nachfolgende Tabelle listet den Gehalt von Komponenten eines weiteren geeigneten alkalifreien Borosilikatglases, sowie in der rechten Spalte ein auf diesem Glas basierender Zusammensetzungsbereich einer Klasse von Gläsern mit ähnlichen Eigenschaften:

Komponente Beispiel Gew% Bereich (Gew%)

SiO₂ 70 67 - 73

Al₂O₃ 10 8-12

B₂O₃ 10 8-12

CaO 6 4-9

BaO 1 0,5-2

SrO 3 2-4
Noch eine weitere Klasse bevorzugter Glastypen sind Borosilikatgläser mit den folgenden Bestandteilen in Gewichtsprozent

Komponente Gew%

SiO₂ 30 - 85

B₂O₃ 3-20

Al₂O₃ 0-15

Na₂O 3-15

K₂O 3-15

ZnO 0-12

TiO₂ 0,5-10

CaO 0-0,1
Ein Glas dieser Klasse von Gläsern ist das Schott-Glas D 263. Die Gläser mit genaueren Zusammensetzungen werden auch in der US 2013/207058 A1 beschrieben, deren Inhalt bezüglich der Zusammensetzungen der Gläser und deren Eigenschaften vollumfänglich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

Auch Kalk-Natron-Gläser sind geeignet. In der nachfolgenden Tabelle sind zwei Ausführungsbeispiele und der Anteil in Gewichtsprozent für Komponenten gemäß einem bevorzugten Zusammensetzungsbereich aufgelistet:

	Glas 1	Glas 2	Bereich:
SiO₂	74.42	71.86	63-81
Al₂O₃	0.75	0.08	0-2
MgO	0.30	5.64	0-6
CaO	11.27	9.23	7-14
Li₂O	0.00	0.00	0-2
Na₂O	12.9	13.13	9-15
K₂O	0.19	0.02	0-1.5
Fe₂O₃	0.01	0.04	0-0.6
Cr₂O₃	0.00	0.00	0-0.2

MnO₂	0.00	0.00	0-0.2
Co₃O₄	0.00	0.00	0-0.1
TiO₂	0.01	0.01	0-0.8
SO₃	0.16	0.00	0-0.2
Se	0.00	0.00	0-0.1

Das Glas 2 eignet sich dabei besonders gut zur Herstellung von Glasscheiben im Float-Verfahren.
Gemäß einer Ausführungsform werden weiterhin Kalk-Natron-Silikatgläser folgender Zusammensetzungen als Glas verwendet, bestehend aus (in Gew.%):

SiO₂ 40-80
Al₂O₃ 0-6
B₂O₃ 0-5
Summe Li₂O + Na₂O + K₂O 5-30
Summe MgO + CaO +SrO + BaO + ZnO: 5-30
Summe TiO₂+ZrO₂ 0-7
P₂O₅ 0-2,
sowie ggf. Zusätzen von färbenden Oxiden, wie z.B. Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, Nd₂O₃, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, Selten-Erd-Oxide in Gehalten von 0-5 Gew.-% bzw. für „Schwarzes Glas“ von 0-15 Gew.%, sowie Läutermittel wie As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F, CeO₂ von 0-2 Gew%.

Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung werden Lithium-Aluminiumsilikatgläser folgender Zusammensetzungen für das Glasmaterial verwendet, bestehend aus (in Gew.%):

SiO₂ 55-69
Al₂O₃ 19-25
Li₂O 3-5
Summe Na₂O + K₂O 0-3
Summe MgO + CaO +SrO + BaO: 0-5
ZnO 0-4
TiO₂ 0-5
ZrO₂ 0-3
Summe TiO₂+ZrO₂+SnO₂ 2-6
P₂O₅ 0-8
F 0-1
B₂O₃ 0-2,
sowie ggf. Zusätzen von färbenden Oxiden, wie z.B. Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, Nd₂O₃, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, Selten-Erd-Oxide in Gehalten von 0-1 Gew.-%, sowie Läutermittel wie As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F, CeO₂ von 0-2 Gew%.

