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Verfahren zum Polieren von Kristallglas- und Bleikristallglas-Gegenständen.
Das Polieren von Gegenständen aus Kristallglas, insbesondere Bleikristallglas, geschieht
bisher mit wässriger, flußsäurehaltiger Schwefelsäure in weitmaschigen Körben aus
Kupfer oder Kuststoff, wobei die mit den zu polierenden Gegenständen gefüllten Körbe
in dem Polierbad zunächst gleichmäßig geschwenkt, dann aus dem Polierbad genommen
und in ein warmes Wasserbad getaucht werden. In dem Wasserbad werden die an der
Glasoberfläche haftenden Reaktionsprodukte, die sich in dem Polierbad gebildet haben,
abgewaschen. Es ist nötig, diese Maßnahmen sehr oft zu wiederholen, bis der gewünschte
Glanz auf der Oberfläche und den Schliffkanten erreicht wird. Bei diesem Verfahren
-läßt sich niäht vermeiden, daß erhebliche Wassermengen aus.dem Waschbad in das
Polierbad einsgeschleppt werdeng dadurch sinkt bei Fortschreiten des Poliervorgange
die Konzentration des Polierbades unddamit seine Wirksamkeit, Es ist daher erforderlichp
das Polierbad von Zeit zu Zeit durch Zusatz von Fluß- und/oder Schwefelsäure wieder
auf die optimale Konzentration zu bringeng
Dabei ist jedoch zu berücksichtigen,
daß da - a Volumen des Polierbades mit zunehmender Betriebsdauer beträchtlich
steigt. Be ist erforderlich, in gewissen Zeitabständen größere Mengen der Flüssigkeit
aus dem-Polierbad abzulassen und als Altsäure zu verwerfen bzw. aufzuarbeiten. Das
Bad muß danach erneuert werden* Dies beduetet, daß äie Ausnutzung der Flußsäure
und Schwefelsäure im Polierbad relativ schlecht und somit der Säureverbrauch beträchtlich
ist, Die Aufarbeitung hochkonzentrierter und fluorhaltiger Altsäure bereitet erhebliche
Schwierigkeiten und Kosten, weshalb die Altsäure häufig in die Flüsse geleitet wird.
Dies sind obwohl technologische als auch volkswirtschaftliche Nachteile der bekannten
Polierverfahren.-Auch die in den großen Mengen Abwasser enthaltene Fluß- und Schwefelsäure
geht verlorene In den älteren Patenten 1 185 780, 1 189 680 und der Patentameldung
P 11 89 681-4-45 wurde ein Verfahren vorgeschlageng bei dem diese Nachteile
vermieden sind, Die Gegenstände werden in einem flußsäurehaltigen Schwefelsäurebad
poliert und anschließend in einem Wasser entziehende Schwefelsäure enthaltendem
Waschbad getauchtg, d.h. statt des üblichen Waschens mit reinem Wasser erfolgt dort
die Entfernung der Reaktionsprodukte aus dem Polierbad, welche sich beim Poliervorgang
in der flußsäurehaltigen Schwefelsäure auf der Glasoberfläche bilden, in einem -Schwefelsäurebad,
Eine weitere Verbesserung des Säurepolierens stellt nun das erfindungsgemässe Verfahren
dar.Fß-#folgt die Abhebung des Salzbelage aus Reaktionsprodukten des-Poliervorgangs
in dem Polierbad selbst, ohne daß das Polieren zur Entfernung des Salzbelages unterbrochen
werden muß. Bei Erreichung des gewünschten Glanzgrades brauchen dann die Gegenstände
nur noch von den anhaftenden Säureresten aus dem Polierbad befreit
tu
werden. Es ist also kein drittes Bad nötig und der Arbeitsauf wand f Ür die
wiederholte Überführling der Körbe mit; den Gegenständen von dem Polierbad in das
Schwefelsäurebad entfällt.-Es wird ein Übliches Polierbad mit einer 55-65%igen Schwefelsäure
und einem kGehalt an'4-10 % Flussäure verwendet. Die Temperatur des Polierbades
liegt zweckmässigerweise zwischen 50 und 60 0 C.
