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Verfahren und Vorrichtung zum Vorspannen flacher Glastafeln Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum Vorspannen flacher Glastafeln und auf eine zu
seiner Durchführung dienende Vorrichtung.
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Bei den bekannten Verfahren zum Vorspannen von flachen Glastafeln
werden diese unter waagerechter Abstützung durch eine Heizzone und anschließend
durch eine Kühlzone geführt; in der Heizzone erfolgt eine Erhitzung des Glases auf
den Erweichungspunkt, während in der Kühlzone die beiden Oberflächen der Glastafel
rasch abgeschreckt werden. Auf diese Weise wird eine Vorspannung der Glastafeln
erreicht, bei der das Innere der Tafel unter Zugspannung und die Außenseiten unter
Druckspannung stehen. Die auf diese Weise erzielte Vorspannung führt zu einer beträchtlichen
Erhöhung der mechanischen Festigkeit; gleichzeitig werden die Brucheigenschaften
der Glastafel so verändert, daß im Fall der Zerstörung die Glastafel in zahllose
kleine und ungefährliche Bruchstücke zerfällt, ohne daß scharfkantige Stücke oder
splitterförmige Stücke auftreten, wie sie stets bei einer allmählich erkalteten
Glastafel, also bei einer Glastafel ohne Vorspannung, anfallen.
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Bei der Herstellung vorgespannten Tafelglases wird zweckmäßigerweise
die Hitzebehandlung so gesteuert, daß der durch sie bewirkte Spannungsaufbau in
Form einer Gitterstruktur vorliegt, durch die ein Glas geschaffen wird, das wesentlich
fester und widerstandsfähiger gegen Stoß und Biegebelastung ist als ein in üblicher
Weise abgekühltes Glas. Die durchschnittliche Zerreißgrenze von langsam abgekühltem
Glas beträgt etwa 421 kg/cm2, während bei einem vorgespannten Glas eine Zerreißgrenze
von etwa 2109 kg/cm2 gefordert wird. Diese erhöhte Festigkeit ist eine Folge der
Druckspannungszonen in den Oberflächen der vorgespannten Glastafel; die Druckspannung
in den Oberflächen beträgt etwa 1687 kg/cm2, wodurch die Festigkeit des vorgespannten
Glases gegenüber dem auf übliche Weise abgekühlten Glas auf den fünffachen Wert
ansteigt.
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Von einem derartigen bekannten Verfahren geht die Erfindung aus; ihr
liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Verfahren zu verbessern und insbesondere
die Möglichkeit auszuschließen, daß die in Erweichungszustand befindlichen Glastafeln
bei ihrem Weg durch den Behandlungsofen Deformationen erleiden, durch die die Güte
der vorgespannten Glastafel herabgesetzt wird. Im letzten Teil des Behandlungsofens
beginnen die in waagerechter Lage abgestützten Glastafeln zu erweichen, wobei bei
den üblichen Behandlungsöfen, die mit einer konstanten Durchlaufgeschwindigkeit
arbeiten, die Gefahr besteht, daß die Oberfläche der Glastafeln durch die Berührung
mit den Transportrollen eingedrückt werden kann. Auch können Verformungen auftreten,
da die Tafeln in ihrem erweichten Zustand zufolge ihres Eigengewichtes zwischen
den Rollen durchsacken können.
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Es wurde erkannt, daß sich dieser Nachteil vermeiden läßt, wenn die
Berührungszeit zwischen der in erweichtem Zustand vorliegenden Glastafel und den
Förderrollen so kurz gehalten wird, daß ein Durchsacken oder eine sonstige Verformung
der auf der Transportbahn befindlichen Glastafel nicht erfolgen kann. Die Erzielung
derartig hoher Fördergeschwindigkeiten macht bei Anwendung des bekannten Herstellungsverfahrens
insofern Schwierigkeiten, als die Vorwärmzone und die Kühlzone sehr lang ausgebildet
werden müssen, da bei den bekannten Verfahren mit konstanter Durchlaufgeschwindigkeit
gearbeitet wird.