Bevorzugt werden weiterhin Alkali-Alumosilikatgläser folgender Glaszusammensetzungen als Trägermaterial verwendet, bestehend aus (in Gew.%)
SiO₂ 40-75
Al₂O₃ 10-30
B₂O₃ 0-20
Summe Li₂O + Na₂O + K₂O 4-30
Summe MgO + CaO +SrO + BaO + ZnO: 0-15
Summe TiO₂+ZrO₂ 0-15
P₂O₅ 0-10,
sowie ggf. Zusätzen von färbenden Oxiden, wie z.B. Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, Nd₂O₃, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, Selten-Erd-Oxide in Gehalten von 0-5 Gew.-% bzw. für „Schwarzes Glas“ von 0-15 Gew.%, sowie Läutermittel wie As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F, CeO₂ von 0-2 Gew%.
Bevorzugt werden weiterhin alkalifreie Aluminosilikatgläser folgender Glaszusammensetzungen, beispielsweise als Trägermaterial verwendet, bestehend aus (in Gew.%)
SiO₂ 50-75
Al₂O₃ 7-25
B₂O₃ 0-20
Summe Li₂O + Na₂O + K₂O 0-0,1
Summe MgO + CaO +SrO + BaO + ZnO: 5-25
Summe TiO₂+ZrO₂ 0-10
P₂O₅ 0-5,
sowie ggf. Zusätzen von färbenden Oxiden, wie z.B. Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, Nd₂O₃, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, Selten-Erd-Oxide in Gehalten von 0-5 Gew.-% bzw. für „Schwarzes Glas“ von 0-15 Gew.%, sowie Läutermittel wie As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F, CeO₂ von 0-2 Gew%.
Bevorzugt werden weiterhin alkaliarme Aluminosilikatgläser folgender Glaszusammensetzungen verwendet, bestehend aus (in Gew.%):

SiO₂ 50-75
Al₂O₃ 7-25
B₂O₃ 0-20
Summe Li₂O + Na₂O + K₂O 0-4
Summe MgO + CaO +SrO + BaO + ZnO: 5-25
Summe TiO₂+ZrO₂ 0-10
P₂O₅ 0-5,
sowie ggf. Zusätzen von färbenden Oxiden, wie z.B. Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, Nd₂O₃, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, Selten-Erd-Oxide in Gehalten von 0-5 Gew.-% bzw. für „Schwarzes Glas“ von 0-15 Gew.%, sowie Läutermittel wie As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F, CeO₂ von 0-2 Gew%.

Verwendet werden können beispielsweise dünne Gläser wie sie die Schott AG, Mainz unter den Bezeichnungen D263, D263 eco, B270, B270 eco, Borofloat, Xensation Cover, Xensation cover 3D, AF45, AF37, AF 32 oder AF32 eco vertreibt.
In einer weiteren Ausführung ist das Glas des Dünnglasartikels in eine Glaskeramik durch Temperaturbehandlung umwandelbar. Vorzugsweise besteht dabei die Glaskeramik aus einem keramisierten Alumosilikatglas oder Lithium-Alumino-Silikatglas insbesondere aus einem chemisch und/oder thermisch gehärteten keramisierten Alumosilikatglas oder Lithium-Alumino-Silikatglas. In einer weiteren Ausführung umfasst der Dünnglas-Artikel ein keramisierbares Ausgangsglas, welches im Brandfall unter Hitzeinwirkung keramisiert oder weiter fortschreitend keramisiert und damit eine erhöhte Brandschutzsicherheit bewirkt.
Bevorzugt wird gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ein keramisierbares Glas, beziehungsweise eine daraus herstellbare Glaskeramik mit folgender Zusammensetzung des Ausgangsglases verwendet (in Gew.-%):

Li₂O 3,2 - 5,0
Na₂O 0 - 1,5
K₂O 0 - 1,5
Summe Na₂O + K₂O 0,2 - 2,0
MgO 0,1 - 2,2
CaO 0 - 1,5
SrO 0 - 1,5
BaO 0 - 2,5
ZnO 0 - 1,5
Al₂O₃ 19 - 25
SiO₂ 55 - 69
TiO₂ 1,0 - 5,0
ZrO₂ 1,0 - 2,5
SnO₂ 0 - 1,0
Summe TiO₂+ ZrO₂ + SnO₂ 2,5 - 5,0
P₂O₅ 0 - 3,0

In einer anderen Ausführung wird ein keramisierbares Glas oder eine daraus hergestellte Glaskeramik mit folgender Zusammensetzung des Ausgangsglases bevorzugt verwendet (in Gew.-%):

Li₂O 3 - 5
Na₂O 0 - 1,5
K₂O 0 - 1,5
Summe Na₂O + K₂O 0,2 - 2
MgO 0,1 - 2,5
CaO 0 - 2
SrO 0 - 2
BaO 0 - 3
ZnO 0 - 1,5
Al₂O₃ 15 - 25
SiO₂ 50 - 75
TiO₂ 1 - 5
ZrO₂ 1 - 2,5
SnO₂ 0 - 1,0
Summe TiO₂+ ZrO₂ + SnO₂ 2,5 - 5
P₂O₅ 0 - 3,0

Li₂O 3 - 4,5
Na₂O 0 - 1,5
K₂O 0 - 1,5
Summe Na₂O + K₂O 0,2 - 2
MgO 0 - 2
CaO 0 -1,5
SrO 0 - 1,5
BaO 0 - 2,5
ZnO 0 - 2,5
B₂O₃ 0 - 1
Al₂O₃ 19 - 25
SiO₂ 55 - 69
TiO₂ 1,4 - 2,7
ZrO₂ 1,3 - 2,5
SnO₂ 0 - 0,4
Summe TiO₂ + SnO₂ kleiner 2,7
P₂O₅ 0 - 3
Summe ZrO₂ + 0,87 (TiO₂ + SnO₂) 3,6 - 4,3