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Überraschenderweise konnte gefunden werden, daß die sich im Pol ierbacl
bildenden Reaktionsprodukte unter dem Einfluss von Schwingungen, und zwar sowohl
von Schallschwingungen d.h. Schall und Ultraschallfrequenzen, nicht fest auf der
Glasoberfläche absetzen und I&ten und damit zu einem Stillstand des Poliervorgangs
fÜhren, sondern es wird die momentan gebildete, der Schwingungsanregung ausgesetzte
Salzmasse abgehoben; so schreitet auf der immer wieder blank gehaltenen Glasfläche
der Poliervorgang fort" bis der geieünschte Glanz erreicht ist und man das Polieren
abbrechen kann, Es sind verschiedene Behandl-Luigsverfahren mit Schall-oder Ultraschallfrequen--en
bekannt, wonach diese Energie zur.Reinigung z.B. Entfernung von Schmutz oder ÖlrÜckständei#6md
dergleichen von Gegenständen angewendet werden, die nur schwer händisch durch Bürsten
und dergleichen gerdnigt werden können. Auch hat man bereits zum, Ätzen von Glas,
also zur Herstellung dekorativer Ätzmuster Schallenergien angewandt. Hier handelt
es sich jedoch_ um eine Al-if rauhung, der Glasoberfläche im Gegensatz zum erfindungsgemässen
Polieren.
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Die Erfindung betrifft nun einep Ver.-Cahren zur Polieren von Gegenständen
aus Glas, insbesoirdere Kristallglas und Bleikristallgla s" durch Tauchen in ein
Polierbad aus flußsäurehaltiger Schwefelsäure und ist dadurch jrrel-"-eiln--eicliiiet,
daß man zur
Ablösung des bei der Polierreaktion gebildeten Salzbelages
von den Glasoberflächen das Polieren im Säurebad unter der Einwirkung von Schwingungsenergie
durchführt* Die Schwingungsenergie wird in Form von Schall und/oder Ultraschall
eingebracht* Die Energieeinwirkung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.
Die Ausbildung von stehenden Wellen an den Glasoberflächen ist zu vermeiden* Nach
dem erfindungegemäßen Verfahren werden Schwingungeenergien im Hörbereich jedoch
vorzugsweise im Ultraschallbereich angewandt, d.h. also Frequenzen zwischen
16 und 20 000 Hz und weit in de21. Ultraschallbereich führen zu der
erfindungegemäß angestrebten Wirkung* Die zu polierenden Gegenstände-aus Kristallglas
und Bleiglas werden in üblicher Weise in säurebeständige Körbe gepackt und in diesem
in die das Polierbad enthaltenden Tröge eingesetzte Bei Beschallung dieser Tröge
kann es unter gewissen Umständen zur Ausbildung stehender Wellen kommene Dies ist
zu vermeiden, da dadurch eine ungleichmäßige Ab-
tragung der Oberfläche erfolgt,
die darauf beruht, daß an den Knotenpunkten der Wellen die Teilchen praktisch keine
Schwingungsenergie erhalten und damit auf der Glasoberfläche hatten bleiben, wogegen
die Schwingungsenergie der Teilchen mit zunehmendem Abstand von den Knoten, also
mit zunehmender Schwingungsamplitude, um so größer wird und daher an den Stellen
der Wellenbäuche eine erhöhte Polierwirkung stattfindety gleichbedeutend mit einem
"Ausfressen von Löchern"* Die Ausbildung von stehenden Wellen kann in dem Bad auf
Irerschiedene Weise vermieden werden. So kann man entweder die mit den zu polierenden
Gegenständen gefüllten Körbe mit einer entsprechenden Geschwindigkeit in dem Bad
bewegen.
Die Geschwindigkeit soll umso größer sein, je kleiner
die Schallfrequenz ist. Oder man kann den Schwingungserreger entlang einer Linie
oder über eine Fläche so bewegen, daß die Wellenlinien dauernd ihre Rich# "ung verändern.
Da die Schwingurgserreger nur eine sehr begrenzte Abstrahluxesbreite haben, wirkt
die Beweg,Ling des zu polierenden Gutes durch diesen Strahlenkegel bzw. die Bewegung
des Schwingungserregers an dem zu polierenden Gut entlang wie-ein plötz-.liches
Eintreten der Glasgegenstände in das Strahlenbündel. Die Wirktuig dieses Eintritts
bzw. des Dlötzlichen Austritts der Gegenstände aus dem Bereich der Schwingungsenergie
ist wie die eines Energieimpulses. Es ist aber auch möglich, den Schwinger nicht.
immer auf der gleichen Frequenz und Leistung arbeiten zu lassbn, sondern Frea bei
uenz und/oder Amplitude zu variieren oder einer Grundfrequenz die Ausbildung stehender
"Teilen durch überlagerung mit anderer oder ver#änderbarer Frequenz zu unterbinden.
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Auf diese Weise erfolgt eine sehr gleichmässige bi, A -ragung der
Glasoberfläche und der sich im Polierbad bildenden Reaktionsprodukte, Es wird in
relativ sehr kurzer Zeit eine hervorragend polierte Oberfläche auch bei komplizierten
Schliffen erreicht.