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Es wurde erkannt, daß sich ein in seinem Aufbau wirtschaftliches Verfahren
und eine zu seiner Durchführung dienende Vorrichtung erzielen läßt, die die Erzeugung
von vorgespannten Glastafeln ohne jegliche Deformation ermöglicht. Demgemäß kennzeichnet
sich die Erfindung dadurch, daß die Tafeln zunächst mit einer ersten konstanten
Geschwindigkeit durch die Heizzone geführt werden, bis ihre Temperatur im Entspannungsbereich
des Glases liegt, worauf die Vorschubgeschwindigkeit der Tafeln über die erstgenannte
Geschwindigkeit hinaus auf einen zweiten konstanten Wert gesteigert wird, während
sie durch den restlichen Teil der Heizzone geführt werden und in die Kühlzone gelangen,
innerhalb
deren die Vorschubgeschwindigkeit auf einen dritten konstanten
Wert verringert wird, den die Glastafeln auf dem gesamten Weg durch die Kühlzone
beibehalten. Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß das größte Verhältnis zwischen der erhöhten Geschwindigkeit und der ersten konstanten
Geschwindigkeit 7: 1 beträgt. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin
von Bedeutung, daß die erste konstante Geschwindigkeit im Bereich von 254 bis 508
cm/min und die erhöhte Geschwindigkeit im Bereich von 1778 bis 3048 cm/min liegt,
während die dritte konstante Geschwindigkeit ungefähr 15% größer als die erste konstante
Geschwindigkeit ist.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen unterschiedlichenVorschubgeschwindigkeiten
in der ersten und zweiten Stufe der Erhitzung und in der Stufe der Abkühlung ist
bei Aufrechterhaltung der üblichen Räume für die Vorwärmung und für die Kühlung
in dem zweiten Teil der Erhitzungsstufe eine solche Fördergeschwindigkeit erreichbar,
daß mit Zuverlässigkeit Beschädigungen und Beeinträchtigungen der behandelten Glastafeln
durch Durchsacken ausgeschlossen werden. Außerdem ist es möglich, die erhitzten
Glastafeln schnell aus dem Ofen heraus- und zwischen den Kühlköpfen der Kühlzone
hindurchzuführen, so daß eine gleichmäßigere Abkühlung der Glastafeln erzielbar
ist, als sie bei den bekannten Verfahren möglich ist.
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Bei der Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung kennzeichnet
sich dadurch, daß der die Glastafeln durch die Heizzone und durch die Kühlzone tragende
Förderer fünf unabhängig voneinander angetriebene Abschnitte hat, deren erster,
zweiter und dritter innerhalb der Heizzone und deren vierter und fünfter innerhalb
der Kühlzone liegen, daß ferner eine Einrichtung " zum Antrieb des ersten Fördererabschnittes
mit konstanter, verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit, zum Antrieb des dritten
Abschnittes mit konstant hoher Geschwindigkeit, zum Antrieb des zweiten Abschnittes
sowohl mit einer Geschwindigkeit, die derjenigen des ersten Abschnittes entspricht,
als auch mit einer Geschwindigkeit, die derjenigen des dritten Ab-" schnittes entspricht,
zum Antrieb des vierten Abschnittes sowohl mit einer Geschwindigkeit, die derjenigen
des dritten Abschnittes entspricht, als auch mit einer Geschwindigkeit, die derjenigen
des fünften Abschnittes entspricht, und schließlich zum Antrieb des fünften Abschnittes
mit konstanter Geschwindigkeit vorgesehen ist und daß ferner eine erste Steuereinrichtung,
die anspricht, wenn sich die Tafel dem Ende des ersten Abschnittes nähert, um die
Geschwindigkeit des zweiten Abschnittes bis auf diejenige des dritten Abschnittes
zu erhöhen, sowie eine zweite Steuereinrichtung vorgesehen sind, die in Abhängigkeit
von einer auf dem fünften Abschnitt liegenden Glastafel _betätigt wird, um die Geschwindigkeit
des vierten Abschnittes bis auf diejenige des fünften Abschnittes zu verringern.