Die Glaskeramik eines aus einem erfindungsgemäßen Dünnglasartikels hergestellten dünnen Glaskeramikartikels enthält vorzugsweise Hochquarz-Mischkristalle oder Keatit-Mischkristalle als vorherrschende Kristallphase. Die Kristallitgröße beträgt vorzugsweise kleiner 70 nm, besonders bevorzugt kleiner gleich 50 nm, ganz besonders bevorzugt kleiner gleich 10 nm.
Die Erfindung wird nachfolgend weiter beschrieben, wobei auch auf die beigeschlossenen Figuren Bezug genommen wird. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Elemente.
Es zeigen:

1 einen Glasartikel in Form eines aufgerollten Dünnglasbandes,
2 ein Diagramm von Bruchwahrscheinlichkeiten als Funktion der Zugspannung,
3 die Bruchwahrscheinlichkeit von Dünngläsern als Funktion der Zeit,
4 einen Aufbau zur Ermittlung des Mittelwerts der Zugspannung beim Bruch in der Fläche von Dünnglas-Proben und dessen Standardabweichung,
5 einen Aufbau zur Ermittlung des Mittelwerts der Zugspannung bei vom Rand eines Dünnglases ausgehenden Brüchen und dessen Standardabweichung.

1 zeigt eine bevorzugte Anwendung der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein Weiterverarbeiten eines Dünnglases 1 durch Aufwickeln des Dünnglases 1 in Form eines Dünnglasbands 2 zu einer Rolle 3. Die beiden Kanten 22, 23, beziehungsweise genauer die Längskanten des Dünnglasbandes 2 bilden dabei die Stirnflächen der Rolle 3. Gegebenenfalls kann die Rolle 3 auf einer Spindel aufgewickelt sein, so dass die Innenseite der Rolle 3 am Außenmantel der Spindel anliegt.
Das Dünnglas 1, beziehungsweise das Dünnglasband 2 kann in dieser Form für nachfolgende Verarbeitungsschritte wieder von der Rolle 3 abgewickelt werden. Diese Form der Konfektionierung von Dünnglas 1 ist besonders gut für automatisierte Fertigungsprozesse wie etwa das Auflaminieren auf elektronische Bauteile oder die Herstellung von Displays geeignet.
Um die Glasoberflächen zu schützen, kann wie bei dem in 1 gezeigten Beispiel noch ein Bahnmaterial 7 mit eingewickelt werden. Dieses Bahnmaterial trennt dann in der Rolle die aufeinanderfolgenden Glaslagen. Vorzugsweise wird Papier oder Kunststoff als Bahnmaterial 7 verwendet.
Wird der Fertigungsprozess automatisiert, ist es wichtig, dass das gesamte aufgewickelte Dünnglasband 2 keinen Bruch aufweist und beim automatisierten Abwickeln sich das Dünnglasband 2 auftrennt. Allerdings wird das Dünnglas 1 beim Aufwickeln gebogen. Mit dem Verbiegen geht eine Zugspannung einher, unter die eine der Seiten des Dünnglases 1 gesetzt wird. Die Zugspannung ist um so größer, je kleiner der Biegeradius ist. Der kleinste Biegeradius tritt beim aufgewickelten Dünnglasband 2 an der Innenseite 31 der Rolle 3 auf.
Nun kann zwischen der Weiterverarbeitung des Dünnglases 1 durch Aufwickeln zu einer Rolle 3 und dem Abwickeln in einem weiteren Fertigungsprozess einige Zeit vergehen. Typischerweise wird die Rolle 3 nach deren Herstellung für einige Zeit gelagert. Auch nimmt der Transport Zeit in Anspruch. Es zeigt sich nun, dass solche nachteiligen Glasbrüche bedingt durch die beim Biegen entstehende einseitige Zugspannung trotz der geringen Glasdicke auch zeitverzögert nach dem Aufwickeln auftreten können.
Mit der Erfindung wird nun ermöglicht, Dünnglasbänder zu Rollen 3 aufzuwickeln, die hinsichtlich des Innenradius so bemessen sind, dass sie einen vorgegebenen Zeitraum, beispielsweise einen durchschnittlichen oder maximalen Lagerungszeitraum mit hoher Wahrscheinlichkeit unbeschadet überstehen. Dies gilt allgemein auch für andere Formen der Weiterverarbeitung des Dünnglases, bei denen das Dünnglas unter Zugspannung steht. Wie auch bei der Ausführungsform der Rolle sind die am häufigsten in Anwendungen, beziehungsweise bei einem weiterverarbeiteten Glasartikel auftretenden Zugspannungen durch Biegung des Dünnglases verursacht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Weiterverarbeiten des Dünnglases 1 also ein Biegen des Dünnglases 1. Dabei steht der minimale Biegeradius R mit der Zugspannung σ_app in folgender Beziehung: $σ_{app} = \frac{E}{1 - ν^{2}} \frac{t}{2 R} .$
In dieser Beziehung bezeichnet E den Elastizitätsmodul, t die Dicke des Dünnglases und v die Poissonzahl des Glases.
Die Dicke t beträgt vorzugsweise weniger als 500µm, besonders bevorzugt höchstens 350 µm. Es wird weiterhin allgemein bevorzugt, dass die Glasdicke mindestens 5 µm beträgt.
Für den Biegeradius, welcher die Bedingung einer gemäß Term (1) berechneten maximalen Zugspannung σ_app erfüllt, ergibt sich durch Kombination mit Gleichung (3) folgender Zusammenhang zwischen Biegeradius und Zugspannung: $R \geq \frac{\frac{E}{1 - ν^{2}} \cdot t}{2.3 \cdot Min ({\bar{σ}}_{a} - Δ_{a} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{A_{ref}}{A_{App}} Φ)), {\bar{σ}}_{e} - Δ_{e} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{L_{ref}}{L_{App}} Φ)))} .$
Entsprechend folgt aus der Kombination von Gleichung (3) mit Term (2) für den Biegeradius, mit welchem eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit bei längeren Zeiträumen erhalten wird, die Beziehung $R \geq \frac{\frac{E}{1 - ν^{2}} \cdot t}{1.86 \cdot Min ({\bar{σ}}_{a} - Δ_{a} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{A_{ref}}{A_{App}} Φ)), {\bar{σ}}_{e} - Δ_{e} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{L_{ref}}{L_{App}} Φ)))} .$
Als Ausführungsbeispiel eines für Dünnglas geeigneten Glastyps sei ein alkalifreies Borosilikatglas genannt, welche folgende Komponenten in Gewichtsprozent aufweist:

Si0₂ 61

Al₂0₃ 18

B₂0₃ 10

CaO 5

BaO 3

MgO 3
Dieses Glas weist einen an Silizium angeglichenen Temperaturausdehnungskoeffizienten von 3,2·10^-6 1/K auf. Das Elastizitätsmodul, beziehungsweise der Young-Modulus hat einen Wert von E = 74,8 GPa. Die Poissonzahl liegt bei v = 0,238.
Für einen Glasartikel in Form eines wie in 1 dargestellt, zu einer Rolle 3 aufgewickelten Dünnglasbandes 2, liegt der minimale Biegeradius R des Dünnglasbandes 2, aus dem gemäß Beziehung (3) die maximale Zugspannung σ_app resultiert, an der Innenseite 31 der Rolle 3 vor. Um die Rolle handhabbar und klein halten zu können, werden Biegeradien bevorzugt, bei welchen die maximale Zugspannung, die an der Innenseite 31 auftritt, aber mindestens 21 MPa beträgt.
Möglich sind allerdings auch anwendungsbedingte Fälle, bei denen auf das Dünnglas 1 Zugkräfte entlang der Seiten, beziehungsweise entlang der Oberflächen ausgeübt werden. In diesem Fall treten dann an beiden Seiten und im Volumen des Dünnglases Zugspannungen auf.
Unabbhängig davon, in welcher Form die Zugspannungen nach der Weiterverarbeitung auftreten, wird in Weiterbildung der Erfindung eine maximale Bruchquote Φ von 0,1 oder weniger, vorzugsweise weniger als 0,05 angestrebt. Mit der vorgegebenen Bruchquote kann dann nach den oben angegebenen Termen (1) oder (2) die zu dieser Bruchquote korrespondierende maximale Zugspannung σ_app und mit diesem Wert dann im Falle einer durch Biegung verursachten Zugspannung anhand von Beziehung (3) der minimale Biegeradius ermittelt werden.
In die Terme (1) oder (2), welche die zu einer vorgegebenen Bruchwahrscheinlichkeit innerhalb mindestens eines halben Jahres (Term (1)) oder länger (Term (2)) korrespondierende maximale Zugspannung angeben, geht auch die Fläche des Dünnglases und dessen Kantenlänge ein. Die Bruchwahrscheinlichkeit skaliert also mit der Größe und Form des Dünnglasartikels. Dies ist bedeutsam, da Dünngläser, insbesondere bei einem Zwischenprodukt wie einer Rolle 3 auch erhebliche Flächen aufweisen können. So wird es im Falle der Rolle 3 bevorzugt, dass ein Dünnglasband 2 mit einer Länge von mindestens 10 Metern, vorzugsweise mindestens 50 Metern, besonders bevorzugt mindestens 100 Metern aufgewickelt wird. Gemäß noch einer Ausführungsform wird ein Dünnglasband mit einer Länge bis 1000 Metern aufgerollt, um die Bruchwahrscheinlichkeit niedrig und damit einhergehend den Innenradius der Dünnglasrolle 3 klein zu halten. Vorzugsweise liegt die Breite des Dünnglasbandes 2, beziehungsweise entsprechend der Rolle 3 bei 20 Zentimetern oder mehr. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Dünnglasrolle 3 aus einem 20 Zentimeter breiten und 100 m langem Dünnglasband 2 mit einer Dicke von 50 µm hergestellt.
Anhand von 2 wird der Effekt der Skalierung der Bruchwahrscheinlichkeit verdeutlicht. 2 zeigt dabei ein Diagramm von Bruchwahrscheinlichkeiten, die anhand von Bruchtests ermittelt wurden, als Funktion der Zugspannung. Die gefüllt dargestellten Messwerte und die mit „A“ bezeichnete zugehörige Regressionsgerade wurden dabei durch Bruchtests an Proben ermittelt, welche eine Fläche von 80 mm2 aufwiesen. Die als offene Symbole dargestellten Werte mit zugehöriger Regressionsgerade „B“ ergeben sich durch Skalierung der Messwerte auf eine Fläche von 625 mm², die unter gleicher Last steht wie die Proben. Wie beispielsweise anhand der Schnittpunkte der beiden Regressionsgeraden mit der eingezeichneten Linie bei 66 MPa Zugspannung ersichtlich ist, steigt die Bruchwahrscheinlichkeit aufgrund der größeren Fläche um etwa eine Größenordnung an. Obwohl die Messungen zur Bruchfestigkeit mit dynamischer, insbesondere ansteigender Last durchgeführt werden, kann anhand dieser Bruchtests die Bruchwahrscheinlichkeit innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums, insbesondere auch für lange Zeiträume von mindestens ½ Jahr unter einer statischen Last ermittelt werden.