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In allgemeinen ist eS nicht erforderlich, daß während des Poliervorgangs
die Glasgegenstände aus der.i Polierbad genommen und in irgendeinem WascHbad abgewaschen
werden müssen. Es hat sich jedoch als zi--ieel.-.-mässig erwiesen, bei Anwendung
von Ultraschallfrequenzen die Körbe mit den zu polierenden Gegenständen von Zeit
zu Zeit aus dem Polierbad zu heben
und die Säure ablaufen zu lassen.
Es treten sonst bei hohen Freauenzen etwas unebene, wie gehämmert wirkende Oberflächen
auf.
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Es ist selbstverständlich auch mÖglich, das Polierbad nicht dauernd-zu
bes'challen, sondern es hat sich oft..als gÜnstig er*wiesen, die Grundschwingung
nicht kon, tinuierlich anzulegen, sondern Impulse.in entsprechenden Intervallen
zu senden.
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Nach dem erfindungsgemässen V erfahren fällt daher so gut wie keine
Altr>9**,iire an, da nach einer gewissen Betriebszeit das PJ.11,iGßäurebad durch
AuffÜllen des verbrauchten Anteiles an Schi.,iefelsättre und Flußsäure wieder auf
die optimale Konzentration für den Poliervorgang gebracht werden kann. Die Auffrischung
des Polierbades erfolgt zweckmässigerweise mit 1.,jasserfreier Flußsäure, Fluorsulfonsäure,
Oleum und hochkonzentrierter Schwefelsäure, um ohne eine beträchtliche Wassermenge
einzubringen die gewünschte Säurekonzentration aufrecht zu erhalten.
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im Laufe des Poliervorganges reichert sich das Polierbad mit Salzen,
wie sie beim Poliervorgang aus dem Glasmaterial gebildet werden, an, d.h. die Badflüssigkeit
wird mit entsprechenden ionen gesäl,;'-.i-g-b, dann übersättigt und schließlich
kommt es zu einem Aussalzen. Ist der Gehalt an Salzen, insbesondere Kaliumsalzen,
auf einen gewissen Betrag gestiegen, so wird die S,-:.tl--abscheid-ung viel fester
und an den Glasflächen besser haftend. Eine einwandfreie Entfernung unter den herrschenden
Schwingungsenergien wird dadurch erschwert.
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Es kommt zu der Ausbildung von Flechen und Inseln des Salzbelages
auf den Glasflächen, welche ihrerseits
wieder die Polierwirkung
des Säurebades an diesen Stellen verhindern. DarÜberhinaus erfolg#-eine "Aussalzung",
die sich so äussert, daß aus dem Polierbad Fluorerasserstoff ausgetrieben wird.
Dies bedeutet, daß der frei entweichende Fluorwasserstoff die zu polierenden Glasoberflächen
anätzt und durch Entweichen für das Verfahren verloren geht. Dies muss vermieden
werden, so daß Maßnahmen ergriffen werden müssen, um ein Ansteigen der Salz- und
Ionenkonzentration in dem Polierbad auf einen so hohen Grad zu vermeiden.
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Es ist daher notirendi'#-" den Poliervorgang von Zeit zu Zeit zu unterbrechen
und das im allgemeinen auf Temperaturen zwischen 50 und 600C gehaltene Bad
stark abzukÜhlen, insbesondere bis auf -IOOC, und gleichzeitig Impfkristalle zuzusetzen,
wodurch die verschiedenen Alkalisalze, insbesondere Natrium- und Kaliumsilicofluorid,-ausgefällt
werden. Auf diese Weise lässt sich der Salzgehalt des Polierbades um ungefähr 2
Zehnerpotenzen senken. Das im Bad vorhandene Siliciumtetrafluorid fällt bei dieser
Maßnahme mit den Natrium- und Kaliumionen als Silicofluorid aus.
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Der sich am Boden des Troges, in welchem die Säurepolierung stattfindet,
absetzende Salz-Schlamm wird dann zu gegebener Zeit auf Übliche Weise abgezogen.
Es kann hierzu der Boden des Troges entsprechend ausgebildet sein" z.B. nicht flach,
sondern trichterförmig mit zentralem Schlammabzug oder schräg nach einer Seite mit
einer Ab-
zugsrinne u. dgl..
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Durch das Ausfällen der durch den Poliervorga ng -gebildeten Salze
aus dem Polierbad gelingt die Reinhaltung der Polierflüssigkeit auf einfache-ünd
'zufriedenstellende
Weise. Dies ist erforderlich, um eine möglichst
lange Betriebsfähigkeit einer BadfÜllung zu gewährleisten und nicht - wie
bei den bekannten Verfahren - die aufgebrauchten -')'äder als Altsäure ablassen
und durch frische Säure epa.e"t;zei#2- 'ZU Müssen. Bei dem erf indungsgemässen
Verf ahren muss lediglich der auf chemische Weise ve'rbrauchte Anteil an Flußsäure
und Schwefelsäure in gewissen Zeitabständen ergänzt i--rerden.