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" Ein weiteres Merkmal der Vorrichtung besteht darin, daß der Antrieb
des zweiten Abschnittes einen Elektromotor und. eine Drehzahländerungseinrichtung
umfaßt, die zwischen den Motor und den zweiten Abschnitt geschaltet ist, und daß
die erste Steuereinrichtung eine lichtstrahlbeaufschlagte Fotozelle, die anspricht,
wenn eine Tafel den ersten Abschnitt verläßt, und einen Zeitschalter enthält, wobei
sowohl die Fotozelle als auch der Zeitschalter in Reihe mit der Drehzahländerungseinrichtung
geschaltet sind, um zu erreichen, daß die Drehzahländerungseinrichtung und der zweite
Abschnitt schneller laufen, nachdem die Tafel vollständig auf dem zweiten Abschnitt
liegt.
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Ein weiteres Kennzeichen besteht darin, daß der Antrieb des vierten
Abschnittes einen Elektromotor und eine Drehzahländerungseinrichtung umfaßt, die
zwischen den Motor und den vierten Abschnitt geschaltet ist, und die zweite Steuereinrichtung
ein Fotozellenaggregat enthält, das elektrisch mit der Drebzahländerungseinrichtung
verbunden und so lichtstrahlbeaufschlagt ist, daß es auf eine auf dem vierten Abschnitt
liegende Glastafel anspricht und bewirkt, daß die Geschwindigkeit der Drehzahländerungseinrichtung
und des vierten Abschnittes bis auf die Geschwindigkeit des fünften Abschnittes
herabgesetzt und anschließend wieder bis auf die Geschwindigkeit des dritten Abschnittes
erhöht wird.
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Weiter ist wesentlich, daß das Fotozellenaggregat eine erste Fotozelle,
die den vierten Abschnitt in einem Punkt nahe seinem dem fünften Abschnitt zugewandten
Ende abtastet, und eine zweite Fotozelle, die den fünften Abschnitt in einem Punkt,
der zwischen den Enden dieses Abschnittes liegt, abtastet, umfaßt.
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Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens, und es bedeutet F i g. 1 einen senkrechten Längsschnitt
in Teildarstellung und F i g. 2 einen waagerechten Schnitt längs der Linie 2-2 der
F i g.1.
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Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 12 zur Durchführung
des Verfahrens weist einen Ofen 13 auf, in dem die Glastafeln erhitzt werden; weiterhin
ist eine Abschreckvorrichtung mit oberen und unteren Blasköpfen 14 und 15 vorgesehen,
die einen bestimmten Abstand voneinander haben und an einer Wand 16 am Ausgangsende
des Ofens angeordnet sind.
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Der Ofen 13 besteht aus einem Boden 17, Seitenwänden 18 und 19, einem
Dach 20, einer Stirnwand 16 und einer zweiten, hier nicht dargestellten Stirnwand
auf der Eingangsseite des Ofens 13, die entsprechend der Stirnwand 16 ausgebildet
ist. Innerhalb des Daches 20 des Ofens 13 sind Strahlungs-Gasbrenner 21 in Quer-
und Längsreihen gruppenweise angeordnet, während in den Seitenwänden 18 und 19 des
Ofens 13 zusätzliche gasgespeiste Brenner 22 in der Nähe des Ofenbodens angeordnet
sind, um die Temperatur in der Ofenkammer 23 innerhalb eines Bereiches von ungefähr
477° C auf der Eingangsseite bis 642° C auf der Ausgangsseite des Ofens konstant
zu halten.
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Jeder Blaskopf 14 und 15 .enthält eine Luftkammer 24, deren jede mit
zahlreichen Auslässen.25, die die Form verhältnismäßig langer und enger Nuten, die
sich quer durch den Ofen erstrecken, haben, oder einer Anzahl einzelner Düsen ausgerüstet
ist.