3 zeigt die Bruchwahrscheinlichkeit F (entsprechend der Bruchquote Φ in den Termen (1) oder (2)) als Funktion der Lebensdauer t_lifetime in Jahren für Glasartikel mit einer skalierten Fläche von 625 mm² und einer statisch wirkenden Zugspannung von 66 MPa. Lebensdauern von ½ Jahr und mehr entsprechen den vorgegebenen Zeiträumen, für welche die Terme (1) oder (2) gültig sind. Allgemein, ohne Beschränkung auf die Ausführungsbeispiele ist daher in Weiterbildung des erfindungsgemäßßen Verfahrens vorgesehen, dass das Verfahren zur Weiterverarbeitung eines Dünnglases 1 auch das Lagern des Dünnglases im mit der Zugspannung σ_app beaufschlagten Zustand für eine Dauer von mindestens einem halben Jahr umfasst.
4 zeigt schematisch einen Aufbau zur Ermittlung der Parameter σ _a und Δ_a, also dem Mittelwert der Zugspannung beim Bruch in der Fläche von Dünnglas-Proben und dessen Standardabweichung. Neben diesem im Folgenden erläuterten Aufbau sind auch alternative Meßanordnungen möglich.
Die Messung basiert darauf, dass die Parameter σ _a und Δ_a durch einen Bruchtest ermittelt werden, bei welchem eine Dünnglasprobe 10 ringförmig fixiert und mit einem Stempel 12 mit gewölbter, vorzugsweise kugelflächenförmiger Stempelfläche 120 bis zum Bruch belastet wird. Die Dünnglasprobe 10 wird, wie in 4 gezeigt, dazu auf einer ringförmigen, bevorzugt kreisringförmigen Auflagefläche 13 aufgelegt und festgehalten. Der Stempel 12 drückt mit einer Kraft F vorzugsweise mittig auf die Fläche der Dünnglasprobe 10 innerhalb der ringförmigen Auflagefläche 13. Die Kraft wird gesteigert, bis die Dünnglasprobe 10 bricht. Typischerweise wird bei der in 4 gezeigten Anordnung ein Bruch in der Fläche der Dünnglasprobe bewirkt, da die induzierten Zugspannung im Bereich der Auflagefläche des Stempels 12 auf der Fläche der Dünnglasprobe am größten ist. Diese Auflagefläche definiert demgemäß die Fläche Aref der Probe 10.
Der Bruchtest wird mehrfach wiederholt. Anhand der beim Bruch vorliegenden Kraft kann dann die Zugspannung an der Oberfläche der Dünnglasprobe berechnet werden. Aus den Messwerten werden die mittlere Zugspannung beim Bruch σ _a, sowie deren Standardabweichung Δ_a ermittelt. Hierbei besteht die Möglichkeit, die einzelnen Kraftwerte in Zugspannungen umzurechnen und dann Mittelwert und Standardabweichung zu errechnen.
Für vom Rand des Dünnglases ausgehende Brüche sind andere Meßanordnungen, z.B. die nachfolgend in 5 dargestellte Meßanordnung geeignet. Mit dieser Meßanordnung werden dann analog die Parameter σ _e und Δ_e ermittelt.
Um eine ausreichend vertrauenswürdige Statistik für eine zuverlässige Festlegung der maximalen Zugspannung eines Glasartikels zu erhalten, werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung jeweils mindestens zehn, vorzugsweise mindestens zwanzig, besonders bevorzugt mindestens 30, insbesondere bevorzugt mindestens 50 Proben 10 des Dünnglases 1 bis zum Bruch mit einer Zugspannung belastet, um die Parameter σ _a, und Δ_a, sowie σ _e und Δ_e zu ermitteln. Bezogen auf die in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiele werden demgemäß mindestens 10, vorzugsweise mindestens 20, insbesondere mindestens 30, besonders vorzugsweise mindestens 50 gültige Bruchtests mit der in 4 dargestellten Anordnung und ebenfalls mindestens 10, vorzugsweise mindestens 20, insbesondere mindestens 30, besonders vorzugsweise mindestens 50 Bruchtests mit der nachfolgend beschriebenen Anordnung gemäß 5 durchgeführt.
5 zeigt dazu einen Aufbau zur Ermittlung des Mittelwerts der Zugfestigkeit bei vom Rand eines Dünnglases ausgehenden Brüchen und deren Standardabweichung. Das mit der Anordnung durchgeführte Verfahren basiert darauf, dass die Parameter σ _e und Δ_e durch einen Biegetest ermittelt werden, bei welchem eine Dünnglasprobe 10 uniaxial bis zum Bruch gebogen wird. Bei der in 5 gezeigten Anordnung wird die Dünnglasprobe 10 zwischen zwei Backen 15, 16 geklemmt. Die Backen 15, 16 werden aufeinander zu bewegt, so dass sich die Dünnglasprobe 10 immer weiter verbiegt. Die Biegung erfolgt im Gegensatz zu der in 4 gezeigten Anordnung nur in einer Richtung. Der minimale Krümmungsradius Rmin liegt dabei in der Mitte zwischen den beiden Backen. Stehen die Backen beispielsweise leicht schräg zueinander, so wird die Kante, bei welcher die Backen 15, 16 näher zueinander stehen, stärker belastet, als die gegenüberliegende Kante. Dementsprechend findet sich auch der minimale Krümmungsradius an dieser Kante. Es können aber auch beide Kanten 22, 23 gleichmäßig belastet werden.