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, der Schwingungsenergie können, wie Zur Aufbringung oben bereits
angedeutet, die bekannten Schall- und Ultraschallerreger zur Anwendung gelangen,
die gegebenenfalls am Trog für das Polierbad so montiert sind, daß sie während des
Betriebes hin und her -oder auf und ab bewegt werden können, z.B. magnetostriktive
Schallerzeugung oder Piezoauarze.
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Die Beschallung des Poliertroges kann von der Bodenfläche und/oder
ein-er oder mehreren Seitenfläche.n erfolgen. Die Beschallung von oben ist wegen
der sich aus dem Bad entwickelnden aggressiven Säuredämpfe nicht empfehlens wert.
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Das die Energie Übertragende Hedium ist die Poliersäure, welche zweckmässigerweise
ein oberflächenaktives ilittelg wie "-Pr-il", in einer Menge von ungefähr
1 bis 2 % enthält. Man kann dafür auch Glycerin oder irgendein
Öl
anwenden. %
Zur Beschallung kann nan SchwinGungserreger mit einer
Leistung von beispielsweise 1 `IM - 1 7uc# W verwenden. Wird mit fest montierten
Schwingungserregern gearbeitet, so werden zweci--Ir.i#;#i:ssigerweise vier Erreger,
vorteilhafterweise
an den vier Seiten des Troges, angewandt. Bei
An-,#,#e--kiclung von wiandernden Schwingern hommt man im allgemeinen mit zweien
aus, z.B. magnetostrikti,#e Nickelschwinger 2 mit einer Leistung von ungefUhr 41-
bis 5 W/cm ,ungserregern ist die Vor-Bei bewegten Schwing schubgeschwindigkeit
nicht hritisch, sie liegt MGässigerweise zi",ischen ü,3 und c-"5 rii/sec.
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CD, Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele näher erläutert.
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Polieren von dünni#iancligen Kelchgläsern mit Flächens chl if
f .
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Es i.-nirde ein Polierbad mit einer Temperatur voll 50 (?
0
einer Schi"refelsz'.1*.Urekoiizeiitratioii von 58 % und einem FlußsU-#,ire,-ehalt
von 5 /c'j verwenclet. Die Schwingurgsanregung erfolgte von Boden uncl, den
Seitenflüchen des Trog-es. Die So.iii-"i-yi,-,urGserre,-er wurden mit einer Geschwindigkeit
von 1-$5 bewegt und gleichzeitig der Korb aus säurefestem liaterial, in welchem
die züi polierenden Gläser gepackt sind, durch leichtes Aufheben und wieder UntertaucIlen
schnell bewegt. Die AnreguiC erfolgte mit Schallenergie 3u#;.-' 111z.
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1.jach Erreichen des #--ei--TUinsclE,1ten Polierg .1 CD _,r,-tcles
warde, dor 'L%'orb mit den zu "-)olierei-ideii Gli sern aus derl 13a d
genommen,
abtropf en gelassen und einmal mit liasser Zur Entfernung der anhaftenden Säurereste
abgespült und darn-i (##-etroc'--,iiet. -1.--an erhielt auf diese Weise einwandfrei
i)o-U -lierte
Beispiel 2 Es wLirde ein Polierbad mit einer
Schwefelsäurekonzentration von 55 2of, einem Flußsäuregehalt von Lk
% und 2 %1 Pril als oberflächenaktives Ilittel mit einer Temperatur
von 550C angewandt. Die Sch-#iinguiigserreger waren in (liesem Fall an dem Poliertrog
fest montiert. Es erfolgte eine diskontinuierliche Deschallung mit einer um den
llittelWert 22 kIlz schi--Taiü#:enclen Frequenz, Impulsdauer: u25 sec, Impulsfolge:
10# sec.
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lieben dem Trog fÜr das Polierbad befand sich ein Waschbad mit
69 2o'iger Schwef elstt;.'Utre und einer Temperatur von ungef-ihr
65 0 C. Nach drei .1.-Ihallirl«L)ulsen wurden die mit den zu polierenden
Gläsern gefüllten Körbe aus dem Poliertrog genommen und die Gläser etwas versetzt,
dar,iit in der i.-Teiteren Polierbehandlung- euch an den Stellen poliert wird, an
denen sich die Glasgegenstände berührten. Diese Behandlung ir1, Polierbad und Säurebad
wurde dreimal vorgenommen. Die Gesamtdauer der Behandlung im Polierbad betrug
5 min.