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Ein. Fördersystem des Rollentyps erstreckt sich waagerecht durch den
Ofen 13 in gleicher Höhe mit
den Öffnungen 27 in den einander gegenüberliegenden
Stirnwänden 16 und zwischen den Auslässen 25 der oberen und unteren Luftkammern
24. Das Fördersystem 26 ist in fünf Abschnitte geteilt, deren jeder unabhängig von
den anderen in Richtung des Pfeiles 28 der F i g. 1 angetrieben wird.
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Die Rollen 33 des ersten Abschnittes 29 des Fördersystems 26 werden
mit konstanter Geschwindigkeit, die in einem Bereich von ungefähr 254 bis 508 cm/min
liegt, von dem Motor 30 aus durch ein Getriebe 31 mit rechtwinkliger Umlenkung und
einen Kettentrieb 32 angetrieben, so daß diese einzelnen Rollen 33 in Uhrzeigerrichtung
umlaufen. Der zweite Abschnitt 34 des Fördersystems ist ein Beschleunigungsabschnitt,
dessen Rollen 35 innerhalb eines niedrigsten Bereiches von ungefähr 254 bis 508
cm/ min und innerhalb eines höchsten Bereiches von ungefähr 1778 bis 3048 cm/min
arbeiten. Die Antriebskraft für den zweiten Abschnitt 34 wird von dem Motor 36 aus
über eine einstellbare Drehzahlände= rungseinrichtung 37, ein Getriebe senkrechter
Umlenkung 38 und einen Kettentrieb 39 auf die einzelnen Rollen 35, die zu dem zweiten
Abschnitt 34 gehören, übertragen.
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Der dritte Abschnitt 40 des Fördersystems 26, zu dem die Rollen 41
gehören, wird mit konstanter Geschwindigkeit innerhalb eines Bereiches von ungefähr
1778 bis 3048 cm/min von einem Motor 42 über ein Getriebe 43 mit senkrechter Umlenkung
und einen Kettentrieb 44 angetrieben, so daß die Rollen 41 gemeinsam im Uhrzeigersinn
gedreht werden.
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Wie die F i g. 1 zeigt, befinden sich die drei Abschnitte 29, 34 und
40 des Fördersystems 26 innerhalb der Ofenkammer 23 mit der einzigen Ausnahme, daß
die Rolle 45 des dritten Abschnittes 40 außerhalb des Ofens zwischen den oberen
und unteren Blasköpfen 14 und 15 liegt.
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Der vierte Abschnitt 46 des Fördersystems 26 ist zwischen den Blasköpfen
14 und 15 angeordnet. Auf ihm wird die Geschwindigkeit der Glastafeln herabgesetzt,
so daß diese innerhalb eines höchsten Bereiches von ungefähr 1778 bis 3048 cm/min
und eines niedrigsten Bereiches von ungefähr 292 bis 584 cm/ min auf diesem vierten
Abschnitt verschoben werden. Der Antrieb des vierten Abschnittes erfolgt von einem
Motor 47 aus über ein einstellbares Drehzahländerungsgetriebe 48, ein Getriebe 49
mit rechtwinkliger Umlenkung und einen Kettentrieb 50, der die einzelnen Rollen
51 antreibt.
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Der fünfte Abschnitt 52 des Fördersystems 26 wird mit konstanter Geschwindigkeit
innerhalb eines Bereiches von ungefähr 292 bis 584 cm/min von einem Motor 53 aus
über ein Getriebe 54 mit rechtwinkliger Umlenkung und einen Kettentrieb 55, der
die einzelnen Rollen 56 in Uhrzeigerrichtung dreht, angetrieben.