Um beim Bruch die vorliegende Zugspannung an den Kanten und daraus nach Test mehrerer Dünnglasproben deren Mittelwert σ _e und Standardabweichung Δ_e zu ermitteln, gibt es mehrere Möglichkeiten. Gemäß einer Ausführungsform kann die auf den Backen 15, 16 lastende Kraft F gemessen und daraus die Spannung in der Dünnglasprobe 10 ermittelt werden.
Die Bruchspannung kann noch einfacher bestimmt werden, indem der beim Bruch vorliegende minimale Biegeradius Rmin bestimmt und anhand dieses Wertes die korrespondierende Zugspannung an der Kante ermittelt wird. Dabei ist die Zugspannung σ umgekehrt proportional zum Biegeradius.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für das Herstellen einer Rolle aus aufgewickeltem Dünnglas beschrieben.
Es soll eine 100 m lange und 20 cm breite Glasbahn aus 0,05 mm dickem Dünnglas in Form eines Borosilikatglases der oben angegebenen Zusammensetzung mit einem Elastizitätsmodul E = 74.8 GPa und einer Poissonzahl v = 0.238 auf eine Rolle gewickelt werden. Die Bruchwahrscheinlichkeit soll 1% (Φ = 0,01) während einer Lagerdauer von einem Jahr nicht übersteigen. Der Kernradius des Wickelkörpers wird nach Gleichung (3) gewählt. Mit Festigkeitsmessungen werden an Stichproben für die Flächenfestigkeit auf Basis von Normalverteilungen die Werte σ _a = 421 MPa (Mittelwert) und Δ_a = 35 MPa (Standardabweichung) für eine Referenzfläche von 121 mm² und für die Kantenfestigkeit die Werte σ _e = 171 MPa (Mittelwert) und Δ_e = 16.9 MPa (Standardabweichung) für eine Referenzlänge L_ref von 2 mm gemessen. Dabei können die anhand der 4 und 5 beschriebenen Anordnungen verwendet werden. Methoden zur Auswertung von Festigkeitsmessungen findet man beispielsweise auch in: K. Nattermann: „Fracture Statistics“ in „Strength of Glass - Basics and Test Procedures“, advanced course of the International Commission on Glass and Research Association of the German Glass Industry, Frankfurt (2006), ISBN 3-9210-8947-6).
Mit A_app = 0.2m×100m = 20m² und L_app = 2×200m = 200m folgt dann ${\bar{σ}}_{a} - Δ_{a} 0,4 \times (1 - ln (\frac{A_{ref}}{A_{app}} Φ)) = (421 - 35 \times 0.4 \times (1 - ln (\frac{121 \times 10^{- 6} m^{2}}{20 m^{2}} \times 0.01))) MPa = 175 MPa$
${\bar{σ}}_{a} - Δ_{a} 0,4 \times (1 - ln (\frac{L_{ref}}{L_{app}} Φ)) = (171 - 16.9 \times (1 - ln (\frac{2 \cdot 10^{- 3} mm}{200 m} \cdot 0.01))) MPa = 55 MPa \times$
Die Kantenfestigkeit ist also hier der bestimmende Festigkeitsparameter bei der Auslegung des Rollenkerns.
Für die zulässige Biegespannung folgt hier nach Term (2) oder Gleichung (5): $0.93 \cdot Min (175 MPa,55MPa) = 0.93 \cdot 55 MPa = 51MPa .$
Mit $\frac{E}{1 - ν^{2}} = 79.3 \cdot 10^{3}$
MPa und t = 0.05 mm kann dann der minimale Biegeradius der Dünnglasbahn nach Gleichung (3) zu $R \geq \frac{1}{2} \frac{79300 MPa}{51 MPa} 0.05 mm = 39 mm$
berechnet werden. Es kann nun nach oben auf einen nächst-größeren Standard-Rollenkerndurchmesser, also beispielsweise D = 80 mm aufgerundet werden. Mit diesem Biegeradius, beziehungsweise Durchmesser wird auch der erfindungsgemäß bevorzugte Mindestwert der Zugspannung von 21 MPa überschritten, so dass einerseits eine kompakte Rolle erhalten wird, die andererseits aber dennoch eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit aufweist.
Neben der in 5 gezeigten Anordnung und dem erläuterten Meßverfahren zur Ermittlung der statistischen Größen σ _e und Δ_e sind auch noch andere Prüfverfahren möglich, die sehr genaue statistische Werte ergeben. Bei der in 5 gezeigten Anordnung variiert der Biegungsradius und ist in der Mitte der Kante minimal. Damit wird die Kantenlänge L_ref und die Fläche Aref der Proben 10 kleiner als die Gesamt-Kantenlänge gegenüberliegender Kanten und die Gesamtfläche der Probe. Die im obigen Ausführungsbeispiel genannten Werte von L_ref=2 mm und A_ref=121 mm² sind daher kleiner als die tatsächlichen Abmessungen der Probe. Mit geeigneten Messverfahren können die Kantenlänge und Fläche der Probe, welche zugbelastet werden, vergrößert werden. Auch für die Bestimmung der Flächenfestigkeit sind andere Aufbauten, als die in 4 gezeigte Anordnung denkbar.
Bezugszeichenliste