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Durch die Öffnung 58 innerhalb der Seitenwand 18 des Ofens ragt eine
fotoelektrische Zelle 57 in die Ofenkammer 23 hinein, und diese ist so angeordnet,
daß sie den Spalt 59 zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 29 und 34 des
Fördersystems 26 abtastet. Diese Fotozelle 57 ist elektrisch mit den einstellbaren
Geschwindigkeitsänderungsgetriebe 37 über einen Zeitschalter 60 verbunden, so daß
die Drehzahl der Rollen 35, die zu dem zweiten Abschnitt 34 des Fördersystems 26
gehören, in der im folgenden beschriebenen Weise verändert werden kann. Die beiden
Fotozellen 61 und 62 tasten den vierten Abschnitt 46 des Fördersystems 26 an der
dritten oder vierten Rolle, vom Ende desselben her gerechnet, und den fünften Abschnitt
52 an der vierten oder fünften Rolle, vom Anfang desselben her gerechnet, ab. Diese
beiden Fotozellen sind elektrisch mit der einstellbaren Drehzahländerungseinrichtung
48 verbunden, um die Drehzahl der Rollen 51, die zu dem vierten Abschnitt 46 des
Fördersystems 26 gehören, in der im folgenden beschriebenen Weise zu variieren.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird dadurch betriebsbereit gemacht,
daß zunächst die Brenner 21 und 22 gezündet werden, so daß die Temperatur der Ofenkammer
23 bis auf einen Wert innerhalb des Bereiches von ungefähr 477 bis 642° C ansteigt.
Danach werden die Blasköpfe 14 und 15 in Betrieb gesetzt und das Fördersystem 26
eingeschaltet.
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Zu diesem Zeitpunkt, also bevor die flachen Glastafeln 63, die vorgespannt
werden sollen, auf den Förderer 26 gelegt werden, arbeiten der erste und der zweite
Abschnitt 29 und 34 des Fördersystems 26 mit der gleichen Geschwindigkeit, die innerhalb
eines Bereiches von ungefähr 254 bis 508 cm/min liegt, der dritte und vierte Abschnitt
40 und 46 mit der gleichen Geschwindigkeit innerhalb eines Bereiches von ungefähr
1778 bis 3048 cm/min und der fünfte Abschnitt 52 mit einer Geschwindigkeit, die
ungefähr um 15 % oberhalb der Geschwindigkeit der ersten beiden Abschnitte liegt,
oder inerhalb eines Bereiches von ungefähr 292 bis 584 cm/min.
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Lediglich zu Zwecken der Erläuterung und nicht etwa zwecks Einschränkung
der Erfindung auf diesen Anwendungsfall sind in der Zeichnung mehrere Glastafeln
63, die dreieckig geformt sind, außerhalb des Einganges des Ofens 13 auf dem Fördersystem
26 in praktisch rechtwinkligen Gruppen A angeordnet, so daß die vordere und die
hintere Kante jeder GruppeA parallel zu den Längsachsen der Rollen 33 des ersten
Abschnittes 29 des Fördersystems 26 liegt.
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Wie aus F i g. 1 hervorgeht, werden die einzelnen Gruppen A von Glastafeln
63 durch den ersten Abschnitt 29 des Fördersystems 26 in Richtung des Pfeiles 28
weiterbewegt, wobei zwischen den aufeinanderfolgenden Gruppen regelmäßige Abstände
B liegen. Wenn eine Gruppe von Tafeln A das Ende des ersten Abschnittes 29 des Förderers
26 erreicht hat, wird die Temperatur der Tafeln 63, die zu dieser Gruppe A gehören,
auf ungefähr 560 bis 615° C erhöht. In diesem Temperaturbereich ist das Glas so
weit erweicht, daß es Verformungen oder Oberflächenveränderungen leicht aufnimmt.
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Wenn die vordere Kante der Gruppe A über den Spalt 59 zwischen dem
ersten Abschnitt 29 und dem zweiten Abschnitt 34 des Fördersystems 26 geschoben
wird, überträgt die Fotozelle 57 einen elektrischen Impuls, der den Zeitschalter
60 in Gang setzt. Dieser Zeitschalter 60 ist für ein Zeitintervall bemessen, das
so groß ist, daß innerhalb desselben die Gruppe A vollständig von den letzten Rollen
33 des ersten Abschnittes 29 auf die ersten Rollen 35 des zweiten Abschnittes 34
gelangen können. Danach überträgt der Zeitschalter 60 einen elektrischen Impuls,
der das Geschwindigkeitsänderungsgetriebe 38 in den oberen Drehzahlbereich umschaltet,
so daß die Drehzahl der Rollen 35, die zu dem zweiten Abschnitt 34 gehören, so weit
beschleunigt wird und
sich eine Verschiebungsgeschwindigkeit der
Glastafeln ergibt, die mit derjenigen des dritten Abschnittes 40 übereinstimmt.
Infolgedessen werden die Tafeln von dem zweiten Abschnitt 34 schnell auf den dritten
Abschnitt 40 geschoben. Der Zeitschalter 60 läuft dabei während eines zweiten Zeitintervalls
weiter, das ausreichend groß bemessen wurde, um zu gewährleisten, daß die Gruppe
A der Tafeln von dem zweiten Abschnitt 34 vollständig auf die ersten Rollen 41 des
dritten Abschnittes 40 übertreten kann. Nach Ablauf dieses zweiten Zeitintervalls
hört der auf die Geschwindigkeitsänderungseinrichtung 37 gegebene Impuls auf, und
der zweite Abschnitt 34 setzt seine Geschwindigkeit auf diejenige des ersten Abschnittes
29 herab.
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Wie bereits erwähnt wurde, liegt die letzte Rolle 45 des dritten Abschnittes
40 bereits außerhalb des Ofens 13 zwischen den Blasköpfen 14 und 15, und außerdem
arbeitet der vierte Abschnitt 46 des Förderers 26 mit der gleichen Geschwindigkeit
wie der dritte Abschnitt 40. Da also beide Förderabschnitte 40 und 46 mit
der gleichen hohen Geschwindigkeit arbeiten, werden die Tafeln sehr schnell von
dem Abschnitt 40 auf den Abschnitt 46 in die gewünschte Lage zwischen den Blasköpfen
14 und 15 gebracht. Die sehr schnelle Verschiebung der Tafeln zwischen den
Blasköpfen 14 und 15 hindurch ist wichtig, um ein gleichförmiges Vorspannen zu erreichen.
Würde man keine derartig hohe Geschwindigkeit bei der Verschiebung der Glastafeln
einhalten, so könnten die vorderen Enden der Tafeln bereits abgeschreckt sein, während
die hinteren Enden derselben noch auf höherer Temperatur lägen, so daß insgesamt
ein ungleichförmiger Spannungszustand eintreten würde.
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Wenn die vordere Kante einer Gruppe von Tafeln A in die durch die
fotoelektrische Zelle 61 abgetastete Zone eintritt, wobei also die Tafeln
vollständig auf den ersten Rollen 51 des vierten Abschnittes 46 liegen, so überträgt
die Fotozelle 61 einen elektrischen Impuls an die Drehzahländerungseinrichtung 48,
die daraufhin den vierten Abschnitt 46 des Fördersystems 26 bis auf die Geschwindigkeit
des fünften Abschnittes 52 herabsetzt, so daß jetzt die Tafeln langsamer zwischen
den Blasköpfen 14 und 15 hindurchgeführt werden. Nachdem die Gruppe A der Tafeln
vollständig auf dem fünften Abschnitt, 52 des Fördersystems 26 liegt, gibt die Fotozelle
62 an die Drehzahländerungseinrichtung 48 einen elektrischen Impuls, so daß diese
den vierten Abschnitt 46 des Fördersystems 26 wieder beschleunigt, so daß er die
gleiche Geschwindigkeit erhält wie der dritte Abschnitt 40 und so von diesem
eine neue Gruppe von Tafeln aufnehmen kann.
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Aus dem bisher Gesagten geht ohne weiteres hervor, daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung ohne jede Abänderung auch rechteckige Glastafeln bearbeiten kann. Auch
die Länge der Tafeln kann in weiten Grenzen schwanken bzw. kann die erfindungsgemäße
Anordnung verschiedenen Längen leicht dadurch angepaßt werden, daß die Anzahl der
Rollen 35 und 51 in dem zweiten und vierten Abschnitt 34 und 46 des Fördersystems
26 vergrößert wird.