1: Dünnglas
2: Dünnglasband
3: Rolle
7: Bahnmaterial
10: Dünnglasprobe
12: Stempel
13: ringförmige Auflagefläche
15, 16: Backen
31: Innenseite von 3
22, 23: Kanten
120: Stempelfläche

Claims

Verfahren zur Weiterverarbeitung eines Dünnglases (1), insbesondere zur Weiterverarbeitung eines Dünnglasbands (2), bei welchem das Dünnglas (2) durch die Weiterverarbeitung unter eine Zugspannung σ_app gesetzt wird, welche kleiner ist als $1.15 \cdot Min ({\bar{σ}}_{a} - Δ_{a} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{A_{ref}}{A_{App}} Φ)), {\bar{σ}}_{e} - Δ_{e} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{L_{ref}}{L_{App}} Φ))),$
wobei σ _a und σ _e Mittelwerte der Zugspannung beim Bruch von Proben (10) des Dünnglases (1) unter Biegebeanspruchung sind, wobei Lref die Kantenlänge und Aref die Fläche der Proben (10) bezeichnen, wobei σ _a der Mittelwert der Zugspannung beim Bruch in der Fläche der Probe (10) und σ _e der Mittelwert der Zugspannung bei einem von der Kante der Probe (10) ausgehenden Bruch sind, und wobei Δ_e und Δ_a die Standardabweichungen der Mittelwerte σ _e, beziehungsweise σ _a bezeichnen, und wobei A_app die Fläche des Dünnglases (1) und L_app die addierte Kantenlänge gegenüberliegender Kanten (22, 23) des Dünnglases (1) und Φ eine vorgegebene maximale Bruchquote innerhalb eines Zeitraums von mindestens einem halben Jahr sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die vorgegebene maximale Bruchquote Φ 0,1 oder weniger, vorzugsweise weniger als 0,05 beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnglas (2) durch die Weiterverarbeitung unter eine Zugspannung σ_app gesetzt wird, welche kleiner ist als $0.93 \cdot Min ({\bar{σ}}_{a} - Δ_{a} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{A_{ref}}{A_{App}} Φ)), {\bar{σ}}_{e} - Δ_{e} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{L_{ref}}{L_{App}} Φ))) .$
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Weiterverarbeiten des Dünnglases (1) ein Biegen des Dünnglases (1) umfasst, wobei der minimale Biegeradius R mit der Zugspannung σ_app in folgender Beziehung steht: $σ_{app} = \frac{E}{1 - ν^{2}} \frac{t}{2 R},$
wobei E den Elastizitätsmodul, t die Dicke des Dünnglases und v die Poissonzahl des Glases bezeichnen.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Weiterverarbeiten des Dünnglases (1) das Aufwickeln eines Dünnglases (1) in Form eines Dünnglasbands (2) zu einer Rolle (3) umfasst.
Verfahren gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, wobei der minimale Biegeradius R des Dünnglasbandes (2), aus dem die maximale Zugspannung σ_app resultiert, an der Innenseite (31) der Rolle (3) vorliegt.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dünnglasband (2) mit einer Länge von mindestens 100 Metern zu einer Rolle (3) aufgewickelt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dünnglas (1) weiterverarbeitet wird, welche eine Dicke von weniger als 500µm, vorzugsweise höchstens 350 µm aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnglas (1) durch die Weiterverarbeitung unter eine maximale Zugspannung gesetzt wird, die mindestens 21 MPa beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei vor dem Schritt des Ausübens einer Zugspannung durch die Weiterverarbeitung eine Prüfung der Glasfestigkeit erfolgt, bei welchem die Mittelwerte der Zugspannung σ _a und σ _e und deren Standardabweichungen Δ_e und Δ_a beim Bruch von Proben des Dünnglases und aus diesen Größen σ _a, σ _e, Δ_e und Δ_a eine maximale Zugspannung des Dünnglases ermittelt und das Dünnglas dann durch die Weiterverarbeitung unter eine Zugspannung gesetzt wird, welche die ermittelte maximale Zugspannung nicht überschreitet.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens zehn, vorzugsweise mindestens zwanzig, insbesondere mindestens 30, besonders vorzugsweise mindestens 50 Proben (10) des Dünnglases (1) bis zum Bruch mit einer Zugspannung belastet werden, um die Parameter σ _a und Δ_a, sowie σ _e und Δ_e zu ermitteln.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter σ _a und Δ_a durch einen Bruchtest ermittelt werden, bei welchem eine Dünnglasprobe (10) ringförmig fixiert und mit einem Stempel (12) mit gewölbter, vorzugsweise kugelflächenförmiger Stempelfläche (120) bis zum Bruch belastet wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter σ _e und Δ_e durch einen Biegetest ermittelt werden, bei welchem eine Dünnglasprobe (10) uniaxial bis zum Bruch gebogen wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnglas (1) im mit der Zugspannung σ_app beaufschlagten Zustand für eine Dauer von mindestens einem halben Jahr gelagert wird.
Dünnglasartikel, bei welchem das Dünnglas (1) unter eine Zugspannung σ_app gesetzt ist, welche kleiner ist als $1.15 \cdot Min ({\bar{σ}}_{a} - Δ_{a} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{A_{ref}}{A_{App}} Φ)), {\bar{σ}}_{e} - Δ_{e} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{L_{ref}}{L_{App}} Φ))),$
wobei σ _a und σ _e Mittelwerte der Zugspannung beim Bruch von Proben (10) des Dünnglases (1) unter Biegebeanspruchung sind, wobei Lref die Kantenlänge und Aref die Fläche der Proben (10) bezeichnen, wobei σ _a der Mittelwert der Zugspannung beim Bruch in der Fläche der Probe (10) und σ _e der Mittelwert der Zugspannung bei einem von der Kante der Probe (10) ausgehenden Bruch sind, und wobei Δ_e und Δ_a die Standardabweichungen der Mittelwerte σ _e, beziehungsweise σ _a bezeichnen, und wobei A_app die Fläche des Dünnglases (1) und L_app die addierte Kantenlänge gegenüberliegender Kanten (22, 23) des Dünnglases (1) und Φ eine maximale Bruchquote von höchstens 0,1 innerhalb eines Zeitraums von mindestens einem halben Jahr sind.
Dünnglasartikel gemäß dem vorstehenden Anspruch, in Form eines zu einer Rolle (3) aufgewickelten Dünnglasbandes (2), wobei der Radius R an der Innenseite (31) der Rolle (3) mit der Zugspannung σ_app in folgender Beziehung steht: $σ_{app} = \frac{E}{1 - ν^{2}} \frac{t}{2R},$
wobei E den Elastizitätsmodul, t die Dicke des Dünnglases und v die Poissonzahl des Glases bezeichnen.
Dünnglasartikel gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Dünnglas (1) unter eine Zugspannung σ_app gesetzt ist, welche kleiner ist als $0.93 \cdot Min ({\bar{σ}}_{a} - Δ_{a} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{A_{ref}}{A_{App}} Φ)), {\bar{σ}}_{e} - Δ_{e} 0.4 \cdot (1 - ln (\frac{L_{ref}}{L_{App}} Φ))) .$
Dünnglasartikel gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche, bei welchem dass das Dünnglas (1) unter einer maximalen Zugspannung steht, die mindestens 21 MPa beträgt.